数控加工技术基础ppt课件

1、l邢台职业技术学院机电系l数控技术教研室单元1 数控加工技术基础 内容提要：内容提要： 实训目的与要求实训目的与要求 数控加工的基本知识数控加工的基本知识 数控机床的分类数控机床的分类 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成 数控加工的基本术语数控加工的基本术语 实训内容实训内容 单元1 数控加工技术基础1、实训目的通过对数控加工技术基础知识的学习和训练，了解和掌握数控机床的加工原理、基本组成部分和机械结构，为数控加工技术实训打下基础。2、实训要求了解数控加工技术的基本知识：数控加工的基本概念，数控机床的产生与发展，数控机床的机械结构的特点，数控机床的分类等；理解并掌握数控机床的工作

2、原理及组成，掌握数控加工的基本术语；完成数控机床认识实训的内容。 单元1 数控加工技术基础1、产生背景从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：自动机床 组合机床专用自动生产线它们存在固有的缺点：初始投资大准备周期长柔性差主主轴轴承承盖盖加加工工数数控控组组合合机机床床轴承盖加工自动线轴承盖加工自动线单元1 数控加工技术基础上述方法仅适用批量较大的零件生产。然而，随着市场竞争的日趋激烈产品更新换代周期缩短，批量大的产品越来越少，而小批量产品的生产所占的比重越来越大，约占总加工量的80以上。在航空、航天、重型机床以及国防部门尤其如此。因而，迫切需要一种精度高、柔性好的加工设备来满足上述需求

3、，这是机床数控技术产生和发展的内在动力。另一方面，电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的进步提供了坚实的技术基础，这是机床NC技术产生和发展的可能性。NC技术正是在这种背景下诞生和发展起来的。它极其有效地满足了上述要求，为小批量、精密复杂的零件生产提供了自动化加工手段。它的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了加工自动化技术的发展。单元1 数控加工技术基础2、发展沿革1952研制了世界第一台三坐标立式数控铣床。50-60年代，发展到NC硬件数控阶段。70年代， 发展到CNC计算机数控阶段。80年代，出现高速高精度CNC的开发和应用阶段。90年代，基于PC的开放式CNC的开发与应用。当代，

4、也主要是基于PC的CNC开放式系统，软件有所提高。单元1 数控加工技术基础 一、按加工工艺方法分类1、一般数控机床切削加工类：捷克托斯数控镗床CKA6150数控车床哈挺数控磨床单元1 数控加工技术基础q成型加工类：成型加工类：数控折弯机数控弯管机数控型材弯弧机单元1 数控加工技术基础火花成型线切割机火花小孔激光加工单元1 数控加工技术基础三坐标测量机CNC影像仪单元1 数控加工技术基础德马吉立式加工中心2、带自动换刀装置的数控机床加工中心）卧式加工中心德马吉万能车削中心单元1 数控加工技术基础q点位控制数控系统q仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；q对轨迹不作控制要求；q运动过

5、程中不进行任何加工。q适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。二、按控制系统功能特点分类刀具BA工 件123单元1 数控加工技术基础点位直线控制数控系统点位直线控制数控机床的特点是机床移动部件不仅要实现由一个位置到另一个位置的精确移动定位，而且能够实现平行坐标轴方向的直线切削加工运动。 点位直线数控机床虽然扩大了点位控制数控机床的工艺范围，但它的应用仍然受到了很大的限制 运动过程中不进行任何加工。适用范围：简易数控车床、数控铣镗床 。刀具工件单元1 数控加工技术基础q轮廓控制数控系统q轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的

6、轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。q适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。刀具工件单元1 数控加工技术基础 三、按伺服系统的特点分类按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。单元1 数控加工技术基础电机机械执行部件A相、B相C相、f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大CNC数控系统步进电动机工作台单元1 数控加工技术基础q无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要

7、取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。q一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。q这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。单元1 数控加工技术基础q 半闭环数控系统q半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。位置控制调节器位置控制调节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令

8、指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈单元1 数控加工技术基础伺 服电 动 机G编码器CNC数控系统伺服驱动系统工作台位置测量反馈信号单元1 数控加工技术基础半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因而，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。单元1 数控加工技术基础q 全闭环数控系统q全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部

9、件的实际位置进行检测。位置控制调节器位置控制调节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈单元1 数控加工技术基础工作台伺服电动机位置测量反馈信号伺服驱动系统CNC数控系统单元1 数控加工技术基础从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主

10、要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。单元1 数控加工技术基础l 按联动轴数分l2轴联动平面曲线）l3轴联动空间曲面，球头刀）l4轴联动空间曲面）l5轴联动及6轴联动空间曲面） 。l联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。 四、按控制系统的功能水平分类单元1 数控加工技术基础 图图 不同联动轴数所能加工的型面不同联动轴数所能加工的型面(a) 二轴联动；二轴联动； (b) 二轴半联动；二轴半联动； (c) 三轴联动三轴联动ZXYYO(a)(b)(c)单元1 数控加工技术基础图图 五轴联动铣削曲面零件五轴联动铣削曲面零件 ZnP(X, Y, Z )O刀位点ZBYCX

11、单元1 数控加工技术基础图图 六轴加工中心坐标示意图六轴加工中心坐标示意图单元1 数控加工技术基础l 按数控系统类型分类l经济型数控系统又称简易数控系统） 这一档次的数控机床仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，具有数码显示，CRT字符显示功能，机床进给由步进电动机实现开环驱动，控制的轴数和联动轴数在3轴或3轴以下。单元1 数控加工技术基础q普及型数控系统通常称之为全功能数控系统这类数控系统功能较多，除了具有一般数控系统的功能以外，还具有一定的图形显示功能及面向用户的宏程序功能等，采用的微机系统为16位或32位微处理机

