《数控车削编程与加工技术》图文课件-第一章

数控车削编程与加工技术

第1章数控车床的基础知识第1章数控车床的基础知识教学要求：1.了解数控机床的产生背景、数控车床的发展趋势及其在先进制造技术中的作用。2.熟悉数控车床的加工特点和加工对象。3.掌握数控车床的组成及分类。

教学重点：

1.数控车床的结构、组成及应用

2.数控车床的加工特点教学难点：

数控车床的加工特点和数控车床的加工原理新课的导入1.常用的机械加工设备有哪些？2.常用的机械加工设备有什么样的加工特点？3.各种机械加工应用于什么场合？

1.1数控车床加工概述

1.数控机床的基本概念

(1)数控（NumericalControl，简称NC）

是采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的方法。

(2)数控机床（NumericallyControlledMachineTool）是指装备了计算机数控系统的机床。2.数控车床与普通车床的区别在加工上，在数控车床加工前，我们需要把原先在普通车床上加工时需要操作工人考虑和决定的操作内容及动作，例如走刀路线、切削参数、位移量、开车、停车、换向、主轴变速和开关切削液等各种动作用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制数控车床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。数控车床与普通车床的一个显著区别在于，当加工对象改变时，除了重新装夹工件和更换刀具之外，只需更换新程序即可，不需要对数控车床作任何调整。采用数控车床加工可以大大提高产品质量，保证零件的精度，减轻劳动强度，为新产品的研制与改型换代节省大量时间和费用，提高产品的竞争能力。

2.数控车床与普通车床的区别在结构上，数控车床的主运动和进给运动是由不同的电动机进行驱动的，而且这些电动机都可以在数控车床的控制系统控制下实现无级调速。普通车床的主运动和进给运动是由一台电动机驱动的，它只能在一次调整完毕后，以固定的速度和方向进行加工，在加工过程中不允许变速；而数控机床则由多台电动机驱动，它可以随时由数控系统对各台电动机进行控制，随时改变加工速度，而且数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，进给系统的结构大为简化，因而可以加工精度高、几何形状复杂的零件。数控车床配有旋转刀架或旋转刀盘，在零件加工过程中由程序自动选用刀具和更换刀位。

1.2数控车床的组成及加工原理

1.2.1数控车床的组成数控车床由数控加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、检测反馈装置和车床本体等部分组成，其组成框图如图所示。数控车床的组成1.输入装置

输入装置的作用是将数控程序和各种参数、数据传送并存入数控装置内。常用的输入方式为穿孔纸带、穿孔卡、磁带、磁盘等。2.数控系统

数控系统是数控车床的核心。它的基本任务是接收控制介质上的数字化信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接收的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标控制的伺服系统，控制数控车床的各个部分，进行规定的、有序的动作。1.2.1数控车床的组成1.2.1数控车床的组成3.伺服系统

伺服系统是数控车床的执行机构，由伺服驱动电路和伺服驱动装置两大部分组成。脉冲当量：每一脉冲使机床移动部件产生的位移量4.辅助控制装置

它的作用是接收数控装置输出的指令信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，以完成各种规定的动作。1.2.1数控车床的组成5.检测反馈装置检测反馈装置也称反馈元件，通常安装在车床的工作台上或滚珠丝杠上，作用相当于普通车床上的刻度盘或人的眼睛。检测反馈装置可以将工作台的位移量转换成电信号，并且反馈给CNC系统。6.车床本体

车床本体是数控车床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括车床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如刀架、主轴箱、尾座、导轨及其传动部件等。1.2.2加工原理

