数控加工技术 学习指南

PAGE数控加工技术课程学习指南一、理论课学习指南（含课堂、课内实验）1、课程基本信息本课程为机械设计制造及其自动化、机械工程及自动化、材料成型与控制工程、工业设计等本科专业学生必修的一门专业核心课程。课程教学贯穿一条主线——面向生产的数控技术应用性高级人才培养，强化三种培养——数控基本技能培养、数控综合应用能力培养和数控创新能力培养。总学时：48（其中理论44学时，实验4学时）。学分：32、前续课程与课程特点1）前续课程工程制图、工程力学、机械制造技术基础、互换性与技术测量、机械设计基础、微机原理与接口技术、机械工程测试技术基础、机械控制理论基础、液压与气动、机械制造工艺学。2）课程特点（1）综合性——注意联系和综合应用以往所学知识。（2）实践性——注意理论联系数控加工实际，重视实践性环节（实验、数控实训）。（3）灵活性——掌握基本原理，活学活用。3、教学方法及手段1）教学方法理论教学可选择案例式、讲练结合式、讨论启发式、归纳式、现场教学式等教学方法；实验教学可采用现场演示、讨论互动式、任务驱动式、合作学习式、仿真式（模拟软件）、模块教学式、竞争式、开放式、校企合作式、研究式等多种教学方法；课外教学可采用数控加工技术讲座、竞赛等形式。2）教学手段课堂教学手段采用CAI课件、电视录像片、模拟软件演示等手段；实验教学可采用仿真（数控编程模拟）、浓缩、多媒体软件与环链等手段；课外采用在网上公布的电子教案、网络课件和教学录像等手段，把图像、二维和三维动画、音频、视频等表现形式集为一体，形成立体化的教学环境。4、学习方式（1）课堂讲授——讲授重点、难点。（2）自学——课程内容30％自学，通过作业、答疑等环节保证效果。（3）其它环节——作业、练习、课内实验、数控实训。5、课程模块导学1）模块一、数控加工技术基础（6学时）本模块主要介绍数控设备的产生与发展，数控设备的工作原理、组成与特点，数控设备的分类，数控机床的坐标系统，数控加工和程序编制基础，重点讨论了数控加工的工艺设计内容，要求了解数控加工技术的发展趋势。通过本模块的学习，应当明确以下几点：（1）数控机床是为解决单件、小批量，特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量而产生的。随着数控系统经历六代产品发展过程的同时，数控机床从第一台三坐标立式数控铣床产生开始，相继出现了数控转塔式冲床、数控转塔钻床、加工中心、DNC、FMS、CIMS等机床或系统。在数控机床全面发展的同时，其它数控设备也得到了广泛的应用。现代数控加工技术正向高速化、高精度化、高可靠性、高柔性化、高一体化、网络化和智能化方向发展。（2）数控设备一般由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和受控设备等组成。数控设备工作的核心问题是如何通过数控程序输入到数控设备的数控装置中，控制该设备执行机构的各种动作或运动轨迹。数控设备可以按多种方式进行分类。若按工艺用途，可分为金属切削类（含普通数控机床、数控加工中心），金属成形类（如数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等），特种加工类（如数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等），测量、绘图类（如数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪）等四类；若按控制运动的方式分类，则可以分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制的数控机床；若按伺服系统的控制方式，可分为开环、半闭环和闭环数控机床；还可以按所用数控系统的档次，分为低、中和高档数控机床。（3）数控加工包括八个方面的内容，其关键是进行数控加工工艺设计。数控加工的工艺设计主要包括：选择并确定零件的数控加工内容，对零件图纸进行数控加工工艺性分析，数控加工的工艺路线设计，数控加工的工序设计，数控加工专用技术文件的编写。通过数控加工的工艺设计，最终把数控工艺和参数具体地设置在数控加工程序中，是数控加工的核心问题。（4）数控加工程序的编制方法有手工编程和自动编程两类。为使用户方便和统一，国际标准化组织ISO对数控程序编制的代码制定了统一的标准。现在广泛使用的ISO代码列出了G、M、F、S、T等功能字的规定，按照一定的程序段格式将这些功能字组成数控程序。2）模块二、数控机床各组成部分的结构及其控制原理（6学时）本模块主要介绍CNC系统的组成与特点，硬件、软件结构，控制原理和典型数控系统，、数控机床的进给伺服系统、数控机床的主轴驱动系统和可编程序控制器。CNC系统由硬件和软件组成。CNC系统的硬件从电路板结构来分，有大板结构和模块化结构两种，从使用的微机结构来分，有单微机结构和多微机结构。