数控机床概述 2

数控机床编程与操作课程标准课程性质课程定位课程目标教学内容与学时安排

课程标准welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience课程性质《数控机床编程与操作》是机电一体化专业的一门专业核心课程，通过对本专业工作岗位充分的调研和分析，借鉴CDIO、项目教学、基于工作过程等先进的教育理念，通过本课程的学习使学生具备相关职业应用性人才所必需的工艺分析、数学处理、程序编制、仿真模拟、机床操作、工件加工及创新设计等基本知识与技能，并为后续的学习准备必要的知识，为今后从事实际工作打下必要的基础。课程标准课程定位课程在专业培养中的地位及作用本课程与其他相关课程的关系

课程面向的职业岗位

课程标准核心岗位数控机床操作、数控编程、数控加工工艺设计与实施。数控机床的安装和调试、数控机床维护与维修、生产现场管理、零部件质量检测。机电产品营销、机电产品售后服务、机电产品开发次核心岗位

潜在核心岗位课程面向的职业岗位课程标准先修课程本课程需要《机械制图》、《公差与测量》、《机械制造技术》等课程为基础，主要为课程的学习提供读图与识图的能力；工艺编制的能力与故障分析能力等。后续课程本课程为后续课程如数控维修、复杂零件建模与加工、顶岗实习等提供必须的专业基础知识和专业基本技能，为今后相关工作打下坚实的基础。本课程与其他相关课程的关系课程标准231能根据零件图编制机械加工工工艺文件，会查阅相关技术标准及技术资料，会选用工艺装备并进行加工调整，在普通机床上实现零件的加工，并能对工件进行检测，并能进行切削用量的优化，获得符合技术要求的产品。后续课程主要作用：能针对零件的特点和加工技术要求，进行零件的三维建模，并能根据数控加工工艺要求进行工艺参数、加工路径等的优化，完成零件的数控加工。获得符合技术要求的产品。先修课程主要作用本课程作用能根据零件图编制数控加工工艺文件，会查阅相关技术标准及技术资料，会选用数控车床工艺装备并进行数控加工调整，在数控车床上实现零件的加工，加工完成后能对工件进行检测，并能进行切削用量的优化，获得符合技术要求的产品。

知识目标课程标准1）熟悉掌握数控加工工艺知识；2）熟悉掌握数控车床、数控铣床或数控加工中心的数控加工工艺编制要点及数控加工程序有关指令；3）熟练掌握数控车床、数控铣床或数控加工中心的操作要点；1）熟练操作数控车床，具有选择、使用数控车床常用工艺装备的能力。2）具备独立处理现场常见编程、操作、加工技术问题的基本能力。3）具备独立处理数控车床加工过程中出现的常见故障的基本能力。4）具有对数控车床进行日常维护的能力。5）具有对产品质量进行评价及分析的基本能力。、6）能测量、绘制、编程与加工一般零件，能创新设计与加工富有创意的零件。课程目标知识目标：技能目标：课程标准采用CDIO做中学的教学模式，理实一体化的教学，以项目为导向，引导学生完成工作任务单，完成综合过程评价，切实提高了学生的动手及创新能力。教学内容与学时安排

第一章数控机床概述1.1数控机床的产生与发展1.2数控机床的组成结构及工作原理1.3数控机床的分类

1.1数控机床的产生与发展随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产成本。一种新型的生产设备——数控机床就应运而生了。数控机床的定义数控：（NumericalControl，NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。

数控机床：

用数控技术控制的机床称为数控机床。数控机床的一般工作形式为：1.1.1数控机床的产生帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）合作，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。1959年，美国克耐·杜列克公司（Keaney&Trecker）首次成功开发了加工中心（MachiningCenter）。1.1.2数控机床的发展简况第1代数控机床：1952年～1959年采用电子管元件构成的专用数控装置（NC）。第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第3代数控机床：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第4代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）。第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统（MNC）。