采用数控车床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成零件加工程序。然后将编好的数控程序输入到车床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制车床主运动的变速、启动，进给运动的方向、速度和位移大小，以及换刀、工件的夹紧松开和切削液的开关等动作，自动地加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。1.3数控车床的分类1.3.1按数控系统的功能分类1.经济型数控车床经济型数控车床也称简易型数控车床，一般是由普通车床的机械结构为基础，采用步进电机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的。结构简单、价格低廉、自动化程度和功能都比较差，适用于加工精度不高的回转体零件。2.普通数控车床专门设计的配备通用数控系统的数控车床，系统功能强，加工精度较高，可以同时控制X、Z两个轴。3.车削加工中心配备有刀库、自动换刀器、分度装置、铣削动力头、机械手等部件，可以控制X、Z、C等多个轴，可以加工各种型面，精度高，价格贵。4.FMC车床由数控车床与机器人组成的柔性制造单元。1.3.2按主轴的配置形式分类1.卧式数控车床主轴轴线为水平位置的数控车床，分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。数控倾斜导轨卧式车床刚性好，易于排屑。2.立式数控车床主轴轴线为垂直位置的数控车床，主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。1.3.3按加工零件的基本类型分类1.卡盘式数控车床没有尾座，适合于车削盘类（含短轴类）零件。2.顶尖式数控车床有普通尾座或数控尾座，适用于加工较长的零件以及直径不大的盘类零件。1.3.4按刀架的数量分类1.单刀架数控车床配备有一个刀架，常用的有4工位刀架和多工位转塔式刀架。2.双刀架数控车床配备有两个刀架，采用平行分布或垂直分布两种形式。1.3.5

按进给伺服系统的不同分类

1.开环伺服系统开环伺服系统是指不带反馈的控制系统。开环控制具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优点。但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低。一般适用于经济型数控车床和旧车床数控化改造。

2.闭环控制系统

1）在机床移动部件上直接装有位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，与输入指令进行比较控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位，原理如下图所示，因为把车床工作台纳入了位置控制环，故称为闭环控制系统。

2）该系统定位精度高，调节速度快。该系统调试工作困难，系统复杂并且成本高，故适用于精度要求很高的数控机床，如精密数控镗铣床、超精密数控车床等。3.半闭环控制系统（1）半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上装有角位移测量装置，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，反馈到数控系统中，由于惯性较大的机床移动部件不包括在检测范围之内，因而称作半闭环控制系统，如图所示。（2）系统闭环环路内不包括机械传动环节，可获得稳定的控制特性。机械传动环节的误差，可用补偿的办法消除，可获得满意的精度。中档数控车床广泛采用半闭环数控系统。1.3.6其他分类方法数控车床按照控制方式可以分为直线控制、轮廓控制等；按专门工艺又可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等。1.4数控车床的特点与应用1.4.1数控车床的加工特点

1.自动化程度高，劳动强度低

2.加工精度高，质量稳定

3.对加工对象的适应能力强

4.生产率高

5.良好的经济效益

6.有利于生产管理的信息化1.4.2数控车床的机械特点1.传动链短

进给机构采用步进电机或伺服电机直接驱动。2.刚性高适用于高精度工件的加工。3.轻拖动

刀架移动采用滚珠丝杠副，丝杠两端的支撑采用专用轴承等。1.4.3数控车床的应用(1)多品种、小批量生产的零件。(2)形状结构比较复杂的零件。(3)需要频繁改型的零件。(4)价值昂贵，不允许报废的关键零件。(5)需要最短周期的急需零件。(6)批量较大、精度要求高的零件。1.5数控车床的发展趋势与作用

1.高速度、高精度采用电主轴，转速高达10000r/min以上，车床分辨率在0.1µm、0.01µm时仍能获得100～240m/min的进给速度。

2.复合化一机多用、一级多能，可以实现车铣复合加工。

3.柔性化

适应加工对象变化的能力。

4.智能化

应用自适应控制技术加工参数的智能优化与选择故障诊断专家智能系统智能化伺服驱动装置智能4M数控系统5.开放化理想的开放系统为数控软件和硬件均可选择、重组和添加，这就要求软硬件接口都遵循公认的标准协议。6.网络化支持网络通信协议，配置网络接口，建立分布式网络化制造系统。1.5数控车床的发展趋势与作用1.5.2数控车床在先进制造技术中的应用三个概念：

FMS（ＦlexibleＭanufacturingＳys