数控编程-第一单元-数控技术概论.ppt

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。 第一单元 数控加工技术概述 模块名称学时 模块1：数控编程基础8 模块2：数控铣编程16 模块3：简化程序指令8 模块4：数控车编程16 模块5：加工中心4 模块6：其他数控加工4 总计56 一、课程内容 本课程的任务是让学生掌握数控机床加工程序编制的 基础知识和基本方法，重点培养学生掌握常用数控机床(数 控车床、数控铣床、加工中心、数控电加工等)编程方法。 二、课程任务 教材：数控加工编程与操作,胡如祥主编，大连理工出版社 参考资料： 数控编程与加工， 陈红康，吴春香编， 山东大学出版社； 数控加工编程与操作，李爱敏，吴志强编， 清华大学出版 社。 网络资料 三、教材及参考资料 四、数控技术概述 1、数控技术发展史 数控是数字控制( Numerical control )的简称，是 近代发展起来的用数字化信息进行控制的自动控制技术 。其含义使用以数值和符号构成的数字信息自动控制机 床的运转。数控机床也称NC机床。 第一代: 1952年 ,电子管控制的第一台三坐标联动的铣床； 第二代: 1959年,出现了晶体管控制的“加工中心”； 第三代: 1965年,出现了小规模集成电路,使数控系统的可 靠性得到了进一步的提高； 以上三代数控系统都是采用专用控制硬件逻辑数控 系统,称为普通数控系统,即NC系统。 四、数控技术概述 1、数控技术发展史 第四代: 1967年以计算机作为控制单元的数控制系统。 (Computer numerical control )计算机数字控制； 1990年后,高速加工，纳米制造。 1980年后，FMS、FMC、CIMS、开放式数控（ open NC）系统、智能制造系统（IMS）大发展； 第五代: 1970年，美国英特尔开发使用了微处理器。 MNC，统称CNC； 四、数控技术概述 2、我国数控发展状况 1958年开始研制数控机床。 20世纪60年代末70年代初，研制出晶体管式的数控系统。 20世纪80年代初，从国外引进先进的CNC系统（FAGOR系统统）。 19861990年，大发展期间。 1991年，一方面引进先进数控系统；另一方面积极开发、设计 、制造具有自主版权的中、高档数控系统（如华中数控）。 五、数控机床概述 1、什么是数控机床 数控机床（数控机床（Numerical Control Machine ToolsNumerical Control Machine Tools）是用计算是用计算 机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具体地说，机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具体地说， 数控机床是通过编制程序，即通过数字数控机床是通过编制程序，即通过数字( (代码代码) )指令来自动指令来自动 完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床运动部件完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床运动部件 的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制机床各个的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制机床各个 部件的动作。部件的动作。数控机床是集计算机应用技术、自动控制、数控机床是集计算机应用技术、自动控制、 精密测量、微电子技术、机械加工技术于一体的一种具有精密测量、微电子技术、机械加工技术于一体的一种具有 高效率、高精度、高柔性和高自动化的光机电一体化数控高效率、高精度、高柔性和高自动化的光机电一体化数控 装备。装备。 五、数控机床概述 1、什么是数控机床 普通机床 数控机床 五、数控机床概述 2、数控机床的发展 原因社会生产发展（军备竞赛的产物） 目的解决单件、中小批量精密复杂零件的加工问题 数控加工技术是当前机械制造业发展的方向 它能有效解决复杂杂、精密、小批多变变零件加工问题问题 。 数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术 它可提高生产产率、稳稳定加工质质量、缩缩短加工周期、增 加生产产柔性、实现实现 复杂杂精密零件的自动动化加工、节节省人力 、改善劳动劳动 条件、加快产产品的开发发、提高企业综业综 合经济经济 效益。 数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术 先进进武器装备备的制造，如飞飞机、导弹导弹 、坦克等的关键键 零件，都离不开高性能的数控机床加工。 五、数控机床概述 2、数控机床的发展 案例：东芝事件 1983年，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动数控铣 床，前苏联将其用于制造核潜艇推进螺旋桨，由于加工精度 提高，使得螺旋桨在水中转动时候噪声大为下降，以至于美 国的声纳无法侦测到前苏联核潜艇的动向,苏军潜艇能很好的 隐藏在海底下。该数控机床的销售，也使得苏联的装备制造 业上了一个档次，时至今日，美军的声纳也难以监听到俄军 的潜艇了。 五、数控机床概述 3、数控机床的组成 如图1-2所示,数控机床主要由数控系统和机床本体组成 。而数控系统包括输入输出设备、计算机数控装置、伺 服驱动装置、辅助控制装置等部分。