数控技术编程课题PPT课件

数控技术,主讲:李军（大）电话公室:材料实验楼313数控教研室,课堂要求平时+实验：40分,1.不旷课、不迟到、不早退2.上课不做小动作，积极思考3.课堂习题、提问4.作业5.授课安排,第1讲数控介绍,什么是数控？传统的机械加工模式：手工操作普通机床作业，加工时用手摇动机械刀具切削金属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度的。数控加工模式：使用电脑数字化控制的机床进行加工，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。这就是我们说的“数控加工”，数控(NumericalControl),简称“NC”。数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域，更是模具加工的发展趋势和重要和必要的技术手段。当前，由于控制部分通常采用了计算机，因此数控也经常称为“CNC”，是英文ComputerizedNumericalControl（计算机数字化控制）的缩写。,特点：数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。,数控机床与普通机床加工零件的区别：数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件数控机床集现代机械制造技术、计算机技术、网络技术、通讯技术、控制技术、液压气动技术、光电技术于一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点。（数控加工仿真X-400Y-200Z-145）,手工编程与数控机床操作,数控加工工序卡片,1.凸模造型,自动编程与数控机床操作,2.用MasterCAM进行自动编程并生成数控程序,3.用斯沃仿真进行数控加工,数控机床在国民经济发展中的地位和作用,一、数控机床是制造业信息化的重要基础由于信息技术、网络技术的应用，使数控机床智能化提高、远程遥控成为可能，从而使企业产品设计、制造、管理和销售的信息得以集成并加以有效控制，达到制造业信息化目的，提高企业的市场应变能力和竞争能力。二、数控机床是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段数控机床可大大提高加工零件的质量，加工精度高，一致性好，数控机床的自动化程度高，可提高加工效率35倍；数控机床的工序集中，可缩短生产准备周期，减少占地面积和资金占用，亦可减少操作者劳动强度；数控机床的柔性化程度高，适合多品种、大中小多种批量生产。,三、数控机床是国防现代化的重要战略物资数控机床是军事工业的重要装备。随着军事工业的现代化，数控机床的重要性越来越突出，冷战时期，高性能高精度数控机床被列入“巴统”禁运清单。1982-1983年著名的“东芝事件”，起因于日本东芝公司卖给前苏联6台大型五轴联动数控铣床，从而大大提高了苏核潜艇螺旋浆加工精度，大幅度降低了潜艇噪声，导致美国对日本制裁。当时，三轴以及三轴以上联动的数控系统，曾先后被列为对我国禁运物资。现在，“巴统”尽管已取消，但西方国家在与我方有关先进数控机床及其重要配套装备的贸易中，仍对我多方歧视和限制。如我国有几家企业想进口五轴联动、分辩率为0.1m的数控系统，对方答复，需要经对方政府批准，而且不得用于军事用途。尽管这部分机床需求总量不大，但属于“卡脖子”产品，战略意义不可小视（部分高性能指标的产品，在“八五”攻关中被我们攻下，不再受到外国限制）。,1999年的考克斯报告，特别提到我从美国进口16台二手的四、五轴联动数控机床用于军工生产，叫嚷要加强对我禁运。这说明发展我们自己的高级数控机床，具有超越一般市场价值的战略地位。2O世纪9O年代美国运用特高精度的大型数控车床，加工出精度达到nm级的巨型金属反射镜，保证了世界上功率最大的激光器的研制成功，这种可应用于核聚变的研究，即为开发新能源另辟蹊径；又可实现微聚爆过程，用于核武器的模拟试验，以替代真实的核试验,四、数控机床是国际技术和商品贸易的重要构成数控机床属于国民经济重要的基础装备，覆盖制造业和修理业。世界大多数的国家和地区均需要使用数控机床，数控机床的品种又极其繁多，一个国家很难生产全部所需的产品种类，为此国际间的交换成为必需，因此世界数控机床总产值中一半以上的产品均进入国际市场流通。工业发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的重要出口产品，不断扩大其出口，数控机床的世界贸易额逐年增加。,五、数控机床与国民经济的一些支柱产业相互依存、相互促进重型数控机床的进步，离不开电站、冶金和交通运输业的发展；精密数控机床的进步，离不开国防工业的促进；数控机床的产生，首先得益于航天工业的推动；而汽车工业，是数控机床最大的带动工业。日本汽车工业对机床的年订货数量统计：日本汽车工业对机床每年的订货金额占当年机床订货总额的百分比平均为2O84，也即平均每5台机床中，便有1台为汽车工业的订货，最高年份达27。