为了完成控制机床的任务，CNC系统都有一套专用软件，即系统软件，它一般包括输入数据处理、插补计算、位置控制、速度控制、管理和诊断等软件。输入数据处理软件包括程序段的输入、存储、译码及预计算（如刀补计算）等内容。插补计算是CNC系统的一项重要任务，CNC系统的插补算法有逐点比较法、数字积分法、数据采样法等。CNC系统常见的软件结构有前后台型和中断型两种。数控机床的进给伺服系统有开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统和CNC伺服系统。数控机床的进给系统的机械结构与普通机床有很大的区别，体现在采用了精密的滚珠丝杠副、消除间隙机构、精密的导轨（如直线导轨、液体静压导轨、贴塑导轨等）。位置检测装置是保证闭环和半闭环伺服系统精度的关键，常用的位置检测装置有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅等。数控机床的主轴驱动方式有变速齿轮传动、带传动、用两个电动机分别驱动主轴、内装主轴电动机等。主轴调速有电动机调速和机械齿轮变速。为满足数控机床低速强力切削的需要，常采用分段无级变速的方法。PLC在数控机床中得到了非常广泛的应用，如采用PLC作为开关量控制的控制器。本章介绍了PLC的特点、工作原理及应用。3）模块三、数控车削加工技术（8学时，其中理论6学时，实验2学时）本模块主要介绍数控车床的用途、组成及布局、分类和典型结构，重点分析了数控车削的加工工艺与工装，详细介绍了数控车削编程所遇到的常用指令用法，最后通过数控车削实例对其工艺和编程进行了综合应用。数控车削的加工工艺设计与工装的选用非常重要，直接影响编程，所以对于大部分的简单回转类零件，常常结合工艺设计采用手工编程。而对于复杂的回转类零件，可以先确定其车削工艺，再借助CAD/CAM软件进行自动编程。数控车削的加工仍以二维坐标联动加工为主，常用编程指令的用法比较简单，但固定循环指令的参数较多，运用时较为复杂，应结合大多数车削数控系统所具有的模拟功能和实际加工加以理解。4）模块四、数控铣削加工技术（8学时，其中理论6学时，实验2学时）数控铣床在数控加工中应用广泛，其加工对象也是最复杂的，无论工艺设计还是程序编制都需要根据具体生产条件认真分析，考虑周全。工艺设计中的关键问题是如何在保证加工要求的同时，提高加工效率，充分发挥数控机床的优势，协调好数控铣削工序与其它工序之间的关系，并为数控加工程序编制创造良好条件。手工编程能了解程序编制的基本原理和过程，应首先熟练掌握，然后才能在实际生产中采用自动编程方法解决数控加工复杂程序的编制问题。在数控铣削加工时，数控铣床控制的是主轴中心即刀具中心的空间位置和运动轨迹，这些是构成数控加工程序的主要内容，当然还包括与机床其他动作有关的信息。5）模块五、加工中心加工技术（4学时）加工中心是在数控铣床的基础上发展起来的，在单机作业时，其工艺设计与程序编制和数控铣床基本相同。当加工的内容和使用的刀具比较多时，需充分利用加工中心的自动换刀功能，尽量将工序集中，从而提高其加工效率。加工中心的加工工艺范围比较宽，随着其加工对象的复杂行和多样性，所用的刀具、夹具、量具及辅具等也比较多，在编制工艺规程和数控程序时应全面考虑，注意在工艺文件中表达详细和准确。对于稍微复杂零件的程序编制，应尽量采用数控自动编程方法（将在第七中介绍），以提高编程的效率和准确性。6）模块六、数控特种加工技术（6学时）本模块主要介绍特种加工中的两种常见加工方法：数控电火花成形加工和数控电火花线切割加工。电火花成形加工和电火花线切割加工都是直接利用电能转变为热来蚀除金属，但加工方式各不相同。电火花成形加工采用与工件型孔或型腔形状相似的电极作工具对工件进行加工；而电火花线切割加工则用金属丝作电极，配合工作台带动工件进给对工件轮廓进行切割加工。电火花成形加工在模具制造中主要用作型孔和型腔的加工，加工精度可达0.01～0.05mm，表面粗糙度可达Ra=2.5～12.5mm，精加工时可达Ra=3.2～0.8mm，微精加工时可达R电火花线切割机床根据电极丝的运动方式不同分为快速走丝电火花线切割机床和慢速走丝电火花线切割机床。快速走丝电火花线切割机床相对慢速走丝电火花线切割机床而言，其结构简单，价格低廉，生产效率高，且精度能满足一般要求，目前在我国得到广泛应用。在采用电火花成形加工和电火花线切割加工时，要注意其工艺规律，选择恰当的电规准，以达到所要求的尺寸精度和表面质量，尽可能提高加工效率。7）模块七、数控自动编程技术（6学时）本模块主要介绍实现自动编程的环境要求、自动编程的分类、自动编程的发展和图形交互式自动编程系统的应用等内容。图形交互数控自动编程系统是目前国内外普遍采用的CAD/CAM软件，它具有速度快、精度高、直观性好、实用简便、便于检查等优点。本章主要介绍MasterCAM软件应用。MasterCAM软件具有强大的绘图（CAD）、图档转换、CAM、仿真与分析和后置处理等功能，其中CAD、CAM和后置处理是产生NC程序的三个主要部分。