數(shù)控機床操作技術(shù) 第2版 教學(xué)課件 作者 王愛玲1章-緒論

數(shù)控職業(yè)教育系列教材SHOOL

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MECHANICAL&AUTOMATIZATION機械工程與自動化學(xué)院數(shù)控機床操作技術(shù)主編：王愛玲副主編：藍海根張武奎王愛玲藍海根張武奎劉中柱朱東霞于大國王旭東編著全書章目第1章

緒論第2章數(shù)控加工基本知識第3章數(shù)控車床的操作與加工第4章數(shù)控銑床及加工中心的操作與加工第5章數(shù)控電火花線切割機床的操作與加工第6章數(shù)控電火花機的操作與加工第7章數(shù)控機床的管理

第1章

緒論第1章

緒論1.1數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)

1.1.1數(shù)控機床的特點和應(yīng)用范圍

1.1.2數(shù)控機床的分類

1.1.3數(shù)控機床的發(fā)展簡況

1.1.4典型數(shù)控系統(tǒng)

1.1.5我國數(shù)控機床發(fā)展概況

1.1.6數(shù)控機床的發(fā)展趨勢1.2數(shù)控機床的組成原理及操作規(guī)程

1.2.1數(shù)控機床的組成

1.2.2數(shù)控機床的工作過程

1.2.3數(shù)控機床的操作規(guī)程1.1數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)

數(shù)控機床定義：一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號碼或其它符號編碼指令規(guī)定的程序。數(shù)控機床的研制最早是從美國開始的。1948年，美國帕森斯公司(ParsonsCo.)，提出了研制數(shù)控機床的初始設(shè)想；1949年，美國帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室，開始從事數(shù)控機床的研制工作；1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床試驗性樣機；1955年進入實用階段。

1.1.1數(shù)控機床的特點和應(yīng)用范圍1、數(shù)控機床與普通機床相比具有以下幾個特點：

對加工對象改型的適應(yīng)性強；加工精度高；加工生產(chǎn)率高；減輕勞動強度，改善勞動條件；良好的經(jīng)濟效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；1.1.1數(shù)控機床的特點和應(yīng)用范圍2、數(shù)控機床適用于加工的應(yīng)用范圍一般是：

多品種小批量零件應(yīng)性強；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較高的零件；需要頻繁改型的零件；價格昂貴，不允許報廢的關(guān)鍵零件；要求精密復(fù)制的零件；需要最短生產(chǎn)周期的急需零件；要求100%檢驗的零件；1.1.2數(shù)控機床的分類

1、按控制系統(tǒng)的特點分類：

（1）點位控制數(shù)控機床特點是只控制移動部件由一個位置到另一個位置的精確定位，而對它們運動過程中的軌跡沒有嚴格要求，在移動和定位過程中不進行任何加工。需要最短生產(chǎn)周期的急需零件；主要有：數(shù)控坐標鏜床數(shù)控鉆床數(shù)控點焊機數(shù)控折彎機1.1.2數(shù)控機床的分類（2）直線控制數(shù)控機床

特點是刀具相對于工件的運動不僅要控制兩相關(guān)點之間的準確位置（距離），還要控制兩相關(guān)點之間移動的速度和軌跡。它和點位控制數(shù)控機床的區(qū)別在于當機床移動部件移動時，可以沿一個坐標軸的方向進行切削加工，而且其輔助功能比點位控制的數(shù)控機床多。

主要有：數(shù)控車床；數(shù)控磨床；數(shù)控鏜銑床。

1.1.2數(shù)控機床的分類（3）輪廓控制數(shù)控機床

特點是能同時控制兩個以上的軸聯(lián)動，具有插補功能。它不僅要控制起點和終點位置，而且要控制加工過程中每一點的位置和速度，加工出任意形狀的曲線或曲面。主要有：數(shù)控車床；數(shù)控銑床；加工中心1.1.2數(shù)控機床的分類

2、按進給伺服系統(tǒng)的類型分類：

（1）開環(huán)進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床通常不帶有位置測量元件，伺服驅(qū)動元件多為步進電機或電液脈沖馬達。數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖通過環(huán)形分配器和驅(qū)動電路，使步進電機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的步距角，再經(jīng)過傳動系統(tǒng)，帶動工作臺或刀架移動。移動部件的速度與位移是由輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)決定的。1.1.2數(shù)控機床的分類

（2）閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床在機床的運動部件上安裝位移測量裝置服驅(qū)動元件主要是由比較環(huán)節(jié)、伺服驅(qū)動放大器，進給伺服電動機、機械傳動裝置和直線位移測量裝置所組成。系統(tǒng)的精度主要取決于位移檢測裝置的精度1.1.2數(shù)控機床的分類

（3）半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床與全閉環(huán)的唯一區(qū)別是全閉環(huán)的檢測元件是直線位移檢測器，安裝在移動部件上，而半閉環(huán)的檢測元件是角位移檢測器，直接安裝在電動機軸上，個別的也有安裝在絲杠上。半閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號取自電動機軸的回轉(zhuǎn)，其剛度、間隙等非線性因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有影響，調(diào)試方便。機床的定位精度主要取決于機械傳動裝置的精度。1.1.2數(shù)控機床的分類

