第四章数控技术

1、唐山工业职业技术学院 机械系绪论 1. 数控技术的基本概念 2. 数控加工的内容与特点 3. 数控机床的组成 4. 数控机床的分类 5. 数控机床的发展趋势 6. 典型的数控机床 第四章 数控技术 第四章 数控技术数字控制数字控制(Numerically Controlled)简称数控(NC)，是用数字信息实现自动控制技术。数控系统数控系统是一种控制系统，它能自动阅读输入载体上事先给定的数字值和指令，并将其译码、处理，从而自动地控制机床移动和加工零件。概念概念 第四章 数控技术数字控制机床数字控制机床(数控机床)，是用数字信息实现自动控制运转的机床。数控程序数控程序，是指从外部输入数控系统用于

2、加工攻坚的程序成为数控加工程序。 概念概念加工中心 第四章 数控技术数控编程数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。编程工作主要包括：概念概念 第四章 数控技术 数控加工是指在数控机床上进行自动加工零件的一种工艺方法。数控车削加工加工中心加工 第四章 数控技术 数控加工步骤详细框图 第四章 数控技术 第四章 数控技术 第四章 数控技术 平面类零件平面类零件精密、复杂零件精密、复杂零件 变斜角类零件变斜角类零件 模具模具 结构复杂的零件结构复杂的零件 叶片的精加工件叶片的精加工件 第四章 数控技术组成：组成：数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体(测量装置)四个部分

3、组成。反馈装置反馈装置伺服系统伺服系统辅助装置辅助装置控制介质控制介质输入输出设备输入输出设备机机 床床数控装置数控装置位置检测位置检测速度检测速度检测控控制制信信号号反馈装置反馈装置伺服系统伺服系统辅助装置辅助装置控制介质控制介质输入输出设备输入输出设备机机 床床数控装置数控装置位置检测位置检测速度检测速度检测 第四章 数控技术控制介质是记录零件加工程序的媒介。控制介质是记录零件加工程序的媒介。 数控机床工作时，不需要操作者去摇手柄操作机床，但又要自动地执行操作者的意图，这就必须在人和数控机床之间建立某种联系，这种联系的媒介物就称为控制介质输入输入/输出设备：纸带阅读机、软盘驱动器及键输出设

4、备：纸带阅读机、软盘驱动器及键盘（盘（MDI方式）等，还有方式）等，还有RS232串行通讯接口；串行通讯接口；输出设备主要有输出设备主要有CRT显示器或点阵式液晶显示显示器或点阵式液晶显示器器。经插补运算经插补运算,输出各坐标轴进给速度、输出各坐标轴进给速度、进给方向和位移量指令进给方向和位移量指令经逻辑运算经逻辑运算,输出主轴变速、换向和输出主轴变速、换向和起停信号起停信号选择和交换刀具的刀具指令信号选择和交换刀具的刀具指令信号辅助指令信号辅助指令信号:冷却、润滑、夹经紧、冷却、润滑、夹经紧、松开、分度等松开、分度等.控制信号控制信号第四章 数控技术 CNC数控装置是数控机床的核心。数控系统

5、的操作面板数控系统的操作面板FANUC系统SIEMENS系统华中HNC系统CNC系统构成作用：作用：把输入的零件加工把输入的零件加工程序程序进行相应的进行相应的处理处理（如（如运动轨迹处理等），然后运动轨迹处理等），然后输出控制命令输出控制命令到相应的执到相应的执行部件行部件(伺服单元、驱动装置和伺服单元、驱动装置和PLC等等)，完成零件的，完成零件的加工。所有这些工作是由加工。所有这些工作是由CNC装置协调配合，合理装置协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装装置是计算机控制系统的核心，置是计算机控制系统的核心，比拟为人的比拟为人的“

6、头脑头脑”。 伺服单元和驱动控制系统的组成伺服单元和驱动控制系统的组成主轴伺服驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机进给伺服驱动装置和进给电机测量装置的组成测量装置的组成 位置位置和和速度速度测量装置。主要实现主轴转速、进给速度进给位置的闭环控测量装置。主要实现主轴转速、进给速度进给位置的闭环控制。制。测量装置将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，测量装置将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到并反馈到CNC装置中，使装置中，使CNC能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出

7、相应指令，纠正所产生的误差。一致，并发出相应指令，纠正所产生的误差。 四、机床本体四、机床本体 是数控系统的控制对象，是是数控系统的控制对象，是实现零件加工的执行部件。实现零件加工的执行部件。数控机床包括：主运动部件数控机床包括：主运动部件（主轴），进给运动部件，（主轴），进给运动部件，（工作台、拖板及其传动（工作台、拖板及其传动部件），支撑件（床身、部件），支撑件（床身、立柱等）；辅助装置（冷立柱等）；辅助装置（冷却、润滑、转位和夹紧等却、润滑、转位和夹紧等辅助装置）。对于加工中辅助装置）。对于加工中心类的数控机床，还有存心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具放刀具的刀库，交换刀具的机

