CNC發(fā)展歷史及加工原理課件

CNC發(fā)展歷史及加工原理CNC發(fā)展歷史及加工原理關(guān)鍵詞：模擬信號(hào)電路，NC系統(tǒng)，CNC控制器，柔性加工系統(tǒng)，補(bǔ)償。自適應(yīng)CNC機(jī)床又稱為數(shù)控機(jī)床（ComputerizedNumericalControl電腦數(shù)值控制，簡(jiǎn)稱為CNC），它是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它執(zhí)行元件，使機(jī)床加工出所需工件。關(guān)鍵詞：模擬信號(hào)電路，NC系統(tǒng)，CNC控制器，柔性加工系統(tǒng)，二戰(zhàn)后，制造業(yè)的生產(chǎn)大部分是依靠人工操作，工人看懂圖紙后，手工操作機(jī)床，加工零件，用這種方式生產(chǎn)產(chǎn)品，成本高，效率低，質(zhì)量也得不到保證。在20世紀(jì)40年代末期，美國(guó)有一位工程師帕森斯（JohnParsons）構(gòu)思了一種方法，在一張硬紙卡上打孔來(lái)表示需要加工的零件幾何形狀，利用著一張硬卡來(lái)控制機(jī)床的動(dòng)作，在當(dāng)時(shí)，這只是一種構(gòu)思。1948年，帕森斯向美國(guó)空軍展示了他的這種想法，美國(guó)空軍看后，表示極大的興趣，因?yàn)槊绹?guó)空軍正在尋找一種先進(jìn)的加工方法，希望解決飛機(jī)外型樣板的加工問(wèn)題，由于樣板形狀復(fù)雜，精度要求高，一般的設(shè)備難以適應(yīng)，美國(guó)空軍立即委托及贊助美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）進(jìn)行研究，開發(fā)這部二戰(zhàn)后，制造業(yè)的生產(chǎn)大部分是依靠人工操作，工人看懂圖紙后，手硬卡紙來(lái)控制的機(jī)床，終于在1952年，麻省理工學(xué)院和帕森斯公司合作，成功的研制出了第一臺(tái)示范機(jī)，到了1960年較為簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的點(diǎn)位控制鉆床，和直線控制數(shù)控銑床得到了較快的發(fā)展使數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。硬卡紙來(lái)控制的機(jī)床，終于在1952年，麻省理工學(xué)院和帕森斯公CNC加工的歷史已經(jīng)經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)，NC系統(tǒng)也由最早的模擬信號(hào)電路控制發(fā)展為極其復(fù)雜的集成加工系統(tǒng)，編程方式也有手工發(fā)展成為智能化、強(qiáng)大的CAD/CAM集成系統(tǒng)。就我國(guó)而言，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展是比較緩慢的，對(duì)于國(guó)內(nèi)的大多數(shù)車間來(lái)說(shuō)。設(shè)備比較落后，人員的技術(shù)水平和觀念落后表現(xiàn)為加工質(zhì)量和加工效率低下，經(jīng)常拖延交貨期。1、第一代NC系統(tǒng)是在1951年引入的，其控制單元主要有各種閥門和模擬電路組成的，1952年第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床誕生，已經(jīng)從銑床或車床發(fā)展到加工中心，成為現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。2、第二代NC系統(tǒng)于1959年產(chǎn)生的，其主要有單個(gè)的晶體管和其他部件組成。CNC加工的歷史已經(jīng)經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)，NC系統(tǒng)也由最早的3、1965年引入了第三代NC系統(tǒng)，其首次采用集成電路板。4、實(shí)際上，在1964年已經(jīng)研制出來(lái)了第四代NC系統(tǒng)，即我們非常熟悉的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)（CNC控制系統(tǒng)）。5、1975年，NC系統(tǒng)采用了強(qiáng)大的微處理器，這就是第五代NC系統(tǒng)。6、第六代NC系統(tǒng)采用了現(xiàn)行的集成制造系統(tǒng)（MIS）+DNC+柔性加工系統(tǒng)（FMS）二、NC系統(tǒng)的升級(jí)過(guò)程：點(diǎn)到NC——外形加工——自動(dòng)換刀功能——計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）——DNC功能——集成加工系統(tǒng)（CAD/CAM集成）3、1965年引入了第三代NC系統(tǒng)，其首次采用集成電路板。三、CNC機(jī)床制造工業(yè)中的應(yīng)用，主要有：（1）鉆削（2）沖壓（3）點(diǎn)焊（4）電火花加工（5）鏜削（6）銑削（7）CMM四、CNC機(jī)床加工的工作原理數(shù)控機(jī)床是一種利用數(shù)控技術(shù)、準(zhǔn)確的按照事先安排的工藝流程，實(shí)現(xiàn)規(guī)定加工動(dòng)作的金屬切削機(jī)床。它是由控制介質(zhì)、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助裝置、反饋裝置和適應(yīng)控制裝置部分組成；數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，完全根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令自動(dòng)進(jìn)行加工，不允許頻繁測(cè)量和進(jìn)行手動(dòng)補(bǔ)償，這就要求機(jī)床具有較高靜剛度和動(dòng)剛度，同時(shí)要提高結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性，提高機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的剛度并消除其中間隙，消除爬行。這樣可以有效避免振動(dòng)，熱變形、爬行和間隙影響加工工件的精度。

