《数控加工培训》PPT课件.ppt

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1、数控加工实用技术数控加工实用技术数控车床数控车床数控加工中心数控加工中心数控铣床数控铣床学生作品展示学生作品展示实实 验验 设设 备备第第1章章 数控加工技术基础数控加工技术基础The basics of CNC machining technology 1.1 数控加工技术简介数控加工技术简介1.1.1 数控技术概念数控技术概念 数控技术，简称数控(Numerical ControlNC)，是以数字量编程实现控制设备自动工作的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。现在，数控技术也叫计算机数控技术(Computer Numerical Control-CN

2、C)，它是采用计算机实现数字程序控制的技术。19521952年，第一台数控机床问世，成为年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。件，推动了自动化的发展。1.1.2 数控加工技术数控加工技术 1.数控机床数控机床 数控机床是指采用数控技术进行控制的机床，也被称为数字控制机床(Numerically Controlled Machine Tool)，NC机床或CNC机床，是为了满足单件、小批量、多品种自动化生产的需要而研制的一种灵活的、高效的、通用的柔性自动化机床，按照加工要求，可自动完成对被加工零件进行加工。2.数控加工程序

3、数控加工程序 根据被加工工件工艺要求按规定格式编制成的数字化程序称为数控加工程序。数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码形式表示的程序，输入到机床的数控系统中，以控制刀具与工件的相对运动，从而加工出合格零件的过程。3.数控加工技术应用数控加工技术应用 目前数控加工技术已成为加工多品种、小批量以及复杂、高精度零件的重要技术手段。因此，在航空航天、汽车、模具等机械制造行业数控加工技术得到了的广泛应用。在实际应用中，主要技术包括数控加工编程(手工编程与自动编程)、数控机床操作及数控机床维修等。平面类零件加工 曲面加工 1.1.3 数控加工技术在机械制造业中的地位数控加工技术在机械制造

4、业中的地位 机械制造业是整个工业和国民经济的基石，而数控机床的拥有量及其技术水平的高低，代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志(目前，在我国金属切削机的数控化率还不到20%，总数控比率仅为2%左右；而美国等工业化国家的数控化率已达到80%以上，总数控比率平均水平为25%)。现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。现代的CAD/CAM、柔性制造系统柔性制造系统(FMS:Flexible Manufacturing System)、分布式数控分布式数控(DNC:Distributed Numerical Control)、现代现

5、代(计算机计算机)集成制造系统集成制造系统(CIMS:Contemporary/Computer Integrated Manufacturing System)、智能制造智能制造(IM:Intelligent Manufacturing)、虚拟制造虚拟制造(VM:Virtual Manufacturing)、敏捷制造敏捷制造(AM:Agile Manufacturing)等先进制造系统及先进制造模式均建立在数控技术之上。随着先进制造业技术的飞速发展，数控机床及数控加工技术在机械制造业中的地位将越来越重要。1.2 数控机床的基本知识数控机床的基本知识 1.2.1 数控机床的基本结构组成数控机床

6、的基本结构组成 数控程序数控程序 数控装置数控装置 伺服系统伺服系统 机床本体机床本体 测量装置测量装置(1)(1)数控装置数控装置 数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经过系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。(2)(2)伺服系统伺服系统 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。由机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统，根据控

7、制方式的不同，伺服系统可分为开环、闭环和半闭环伺服系统。(3)(3)测量装置测量装置 在闭环和半闭环伺服系统中配有位置测量装置，直接或间接测量执行部件的实际位移量。(4)(4)机床本体机床本体 数控机床本体主要包括：主运动部件，进给运动执行部件如工作台、刀架及其传动部件和床身立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位和夹紧装置。对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，更换刀具的机械手等部件。数控机床的本体和机械部件的结构设计方法基本同普通机床类似，只是在精度、刚度、抗振性等方面要求更高，尤其是要求相对运动表面的摩擦系数要小，传动部件之间的间隙要小，而且传动和变速系统要便于实现自动控制。常见

