數(shù)控機床編程與操作項目教程 第3版 課件 任務(wù)1.1 認識數(shù)控加工技術(shù)

項目1數(shù)控加工基礎(chǔ)知識數(shù)控機床編程與操作任務(wù)1.1認識數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控機床編程與操作概念發(fā)展歷程分類特點及適用范圍發(fā)展趨勢數(shù)控機床數(shù)控技術(shù)數(shù)控機床數(shù)控加工數(shù)控技術(shù)數(shù)控加工原理知識目標學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)數(shù)控系統(tǒng)的概念數(shù)控系統(tǒng)（NCSystem）

定義：數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理、控制電路、伺服

機構(gòu)等構(gòu)成的系統(tǒng)

作用：①能邏輯地處理輸入到系統(tǒng)中具有特定代碼的程序②將程序譯碼，使機床運動加工零件組成：程序輸入輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制裝置可編程控制器、主軸進給及驅(qū)動裝置等1數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標計算機數(shù)控系統(tǒng)的概念計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC，ComputerNumericalControl)

由:①裝有數(shù)控系統(tǒng)程序的專用計算②輸入輸出設(shè)備③計算機數(shù)字控制裝置（CNC裝置）④可編程控制器（PLC）⑤主軸驅(qū)動裝置和進給驅(qū)動裝置2數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標CNC系統(tǒng)原理圖數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控程序的定義數(shù)控機床數(shù)控程序（NCProgram）

定義：輸入數(shù)控系統(tǒng)中的，使數(shù)控機床執(zhí)行一個確定的加工任務(wù)的，具有特定代碼和其它符號編碼的一系列指令3數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控編程的概念數(shù)控機床數(shù)控編程定義：將零件的加工信息編制成數(shù)控機床能識別的代碼。零件的信息包括：①加工零件的全部工藝過程 ②工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)信息總結(jié)：從分析零件圖紙到獲得數(shù)控機床所需控制介質(zhì)的全部過程，稱之為數(shù)控編程。4數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床數(shù)控機床①將刀具相對于工件的移動軌跡和相關(guān)的工藝信息用代碼進行編程②將程序送入數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)字運算、處理③通過高性能的驅(qū)動單元控制機床的刀具與工件的相對運動，加工出所需工件的一類機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床發(fā)展史世界上第一臺數(shù)控機床是1952年美國帕森斯parsons公司和麻省理工學(xué)院MI.T合作研制成功的三坐標數(shù)控銑床它用來加工直升飛機葉片輪廓檢查用樣板數(shù)控機床的產(chǎn)生意義：使機械制造業(yè)的發(fā)展進入了一個新的階段。數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床的分類通常，數(shù)控機床可根據(jù)工藝方式控制系統(tǒng)運動方式機床運動軌跡數(shù)控系統(tǒng)的功能水平進行分類數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標機床分類概述按工藝方式分類按伺服控制方式分類按機床運動軌跡進行分類按坐標分類的數(shù)控機床按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類數(shù)控機床按工藝方式分類的數(shù)控機床最常用的數(shù)控機床可分為以下三類：金屬切削類數(shù)控機床金屬成型類數(shù)控機床數(shù)控特種加工及其他類型機床數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標金屬切削類數(shù)控機床數(shù)控機床這類數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床、數(shù)控齒輪加工機床、加工中心等。數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標金屬成型類數(shù)控機床這類數(shù)控機床有數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控沖床等。數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標

最常用的數(shù)控機床可分為以下三類：1)開環(huán)數(shù)控機床金屬成型類數(shù)控機床2)閉環(huán)數(shù)控機床3)半閉環(huán)數(shù)控機床按伺服控制方式分類的數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標開環(huán)數(shù)控機床(金屬成型類)數(shù)控機床數(shù)控機床特點：這類數(shù)控機床采用開環(huán)進給伺服系統(tǒng)。具體特征有：①其數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號是

單向的

②沒有檢測反饋裝置對運動部件的實際位移量進行檢測③不能進行運動誤差的校正因此步進電機的步距角誤差、齒輪和絲杠組成的傳動鏈誤差都將直接影響加工零件的精度。數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標開環(huán)伺服系統(tǒng)示意圖數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標閉環(huán)數(shù)控機床特點特點：這類機床的位置檢測裝置安裝在進給系統(tǒng)末段端的執(zhí)行部件上數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標半閉環(huán)數(shù)控機床大多數(shù)數(shù)控機床采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標按機床運動軌跡分類（1）點位控制數(shù)控機床（2）直線控制數(shù)控機床（3）輪廓控制的數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標點位控制的概念：刀具從某一位置向另一位置移動時，不管中間的軌跡如何，只要刀具最后能正確到達目標位置的控制方式，稱為點位控制。在從點到點的移動過程中，只作快速空程的定位運動，因此不能用于加工過程的控制。屬于點位控制類的數(shù)控機床有：點位控制數(shù)控機床數(shù)控鉆床數(shù)控坐標鏜床數(shù)控沖床數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標點位控制示意圖三種控制示意圖數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標鉆孔工作為點位運動.在鉆孔時，從A孔的中心到B孔的中心移動時，刀具可按下圖所示、、、、中的任意一條軌跡運動。

