重庆科创职业学院数控技术课件概论

1、第第一一章章 概概论论 2 教材 数控技术汤双清主编。教材。 数控编程与加工 吴坚主编。 数控铣床编程试题集 胡伟蓉，赵怡乐主编。 数控车床编程试题集 凌玮，赵怡乐主编 讲课讲课学时：学时：4444 实验学时：10 课外学时：10 3 3考核考核 本课程为考试课，平时成绩占本课程为考试课，平时成绩占 30%30%，期末成绩占，期末成绩占70%70%。 平时成绩由作业成绩、 课堂表现和实验成绩平时成绩由作业成绩、 课堂表现和实验成绩组成，组成，考试形式：考试形式：闭卷闭卷。 平时作业不交平时作业不交， 随机点名随机点名 3 3 次不到次不到或或 1/31/3 缺课缺课 （含（含请假） ，请假）

2、，实验成绩不及格实验成绩不及格的一律重修，不得参加期末考的一律重修，不得参加期末考试。试。 4 4例外例外 因为学校设备和实验等原因，书本第二章自学，因为学校设备和实验等原因，书本第二章自学，第二章主要参考资料数控编程与加工第二章主要参考资料数控编程与加工 吴坚主编。吴坚主编。 两本习题集平时作业和实验要用。 铣削加工中心 MAHO 600C 和车削加工中心MAHO GR350C 为主进行讲解。 数控实验室其它设备：CK6132HX 数控车床，XKN713A 数控铣床。 C2 一楼，欢迎去参观。 5 5课课程程教教学学目目标标： 在机械设计和制造知识的基础上比较全面、系统地了解整个数控加工系统

3、的整体结构、组成，机床数控技术的基本原理，伺服控制系统的工作原理，基本掌握数值处理、数控编程、数控加工等方面的基本知识和应用能力。 不唯书不唯书，书本没有现成的答案。要学会以书本为主线，通过查找资料解决解决应用问题问题。 先修课程先修课程: : 机械制造技术基础（或机械制造工艺学） 、电工电子技术、检测技术。 6 6参考书参考书 （1） 数控技术,彭晓南 主编，机械工业出版社，2004 （2） 数字控制机床 刘又午等 机械工业出版社，1995 （3） 机床数字控制技术 王永章等 哈尔滨工业大学，1995 （4） JB-T 9168-1998 切削加工通用工艺守则 （5） 网络，如http:/2

4、/skjs/ www.pc- 第一章第一章 概论概论 本章主要内容：本章主要内容：数控机床的分类：按伺服系统类型分类，按控制坐标数分类，按加工工艺类型分类(普通数控机床，加工中心普通数控机床上刀具库自动换刀装置)。数控机床的工作原理。FMC、FMS的组成和概念。 本章内容的重点：本章内容的重点：数控机床的组成和工作原理，按机床运动轨迹的数控机床分类。 本章内容的难点：本章内容的难点：数控机床的工作原理。 1 1- -1 1 数控机床简介数控机床简介 一、数控技术的产生一、数控技术的产生 提高产品质量、生产率，降低生产成本，还能够极大地减轻劳动强度。 在机械制造业，广泛采用了

5、自动机床、组合机床和以专用机床为主体的自动生产线，用多刀、多工位和多面同时加工，成年累月地进行着单一产品零件的高效率和高度自动化的生产。但它仅适用于批量较大的零件生产。如 CA141 卡车。 在机械制造工业中，单件与小批生产的零件仍然占机械加工总量的 80左右，尤其是航空、航天、船舶、机床、重型机械、食品加工机械、包装机械和军工产品等，不仅加工批量小，而且零件形状复杂，精度高。 数控机床实现多品种、小批量产品零件的自动化生产。 数 控 (Numerical Control, 简 称 NC) ， 国 标GB8129-87 中对其定义如下： 用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。