8、数控机床简介常见数控机床简介（1 1）数控车床数控车床(Lathe)数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔以及铰孔等工作。卧式数控车床 立式数控车床Horizontal CNC latheVertical CNC lathe（2 2）数控铣床数控铣床(Milling Machines)数控铣床一般能完成铣削、镗削、钻削、攻螺纹等切削加工工作。适用于平面类零件、变斜角类零件以及曲面类零件的加工，五轴联动的数控铣床可精确地加工出复杂曲面。卧式数控铣床五轴联动数控铣床Horizo

9、ntal CNC Milling machine Five-axis CNC Milling machine(3)(3)加工中心加工中心 加工中心与数控铣床主要区别是带有刀库和自动换刀装置，故又称为加工中心与数控铣床主要区别是带有刀库和自动换刀装置，故又称为自动换刀数控机床，其结构形式有立式加工中心、卧式加工中心和复自动换刀数控机床，其结构形式有立式加工中心、卧式加工中心和复合式加工中心合式加工中心。加工中心具有如下主要特点：(1)功能较全 其具有多种工艺手段；(2)设置有刀库，刀库中存放着不同数量的各种刀具，在加工过程中由程序自动选用和更换。这是它与数控铣床、数控镗床的主要区别。（3)综合加

10、工能力较强 复合式加工中心的类型较多：如在一台加工中心上装有可交换工作的双工作台，某工作台在工作时，另一工作台可安装工件，故可节省工件装夹的辅助时间，提高工作效力；又如在一台加工中心上装有立、卧双主轴，配合工作台旋转，工件一次装夹中可实现除安装面外的其它5个面的加工，适合加工精度要求高及复杂箱体等零件的加工；又如在同一台加工中心上不仅可进行铣削，而且可进行车削等。立式链式刀库加工中心 立式盘式刀库加工中心 卧式加工中心 复合式加工中心（4 4）数控线切割机床数控线切割机床 电火花线切割加工（Wire Cut Electrical Discharge Machining）也简称为线切割，是在电火

11、花加工基础上发展起来的，它利用线状钼丝或铜丝作为电极，通过火花放电对工件进行切割加工。根据电极丝的运行速度，可分为低速走丝线切割机床和高速走丝线切割机床两种。低速走丝线切割机床走丝速度一般低于0.2m/s，是国外生产和使用的主要机种；高速走丝线切割机床走丝速度一般为8 10 m/s，是我国生产和使用的主要机种。线切割机床 导向轮钼丝工件传动轮支架钼丝导向轮脉冲电源工件绝缘底板(b)线切割机床工作原理线切割机床工作原理 1.2.3 常用数控系统简介常用数控系统简介 用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统，数控系统的核心是数控装置。由于现代数控系统一般都采用了计算机进行控制，因此将这

12、种数控系统称为计算机数控(Computer Numerical ControlCNC)系统。目前常用的数控系统主要包括日本FANUC数控系统、德国SIEMENS数控系统、广州数控系统和华中数控系统等。FANUC数控系统主要型号有FANUC 0i/16i/18i/21i SIEMENS数控系统的主要型号有SINUMERIK 802D、SINUMERIK 840D等。广州数控设备有限公司生产的GSK系列系统，主要包括车床、铣床、加工中心等数控系统。华中数控系统是我国为数不多具有自主版权的数控系统之一。它以通用的工业PC机（IPC）和DOS、WINDOWS操作系统为基础，采用开放式的体系结构，它适合

13、多坐标（25）数控镗铣床和加工中心，在增加相应的软件模块后，也能适应于其它类型的数控机床（如数控磨床、数控车床等）以及特种加工机床（如激光加工机、线切割机等）。1.2.4 数控机床分类数控机床分类1 1、按伺服系统分类、按伺服系统分类 减速器减速器数控数控装置装置控制控制电路电路步进步进电机电机工作台工作台输入输入(1)开环控制系统框图开环控制系统框图数控数控装置装置控制控制电路电路伺服伺服电机电机工作台工作台输入输入(2)闭环控制系统框图闭环控制系统框图位置检测元件速度检测元件速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈数控数控装置装置控制控制电路电路伺服伺服电机电机工作台工作台输入输入（3 3）半闭环

