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

數(shù)控職業(yè)教育系列教材SHOOL

OF

MECHANICAL&AUTOMATIZATION機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院數(shù)控機(jī)床操作技術(shù)主編：王愛(ài)玲副主編：藍(lán)海根張武奎王愛(ài)玲藍(lán)海根張武奎劉中柱朱東霞于大國(guó)王旭東編著全書(shū)章目第1章

緒論第2章數(shù)控加工基本知識(shí)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(jī)床的操作與加工第6章數(shù)控電火花機(jī)的操作與加工第7章數(shù)控機(jī)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(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍

1.1.2數(shù)控機(jī)床的分類

1.1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)況

1.1.4典型數(shù)控系統(tǒng)

1.1.5我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況

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

1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成

1.2.2數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程

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

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

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

對(duì)加工對(duì)象改型的適應(yīng)性強(qiáng)；加工精度高；加工生產(chǎn)率高；減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；良好的經(jīng)濟(jì)效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；1.1.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍2、數(shù)控機(jī)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(qiáng)；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(jià)格昂貴，不允許報(bào)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(yàn)的零件；1.1.2數(shù)控機(jī)床的分類

1、按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分類：

（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)是只控制移動(dòng)部件由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，而對(duì)它們運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的軌跡沒(méi)有嚴(yán)格要求，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)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(biāo)鏜床數(shù)控鉆床數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)1.1.2數(shù)控機(jī)床的分類（2）直線控制數(shù)控機(jī)床

特點(diǎn)是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的準(zhǔn)確位置（距離），還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間移動(dòng)的速度和軌跡。它和點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于當(dāng)機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，可以沿一個(gè)坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行切削加工，而且其輔助功能比點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)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(jī)床的分類（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床

特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸聯(lián)動(dòng)，具有插補(bǔ)功能。它不僅要控制起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，而且要控制加工過(guò)程中每一點(diǎn)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(jī)床的分類

2、按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類：

（1）開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床通常不帶有位置測(cè)量元件，伺服驅(qū)動(dòng)元件多為步進(jìn)電機(jī)或電液脈沖馬達(dá)。數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖通過(guò)環(huán)形分配器和驅(qū)動(dòng)電路，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的步距角，再經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)，帶動(dòng)工作臺(tái)或刀架移動(dòng)。移動(dòng)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(jī)床的分類

（2）閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上安裝位移測(cè)量裝置服驅(qū)動(dòng)元件主要是由比較環(huán)節(jié)、伺服驅(qū)動(dòng)放大器，進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和直線位移測(cè)量裝置所組成。系統(tǒng)的精度主要取決于位移檢測(cè)裝置的精度1.1.2數(shù)控機(jī)床的分類

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

3、按工藝用途分類：

金屬切削類數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)床包括數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控組合沖床、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。這類機(jī)床起步晚，但目前發(fā)展很快。數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控線（電極）切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工、火焰切割機(jī)、數(shù)控激光切割機(jī)床等其它類型的數(shù)控機(jī)床如數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。1.1.2數(shù)控機(jī)床的分類

