《數(shù)控編程與加工技術(shù)（第2版）》 課件 模塊1數(shù)控車床編程與加工技術(shù)1-1 認(rèn)識數(shù)控車床、1-2 數(shù)控車削加工工藝

模塊1數(shù)控車床編程與加工技術(shù)項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床1.1.1基本概念1.1.2數(shù)控車床的組成1.1.3數(shù)控車床的分類1.1.4數(shù)控車床的主要應(yīng)用1.1.5數(shù)控機(jī)床的工作原理1.1.6數(shù)控機(jī)床的組成1.1.7數(shù)控機(jī)床的分類項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床1.1.1基本概念

數(shù)控即數(shù)字控制，是指用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的自動化方法，是由機(jī)床數(shù)控裝置或系統(tǒng)實現(xiàn)的。數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字量及字符發(fā)出指令并實現(xiàn)自動控制的技術(shù)，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)。將計算機(jī)通過特定處理方式下的數(shù)字信息（不連續(xù)變化的數(shù)字量），用于機(jī)床自動控制的技術(shù)通稱為計算機(jī)數(shù)控技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)即程序控制系統(tǒng)，是指采用數(shù)字控制技術(shù)的控制系統(tǒng)。

計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是以計算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)，簡稱CNC系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床是一個裝有程序控制的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。數(shù)控加工是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法，其實質(zhì)就是根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件，編制零件數(shù)控加工程序，并輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，以控制數(shù)控機(jī)床中刀具與工件的相對運(yùn)動，從而完成零件的加工。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床1.1.2數(shù)控車床的組成數(shù)控車床由數(shù)控裝置、床身、主軸箱、刀架進(jìn)給系統(tǒng)、尾座、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排屑器等部分組成。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床1.1.3數(shù)控車床的分類1.按車床主軸位置分類（1）臥式數(shù)控車床主軸軸線處于水平位置的數(shù)控車床。臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導(dǎo)軌臥式車床和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床。（2）立式數(shù)控車床主軸垂直于水平面的數(shù)控車床。2.按刀架數(shù)量分類（1）單刀架數(shù)控車床一般都配置有各種形式的單刀架。（2）雙刀架數(shù)控車床雙刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床3.按功能分類（1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床它一般采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)，其控制部分通常采用單片機(jī)來實現(xiàn)，具有CRT顯示、程序儲存、程序編輯等功能，加工精度不高。（2）普通數(shù)控車床它根據(jù)車削加工要求在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行專門設(shè)計并配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)控車床，數(shù)控系統(tǒng)功能強(qiáng)，自動化程度和加工精度也比較高。（3）車削加工中心它在普通數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，增加了C軸和動力頭，更高級的數(shù)控車床帶有刀庫，可控制X、Z和C三個坐標(biāo)軸，聯(lián)動控制軸可以是（X、Z）、（X、C）或（Z、C）。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床1.1.4數(shù)控車床的主要應(yīng)用（1）精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件（2）表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件（3）輪廓形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件（4）具有特殊類型螺紋的零件（5）超精密、超低表面粗糙度值的零件項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床1.1.5數(shù)控機(jī)床的工作原理項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床1.1.6數(shù)控機(jī)床的組成項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床1.輸入輸出裝置輸入輸出裝置是操作人員與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交流的載體，其主要功能有編制程序、存儲程序、輸入程序和數(shù)據(jù)、打印和顯示等。零件加工程序、機(jī)床參數(shù)及刀具補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)可以直接由操作人員手動輸入到數(shù)控裝置，即通過機(jī)床上的CRT顯示器及鍵盤手動輸入；也可以利用CAD/CAM軟件在計算機(jī)上編程，然后通過計算機(jī)用通信方式將程序傳送到數(shù)控裝置。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床2.計算機(jī)數(shù)控裝置數(shù)控裝置通常由專用（或通用）計算機(jī)、輸入輸出接口板及機(jī)床控制器等組成。輸入設(shè)備傳送的數(shù)控加工程序和操作指令，經(jīng)計算機(jī)數(shù)控裝置系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等），控制其動作，加工出需要的零件。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床3.伺服驅(qū)動裝置伺服驅(qū)動裝置包括主軸伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置兩部分。將位置指令和速度指令轉(zhuǎn)化為機(jī)床運(yùn)動部件的運(yùn)動。數(shù)控裝置發(fā)出的控制信息經(jīng)伺服系統(tǒng)中的控制電路、功率放大電路和伺服電機(jī)驅(qū)動受控設(shè)備工作，并可對其位置、速度等進(jìn)行控制。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床4.檢測反饋裝置其作用是通過傳感器將伺服電動機(jī)角位移和數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線位移，轉(zhuǎn)換成電信號輸送給數(shù)控裝置，與脈沖信號進(jìn)行比較，由數(shù)控裝置糾正誤差，控制驅(qū)動執(zhí)行元件準(zhǔn)確運(yùn)轉(zhuǎn)。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床5.輔助控制裝置輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制裝置，通過可編程序控制器來實現(xiàn)。PLC和數(shù)控裝置配合共同完成數(shù)控機(jī)床的控制。6.機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件包括：主運(yùn)動部件，進(jìn)給運(yùn)動部件、支承件、特殊裝置和輔助裝置組成。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床1.1.7

