《數(shù)控加工與編程技術(shù)》課件-數(shù)控機(jī)床概論

《數(shù)控加工與編程技術(shù)》序言：課程介紹序言：課程介紹一、課程定位適用對(duì)象：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生課程性質(zhì)：專業(yè)必修課程基本學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)其中，理論課時(shí):22學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí)《數(shù)控加工與編程技術(shù)》序言：課程介紹一、課程定位數(shù)控加工與編程技術(shù)數(shù)控加工與編程能力訓(xùn)練機(jī)械制圖互換性與測(cè)量技術(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)金屬工藝學(xué)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)床數(shù)控技術(shù)先進(jìn)制造/智能制造機(jī)械制造及其自動(dòng)化核心能力體系序言：課程介紹二、課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握數(shù)控機(jī)床、數(shù)控編程及數(shù)控機(jī)床操作有關(guān)基本知識(shí)；課程目標(biāo)2：通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生充分熟悉數(shù)控車床、數(shù)控銑床的有關(guān)操作增加感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。課程目標(biāo)3：使學(xué)生具備數(shù)控機(jī)床編程、操作的一般能力，并具備一定的解決工程問題的能力。課程目標(biāo)4：讓學(xué)生了解數(shù)控機(jī)床在未來制造業(yè)中的重要地位以及數(shù)控加工與編程能力的重要意義。序言：課程介紹三、課程主要內(nèi)容數(shù)控技術(shù)概論2學(xué)時(shí)數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)4學(xué)時(shí)數(shù)控編程基礎(chǔ)重點(diǎn)

2學(xué)時(shí)數(shù)控車削編程重點(diǎn)14學(xué)時(shí)（實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)）數(shù)控銑削編程重點(diǎn)10學(xué)時(shí)（實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)）序言：課程介紹四、考核方法1.平時(shí)成績(jī)30%（考勤10%，課堂表現(xiàn)等20%）2.考試（閉卷、開卷、線上）40%3.車削加工實(shí)驗(yàn)報(bào)告15%（1）車削對(duì)刀、（2）軸類零件加工4.銑削加工實(shí)驗(yàn)報(bào)告15%（1）內(nèi)、外形銑削、（2）姓名、學(xué)號(hào)注意：實(shí)驗(yàn)報(bào)告重復(fù)率超過30%，雙方實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)?！第1章概論1.1數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床1.2數(shù)控加工的特點(diǎn)1.3數(shù)控機(jī)床的組成及加工原理1.4數(shù)控機(jī)床的分類1.5數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.6常見數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介第1章概論

第1章概論

21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的竟?fàn)?，其?shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，隨著我國機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展與轉(zhuǎn)型，數(shù)控人才缺口每年增加50-100萬。引言

覆蓋領(lǐng)域：(1)機(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；(3)自動(dòng)控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)；(6)軟件技術(shù)

人才需求發(fā)展趨勢(shì)：由操作技術(shù)型人才向工程技術(shù)型人才轉(zhuǎn)變。我們的培養(yǎng)目標(biāo)：應(yīng)用型工程技術(shù)型人才。

1.1數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床1.1數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床

機(jī)械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，改型也日益頻繁，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，從而對(duì)機(jī)床的的性能、精度及自動(dòng)化程度提出了越來越高的要求?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)械產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，使機(jī)械產(chǎn)品不斷改型和更新?lián)Q代，批量相對(duì)減少，質(zhì)量要求越來越高。機(jī)械制造業(yè)中單件與小批生產(chǎn)的零件(批量在10~100件)約占機(jī)械加工總量的80％左右。一、數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的發(fā)展1.1數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床為了解決單件、小批量，特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求，世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床于1952年由美國帕森斯公司（Parsons）和麻省理工學(xué)院（MIT)共同研制成功，其名稱為三坐標(biāo)直線插補(bǔ)連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床，主要用來加工直升飛機(jī)葉片輪廓檢查用樣板。

從此，機(jī)械工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新階段。一、數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的發(fā)展1.1數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床一、數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的發(fā)展傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的比較圖數(shù)控加工程序工藝分析工序卡數(shù)控加工傳統(tǒng)加工二、數(shù)控技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)主要階段

