《数控编程与加工技术（第2版）》 课件 模块1数控车床编程与加工技术1-1 认识数控车床、1-2 数控车削加工工艺

模块1数控车床编程与加工技术项目1.1

认识数控车床1.1.1基本概念1.1.2数控车床的组成1.1.3数控车床的分类1.1.4数控车床的主要应用1.1.5数控机床的工作原理1.1.6数控机床的组成1.1.7数控机床的分类项目1.1

认识数控车床1.1.1基本概念

数控即数字控制，是指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的自动化方法，是由机床数控装置或系统实现的。数控技术是指用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术，是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。将计算机通过特定处理方式下的数字信息（不连续变化的数字量），用于机床自动控制的技术通称为计算机数控技术。数控系统即程序控制系统，是指采用数字控制技术的控制系统。

计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统，简称CNC系统。数控机床是一个装有程序控制的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，其实质就是根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。项目1.1

认识数控车床1.1.2数控车床的组成数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。项目1.1

认识数控车床1.1.3数控车床的分类1.按车床主轴位置分类（1）卧式数控车床主轴轴线处于水平位置的数控车床。卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。（2）立式数控车床主轴垂直于水平面的数控车床。2.按刀架数量分类（1）单刀架数控车床一般都配置有各种形式的单刀架。（2）双刀架数控车床双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。项目1.1

认识数控车床3.按功能分类（1）经济型数控车床它一般采用步进电动机驱动的开环控制系统，其控制部分通常采用单片机来实现，具有CRT显示、程序储存、程序编辑等功能，加工精度不高。（2）普通数控车床它根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高。（3）车削加工中心它在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是（X、Z）、（X、C）或（Z、C）。项目1.1

认识数控车床项目1.1

认识数控车床1.1.4数控车床的主要应用（1）精度要求高的回转体零件（2）表面粗糙度要求高的回转体零件（3）轮廓形状复杂的回转体零件（4）具有特殊类型螺纹的零件（5）超精密、超低表面粗糙度值的零件项目1.1

认识数控车床1.1.5数控机床的工作原理项目1.1

认识数控车床1.1.6数控机床的组成项目1.1

认识数控车床1.输入输出装置输入输出装置是操作人员与机床数控系统进行信息交流的载体，其主要功能有编制程序、存储程序、输入程序和数据、打印和显示等。零件加工程序、机床参数及刀具补偿等数据可以直接由操作人员手动输入到数控装置，即通过机床上的CRT显示器及键盘手动输入；也可以利用CAD/CAM软件在计算机上编程，然后通过计算机用通信方式将程序传送到数控装置。项目1.1

认识数控车床2.计算机数控装置数控装置通常由专用（或通用）计算机、输入输出接口板及机床控制器等组成。输入设备传送的数控加工程序和操作指令，经计算机数控装置系统进行相应的处理（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），控制其动作，加工出需要的零件。项目1.1

认识数控车床3.伺服驱动装置伺服驱动装置包括主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置两部分。将位置指令和速度指令转化为机床运动部件的运动。数控装置发出的控制信息经伺服系统中的控制电路、功率放大电路和伺服电机驱动受控设备工作，并可对其位置、速度等进行控制。项目1.1

认识数控车床4.检测反馈装置其作用是通过传感器将伺服电动机角位移和数控机床执行机构的直线位移，转换成电信号输送给数控装置，与脉冲信号进行比较，由数控装置纠正误差，控制驱动执行元件准确运转。项目1.1

认识数控车床5.辅助控制装置辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制装置，通过可编程序控制器来实现。PLC和数控装置配合共同完成数控机床的控制。6.机床本体机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动部件、支承件、特殊装置和辅助装置组成。项目1.1

认识数控车床1.1.7

数控机床的分类1.按工艺用途分类（1）切削加工类数控机床（2）成形加工类数控机床（3）特种加工类数控机床（4）其他类型的数控机床项目1.1

认识数控车床2.按运动轨迹的控制方式分类（1）点位控制数控机床这类数控机床的数控装置只控制运动部件从一点位准确移动到另一个点位，对其运动轨迹没有严格的要求，在移动过程中不进行加工。（2）直线控制数控机床这类数控机床不仅要控制运动部件从一点到另一点的准确定位，还要控制移动速度和运动轨迹,保证两点之间的轨迹为一条直线。刀具相对于工件移动时进行切削加工，其轨迹是平行机床各坐标轴的直线。（3）轮廓控制数控机床轮廓控制也称连续控制。插补结果向坐标轴控制器分配脉冲，从而控制各坐标轴联动，进行各种斜线、圆弧、曲线的加工，实现连续控制。项目1.1

