数控高级培训_第一章数控加工技术概况

1、天津职业技术师范学院,January 2003 Tianjin University of Technology and Education,第一章 数控加工技术概况,0.5 天,天津职业技术师范学院,本 章 内 容,数控加工技术主要内容 数控编程技术 发展历程 技术现状与发展 关键技术仿形技术 数控编程于CNC集成 在线编程 复杂形状零件实时插 从单机数控加工到计算机集成制造,天津职业技术师范学院,1 . 1 数控加工技术主要内容,数控加工技术 数控加工技术是指高效、优质地实现产品零件特别是复杂形状零件加工的有关理论、方法与实现技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工的基础与关键技术

2、。 数控加工技术涉及的两大方面 数控机床加工工艺 数控编程技术 数控加工过程,天津职业技术师范学院,数控加工过程及内容,天津职业技术师范学院,高速、高精度和高效是数控机床技术发展的目标。 技术现状与趋势 1高精度化 精度包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度，两个方面均已取得明显进展,天津职业技术师范学院,2高速度化 提高生产率是机床技术追求的基本目标之一，实现该目标的关键是提高切削速度、进给速度和减少辅助时间,天津职业技术师范学院,3高柔性化 采用柔性自动化设备或系统，是提高加工精度和效率、缩短生产周期、适应市场变化需求和提高竞争能力的有效手段。数控机床在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔

3、性化和系统柔性化方向发展。 可编程控制器（PLC） 柔性加工单元（FMC) 柔性制造系统（FMS) 介于传统自动线与FMS之间的柔性制造线（FTL,天津职业技术师范学院,4. 高自动化 高自动化是指在全部加工过程中尽量减少“人”的介人而自动完成规定的任务，它包括物料流和信息流的自动化,点,线,面,体,天津职业技术师范学院,5智能化 随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展，同时为适应制造业生产柔性化、自动化发展需要，数控设备智能化程度也在不断提高。 6超复合化 复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工工序的概念。 7数控机床的结构技术得重大突破 6条腿结构的并联加工中心

4、 。加工中心是采用以可伸缩的6条“腿（伺服轴）支撑并连接上平台（装有主轴头）与下平台（装有工作台）的构架结构形式，取代传统的床身、立柱等支撑结构，而没有任何导轨与滑板的所谓“虚轴机床，（ VIRTUAL AXIS MACHINE）。 优点是机床基本性能高，精度、刚度和加工效率均可比传统加工中心高出许多倍,天津职业技术师范学院,天津职业技术师范学院,关健技术分析,高速化技术 高精度化技术 智能化技术 自适应控制技术 专家系统技术 故障自诊断技术 智能化交流伺服驱动技术 开放式CNC体系结构 PC连接型CNC PC内装型CNC CNC内装型PC 纯软件NC,天津职业技术师范学院,数 控 编 程 技

5、 术,数控编程的主要内容包括： 分析加工要求并进行工艺设计，以确定加工方案，选择合适的机床、刀具、夹具，确定合理的走刀路线及切削用量等；建立工件的几何模型、计算加工过程中刀具相对工件的运动轨迹或机床运动轨迹；按照数控系统可接受的程序格式，生成零件加工程序，然后对其进行验证和修改，直到得到合格的加工程序。 手工编程或计算机自动编程,天津职业技术师范学院,手工编程或计算机自动编程,天津职业技术师范学院,发 展 历 程,20世纪50年代 APT语言,APT,60年代 APT,APT_、APT_AC、APT_/SS,1972年 CAD/CAM系统,1978年 CATIA,APT-/SS,CADAM,C

6、ATIA、 EUKLID、UG , INTERGRAPH、 Pro/Engineering, MasterCAM等,目前，用较为广泛的数控编程系统,美国的Compact, ADAPT， 德国的EXAPT， 日本的HAFT,FAPT， 英国的ZCL， 法国的IFAPT， 意大利的MODAPT 我国的SKC-1, SKC-2,SKC-3, CAM251以及微机上使用的EAPT,HZAT，MAPT等,揭开了CAD/CAM一体化的序幕,天津职业技术师范学院,APT语言特点,优点： 程序简练、走刀控制灵活等优点 缺点： 零件的设计与加工之间是通过工艺人员对图纸解释和工艺规划来传递信息，对操作者要求很高

7、，且阻碍了设计与制造的一体化 APT语言描述零件模型受语言描述能力的限制 APT系统几何定义部分过于庞大，并缺少直观的图形显示和验证手段,天津职业技术师范学院,技 术 现 状 与 趋 势,复杂形状零件和高精、高效的加工对数控编程技术提出了越来越高的要求。 复杂形状零件、多轴加工和加工过程优化的数控编程技术越来越重要 。 适应高速加工、CIMS、并行工程和敏捷制造等先进制造技术的发展，缩短产品研制生产周 期以 柔性与快速地响应市场需求 。 向集成化、智能化、自动化、易使用化和面向车间编程等方向发展的趋势,天津职业技术师范学院,集 成 化,定义： 是指数控编程系统与其他系统如计算机辅助设计系统、加

8、工过程控制系统、质量控制系统等的集成。 目的： 便于各系统间的信息反馈和并行处理，提高编程以至整个产品设计制造过程的效率与质量。 目前现状： 目前应用较广的以实体造型几何数据库为核心的集成方法，可直接从CAD数据库中提取所需要的几何信息及拓扑信息进行数控编程，但这种方式仍然需要较多的人工千预。 处于研究与开发： 以产品模型数据库为核心的集成化方法。产品模型的建立采用新一代的特征造型技术，包括了产品的完备信息，因此有利于根据模型所包含的几何与非几何信息来自动确定加工方案、进给速度、主轴速度和切削深度等，是一种很有前途的集成化方法,天津职业技术师范学院,关 键 技 术 分 析,复杂形状零件的几何建