8、械手等部件。的机械手等部件。 总结：总结： 数控机床由：控制面板、输入数控机床由：控制面板、输入/输出装置；输出装置；CNC控制系控制系统；伺服系统、测量装置；机床本体组成。统；伺服系统、测量装置；机床本体组成。 数控机床各组成部件的工作过程：数控机床各组成部件的工作过程： （1)分析图纸与编制程序阶段：分析图纸与编制程序阶段： （2）准备信息载体）准备信息载体将程序存放在信息载体（磁盘等）上，通过输入输出将程序存放在信息载体（磁盘等）上，通过输入输出设备将全部加工信息传给数控系统。也可以通过手动设备将全部加工信息传给数控系统。也可以通过手动方式，利用控制面板输入，方式，利用控制面板输入， (

9、MDI方式方式)； 根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写编写数控加工程序数控加工程序，并填写程序单。，并填写程序单。第四章 数控技术 （3）加工阶段）加工阶段数控机床系统（数控机床系统（CNC）将加工程序语句译码，）将加工程序语句译码，输出输出控制命令控制命令驱动各运动部件的动作，在系统的统一协调下驱动各运动部件的动作，在系统的统一协调下自动完成对工件的加工。加工中测量装置将机床移动的自动完成对工件的加工。加工中测量装置将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成信号，并反馈到实际位置、速度参数检测出来，转换成信号，并反馈到CNC装置中

10、，使装置中，使CNC能随时判断机床的实际位置、速能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出相应指令，纠正所产生的误度是否与指令一致，并发出相应指令，纠正所产生的误差。差。第四章 数控技术 第四章 数控技术 数控车床数控车床普通数控普通数控机床机床用刀具对零件用刀具对零件进行切削加工进行切削加工特种加工特种加工数控机床数控机床 成形加工成形加工数控机床数控机床 采用电火花原采用电火花原理进行加工理进行加工 通过物理方法通过物理方法改变工作形状改变工作形状 数控铣床数控铣床 车削中心车削中心 加工中心加工中心 电火花线切割机电火花线切割机 电火花成型机电火花成型机数控折弯机数控折弯机 数

11、控冲床数控冲床 数控弯管机数控弯管机 第四章 数控技术点位控制点位控制 从一点准确地快速从一点准确地快速移动下一个点移动下一个点 直线控制直线控制 轮廓控制轮廓控制 以给定的速度按以给定的速度按直线进行切削直线进行切削按工件的轮廓轨迹按工件的轮廓轨迹进行切削进行切削 .点位控制点位控制数控机床数控机床* *仅能实现刀具相对于仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的工件从一点到另一点的精确定位运动；精确定位运动；* *对轨迹不作控制要求；对轨迹不作控制要求；* *运动过程中不进行任运动过程中不进行任何加工。何加工。适用范围：适用范围：数控钻床数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控镗床、数控冲床和数控测

12、量机。数控测量机。第四章 数控技术直线控制机床直线控制机床如图所示，可控制刀具相对于如图所示，可控制刀具相对于工作台以适当的进给速度，工作台以适当的进给速度，沿着平行于某一坐标轴方向沿着平行于某一坐标轴方向或与坐标轴成或与坐标轴成45的斜线方的斜线方向作直线轨迹的加工向作直线轨迹的加工。第四章 数控技术这种方式是一次只有某一轴在运动，或让两轴以相同的速度同这种方式是一次只有某一轴在运动，或让两轴以相同的速度同时运动以形成时运动以形成45的斜线，所以系统结构比较简单。一般地，都的斜线，所以系统结构比较简单。一般地，都是将点位与直线控制方式结合起来，组成点位直线控制系统而是将点位与直线控制方式结合

13、起来，组成点位直线控制系统而用于机床上。这种形式的典型机床有车阶梯轴的数控车床、数用于机床上。这种形式的典型机床有车阶梯轴的数控车床、数控镗床等控镗床等。.轮廓控制数控轮廓控制数控系统机床系统机床轮廓控制轮廓控制(连续控制连续控制)系统系统：可：可以控制几个进给轴同时谐调运以控制几个进给轴同时谐调运动动(坐标联动坐标联动)，使工件相对于，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度刀具按程序规定的轨迹和速度运动运动，在运动过程中进行连续在运动过程中进行连续切削加工的数控系统切削加工的数控系统，可加工可加工任意形状的曲线和曲面任意形状的曲线和曲面。适用范围：数控铣床、适用范围：数控铣床、加工加工中心中

14、心等用于加工曲线和曲面的等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统都是装备的这种数控系统第四章 数控技术第四章 数控技术 一、发展一、发展自1952年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了数控(NC)阶段(19521970年)和计算机数控(CNC)阶段(1970现在)。 第四章 数控技术 现代制造业的主流设备，对发展国家经济有决定性的影响。 现代机械制造业工艺水平的重要标志，是关系国计民生、国防尖端建设的战略物资。 二、数控加工的地位二、数控加工的地位数控机床制造已比较成熟。但与先进国家相比尚有较大的差距。我国机床数控化率15%，数控机

