现代数控机床技术

数控编程课程说明本课程是一门专业核心技能课，以掌握数控编程的基本指令、典型零件编程为重点，通过一定的实践环节，具有数控机床操作与加工的基本技能，同时为后续专业课程的学习打下一定基础。本课程教学内容：1.数控机床概述2.数控编程基础3.数控车削编程4.数控铣削编程5.宏程序及应用1.1数控机床的组成及工作原理1.2数控机床的特点及分类

1.3数控技术发展第1章数控机床概述1.1数控机床的组成及工作原理数字控制技术数控技术用数字、字符和其他符号对设备的工作过程进行编程控制的一种自动化控制技术。数控系统（CNC）对设备进行数字控制技术控制的装置。数控机床用数控系统对其工作过程进行编程控制的自动化机床，它是数控技术最典型的应用。1.1数控机床的组成及工作原理11.2数控机床的组成及工作原理1.数控机床的组成各组成部分作用

①操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。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。它是数控机床特有部件。

②控制介质与输入输出设备控制介质是记录零件加工程序的媒介输入输出设备是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。通讯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能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有：串行通讯、网络通讯（internet，LAN）等各组成部分作用

CNC装置(CNC单元)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。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。各组成部分作用

伺服单元、驱动装置和测量装置1）伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机、进给伺服驱动装置和进给电机2）测量装置位置和速度测量装置，实现进给伺服系统的闭环控制作用：保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令。

各组成部分作用

PLC、机床I/O电路和装置PLC：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制机床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功能：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的开关动作；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。各组成部分作用

机床机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件组成：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）。各组成部分作用

1.1数控机床的组成及工作原理11.2数控机床的组成及工作原理2.数控机床的工作原理1.1数控机床的组成及工作原理11.2数控机床的组成及工作原理2.数控机床的工作原理

数控机床在加工零件时

,首先应编制零件的数控程序

(数控机床的工作指令

),然后将数控程序输入到数控装置

,再由数控装置控制机床主运动的变速、启停、进给运动方向、速度和位移的大小

,以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开、路程和参数进行工作

,从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。

1.2数控机床的特点及分类1.2.1数控机床的特点数控机床的加工特点2.数控机床的使用特点3.数控机床的应用范围1.2数控机床的特点及分类1.2.1数控机床的特点数控机床的加工特点1）加工零件的适应性强

,灵活性好

2）加工精度高

,产品质量稳定

3）生产率高

4）减少工人劳动强度

5）生产管理水平提高

1.2数控机床的特点及分类1.2.1数控机床的特点2.数控机床的使用特点1）数控机床对操作、维修人员的要求较高2）数控机床对夹具和刀具的要求1.2数控机床的特点及分类1.2.1数控机床的特点3.数控机床的应用范围1）多品种小批量生产的工件2）形状结构比较复杂的工件 3）需要频繁改型的工件4）价值昂贵，不允许报废的关键工件5）需要最少周期的急需工件6）批量较大精度要求高的工件1.2数控机床的特点及分类1.2.2数控机床的分类按工艺用途分类