汽车工业，特别是轿车工业对数控机床的要求极为严格。加工精度要求比其他一般机电产品高115级。随着汽车工业大批量生产及自动化要求而来的是对机床性能最为全面的考验，即高可靠性和高精度保持性；而且需要在多品种、小批量的机床上实现。为此汽车工业与机床行业有着相互促进和相互依存的关系。,数控行业1、数控机床与数控系统的开发2、数控软件的开发Pro/EMasterCAMCimatronUGCATIASolidworks3、数控软件的应用和数控加工1）数控加工工艺2）数控编程：手工编程和自动编程（数控编程软件的应用）3）数控操作4、数控设备维修,数控专业的就业前景,一、数控人才市场需求在发达国家中，数控机床已经大量普遍使用。我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到20对于目前我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用。原因是多方面的，数控人才的匾乏无疑是主要原因之一。由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术，我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。数控人才的需求主要集中在以下的企业和地区：1、国有大中型企业，特别是目前经济效益较好的军工企业和国家重大装备制造企业军工制造业是我国数控技术的主要应用对象杭州发电设备厂用6000元月薪招不到数控操作工。2、随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区(如广东，浙江、江苏、山东)，数控人才更是供不应求，主要集中在模具制造企业和汽车零部件制造企业。具有数控知识的模具技工的年薪已开到了30万元，超过了“博士”。,二、数控人才的主要有二个来源,现在处于生产一线的各种数控人才：一、大学、高职和中职的机电一体化或数控技术应用等专业的毕业生，他们都很年轻，具有不同程度的英语、计算机应用、机械和电气基础理论知识和一定的动手能力，容易接受新工作岗位的挑战。他们最大的缺陷就是学校难以提供的工艺经验，同时，由于学校教育的专业课程分工过窄，仍然难以满足某些企业对加工和维修一体化的复合型人才的要求。二、从企业现有员工中挑选人员参加不同层次的数控技术中、短期培训，以适应企业对数控人才的急需。这些人员一般具有企业所需的工艺背景、比较丰富的实践经验，但是他们大部分是传统的机类或电类专业的各级毕业生，知识面较窄，特别是对计算机应用技术和计算机数控系统不太了解。,三、数控人才三个需求层次,1、蓝领层：数控操作技工：精通机械加工和数控加工工艺知识，熟练掌握数控机床的操作和手工编程，了解自动编程和数控机床的简单维护维修。适合中职学校组织培养。此类人员市场需求量大，适合作为车间的数控机床操作技工。但由于其知识较单一，其工资待遇不会大高。2、灰领层1)数控编程员：掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握复杂模具的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CADCAM软件，如UG、ProE等；熟练掌握数控手工和自动编程技术；适合高职、本科学校组织培养。适合作为工厂设计处和工艺处的数控编程员。此类人员需求量大，尤其在模具行业非常受欢迎；待遇也较高。2)数控机床维护、维修人员：掌握数控机床的机械结构和机电联调，掌握数控机床的操作与编程，熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、PLC和参数设置。精通数控机床的机械和电气的调试和维修。适合作为工厂设备处工程技术人员。此类人员需求量相对少一些，但培养此类人员非常不易，知识结构要求很广，适应与数控相关的工作能力强，需要大量实际经验的积累，目前非常缺乏，其待遇也较高。,3、金领层数控通才：具备并精通数控操作技工、数控编程员和数控维护、维修人员所需掌握的综合知识，并在实际工作中积累了大量实际经验，知识面很广。精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计，掌握数控机床的机电联调。能自行完成数控系统的选型、数控机床电气系统的设计、安装、调试和维修。能独立完成机床的数控化改造是企业(特别是民营企业)的抢手人才，其待遇很高。适合本科、高职学校组织培养。但必须在提供特殊的实训措施和名师指导等手段，促其成才。适合于担任企业的技术负责人或机床厂数控机床产品开发的机电设计主管。,第1章数控机床概述,本章介绍数控加工的概念、特点、加工对象和加工步骤，数控机床的组成，数控车、铣和加工中心的应用，数控技术的现状及发展方向和先进制造技术等。,1.1数控加工的概念,1.数控技术数控(NumericalControl,NC)是采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的方法,简称NC或CNC2.数控机床数控机床是采用数控技术对加工过程进行控制的机床。