（本科）笫13章 现代加工技术简介ppt课件（全）

1、笫13章 现代加工技术简介2第13章 现代加工技术简介设计制作人：陈妙婷1、数控加工的基本概念13.1 数控加工技术所谓数控机床，是指采用数字程序进行控制的机床。由于采用数控技术，在机床行业，许多在普通机床上无法完成的工艺内容得以实现。NC是“数控”的简称，早期的数控系统全靠数字电路实现，因此电路复杂，功能扩展困难，现代数控系统都已采用小型计算机或微型计算机来进行控制，大量采用集成电路，使得功能大大增强，称之为计算机数控系统简称CNC)，已经成为一种通常的叫法，既指数控机床，也指数控机床的数字控制装置。2、数控加工技术的发展从1952年到l970年为第一阶段。这一阶段由于计算机的运算速度低，这

2、对当时的科学计算和数据处理影响不大，但还不能适应机床实时控制的要求，这一阶段人们只能采用数字逻辑电路制成专用计算机以作为机床数控系统，简称为数控 。 从1970年到现在为第二阶段。l970年以后，通用小型计算机已能批量生产，它的运算速度和可靠性比早期的专用计算机大大提高，且成本大幅度下降，于是将小型计算机移植过来作为机床数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控(CNC)阶段。到l974年，美国的Intel公司将计算机核心部件运算器和控制器采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上从而制成微处理器(CPU)。微处理器运用于机床数控系统上才真正解决了之前的数控机床的可靠性低、价格高和应用不便等关键性问

3、题，使数控机床进入实用阶段。l990年以来，PC机的性能已经发展到很高的阶段，可满足作为机床数控系统核心部件的要求，而且PC机的生产批量大、价格低、可靠性高。从此，数控机床进入了广泛应用的PC阶段。 与普通机床加工相比数控加工:生产效率高能稳定地获得高精度减轻工人的劳动强度，改善劳动条件加工能力提高 3、数控加工技术的特点与应用4、数控加工机床的系统组成 数控机床主要由程序载体、数控装置、伺服驱动系统、机床本体、测量反馈系统及辅助装置等组成组成。数控机床工作时，不需要工人直接操作机床，但若要对数控机床进行控制，则必须编制加工程序。零件加工程序包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数(主轴转

4、速、进给量等)和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元 。1）程序载体数控装置是数控系统的核心。是运算和控制系统。组成：由译码器、存储器、控制器、运算器、输入输出装置等组成功能：接收信息载体的输入信息，并将其代码加以编码、译码、存储、数据运算后输出相应的指令脉冲信息以驱动伺服系统，进而控制机床动作。 2）数控装置3）伺服驱动系统组成：伺服驱动系统由驱动部分和执行机构两部分组成，是CNC系统的执行部分。功能：伺服驱动系统的作用是把来自CNC装置的各种指令转换成数控机床移动部件的运动。分类

5、：伺服驱动系统主要包括数控机床的主轴驱动和进给驱动。4）机床主体又称机床本体，数控机床完成各种切削加工的机械部分，是数控机床的本体。组成：主要包括床身、主轴、进给机构等机械部件，还有冷却、润滑、转位部件，如换刀装置、夹紧装置等辅助装置。 常用的测量反馈系统有光栅、光电编码器、同步感应器等。在伺服电机末端(或机床的执行部件上)安装有测量反馈元件(如带有光电编码器的位移检测元件及相应电路)，可测量其速度和位移，该部分能及时将信息反馈回来，构成闭环控制。 5）测量反馈系统 辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置。常用的辅助装置包括气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控

6、分度头，防护和照明等各种辅助装置。 6）辅助装置 数控车床：数量最大；主要用于加工轴类和盘类零件数控铣床：平面、曲面、壳体类零件、连续加工复杂的形状轮廓 数控钻床：钻削、扩孔、锪孔、铰孔和攻螺纹；孔距有一定精度要求数控加工中心：MC是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。其他数控机床。 数控机床除以上几种常见类型外，还有数控精雕机床、数控磨床和数控冲床等，5、数控机床的种类适用范围广数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能完成的复杂曲面零件的加工，因此数控机床在宇航、造船、模具等加工业中得到了广泛应用。生产效率高改善劳动条件有利于实现生产管理现代化

7、价格昂贵 对操作人员和维修人员的要求较高 6、数控机床的特点 7、数控加工的应用范围1）最适应类形状复杂，加工精度要求高，用通用机床无法加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件。用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件。具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件。必须在一次装夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。2）较适应类在通用机床上加玉时极易受人为因素(如情绪波动、体力强弱、技术水平高低等)干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件。在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件。需要多次更改设计后才能定型的零件。在通用机床上加工需要作长时间调整的零