1．计算机直接数控系统所谓计算机直接数控（DirectNumericalControl，DNC）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。2．柔性制造系统柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）也叫做计算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。3．计算机集成制造系统计算机集成制造系统（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS），是指用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。1.1.闯3我国数控匆机床发展毫概况195监8年开始兽并试制兵成功第讨一台电杯子管数晋控机床剖。196统5年开始跌研制晶跟体管数哄控系统晕，直到20世纪60年代末忘至70年代初额成功。档从20世纪80年代开引始，先销后从日窝本、美楚国、德吓国等国寨家引进则先进的望数控技谈术。如驻北京机允床研究矩所从日绝本FANU杰C公司引豪进FAN器UC3、FAN佣UC5、FANU耳C6、FANU青C7系列产品愈的制造技弯术；上海皱机床研究鸭所引进美雷国GE公司的MTC犹-1数控系统坦等。1.1.述4数控机床跨的发展趋灭势随着计著算机技柜术的发喉展，数哭控技术恨不断采亮用计算容机、控盼制理论睡等领域被的最新捆技术成叛就，使俘其朝着对下述方队向发展惨。1.高速、高柔效、高精激度2.控制智翼能化3.网络化4.数控系匙统开放任化5.并联机霜床6.鸟STEP调-NC1.加工高熟速化、颂高精度绪化1）加工高篇速化高速CPU芯片主轴高速缠化，采用帆电主轴采用全捐数字交段流伺服机床动、读静态性能模的改善1.1时.4数控机凑床的发浅展趋势在分辨率缺为1μm时，快进燥速度达240恐m/m必in，可获炉得复杂次型面的呆精确加次工加速度达2g主轴转游速已达200劝,00绍0rp填m换刀速度樱少于1s1.1吉.4数控机床曲的发展趋社势2）加工高厚精度化提高机械急的制造和弯装配精度核；采用高灭速插补谊技术，筛以微小斧程序段含实现连点续祸进给，华使CNC控制单位救精细化采用高辟分辨率笼位置检轰测装置扒，提高蛮位置检冷测精度滴（日本筹交流伺货服电机晨已有装狐上1000骡000脉冲/转的内胀藏位置侨检测器黑，其位犯置检测抵精度能偏达到0.0址1μm泳/脉冲）位置伺极服系统思采用前爹馈控制忘与非线塑性控制求等方法1.1.团4数控机阿床的发情展趋势采用反向寸间隙补偿爱、丝杆螺籍距误差补流偿和刀具仰误差补偿怜等技术设备的热觉变形误差勇补偿和空臭间误差的咱综合补偿桌技术。研桨究表明，帮综合误差霸补偿技术能的应用可班将加工误估差减少60％～80％。1.1.蛛4数控机熄床的发慕展趋势2.控制智能地化随着人工出智能技术呈的不断发亲展，为满渠足制造业罢生产柔性挥化、制造脾自动化发升展需求，电数控技术秧智能化程伍度不断提脖高，体现伸在：加工过互程自适怖应控制韵技术：通过监溜测主轴施和进给仍电机的宵功率、欲电流、鹊电压等咽信息，弊辩识出叫刀具的渠受力、欲磨损以揉及破损访状态，吴机床加苏工的稳荷定性状锄态；并成实时修雀调加工照参数（华主轴转来速，进飘给速度催）和加旅工指令顺，使设抓备处于圣最佳运戚行状态汗，以提尊高加工析精度、象降低工牺件表面中粗糙度凤以及保绩证设备搂运行的姐安全性1.1梳.4数控机身床的发状展趋势加工参栋数的智搬能优化各：将零件捆加工的助一般规顺律、特赖殊工艺千经验，索用现代绵智能方裂法，构鹿造基于倚专家系疏统或基软于模型昌的“加工参些数的智尘能优化败与选择”，获得优录化的加工怪参数，提托高编程效闪率和加工萝工艺水平姜，缩短生爷产准备时副间。使加盖工系统始绝终处于较洪合理和较漠经济的工熟作状态。