普通数控机床、加工中心机床、多坐标数控机床、数控特种加工机床

2.按运动方式分类

点位直线控制数控机床、轮廓控制数控机床

1.2数控机床的特点及分类1.2.2数控机床的分类3.按伺服系统的控制方式分类

开环控制系统数控机床、

闭环控制系统数控机床、

半闭环控制系统的数控机床

4.按数控装置功能水平分类

低档数控机床、中档数控机床、高档型数控机床

1.2奴数控烫机床的特点及分类1.2.辅2数控机因床的分类普通数控睁车床示意富图立式铣削加工璃中心示火意1.2既数控仪机床的特点及分类1.2.态2数控机闲床的分类五坐标的数贪控机床示漫意图数控线猎切割机测床示意碑图数控车胡床数控车择床加工砍零件车削中心车削中夹心加工雹零件数控铣痒床及加蜜工零件加工中帜心及加博工零件1.2工数控机床特的特点及分类1.2钞.2数亡控机床悟的分类伺服系统峡的组成框棉图1.2论数控调机床的特点及分类1.2.限2数控机裹床的分类低档、中档、、高档、数控机径床主轴功趣能、分缴辨率和烟进给速镇度、伺哈服进给育类型、封联动轴甜数、通窃信功能颂、主CPU、显示功氏能、内装PLC。1.2法.3数控机欲床的应用范围1）多品种风小批量生欺产的工件2）形状结隔构比较复分杂的工件3）需要榨频繁改嫂型的工傲件4）价值昂遇贵，不允驴许报废的骡关键工件5）需要禁最少周损期的急阳需工件6）批量跃较大精炒度要求伸高的工医件1.3数控技甲术的发躺展1.3.蛾1数控技化术的产竹生和发杂展1952年，Par景son地s公司和M.I.米T合作研制址了世界上铅第一台三巨座标数控病机床。1955年，第肌一台工伙业用数扑控机床竟由美国Ben环dix公司生稍产出来茄。从1952年至今绑，NC机床按NC系统的饰发展经滑历的五亡代。第一代帖：1955年NC系统以电唐子管组成驶，体积大跨，功耗大践。第二代：195忍9年NC系统以晶尚体管组成幸，广泛采驻用印刷电冤路板。第三代：1965年NC系统采用令小规模集幻玉成电路作串为硬件，游其特点是惠体积小，增功耗低，版可靠性进袜一步提高界。薯以上筹三代NC系统，丈由于其闻数控功昌能均由印硬件实致现，故甩历史上骄又称其择为“硬线NC”第四代赌：1970年NC系统采用串小型计算菊机取代专双用硬件电甚路，其部鼻分功能由美软件实现阁，它具有表价格低，变可靠性高同和功能多索等特点。第五代：197叹4年NC系统以微在处理器为强核心，不泡仅价格进涌一步降低朽，体积进荣一步缩小昂，使实现拜真正意义暗上的机电其一体化成欺为可能。厘这一代又呀可分为六守个发展阶镇段：1974年：系尸统以8位微处啊理器为励核心，耻有字符裙显示，忆自诊断娃功能。1979年：系统行采用CRT显示，堵大容量裕磁泡存占储器，裂可编程夹接口和海遥控接抹口等。198还1年：具核有人机纪对话、薯动态图匪形显示蔑、实时挖精度补唐偿功能曲。198赚6年：数来字伺服魄控制诞符生，大申惯量的除交直流滚电机进湖入实用税阶段。198汗8年：采用庆高性能32位机为主哨机的主从湿结构系统宪。199按4年：基于PC的NC系统诞生哑，使NC系统的研器发进入了陈开放型、阁柔性化的狗新时代，起新型NC系统的开敲发周期日蚀益缩短。右它是数控抽技术发展缸的又一个叫里程碑。1.3数控技病术的发结展1.3肿.2数控机求床的发康展水平拘和趋势1、数控机徐床的发展锣趋势1）工序集弯中2）高速、退高效、高坝精度3）方便使摸用，提高顷可靠性2、数控揉系统的规发展趋渔势1.3数控技术须的发展1.3.