15、床应用水平较低。 三、我国数控机床现状三、我国数控机床现状 第1章 数控技术概述与数控机床 对技术人员对技术人员要求较高要求较高 对夹具和刀具对夹具和刀具的要求较高的要求较高 劳动条件好劳动条件好 投资大，使投资大，使用费用高用费用高 生产准备工生产准备工作复杂作复杂 数控技术人员除了要有一定的工艺基础知识外，还应对数控机床的结构特点、工作原理以及程序编制进行必备的技术理论培训和操作训练，并能正确编写或快速理解程序，对数控加工过程中出现的各种情况做出正确有效的判断和处理。维修困难维修困难 第1章 数控技术概述与数控机床 数控铣床数控铣床 龙门铣床龙门铣床 立式加工中心立式加工中心 卧式加工中心

16、卧式加工中心5 5轴加工中心轴加工中心 数控加工中数控加工中,必须在坐标系下必须在坐标系下才能确定。才能确定。 数控编程中有数控编程中有两种坐标系两种坐标系: : 一、坐标系一、坐标系 1 1、数控机床坐标系、数控机床坐标系 是机床上是机床上的坐标系，用来确定的坐标系，用来确定和和的的。 机床坐标系的建立机床坐标系的建立: :用机床用机床回参考点回参考点（回零）的方式建（回零）的方式建立立. .每次启动机床每次启动机床, 都必须都必须进行进行返回参考点操作返回参考点操作，建立机建立机床坐标系床坐标系。项目一、仿真软件加工中心介绍与使用项目一、仿真软件加工中心介绍与使用数控机床坐标系数控机床坐标

17、系编程坐标系编程坐标系国标国标规定规定在在数数控机床坐标系控机床坐标系中，存中，存在以下在以下坐标轴坐标轴、直线进给坐标轴用直线进给坐标轴用表示，也叫表示，也叫、围绕围绕X，Y，Z 轴旋转轴旋转的圆周进给坐标轴分别的圆周进给坐标轴分别用用如右图所示，右手如右图所示，右手三指尽量互成直角三指尽量互成直角，拇指指向，拇指指向X轴正轴正方向，食指指向方向，食指指向Y轴正方向，中指指轴正方向，中指指向向Z轴正方向。轴正方向。ZYX基本坐标轴的判定基本坐标轴的判定 铣床坐标轴的判定铣床坐标轴的判定 1 1）、第一步先确定）、第一步先确定Z Z轴轴 与机床主轴重合的坐标与机床主轴重合的坐标轴为轴为Z Z轴

18、轴正方向：远离工件的方向正方向：远离工件的方向 2 2）、第二步先确定）、第二步先确定X X轴轴 A、若、若Z轴为水平轴为水平(如卧如卧式铣床式铣床) 规定规定X轴为水平的轴为水平的 正方向：正方向：沿沿床身立柱后床身立柱后端端向向工件工件方向看，方向看，右手右手平伸出方向为平伸出方向为X轴正向轴正向XZ B、若、若Z轴为垂直轴为垂直(如立式铣如立式铣) 规定规定X轴为水平的轴为水平的 正方向：正方向：则从则从工件工件向向床身立柱床身立柱方向看，方向看，右手平伸出方向为右手平伸出方向为X轴正向。轴正向。YZZXXZXXZXZXZY( a )( b )X 3）、第三步确定）、第三步确定Y轴轴 Y

19、轴垂直与轴垂直与X、Z轴，轴，在确定了在确定了X、Z轴的正轴的正方向后，即可按右手笛方向后，即可按右手笛卡尔直角定则确定卡尔直角定则确定Y轴轴正方向。正方向。 十指的方向为十指的方向为Y轴的正轴的正方向方向YZZXXZXXZXZXZY( a )( b )Y判断下列机床的基本坐标轴判断下列机床的基本坐标轴YZZXXZXXZXZXZY( a )( b ) 下面我们就学习的坐标系的判定方法来判下面我们就学习的坐标系的判定方法来判断下列机床的坐标系断下列机床的坐标系XYZZXY 数控机床的发展1952年3月，世界上第一台三坐标数数控铣床控铣床试制成功，可作直线插补，由美国的巴森兹(Parsons)公司

20、和麻省理工学院(MIT)合作研发。1959年，由美国的克耐杜列克(Keaney & Trecker)首次研制开发了具有自动换刀装置和回转工作台的加工中心(Machining Center，MC)。20世纪60年代末，出现了直接数控系统(Direct NC,DNC)，由一台计算机直接管理和控制一群数控机床。1967年，英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统，即现在的柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS)的前身。20世纪末，出现了以数控机床为基本加工单元的计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturin

21、g System，CIMS)。20世纪80年代初，出现了以加工中心或车削中心为主体，配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell，FMC) 。图图 第一台数控机床第一台数控机床第四章 数控技术五轴卧式数控加工中心五轴卧式数控加工中心第四章 数控技术 数控加工零件图、成品 数控加工框图刀具调整卡模拟调试程序操作机床试切刀辅具选取确定刀具手工编程程序输入自动编程通讯传输工艺分析刀具方案零件图纸工艺设计夹具方案组合夹具可调夹具通用夹具成品刀对装件工夹 数控加工的对象平面类零件 数控加工的对象变斜角类零件 数控加工的对象精密、复杂零件 数控加工的对象模具 数控加工的对象结构