数控加工工艺及编程研讨

1、 第一代第一代: 1952: 1952年年 , ,美国麻省理工学院研制美国麻省理工学院研制, ,电子管控制电子管控制 的第一台三坐标联动的铣床；的第一台三坐标联动的铣床； 第二代第二代:1959:1959年年, ,出现了出现了晶体管控制晶体管控制的的“加工中心加工中心”；1.1 1.1 数控加工技术概况数控加工技术概况 第四代第四代:1967:1967年以年以计算机计算机作为控制单元的数控制系统作为控制单元的数控制系统. . 第五代第五代:1970:1970年年, ,美国英特尔开发使用了美国英特尔开发使用了微处理器微处理器, ,进入进入 计算机数控即是计算机数控即是CNCCNC。 第三代第三代

2、:1965:1965年年, ,出现了出现了小规模集成电路小规模集成电路，使数控系，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都是采用专用控制硬件逻辑数控系统, ,称为普通数控系称为普通数控系统统, ,即即NCNC系统系统. . 与普通机床加工相比，数控机床的特点：与普通机床加工相比，数控机床的特点： 1. 1.自动化程度高；自动化程度高； 2. 2.具有加工复杂形状零件的能力；具有加工复杂形状零件的能力； 3. 3.生产准备周期短；生产准备周期短； 4. 4.加工精度高、质量稳定；加工精度高、质量稳定；

3、5. 5.生产效率高；生产效率高； 6. 6. 易于建立计算机通信网络；易于建立计算机通信网络；工艺分析工艺分析数控加数控加工程序工程序工序卡工序卡BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT ZEND WHOME TPgDn OPgUp JRST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABESC14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

4、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零件图零件图机床加工机床加工零件产品零件产品通用机床的加工通用机床的加工工艺分析工艺分析数控加数控加工程序工程序工序卡工序卡BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT ZEND WHOME TPgDn OPgUp JRST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABESC14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

5、 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零件图零件图程序设计程序设计数控装置数控装置( (穿孔纸带等穿孔纸带等) )( (伺服系统伺服系统) )机床加工机床加工零件产品零件产品介质输入介质输入手动输入手动输入微机编程输入微机编程输入1.31.3数控机床的加工原理数控机床的加工原理工艺分析工艺分析数控加数控加工程序工程序工序卡工序卡BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT ZEND WHOM

6、E TPgDn OPgUp JRST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABESC14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 YX传统加工传统加工数控加工数控加工零件图零件图程序设计程序设计数控装置数控装置( (穿孔纸带等穿孔纸带等

7、) )( (伺服系统伺服系统) )机床加工机床加工零件产品零件产品介质输入介质输入手动输入手动输入微机直接输入微机直接输入插补原理与计算机数控系统插补原理与计算机数控系统1. 1.插补的概念插补的概念: :采用小段直线或圆弧拟合理想轮廓线。采用小段直线或圆弧拟合理想轮廓线。2.2.插补方法插补方法逐点插补法：代数运算法、醉步法逐点插补法：代数运算法、醉步法数字积分法数字积分法时间分割法时间分割法逐点插补法的四个步骤逐点插补法的四个步骤1. 1.偏差判别；偏差判别；2.2.坐标进给；坐标进给；3.3.偏差计算；偏差计算；4.4.终点判别。终点判别。(1)(1)直线插补原理直线插补原理( (偏差偏

8、差FnFn00在线上在线上) )(2)(2)圆弧插补原理圆弧插补原理(Fn(Fn00在圆上在圆上) )(3)(3)逐点比较法的象限处理逐点比较法的象限处理 直线插补：直线插补：四个象限有四四个象限有四组计算公式；组计算公式；顺时针圆弧插补：顺时针圆弧插补： 四个象限有四四个象限有四 组计算公式；组计算公式；逆时针圆弧插补：逆时针圆弧插补： 四个象限有四四个象限有四 组计算公式；组计算公式；插补原理插补原理轨迹控制原理。轨迹控制原理。1.41.4数控加工的主要应用对象数控加工的主要应用对象（1 1）形状复杂、加工精度高或用数学方法定义的复）形状复杂、加工精度高或用数学方法定义的复杂曲线、曲面。杂

9、曲线、曲面。（2 2）公差带小、互换性高、要求精确复制的零件。）公差带小、互换性高、要求精确复制的零件。（3 3）用通用机床加工调整、制造复杂的零件。）用通用机床加工调整、制造复杂的零件。（4 4）高价值的零件。）高价值的零件。（5 5）小批量生产的零件。）小批量生产的零件。（6 6）需要钻、镗、绞、攻螺纹、铣联合加工的零件。）需要钻、镗、绞、攻螺纹、铣联合加工的零件。1.51.5数控编程技术数控编程技术1.5.1 1.5.1 程序编制的内容：程序编制的内容： （1 1）分析工件零件图，确定工艺过程（确定加工）分析工件零件图，确定工艺过程（确定加工方案、选择合适的机床、刀具、夹具；确定走刀路方

10、案、选择合适的机床、刀具、夹具；确定走刀路线及切削用量）。线及切削用量）。（2 2）数学处理。）数学处理。（3 3）编写程序单。）编写程序单。（4 4）制作程序介质、输入程序。）制作程序介质、输入程序。（5 5）程序校验和试切。）程序校验和试切。下下下下下下1.5.2 1.5.2 程序编制的方法：手工编程、自动编程程序编制的方法：手工编程、自动编程 1. 1.手工编程：适合于工件形状不复杂、计算简单、手工编程：适合于工件形状不复杂、计算简单、 程序段不长的点位加工及平面轮廓加工场合。程序段不长的点位加工及平面轮廓加工场合。手工编程是自动编程的基础。手工编程是自动编程的基础。手工编程过程：手工编