目前，世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家的數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，如美國、日本、德國、法國等，其中日本發(fā)展最快。1977年時(shí)，日本年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床5400多臺(tái)，到1985年，日本產(chǎn)數(shù)控機(jī)床約為50000臺(tái)，數(shù)控化率約為70%，居世界第一位。電子管數(shù)控1952年晶體管數(shù)控1959年1965年1970年1974年小規(guī)模集成電路數(shù)控大規(guī)模集成電路及小型機(jī)數(shù)控硬接線數(shù)控（NC）軟接線數(shù)控（CNC）基于PC的數(shù)控

當(dāng)前微型計(jì)算機(jī)數(shù)控

1.數(shù)控技術(shù)即，數(shù)字控制技術(shù)（NumericalControl)。指用數(shù)字指令來控制機(jī)器的動(dòng)作。

數(shù)控系統(tǒng)：采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)。

數(shù)控機(jī)床：裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。

2.數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachinetools)是一種利用數(shù)控技術(shù)，按照事先編制好的程序?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作的機(jī)床。3.NC技術(shù)包含的內(nèi)容自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)三、NC技術(shù)與NC機(jī)床1.2數(shù)控加工的特點(diǎn)1.2數(shù)控加工的特點(diǎn)一、適宜數(shù)控機(jī)床加工的對(duì)象（1）要求使用復(fù)雜工裝或需長(zhǎng)時(shí)間調(diào)整、校正的零件；（2）多品種單件、小批量的零件，特別是新產(chǎn)品的試制生產(chǎn)；（3）加工精度高、表面質(zhì)量要求高的零件；（4）形狀復(fù)雜，尤其是曲面、曲線輪廓的零件；1.2數(shù)控加工的特點(diǎn)一、適宜數(shù)控機(jī)床加工的對(duì)象（5）價(jià)格高、一旦有廢品經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重的零件；（6）鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、攻絲等工序聯(lián)合進(jìn)行，或者相對(duì)位置精度較高的零件；（7）在普通機(jī)床上加工效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量穩(wěn)定性差的零件。1.2數(shù)控加工的特點(diǎn)1.自動(dòng)化程度高2.提高了生產(chǎn)效率3.加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定4.增加了設(shè)備的柔性，可適應(yīng)不同品種、規(guī)格和尺寸的工件加工5.減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件6.加工復(fù)雜平面7.一機(jī)多用，代替多臺(tái)普通機(jī)床，減少夾具數(shù)量二、與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.提高了起始階段的投資2.增加了電子設(shè)備的維護(hù)3.對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求較高三、數(shù)控機(jī)床的不足之處：四、普通機(jī)床與數(shù)控機(jī)床的比較四、普通機(jī)床與數(shù)控機(jī)床的比較四、普通機(jī)床與數(shù)控機(jī)床的比較1.3數(shù)控機(jī)床的組成及加工原理1.3數(shù)控機(jī)床的組成及加工原理

一、數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)PC控制部分伺服系統(tǒng)主傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)床本體強(qiáng)電控制柜輔助裝置輸入裝置位置反饋裝置1.數(shù)控裝置/數(shù)控系統(tǒng)2.伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3.機(jī)床本體4.輔助裝置5.輸入裝置二、數(shù)控機(jī)床的加工原理1.數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)原理

數(shù)控機(jī)床工作過程二、數(shù)控機(jī)床的加工原理2.數(shù)控機(jī)床的工作過程1.4數(shù)控機(jī)床的分類1.4數(shù)控機(jī)床的分類

一、按加工方式分類1.切削機(jī)床類。如數(shù)控車床、銑床、鏜床、鉆床和加工中心等。

2.成型機(jī)床類。如數(shù)控沖壓機(jī)、彎管機(jī)、折彎機(jī)等。

3.特種加工機(jī)床類。如數(shù)控電火花、線切割、激光加工機(jī)床等。

4.其它機(jī)床類。如數(shù)控等離子切割、火焰切割、點(diǎn)焊機(jī)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。

二、按控制系統(tǒng)功能分類1.

