第一章 数控加工技术基础(1~3)

数控加工技术

绪论数控加工技术MV4VACYCLE

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PROTECT数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格零件的方法第1章概论 1.1

数控机床的产生

1959年，由于在计算机行业中研制出晶体管元件，在数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板，从而跨入了第二代。 1965年，出现小规模集成电路，由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高。数控系统发展到第三代。 以上三代系统，都是采用专用控制计算机的数控系统，，统称为普通数控系统。

随着当今技术的发展，小型计算机的价格急剧下降，激烈地冲击着市场。数控系统的生产厂家采用小型计算机来取代专用控制计算机，许多功能可以依靠编制专用程序存在计算机的存储器中，构成控制软件而加以实现，提高了系统的可靠性。这种数控系统，称为第四代系统，即计算机数控系统。

计算机技术的发展更新很快，就在1970年前后，有了小型处理器，并且用到了各个行业，数控技术也不例外。以小处理机技术为特征的数控系统称为第五代系统。1990年的第六代——有了PC的数控机床。1.1.2我国的发展情况我国从1958年开始研究数控机械加工技术，60年代我国研制出了可以加工非圆齿轮等复杂形状的工件的铣床、数控非圆齿轮插齿机等设备，保证了加工质量，减少了废品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，从1973年以来进行了数控机床的研制，经过3年努力，到1975年已试制生产了300多台数控机床。1982年，青海第一机床厂生产的XHK754卧式加工中心，长城机床厂生产的CK7815数控车床可以陆续形成了批量生产。

数控机床可以按多种方式进行分类。若按工艺用途，可将其分为一般数控机床、数控加工中心机床、多坐标机床等；

若按测量装置的有无及位置可分为开环、闭环和半闭环等系统。三、数控加工的特点与适应性1.具有加工复杂形状零件的能力2.具有良好的加工柔性3.加工精度高，质量稳定4.生产效率高，劳动强度低5.有利于生产管理的现代化三、数控加工的特点与适应性根据数控加工的特点与大量应用实践，最适应（广义上的适应，并非指某一具体种类的数控机床）数控加工的零件类型是：1）形状复杂2）必须在一次装夹中合并完成铣、镗、铰、钻及攻螺纹等多工序的零件。3）中、小批量生产4）在通用机床上加工时，要求设计制造复杂的专用工具装夹或需做长时间调整的零件。5）公差带小、互换性好、要求精确复杂的零件第一章数控加工技术基础第一章数控加工技术基础一、数控机床的基本概念：●数控技术(NumericalControlTechnology)：指利用数字、字母和符号对机械运动及工作过程进行程序控制的技术；●数控系统(NumericalControlSystem)：指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成系统，它是数控技术的载体；●计算机数控系统(ComputerNumericalControl,CNC)：指以计算机为核心的数控系统；●数控机床(NumericalControlMachineTools)：指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。第一节数控技术的基本概念第一节数控技术的基本概念数控加工是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺方法。一般地说，数控加工技术主要涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两大方面，数控加工中的刀具、夹具等工装也在其涉及的范畴之内。数控机床的运动可控性为数控加工提供了硬件基础，但数控机床是按照提供给它的指令信息——加工程序来执行运动的，因此数控加工工艺的制定和零件加工程序的编制是实现数控加工的重要环节。

数控加工的一般过程数控加工原理第一节数控技术的基本概念二、机床数控技术的组成机床数控技术主要由机床本体、数控系统和数控加工技术三大部分组成。第一节数控技术的基本概念1.机床本体：机床本体是数控系统的控制对象，是实现加工工件的执行部件。

由主运动部件（主轴、主运动传动机构）、进给运动部件（工作台、托板及相应的传动机构）、支撑件（立柱、床身等）以及自动工件交换（APC)系统、自动刀具交换（ATC)系统和辅助装置（冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等）组成。第一节数控技术的基本概念

数控机床与普通机床在整体布局上有不少相似之处，在设计中相对普通机床作了重大的调整：1）采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机床传动系统机械结构在为简化。2）采用了滚珠丝杠、滚动导轨等高效、无间隙的传动部件，机床各个运动副间的摩擦系数较小，传动精度较高。3）机床的机械结构具有较高的刚度、阻尼及耐磨性，热变形降低。4）机床功能部件、辅助装置增多，形成了多功能集成化和工艺复合化的新结构。第一节数控技术的基本概念2.数控系统数控系统是一种程序控制系统，它严格按照外部输入的程序控制机床运动。由于按规定标准编制的加工程序，记载了机床加工所需的全部信息（刀具轨迹信息、工艺信息等），故数控机床可自动加工出符合图样要求的零件。