CAD部分包括2D几何绘图、3D曲面构造与编辑。其中2D几何绘图包含绘点、直线、圆弧、倒圆角、曲线、曲面曲线、矩形、倒角、文字等子功能，本章只重点介绍了较为复杂的曲线和文字两个子功能；2D几何绘图的编辑包含删除、修整和转换等三个功能。3D曲面构造通常有线框架模型和曲面模型等方法。在MasterCAM3D几何造型时，特别强调构图平面的选择和工作深度的设定。当构图平面设定为空间绘图（3D构图平面）时，对几何造型的空间感更有利。3D曲面的编辑包括曲面倒圆角、曲面修整、曲面补正、曲面熔接等功能。CAM部分主要是根据零件的加工面，选择对应的加工模组，设置好合适的切削加工参数和刀具参数，形成其刀具路径。2D刀具路径模组主要介绍了外形铣削、挖槽、钻孔和刻文字等四个模组。产生3D刀具路径有线框架法和曲面法等二种方法，一般建议使用曲面法。对于图形档和与之相关联的刀具路径、刀具管理、工作设定加工参数进行修改及管理，可以通过操作管理对话框完成。后置处理是根据加工工件所用的CNC控制器后置处理程序，将NCI档案转换为该CNC控制器可以识别的NC代码程序。最后利用自动编程加工零件综合实例，介绍了软硬件配置、图形构造、产生刀具路径、后置处理、自动编程后的数控程序与数控系统的连接、程序校验或模拟加工或空运行、零件加工、零件加工后检验等八个步骤。8）模块八、数控加工应用技术（4学时）本模块主要介绍数控加工应用技术，包括数控机床的选用、安装与调试、检测、验收与设备管理，以及数控机床的故障诊断与维修等内容。对于数控机床的使用单位，免不了要进行数控机床的选用、安装调试和检测验收工作。数控机床的选用，要在满足使用要求的前提下，要充分考虑技术经济效益，适当考虑其先进性和能力余量（功能预留）等因素，同时注重其稳定可靠性。数控机床的安装调试与检测验收工作，一般要请供方的服务人员来进行，用户主要做好其准备工作、配合工作及组织工作。数控机床的检测验收主要是根据订货合同和机床厂检验合格证所规定的内容来进行，其检测验收项目要全面，包括开箱检查、机床几何精度检查、机床定位精度检查、机床切削精度检查和数控机床功能检查等内容。设备管理是一项系统工程，应根据企业的生产发展及经营目标，通过一系列技术、经济、组织措施及科学方法来进行。设备的前期管理工作包括设备选用、安装、调试、检测与验收等，其后期管理包括数控设备的使用、维修、改造更新以及设备报废等一系列工作。设备管理的关键是按设备的各项规章制度执行，不断提高数控设备的编程、操作和维修技术，采用先进的设备管理方法，提高设备的开动率和数控设备使用的技术、经济效益。从数控机床可靠性概念的引入，提出了数控机床维修的概念，即维修包含数控机床日常维护保养和故障诊断维修两个方面。数控机床的故障诊断是数控机床故障维修的重要环节和难点。本章介绍了数控机床故障诊断的一般步骤和三大类共7种常见的数控机床故障诊断的一般方法，包括根据CRT上或LED灯或数码管的指示进行故障诊断，根据PC状态或梯形图进行故障诊断，用诊断程序进行故障诊断，CNC系统故障诊断的其它新方法，根据机床参数进行故障诊断，经验法和换板法。其中第1种、第3种和第7种方法最常用和最有效，其它方法则需更深入地理解和熟悉。根据数控机床故障诊断方法，在找出了故障原因后，接下来是故障维修问题。本章介绍了数控机床的六大类系统故障维修，包括数控系统、伺服驱动系统、机械系统、液压系统、压缩空气系统和其它系统的故障维修。由于数控机床是涉及多个应用学科的十分复杂的系统，加之数控系统和机床本身的种类繁多、功能各异，不可能找出一种适合各种机床和数控系统所有故障类型的具体方法，也不可能通过本章介绍的故障维修内容，就能熟练维修了。而必须通过理论联系实际，不断积累知识和经验，才能较好地进行数控机床的故障诊断与维修工作。9）课内实验实验一、数控车削加工综合实验（2学时）了解数控车床的结构、数控车削加工工艺，熟练掌握数控车削编程、数控车床的操作，初步具备数控车削轴类等零件的加工能力。实验二、数控铣削加工综合实验（2学时）了解数控铣床的结构、数控铣削加工工艺，熟练掌握数控铣削编程、数控铣床操作，初步具备数控铣削盘类等零件的加工能力。二、数控实训学习指南1、数控实训基本信息本课程为机械设计制造及其自动化、机械工程及自动化、材料成型与控制工程、工业设计等本科专业学生必修的一门实践，以加强数控基本技能培养、数控综合应用能力培养和数控创新能力培养。总学时：24（1周集中）。学分：12、数控实训教学方法及手段1）数控实训教学方法实训教学采用现场演示、讨论互动式、任务驱动式、合作学习式、仿真式（模拟软件）、模块教学式、顶岗式、竞争式、开放式、校企合作式、研究式等多种教学方法；课外教学可采用数控加工技术讲座、竞赛等形式。2）数控实训教学手段实训教学手段采用模拟软件演示、CAI课件、电视录像片等手段；课外采用在网上公布的实训电子教案、网络课件和教学录像等手段，把图像、二维和三维动画、音频、视频等表现形