數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)

數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)

主講關(guān)雄飛王麗潔王蓀馨

主編關(guān)雄飛

出版清華大學(xué)出版社第一頁，共二十三頁。第一章：數(shù)控機(jī)床概述第二章：數(shù)控加工編程基礎(chǔ)第三章：數(shù)控車床的編程第四章：數(shù)控銑床的編程第五章：加工中心的編程第六章：自動編程技術(shù)第七章：數(shù)控機(jī)床主體結(jié)構(gòu)目錄EXIT第二頁，共二十三頁。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：了解數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展。了解數(shù)控機(jī)床的基本構(gòu)成與工作原理、特點(diǎn)、分類及發(fā)展趨勢。第一章數(shù)控機(jī)床概述EXIT第三頁，共二十三頁。一、現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生隨著科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展和市場競爭的日趨激烈,機(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化,機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理,其性能、質(zhì)量、生產(chǎn)率和精度日趨提高,因此對加工機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備的性能、精度和自動化提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)床（numeriacalconctrolmachinetool）就是通過數(shù)字化信息對機(jī)床的運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)要求的機(jī)械動作，自動完成加工任務(wù)。其實(shí)質(zhì)就是技術(shù)密集且自動化程度很高的機(jī)電一體化加工設(shè)備。數(shù)控控制技術(shù)（numeriacalconctrol簡稱NC）第一臺數(shù)控機(jī)床是美國PASONS公司與麻省理工學(xué)院(MIT)于1952年合作研制成功。1959年美國克耐·杜列克公司首次程成功開發(fā)加工中心（簡稱MC）?！?-1數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展EXIT第四頁，共二十三頁。1959年美國克耐·杜列克公司首次程成功開發(fā)加工中心（簡稱MC）。20世紀(jì)60年代末,出現(xiàn)了直接數(shù)控系統(tǒng)DNC(directNC),即由一臺計(jì)算機(jī)直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床。1967年,英國出現(xiàn)了由多臺數(shù)控機(jī)床連接而成的柔性加工系統(tǒng),這便是最初的柔性制造系統(tǒng)簡稱FMS。

20世紀(jì)80年代初,出現(xiàn)了以加工中心或車削中心為主體,配備工件自動裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元,簡稱FMC。近幾年又出現(xiàn)了以數(shù)控機(jī)床為基本加工單元的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(簡稱CIMS),實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造、經(jīng)營等過程的計(jì)算機(jī)集成管理和控制?！?-1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生發(fā)展及構(gòu)成工作原理EXIT第五頁，共二十三頁。二我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況我國研制數(shù)控機(jī)床從1958年開始,上世紀(jì)60年代末,已研制出一些晶體管式數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控機(jī)床,自改革開放以來,“七五”期間誕生了一批數(shù)控產(chǎn)品,取得了長足的發(fā)展。此后采取自主開發(fā)中、高檔數(shù)控系統(tǒng)與購買國外先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)相結(jié)合的方針,我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)和使用水平均取得了很大的提高。目前我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品巳覆蓋了車、銑、鏜、磨、齒輪加工、線切割加工、電火花加工以及加工中心、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控雕刻機(jī)等機(jī)床,并在有些企業(yè)實(shí)施了FMC,FMS,CIMS等制造自動化技術(shù),數(shù)控加工技術(shù)覆蓋了機(jī)械制造的各個領(lǐng)域,進(jìn)入了實(shí)用階段?！?-1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生發(fā)展及構(gòu)成工作原理EXIT第六頁，共二十三頁。§1-2數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理EXIT

數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成如圖所示,數(shù)控機(jī)床主要由CNC數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床主體組成。此外數(shù)控機(jī)床還有許多輔助裝置,如自動換刀裝置,自動工作臺交換裝置,自動對刀裝置,自動排屑裝置及電、液、氣、冷卻、潤滑、防護(hù)等裝置。第七頁，共二十三頁。數(shù)控系統(tǒng)包括程序及載體、輸入/輸出裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(稱為CNC裝置)、主軸控制系統(tǒng)和進(jìn)給控制系統(tǒng)等。有時將主軸控制系統(tǒng)和進(jìn)給控制系統(tǒng)稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)。程序及載體信息載體有穿孔紙帶、磁帶、磁盤等,早期常用的信息載體為穿孔帶,目前常用的為磁盤。輸入/輸出裝置存儲在信息載體上的加工程序需要通過輸入裝置送給CNC裝置。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的核心,它是采用存儲程序的專用計(jì)算機(jī),由硬件和軟件組成。硬件由各種輸入輸出接口電路、微處理器(CPU)、存儲器等組成。