数控系统主要由输入输出装置、数控装置、进给驱动装置、主轴驱动装置、电器控制装置等部分组成。2.数控系统PLC机床I/O电路和装置操作面板主轴伺服单元主轴驱动装置计算机数控装置进给伺服单元进给驱动装置测量装置输入输出设备键盘计算机数控系统机床主运动机构进给传动机构辅助控制机构第一节数控技术的基本概念1.数控装置：数控装置是数控系统的核心。对输入的信息进行译码、处理与计算并发出相应执行命令装置。CNC装置的系统软件由管理和控制两部分组成。通过MDI方式直接从键盘输入，或通过软驱、USB接口、RS232C接口输入的数控加工程序，由数控装置构件加以识别与解释，并对解释结果的各类数据进行运算和逻辑处理。第一节数控技术的基本概念2.进给驱动装置数控机床的伺服系统：分主轴伺服系统与进行伺服系统两种，前者主要是实现工作加工的切削运动，后者是控制工件加工的成形运动。进给驱动装置又称伺服驱动装置，是数控装置和机床本体进给运动执行部件的联系环节。它接受来自数控装置的位置与速度控制信息，根据这些信息，驱动进给发动机带动执行部件运动并正确定位。第一节数控技术的基本概念（3）主轴驱动装置数控机床的主轴驱动装置是数控装置和机床本体主运动执行部件的联系环节。它也分为直流主轴驱动与交流驱动两种类型。第一节数控技术的基本概念3.数控加工技术数控加工技术主要涉及数控加工工艺、数控加工工艺装备和数控加工程序编制等技术。第一节数控技术的基本概念

人们对多品种小批量生产条件下，数控加工工艺装备和数控加工程序编制等技术利用率在良好的使用条件下为80%，而通常仅为60%左右，其余20%～40%。第一节数控技术的基本概念（1）数控加工工艺与工装数控加工工艺规程和普通机床加工工艺规程相比，在许多方面遵循的普遍原则是基本一致的，但数控加工有着它的特殊性。加工工艺参数：数控机床较普通机床的刚度高，数控加工刀具的切削性能好，在同等条件下，所采用的切削用量要比普通机床大，加工效率高。工艺内容：数控加工的工艺内容十分具体且相当严密，因为数控机床自动化程度高，数控机床的功能复合化和谐越来越高，故数控加工的工序相对集中，工序数目减少了，但工序内容要比普通机床加工的工序内容复杂。第一节数控技术的基本概念（2）数控加工程序的编制在掌握数控加工工艺与工装技术的基础上对被加工零件做好工艺处理后，便可充分利用数控系统的指令功能编制加工程序。第一章数控加工技术基础第二节数控机床的分类及应用第二节数控机床的分类及应用机床的工艺用途切削加工类（普通数控机床、加工中心两类）成型加工类（通过物理方法心改变工件形状的）如数控冲压机、弯管机、折弯机等特种加工类（如电火花、激光加工机床等）其他类型数控等离子切割、火焰切割、点焊机、三坐标测量机等控制功能点位控制数控机床（只控制到点的精确位置，不管过程）直线控制数控机床（控制平行轴、与轴夹角为45度的直线上的位置与速度）轮廓控制数控机床（具备两轴以上联动能力）进给伺服系统开环数控机床（无位置检测装置，单向信息流）半闭环数控机床（通过控制电动机丝杠的转角来控制工作台的位置）闭环数控机床（直接在工作台上安装检测装置）数控加工演示二、按运动控制方式分类：可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。概念：（1）点位控制

点位控制方式就是刀具与工件相对运动时，只控制从一点运动到另一点的准确性，而不考虑两点之间的运动路径和方向。移动时，刀具未加工。适用范围：多应用于数控钻床、数控冲床、数控坐标镗床和数控点焊机等。（2）直线控制

直线控制方式就是刀具与工件相对运动时，除控制从起点到终点的准确定位外，还要保证平行坐标轴的直线切削运动。适用范围：用于简易数控车床、数控铣床、数控磨床。（3）轮廓控制(又称连续轨迹控制）

轮廓控制就是刀具与工件作相对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运动同时进行控制。

适用范围：这类控制方式的数控机床有:数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。

①开环控制数控机床三、按进给伺服装置类型分类：此类控制的数控机床其控制系统没有位置检测元件。此类数控机床的信息是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。②闭环控制数控机床

闭环控制数控机床是指在机床移动部件上安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动的和定位。

由于工作台纳入了控制环节，故称为闭环数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。③半闭环控制数控机床

半闭环控制数控机床是指在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。四、按可控制联动的坐标轴分类概念：数控机床可控制联动的坐标轴，是指数控装置控制几个伺服电动机，同时驱动机床移动部件运动的坐标轴数目。分类：（1）两坐标联动（2）三坐标联动（3）两轴半坐标联动（4）多坐标联动（a）卧式车床四、按联动轴数分类（1）两坐标联动

数控机床能同时控制两个坐标轴联动即数控装置同时控制X和Z方向运动。图（a）适用数控车床加工旋转曲面或数控铣床铣削平面轮廓。（2）三坐标联动数控机床能同时控制三个坐标轴