朵2数控机床楚的发展水痰平和趋势3、伺服系农统的发展毁趋势1）前馈控其制技术2）机械四静、动卵摩擦的假非线性弹控制技贩术3）伺服所系统的缩慧速度环钥和位置魄环均采售用软件掉控制4）采用高机分辨率的僻位置测量研装置5）补偿易技术得戴到发展机和广泛复应用进入九十够年代以来发，随着计良算机技术坟的发展，卡数控技术舒不断采用地计算机、脱控制理论船等领域的晴最新技术瓜成就，使胞其朝着下匙述方向发怜展：1）运行叠高速化2）加辟工高精静化3）功能复够合化4）控制帐智能化5）体系紧开放化6）驱动朴并联化7）交互注网络化数控技术艰发展的几圣个问题一、高速金化二、开放召式结构三、适策应控制奴系统四、直接晋数字控制纤系统五、柔性偏制造单元滩（FMC）和柔性抹制造系统级（FMS）六、计算冈机集成制涂造系统（CIMS）数控技敬术发展村的几个累问题一、高速跨化高速切顺削工艺少意味着神什麽?减少达30%的切削盛力进给速度尾提高5到拘10倍减少传递窃到工件上抱的热量特定的材己料去除量挎可增加高滴达40%数控技术喷发展的几格个问题一、高言速化实现高速宣切削加工剃的要素1、高速宏主轴现在的糊机械加腔工，要扩求主轴怎转速越融来越高跪，高速蒜主轴是琴高速切品削技术菌最重要她的关键言技术，姻是高速升加工机羽床的核炊心部件华。数控万机床采骡用主轴匹电动机煤与机床记主轴一旦体化的链电主轴理部件，挽高转速气下主轴软的刚性脚、动态扫特性、却轴承及免冷却系刃统等都驾对高速隶主轴的狮使用性塘能有着欧重要影兴响。已经有全润套的电主霜轴系统，陶包括：电秒主轴、矢询量变频驱撞动、油气界润滑装置其、冷却装侵置、管路欢、电缆、胞刀具等。当前，容共有15类60几个型号乳的电主轴薪产品，最系大转速可枪达1400赠00r/书min，直径范灵围33~闭300狡mm，功率范拴围125W焦~80k改W，扭矩美范围0.02斗~300休Nm。数控技术倍发展的几裂个问题一、高速岂化2、数控琴系统1）数控裂系统采寻用多片32位或64位CPU的处理皮器和多代微处理盏器结构患，提高旬插补运演算的速私度和精述度，以命满足高班速切削槽加工对锹系统快肤速数据犁处理能良力的要痰求，并翼采用前桃馈和大集量超前闪程序段挤处理功尝能，以播保证高泡速加工喘时的插住补精度纯。2）减少加陈减速滞后旁产生的误就差：3）控制腾进给率灰：进给区率过大社的系统罩会在过池渡过程疫中（如跑拐角）价产生误匙差。数控技术躬发展的几捞个问题一、高澡速化2、高速咐进给系屿统1）旋转申伺服电吴机＋滚报珠丝杠锐系统：目前普惨通丝杠拣的最大箭进给速番度为40mm良/min，最大直历线加速度维为0.5g，高精献密滚珠拦丝杠的许最大速居度已达60m换m/m浓in，最大交加速度厅达1.0听g；这种传动烦方式由于蛙从电机轴染到工作台猫之间存在俯一系列的果中间环节庸，当进给绵部件要完效成启动、足加减速、倡反转、停茂车等动作示时，机械盈元件产生车的弹性变洗形、摩擦策、反向间闻隙等，造哲成进给运雪动的滞后既和其它许响多非线性剂误差；中涂间环节也求加大了系伶统的惯性聪质量，影伏响了快速唇响应。另刺外，丝杠箱是细长杆粥，在力和征热的作用角下，产生联变形，影橡响加工精榨度。传统尤的进给系萝统结构复不杂，难以语集成和实葱现模块化搞，安装、颂调试困难搏，造成机菌床整体结帮构复杂化卷。滚珠丝移杆的刚度宣、惯性、丙加速度等久动态性能李已远远不锁能满足要锄求。数控技诞术发展皱的几个哈问题一、高速搂化2）直线密电机进诉给系统妈：取消了赏源动力还和工作浸台部件祖之间的母一切中绞间传动悠环节，裕使得机这床进给声传动链穷的长度兵为零，蜓这就是草所谓的“直接驱队动”（dir伞ect脱dr桃ive）或“零传动”。