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。 五、数控机床概述 3、数控机床的组成 （1）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。 （2）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。 它的功能是接受外部输入的 加工程序和各种控制命令，识别并进行运算处理，然后输 出控制命令。 五、数控机床概述 3、数控机床的组成 （3）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。 （4）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。 （5）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。 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 1. 1.按工艺用途分类：按工艺用途分类：金属切削类、金属成型类、特种加工类金属切削类、金属成型类、特种加工类 金属切削类数控机床金属切削类数控机床 （1 1）数控车床）数控车床 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 金属切削类数控机床金属切削类数控机床 （2 2）数控铣床）数控铣床 1. 1.按工艺用途分类：按工艺用途分类：金属切削类、金属成型类、特种加工类金属切削类、金属成型类、特种加工类 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 金属切削类数控机床金属切削类数控机床 （3 3）加工中心）加工中心 1. 1.按工艺用途分类：按工艺用途分类：金属切削类、金属成型类、特种加工类金属切削类、金属成型类、特种加工类 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 金属成型类数控机床金属成型类数控机床 数控折弯机数控折弯机 、数控弯管机、数控压力机等。、数控弯管机、数控压力机等。 1. 1.按工艺用途分类：按工艺用途分类：金属切削类、金属成型类、特种加工类金属切削类、金属成型类、特种加工类 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 金属成型类数控机床金属成型类数控机床 数控折弯机数控折弯机 、数控弯管机、数控压力机等。、数控弯管机、数控压力机等。 1. 1.按工艺用途分类：按工艺用途分类：金属切削类、金属成型类、特种加工类金属切削类、金属成型类、特种加工类 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 特种加工类数控机床特种加工类数控机床 这类机床主要有数控线切割机、数控电火花加工机床、数这类机床主要有数控线切割机、数控电火花加工机床、数 控激光切割机床、数控火焰切割机、数控三坐标测量机等。控激光切割机床、数控火焰切割机、数控三坐标测量机等。 1. 1.按工艺用途分类：按工艺用途分类：金属切削类、金属成型类、特种加工类金属切削类、金属成型类、特种加工类 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 特种加工类数控机床特种加工类数控机床 这类机床主要有数控线切割机、数控电火花加工机床、数这类机床主要有数控线切割机、数控电火花加工机床、数 控激光切割机床、数控火焰切割机、数控三坐标测量机等。控激光切割机床、数控火焰切割机、数控三坐标测量机等。 1. 1.按工艺用途分类：按工艺用途分类：金属切削类、金属成型类、特种加工类金属切削类、金属成型类、特种加工类 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 2. 2.按运动轨迹分类：按运动轨迹分类：点位控制、点位直线控制、轮廓控制点位控制、点位直线控制、轮廓控制 （1 1）点位控制数控机床）点位控制数控机床 这类机床主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标这类机床主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标 测量机等。测量机等。 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 2. 2.按运动轨迹分类：按运动轨迹分类：点位控制、点位直线控制、轮廓控制点位控制、点位直线控制、轮廓控制 （2 2）点位直线控制数控机床）点位直线控制数控机床 这类机床的特点是除了要求控制点与点之间的准确位置这类机床的特点是除了要求控制点与点之间的准确位置 外，还要控制两相关点之间的移动速度和轨迹，但其轨迹外，还要控制两相关点之间的移动速度和轨迹，但其轨迹 是与机床坐标轴平行的直线。一般情况下，这类机床有是与机床坐标轴平行的直线。一般情况下，这类机床有2 2 3 3个可控轴，但同时控制的坐标轴只有一个。个可控轴，但同时控制的坐标轴只有一个。 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 2. 2.按运动轨迹分类：按运动轨迹分类：点位控制、点位直线控制、轮廓控制点位控制、点位直线控制、轮廓控制 （3 3）轮廓控制数控机床）轮廓控制数控机床 轮廓控制的特点是能够对两个或两个以上坐标轴的位移轮廓控制的特点是能够对两个或两个以上坐标轴的位移 和速度同时进行连续控制，以加工出任意斜率的、圆弧或和速度同时进行连续控制，以加工出任意斜率的、圆弧或 任意平面曲线（如抛物线、阿基米德螺旋线等）或曲面。