1）NC机床数控车床、数控铣床、数控镗床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等等2）加工中心具有ATC自动换刀装置得数控机床（AutomaticToolChanger）广义：所有具有ATC的数控机床狭义：进行钻铣、镗加工的加工中心,3）FMC柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）具有APC工作台自动交换装置（AutoPalletChanger）的一台或几台加工中心组成的生产设备。能连续地自动加工一组不同工序与加工节拍的工件。可以作为组成柔性制造系统的模块单元。可实现一定时间无人化操作4）FMS柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）增加了物流系统、工业机器人以及相关设备，由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，可实现常时间无人化。5）CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）计算机集成制造系统从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售全面自动化。,通常FMC有两种组成形式：托盘交换式和工业机器人搬运式。,3.数控系统实现控制得硬件和软件，其核心是数控装置常用数控系统：国内：广州数控GSK218M、GSK980TD华中数控HNC21MHNC21T国内：法拉克FANUC-0iFANUC-21M西门子SINUMERIK840C840D4.数控加工数控加工，即采用数控机床加工零件的方法。数控加工是随着数控机床的产生、发展而逐步完善的一种应用技术，它是人们长期从事数控加工实践的经验总结。,1.数控机床的基本工作原理,1.2.1数控机床的组成数控机床由输入/输出设备、数控装置、伺服系统和机床本体、辅助装置等部分组成。,输入输出设备,数控装置,伺服系统,机床本体,反馈装置,图数控机床的组成,1.输入输出设备输入输出设备的作用是实现数控加工程序及相关数据的输入、显示、存储以及打印等。2.数控装置数控装置是数控机床的核心，它接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等变成信号去控制机床和辅助装置的运动。,3.伺服驱动系统伺服系统是数控机床的执行部分，作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床的运动。一般系统：采用交流伺服电动机高速加工中心：直线电动机简易数控机床：步进电动机4.机床本体机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。5.辅助装置数控机床的一些配套部件，包括刀库、液压装置、气动装置、冷却系统、排屑装置、夹具、换刀机械手等。,数控机床按控制方式分类：分为开环、半闭环，闭环控制三类。开环数控机床开环控制数控机床的特点是其控制系统不带反馈装置，通常使用步进电机作为伺服执行机构。开环控制系统结构简单，制造成本低，系统对移动部件的实际位移量不进行测量，也不进行误差校正。开环系统仅适用与加工精度要求不是很高的中小型数控机床。,开环控制机床图例,特点：结构简单，步进驱动、步进电机，无位置速度反馈,半闭环数控机床这类数控机床是在进给电动机的轴端安装角位移测量元件，通过测量电动机轴的旋转角位移并经过一定的换算来代替测量工作台的直线位移。这类系统未将丝杆螺母副、齿轮传动副等传动误差包含在控制系统中，其精度介于开环和闭环之间，但调试却比较方便，得到广泛的应用。,半闭环数控机床图例：,特点：精度较高，采用交流或直流伺服驱动及伺服电机，有角位移、角速度检测装置，结构紧凑。,闭环数控机床这类机床带有检测装置，直接对工作台的位移量进行测量。该系统可以消除包括工作台传动链在内的运动误差，定位精度高，调节速度快。但调试工作比较困难，制造成本高。适用于精度要求很高的数控机床。,闭环数控机床图例：,特点：精度高，采用交流或直流伺服驱动及伺服电机，有直线位移、速度检测装置，价格贵，调试困难,一、按控制刀具与零件相对运动轨迹分类1点位控制或位置控制数控机床点位控制或位置控制数控机床只能控制工作台或刀具从一个位置精确地移动到另一位置，在移动过程中不进行加工，各个运动轴可以同时移动，也可以依次移动，如图1.3(a)所示。如数控镗、钻、冲，数控点焊机及数控折弯机等均属此类机床。,常见数控机床的分类,2轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床能够同时对两个或两个以上坐标轴进行连续控制，具有插补功能，工作台或刀具边移动边加工，如图1.3(b)、(c)所示，如数控铣、车、磨及加工中心等是典型的轮廓控制数控机床，数控火焰切割机、数控线切割及数控绘图机等也都采用轮廓控制系统。二、按加工方式分类(1)金属切削类：如数控车、钻、镗、铣、磨、加工中心等。(2)金属成形类：如数控折弯机、弯管机等。