數(shù)控機(jī)床的分類1.按工藝用途分類（1）切削加工類數(shù)控機(jī)床（2）成形加工類數(shù)控機(jī)床（3）特種加工類數(shù)控機(jī)床（4）其他類型的數(shù)控機(jī)床項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床2.按運(yùn)動軌跡的控制方式分類（1）點位控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置只控制運(yùn)動部件從一點位準(zhǔn)確移動到另一個點位，對其運(yùn)動軌跡沒有嚴(yán)格的要求，在移動過程中不進(jìn)行加工。（2）直線控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床不僅要控制運(yùn)動部件從一點到另一點的準(zhǔn)確定位，還要控制移動速度和運(yùn)動軌跡,保證兩點之間的軌跡為一條直線。刀具相對于工件移動時進(jìn)行切削加工，其軌跡是平行機(jī)床各坐標(biāo)軸的直線。（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制也稱連續(xù)控制。插補(bǔ)結(jié)果向坐標(biāo)軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標(biāo)軸聯(lián)動，進(jìn)行各種斜線、圓弧、曲線的加工，實現(xiàn)連續(xù)控制。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床3.按伺服驅(qū)動系統(tǒng)的類型分類（1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床該類機(jī)床構(gòu)造簡單，沒有位置、速度等檢測裝置和反饋裝置。CNC裝置發(fā)出的指令信號經(jīng)驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大后，通過步進(jìn)電動機(jī)帶動機(jī)床工作臺移動，指令信號單方向傳送，不反饋回來。（2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床該類機(jī)床帶有位置、速度等檢測裝置，直接對執(zhí)行件的實際位移量進(jìn)行檢測，可將執(zhí)行件的位移反饋，并與指令值比較，用比較差值進(jìn)行控制，直至差值消除為止。（3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床該類機(jī)床不直接檢測執(zhí)行件的位移值，而是檢測與伺服驅(qū)動電動機(jī)相聯(lián)系的傳動件的角位移作為反饋值，檢測元件之后的傳動件不在反饋環(huán)路之內(nèi)，因此傳動系統(tǒng)的傳動誤差仍會影響機(jī)床的加工精度。項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床4.按可控制聯(lián)動的坐標(biāo)軸分類項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床5.按數(shù)控裝置的功能水平分類項目1.1

認(rèn)識數(shù)控車床6.按制造方式分類（1）通用型數(shù)控系統(tǒng)以PC機(jī)作為CNC裝置的支撐平臺，各數(shù)控機(jī)床制造廠家根據(jù)用戶需求，有針對性地研制開發(fā)數(shù)控軟件和控制卡等，構(gòu)成相應(yīng)的CNC裝置。（2）專用型數(shù)控系統(tǒng)各制造廠家專門研制、開發(fā)制造的，專用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理，硬件通用性差，但其控制功能齊全，穩(wěn)定性好，如德國SIEMENS系統(tǒng)、日本FANUC系統(tǒng)等。7.按數(shù)控系統(tǒng)分類數(shù)控機(jī)床可分為FANUC（發(fā)那科）數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS（西門子）數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)、三菱數(shù)控系統(tǒng)等的數(shù)控機(jī)床。模塊1數(shù)控車床編程與加工技術(shù)項目1.2

數(shù)控車削加工工藝1.2.1數(shù)控加工工藝過程1.2.2零件圖樣的工藝分析1.2.3數(shù)控車削加工路線的確定1.2.4數(shù)控車削加工順序的確定1.2.5數(shù)控車削刀具的類型及其選用1.2.6工件的裝夾與找正1.2.7對刀點、換刀點和刀位點的確定1.2.8數(shù)控車床切削用量的確定1.2.9數(shù)控加工的特點1.2.10數(shù)控加工工藝過程的特點1.2.11數(shù)控加工的應(yīng)用范圍1.2.12數(shù)控加工工序劃分的原則項目1.2

數(shù)控車削加工工藝（1）分析圖樣，確定加工方案（2）工件的定位與裝夾（3）刀具的選擇與安裝（4）編制數(shù)控加工程序（5）試切削、試運(yùn)行并校驗數(shù)控加工程序（6）數(shù)控加工（7）工件的驗收與質(zhì)量誤差分析1.2.1數(shù)控加工工藝過程項目1.2