EXIT§1-2數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理第八頁，共二十三頁。伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一,執(zhí)行由CNC裝置輸出的運(yùn)動指令。檢測裝置檢測裝置是采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床的重要組成部分,其作用是對數(shù)控機(jī)床的實(shí)現(xiàn)位移和速度進(jìn)行檢測,將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號反饋給數(shù)控裝置或伺服控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)閉環(huán)或半閉環(huán)控制。機(jī)床主體數(shù)控機(jī)床的主體包括床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件,用于完成各種切削加工。EXIT§1-2數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理第九頁，共二十三頁。輔助裝置數(shù)控機(jī)床在實(shí)現(xiàn)整機(jī)的全自動化控制中,為了提高生產(chǎn)率、加工精度等,還需要配備許多輔助裝置,如液壓和氣動裝置、自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置、自動對刀裝置、自動排屑裝置等。

§1-1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生發(fā)展及構(gòu)成工作原理EXIT§1-2數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理第十頁，共二十三頁。一、數(shù)控機(jī)床加工過程的控制與特點(diǎn)1.數(shù)控機(jī)床加工零件的控制原理數(shù)控機(jī)床通過控制刀具相對工件的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對零件的加工。數(shù)控裝置按加工程序規(guī)定的運(yùn)動軌跡要求,將刀具對工件的運(yùn)動分割成最小的位移量,通過不斷地向各坐標(biāo)軸方向輸出脈沖形式的指令,使刀具沿各坐標(biāo)移動若干個脈沖當(dāng)量,實(shí)現(xiàn)刀具對工件的相對運(yùn)動,完成對零件的加工?！?-2數(shù)控機(jī)床控制與特點(diǎn)分類及發(fā)展趨勢EXIT第十一頁，共二十三頁。2.數(shù)控裝置在控制刀具沿零件輪廓加工時,需要在規(guī)定的加工輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間計(jì)算出多個中間點(diǎn)的坐標(biāo)值,以控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的運(yùn)動,這種計(jì)算中間點(diǎn)坐標(biāo)值的過程常稱為插補(bǔ)運(yùn)算?！?-2數(shù)控機(jī)床控制與特點(diǎn)分類及發(fā)展趨勢EXIT第十二頁，共二十三頁。3.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用的插補(bǔ)算法有兩大類:脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。脈沖增量插補(bǔ)主要有兩種方法,即逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。§1-2數(shù)控機(jī)床控制與特點(diǎn)分類及發(fā)展趨勢EXIT第十三頁，共二十三頁?！?-2數(shù)控機(jī)床控制與特點(diǎn)分類及發(fā)展趨勢EXIT數(shù)控加工過程中的控制信息流程數(shù)控加工是通過CNC裝置根據(jù)零件的加工程序控制數(shù)控機(jī)床自動完成的。進(jìn)行零件加工時,先將編寫好的零件程序輸入到CNC裝置,然后根據(jù)輸入的程序段插補(bǔ)出理想的軌跡,控制執(zhí)行部件,加工出需要的零件。下圖是直線加工信息轉(zhuǎn)換流程圖,框中的變量表示每次進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。

第十四頁，共二十三頁。二、數(shù)控機(jī)床加工的功能特點(diǎn)1.可方便加工復(fù)雜型面的零件

數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動控制,能加工普通機(jī)床很難加工或無法加工的復(fù)雜曲線、曲面。下圖分別為3坐標(biāo)聯(lián)動加工,2.5坐標(biāo)加工和4坐標(biāo)加工。2.加工工序相對集中3.可實(shí)現(xiàn)高柔性生產(chǎn)§1-2數(shù)控機(jī)床控制與特點(diǎn)分類及發(fā)展趨勢EXIT第十五頁，共二十三頁?！?-2數(shù)控機(jī)床控制與特點(diǎn)分類及發(fā)展趨勢EXIT第十六頁，共二十三頁。EXIT§1-2數(shù)控機(jī)床控制與特點(diǎn)分類及發(fā)展趨勢第十七頁，共二十三頁。1.按加工功能分類(1)金屬切削類數(shù)控機(jī)床(2)金屬成型類數(shù)控機(jī)床(3)特種加工機(jī)床(4)其他數(shù)控機(jī)床

2.按控制刀具與工件相對運(yùn)動的方式分類

(1)點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床(2)點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床(3)連續(xù)控制數(shù)控機(jī)床§1-3數(shù)控機(jī)床分類EXIT第十八頁，共二十三頁。EXIT§1-3數(shù)控機(jī)床分類第十九頁，共二十三頁。EXIT§1-3數(shù)控機(jī)床分類第二十頁，共二十三頁。

3.按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類(1)開環(huán)控制系統(tǒng)(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)(3)半閉環(huán)控制系

統(tǒng)

EXIT§1-3數(shù)控機(jī)床分類第二十一頁，共二十三頁。隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展,機(jī)床數(shù)控技術(shù)也得到了長足進(jìn)步，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：(1)高可靠性(2)高速化(3)高精度化

(4)加工高柔性化(5)加工功能復(fù)合化(6)通訊網(wǎng)絡(luò)化(7)系統(tǒng)智能化

EXIT§1-4數(shù)控機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢第二十二頁，共二十三頁。內(nèi)容總結(jié)數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)

主講關(guān)雄飛王麗潔王蓀馨

主編關(guān)雄飛

出版清華大學(xué)出版社。§1-1