(3)特殊加工类：如数控线切割、电火花、激光切割机等。(4)其他类：如数控火焰切割机、三坐标测量机等。三、按控制坐标轴数分类(1)两坐标数控机床：两轴联动，用于加工各种曲线轮廓的回转体，如数控车床。(2)三坐标数控机床：三轴联动，多用于加工曲面零件，如数控铣床、数控磨床。(3)多坐标数控机床：四轴或五轴联动，多用于加工形状复杂的零件。,1.数控车床数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床。2.数控铣床数控铣床按结构形式可以分为立式、卧式和龙门式数控铣床。按控制轴数可以分为三轴、四轴和多轴数控铣床。3.数控磨4.数控磨齿机5.加工中心加工中心可分为车削加工中心和铣削加工中心。(1).车削加工中心车削加工中心是在普通卧式数控车床的基础上，增加了C轴(刀具的旋转)和动力头，更高级的车削加工中心还带有刀库。,二、按加工方式分类,(2)铣削加工中心铣削加工中心是在数控铣床的基础上增加了刀库和自动换刀装置，刀库通常可容纳16100把左右的刀具。铣削加工中心按结构形式可分立式加工中心和卧式加工中心。立式加工中心的主轴处于垂直位置，它能完成铣削、镗削、钻削、攻丝和切削螺纹等工序。卧式加工中心的主轴处于水平位置。,6.金属成形类如数控折弯机、弯管机、压力机等。7.特殊加工类如数控线切割、电火花、激光切割机等。8.其他类：如数控火焰切割机、三坐标测量机等。,数控加工的特点及应用,1.数控加工的特点(1).可以加工具有复杂型面的工件(2).加工精度高，质量稳定1）数控机床脉冲当量小，一般可达到0.001,定位精度可达0.01，重复定位精度0.0052）数控系统具备误差自动补偿功能3）数控机床的传动系统与机床结构设计，都具有比普通机床更高的刚度和稳定性4）自动加工避免了人为干扰，质量稳定,（3）机床柔性强（4）生产率高1）数控机床转速和切削量可任意选择，因此可选择最合适的切削量。2）空行程运动速度远远大于普通机床3）一次加工可完成成多工序4）尺寸一致性好，只需首件检验。5）可实现精确、快速定位，不需划线。,(4).自动化程度高，改善劳动条件(5).有利于生产管理现代化因为相同工件所用时间基本一致，所以数控加工可预先估算加工工件所需时间，因此工时和工时费用可以精确估计。此外，对数控加工所使用的刀具、夹具可进行规范化管理。因此有利于生产管理的现代化。(6).数控加工是CAD/CAM技术和先进制造技术的基础,2.数控加工的主要对象由数控加工的特点可以看出，适于数控加工的零件包括：(1).多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件。(2).几何形状复杂的零件。,(3).精度及表面粗糙度要求高的零件。(4).加工过程中需要进行多工序加工的零件。(5).用普通机床加工时，需要昂贵工装设备(工具、夹具和模具)的零件。,数控加工的步骤,数控加工的步骤如下：(1).选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。(2).分析零件图及其结构工艺，明确加工内容及技术要求。(3).根据零件图进行数控加工的工艺分析，确定加工方案、工艺参数和工艺装备等。(4).用规定的程序代码和格式编写零件加工程序，或用CAD/CAM软件直接生成零件的加工程序文件。(5).输入加工程序，对加工程序进行校验和修改。(6).通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。,数控机床的产生社会需求是推动生产力发展最有力的因素。二十世纪四十年代以来，由于航空航天技术的飞速发展，对于各种飞行器的加工提出了更高的要求，这些零件大多形状非常复杂，材料多为难加工的合金。用传统的机床和工艺方法进行加工，不能保证精度，也很难提高生产效率。为了解决零件复杂形状表面的加工问题，1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。,数控技术的现状与发展方向,数控机床的产生的前提：计算机产生概念提出：1948年，美Parsons公司研制：受美空军委托Parsons与MIT合作1952年第一台三坐标立式数控铣床产业化：1955年数控机床的分代标志第一代电子管第二代晶体管和印制板电路第三代小规模集成电路第四代小型计算机开始取代专用硬接线装置，数控的许多功能用软件实现第五代微机数控(MNC)系统第六代基于PC（PCBased）数控系统,中国的数控技术与数控机床一、机床产值世界主要机床生产国和地区产值降幅大都超过30%,仅中国大陆不但未降，还上升了7.6%,以153亿美元产值居世界第一，德国第二（104.29亿美元，同比下降33%），日本第三（70.95亿美元，同比下降54%）。2009年世界机床总产值下降32%,2009年我国机床产值在世界产值占比达27.6%,比2008年增加了10个百分点。相比之下欧洲几国降幅较低些：奥地利、西班牙同比降30%,德国、意大利降33%,唯瑞士降了47%,较多。而日本同比降54%,中国台湾降50%,韩国降39%,都降得较多，但由于中国产值还上升，