三、CNC機(jī)床制造工業(yè)中的應(yīng)用，主要有：（1）鉆計(jì)算機(jī)逐條執(zhí)行程序,根據(jù)程序給出的指令進(jìn)行運(yùn)算并把運(yùn)算的結(jié)果送給伺服系統(tǒng)或進(jìn)行對(duì)三條軸的脈沖馬達(dá)的開關(guān)的量控制.簡(jiǎn)單地說(shuō)吧,假設(shè)給X馬達(dá)輸入一個(gè)單位的脈沖,X馬達(dá)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)工作臺(tái)向X軸正向移動(dòng)0.01mm，給Y馬達(dá)輸入十個(gè)單位的脈沖，工作臺(tái)的Y軸就會(huì)正向移0.1mm,那么計(jì)算機(jī)運(yùn)算程序的最終目的就是對(duì)不同的馬達(dá)在不同的時(shí)間段（微秒算）輸入不同的脈沖。五、采用NC加工的優(yōu)缺點(diǎn)：1、其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：計(jì)算機(jī)逐條執(zhí)行程序,根據(jù)程序給出的指令進(jìn)行運(yùn)算并把運(yùn)算的結(jié)果（1）零件的加工精度高；（2）減少刀具和夾具的成本；（3）減少工件的搬運(yùn)成本；（4）縮短加工時(shí)間（5）對(duì)操作者的技能要求降低；（6）提高加工能力：（7）縮短交貨時(shí)間（8）使無(wú)人加工已經(jīng)成為可能；其缺點(diǎn)表現(xiàn)為：（1）數(shù)控機(jī)床費(fèi)用較高設(shè)備精巧、控制系統(tǒng)復(fù)雜；（2）有專門的三維程序設(shè)計(jì)軟件，對(duì)于編程而言要求有較高的敬業(yè)精神和技術(shù)水平。（3）每小時(shí)的運(yùn)做成本較高。到目前為止，數(shù)控系統(tǒng)日趨成熟，比較著名的數(shù)控系統(tǒng)如：FANUC、Siemens、Cincinnati、Maho、Fedio等廠商的系統(tǒng)，先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床如瑞士產(chǎn)的米克郎（MIKRON），臺(tái)灣產(chǎn)的永進(jìn)高速機(jī)、新虎將（GENTIGER）大力機(jī)、麗偉、日產(chǎn)OKK，牧野（MAKINO），雅士達(dá)（YASDA）、FANUC（發(fā)那科）、MAZAK（馬扎克）、東芝、森精機(jī)、江黑、