舉例說明AB①②③④⑤數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標直線控制數(shù)控機床如圖所示，除保證點到點的準確位置之外，還要保證兩點之間移動的軌跡是直線，而且對移動的速度也要進行控制，以便適應(yīng)隨工藝因素變化的不同需要。直線控制示意圖數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標直線控制方式的特點直線控制方式可：控制刀具相對于工作臺以適當?shù)倪M給速度，沿著平行于某一坐標軸方向或與坐標軸成45°的斜線方向作直線軌跡的加工。這種方式是一次同時只有某一軸在運動，或讓兩軸以相同的速度同時運動以形成45°的斜線，所以其控制難度不大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單。數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標

一般地，都是將點位與直線控制方式結(jié)合起來，組成點位直線控制系統(tǒng)而用于機床上。簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床，一般有2~3個可控坐標軸，但同時控制的坐標軸只有一個。直線控制方式的應(yīng)用數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標輪廓控制的數(shù)控機床能夠?qū)蓚€或兩個以上運動坐標的位移及速度進行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可進行曲線或曲面的加工。可控制刀具相對于工件作連續(xù)軌跡的運動。能加工任意斜率的直線，任意大小的圓弧，配以自動編程計算，可加工任意形狀的曲線和曲面。數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標典型的輪廓控制型機床有：數(shù)控銑床、功能完善的數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控電加工機床等。輪廓控制的數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床加工時的橫向、縱向等進給量都是以坐標數(shù)據(jù)來進行控制的。一臺數(shù)控機床，所謂的幾坐標機床是指有幾個運動采用了數(shù)字控制的機床舉例：①數(shù)控車床、數(shù)控線切割機床等是屬于 兩坐標控制②數(shù)控銑床則是三坐標控制③還有四坐標軸、五坐標軸甚至更多的 坐標軸控制的加工中心等。按坐標分類的數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標坐標聯(lián)動的概念坐標聯(lián)動加工是指數(shù)控機床的幾個坐標軸能夠同時進行移動，從而獲得平面直線、平面圓弧、空間直線、空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡的能力數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標坐標聯(lián)動的概念

一些早期的數(shù)控機床盡管有三個坐標軸，但能夠同時進行聯(lián)動控制的可能只是其中兩個坐標軸，那就屬于兩坐標聯(lián)動的三坐標機床。

獲得空間直線空間螺旋線在某平面內(nèi)進行聯(lián)動控制第三軸作單獨周期性進給兩軸半不能可以數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標

兩軸半聯(lián)動加工舉例數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標

三軸聯(lián)動加工：同時控制X、Y、Z三個坐標，實現(xiàn)三坐標聯(lián)動加工，刀具在空間的任意方向都可移動，如圖所示三軸聯(lián)動加工數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標

四軸聯(lián)動加工：指同時控制四個坐標，即在三個移動坐標之外，再加一個旋轉(zhuǎn)坐標，如圖所示四軸聯(lián)動加工數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標

五軸聯(lián)動加工：指同時控制五個坐標的連續(xù)進給運動，即三個移動坐標之外，再加兩個旋轉(zhuǎn)坐標五軸聯(lián)動加工數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平不同，數(shù)控機床可分為低、中、高三檔。低、中、高檔的界線是相對的，不同時期的劃分標準有所不同。按系統(tǒng)功能水平分類數(shù)控機床數(shù)控機床數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標1）數(shù)控加工工作過程2）數(shù)控加工特點3）數(shù)控加工的適應(yīng)范圍4）數(shù)控加工的發(fā)展趨勢數(shù)控加工概述數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床數(shù)控加工零件的過程零件圖紙上的幾何信息零件的工藝信息首先要將編寫成加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中經(jīng)過計算機的處理運算向機床伺服系統(tǒng)及輔助裝置發(fā)出指令驅(qū)動機床動作實現(xiàn)刀具與工件的相對運動加工出所要求的零件數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床圖紙與工藝文件b)加工程序c)數(shù)控系統(tǒng)d)伺服系統(tǒng)e)機床本體f)加工后零件

圖1-10數(shù)控加工工作過程

與普通機床相比，數(shù)控機床加工具有如下特點：

數(shù)控機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控加工的特點一適合于復(fù)雜零件的加工特點一數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床

①數(shù)控機床的傳動裝置與床身結(jié)構(gòu)具有很高的剛度和熱穩(wěn)定性②在傳動機構(gòu)中采取了減小誤差的措施，并由控制系統(tǒng)進行補償，所以數(shù)控機床本身的定位精度和重復(fù)定位精度都很高，具有較高的加工精度③數(shù)控機床實現(xiàn)計算機控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。數(shù)控加工的特點二加工精度高，加工穩(wěn)定可靠特點二數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床