3、按工藝用途分類：

金屬切削類數(shù)控機床包括數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心。切削類數(shù)控機床發(fā)展最早，目前種類繁多，功能差異也較大。金屬成型類數(shù)控機床包括數(shù)控折彎機、數(shù)控組合沖床、數(shù)控彎管機、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機等。這類機床起步晚，但目前發(fā)展很快。數(shù)控特種加工機床數(shù)控線（電極）切割機床、數(shù)控電火花加工、火焰切割機、數(shù)控激光切割機床等其它類型的數(shù)控機床如數(shù)控三坐標測量機等。1.1.2數(shù)控機床的分類

4、按數(shù)控機床的性能分類：

1）低檔數(shù)控機床根據(jù)實際的使用要求，合理地簡化系統(tǒng)，以降低產(chǎn)品價格。把由單片機或單板機與步進電動機組成的數(shù)控系統(tǒng)和功能簡單、價格低的系統(tǒng)稱為經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。技術(shù)指標通常為：脈沖當量0.01mm～0.05mm快進速度為4～10m/min。2）中檔數(shù)控機床技術(shù)指標通常為：脈沖當量0.005mm～0.001mm，快進速度15～24m/min，伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng)。3）高檔數(shù)控機床技術(shù)指標通常為：脈沖當量0.001mm～0.0001mm，快進速度15～100m/min，伺服系統(tǒng)為閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng)。1.1.2數(shù)控機床的分類

5、按所用數(shù)控裝置的構(gòu)成方式分類：1）硬線數(shù)控系統(tǒng)使用硬線數(shù)控裝置，它的輸入處理、插補運算和控制功能，都由專用的固定組合邏輯電路來實現(xiàn)，通用性和靈活性差，制造周期長，成本高。2）軟線數(shù)控系統(tǒng)也稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)，它使用軟線數(shù)控裝置。這種數(shù)控裝置的硬件電路是由小型或微型計算機再加上通用或?qū)Ｓ玫拇笠?guī)模集成電路制成，高檔數(shù)控機床具有較高的靈活性，同時由于硬件電路基本上是通用的，這就有利于大量生產(chǎn)、提高質(zhì)量和可靠性、縮短制造周期和降低成本。1.1.3數(shù)控機床的發(fā)展簡況1、數(shù)控機床在發(fā)展和更新?lián)Q代中先后經(jīng)歷的幾個發(fā)展階段：

1952～1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置(NC)；從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)；從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)；從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)(ComputerNumericalControl，簡稱CNC)；從1974年開始采用微型電子計算機控制的系統(tǒng)(MicrocomputerNumericalControl，簡稱MNC)。20世紀90年代以來，利用PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)（也稱之為第六代數(shù)控）。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向大大發(fā)展。1.1.3數(shù)控機床的發(fā)展簡況2、數(shù)控機床今后的發(fā)展趨勢：1）計算機直接數(shù)控系統(tǒng)；計算機直接數(shù)控系統(tǒng)（DNC），即使用一臺計算機為數(shù)臺數(shù)控機床進行自動編程，編程結(jié)果直接通過電纜輸送給各臺數(shù)控機床的數(shù)控箱。2）柔性制造系統(tǒng)（FMS）；也叫做計算機群控自動線（FlexibleManufacturingSystem，簡稱FMS），就是將一群數(shù)控機床用自動傳送系統(tǒng)連接起來，并置于一臺主計算機的統(tǒng)一控制之下，形成一個用于制造的整體。3）計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）采用最先進的計算機技術(shù)，控制從訂貨、設(shè)計、工藝、制造到銷售的全過程，以實現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化的高效率的柔性集成制造系統(tǒng)。1.1.4典型數(shù)控系統(tǒng)

3、數(shù)控機床今后的發(fā)展趨勢：1）日本FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)高可靠性的PowerMate0系列；普及型CNC0–D系列；全功能型的0–C系列；高性能/價格比的0i系列；具有網(wǎng)絡(luò)功能的超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列。2）德國SIEMENS系列數(shù)控系統(tǒng)；

SINUMERIK802S/C；SINUMERIK802D；SINUMERIK810D；SINUMERIK840D。3）FAGOR數(shù)控系統(tǒng)

CNC8070是FAGOR最高檔數(shù)控系統(tǒng)；8055系列數(shù)控系統(tǒng)是FAGOR高檔數(shù)控系統(tǒng)；8040/8055-i標準系列屬中高檔數(shù)控系統(tǒng)；8040/8055-i/8055TCO/MCO系列是一種開放式的數(shù)控系統(tǒng)；8040/8055-i/8055TC/MC系列是一種人機對話式數(shù)控系統(tǒng)；8025/8035系列，8025系列是FAGOR公司的中檔數(shù)控系統(tǒng)。1.1.4典型數(shù)控系統(tǒng)4）華中數(shù)控系統(tǒng)

HNC-21T為車削系統(tǒng)，HNC–21/22M為銑削系統(tǒng)；

5）CASNUC2100數(shù)控系統(tǒng)