6、计算机数控系统 CNC(Computer Numerical Control)除了计算机以外，还包括输入接口、CRT 显示器、键盘、控制面板、输出接口等。 数控机床(Numerical control machine tools)是采用了数控技术的高效率的自动化加工机床。 数控机床起源于美国。 1952 年麻省理工学院(MIT)研制出世界上第一台三坐标数控铣床。 这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床， 数控装置体积比机床本体还要大，电路采用电子管元件。 1953 年 MIT 与美国空军合作，开始从事计算机自动编程的研究，研制出了世界上第一个自动编程系统APT(Automati

7、cally Programmed Tools)。 箱体铣削箱体铣削(视频视频)高速数控铣床高速数控铣床(视频视频)数控机床的工作过程： 首先需编写零件数控加工程序，用代码和数字来描述被加工零件的工艺过程、 零件尺寸和工艺参数(如主轴转速、进给量等)。 即将加工零件的几何信息和工艺信息进行数字化处理，如机床的启动或停止、主轴的变速、工件的夹紧或松紧、刀具的选择和交换、切削液的开或关；刀具与工件之间的相对位移以及进给速度等都用数字化的代码表示。 然后输入数控系统进行处理和计算， 由数控系统发出各种控制指令来控制数控机床的运动， 自动完成零件的加工。 二、数控机床的特点 数控机床是一种典型的机电一体

8、化产品。 数控技术是衡量一个国家经济发展的重要标志。 数控技术使 CAD/CAM 实用化。 数控技术是先进制造技术的基础 模具加工模具加工(视频视频)1 1- -2 2 数数控控机机床床的的组组成成与与工工作作原原理理 1 1、数数控控机机床床的的组组成成 数数控控机机床床由由信信息息载载体体、数数控控系系统统、伺伺服服系系统统和和机机床床本本体体四四部部分分组组成成(如图所示)。 信息载体数控系统伺服系统机床本体数控机床的组成(1)信息载体： 信息载体又称为控制介质，用来记录零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等各种加工信息，以控制机床的运动，进行零件的数控加工。 (2)数控系统： 是数控

9、机床的神经中枢，它由专用或通用计算机、输入输出接口及机床控制器(可编程控制器)等部分所组成， 接收输入装置输入的加工信息， 完成计算、逻辑判断、输入输出控制等功能，发出相应的数字信号给伺服系统，进一步通过伺服系统来控制机床的运动。 通过磁盘等输入装置将信息载体上记录的加工信息传输给数控系统； 也可在数控机床的操作面板用按钮和键盘直接输入加工程序和数据； 或通过计算机直接通讯的方式传输给数控系统。 (3)伺服系统： 伺服系统是数控系统的执行部分， 它包括速度控制单元、位置控制单元、测量反馈单元、伺服电机及机械传动装置所组成。 它接收数控系统发来的数字信号， 控制机床上的移动部件按所要求的定位精度

10、和速度进行运动。 伺服系统的性能直接影响导数控机床的加工精度和生产效率。 (4)机床本体： 数控机床要求具有较好的动态刚度、 较小的热变形及精度高等特性。 在机床中更多地采用了如滚珠丝杠、直线滚动导轨等高效传动部件，提高了机床的传动效率和灵敏度。 滚珠丝杠 2 2、数数控控机机床床的的工工作作原原理理 在数控机床上加工零件时，首先根据零件的加工图纸确定零件的加工工艺、工艺参数和刀具位移数据； 再按数控系统的指令格式编写数控加工程序； 可在机床操作面板上输入加工程序或在计算机上输入程序再利用通讯软件传输给数控系统； 在数控系统内控制软件的支持下，对程序进行处理和计算，给伺服系统发出相应得信号，控

