数控机床与编程技术 主讲 关雄飞 王丽洁 王荪馨 主编 关雄飞 出版 清华大学出版社

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1 数控机床与编程技术 主讲 关雄飞 王丽洁 王荪馨 主编 关雄飞 出版 清华大学出版社
数控机床与编程技术 主讲 关雄飞 王丽洁 王荪馨 主编 关雄飞 出版 清华大学出版社

2 目录 第一章：数控机床概述 第二章：数控加工编程基础 第三章：数控车床的编程 第四章：数控铣床的编程 第五章：加工中心的编程
第六章：自动编程技术 第七章：数控机床主体结构 EXIT

3 第一章 数控机床概述 学习重点： 了解数控技术的产生与发展 。 了解数控机床的基本构成与工作原理、特点、分类及发展趋势。 EXIT

4 §1-1 数控技术的产生及发展 一、现代数控技术的产生
随着科学技术和社会生产的不断发展和市场竞争的日趋激烈,机械制造领域发生了巨大的变化,机械产品的结构越来越合理,其性能、质量、生产率和精度日趋提高,因此对加工机械产品的生产设备的性能、精度和自动化提出了更高的要求。 数控机床（ numeriacal conctrol machine tool）就是通过数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制，实现要求的机械动作，自动完成加工任务。其实质就是技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备。 数控控制技术（numeriacal conctrol 简称NC ） 第一台数控机床是美国PASONS公司与麻省理工学院(MIT) 于1952年合作研制成功。1959年美国克耐·杜列克公司首次程成功开发加工中心（简称MC）。 EXIT

5 §1-1 数控机床的产生发展及构成工作原理 1959年美国克耐·杜列克公司首次程成功开发加工中心（简称MC）。
20世纪60年代末,出现了直接数控系统 DNC (direct NC), 即由一台计算机直接管理和控制一群数控机床。 1967年,英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统,这便是最初的柔性制造系统简称FMS。 20世纪80年代初,出现了以加工中心或车削中心为主体, 配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元,简称FMC。近几年又出现了以数控机床为基本加工单元的计算机集成制造系统(简称 CIMS),实现了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管理和控制。 EXIT

6 §1-1 数控机床的产生发展及构成工作原理 二 我国数控技术的发展情况
我国研制数控机床从1958年开始,上世纪60年代末,已研制出一些晶体管式数控线切割机床、数控机床,自改革开放以来,“七五”期间诞生了一批数控产品,取得了长足的发展。此后采取自主开发中、高档数控系统与购买国外先进数控系统相结合的方针,我国数控机床生产和使用水平均取得了很大的提高。 目前我国生产的数控机床产品巳覆盖了车、铣、镗、磨、齿轮加工、线切割加工、电火花加工以及加工中心、数控弯管机、数控雕刻机等机床,并在有些企业实施了FMC,FMS,CIMS 等制造自动化技术,数控加工技术覆盖了机械制造的各个领域,进入了实用阶段。 EXIT

7 §1-2 数控机床的组成及工作原理 数控机床的构成
如图所示,数控机床主要由CNC数控系统和机床主体组成。此外数控机床还有许多辅助装置,如自动换刀装置, 自动工作台交换装置,自动对刀装置,自动排屑装置及电、液、气、冷却、润滑、防护等装置。 EXIT

8 §1-2 数控机床的组成及工作原理 数控系统包括程序及载体、输入 / 输出装置、计算机数控装置( 称为CNC装置 )、主轴控制系 统和进给控制系统等。有时将主轴控制系统和进给控制系统称为伺服驱动系统。 程序及载体 信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等,早期常用的信息载体为穿孔带,目前常用的为磁盘。 输入 /输出装置 存储在信息载体上的加工程序需要通过输入装置送给 CNC 装置。 计算机数控装置 CNC 装置是数控机床的核心,它是采用存储程序的专用计算机,由硬件和软件组成。硬件由各种输入输出接口电路、微处理器(CPU)、存储器等组成。 EXIT