加工對象改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應(yīng)性，可大大節(jié)省生產(chǎn)準備時間。在數(shù)控機床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)（FMS）數(shù)控加工的特點三

高柔性特點三數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床

數(shù)控機床本身精度高、剛性大，常常采用大進給量高速強力切削，自動化程度高，裝夾定位和過程檢驗少，因而提高了生產(chǎn)率，一般為普通機床的3

5倍，對某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍數(shù)控加工的特點四生產(chǎn)效率高特點四數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床

數(shù)控機床的加工過程是按輸入程序自動完成的，一般情況下，操作者只要做裝卸工件、更換刀具、關(guān)鍵工序的中間檢測以及觀察機床運行等工作，操作人員勞動強度大大降低，工作環(huán)境較好自動化程度高，勞動條件好特點五數(shù)控加工的特點五數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床

由于整個加工過程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準備工作較為復(fù)雜，包含工藝確定、程序編制等

采用數(shù)控機床有利于向計算機控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化創(chuàng)造了條件生產(chǎn)準備工作復(fù)雜特點六有利于實現(xiàn)現(xiàn)代化管理特點七數(shù)控加工的特點六、七數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床從數(shù)控機床的加工特點可以看出，數(shù)控機床加工的主要對象有：

①多品種、單件小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件。②幾何形狀復(fù)雜的零件。數(shù)控加工的適用范圍③精度及表面粗糙度要求高的零件。數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床④加工過程中需要進行多工序加工的零件。⑤用普通機床加工時，需要昂貴工裝設(shè)備（刀具、夾具和模具）的零件。數(shù)控加工的適用范圍數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。

高速切削

高精度控制

高柔性化

高一體化

高網(wǎng)絡(luò)化

智能化數(shù)控加工的發(fā)展趨勢數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。高速切削可通過高速運算技術(shù)、快速插補運算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高速主軸等技術(shù)來實現(xiàn)。

數(shù)控加工的發(fā)展趨勢—高速切削數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速高可以減少切削力減小切削深度有利于克服機床振動減少傳入零件中的熱量排屑加快減小熱變形，改善加工精度和表面質(zhì)量新一代高速數(shù)控機床切削速度已達到：5000

8000m/min以上主軸轉(zhuǎn)速在：30000r/min以上高速切削帶來的改革數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床數(shù)控機床能在極短時間內(nèi)實現(xiàn)升速和降速，以保持很高的定位精度；工作臺的移動速度：在分辨率為1μm時，可達100m/min以上，在分辨率為0.1μm時，可達240m/min以上；

自動換刀時間在1秒以內(nèi)，工作臺交換時間在2.5秒以內(nèi)，并且高速化的趨勢有增無減。因此，經(jīng)高速加工的工件一般不需要精加工。高速切削帶來的改革數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床

高精度化一直是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展追求的目標它包括：機床制造的幾何精度和機床使用的加工精度控制兩方面。提高機床的加工精度，一般是通過減少數(shù)控系統(tǒng)誤差，提高數(shù)控機床基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)特性和熱穩(wěn)定性，采用補償技術(shù)和輔助措施來達到的。目前精整加工精度已提高到0.1μm，并進入了亞微米級，不久超精度加工將進入納米時代（加工精度達0.01μm）。數(shù)控加工的發(fā)展趨勢—高精度控制數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床

柔性是指機床適應(yīng)加工對象變化的能力。目前，在進一步提高單機柔性自動化加工的同時，正努力向單元柔性和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。數(shù)控加工的發(fā)展趨勢—高柔性化數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床

數(shù)控加工中心配有機械手和刀具庫，工件一經(jīng)裝夾，數(shù)控系統(tǒng)就能控制機床自動地更換刀具，連續(xù)對工件的各個加工面自動地完成銑削、鏜削、鉸孔、擴孔及攻螺紋等多工序加工，從而避免多次裝夾所造成的定位誤差。這樣減少了設(shè)備臺數(shù)、工夾具和操作人員，節(jié)省了占地面積和加工輔助時間。高柔性化舉例數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床為了提高效率，新型數(shù)控機床在控制系統(tǒng)和機床結(jié)構(gòu)上也有所改革，如采取多系統(tǒng)混合控制方式，用不同的切削方式（車、鉆、銑、攻螺紋等）同時加工零件的不同部位等?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)控制軸數(shù)多達15軸，同時聯(lián)動的軸數(shù)已達到6軸。高柔性化數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床CNC系統(tǒng)與加工過程作為一個整體，實現(xiàn)機電光聲綜合控制，測量造型、加工一體化，加工、實時檢測與修正一體化，機床主機設(shè)汁與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計一體化。數(shù)控加工的發(fā)展趨勢—高一體化數(shù)控加工數(shù)控加工思考練習(xí)學(xué)習(xí)目標數(shù)控機床實現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機需要，又能滿足