智能化挨交流伺犯服驱动垄装置：自动识亿别负载惜、自动炼调整控粥制参数土，包括命智能主牌轴和智茶能化进吊给伺服即装置，坊使驱动径系统获六得最佳毁运行。1.1.北4数控机床面的发展趋却势智能故障隶诊断与自脱修复技术智能故障勇诊断技术桥：根据已教有的故垫障信息席，应用弓现代智誉能方法色，实现烤故障快文速准确汉定位。智能故障仍自修复技才术：根据诊断钟故障原因侮和部位，都以自动排氏除故障或植指导故障缝的排除技浊术。集故青障自诊断围、自排除丙、自恢复辞、自调节括于一体，陷贯穿于全朽生命周期径。智能故障某诊断技术驰在有些数搬控系统中波已有应用甜，智能化惠自修复技平术还在研独究之中。1.1.赴4数控机橡床的发胀展趋势3.加工网款络化数控系统档网络化是魂先进制造呀模式的要爬求，数控链机床作为斧网络中的忘一个节点眉，有助于扁解决自动照化孤岛问期题。支持网呆络通讯适协议，钱既满足芒单机DNC需要，又惑能满足FMC、FMS、CIMS、敏捷制喝造对基层阅设备集成接要求。网络资源湖共享。数控机床正的远程（胡网络）控妹制。数控机喊床故障洗的远程炒（网络锦）诊断枝。数控机床护的远程（喝网络）培继训与教学煌（网络数熊控）1.1.呈4数控机床职的发展趋防势数控系离统中采帮用网络渔与光纤御通讯技奴术实现铸运动和I/O的控制角是数控绸技术的张发展方尺向。由于技术垃封锁等原谦因，各系敢统中光纤渣通讯采用诊的协议没俱有兼容性片和互换性胳，要求伺来服驱动器懒以及I/O模块必须增具有相应下协议的光尺纤通讯接冷口，这样黑的系统软归硬件开放猾性较差，抬而且系统咳的成本也微较高。网络通讯栏协议：德国Intr蚁tama曲t的SER遮COS、美国DEL掩TAT景AU的Mcr隆o-L陕ink、日本FAN叠UC的SER烫VO-屑Lin看k、日本三专菱的Tro-您Link杀，还有ARCN次ET、CAN剂Bu捆s、Pro学fib聋us、USB、IEEE走1394。1.1站.4数控机床收的发展趋吵势4.数控系统凭的开放化1）传统数瓜控系统的惜特点由生产厂购家支配价悦格和结构咳，各种接杰口不能通仇用。功能集绞成停止备在微电都子技术给的应用贴上，而兼不是针验对开放棍式的生面产环境踏和功能淋。对于不筛同的产队品，操钩作、维辽护方法惊都必须达进行相美应的培钥训。对于使用墨者，控制蹲器成为黑卷盒子无法范自行修改业更新。1.1.耕4数控机床汪的发展趋莫势由于传统禾数控系统裳的局限性默，为满足再现代化生围产的要求船，数控系若统需要具练有：开放性：可重构性渠、可维护灿性、允许鲁用户进行赌二次开发模块化锈：具有平暴台无关回性接口协悦议：可传递性合、可移植造性可进化性晨：智能化语言统一犁化：中性语剑言NML：FAD菠L、OSEL1.1秧.4数控机床眉的发展趋禁势2）开放盒化数控驻系统的释概念数控系统心可以在统殃一的运行盟平台上开画发，面向吴机床厂家网和最终用欢户，通过些改变、增陶加或剪裁饰数控功能圆，形成系需列化，并谈可方便地列将用户的增特殊应用愤和技术诀炭窍集成到猴控制系统垒中，快速卫实现不同荣品种、不陆同档次的蜘开放式数体控系统，脱形成具有饼鲜明特色动的名牌产长品。1.1满.4数控机床劳的发展趋描势3）开放式堡数控系股统（1）开放式数吨控装置的救概念结构硬件配置单元软件配置单元标准计算机硬件数控系统基本硬件数控功能应用程序DOS(WINDOWS)实时多任务操作系统RTM应用程序接口NC构件库1.1园.4数控机浊床的发钓展趋势（2）开放式网数控系统培的优点数控系统挠厂品种减少逐、批量增后加，易于窄满足用户纤要求；开放式闹的标准唐框架，杯促进各凳行业的糖软件厂离商参与店；软件开胶发效率拥提高，航产品更缘瑞新加快摄。机床厂可使整机缠具有个性涛化，降低初开发成本帆。减少对创系统厂栽的依赖啦，保护判自己专醋有技术备。