任意平面曲线（如抛物线、阿基米德螺旋线等）或曲面。 这类机床主要有数控车床、数控铣床、数控线切割机、加这类机床主要有数控车床、数控铣床、数控线切割机、加 工中心等。工中心等。 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 （3 3）轮廓控制数控机床）轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床按所控制的联动坐标轴数，轮廓控制轮廓控制数控机床按所控制的联动坐标轴数，轮廓控制 数控机床又可分为以下几种形式：数控机床又可分为以下几种形式： (1)(1)二轴联动。二轴联动。主要用于数控车床加工曲线旋转面或数控铣主要用于数控车床加工曲线旋转面或数控铣 床等加工曲线柱面床等加工曲线柱面 。 (2)(2)二轴半联动。二轴半联动。即以即以X X、Y Y、Z Z三轴中任意两轴作插补运动三轴中任意两轴作插补运动 ，第三轴作周期性进给，采用球头铣刀用，第三轴作周期性进给，采用球头铣刀用“ “行切法行切法” ”进行加进行加 工。工。 (3)(3)三轴联动。三轴联动。一般分为两类，一类就是一般分为两类，一类就是x x、y y、z z三个直线坐三个直线坐 标轴联动，比较多地用于数控铣床、加工中心等。标轴联动，比较多地用于数控铣床、加工中心等。 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 （3 3）轮廓控制数控机床）轮廓控制数控机床 (a)二轴联动轴联动 (b)三轴联动轴联动 (c)二轴轴半联动联动 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 （3 3）轮廓控制数控机床）轮廓控制数控机床 (4)(4)四轴联动。四轴联动。即同时控制即同时控制x x、y y、z z 三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴 联动，如图所示为同时控制联动，如图所示为同时控制x x、y y、z z 三个直线坐标轴与一个工作台回转三个直线坐标轴与一个工作台回转 轴轴(B(B轴轴) )联动的数控机床。联动的数控机床。 (5)(5)五轴联动。五轴联动。除了控制除了控制x x、y y、z z三个三个 直线坐标轴联动外，还同时控制围直线坐标轴联动外，还同时控制围 绕这三个直线坐标轴旋转的绕这三个直线坐标轴旋转的A A、 B B、 C C坐标轴中的两个坐标轴，即形成同坐标轴中的两个坐标轴，即形成同 时控制时控制5 5个轴联动。个轴联动。 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 3. 3. 按伺服控制方式按伺服控制方式分类：分类：开环控制、闭环控制、半闭环控制开环控制、闭环控制、半闭环控制 开环控制数控机床开环控制数控机床 这类机床的进给伺服系统是开环的，即没有位置检测反这类机床的进给伺服系统是开环的，即没有位置检测反 馈装置。其驱动电机只能采用步进电机，这类电机的主要馈装置。其驱动电机只能采用步进电机，这类电机的主要 特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号，电机就转动一特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号，电机就转动一 个步距角。个步距角。 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 3. 3. 按伺服控制方式按伺服控制方式分类：分类：开环控制、闭环控制、半闭环控制开环控制、闭环控制、半闭环控制 闭环控制数控机床闭环控制数控机床 闭环数控机床的进给伺服系统是按闭环反馈控制方式工闭环数控机床的进给伺服系统是按闭环反馈控制方式工 作的。其驱动电机可采用直流或交流两种伺服电机，并需作的。其驱动电机可采用直流或交流两种伺服电机，并需 同时配有速度反馈和位置反馈。其位置检测装置安装在进同时配有速度反馈和位置反馈。其位置检测装置安装在进 给系统末端的执行部件上，实测它的位置或位移量。给系统末端的执行部件上，实测它的位置或位移量。 五、数控机床概述 4、数控机床的分类 3. 3. 按伺服控制方式按伺服控制方式分类：分类：开环控制、闭环控制、半闭环控制开环控制、闭环控制、半闭环控制 半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床 将位置检测装置安装在伺服电机或丝杠的端部将位置检测装置安装在伺服电机或丝杠的端部 ，间接测，间接测 量执行部件的实际位置或位移，因大部分机械传动环节未量执行部件的实际位置或位移，因大部分机械传动环节未 包括在系统闭环环路内，故易于实现系统的稳定性。现在包括在系统闭环环路内，故易于实现系统的稳定性。现在 大多数数控机床都广泛采用这种半闭环控制方式。大多数数控机床都广泛采用这种半闭环控制方式。 五、数控机床概述 5、数控系统的主要功能 （1）、插补功能 所谓插补，就是在工件轮廓的起始点和终点坐标之间进 行“数据密化”，求取中间点，而后以脉冲形式的指令对 每个坐标轴进行进给任务的分配，从而对沿指定轮廓的 进给运动实现控制。 （2）、进给运动 使工件多余材料不断被切削的运动 ，消耗动力较小。包括：快速进给 、切削进给、手动连续进给等 五、数控机床概述 5、数