机械制造技术应用基础

1、机械制造技术应用基础提醒:教材：廖效果等 数控技术实验：张葵老师 实验楼一层数控实验室考试：试卷+实验+作业（听课） 比例：70：15：1512机械制造技术应用基础第一章 数控机床概述课程的特点、主要内容及学习方法数控机床的发展历史及其特点 数控机床的组成及控制原理数控机床的分类数控技术和数控机床的现状与未来课程要求机械制造技术应用基础1.1 课程特点、内容及学习方法特点：理论与实践相结合主要内容：以数控技术为核心，包括：数控编程技术、数控装置及其原 理、伺服系统及检测以及相关的内容（传动、换刀）学习方法：理论与实践相结合、分组学习和研究性学习机械制造技术应用基础1.2 发展历史及其特点数控机

2、床的产生生产力的发展和加工制造业的需求1952年，MIT和PARSONS公司研制第一台数控机床发展：金属成型类数控机床、自动换刀数控机床、直接数字控制系统、柔性制造系统和计算机集成制造系统机械制造技术应用基础1.2 发展历史及其特点机械制造技术应用基础1.2 发展历史及其特点最适合的应用范围：单件，小批生产所加工零件具有的特点：用普通机床难以加工的形状复杂的曲线、曲面零件结构复杂、要求多部位、多工序加工的零件价格昂贵不允许报废的零件要求精密复制或准备多次改变设计的零件机械制造技术应用基础1.2 发展历史及其特点意义自从20世纪中叶数控技术创立以来，它给 机械制造业带来了革命性的变化现在数控技术

3、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，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上机械制造技术应用基础1.2 发展历史及其特点数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段是国家的战略技术：东芝事件、考克斯报告基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业专家们预言: 二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争机械制造技术应用基础1.2 发展历史及其特点数控机床的特点适应不同零件（复杂零件）的自动加工生产效率高、精度好且加工质量稳定工序集中，一机多用技术含量高机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理与传统机床的

4、根本不同点控制原理：采用数字化信息来实现自动控制。信息内容及其表示、信息输入与存储、信息处理。机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理数控机床的组成机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器它是数控机床特有部件它是一种输入输出设备机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理控制介质与输入输出设备控制介质是记录零件加工程序的媒介输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通

5、过输出设备存放或记录在相应的控制介质上机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理表1 控制介质和输入输出设备机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有：串行通讯（RS-232等串口）、自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等）网络技术（internet，LAN等）机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理CNC装置(CNC单元)组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：根

6、据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理PLC、机床I/O电路和装置PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路功能：A)接受CNC的M、S、T指令，对

7、其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作B)接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统 工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）机械制造技术应用基础1.3 组成及控制原理测量装置：检测位置和速度，发送反馈信号旋转变压器感应同步器码盘（脉冲编码器）磁尺（磁栅）光栅尺机械制造技术应用基础作业题目：数

8、控机床的起源与现状要求：自由论述，但是必须有自己的观点字数不限鼓励使用邮件发送电子档机械制造技术应用基础上次课程回顾数控机床产生的背景数控机床的特点数控加工的原理数控机床的组成简单介绍几个名词(MC/DNC/FMS/AC/CIMS/CAD/CAM/CAT)机械制造技术应用基础 数控机床的分类按工艺用途分类切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC等成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类按控制功能分类A）点位控制数控系统，特点：

9、1）仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动2）对轨迹不作控制要求（解释）3）运动过程中不进行任何加工适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类B）直线控制数控机床，特点：1）刀具或者工作台的运动可控2）刀具或工作台的运动或者加工沿平行于坐标轴的方向（介绍坐标轴）3）进给速度可变适用范围：数控车、数控铣等机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类C）轮廓控制数控系统，特点：1）控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)2）使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动3）在运动过程中进行连续切削加工适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于

10、加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统解释：坐标联动，插补运算、刀具补偿机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类按联动轴数分2轴联动（平面曲线）轴联动3轴联动（空间曲面，球头刀）4轴联动（空间曲面）5轴联动及6轴联动（空间曲面）联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂说明：应用范围gogogogoN机械制造技术应用基础行切法加工（两轴半）B机械制造技术应用基础三轴联动B机械制造技术应用基础四轴联动B机械制造技术应用基础五轴联动B机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类按所用进给伺服系统的类型分类 按数控系统的进给伺服系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系