數(shù)控車削加工工藝（1）分析零件的幾何要素首先從零件圖的分析中，了解工件的外形、結(jié)構(gòu)，工件上須加工的部位及其形狀、尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之間的相對位置和尺寸精度；了解工件材料及其它技術(shù)要求。（2）分析了解工件的工藝基準(zhǔn)包括其外形尺寸、在工件上的位置、結(jié)構(gòu)及其他部位的相對關(guān)系等。（3）了解工件的加工數(shù)量不同的加工數(shù)量所采用的工藝方案也不同。1.2.2零件圖樣的工藝分析項目1.2

數(shù)控車削加工工藝1.2.3數(shù)控車削加工路線的確定1.數(shù)控車削加工路線確定原則1）加工路線應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求，效率較高。2）縮短走刀路線，減少進(jìn)退刀時間和其他輔助時間。3）方便數(shù)值計算，減少編程工作量。4）盡量減少程序段數(shù)。5）加工路線還應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和機(jī)床、刀具的剛度等具體情況確定。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝2.走刀路線的確定1）循環(huán)切除余量數(shù)控車削加工過程一般要經(jīng)過循環(huán)切除余量，粗加工和精加工三道工序。2）確定退刀路線考慮退刀路線的原則：一是確保安全性，即在退刀過程中不與工件發(fā)生碰撞；二是考慮走刀路線最短，縮短空行程，提高生產(chǎn)效率?？s短走刀路線，減少進(jìn)退刀時間和其他輔助時間。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝1.2.4數(shù)控車削加工順序的確定加工順序一般按基準(zhǔn)面先行、先粗后精、先主后次、先近后遠(yuǎn)、內(nèi)外交叉的原則確定?；鶞?zhǔn)面先行就是用作精基準(zhǔn)的表面應(yīng)優(yōu)先加工出來，因為定位基準(zhǔn)的表面越精確，裝夾誤差就越小。先粗后精就是按照粗加工半精加工精加工的順序，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、裝配基面，從而能及早發(fā)現(xiàn)毛坯中主要表面可能出現(xiàn)的缺陷。次要表面可穿插進(jìn)行，放在主要加工表面加工到一定程度后，最終精加工之前進(jìn)行。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝先近后遠(yuǎn)就是先加工距離對刀點近的部位，后加工距離對刀點遠(yuǎn)的部位，以便縮短刀具移動距離，減少空行程時間。內(nèi)外交叉就是加工既有內(nèi)表面（內(nèi)型腔）又有外表面需要加工的零件時，應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面粗加工，后進(jìn)行內(nèi)外表面精加工。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝1.2.5數(shù)控車床刀具的類型及其選用1.車刀的類型（1）按車刀結(jié)構(gòu)分類車刀可分為整體式、焊接式及機(jī)械夾緊（機(jī)夾）式三大類。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝（2）按加工部位和用途分類車刀可分為外圓車刀、內(nèi)孔車刀、螺紋車刀、切斷（槽）車刀等。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝（3）按刀尖形狀分類車刀可分為尖形車刀、圓弧形車刀、成形車刀等。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝2.機(jī)夾轉(zhuǎn)位式車刀刀片形狀的選擇項目1.2