最终用户购买机床亭时的初期凶成本透明荡化；能实现用司户自身独辆特的FA系统设计轨；用户界忽面的一锻致性，袖易于使墨用和培值训；1.1孙.4数控机戴床的发硬展趋势（3）开放时式数控鸦研究状刘况美国在20世纪90年代初提像出了开发蝴下一代控贡制器的计屡划NGC(拔Next倦Gen旧erat恰ion搜Cont臣roll舅er)，以后畜又提出甘了OMA献C（Ope烦nM梁odu程lar详Ar括chi符tec汇tur劫eC彼ont扒rol）计划，旁重点开发评以PC为平台的乒开放式模链块化控制觉器。欧洲也在20世纪90年代初负开始OSA窑CA(鞋Ope文nS约yst束em讨Arc挺hit屠ect苹ure阻fo戒rC渣ont缴rol仔sw蜘ith更in忙Aut覆oma追tio光ns极yst代em)计划，享目标是枕研制出息开放式谋控制系育统的体摧系结构疫。1.1.下4数控机太床的发驶展趋势由于技术烛等方面的略限制，要贺在短期内贡完全实现尿这种理想统的开放式碎数控系统中，还有不没少困难。目前开升放式数闻控的一卖个具体群表现就属是发展弊基于PC的数控惜系统。狼数控系让统的PC化正成刑为开放幸式数控锁系统一艺个潮流脖，代表信了CNC发展的姜主要方猾向。1.1产.4数控机床午的发展趋迹势基于PC的开放必式数控任系统基博本有3种结构形专式：ＰＣ嵌入绸ＣＮＣ型CNC嵌入Ｐ翅Ｃ型全软件CNC型1.1.税4数控机床浑的发展趋结势5.并联机恋床1）机床污结构技恩术上的倘突破性至进展当屈属20世纪90年代中期冠问世的并似联机床。折并联机床万是机器人黄技术、机食床结构技拒术、现代刷伺服驱动推技术和数胆控技术相的结合的产鲁物，被称搜为“21世纪的机书床”1.1.潮4数控机承床的发薯展趋势传统机梦床基本读上都遵驳循笛卡盯尔直角碧坐标系奶的运动壮原理被钱设计制脸造出来角，其结虾构为串漫联结构嫂，存在需悬臂部若件，承惊受很大差弯矩和松扭矩，脸不容易聋获得高涌的结构鹿刚度。强另外，俯传统机砍床组成副环节多郊、结构绢复杂，周形成误冠差迭加疏，限制京了加工职精度和明速度的会提高。1.1罚.4数控机床耕的发展趋悔势2）我国阀自主研此发的并扮联机床周样机1.1.幸4数控机床碍的发展趋叫势1.1.隶4数控机床扶的发展趋伪势3）并联机退床的优、膊缺点及发于展热点：优点：进给速度箩快；精度高；刚性好；加速度高；安装、更维修方竹便。局限：工作空保间小；姿态能护力差；运动特作性和力数特性非愤线性。目前研究韵热点：混联机床都。1.1.杀4数控机床斑的发展趋若势6.兆S恩TEP尽-NC1）目前CNC系统的况局限：数控代码灿只定义了佛机床的运聪动和动作艘，丢失了挪尺寸公听差、精滨度要求阻、表面夕光洁度丝式等大量势信息生成G代码的坚过程单施向不可圾逆，在香加工车垄间做出田的修改弓无法反灾馈到设爆计部门各厂商百开发的撒宏和扩径展EIA代码，诵使系统掀间语言舅不具通龄用性，咱对G、M代码的解激释也不尽护相同不支持5轴铣、样顶条数据、挠高速切削困等功能1.1.动4数控机扫床的发叛展趋势2）STEP欧-NC的出现STE仰P(齐Sta薯nda狂rd杆for老th贪eE蹄xch蓬ang堡eo富fP晓rod惑uct统mo哲del味da有ta)即产品模辩型数据转色换标准STEP凶-NC是STE挎P向数控刮领域的阴扩展，惕它在STE欢P的基础上朱以面向对安象的形式物将产品的恩设计信息塔与制造信开息联系起损来，抛弃相了传统数注控程序中哲直接对坐欣标轴和刀新具动作进魂行编码的躬做法，采寄用了新的居数据格式吹和面向特预征的编程摇原则1.1.萝4数控机床耐的发展趋猫势日本FAN森UC1.1.写4数控机该床的发毁展趋势德国肖特1.1碍.4数控机床度的发展趋疏势美国哈挺1.1游.4数控机床虎的发展趋波势瑞士米克射朗1.1.祸4数控机床穿的发展趋悠势德国斯宾押纳TC系列1.1.错4数控机浮床的发量展趋势韩国现代1.1.执4数控机床杠的发展趋轰势§1-众2数控机证床的产拔生和发忧展日本东芝数控机床榆的发展美国新领新那提1.2数控机床劫的组成结浇构及工作惭原理1.2管.1数控机软床的组场成1．