计算机辅助制造第二章

1、第二章 数控机床的基本概念2.1、数控机床的定义1、数控机床的定义n定义：数控机床（Numerical Control Machine Tools）是采用数字技术形式控制的机床。用数字化的代码将加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移等信息用数字化的指令表示出来，通过（程序）介质送入计算机或数控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需工件，这类机床即为数控（NC）机床。2、数控技术(NUMERICAL CONTROL） 概念:以数字化信息实现控制的应用技术 分类：a) 硬件数控技术(NC):以硬件作为控制器靠硬件完成运算;功能简单;存储量小b) 计

2、算机控制(CNC):以计算机作为控制器靠软件完成运算;功能强大;存储量大 数控系统对机床控制的类别:a) 顺序控制（PLC）: 换刀、主轴调速、冷却液关启、工作台限位等开关量的控制；b) 数字控制: 进给传动控制，即对刀具、工作台的运行顺序、位移量以及速度实现控制。3、数控机床的优点n传统机械式自动机床、仿形机床的缺点: 需要辅助工装a) 自动机床需要制作凸轮、挡块等辅助装置b) 仿形机床需要制作标准零件 加工过程是模拟量传递 加工精度低 加工零件变更需重新准备辅助装置n数控机床优点如下：1) 有利于提高加工精度，保证同批零件的一致性；2) 可以提高生产效率，一般可提高加工效率35倍；3）适合

3、于复杂形状零件加工（只提高了编程难度，各种工装大大减少）4) 有利于实现管理和机械加工的自动化。n数控机床不足之处如下：1) 设备造价昂贵，机时费用高；2) 工作环境要求苛刻的工作温度、湿度、灰尘等；3) 工艺、编程、操作、维修保养人员素质要求高2.2、数控机床的组成1. 数控机床的主要组成部分1) NC程序(控制介质）n NC程序传入NC机床的途径: 穿孔纸带 键盘手工输入 拷贝：CF卡 I/O通讯接口：RS232(com),网卡n包含加工过程中的所有信息，主要有3种： 几何信息（数字信息）：确定加工零件的几何形状， 如位移、圆心、曲面法矢量等. 辅助功能信息（M）：说明加工条件，如刀具几何

4、参数、进给速度和主轴转速、开关冷却液、程序结束等. 准备功能信息（G）：说明插补类型、加工坐标平面、实现刀具半径补偿等.2) 数控装置n由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成: 输入装置：接收外部的输入程序 存储器：对输入程序进行存储 控制器：控制和协调数控装置各部分协调工作 运算器：接收控制信息，对几何信息进行插补运算并向输出装置发出进给脉冲 输出装置：将脉冲输出给伺服系统脉冲插补n脉冲当量：n概念：相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移量（包括移动量和转动量）叫做脉冲当量（用来表示）。n单位：mm/脉冲、度/脉冲脉冲当量决定了NC机床的程序计算精度及程序小数点的位数和最小值。机床

5、坐标轴运动量=N* N为整数常用的脉冲当量：0.01mm/脉冲、0.005mm/脉冲、0.001mm/脉冲0.01度/脉冲、0.005度/脉冲、0.001度/脉冲数控机床的插补插补概念：在数控加工时，数控装置需要在规定加工轮廓的起点和终点之间进行中间点的坐标计算，然后按计算结果向各坐标轴插补类型: 直线(一次); 圆弧(二次)；空间样条曲线(三次) （Page 80）数控装置工作流程数控装置工作流程（新）数控装置数控系统不同的数控机床研制机构, 生产了不同的数控系统,即机床的同一运动,由于其数控系统的不同,其程序控制代码不同。世界上比较著名的数控系统有:日本- FANUC 系列数控系统德国-

6、SIEMENS 系列数控系统HEIDENHAIN 系列数控系统荷兰- PHILPIS CNC532 数控系统等现数控系统发展的趋势: 统一、简捷、可读性强3) 伺服系统(数控机床运动的驱动装置)伺服系统是数控装置与机床本体间的传动联系环节，可以将来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，使工作台精确定位或按规定的轨迹做严格的相对运动，最后加工出符合图纸的零件。构成: 驱动装置、伺服电动机、传动丝杠等工作过程：4) 机床本体n特点：指的是数控机床的机械构造实体。它与普通机床的差别，主要是机械传动的结构和功能部件要求更高n组成：床身、导轨、运动部件、工作台、刀库、排屑器5) 检测装置n在机床

7、的坐标轴中安装有光栅尺等来实时监测运动部分的位移量,并与理论值比较,以确定需补充的运动脉冲量。2 数控机床加工过程流程2.3、数控机床的分类1. 按工艺用途划分n一般数控机床n数控铣床类别: 立铣、卧铣、龙门铣等用途: 二维轮廓、复杂结构、复杂型面等，可用于孔加工工作特点：切削时刀具运动方向不受方向限制n数控车床用途：用于加工回转类零件，有卧车和立车工作特点：刀具不旋转，零件旋转刀具只做轴向与径向移动n数控镗床用途：用于加工精度较高的孔(G76)工作特点：工作时镗刀只能沿机床主轴方向运动精度等级：0.01mm以内n数控钻床用途：机械孔及电子线路孔加工(G81)工作特点：刀具旋转,钻孔时钻头只做