11、统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类开环数控系统：没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统）原理介绍：电机机械执行部件A相、B相C相、f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类特点：无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度一般以功率步进电机作为伺服驱动元件结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床机械制造技术

12、应用基础1.4 数控机床的分类半闭环数控系统：位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类特点：半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中

13、得到了广泛应用机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类全闭环数控系统：系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类特点：从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等

14、机械制造技术应用基础1.4 数控机床的分类按所用数控装置类型分类：硬线数控机床：输入处理、插补运算和控制等功能有专用的组合逻辑电路来实现，其通用性和灵活性差，制造周期长、成本高。已经基本不用软线数控机床：硬件采用计算机加上集成电路构成，主要功能基本上有系统软件来实现，目前基本上都是这样的系统。机械制造技术应用基础1.5 现状与未来概述：数控装置：计算机数控装置，32位甚至64位，多CPU，大规模集成电路；配备多种遥控和智能接口；具有很好的操作性能；高可靠性；开放体系进给伺服系统：永磁同步交流伺服电机；数字化控制；高速、高分辨率位置检测装置；强大的误差补偿功能程序 多种编程方式；在线编程；包含工

15、艺信息工况检测、监控和故障诊断：实时检测、监控，专家系统PLC：高速机械制造技术应用基础1.5 现状与未来直接数字控制系统（群控）定义：使用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或者装配的系统。分类：间接控制型：各机床的数控装置仍然承担原来的数控功能，中央计算机与接口仅仅起到了原有数控机床的纸带阅读机的作用直接控制型：插补运算全部或部分由中央计算机集中完成机械制造技术应用基础1.5 现状与未来柔性制造单元和柔性制造系统柔性制造单元：加工中心自动交换工件装置，数控系统具有自动检测与工况自动监控等功能柔性制造系统：加工物流信息流机械制造技术应用基础1.5 现状与未来计算机集成制造系统

16、自动化子系统：了解名词CIMS的形成：在CIMS中，不仅是生产设备的集成，更重要的是以信息为特征的技术集成和功能集成机械制造技术应用基础1.6 课程要求认真听讲按时完成作业课后要复习，做好试验预习讲求团队精神杜绝作弊机械制造技术应用基础1.6 课程要求核心内容：数控编程插补原理刀具补偿原理伺服系统构成及工作原理机床的机械传动结构换刀方法与装置机械制造技术应用基础作业你认为本章的重点内容是什么？请简单说明你判断的标准和你掌握的程度。学习本章之后，那些部分你认为最难理解和掌握？书上p26给出的复习思考题16题，哪题你不会？机械制造技术应用基础第二章 数控加工程序的编制第一章回顾：数控机床的产生发展

17、数控机床的原理及构成数控机床的分类数控机床的现状与发展机械制造技术应用基础第二章 数控加工程序的编制本章将讲述加工程序的编制、结构及常用算法；简要介绍自动编程掌握：手工编程熟悉：数控代码含义了解：程序编制中的数学计算和自动编程基本要求：能够手工编写简单数控程序，读懂数控代码程序方法：课堂讲授、举例和实验相结合机械制造技术应用基础主要内容：了解数控编程定义了解代码的种类熟悉G、M、F、S、T等代码含义了解程序结构2.1 概述机械制造技术应用基础 2.1 概述数控加工程序 从零件图纸到制成控制介质的全过程。 将零件的加工信息，包含加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、

18、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程机械制造技术应用基础2.1 概述程序编制分为：手工编程和自动编程两种手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定， 将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。机械制造技术应用基础手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件自动编程适用于：形状复

19、杂的零件虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件)虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）2.1 概述机械制造技术应用基础代码：是文字、数字、符号以及它们组合的总称，又称指令。它是程序的最小单元编程指令系统操作代码的总称2.1 概述机械制造技术应用基础数控编程的代码A）穿孔带及其代码：现在有ISO（International Standardization Organization）和EIA(Electronic Industries Association)两种 B）G指令、M指令、F、S、T和其它指令2.1 概述机械制造技术应用基础G指令准备功能 作用：规定机