9、模 对于基于图纸以及型面特征点测量数据的复杂形状零件数控编程，其首要环节是建立被 加工零件的几何模型。 主要技术内容 ： 曲线曲面生成 编辑 裁剪 拼接 过渡 偏置等,天津职业技术师范学院,加工方案与加工参数的合理选择 数控加工的效率与质量有赖于加工方案与加工参数的合理选择，其中刀具、刀轴控制方式、走刀路线和进给速度的自动优化选择与自适应控制是近些年来所研究的重点问题。其目标是在满足加工要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提下具有尽可能高的加工效率,天津职业技术师范学院,刀具轨迹生成 刀具轨迹生成的首要目标 ： 所生成的刀具轨迹能满足：无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷光滑并满足要求、代码质

10、量高。同时，刀具轨迹生成还应满足通用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件,天津职业技术师范学院,数控加工仿真 最主要的如加工过程中的过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞 。 数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序， 具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施,天津职业技术师范学院,后置处理 后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容，它将通用前置处理生成的刀位数据转换成适合于具体机床数据和数控加工程序。 技术内容包括： 机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、机床运动非线性误差校核修正、机床运动的平稳性校核修正、进给速度

11、校核修正及代码转换等,天津职业技术师范学院,数字化测量与数控仿形技术,尽管现在CAD/CAM技术和数控机床已得到广泛应用，仿形加工仍是一种复杂形状零件加工的重要手段 数控仿形加工系统，不仅具有数控和仿形功能，也具有数字化功能 对于复杂零件的数字化仿型加工，测量是其关键环节 实物模型几何形体的数字化还可利用数控三坐标测量机 3M（Measuring, Modeling and Manufaturing）集成化技术,实物模型仿形测量,几何形体数字化模型建立,CAD/CAM软件编制数控加工指令,天津职业技术师范学院,天津职业技术师范学院,3M集成化技术的优越性 数据量大大减少 容易实现刀具半径实时补

12、偿 可方便地对几何形状编辑、修改与完善等操作 便于部件的整体设计 便于不同方式的数控机床加工 可以方便地进行零件的改型,天津职业技术师范学院,数 控 编 程 与 CNC 的 集 成,复杂零件数控加工包括建立几何模型到控制数控机床加工出合格零件的全过程，涉及机床、数控系统、加工程序生成及操作等多方面因素。在此过程中，CNC系统接收零件程序以及来自操作者的命令和数据以控制机床的运行，是信息流和数据流的交汇点，因而CNC上可供使用的数据命令种类及其控制加工过程的可能性与有效性直接影响到加工质量和加工效率。 离线编程技术 复杂零件的主要加工方式是先借助离线数控编程生成由直线圆弧段构成的零件程序后，再由

13、CNC执行直线圆弧插补来完成 。 CNC和数控编程技术两方面独立地开展,天津职业技术师范学院,天津职业技术师范学院,离线编程技术存在以下问题,CNC上难以实现三维刀具形状尺寸及加工余量的补偿，当实际工况有所不符时，则原有程序无法使用。 复杂零件加工的程序信息庞大，使用不便。而在五坐标下由于速度均衡和非线性误差限制，程序量还需加倍。因此，限于程序代价，复杂零件编程的轮廓逼近精度往往十分有限，由此使得CNC本身的精度和能力难以体现 。 CNC执行由小线段构成的零件程序时，较难实现高速平稳的加工运动控制，影响加工效率与表面质量 。 此外，为保证加工状态与编程状态的一致，往往需要进行费时的刀具与工件的

14、安装调整,天津职业技术师范学院,在 线 编 程,定义： 在线编程即是将数控编程系统集成到CNC系统中，由操作者在CNC上通过人机界面直接定义零件的几何信息与加工工艺参数，由在线编程系统生成加工程序后直接控制机床运动。 优点 ： 提高了生产的柔性与适应性 可充分发挥操作者的专门知识和经验 操作更为方便 缺点： 对于三维曲面等复杂零件的加工，在线编程对操作者的要求很高，否则难以进行高质量和高效率的加工程序的编制。同时，零件程序的制作时间往往比实际加工时间多得多,天津职业技术师范学院,复 杂 形 状 零 件 实 时 插 补,CNC潜在优势主要表现： 输人到CNC中的加工信息只是复杂零件的原始几何定义

15、和加工工艺参数，从而实现零件程序的简化。 CNC系统可直接对三维刀具、余量和其他工艺参数进行实时补偿控制，从而使操作者具有加工过程的在线干预能力，方便加工调整、并有利于提高加工效率与质量 。 刀具运动轨迹在CNC实时工作状态下产生，可用插补周期进给量对型面轮廓直接逼近，并从加工轨迹整体上进行连续插补控制，从而可提高型面加工质量，可获得平稳的高速进给控制能力，提高加工效率,天津职业技术师范学院,从单机数控加工到计算机集成制造,直接数控(DNC)系统 ： DNC系统使用一台较大的计算机，控制与管理多台数控机床和加工中心。 有计算机集中处理和分时控制的能力 。 有现场自动编程和对零件程序进行编辑和修改的能力，使编程与控制相结合。 有生产管理、作业调度、工况显示监控和刀具寿命管理等能力,天津职业技术师范学院,天津职业技术师范学院,天津职业技术师范学院,多串口设备服务器型,优点： 灵活性好。 成本低。 缺点： RS232传输距离的限制，超 过15米时，必须增加长距离 接受器。 需要建设标准的局域网,天津职业技术师范学院,柔性制造技术已经形成了多种