11、制机床按所要求的轨迹运动， 完成对零件的加工。数控机床的工作原理如图所示。 数控机床的工作原理手工编程已不能解决复杂零件的编程问题。 CRT显示器零件图数控程序数控手册N1 G18N2 G51数控机床数控装置操作面板零件的几何图形输入到计算机中，建立起零件的三维几何模型，通过数控编程模块，指定刀具半径、加工方式及切削用量等工艺参数，就能自动地计算出数控加工刀心轨迹数据，再通过调用相应的数控机床后置处理程序，就可生成数控加工程序进行加工，并可在屏幕上动态地模拟刀具的加工情况。 它具有速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于进行干涉碰撞检查等优点。 CAD/CAM自动编程零件图纸CAD造型模块CA

12、M处理模块输入工艺参数后置处理模块数控机床三维造型三维造型CAD数控自动编程数控自动编程CAM数控加工模拟数控加工模拟CAM CAD/CAM流程数控系统的主要工作有输入、 译码、 数据处理、插补、伺服输出等。 (1)输入 数控加工程序和数据可以通过磁盘驱动器、光电阅读机，或由计算机通过通讯端口传输而来。 系统程序包含有一个输入管理模块，负责缓冲区管理、读入的字符的存放等。 CNC 数控系统通常有两种不同的输入工作方式： 一是一次将程序读入数控系统内的存储器； 另一种是边传输边加工， 将程序读入一部分到缓冲区，进行加工，同时再读取下一段程序。 (2)译码 输入的加工程序包含有零件的几何信息 G

13、指令(直线或圆弧，起点、终点坐标等)、加工工艺信息 S指令与 F 指令(主轴转速、进给量等)、刀具信息 T 指令(刀具半径补偿、长度补偿)和辅助信息 M 指令(主轴正反转、开停，冷却液开停，换刀等)。译码程序将加工程序的代码翻译成计算机内部能识别的机器代码。 (3)数据处理 数据处理程序包括刀具半径补偿、 速度计算以及辅助功能的处理等。 (4)插补 插补有直线插补、 圆弧插补和抛物线插补等几种。 插补是对一条已知曲线在起点和终点之间的数据进行细化的过程， 即将一条曲线分解成许多条直线或圆弧所组成。CNC 数控系统是边插补边加工的。 (5)伺服控制 数控系统在每个采样周期内计算出一个微小的位置增

14、量， 伺服控制系统完成该采样周期的位置伺服计算，输出到伺服驱动进口中去。 1 1- -3 3 数数控控机机床床的的分分类类 1 1、按按机机床床运运动动轨轨迹迹分分类类 (1)点位控制系统(Positioning control system) 刀具从起点向终点移动时，不论其中间的移动轨迹如何，只要刀具最后能准确地到达终点。点位控制在移动过程中不进行加工，对其移动速度也无严格要求。可以先移动一个坐标轴，再沿另一个坐标轴移动，也可多个坐标轴同时移动，甚至沿空间曲线移动。通常是以快速移动速度沿直线运动，以缩短点位时间。点位系统主要用于数控钻床、数控坐标镗床和数控冲剪床等。 点位控制点位控制(2)直

15、线控制系统(Straight control system) 直线控制系统控制刀具或工作台以所要求的速度，沿平行于某一坐标轴方向进行直线切削。它也可沿与坐标轴成 45的斜线进行切削， 但不能沿任意角度的直线进行直线切削。直线控制系统通常也具备刀具半径补偿功能，主轴转速、进给量控制功能。 该类控制系统通常还具备点位控制功能，称为点位直线控制系统。主要用于数控镗铣床、数控加工中心。 直线控制直线控制 (3)轮廓控制系统(Contouring control system) 轮廓控制系统又称为连续控制系统(Continuous control system)。这类控制系统可对两个或两个以上的运动坐标