14、控制系统框图）半闭环控制系统框图速度检测元件速度检测元件速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈转角检测元件转角检测元件 2 2、按加工工艺方式分类、按加工工艺方式分类v按工艺用途分类，数控机床可分为以下几类：v(1)切削加工类 具有切削加工功能的数控机床。如数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床等。v(2)成型加工类 具有通过物理方法改变工件形状功能的数控机床。如数控折弯机、数控弯管机等。v(3)特种加工类 具有特种加工功能的数控机床。如数控电火花加工机床、数控线切割机床、激光加工机床等。1.2.5 数控机床的控制轴及坐标系数控机床的控制轴及坐标系 1.控制轴控制轴 控制轴指数控系

15、统可控制的，按加工要求运动的坐标轴。数控系统可以控制的运动坐标轴的总数称为控制轴数。而联动轴数指数控系统可同时控制的，按加工要求运动的坐标轴数量。如某数控机床，机床本身具有X、Y、Z三个方向运动坐标轴，但数控系统仅可同时控制两个坐标（XY、YZ或XZ），则该机床的控制轴数为三轴，而联动轴数为二轴。2.坐标系坐标系 在数控编程时，为了描述机床运动坐标轴的名称及运动的正负方向，简化程序的编制以及保证所编制的程序对同一类机床具有互换性，目前国际上数控机床的坐标轴和运动方向均已标准化。我国于1982年颁布了JB3051-82数控机床的坐标和运动方向的命名标准，它与国际标准化组织颁布的ISO841等效。

16、1）机床坐标系 为了确定数控机床的运动方向和运动距离，需要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就称为机床坐标系。在数控机床上，不论实际加工中是刀具运动还是工件运动，在编制数控程序时，总是认为刀具运动、工件静止即采用刀具运动工件静止的原则。(1)机床坐标轴方向的确定 Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴确定，与主轴轴线平行的坐标轴为Z坐标方向，其正方向为刀具离开工件的方向，X、Y可根据不同的机床结构具体确定。卧式升降台铣床n+Xn+Zn+Yn+B五轴联动数控铣床n+An+Yn+Zn+Xn+Xn+Zn+Xn+Yn+Z卧式车床 立式升降台铣床n+Xn+Zn+Xn+Zn+Zn+Cn+Xn+Zn+Y(2

17、)(2)机床原点及参考点机床原点及参考点 机床原点即机床坐标系原点，是数控机床上设置的一个固定点。机床原点即机床坐标系原点，是数控机床上设置的一个固定点。它在机床制造完成后就被确定下来了，是数控机床加工运动时进行定它在机床制造完成后就被确定下来了，是数控机床加工运动时进行定位的基准点。位的基准点。数控车床：数控车床：机床原点一般设置在卡盘端面与主轴中心线的交点处。机床原点一般设置在卡盘端面与主轴中心线的交点处。数控铣床：数控铣床：机床原点一般设置在机床原点一般设置在X X、Y Y、Z Z坐标正方向的极限位置上。坐标正方向的极限位置上。机床参考点是机床上一个固定的点，用于对机床的运动进行检测和控

18、机床参考点是机床上一个固定的点，用于对机床的运动进行检测和控制。制。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，它在机床坐标系中的坐标值已输入数控系统中，因此参考调整好的，它在机床坐标系中的坐标值已输入数控系统中，因此参考点相对于机床原点的位置是一个已知数。参考点的位置可以通过调整点相对于机床原点的位置是一个已知数。参考点的位置可以通过调整限位开关位置的方法来改变。限位开关位置的方法来改变。数控车床：数控车床：参考点一般位于离开机床原点最远的极限位置。参考点一般位于离开机床原点最远的极限位置。数控铣床：数控铣