（1）零件的加工精度高；（2）減少刀具和OKUMA、三菱（MITSUBISHI）、兄弟機(jī)、德國(guó)的西門子、必勝佳、羅德斯等一些知名品牌，我國(guó)從1958年開始進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的研制和發(fā)展，經(jīng)過(guò)“六五”引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，“七五”的消化吸收、“八五”國(guó)家組織的科學(xué)攻關(guān)，“九五”的產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)，使我國(guó)數(shù)控技術(shù)得到較大的發(fā)展。但是與國(guó)外先進(jìn)的產(chǎn)品相比，仍然存在較大的差距，這是由于歐美日等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家于80年代先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，其中一些國(guó)家致力于科技創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)，引導(dǎo)著數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展，如美國(guó)英格索爾公司和德國(guó)惠勒喜樂(lè)公司對(duì)與汽車工業(yè)和航天工業(yè)高速數(shù)控銑床的發(fā)展，日本牧野公司對(duì)高效精密加工中心做的貢獻(xiàn)，德國(guó)瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方面的開發(fā)，以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對(duì)高OKUMA、三菱（MITSUBISHI）、兄弟機(jī)、德國(guó)的西門效復(fù)合加工的推進(jìn)等，相比之下，我國(guó)的大部分機(jī)床產(chǎn)品在技術(shù)上仍處于跟蹤階段。而加工中心的核心裝置——控制系統(tǒng)，由于產(chǎn)品市場(chǎng)壟斷所致，目前都是封閉式的，用戶不能對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行維護(hù)、修改、增刪，造成功能的大量浪費(fèi)，同時(shí)加工中心的軟/硬件也是固定，升級(jí)和更新的成本巨大。這就造成一方面功能閑置，另一方面新技術(shù)無(wú)法集成的尷尬局面。國(guó)內(nèi)外加工中心主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比：效復(fù)合加工的推進(jìn)等，相比之下，我國(guó)的大部分機(jī)床產(chǎn)品在技術(shù)上仍五軸聯(lián)動(dòng)加工中心代表當(dāng)今世界機(jī)床最新水平，目前國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已研發(fā)成功并投入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。其中桂林機(jī)床股份有限公司研制成功的XK系列五軸聯(lián)動(dòng)五面體加工數(shù)控龍門銑床；沈陽(yáng)數(shù)控機(jī)床廠SSK280——5/2000五軸聯(lián)動(dòng)車銑中心。江蘇多棱機(jī)床股份有限公司XH2725/5X——10橋式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，濟(jì)南第一機(jī)床集團(tuán)公司研制成功的MJ——860DT數(shù)控車床，采用雙液壓臥式回輪刀架，面對(duì)面同軸安裝四軸控制，國(guó)內(nèi)外典型機(jī)床匯集：五軸聯(lián)動(dòng)加工中心代表當(dāng)今世界機(jī)床最新水平，目前國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已米克朗---高速銑削領(lǐng)域的專家米克朗---高速銑削領(lǐng)域的專家CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件日本牧野日本牧野CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件德國(guó)羅德斯德國(guó)羅德斯CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件機(jī)床和刀具的所謂數(shù)控加工，主要是指記錄在煤體上的數(shù)字信息對(duì)機(jī)床實(shí)施控制，使它自動(dòng)的實(shí)行規(guī)定的加工任務(wù)，因此編制數(shù)控加工程序是十分關(guān)鍵的一環(huán)。理想的加工程序不僅能保證加工出符合設(shè)計(jì)要求的合格零件，同時(shí)可使數(shù)控機(jī)床功能得到合理的應(yīng)用和充分的發(fā)揮及安全可靠的工作。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必促使CAM技術(shù)的進(jìn)一步提升，CAM軟件也在不斷的更新和換代，以適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，編程軟件從MASTERCAM、POWERMILL、SOLDWORK、CIMATRON、PRO—ENGINEER、WORKNC、CATIA、UNIGRAPHICS等不斷發(fā)展和壯大起來(lái)。數(shù)控編程主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段，即從基于點(diǎn)、線、面、體的刀軌生成方法向智能化編程。因此數(shù)控技術(shù)的發(fā)展離不開數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。