认识数控车床项目1.1

认识数控车床3.按伺服驱动系统的类型分类（1）开环控制数控机床该类机床构造简单，没有位置、速度等检测装置和反馈装置。CNC装置发出的指令信号经驱动电路进行功率放大后，通过步进电动机带动机床工作台移动，指令信号单方向传送，不反馈回来。（2）闭环控制数控机床该类机床带有位置、速度等检测装置，直接对执行件的实际位移量进行检测，可将执行件的位移反馈，并与指令值比较，用比较差值进行控制，直至差值消除为止。（3）半闭环控制数控机床该类机床不直接检测执行件的位移值，而是检测与伺服驱动电动机相联系的传动件的角位移作为反馈值，检测元件之后的传动件不在反馈环路之内，因此传动系统的传动误差仍会影响机床的加工精度。项目1.1

认识数控车床项目1.1

认识数控车床4.按可控制联动的坐标轴分类项目1.1

认识数控车床5.按数控装置的功能水平分类项目1.1

认识数控车床6.按制造方式分类（1）通用型数控系统以PC机作为CNC装置的支撑平台，各数控机床制造厂家根据用户需求，有针对性地研制开发数控软件和控制卡等，构成相应的CNC装置。（2）专用型数控系统各制造厂家专门研制、开发制造的，专用性强，结构合理，硬件通用性差，但其控制功能齐全，稳定性好，如德国SIEMENS系统、日本FANUC系统等。7.按数控系统分类数控机床可分为FANUC（发那科）数控系统、SIEMENS（西门子）数控系统、华中数控系统、广州数控系统、三菱数控系统等的数控机床。模块1数控车床编程与加工技术项目1.2

数控车削加工工艺1.2.1数控加工工艺过程1.2.2零件图样的工艺分析1.2.3数控车削加工路线的确定1.2.4数控车削加工顺序的确定1.2.5数控车削刀具的类型及其选用1.2.6工件的装夹与找正1.2.7对刀点、换刀点和刀位点的确定1.2.8数控车床切削用量的确定1.2.9数控加工的特点1.2.10数控加工工艺过程的特点1.2.11数控加工的应用范围1.2.12数控加工工序划分的原则项目1.2

数控车削加工工艺（1）分析图样，确定加工方案（2）工件的定位与装夹（3）刀具的选择与安装（4）编制数控加工程序（5）试切削、试运行并校验数控加工程序（6）数控加工（7）工件的验收与质量误差分析1.2.1数控加工工艺过程项目1.2

数控车削加工工艺（1）分析零件的几何要素首先从零件图的分析中，了解工件的外形、结构，工件上须加工的部位及其形状、尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料及其它技术要求。（2）分析了解工件的工艺基准包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。（3）了解工件的加工数量不同的加工数量所采用的工艺方案也不同。1.2.2零件图样的工艺分析项目1.2

数控车削加工工艺1.2.3数控车削加工路线的确定1.数控车削加工路线确定原则1）加工路线应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求，效率较高。2）缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间。3）方便数值计算，减少编程工作量。4）尽量减少程序段数。5）加工路线还应根据工件的加工余量和机床、刀具的刚度等具体情况确定。项目1.2

数控车削加工工艺2.走刀路线的确定1）循环切除余量数控车削加工过程一般要经过循环切除余量，粗加工和精加工三道工序。2）确定退刀路线考虑退刀路线的原则：一是确保安全性，即在退刀过程中不与工件发生碰撞；二是考虑走刀路线最短，缩短空行程，提高生产效率。缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间。项目1.2

数控车削加工工艺1.2.4数控车削加工顺序的确定加工顺序一般按基准面先行、先粗后精、先主后次、先近后远、内外交叉的原则确定。基准面先行就是用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。先粗后精就是按照粗加工半精加工精加工的顺序，逐步提高加工精度。先主后次就是先加工零件的主要工作表面、装配基面，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。次要表面可穿插进行，放在主要加工表面加工到一定程度后，最终精加工之前进行。项目1.2

数控车削加工工艺先近后远就是先加工距离对刀点近的部位，后加工距离对刀点远的部位，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。内外交叉就是加工既有内表面（内型腔）又有外表面需要加工的零件时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。项目1.2

数控车削加工工艺1.2.5数控车床刀具的类型及其选用1.车刀的类型（1）按车刀结构分类车刀可分为整体式、焊接式及机械夹紧（机夹）式三大类。项目1.2

数控车削加工工艺（2）按加工部位和用途分类车刀可分为外圆车刀、内孔车刀、螺纹车刀、切断（槽）车刀等。项目1.2

数控车削加工工艺（3）按刀尖形状分类车刀可分为尖形车刀、圆弧形车刀、成形车刀等。项目1.2

数控车削加工工艺2.机夹转位式车刀刀片形状的选择项目1.2

数控车削加工工艺3.机夹可转位车刀的选择在实际生产中，数控车刀主要根据数控车床回转刀架的刀具安装尺寸、工件材料、加工类型、加工要求及加工条件从刀具样本中查表确定，其步骤大致如下：1）确定工件材料和加工类型（外圆、孔或螺纹）。2）根据粗、精加工要求和加工条件确定刀片的牌号和几何槽形。3）根据刀架尺寸、刀片类型和尺寸选择刀杆。项目1.2