9 §1-2 数控机床的组成及工作原理 伺服驱动系统 伺服驱动系统是数控机床的执行机构之一, 执行由 CNC 装置输出的运动指令。 检测装置
检测装置是采用闭环或半闭环控制系统的数控机床的重要组成部分,其作用是对数控机床的实现位移和速度进行检测,将检测结果转化为电信号反馈给数控装置或伺服控制系统,实现闭环或半闭环控制。 机床主体 数控机床的主体包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件,用于完成各种切削加工。 EXIT

10 §1-2 数控机床的组成及工作原理 §1-1数控机床的产生发展及构成工作原理 辅助装置
数控机床在实现整机的全自动化控制中,为了提高生产率、加工精度等,还需要配备许多辅助装置,如液压和气动装置、自动换刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。 EXIT

11 §1-2 数控机床控制与特点分类及发展趋势 一 、数控机床加工过程的控制与特点 1.数控机床加工零件的控制原理
数控机床通过控制刀具相对工件的运动实现对零件的加工。数控装置按加工程序规定的运动轨迹要求,将刀具对工件的运动分割成最小的位移量,通过不断地向各坐标轴方向输出脉冲形式的指令,使刀具沿各坐标移动若干个脉冲当量,实现刀具对工件的相对运动,完成对零件的加工。 EXIT

12 §1-2 数控机床控制与特点分类及发展趋势 2.数控装置在控制刀具沿 零件轮廓加工时,需要在 规定的加工轮廓起点和 终点之间计算出多个中间
点的坐标值,以控制机床 各坐标轴的运动,这种计 算中间点坐标值的过程常 称为插补运算。 EXIT

13 §1-2 数控机床控制与特点分类及发展趋势 3.现代数控机床常采用的 插补算法有两大类:脉冲增 量插补和数据采样插补。
脉冲增量插补主要有两种 方法,即逐点比较法和数字 积分法。 EXIT

14 §1-2 数控机床控制与特点分类及发展趋势 数控加工过程中的控制 信息流程数控加工是通过CNC装置根据零件的加工程序控制数控机床自动完成的。进行零件加工时,先将编写好的零件程序输入到CNC装置, 然后根据输入的程序段插补出理想的轨迹,控制执行部件,加工出需要的零件。下图是直线加工信息转换流程图,框中的变量表示每次进行信息转换后的结果。 EXIT

15 §1-2 数控机床控制与特点分类及发展趋势 二、数控机床加工的功能特点 1. 可方便加工复杂型面的零件
数控机床的数控系统可实现多坐标联动控制,能加工普通机床很难加工或无法加工的复杂曲线、曲面。下图分别为3坐标联动加工,2.5坐标加工和4坐标加工。 2. 加工工序相对集中 3. 可实现高柔性生产 EXIT

16 §1-2 数控机床控制与特点分类及发展趋势 EXIT

17 §1-2 数控机床控制与特点分类及发展趋势 EXIT

18 §1-3 数控机床分类 1.按加工功能分类 (1)金属切削类数控机床 (2)金属成型类数控机床 (3)特种加工机床 (4)其他数控机床
2.按控制刀具与工件相对运动的方式分类 (1)点位控制数控机床 (2)点位直线控制数控机床 (3)连续控制数控机床 EXIT

19 §1-3 数控机床分类 EXIT

20 §1-3 数控机床分类 EXIT

21 §1-3 数控机床分类 3.按进给伺服系统 的类型分类 (1)开环控制系统 (2)闭环控制系统 (3)半闭环控制系 统 EXIT

22 §1-4 数控机床的技术发展趋势 随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展 , 机床数控技术也得到了长足进步，主要表现在以下几点： (1)高可靠性 (2)高速化 (3)高精度化 (4)加工高柔性化 (5)加工功能复合化 (6)通讯网络化 (7)系统智能化 EXIT