第一章数控机床的产生和发展和数控机床编程及加工

第一章数控机床概述数控机床的产生和发展数控机床的工作原理和组成数控机床的分类数控机床的特点§1-1数控机床的产生和发展一、概念数控机床：采用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的机床，称为数控机床。计算机数控（CNC）：采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能，则称为计算机数控。加工中心（MC）：具有刀库、自动换刀装置并能对工件进行多工序加工的数控机床。二、数控机床的产生和发展

2、发展1952年美国Parsons公司和MIT三坐标数控立铣床1、产生机械产品的自身要求单件、多品种小批量零件约占80%以上1955年数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工数控系统采用电子管元件-电子管时代1959年采用晶体管和印制板电路-第二代数控系统1965年出现小规模集成电路-第三代数控系统1970年出现小型计算机代替专用硬接线装置-第四代数控系统（CNC系统）1974年以微处理为核心的数控系统-第五代数控系统（MNC系统）3、我国1958年起步20世纪60年代末70年代初—研制出一些晶体管式数控系统20世纪80年代初1985年进入实用阶段1986—1990年数控机床大发展时期1991年300多种原中捷友谊厂生产中国第一台数控机床三、数控机床的发展趋势1、高可靠性提高元器件和系统的可靠性采用抗干扰技术，提高数控系统对环境的适应能力使数控系统模块化、通用化和标准化提高自诊断及保护功能2、高柔性化柔性：指机床适应加工对象变化的能力3、高精度化利用数控系统的补偿功能采用高分辨率，高响应性的绝对位置传感技术提高数控机床机械本体中基础大件的结构刚性和热稳定性4、高速度化机械方面：提高切削速度和减少辅助时间数控系统：CPU录像5、复合化工序复合化功能复合化6、制造系统自动化FMC：柔性制造单元FMS：柔性制造系统录像虚拟轴机床1—工作台2—工件3—刀具4—主轴箱5—导杆6—立柱录像§1-2数控机床的工作原理及组成一、数控机床的工作原理数控机床零件加工的步骤：1、分析零件图，确定加工方案，用规定代码编程2、输入数控装置3、数控装置对程序进行译码、运算，向机床各伺服机构和辅助控制装置发信号—驱动—执引—加工零件二、数控机床的组成

程序载体输入装置CNC装置伺服系统机床本体位置反馈信号辅助动作信号1、程序载体程序—包括加工零件所需的全部信息和刀具相对工件的位移信息。载体—穿孔纸带、磁带、磁盘（软盘、硬盘、内存RAM）2、输入装置作用：将程序载体内有关加工的信息读入CNC装置穿孔纸带—光电阅读机磁带—录放机磁盘—驱动器和驱动卡MDI—手动输入3、CNC装置4、伺服系统5、位置反馈系统作用：接收输入装置输入的加工信息，完成数值计算、逻辑判断、输入输出控制等功能。电动机速度控制单元测量反馈单元位置控制单元作用：将数控装置发来的各种动作指令，转化成机床移动部件的运动。6、机床本体主运动系统进给运动系统辅助部分（液压、气动、冷却、润滑）§1-3数控机床的分类一、按加工工艺方法分类1、普通数控机床与普通机床的区别：加工复杂形状的零件2、数控加工中心数控加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床。与一般数控机床的区别：减少机床台数，便于管理。减少定位误差工序集中，减少辅助时间，提高生产率减少专用工夹具数量五轴数控铣床二、按控制运动方式分类特点：数控装置只能控制点与点的精确定位两相关位置之间的移动是先快后慢使用于钻床、冲床、坐标镗床ZYX1、点位控制数控机床录像2、直线控制数控机床特点：控制两相关点的位置，还要控制两相关点之间的移动速度和路线路线由与各个轴线平行的直线段组成使用于简易数控车、数控镗铣床、数控加工中心3、轮廓控制数控机床特点：数控装置能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制加工复杂形状零件使用于数控车床、数控铣床、数控磨床录像三、按伺服系统的不同分类1、开环数控机床特点：没有位置检测反馈和校正控制装置数控装置发出信号的流程是单向的速度和加工精度低，其精度取决于伺服系统的性能成本低，适用于中、小型数控机床