8、件。用通用机床加工时，生产效率很低或体力劳动强度很大的零件。3）不适应类装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件。生产批量大的零件(当然不排除其中个别工序用数控机床加工)必须用特定的工艺装备协调加工的零件。8、数控编程的基础知识简介1）手工编程定义手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。2）手工编程步骤 分析零件图样。制定工艺决策。确定加工路线。选择工艺参数。计算刀位轨迹坐标。编写数控加工程序单。验证程序。3）手工编程的特点优点：主要用于点

9、位加工(如钻、铰孔)或几何形状简单(如平面、方形槽)零件的加工，计算量小，程序段数有限，编程直观，易于实现的情况等。缺点：对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难校对，有些甚至根本无法完成。4）自动编程的定义对于几何形状复杂的零件，需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序。 G: 准备功能字（G功能字）指定移动方式（直线、圆弧等） F: 进给功能字（F功能字） S: 主轴转速功能字（S功能字） 设定主轴转速，r/min M: 辅助功能字（M功能字） 机床上的开关控制 T: 刀具功能字（T功能字） 指定工作刀具 后跟两

10、位数字代表刀号 9、常用编程代码快速定位 G00 指令功能：使刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到下一个目标位置。它只是快速定位，而无运动轨迹要求，且无切削加工过程。 格式G00X（U）_ Z（W）注：X、Z 为刀具所要到达点的绝对坐标值 U、W 为刀具所要到达点距离现有位置的增量值1）准备功能G代码G01X（U）_ Z（W）_ F_ 直线插补指令（G01） 格式 指令功能：G01指令使刀具以设定的进给速度从所在点出发，直线插补至目标点。注：X、Z或U、W 含义与G00相同；F为刀具的进给速度G02I_ K_ F_G03X（U）_ Z（W）_R_ F_圆弧插补指令（G02、G03） 格式

11、 指令功能：G02、G03指令使刀具以设定的进给速度从圆弧起点向圆弧终点进行圆弧插补。 指令说明：1）G02为顺时针圆弧插补指令 G03为逆时针圆弧插补指令G02I_ K_ F_G03X（U）_ Z（W）_R_ F_圆弧插补指令（G02、G03） 格式 指令说明：2）X、Z为圆弧终点坐标值 U、W为圆弧终点相对于圆弧起点的坐标增量编程格式1：终点+圆心编程格式2：终点+圆弧半径3）编程格式： 1）编程格式1：终点+圆心G02I_ K_ F_G03X（U）_ Z（W）_圆弧中心地址I、K确定无论是绝对坐标，还是增量坐标， I、K都采用增量值ABIK中心XOZO1O2-I-K+I+KBA 圆心坐标

12、I、K表示圆弧起点到圆弧中心所作矢量分别在X、Z坐标轴方向上的分矢量（矢量方向指向圆心） 方向一致取正，相反为负1）编程格式1：终点+圆心C弧A B C 弧A B2）编程格式2：终点+圆弧半径G02R_ F_G03X（U）_ Z（W）_R为圆弧半径 在0180 R为正值 在180360 R为负值 R编程只适用于非整圆的圆弧插补，不能描述整圆。（1）程序控制： M00 程序暂停； M01 “选择” 停止。 M02程序结束。 M30 程序结束，指针返回。（2）主轴控制： M03主轴顺时针转动。 M04主轴逆时针转动。 M05 主轴停止。（3）冷却控制： M07冷却液1开。 M08冷却液2开。 M0

13、9冷却液关。（4）换刀控制： M06换刀。（5）自程序控制： M98子程序调用。 M99子程序返回。（6）其他控制： M41、M42、M43 等。2）辅助功能M代码 程序执行到此进给停止，主轴停转。 重新按启动按钮后，再继续执行后面的程序段。 主要用于编程者想在加工中使机床暂停（检验工件、调整、排屑等）。M00为程序暂停指令M01为程序选择性暂停指令 程序执行时控制面板上“选择停止”键处于“ON”状态时此功能才能有效，否则该指令无效。 执行后的效果与M00相同， 常用于关键尺寸的检验或临时暂停。 执行到此指令，进给停止，主轴停止，冷却液关闭。 程序光标停在程序末尾。M02为主程序结束指令功能同