12、，具有RS-232C通信接口，机床的进给多用交流或直流伺服驱动，一般系统能实现4轴或4轴以下联动控制。单元1 数控加工技术基础q高档数控系统 采用的微机系统为32位以上微处理机系统，机床的进给大多采用交流伺服驱动，除了具有一般数控系统的功能以外，应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制。具有三维动画图形功能和宜人的图形用户界面，同时还具有丰富的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现与计算机的联网和通信。单元1 数控加工技术基础q基于PC的开放式数控系统 用通用微机技术开发数控系统可以得到强有

13、力的硬件与软件支持，这些软件和硬件的技术是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具备了全功能数控系统的所有功能。 单元1 数控加工技术基础工艺工艺分析分析数控数控加工加工程序程序工序卡B A C KS P A C EC T RLIN SC RT A BA L T0S H IF T ZE N D WH OM E TP g Dn OP g Up JR S T E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABE S C1 4 彩 色显 示 器空运行Z 轴锁定MST 锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转主轴停 主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却

14、液开关 刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电 源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱 动 器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010 090增量倍率1000101001坐标轴选择Z YX传统加工数控加工传统加工与数控加工的比较图单元1 数控加工技术基础微型计算机机床本体数控系统工艺处理编制工件加工程序加工好的零件零件图0112数控加工过程示意图数控加工过程示意图单元1 数控加工技术基础数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤：根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序所编写程序指令输入数控装置数控装置将程序(代码)进行译码

15、、运算之后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的零件 单元1 数控加工技术基础 机床I/O电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数 控装 置操作面板PLC计计算算机机数数控控系系统统机机 床床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备单元1 数控加工技术基础B A C KSPA C EC TRLIN SC RTA BA LT0SH IFT ZEN D WH OM E TPgDn OPgUp JR ST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCAB

16、ESC14彩 色显 示 器空运行Z 轴锁定MST 锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转 主轴停 主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关 刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电 源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱 动 器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010 090增量倍率1000101001坐标轴选择Z YXq操作面板q它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。q组成：按钮站、状态灯、按键阵列功能与计算机键盘一样和显示器；。q它是数控机床特有部件。 机床I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元

17、 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 单元1 数控加工技术基础q 控制介质与输入输出设备q控制介质是记录零件加工程序的媒介q输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。q数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表1： 机床I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装

18、 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 单元1 数控加工技术基础控制介质控制介质输入设备输入设备输入设备输入设备穿孔纸带纸带阅读机纸带穿孔机磁带磁带机或录音机磁盘磁盘驱动器单元1 数控加工技术基础q通讯通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现能力。它们是实现CAD/CAM的集成、的集成、FMS和和CIMS的基本技术。采用的方式有：的基本技术。采用的方式有：q串行通

19、讯串行通讯RS-232等串口）、等串口）、q自动控制专用接口和规范自动控制专用接口和规范DNC方式，方式，MAP协议协议等）等）q网络技术网络技术internet，LAN等）。等）。单元1 数控加工技术基础q CNC装置(CNC单元)q组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。q作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心 机床I/

20、O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 单元1 数控加工技术基础q 伺服单元、驱动装置和测量装置q 伺服单元和驱动装置q主轴伺服驱动装置和主轴电机q进给伺服驱动装置和进给电机q 测量装置 q位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。q 作用 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：q进给运动指令：实现零件加工的成形运动速度和位置控制）。q主轴运动指令，实现零件加工的切削运动速度控制） 机床I/O电路和装置 测

21、量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 单元1 数控加工技术基础qPLC、机床I/O电路和装置qPLC (Programmable Logic Controller)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；q机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；q功能：q接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应

22、的开关动作q接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。 机床I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 单元1 数控加工技术基础l 机床l机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。l组成：由主运动部件、进给运动部件工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件立柱、床身等以及特殊装置刀具自动交换系统 工件自动交换系统和辅助装置如排屑装置等）。 机床

23、I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 单元1 数控加工技术基础1、数字控制Numerical Control NC是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程如加工、丈量、装配等进行可编程控制的自动化方法。2 、 数 控 技 术 N u m e r i c a l C o n t r o l Technology采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。单元1 数控加工技术基础3、数控机床Nume

24、rical Control Machine Tools） 是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用的例子。4、数控系统Numerical Control System实现数字控制的装置。5、计算机数控系统Computer Numerical Control CNC ）以计算机为核心的数控系统。单元1 数控加工技术基础6、坐标联动：坐标轴的非独立运动。即：一个轴的运动要受到其它轴运动的制约。7、坐标联动加工：数控机床加工时的横向、纵向等进给量都是以轴坐标数据控制的。如：两坐标车床、三坐标铣床、五轴加工中心等。8、脉冲当量：相对于数控系统发出的每个进给脉冲信号，机床移动部件的位移量。也称为最小设定挪动单位，数控机床根据其精度的不同，常用的脉冲当量为0.0lmm，0.005mm，及0.001mm。单元1 数控加工技术基础9、进给速度：单位时间内坐标轴移动的距离。（加工时刀具相对于工件的移动速度） 单位：mm/min 或 mm/r。10、速度修调：通过修调倍率对速度进行适量修调。数控机床在加工过程中能通过速度修调实时调整进给速度和主轴转速，便于加工。11、插补：在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以确定一