4、按數(shù)控機(jī)床的性能分類：

1）低檔數(shù)控機(jī)床根據(jù)實(shí)際的使用要求，合理地簡(jiǎn)化系統(tǒng)，以降低產(chǎn)品價(jià)格。把由單片機(jī)或單板機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)和功能簡(jiǎn)單、價(jià)格低的系統(tǒng)稱為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。技術(shù)指標(biāo)通常為：脈沖當(dāng)量0.01mm～0.05mm快進(jìn)速度為4～10m/min。2）中檔數(shù)控機(jī)床技術(shù)指標(biāo)通常為：脈沖當(dāng)量0.005mm～0.001mm，快進(jìn)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(jī)床技術(shù)指標(biāo)通常為：脈沖當(dāng)量0.001mm～0.0001mm，快進(jìn)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(jī)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(bǔ)運(yùn)算和控制功能，都由專用的固定組合邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，通用性和靈活性差，制造周期長(zhǎng)，成本高。2）軟線數(shù)控系統(tǒng)也稱為計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)床具有較高的靈活性，同時(shí)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(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)況1、數(shù)控機(jī)床在發(fā)展和更新?lián)Q代中先后經(jīng)歷的幾個(gè)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(kāi)始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)；從1965年開(kāi)始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)；從1970年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)(ComputerNumericalControl，簡(jiǎn)稱CNC)；從1974年開(kāi)始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)(MicrocomputerNumericalControl，簡(jiǎn)稱MNC)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，利用PC機(jī)豐富的軟硬件資源開(kāi)發(fā)開(kāi)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(kāi)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(kuò)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(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)況2、數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)：1）計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)（DNC），即使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)為數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)編程，編程結(jié)果直接通過(guò)電纜輸送給各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控箱。2）柔性制造系統(tǒng)（FMS）；也叫做計(jì)算機(jī)群控自動(dòng)線（FlexibleManufacturingSystem，簡(jiǎn)稱FMS），就是將一群數(shù)控機(jī)床用自動(dòng)傳送系統(tǒng)連接起來(lái)，并置于一臺(tái)主計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制之下，形成一個(gè)用于制造的整體。3）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）采用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制從訂貨、設(shè)計(jì)、工藝、制造到銷售的全過(guò)程，以實(shí)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(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)：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(jià)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(guó)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(biāo)準(zhǔn)系列屬中高檔數(shù)控系統(tǒng)；8040/8055-i/8055TCO/MCO系列是一種開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)；8040/8055-i/8055TC/MC系列是一種人機(jī)對(duì)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(jī)為硬件基礎(chǔ)的模塊化、開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)。1.1.5我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況1958年由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等單位首先研制數(shù)控機(jī)床，并試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床；1965年開(kāi)始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)；1972年～1979年是數(shù)控機(jī)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(kāi)始研究與應(yīng)用；數(shù)控升降臺(tái)銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開(kāi)始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)；從80年代初開(kāi)始，隨著我國(guó)開(kāi)放政策的實(shí)施，先后從日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。從日本FANUC公司引進(jìn)FANUC3、5、6、7系列產(chǎn)品的制造技術(shù)；引進(jìn)美國(guó)GE公司的MTC-1數(shù)控系統(tǒng)

1.1.6數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平：高精度、高速度、高柔性（多主軸、多工位、多刀庫(kù)）、多功能（立臥并用、復(fù)合加工）和高自動(dòng)化（自動(dòng)上下料、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)測(cè)量和通訊功能）是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢(shì)。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(dòng)系統(tǒng)方面看

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

1.2

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

1.2.1

數(shù)控機(jī)床的組成

1、控制介質(zhì)人與機(jī)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(chǔ)著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對(duì)工件的位移信息;常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤(pán)等;常用的輸入裝置有光電紙帶輸入機(jī)、磁帶錄音機(jī)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。2、數(shù)控裝置數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié)；由輸入裝置、控制器、運(yùn)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(jī)輸出的代碼，經(jīng)過(guò)識(shí)別與譯碼之后分別輸入到各相應(yīng)的寄存器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的各種操作；運(yùn)算器接受控制器的指令，將輸入裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種運(yùn)算，并不斷向輸出裝置送出運(yùn)算結(jié)果，使伺服系統(tǒng)執(zhí)行所要求的運(yùn)動(dòng)。1.2.1

數(shù)控機(jī)床的組成輸出裝置根據(jù)控制器的指令將運(yùn)算器送來(lái)的計(jì)算結(jié)果輸送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)功率放大驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的坐標(biāo)軸，使機(jī)床完成刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)。

3、伺服系統(tǒng)置

由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)或使執(zhí)行部分動(dòng)作；每一個(gè)脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當(dāng)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(jī)構(gòu)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)常用步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)；閉環(huán)系統(tǒng)常用的有寬調(diào)速直流電機(jī)和電液伺服驅(qū)動(dòng)裝置等。1.2.1

數(shù)控機(jī)床的組成4、機(jī)床本體

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

數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程，即加工零件的過(guò)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(guò)程，刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡、切削參數(shù)以及輔助動(dòng)作順序等圖所示；2）用規(guī)定的代碼和程序格式編寫(xiě)零件加工程序單；1.2.2

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

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

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