数控装置驱动电路步进电动机工作台指令脉冲齿轮箱=t360ºi2、闭环数控机床特点：e=0，工作台停止检测工作台直线位移（检测元件：感应同步器、光栅）驱动元件：宽调速直流或交流伺服电机加工精度高，但结构复杂，造价高，调试维修困难适用于精度要求高的大型和精密机床

数控装置位置比较电路伺服电动机工作台指令脉冲齿轮箱速度控制电路

测量装置检测元件测速元件3、半闭环数控机床特点：检测丝杠或电动机轴旋转角位移角位移检测元件：旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等精度低于闭环系统系统调试较容易，稳定性也较好

数控装置位置比较电路伺服电动机工作台指令脉冲齿轮箱速度控制电路

测量装置检测元件测速元件四、按所用数控装置类型分类1、硬件式数控机床（NC机床）组成：晶体管和集成电路特点：通用性、灵活性差，制造周期长、成本高2、软件式数控机床（CNC机床）组成：采用小型或微型计算机，加上通用或专用大规模集成电路特点：很高柔性五、按加工方式分类1、金属切削类数控机床1）数控车床（NCLathe）。2）数控铣床（NCMillingMachine）。3）加工中心（MachineCenter）。4）数控钻床（NCDrillingMachine）。5）数控镗床（NCBoringMachine）。6）数控齿轮加工机床（NCGearHollingMachine）。7）数控平面磨床（NCSurfaceGrindingMachine）。六、按功能方式分类高、中、低档三类经济型数控：在我国指由单板机、单片机和步进电动机组成数控系统和其它功能简单、价格低的数控系统4、其它类型数控机床2、金属成型类数控机床1）数控电火花加工机床（NCDiesinkingElectricDischargeMachine）。2）数控线切割机床（NCWireElectricDischargeMachine）。3）数控激光加工机床（NCLaserBeamMachine）。3、数控特种加工机床数控剪板机数控折弯机数控电火花线切割机录像三坐标测量机§1-4数控机床的特点及适用范围一、数控机床的特点1、加工精度高脉冲当量误差可由闭环系统加以控制制造精度能保证避免操作者的人为误差2、对加工对象改型的适应性强加工对象利用特殊指令实现加工改型为单件、小批量生产提供便利3、加工生产率高主轴转速和进给量的范围大——节省机动时间移动部件的快速移动和定位均采用加速与减速措施——快进、快退和定位时间少更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床——节省停机安装调整时间加工精度比较稳定——检验时间短工序的复合化——减少半成品周转时间零件的加工时间=机动时间+辅助时间4、减轻操作者的劳动强度5、良好的经济效益使用数控机床——节省划线工时不需要手工制造模型、凸轮、钻模板及其它工夹具——节省工艺装备费用加工精度稳定——减少废品率一机多用——减少厂房面积——减少建厂投资成本6、有利于现代化管理二、数控机床的不足1、提高了起始阶段的投资2、增加了电子设备的维护3、对操作人员的技术水平要求较高三、数控机床的应用范围1、单件、多品种、小批量的生产零件2、形状复杂，加工精度较高的零件3、需进行多种工序集中加工的零件4、价格昂贵、不允许报废的零件5、需要频繁改型的零件6、新产品的试制零件7、需要最少生产周期的急需件思考与练习：数控机床与普通机床相比有何不同特点？数控机床由哪几部分组成？各有什么作用？为什么轮廓控制数控机床比点位控制数控机床加工较为复杂？为什么一般情况下，半闭环数控机床可获得高于开环系统、低于闭环系统的精度？数控加工技术的发展方向是什么？数控加工的特点？数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。机械工程实验教学中心数控编程的目的数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。机械工程实验教学中心数控编程的内容数控编程的基本原理机械工程实验教学中心数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍机械工程实验教学中心为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定义开关2有效M22√M23自定义开关2无效M23√9S主轴转速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC软件介绍在程序管理界面下，可进行有关数控加工程序文件的各种操作，如读入程序、编辑修改及查错编译等。每一个工件程序由若干个程序段组成；每一个程序段完成一个加工步骤；每一个程序指令有程序段号和若干个指令代码组成，指令代码在