點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床圖1.3點(diǎn)位控制鉆孔加工示意圖工件刀具圖1.4點(diǎn)位直線控制切削加工2.

點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床

3.

輪廓控制數(shù)控機(jī)床

工件刀具圖1.5輪廓控制數(shù)控機(jī)床的加工示意圖

三、按伺服控制方式分類1.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床減速器數(shù)控裝置控制電路步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)輸入圖1.6開環(huán)控制系統(tǒng)框圖開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床原理框圖

2.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺(tái)輸入圖1.7閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖位置檢測(cè)元件速度檢測(cè)元件速度反饋位置反饋閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床原理框圖

3.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺(tái)輸入圖1.8半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度檢測(cè)元件速度反饋位置反饋轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床原理框圖1.5數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1.5數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展方向:高速化、高精度化、高可靠性、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化

１.高速度化

高速數(shù)控加工起源于20世紀(jì)90年代初，以電主軸和直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用為特征，電主軸的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了主軸高轉(zhuǎn)速；直線電動(dòng)機(jī)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)軸的高速移動(dòng)。通常把切削速度比常規(guī)切削速度高出5~10倍以上的切削叫做高速切削。

車削:700~7000m/min；

銑削:300~6000m/min;

鉆削:200~1100m/min；

磨削:150~360m/s。與傳統(tǒng)切削加工相比，高速切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動(dòng)幾乎消失。1.5數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展方向:高速化、高精度化、高可靠性、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化

2.高精度化

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工高精度的提出了新的要求：普通的加工精度提高了一倍，達(dá)到5微米；精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)（0.001微米），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01~0.05微米，加工圓度為0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。近10多年來，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由±10μm提高到±5μm，精密級(jí)加工中心的加工精度則從±3~5μm，提高到±1~1.5μm。1.5數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展方向:高速化、高精度化、高可靠性、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化

2.高可靠性

數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。這里的高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，而是適度可靠，因?yàn)樯唐肥苄阅軆r(jià)格比的約束。當(dāng)前國外數(shù)控裝置的平均無故障運(yùn)行時(shí)間（MTBF）值已達(dá)6000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上。提高數(shù)控系統(tǒng)可靠性的措施有：采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性；通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時(shí)采用硬件結(jié)構(gòu)機(jī)床本體的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化設(shè)計(jì)，既可提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)；通過自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警；利用報(bào)警提示，及時(shí)排除故障；利用容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)重要部件采用“冗余”設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)故障部位恢復(fù)；利用各種測(cè)試、監(jiān)控技術(shù)，當(dāng)發(fā)生超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。1.5數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展方向:高速化、高精度化、高可靠性、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化

4.高柔性化

柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。即當(dāng)加工對(duì)象變化時(shí)，只需要通過修改程序而無需更換或調(diào)整硬件即可滿足加工要求的能力。數(shù)控機(jī)床上加工新工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件的加工。數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，只需要簡(jiǎn)單的夾具，不需要制作成批的工裝夾具，更不需要反復(fù)調(diào)整機(jī)床，因此，特別適合單件、小批量及試制新產(chǎn)品的工件加工。對(duì)于普通機(jī)床很難加工的精密復(fù)雜零件，數(shù)控機(jī)床也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。提高數(shù)控機(jī)床柔性化正朝著兩個(gè)方向努力：一是提高數(shù)控機(jī)床的單機(jī)柔性化，二是向單元柔性化和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。1.5數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)5.功能復(fù)合化/高一體化

功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至最少。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能。如一臺(tái)具有自動(dòng)換刀裝置、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及托盤交換裝置的五面體鏜銑加工中心，工件一次安裝可以完成鏜、銑、鉆、鉸、攻螺紋等工序，對(duì)于箱體件可以完成五個(gè)面的粗、精加工的全部工序。1.5數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)6.智能化

智能化是2l世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)很重要的方向。所謂智能加工就是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電子技術(shù)和模糊控制的一種加工的更高級(jí)形式。1.5數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)7.網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)在國外已經(jīng)廣泛使用了數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，所謂數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)就是把機(jī)床用網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)現(xiàn)機(jī)床管理的統(tǒng)一化和程序