11、程过程：零件图样零件图样确定工艺过程确定工艺过程数学处理数学处理编写加工程序单编写加工程序单制备控制介质制备控制介质程序效验和首件试切程序效验和首件试切数控机床数控机床修改修改 2. 2.自动编程自动编程:借助编程软件用计算机辅助生成加工程序。借助编程软件用计算机辅助生成加工程序。 (适用于工件形状复杂、编程工作量大、不具备刀具适用于工件形状复杂、编程工作量大、不具备刀具半径自动补偿功能的机床或联动轴数超过两轴以上的加半径自动补偿功能的机床或联动轴数超过两轴以上的加工编程场合工编程场合)1.5.3 1.5.3 数控编程技术的发展概况数控编程技术的发展概况1.5.4 1.5.4 技术现状与趋势技

12、术现状与趋势1.61.6数控技术的发展趋势数控技术的发展趋势1.6.2 1.6.2 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势1.6.1 1.6.1 数控系统的发展趋势数控系统的发展趋势本章重点与难点：本章重点与难点：重点：数控加工的特点；重点：数控加工的特点； 数控加工机床的工作原理；数控加工机床的工作原理； 自动编程、手动编程的特点。自动编程、手动编程的特点。完完1.21.2 数控机床的组成数控机床的组成 控制介质：人际联系控制介质：人际联系( (人机对话人机对话) )的中间媒介物的中间媒介物穿穿 孔纸带、穿孔卡片、磁带、磁盘等。孔纸带、穿孔卡片、磁带、磁盘等。 控制装置：接受加工信息经系统软件

13、或逻辑电路进行控制装置：接受加工信息经系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲给伺服系统。译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲给伺服系统。 伺服系统：将来自数控装置的脉冲信号转换为机床移伺服系统：将来自数控装置的脉冲信号转换为机床移 部件的运动部件的运动( (按数控程序预定要求的动作按数控程序预定要求的动作) )。 反馈装置：检测数控机床坐标轴的实际移动速度和位反馈装置：检测数控机床坐标轴的实际移动速度和位 移，并将信息反馈到数控装置或伺服驱动中构成闭环控移，并将信息反馈到数控装置或伺服驱动中构成闭环控 制系统。制系统。机床本体：机床本体：1.3 1.3 数控机床的控制对

14、象数控机床的控制对象 1. 1.主运动控制：机床主轴的正、反转的自动换挡及无主运动控制：机床主轴的正、反转的自动换挡及无 极调速。极调速。 2.2.进给运动控制进给运动控制: :数控机床的主要控制功能。数控机床的主要控制功能。 3. 3.输入输入/ /输出输出 ( I/ o) ( I/ o) 控制控制: :对机床的各种状态进行控制对机床的各种状态进行控制 ( (主轴的运动状态、冷却和润滑装置运动状态、刀具自主轴的运动状态、冷却和润滑装置运动状态、刀具自 动交换、工件的夹紧与松开、工作台的转位等动交换、工件的夹紧与松开、工作台的转位等) )。1.6 1.6 数控机床的分类数控机床的分类金属切削类

15、数控机床：数控车金属切削类数控机床：数控车( (铣铣. .刨刨. .磨磨. .钻钻. .镗等镗等) )金属成形类数控机床：数控折弯金属成形类数控机床：数控折弯( (弯管弯管. .成形等成形等) )数控特种加工机床：数控线切割数控特种加工机床：数控线切割( (电火花等电火花等) )按用途分按用途分其他类数控机床：数控三坐标测量机其他类数控机床：数控三坐标测量机. .雕刻机等雕刻机等点位控制数控机床：数控镗点位控制数控机床：数控镗( (钻钻. .冲冲. .点焊点焊) ) 图图1313直线控制数控机床：简易数控车直线控制数控机床：简易数控车( (镗等镗等) ) 图图1414轮廓控制数控机床：数控车轮

16、廓控制数控机床：数控车( (铣铣. .磨等磨等) ) 图图1515按运动按运动方式分方式分按控制按控制原理分原理分开环控制数控机床：无反馈装置开环控制数控机床：无反馈装置( (图图19)19)闭环控制数控机床：检测实际位移闭环控制数控机床：检测实际位移( (图图110)110)半闭环控制数控机床：检测伺服转角半闭环控制数控机床：检测伺服转角( (图图111)111)按数控系统类型分：经济型系统、普及型系统、高档系统、按数控系统类型分：经济型系统、普及型系统、高档系统、 PC PC开放系统。开放系统。下下下下下下点位控制数控机床点位控制数控机床三轴联动数控铣机床三轴联动数控铣机床轮廓控制数控机床

17、轮廓控制数控机床五轴联动数控铣机床五轴联动数控铣机床下下直线控制数控机床直线控制数控机床指令脉冲驱动电路步进电机机床工作台（1 1）开环数）开环数 控机床控机床 （3 3）半闭环）半闭环 控制数控制数 控机床控机床 指令值+角位移反馈速度反馈位置比较电路速度控制电路伺服电机机床工作台 （2 2）闭环控制）闭环控制 数控机床数控机床 指令值+角位移反馈速度反馈位置比较电路速度控制电路伺服电机机床工作台下下 小型计算机（小型计算机（19701970年）、微处理器或微型年）、微处理器或微型计算机（计算机（19741974年）和基于年）和基于PC-NCPC-NC的智能数控系的智能数控系统（统（9090年代后）。这种数控系统又称为软线年代后）。这种数控系统又称为软线数 控 ， 即 计 算 机 数 控 系 统 ， 简 称数 控 ， 即 计 算 机 数 控 系 统 ， 简 称 C N CC N C（Computer Numerical ControlComputer Numerical Control）PC