19、床：机床原点一般和参考点重合。机床原点一般和参考点重合。注意：数控机床开机时，必须首先手动返回参考点。注意：数控机床开机时，必须首先手动返回参考点。2)2)工件坐标系工件坐标系 工件坐标系即编程坐标系，是编程人员根据零件图样及加工工艺而建工件坐标系即编程坐标系，是编程人员根据零件图样及加工工艺而建立的坐标系，用于确定零件几何图形上各几何要素位置立的坐标系，用于确定零件几何图形上各几何要素位置(点、直线、点、直线、圆弧等圆弧等)而建立的坐标系。工件坐标系供编程时使用，因此建立工件而建立的坐标系。工件坐标系供编程时使用，因此建立工件坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。坐标系时不必考虑工

20、件毛坯在机床上的实际装夹位置。nZ1nX1nX1nY1数控铣床工件坐标系数控铣床工件坐标系nO1nO1nO 机床原点数控车床工件坐标系数控车床工件坐标系nXnO1 工件原点nX1nZnZ11.2.6 数控机床的工作流程与插补原理数控机床的工作流程与插补原理 1.工作流程工作流程 加工程序输入译码刀补处理速度预处理插补计算位置控制处理伺服驱动位置反馈2.插补原理插补原理 在实际应用中，常采用一小段直线或圆弧去进行拟合就可满足精度要求(也有抛物线和高次曲线拟合的情况)，这种拟合方法就是“插补”，实质上插补就是数据密化的过程。YX直线插补YX圆弧插补1.2.7 数控机床的加工特点及应用范围数控机床的

21、加工特点及应用范围 1.加工特点加工特点1）适应性强 2）精度高，质量稳定 3）生产效率高 4）能实现复杂的运动 5）良好的经济效益 6）有利于生产管理的现代化7）投资大，使用费用高 8）维修较困难 2.应用范围应用范围1）几何形状复杂的零件，特别是形状复杂、加工精度要求高或用数学方法定义的复杂曲线、曲面轮廓。2）多品种小批量生产的零件。用通用机床加工时，要求设计制造复杂的专用工装或需很长调整时间。3）必须严格控制公差的零件。4）贵重的、不允许报废的关键零件。1.2.8 数控机床及数控加工技术的发展趋势数控机床及数控加工技术的发展趋势 1.数控系统发展趋势数控系统发展趋势1)数控系统采用开放式

22、体系结构2)数控系统控制性能大大提高2.数控技术及其装备发展趋势数控技术及其装备发展趋势1)高速、高效、高精度、高可靠性2)智能化3)柔性化和集成化 1.3 数控加工编程基础数控加工编程基础 1.3.1 数控加工编程的定义数控加工编程的定义 从分析零件图纸到编制加工程序单的过程，称为数控加工程序的编制。(根据零件图纸与工艺方案要求，将零件加工的工艺过程、工艺参数、刀具位移量数据（运动方向和坐标值）以及其它辅助动作（如主轴起停、正反转、冷却泵开闭、刀具夹紧等），根据执行顺序和所用数控系统规定的指令代码及程序格式编制加工程序单，并输入数控装置，从而控制数控机床运动。)1.3.2 数控加工程序编制的

23、内容及步骤数控加工程序编制的内容及步骤 被被加加工工零零件件图图纸纸工艺分析：工艺分析：工件安装，工件安装，选择刀具及选择刀具及对刀，起刀对刀，起刀点位置、工点位置、工艺参数（如艺参数（如进给量进给量F、主轴转速主轴转速S等）、编程等）、编程坐标系及走坐标系及走刀路线的确刀路线的确定。定。数学处理：数学处理：即计算走即计算走刀路线刀刀路线刀心轨迹各心轨迹各交、切点交、切点坐标。坐标。编编写写程程序序单单输输入入控控制制系系程序程序校验校验:空运空运行、行、画线画线或试或试切切加加工工出错修改出错修改1.3.3 数控加工程序的一般结构及格式数控加工程序的一般结构及格式1.一般结构一般结构 数控程