8、轴向进给效率极高：300-400孔分，孔径：Min可达0.1mmn数控冲床用途：用于钣金件的孔与形状加工工作特点：工作时，冲头不旋转，只做轴向进给效率极高：300-500孔分n数控磨床用途：用于配合面的加工，表面质量精度高工作特点：磨头高速旋转,可做三个方向的运动加工二维型面、孔、较小的三维曲面，精度高,粗糙度小精度等级：0.005-0.001mm以内思考：孔的加工方法有哪些？n冲，线切割，钻，（电火花），铣，铰，车，镗，磨n按照精度等级从低到高 n数控加工中心带有刀库及自动换刀装置的数控机床，习惯上称为加工中心Machining Center,可使多道工序在一次装夹中完成，使加工精度和效率大

9、大提高。n加工中心的优点：1. 钻，铣，镗都可以做，可以减少机床数量，便于管理，对于多工序的零件只要一台机床就能完成全部工序加工，并可以减少半成品的库存率；2. 可以减少多次装夹的定位误差，提高零件加工精度；3. 由于工序集中，减少了辅助时间，提高了生产率；4. 对需要5轴加工的零件，一次装夹，大大减少了专用工夹量具的数量，进一步缩短了生产准备时间，降低了成本。2.按运动轨迹划分 点位控制（Position Control）数控机床：特点：只控制起点和终点的精确位置，与中间过程无关包括： 数控钻、数控镗、数控冲床和数控测量机共性：中间过程属“非切削段”不可能走一个曲线路径,中间过程不受控制，走

10、直线 点位直线控制数控机床Position andStraight Cut control：特点：这类机床不仅能保证刀具在相关点的定位，还要控制刀具沿某一个坐标轴方向作直线运动的速度和路线。它是点位控制和单坐标控制的结合，可有多个坐标但不能联动，起终点之间属“切削段”该类设备有：简易数控车床、数控铣床等加工零件类型：带台阶的圆柱零件、方形零件 轮廓控制数控机床Contour Control：联动：实现两个或两个以上坐标做关联运动控制内容：程序规定的轨迹、速度该类设备有：数控车床、数控铣床、数控磨床和电加工机床（线切割机床）等。加工零件类型：可加工曲线、曲面类零件3.按伺服系统控制方式划分开环系

11、统：无反馈,精度低,中小型设备,成本低闭环系统：有反馈,精度高,精密、大型设备,成本高半闭环系统：有部分反馈,精度较高,中小型设备,成本适中n补偿没根上机床怎么处理？减速n哪种机床稳定性好？开环系统稳定性最好。差多少就是差多少，不易受外界因素干扰。软件系统也是一样，大的软件系统，漏洞多例如windows，原来的dos系统要稳定的多，不容易死机。n三种机床的选用？三种机床的作用，根据被加工零件的精度来选择采用何种机床。作用，体现在零件的加工精度上。4. 按同时控制的坐标轴划分：坐标轴约定坐标轴及转角是如何规定的?两坐标、三坐标、四坐标、五坐标NC机床1 ）两坐标NC机床：类型：线切割、二坐标铣（

12、二轴半）用途：可加工二维轮廓零件。2 ）三坐标联动的NC机床:可实现X 、Y 、Z 三个坐标联动用途：可用于加工曲面类零件3) 四坐标联动:除、外还可和另一旋转轴实现联动用途：适合于加工各种曲面、四轴直纹面叶轮、螺旋类零件和平面内斜孔的壳体类零件。类别：按旋转轴划分：、与三坐标机床相比它的加工范围、精度都得到了提高。4) 五坐标联动:除、外还可和两个旋转轴实现联动（、）结构：两个旋转坐标都在主轴上；两个旋转坐标都在工作台上；一个旋转坐标在主轴上，另一个在工作台上常见形式：有摇篮式、立式、卧式、NC工作台+NC分度头、NC工作台+90B轴、NC工作台+45B轴、NC工作台。用途：理论上可实现空间

13、在不干涉情况下任何复杂结构零件的加工，如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件2.4、数控加工中的几个基本概念1. 机床的切削运动概念： 刀具相对工件运动，并进行切削的过程。切削运动是相对运动，一般视工件为静止，而刀具运动。切削运动的构成：刀具的整体移动：平移 摆动刀具自身的旋转运动2. 数控编程方法数控编程可以分为手工编程和自动编程两种n手工编程：n是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、计算数控机床所需输入的数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。n自动编程n通过计算机来实现零件的数控编程工作，即把零件的几何尺寸和数据输入计算机，根据计算机建立的零件数学模型来计算刀具加工轨迹，生成数控加工程序的过程， 主要有APT语言编程和图形编程。2.5、数控机床的特点与发展趋势1. 现代数控机床的特点1)具有较大柔性2)能获得较高的加工精度3)便于加工复杂形状的零件4)机床的使用、维护技术要求高2. 数控机床的发展趋势更高的速度和精度更高的可靠性更完善的功能2.6、高速铣削技术1.高速切削的定义2.