直线电躬机驱动方在式具有进付给速度高庸、加速度遗大、启动双推力大、殃刚度和定冲位精度高是、行程长查度不受限诞制等优点烦采用村直线电动答机驱动的谅高速加工络中心已成闭为21世纪机朱床的发劈燕展方向换之一，瘦其中，烧永磁式刷直线电谱动机以真其时间蹄常数小元、高频肃响应特赴性好、遗推力强俘度高、搂损耗低卫、控制木比较容片易等一舍系列特叼点在高晋速、高候精密、烧高频响舒数控机跨床的进饺给驱动杂部件研改究中具暑有明显好的优势忙。直线电与机高速尾进给单样元主要伴由直线胃电动机矩、工作勿台、滚到动导轨点、反馈睛测量系愿统、防蚕护系统叠等五部瘦分组成笛。数控技踢术发展瞎的几个纪问题一、高鬼速化4、高速面加工CAM软件用于高愁速加工辜的CAM编程系筐统必须差具有很视高的计冬算编程姓速度，伸全程自父动过切泄处理能牛力及自辩动刀柄炼干涉检赚查功能谎，具有担进给率无优化处建理功能仿、待加鞋工轨迹察监控功历能、刀惩具轨迹佛编辑优律化功能表、较强陕的插补麻功能、“加工残余仙分析”功能。不是所静有CAM软件都能姜用于高速胀加工数控摩编程。数控技术著发展的几浅个问题一、高贵速化5、高速加厌工的刀具押及其他高速切削粘刀具必须具鹿有优良亚的机械朴性能和坡热稳定留性，即串良好的控抗冲击淘、耐磨谎损和抗昆热疲劳惕的特性国。目前薪，陶瓷属、立方脊氮化硼叮（CBN）、涂凉层硬质站合金等卡刀具均联可作为援高速切震削模具肢钢件的望刀具材可料。刀劫具的涂杠层技术狠是提高长高速切纽奉削能力宿的关键些技术之炮一。冷却系统瓜：强力高压还、高效的绒冷却系统庙以解决极惰热切屑问巡寿题。采用仰温控循环由水（或其持它介质）皂来冷却主奶轴电动机抗、主轴轴拌承、直线炸电动机、供液压油箱灰、电气柜陷，有的甚偏至冷却主肃轴箱、横滥梁、床身潜等大构件油。数控技术琴发展的几糖个问题二、开轨放式结复构含义：应用系统饶与运行平示台的无关堪性应用系统搭中模块间榨的互操作翠性与用户交沃互作用风织格的一致斯性数控技术点发展的几砖个问题二、开放创式结构特征：可移植性——功能模块荐可用于不承同控制系举统可扩展性——功能相察似模块疑之间可庆互相替百换，随全技术进呢步可更概新软硬抚件可缩放性——有即插即态用功能，盼根据需求恭变化，能棉方便有效贯重新配置互操作性——使用标原准I/O和网络功绣能，容易作实现与其怠它自动化嫩设备互连颈。数控技洒术发展真的几个号问题三、适应和控制系统数控技糕术发展盈的几个飘问题三、适应梳控制系统数控技术届发展的几旋个问题三、适应舅控制系统数控技术咳发展的几页个问题四、直锁接数字赵控制系铺统（DNC）DNC：用一台浸通用计算泡机直接控氧制和管理叫一群数控漫机床进行罢零件加工愈或装配的增系统。分类：1）间接型DNC系统：保搁留原数控夺机床的CNC系统2）直接型DNC系统：证数控机议床配置孤一个简友单机床钻控制器3）分布奴式DNC系统：使砌用计算机录网络，协敞调各个CNC机床工作数控技术粗发展的几奋个问题五、柔性跃制造单元舒（FMC）和柔性制酒造系统策（FMS）1、FMC加工中心MC与自动堆交换工莲件的装时置所组页成，同凉时数控径系统还脚增加了随自动检纷测与工搏况自动四监控等亿功能，巨一般采钩用托盘吨搬运方皂式的自钻动交换倒工件装表置。车削或磨令削中心一蹦般使用工滔业机器人精进行工件宅的交换。数控技术欲发展的几光个问题2、FMS美国国防遭部机床特特别工作组孙对FMS的定义：炼由自动物详料搬运系残统相连接立的一系列胜自动机床法或若干台捆制造设备无，用一台涌公用的多丝式级数字式啦既定程序烟计算机控愈制，可供酿随机制造谜属于预定熔范围内的弟零部件的知制造