数控车削加工工艺4.刀具的安装1）安装前保证刀杆及刀片定位面清洁，无损伤。2）将刀杆安装在刀架上时，应保证刀杆方向正确。3）车刀刀尖应与车床主轴轴线等高。4）车刀刀头伸出长度一般以刀杆厚度的1.5～2倍为宜。项目1.2

数控车削加工工艺1.2.6工件的装夹与找正1.在三爪自定心卡盘上安装工件主要用于在数控车床装夹加工圆柱形轴类零件和套类零件，适用于装夹外形规则的中、小型工件，装夹大直径工件时经常用反爪装夹。自定心卡盘一般不需要找正，但装夹稍长些轴时，要用划线盘或凭眼力找正，以防工件右端不正。当需要二次装夹加工同轴度要求较高的工件时，必须对装夹好的工件进行同轴度的找正。项目1.2

数控车削加工工艺找正方法：将百分表固定在工作台面上，触头触压在圆柱侧母线的上方，然后轻轻手动转动卡盘，根据百分表的读数用铜棒轻敲工件进行调整，当再次旋转主轴百分表读数不变时，表示工件装夹表面的轴心线与主轴轴心线重合。应用三爪卡盘装夹已精加工过的表面时，被夹住的工件表面应包一层铜皮，以免夹伤工件表面。项目1.2

数控车削加工工艺2.在四爪单动卡盘上安装工件四爪单动卡盘的夹紧力较大，适用于装夹大型或形状不规则的工件。装夹直径较大的工件时，可采用反爪装夹或正爪反撑。由于四爪单动卡盘的四个卡爪各自独立运动，因此装夹工件时必须将加工部分的旋转中心找正到车床主轴旋转中心重合后才可车削，找正包括外圆找正和端面找正。找正的方法是用手转动卡盘，用划针或百分表测出工件的外圆与端面的间隙并进行调整。项目1.2

数控车削加工工艺3.在两顶尖间装夹对于长度较长或必须经过多次装夹加工的轴类零件，或工序较多，车削后还要铣削和磨削的轴类零件，应采用两顶尖装夹，以保证每次装夹时的装夹精度。4.用一夹一顶的方法装夹工件在车削较重的长轴时，常采用一夹一顶的装夹方法，即卡盘夹持一端，另一端用尾座上顶尖定位。该装夹方法刚性好，轴间定位准确，比较安全，能承受较大的轴向切削力。采用这种装夹方法时，为了防止工件轴向位移，必须在卡盘内装一限位支撑。项目1.2

数控车削加工工艺1.2.7对刀点、换刀点及刀位点的确定1.对刀点对刀点是指在数控车床上加工零件时，刀具相对于零件运动的起点，又称为“程序起点”或“起刀点”。确定对刀点时应注意以下原则：1）尽量与零件的设计基准或工艺基准一致。2）便于用常规量具的车床上进行找正。3）该点的对刀误差应较小，或可能引起的加工误差为最小。4）尽量使加工程序中的引入或返回路线短，并便于换刀。项目1.2

数控车削加工工艺2.换刀点换刀点是指刀架转位换刀的位置。换刀点应设在零件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件、夹具和机床为准。3.刀位点刀位点时指在加工程序编制中，用以表示刀具位置的点。每把刀的刀位点在整个加工中只能有一个位置。项目1.2

数控车削加工工艺项目1.2

数控车削加工工艺1.2.8数控车床切削用量的确定1.切削用量的选择原则合理选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具寿命的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。（1）粗加工切削用量首先应选取尽可能大的背吃刀量ap；然后根据机床动力和刚性等限制条件，选取尽可能大的进给量f；最后根据刀具寿命，确定最佳切削速度n。（2）精加工切削用量精加工时，首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量ap；然后根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量f；最后在保证刀具寿命的前提下，选取尽可能高的切削速度n。项目1.2

数控车削加工工艺2.切削用量的选择方法（1）背吃刀量ap的确定粗加工时，在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量ap，以减少走刀次数，提高生产率。当零件精度要求较高时，通常留有0.2～0.5mm的精加工余量，可一次切除，以保证加工精度及表面质量。（2）进给量f的确定粗加工时，根据工件材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量ap大小来选择。精加工或半精加工时，应按表面粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径等来选择进给量f。（3）主轴转速n的确定主轴转速n应根据已选定的背吃刀量ap、进给量f及刀具耐用度来确定。项目1.2

数控车削加工工艺1.2.9数控加工的特点1.数控加工的优点（1）加工精度高，质量稳定（2）生产效率高（3）生产柔性大（4）能实现复杂的运动（5）自动化程度高，可减轻劳动负担、改善劳动条件（6）便于实现计算机辅助制造项目1.2

数控车削加工工艺2.数控加工的缺点（1）加工成本一般较高（2）适宜于多品种中、小批量生产（3）加工中难以调整项目1.