控制介墨质数控机床例工作时，攻不需要操赔作工人直舞接操纵机搅床，但机仇床又必须亦执行人的隙意图，这迫就需要在允人与机床瞒之间建立苹某种联系评，这种联久系的中间首媒介物即予称为控制贯介质。2．数控苗系统数控装坊置是一斩种控制搁系统，苏是数控纹机床的辜中心环姑节。它酸能自动肌阅读输象入载体阻上事先织给定的面数字，开并将其晨译码，涛从而使杠机床进候给并加社工零件培，数控险系统通哪常由输护入装置惧、控制钥器、运足算器和圆输出装毯置4大部分猾组成浩。3．伺服愧系统伺服系统彩由伺服驱盖动电动机枕和伺服驱假动装置组俊成，它是只数控系统才的执行部慌分。伺服渡系统接受垄数控系统色的指令信冲息，并按摄照指令信坡息的要求著带动机床陵的移动部盖件运动或怖使执行部和分动作，丢以加工出牵符合要求白的工件。废每一个脉你冲使机床躲移动部件胶产生的位恼移量叫做膀脉冲当量鲁。目前所察使用的数验控系统脉叨冲当量通极常为0.00涂1mm/脉冲。4．辅助控攻制系统辅助控剪制系统浴是介于练数控装择置和机帆床机械担、液压话部件之象间的强始电控制刺装置。5．机床财本体机床本千体是数域控机床摇的主体瓜，由机苏床的基吓础大件傅（如床补身、底弦座）和构各运动枝部件（惑如工作语台、床汁鞍、主诵轴等）愿所组成包。1.2阀.3数控机床恒的工作原川理数控系生统的主真要任务秩之一就注是控制磁执行机咸构按预菌定的轨艺迹运动练。一般星情况是叠已知运设动轨迹爹的起点欠坐标、送终点坐办标和曲段线方程租，由数路控系统献实时地忆算出各墓个中间镜点的坐犯标。即画需要“再插入、挺补上”叔运动轨型迹各个俗中间点悟的坐标扑，通常倦这个过篮程就称稠为“插强补”。1.3数控机床底的分类1.3.遇1按运动炭轨迹分樱类1．点位控舱制数控机涨床点——点位置次精确控束制，保耽证的是错定位精极度，以壳慢~快~慢的运坡动方式告。这类机敌床主要幼有数控矩坐标镗型床、数蛮控钻床握、数控障点焊机大和数控递折弯机锐等，其茅相应的畅数控装俯置称为冲点位控哨制数控卡装置。2．直线控湾制数控机傲床位置控洲制+速度和路赢线控制，盒只能沿某告个坐标轴毫方向（平越行或45°）切削竭加工。这类机床符主要有数额控车床、汗数控磨床障和数控镗锤铣床等，匠相应的数吐控装置称绵为直线控偶制装置。3．轮廓足控制数漏控机床每点的位枪置+速度+路线控制腔，可对2坐标或2坐标以吧上坐标华轴进行巨控制。属于这类拔机床的有脚数控车床桥、数控铣壮床、加工恶中心等。想其相应的叔数控装置土称为轮廓奋控制装置荒。轮廓数辩控装置比墙点位、直意线控制装部置结构复椅杂得多，玻功能齐全宽得多。按运动轨凶迹分类点位控制钻孔加工工件刀具AB按运动轨捧迹分类点位直线控制切削加工按运动轨驰迹分类工件刀具轮廓控制加工1.3.奥2按进给棒伺服系锯统的类浙型分类1．开环进松给伺服系砍统数控机扫床开环进给筛伺服系统故通常不带虹有位置检著测元件，态伺服驱动畅元件一般粥为步进电新动机。开环控哨制数控焰机床减速器数控装置控制电路工作台输入开环控制系统框图步进电机2．闭环进织给伺服系浪统数控机粉床闭环进给替控制系统乐带有位置暂检测元件浆，随时可处以检测出翼工作台的授实际位移奸，并反馈序给数控装榨置，并与雨设定的指围令值进行书比较，利息用其差值核控制伺服搂电动机，砖直至差值默为零为止畏。闭环控制挥数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台输入闭环控制系统框图位置检测元件速度检测元件速度反馈位置反馈3．半闭环智进给伺服引系统数控社机床半闭环进拖给伺服系莫统是将位克置检测元晚件安装在惩伺服电动打机的轴上模或滚珠丝肺杠的端部苹，不直接检反馈机床箩的位移量竿，而是检肆测伺服机晶构的转角响，将此信绣号反馈给休数控装置灯进行指令螺值比较，滴用差值控俱制伺服电陪动机。半闭环腐控制数菜控机床数控装置控制电路伺服电机工作台输入半闭环控制系统框图速度检测元件速度反馈位置反馈转角检测元件1.3柿.3按工艺用舌途分类1．金属切颤削类数控篇机床金属切姿削类数燥控机床榨