數(shù)控車削加工工藝3.機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的選擇在實際生產(chǎn)中，數(shù)控車刀主要根據(jù)數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的刀具安裝尺寸、工件材料、加工類型、加工要求及加工條件從刀具樣本中查表確定，其步驟大致如下：1）確定工件材料和加工類型（外圓、孔或螺紋）。2）根據(jù)粗、精加工要求和加工條件確定刀片的牌號和幾何槽形。3）根據(jù)刀架尺寸、刀片類型和尺寸選擇刀桿。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝4.刀具的安裝1）安裝前保證刀桿及刀片定位面清潔，無損傷。2）將刀桿安裝在刀架上時，應(yīng)保證刀桿方向正確。3）車刀刀尖應(yīng)與車床主軸軸線等高。4）車刀刀頭伸出長度一般以刀桿厚度的1.5～2倍為宜。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝1.2.6工件的裝夾與找正1.在三爪自定心卡盤上安裝工件主要用于在數(shù)控車床裝夾加工圓柱形軸類零件和套類零件，適用于裝夾外形規(guī)則的中、小型工件，裝夾大直徑工件時經(jīng)常用反爪裝夾。自定心卡盤一般不需要找正，但裝夾稍長些軸時，要用劃線盤或憑眼力找正，以防工件右端不正。當(dāng)需要二次裝夾加工同軸度要求較高的工件時，必須對裝夾好的工件進(jìn)行同軸度的找正。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝找正方法：將百分表固定在工作臺面上，觸頭觸壓在圓柱側(cè)母線的上方，然后輕輕手動轉(zhuǎn)動卡盤，根據(jù)百分表的讀數(shù)用銅棒輕敲工件進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)再次旋轉(zhuǎn)主軸百分表讀數(shù)不變時，表示工件裝夾表面的軸心線與主軸軸心線重合。應(yīng)用三爪卡盤裝夾已精加工過的表面時，被夾住的工件表面應(yīng)包一層銅皮，以免夾傷工件表面。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝2.在四爪單動卡盤上安裝工件四爪單動卡盤的夾緊力較大，適用于裝夾大型或形狀不規(guī)則的工件。裝夾直徑較大的工件時，可采用反爪裝夾或正爪反撐。由于四爪單動卡盤的四個卡爪各自獨(dú)立運(yùn)動，因此裝夾工件時必須將加工部分的旋轉(zhuǎn)中心找正到車床主軸旋轉(zhuǎn)中心重合后才可車削，找正包括外圓找正和端面找正。找正的方法是用手轉(zhuǎn)動卡盤，用劃針或百分表測出工件的外圓與端面的間隙并進(jìn)行調(diào)整。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝3.在兩頂尖間裝夾對于長度較長或必須經(jīng)過多次裝夾加工的軸類零件，或工序較多，車削后還要銑削和磨削的軸類零件，應(yīng)采用兩頂尖裝夾，以保證每次裝夾時的裝夾精度。4.用一夾一頂?shù)姆椒ㄑb夾工件在車削較重的長軸時，常采用一夾一頂?shù)难b夾方法，即卡盤夾持一端，另一端用尾座上頂尖定位。該裝夾方法剛性好，軸間定位準(zhǔn)確，比較安全，能承受較大的軸向切削力。采用這種裝夾方法時，為了防止工件軸向位移，必須在卡盤內(nèi)裝一限位支撐。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝1.2.7對刀點、換刀點及刀位點的確定1.對刀點對刀點是指在數(shù)控車床上加工零件時，刀具相對于零件運(yùn)動的起點，又稱為“程序起點”或“起刀點”。確定對刀點時應(yīng)注意以下原則：1）盡量與零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)一致。2）便于用常規(guī)量具的車床上進(jìn)行找正。3）該點的對刀誤差應(yīng)較小，或可能引起的加工誤差為最小。4）盡量使加工程序中的引入或返回路線短，并便于換刀。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝2.換刀點換刀點是指刀架轉(zhuǎn)位換刀的位置。換刀點應(yīng)設(shè)在零件或夾具的外部，以刀架轉(zhuǎn)位時不碰工件、夾具和機(jī)床為準(zhǔn)。3.刀位點刀位點時指在加工程序編制中，用以表示刀具位置的點。每把刀的刀位點在整個加工中只能有一個位置。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝項目1.2

數(shù)控車削加工工藝1.2.8數(shù)控車床切削用量的確定1.切削用量的選擇原則合理選擇切削用量，就是在保證加工質(zhì)量和刀具壽命的前提下，充分發(fā)揮機(jī)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應(yīng)選取盡可能大的背吃刀量ap；然后根據(jù)機(jī)床動力和剛性等限制條件，選取盡可能大的進(jìn)給量f；最后根據(jù)刀具壽命，確定最佳切削速度n。（2）精加工切削用量精加工時，首先根據(jù)粗加工后的余量確定背吃刀量ap；然后根據(jù)已加工表面的粗糙度要求，選取較小的進(jìn)給量f；最后在保證刀具壽命的前提下，選取盡可能高的切削速度n。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝2.切削用量的選擇方法（1）背吃刀量ap的確定粗加工時，在工藝系統(tǒng)剛度和機(jī)床功率允許的情況下，盡可能選取較大的背吃刀量ap，以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)率。當(dāng)零件精度要求較高時，通常留有0.2～0.5mm的精加工余量，可一次切除，以保證加工精度及表面質(zhì)量。（2）進(jìn)給量f的確定粗加工時，根據(jù)工件材料、刀桿尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量ap大小來選擇。精加工或半精加工時，應(yīng)按表面粗糙度要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑等來選擇進(jìn)給量f。（3）主軸轉(zhuǎn)速n的確定主軸轉(zhuǎn)速n應(yīng)根據(jù)已選定的背吃刀量ap、進(jìn)給量f及刀具耐用度來確定。項目1.2

數(shù)控車削加工工藝1.2.9數(shù)控加工的特點1.數(shù)控加工的優(yōu)點（1）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定（2）生產(chǎn)效率高（3）生產(chǎn)柔性大（4）能實現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動（5）自動化程度高，可減輕勞動負(fù)擔(dān)、改善勞動條件（6）便于實現(xiàn)計算機(jī)輔助制造項目1.2

數(shù)控車削加工工藝2.數(shù)控加工的缺點（1）加工成本一般較高（2）適宜于多品種中、小批量生產(chǎn)（3）加工中難以調(diào)整項目1.