20、床运动线型、坐标系、坐标平面、刀补、刀偏、暂停等多种操作。组成：G后带二位数字组成。100种模态（续效）指令与非模态指令简单指令介绍模态指令定义2.1 概述机械制造技术应用基础M指令辅助功能作用：控制机床及其辅助装置的通断的指令。组成：M后跟两位数字组成。100种M指令简单介绍也有续效指令2.1 概述机械制造技术应用基础F指令指定进给速度指令（续效指令） 组成：编码法：F带两位数字，如F05,F36等。后面所带的娄只是一个代码，它与某个（系统规定的速度值）速度值相对应，换而言之，这种指令所指定的进给速度是有级的，速度值序既可等差数列，也可能是等比数列直接法：F后带若干位数字，如F150,F35

21、00等。后面所带的数字表示实际的速度值，上述两个指令分别表示F=150mm/min；F=3500mm/min2.1 概述机械制造技术应用基础S指令（切削速度）指定主轴转速指令（续效指令）组成：同F ，如S05,S36等单位：r/min 2.1 概述机械制造技术应用基础T指令指定加工刀具号的指令。 组成：T后跟两位数字，如T11,T28等。 T11表示选择11号刀具 T28表示选择28号刀具2.1 概述机械制造技术应用基础尺寸指令指定的刀具沿坐标轴移动的方向和目标位置的指令 组成：由在X,Y,Z,(i,j,k,r)A,B,C后带符号的数字组成。如X1000,Y2000等 单位：数控系统规定的单位

22、,如mm2.1 概述机械制造技术应用基础子程序标号和调用指令 作用：用于指定子程序名和在主程序中调用子程序指令。组成：子程序名字符Q后带两位数字，如Q01,Q21，因此子程序在一 个程序最多只100个。子程序调用字符后带四位数字。其中，前两 位数字被调用和子程序名后两位数字为调用次数L 01 08调用8次调用01号程 序调用子程序地址符2.1 概述机械制造技术应用基础程序段标号，程序段结束字符以及变量等。如：N *(LF), R0R9等2.1 概述机械制造技术应用基础零件加工程序，它主要由程序名和若干程序段组成程序名是该加工程序的标识；程序段是一个完整的加工工步单元，它以N（程序段号）指令开头

23、，或LF指令结尾； M02(M30)作为整个程序结束的指令，有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的符号，如% 、EM等。2.1 概述机械制造技术应用基础程序段的格式，是指一个程序段中指令字的排列顺序和书写规则，不同的数控系统往往有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统就不能接受目前广泛采用的是，地址符可变程序段格式（字地址程序段格式），这种格式的特点是：程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再跟数字或无符号的数字指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书写不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写2.1 概述机械制造技术应用基础主程序和子程序有时

24、被加工零件上，有多个形状和尺寸都相同的部位，若按通常的方法编程，则有一定量的连续程序段在几处完全重复的出现，则可以将这些重复的程序串，单独地担出来按一定格式做成子程序，程序中子程序以处的部分便称为主程序子程序可以被多次重复调用。而且有些数控系统中可以进行子程序的“多层嵌套”，子程序可以调用其它子程序，从而可以大大地简化编程工作，缩短程序长度，节约程序存贮器的容量2.1 概述机械制造技术应用基础最小设定单位（脉冲当量）定义见教材p37最后一行2.1 概述机械制造技术应用基础了解机床坐标系个坐标轴方向如何定义区分工件坐标系和机床坐标系掌握工件坐标系和机床坐标系之间关系了解相对坐标和绝对坐标2.2

25、数控机床的坐标系机械制造技术应用基础坐标轴的运动方向及其命名数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给) 定义为坐标系中的一个坐标轴数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统2.2 数控机床的坐标系机械制造技术应用基础基本坐标系：直线进给运动的坐标系（）。坐标轴相互关系：由右手定则决定回转座标：绕轴转动的圆进给坐标轴分别用表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定 2.2 数控机床的坐标系机械制造技术应用基础坐标轴方向：刀具相对工件运动的方向。这样便可以使编程人员在不知是刀具移近工 还是相反的情况下，就能正确地进行编程附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用表示2.2 数控机床的坐标系机械制造技术应用基础各坐标轴定义Z坐标（轴）标准规定：Z坐标主轴轴线的进给轴正方向：刀具离开工件的方向2.2 数控机床的坐标系机械制造技术应用基础X坐标（轴）在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）A）Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐 标的正方向