24、序是由若干程序段组成的，程序段是由若干字组成，每个字又由一系列字符与数字组成。在数控系统内部每个字符或数字都有对应的固定代码。目前在国标上主要有两种代码标准：ISO（国际标准化组织）标准和EIA（美国电子工业协会）标准。我国在这方面基本上没用ISO标准，也制订了相应的数控标准，数控机床用七单位编码字符标准（JB3050-82）。必须注意：目前国内外各种数控机床所使用的标必须注意：目前国内外各种数控机床所使用的标准尚未完全统一，有关指令代码及其含义也不完准尚未完全统一，有关指令代码及其含义也不完全相同，编程时务必严格遵守具体机床使用说明全相同，编程时务必严格遵守具体机床使用说明书中规定。书中规定

25、。v一般的程序段结构如下：一般的程序段结构如下：v /程序开始符程序开始符vO1000；/程序名程序名vN10 G92 X-80 Y-50 Z80；v/程序体vN20 G00 G90 G43 Z-2 H01 S800 M03；vN30 G01 G42 X0 Y0 F60 H03 M08；vvN140 M30；/程序结束指令程序结束指令v%/程序结束符程序结束符/程序体程序体 2.格式格式 程序段格式主要有三种：固定顺序程序段格式固定顺序程序段格式、使用分隔符的程序段使用分隔符的程序段格式格式和字地址程序段格式字地址程序段格式。现代数控系统大多采用的是字地址程序段格式。字地址程序段格式由语句号字

26、语句号字、数据字数据字和程序段结束字程序段结束字组成，每个字之前都标有地址码以识别地址。一个程序段内由一组开头是英文字母，后面是数字组成的信息单元“字”，每个字根据字母来确定其意义。字地址程序段的基本格式如下：N_ G_ X_ Y_ Z_ F_ S_ T_ M_；上述程序段中不需要的字可以省略，而且可按任意顺序排列。3.模态指令与非模态指令模态指令与非模态指令 1）模态指令：称续效指令，一经程序段中指定，便一直有效，直到后面出现同组另一指令或被其他指令取消时才有效。编写程序时，与上段相同的模态指令可以省略不写。不同组模态指令编在同一程序段内，不影响其续效。比如G01、G41、G42、G40以及

27、F、S等。2）非模态指令：称非续效指令，其功能仅在出现的程序段有效，比如M00。1.3.4 准备功能指令与辅助功能指令准备功能指令与辅助功能指令 1.准备功能指令准备功能指令(G指令指令)准备功能字的地址符是G，所以又称为G功能、G指令或G代码。它的作用是建立数控机床工作方式，为数控系统的插补运算、刀补运算、固定循环等做好准备。2.辅助功能指令辅助功能指令(M指令指令)辅助功能指令主要用于对机床在加工过程中的一些辅助动作进行控制，控制对象通常为开关量。如主轴的正反转，冷却液的开关，工件的夹紧、松开等。1.3.5 数控编程中的数值计算简介数控编程中的数值计算简介 1.基点计算基点计算 零件轮廓曲线一般是由许多不同的几何元素组成，如直线、圆弧、二次曲线、自由曲线等，各几何元素之间的连接点称为基点。如直线与直线之间的交点、直线与圆弧的交点或切点、圆弧与圆弧之间的交点与切点等。图中A、B、C、D点均为基点。基点坐标是进行数控编程时所必需的重要数据。AB C DX YO2.节点计算节点计算 一般的数控系统都只具备直线和圆弧插补功能，当加工非圆曲线时，常用直线或圆弧线段去逼近曲线，则逼近线段的交点或切点称为节点。例如，对图所示曲线用直线段逼近时，其交点中AJ点即为节点。ABCDEFGHIJ