北京航天數(shù)控的主要產(chǎn)品，是以PC機為硬件基礎(chǔ)的模塊化、開放式的數(shù)控系統(tǒng)。1.1.5我國數(shù)控機床發(fā)展概況1958年由北京機床研究所和清華大學(xué)等單位首先研制數(shù)控機床，并試制成功第一臺電子管數(shù)控機床；1965年開始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)；1972年～1979年是數(shù)控機床的生產(chǎn)和使用階段；清華大學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開始研究與應(yīng)用；數(shù)控升降臺銑床和數(shù)控齒輪加工機床開始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場；從80年代初開始，隨著我國開放政策的實施，先后從日本、美國、德國等國家引進先進的數(shù)控技術(shù)。從日本FANUC公司引進FANUC3、5、6、7系列產(chǎn)品的制造技術(shù)；引進美國GE公司的MTC-1數(shù)控系統(tǒng)

1.1.6數(shù)控機床的發(fā)展趨勢從數(shù)控機床技術(shù)水平：高精度、高速度、高柔性（多主軸、多工位、多刀庫）、多功能（立臥并用、復(fù)合加工）和高自動化（自動上下料、自動監(jiān)控、自動測量和通訊功能）是數(shù)控機床的重要發(fā)展趨勢。從數(shù)控系統(tǒng)方面看：

產(chǎn)品向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。

從驅(qū)動系統(tǒng)方面看

交流驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展迅速，交流傳動已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展。

1.2

數(shù)控機床的組成原理及操作規(guī)程數(shù)控機床的組成根據(jù)上述工作原理，數(shù)控機床組成框圖如下圖：

1.2.1

數(shù)控機床的組成

1、控制介質(zhì)人與機床之間建立某種聯(lián)系的中間媒介物稱為控制介質(zhì);存儲著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對工件的位移信息;常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等;常用的輸入裝置有光電紙帶輸入機、磁帶錄音機和磁盤驅(qū)動器等。2、數(shù)控裝置數(shù)控機床的中心環(huán)節(jié)；由輸入裝置、控制器、運算器和輸出裝置四大部分組成；輸入裝置接受由穿孔帶閱讀機輸出的代碼，經(jīng)過識別與譯碼之后分別輸入到各相應(yīng)的寄存器，以實現(xiàn)對機床的各種操作；運算器接受控制器的指令，將輸入裝置送來的數(shù)據(jù)進行某種運算，并不斷向輸出裝置送出運算結(jié)果，使伺服系統(tǒng)執(zhí)行所要求的運動。1.2.1

數(shù)控機床的組成輸出裝置根據(jù)控制器的指令將運算器送來的計算結(jié)果輸送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)過功率放大驅(qū)動相應(yīng)的坐標軸，使機床完成刀具相對工件的運動。

3、伺服系統(tǒng)置

由伺服驅(qū)動電動機和伺服驅(qū)動裝置組成，是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分；伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動機床的移動部件運動或使執(zhí)行部分動作；每一個脈沖使機床移動部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當量；伺服系統(tǒng)直接影響數(shù)控加工的速度、位置、精度；伺服機構(gòu)中常用的驅(qū)動裝置，開環(huán)系統(tǒng)的伺服機構(gòu)常用步進電機和電液脈沖馬達；閉環(huán)系統(tǒng)常用的有寬調(diào)速直流電機和電液伺服驅(qū)動裝置等。1.2.1

數(shù)控機床的組成4、機床本體

數(shù)控機床的主體部分；由機床的基礎(chǔ)大件（如床身、底座）和各運動部件（如工作臺、床鞍、主軸等）所組成；特點：采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)；數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度；采用高效傳動部件；還有一些輔助裝置和附屬設(shè)備，如電器、液壓、氣動系統(tǒng)與冷卻、排屑、潤滑、照明、儲運等裝置以及編程機、對刀儀等。1.2.2

數(shù)控機床的工作過程數(shù)控機床的工作過程，即加工零件的過程，如下圖所示。具體步驟如下：

1）根據(jù)被加工零件圖中所規(guī)定的零件的形狀、尺寸、材料及技術(shù)要求等，制定工件加工的工藝過程，刀具相對工件的運動軌跡、切削參數(shù)以及輔助動作順序等圖所示；2）用規(guī)定的代碼和程序格式編寫零件加工程序單；1.2.2

數(shù)控機床的工作過程3）按照程序單上的代碼制作穿孔帶（控制介質(zhì)）；

4）通過輸入裝置（如光電閱讀機）把孔帶上的加工程序輸入給數(shù)控裝置；5）啟動機床后，數(shù)控裝置根據(jù)輸入的信息進行一系列的運算和控制處理，將結(jié)果以脈沖形式送往機床的伺服機構(gòu)（如步進電機、直流伺服電機、電液脈沖馬達等）；6）按伺服機構(gòu)驅(qū)動機床的運動部件，使機床按程序預(yù)定的軌跡運動，從而加工出合格的零件。1.2.3

數(shù)控機床的操作規(guī)程數(shù)控機床的操作規(guī)程，一般來說要遵循以下幾點：接通機床總電源及CRT顯示器電源，