1927年德國(guó)首先研制出硬質(zhì)合金的刀具，切削速度比高速刀具提高了2~5倍，為了適應(yīng)切削速度提高的需要，機(jī)床的主軸速度、功率、剛性也隨之增大，制造技術(shù)向前飛速發(fā)展，制造業(yè)的巨大變化，產(chǎn)品的更新?lián)Q代，生產(chǎn)方式從大批量生產(chǎn)多品種、小批量生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)移，要求開發(fā)各種適應(yīng)不同加工需要的、高速高效、低成本的數(shù)控機(jī)床，機(jī)床和刀具的所謂數(shù)控加工，主要是指記錄在煤體上的數(shù)字信息對(duì)機(jī)并大幅度地降低維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)要求開發(fā)出新一代的數(shù)控系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的數(shù)控功能和方便的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，以適應(yīng)未來(lái)車間面向任務(wù)和定單的生產(chǎn)組織和管理模式，高速切削技術(shù)是當(dāng)前加工技術(shù)新的發(fā)展方向之一，高速加工機(jī)床與普通機(jī)床相比，有：（1）高速回轉(zhuǎn)的主軸：采用主軸——電機(jī)一體化的主軸部件，實(shí)現(xiàn)無(wú)中間環(huán)節(jié)的直接傳動(dòng)，每分鐘可達(dá)數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)，技術(shù)重點(diǎn)是在應(yīng)用各種不同的主軸軸承及主軸冷卻和潤(rùn)滑方式來(lái)達(dá)到更高的載荷值；（2）高速直線移動(dòng)部件：采用直線電機(jī)，取消中間運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)，達(dá)到較高進(jìn)給和較高的進(jìn)給加速度（3）高速刀具系統(tǒng)。主軸和刀具的連接，要保持較高的剛度和精度（4）高速的控制器系統(tǒng)。（5）高速加工機(jī)床的主軸功率特性并大幅度地降低維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)要求開發(fā)出新一代的數(shù)控系統(tǒng)，具有何為高速加工？起源（1）60多年前，德國(guó)一位金屬切削學(xué)家Salomon博士，發(fā)表了一則有關(guān)高速加工的論文，內(nèi)容提到：（2）隨著切削線速度的增加，溫度及刀具磨損會(huì)劇烈增加(這便是傳統(tǒng)加工的加工理念)（3）當(dāng)切削線速度達(dá)到某臨界值時(shí)，切削溫度及切削力會(huì)減小，后又隨著切削速度的增加而急劇增加。(這便是高速加工的加工理念)何為高速加工？傳統(tǒng)加工區(qū)DeathValley死區(qū)高速加工區(qū)T=切削應(yīng)力 To=刀具應(yīng)力上限 V=切削速度傳統(tǒng)加工區(qū)DeathValley高速加工區(qū)T=切削應(yīng)力 T高速加工定義根據(jù)1992年國(guó)際生產(chǎn)工程研究會(huì)(CIRP)年會(huì)主題報(bào)告的定義，高速切削通常指切削速度超過(guò)傳統(tǒng)切削速度5－10倍的切削加工。因此，根據(jù)加工材料的不同和加工方式的不同，高速切削的切削速度范圍也不同。10502002000切削速度vc[m/min]青銅,紅銅鑄鐵鋼鈦鎳合金鋁合金纖維,塑料轉(zhuǎn)變HSMSource:PTW,TechnicalUniversityDarmstadt高速加工定義根據(jù)1992年國(guó)際生產(chǎn)工程研究會(huì)(CIRP)年會(huì)為何刀具熱應(yīng)力在高速加工時(shí)會(huì)下降？在高速加工時(shí)，因切削速度快，切削時(shí)切削區(qū)會(huì)產(chǎn)生高溫，使鐵屑溫度上升，導(dǎo)致切削阻力下降切削時(shí)的高溫會(huì)迅速經(jīng)過(guò)鐵屑帶離工件及刀具為何刀具熱應(yīng)力在高速加工時(shí)會(huì)下降？在高速加工時(shí)，因切削速度快CNC發(fā)展歷史及加工原理課件CNC發(fā)展歷史及加工原理課件高速加工有著不同于傳統(tǒng)加工的特殊的加工工藝要求，而數(shù)控加工的數(shù)控指令包含了所有的工藝過(guò)程，故應(yīng)用于高速加工的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)--CAM系統(tǒng)必須能夠滿足相應(yīng)的特殊要求。（1）CAM系統(tǒng)應(yīng)具有很高的計(jì)算編程速度高速加工中采用非常小的進(jìn)給量與切深，故對(duì)NC程序的要求比對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)的NC程序要求要嚴(yán)格得多，要求計(jì)算速度要快且方便、節(jié)約編程時(shí)間等。另外，快的編程速度使操作人員能夠?qū)Χ喾N加工工藝策略進(jìn)行比較，以便采取最佳的工藝方案，并對(duì)刀具軌跡進(jìn)行編輯、優(yōu)化，以達(dá)到最佳的加工效率。（2）

全程自動(dòng)防過(guò)切處理能力及自動(dòng)刀柄干涉檢查高速加工以高出傳統(tǒng)加工近10倍的切削速度加工，一旦發(fā)生過(guò)切,

其后果不堪設(shè)想，故CAM系統(tǒng)必須具有全程自動(dòng)防過(guò)切處理能力。傳統(tǒng)的曲面CAM系統(tǒng)是局部加工的概念，極容易發(fā)生過(guò)切現(xiàn)象，一般都是靠人工選擇干預(yù)的辦法來(lái)防止，

很難保證過(guò)切防護(hù)的安全性，只有通過(guò)新一代的、智能化的、面向?qū)ο蟮腃AM系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)防過(guò)切處理全部由系統(tǒng)自動(dòng)完成，才能真正保證其安全性。

高速加工的重要特征之一就是能夠使用較小直徑的刀具加工模具的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)能夠自動(dòng)提示最短夾刀長(zhǎng)度并自動(dòng)進(jìn)行刀具干涉檢查，這對(duì)于高速加工非常重要。（3）進(jìn)給率優(yōu)化處理功能為了能夠確保最大的切削效率，并保證在高速切削時(shí)加工的安全性，應(yīng)根據(jù)加工瞬時(shí)余量的大小，由CAM系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)進(jìn)給率進(jìn)行優(yōu)化處理。（4）符合高速加工要求的豐富的加工策略與傳統(tǒng)方式相比，高速加工對(duì)加工工藝走刀方式有著特殊要求，因而要求CAM系統(tǒng)能夠滿足這些特定的工藝要求。高速加工有著不同于傳統(tǒng)加工的特殊的加工工藝要求，而數(shù)控加工的A、應(yīng)避免刀具軌跡中走刀方向的突然變化，以避免因局部過(guò)切而造成刀具或設(shè)備的損壞。B、

應(yīng)保持刀具軌跡的平穩(wěn)，避免突然加速或減速。C、下刀或行間過(guò)渡部分最好采用斜式下刀或圓弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料。D、行切的端點(diǎn)采用圓弧連接，避免直線連接。E、除非情況必須如此，否則仍應(yīng)避免全力寬切削。F、殘余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般