16、的位移及速度进行连续地控制， 因而可以进行空间曲线或曲面的加工。 轮廓控制轮廓控制2 2、按按伺伺服服系系统统类类型型分分类类 (1)开环伺服系统 开环伺服系统为无位置反馈的系统，其驱动元件主要是功率步进电机或电液脉冲马达。典型的系统原理见图。开环系统由环形分配器、步进电机功率放大器、步进电机、齿轮箱、丝杠螺母传动副所组成。 开环伺服系统指令脉冲数控系统环形分配器工作台步进电机齿轮箱步进电机功率放大器(2)闭环伺服系统 闭环伺服系统是误差控制的随动系统。闭环伺服系统由位置比较和放大元件、 速度比较和放大元件、 驱动部件、 机械传动装置和测量反馈装置等所组成。 驱动部件可采用宽调速直流电机或宽调

17、速交流电机， 测量装置可采用感应同步器或光栅等直线测量元件。闭环伺服系统的工作原理图如图所示。 位移值进给脉冲工作台伺服电机齿轮箱比较环节伺服放大器测量反馈装置反馈脉冲 闭环伺服系统(3)半闭环伺服系统 半闭环伺服系统与闭环伺服系统相比，它使用安装在进给丝杠或电机轴端的角位移测量元件(如旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等)来代替安装在机床工作台上的直线测量元件，用测量丝杠或电机轴的旋转角位移来代替工作台的直线位移。其工作原理如图所示。 角度值进给脉冲工作台伺服电机齿轮箱比较环节伺服放大器测量反馈装置反馈脉冲半闭环伺服系统半闭环伺服系统未将丝杠螺母副、 齿轮传动副等传动装置包括在闭环反馈系统中，

18、故称之为半闭环伺服系统。 它不能补偿位置闭环系统以外的传动装置的传动误差。 由于角位移测量元件价格便宜，系统成本较低。如在系统中采用传动精度较高的滚珠丝杠和精密消隙齿轮， 再配以存储有螺距误差补偿和反向间隙补偿的数控装置， 半闭环伺服系统也能达到较高的加工精度。 3 3、按控制坐标数分类、按控制坐标数分类 控制坐标数是指同时能控制且相互独立的轴数。可分为 2 2 轴、2.52.5 轴、3 3 轴、4 4 轴和 5 5 轴。 两坐标的数控车床(直线控制，X、Z 轴) 2.5 坐标的数控钻床(点位控制) 2 轴控制是指可以同时控制 2 轴，但机床也许多于 2 轴。如图所示。 2.5 轴控制是指两个

19、轴连续控制、 第 3 个轴点位或直线控制，从而实现三个轴 X、Y、Z 内的两维控制。 三坐标的数控铣床(轮廓控制，X、Y、Z 轴) 3 轴控制是指能同时控制 X、Y、Z 三个坐标，刀具可在空间的任意方向运动，可进行三维立体加工。 4 轴控制是指同时控制四个坐标运动，即在三个移动坐标之外，再加一个旋转坐标。 5 轴控制是在三个移动坐标 X、Y、Z 之外，再加上两个旋转坐标 A、B。刀具可以给定在空间的任意方向。可用来加工极为复杂的空间曲面，如叶片、叶轮等。 德国德国Electronic developmentCo.的高速长数控铣床的高速长数控铣床叶轮铣削叶轮铣削(视频视频)4 4、按加工工艺类型

20、分类、按加工工艺类型分类 (1)普通数控机床 这类数控机床和传统的通用机床一样，有车、铣、钻、镗、磨床等，而且每一类里又可分为许多品种。 如数控铣床中又可分为立铣、 卧铣、 工具铣、龙门铣等。与通用机床相比，它能加工具有复杂形状的零件。 数控车床上加工凸轮数控车床上加工凸轮(视频视频)数控强力珩磨机(2)加工中心 在普通数控机床上增加了一个刀具库和自动换刀装置就构成了加工中心。在加工中心上加工零件，可经一次装夹加工除底面外的所有面。数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地自动地进行铣(车)、镗、钻、铰、攻丝、倒角等多工序加工，故又称为多工序数控机床。某些加工中心还可以配上自动交换工作台、机械手，进一步提高加工效率。 S100M车铣复合机床车铣复合机床(3)金属成形类数控机床 对金属板件、管件进行成形处理的