14、M02，不同之处是，光标返回程序头位置，不管 M30后是否还有其他程序段。 M30为主程序结束指令M03、M04、M05开动主轴时，M03指令可使主轴按右旋螺纹进入工件的方向旋转，M04指令可使主轴按右旋螺纹离开工件的方向旋转，M05指令可使主轴在该程序段其他指令执行完成后停转。3）F、S、T代码 进给功能F代码F代码表示刀具中心运动时的进给速度，由“F”和其后的数字组成。主轴转速功能S代码。 S代码表示主轴的转速，由“S”和其后的若干数字组成。刀具功能T代码刀具和刀具参数的选择是数控编程的重要内容，其编程格数控系统不同而异，主要格式有以下两种。采用T代码编程。由T和其后的数字组成，数字的位数

15、由所用数控系统占 T，后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。采用T、D代码编程。利用T代码选择刀具，利用D代码选择相关的刀偏。13.2 立体打印法(SLA) 1、成形过程质量高：制造精度高(0.1 mm)、表面质量好。材料利用率高：在液槽中成型，被紫外激光束照射的地方固化，未被照射的地方仍然是液态树脂，原材料利用率接近100造形能力强：能制造型状特别复杂及特别精细的零件，尤其适合壳体形零件制造。 。材料需改进：使用成型材料较脆(特别是加工零件时必须制作支撑)、材料固化中伴随一定的收缩(甚至可能导致零件变形)，并有一定的毒性，不符合发展绿色制造的要求。2、SLA的主要特点 13.3 虚拟制造技术

16、简介 1、虚拟制造的概念虚拟制造(VM)是实际制造过程在计算机上的本质实现，是利用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，采用群组协同工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，实现产品制造的本质过程，包括产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控带屿以增强制造过程各级的决策与控制能力。 2、虚拟制造的应用产品的外形设计产品的布局设计 。机械产品的运动仿真13.4 绿色制造及少无切削加工1、绿色制造绿色制造是综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周

17、期中，对环境负面影响最小、资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。 2、绿色制造的内容绿色设计 绿色材料 低物耗的绿色制造技术 低能耗的绿色制造技术 废弃物少的绿色制造技术 少污染的绿色制造技术3、绿色制造的应用节约资源方面：将绿色燃料天然气作为汽车的能源，消除了铅、苯等有害物质的产生。采用新设计的加工工艺方面：绿色柴油机行动，在技术上作了较大的改进，大大降低了汽车尾气的排放。适用于环境友好的材料方面：采用轻型材料铝材制造车身，使汽车重量减少40，能耗也降低了。部件回收再制造方面：从20世纪90年代中期，美国仅汽车零件回收、拆卸、翻新、出售一项，每年就可获利数十亿美元。13.5 精

18、密与超精密加工技术1、精密与超精密切削 随着对机械产品的要求越来越高，传统的切削加工方法已根本无法满足要求，不得不发展新技术、新工艺。精密与超精密切削就是在这种形势下产生和发展起来的。目前，超精密切削就是使用精密的单晶天然金刚石刀具加工有色金属和非金属，直接切出超光滑的加工表面。2、分类3、精密与超精密磨削研磨4、精密与超精密加工技术的发展趋势精密与超精密加工技术的基本理论和工艺；精密与超精密加工设备的精度、动特性及热稳定性；精密与超精密加工精度检测及在线检测和误差补偿；精密与超精密加工的环境控制技术；精密与超精密加工的材料；精密与超精密加工刀具的设计、制造和刃磨。思考题参考答案或提示 什么是

19、现代制造技术? 为什么现代先进制造技术又可称为先进制造技术?答：先进制造技术是集制造技术、电子技术、信息技术自动化技术能源技术、材料科学以及现代管理技术等众多技术的交叉、融会和渗透而发展起来的。涉及到制造业中产品设计、加工装配、检验测试、经营管理、市场营销等产品生命周期的全过程以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产这是提高动态多变市场的适应能力和竞争能力的一项综合性技术。 试述现代制造技术的特点答：(1)机械制造科学是由机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合而发展起来的一门跨学科的综合科学，它随不同对象和时间而改变功能结构及信息系统。 (2)柔性、集成、并行工作。现代机械制造系统具有多功能性和信息密集性，能够制造生产成本与批量无关的产品，能按订单制造，满足产品的个性要求。 (3)制造智能化。能够代替熟练工人的技艺，具有学习工程技术人员多年实践经验和知识的能力，并用以解决生产实际问题。智能制造系统能发挥人的创造能力和具有人的智能和技能，强调以人为系统的主导者这一总的概念。在智能制造系统中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撑，反过来智能又促进集