数控加工教材

数控加工第一节根底知识1概述1.1数控加工在机械制造业中的地位和作用

随着科学技术的进步，机械产品构造越来越合理，性能精度和效率日益提高，更新换代频繁，生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转型，因此，对机械产品的加工相应的提出了高精度与高度自动化的要求。由于数控加工综合应用了电子计算机自动控制，伺服驱动，精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高自动化的特点，因此采用的数控加工手段解决了机械制造业中常规加工技术难以解决甚至是无法解决的单件小批量，特别是复杂型面零件的加工。应用数控加工技术是机械制造业中的一次技术革命，使机械制造业的开展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业中的制造水平，为社会提供了高质量，多品种及高可靠性的机械产品。目前应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业部门逐步扩大到汽车、造船机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了巨大的经济效益。

1.2数控加工技术的开展

数控技术起源于航空工业的需要，20世纪40年代后期，美国一家直升机公司提出了。数控机床的初始设想，1952年美国麻省理工学院研制出三坐标数控铣床。50年代中期这种数控铣床已用于加工飞机零件。60年代，数控系统和程序编制工作日益成熟和完善，数控机床已被用于各个工业部门。经过几十年的开展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。1.3数控加工技术的特点

1、适应性强；2、加工精度高；3、生产效率高；4、劳动强度低；5、良好的经济效益；6、有利于生产管理现代化。2.数控设备简介

2.1数控车床数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。2.1.1数控车的机床结构及类型1、卧式数控车床，卧式数控车床是主轴轴线处于水平位置的数控车床如图1—1所示。卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切削。图1—1卧式车床2、立式数控车床，立式数控车床是主轴轴线处于垂直位置的数控车床，如图1－2所示。立式数控车床有一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。图1—2数控立式车床2.1.2数控车床根本工作过程机床主轴带开工件的旋转做主运动，车刀作进给运动，主要用来加工回转外表。工作过程：开机，预热，编程，装夹工件，装夹刀具，对刀，关门，开始加工，加工完毕，开门，松开夹具，拿下工件；再装工件。2.1.3数控车床的加工对象与传统车床相比，数控车床比拟适合于车削具有以下要求和特点的回转体零件：1、形状复杂，加工精度要求高，普通机床无法加工或可加工但经济性差的零件；2、加工轮廓虽不复杂，但要求同批产品一致性较高的，或要求一次性装夹后完成多工序加工的零件；3、用普通机床加工时，需要复杂工装保证的或检测部位多、检测费用高的零件；4、在普通机床上加工时，需要做反复调整，或需要反复修改设计参数后才能定型的零件；5、用普通机床加工时，加工结果极易受到人为因素〔心理、生理及技能等〕影响的大型或贵重的零件；6、用普通机床加工生产效率很低或劳动强度很大时。2.2数控铣床数控铣床是在一般铣床的根底上开展起来的,两者的加工工艺根本相同，结构也有些相似，但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床，所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大局部组成。2.2.1数控铣床的机床结构及类型1、数控立式铣床，如图2—1所示，数控立式铣床在数量上一直占据数控铣床的大多数，应用范围也最广。从机床数控系绕控制的坐标数量来看，目前3坐标数控立铣仍占大多数；一般可进行3坐标联动加工，但也有局部机床只能进行3个坐标中的任意两个坐标联动加工(常称为2.5坐标加工)。此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立铣。图2—1数控立式铣床2、数控卧式铣床，如图2—2所示。与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工。这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。图2—2数控卧式铣床2.2.2数控铣床根本工作过程根据零件形状、尺寸、精度和外表粗糙度等技术要求制定加工工艺，选择加工参数。通过手工编程或利用CAM软件自动编程，将编好的加工程序输入到控制器。控制器对加工程序处理后，向伺服装置传送指令。伺服装置向伺服电机发出控制信号。主轴电机使刀具旋转，X、Y和Z向的伺服电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从而实现工件的切削。2.2.3数控铣床的加工对象1、零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等；2、能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件；3、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件；2.3加工中心加工中心是从数控铣床开展而来的。与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。2.3.1加工中心的机床结构及类型加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心，主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或五面加工中心，也称复合加工中心。按加工中心立柱的数量分；有单柱式和双柱式(龙门式)。按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数分：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。按工作台的数量和功能分：有单工作台加工中心、双工作台加工中心，和多工作台加工中心。按加工精度分：有普通加工中心和高精度加工中心。普通加工中心，分辨率为1μm，最大进给速度15～25m/min，定位精度l0μm左右。高精度加工中心、分辨率为0.1μm，最大进给速度为15～100m/min，定位精度为2μm左右。介于2～l0μm之间的，以±5μm较多，可称精密级。2.3.2加工中心根本工作过程被加工零件经过一次装夹后，数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具；自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能，连续地对工件各加工面自动地进行钻孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等多工序加工。2.3.3加工中心的加工对象除了可以加工数控铣床的所有零件之外，它的综合加工能力较强，工件一次装夹后能完成较多的加工内容，加工精度较高，就中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的5～10倍，特别是它能完成许多普通设备不能完成的加工，对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适用。2.4特种加工机床特种加工机床是利用电能、电化学能、光能及声能等进行加工的方法。以以下举出局部特种加工机床：1、电火花成形加工机床：主要由脉冲电源箱、工作液箱和机床本体组成。其中机床主体由主轴头、工作台、床身和立柱组成。主轴头是电火花成型加工机床的关键部件，它与间隙自动调节装置组成一体。主轴头的性能直接影响电火花成型加工的加工精度和外表质量。2、超声波加工(1)超声波加工原理：学习比照电火花加工，以便于区分不同点。(2)超声波加工机床的组成：超声波加工机床主要包括超声电源(超声发生器)、超声振动系统及加工机床本体三局部。(3)超声波加工特点：适用于加工各种不同不导电的硬脆材料；由于在加工过程中不需要旋转，因此易于加工出各种复杂形状的型孔、型腔、成型外表等；加工过程受力很小，适于加工薄壁、薄片等不能承受较大机械应力的零件。3、激光加工(1)加工原理：主要用于打孔和切割。(2)激光加工装置：主要由激光器、电源、光学系统和机械系统四局部组成。3.数控编程根底知识3.1数控加工程序编制的内容与方法

数控编程是将加工零件的加工顺序、工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据、工艺参数〔主运动、进给运动、进给量等〕以及辅助操作〔换刀、冷却液开关、工件加紧松开〕等加工信息，用规定的文字、数字及符号等组成的代码，按一定格式编写成加工序单的过程。编程的方法绝对编程法、增量编程法、和混合编程法。3.2数控机床坐标系和运动方向的规定

机床坐标系，工件坐标系，机床运动方向确实定，右手笛卡尔3.3程序结构和程序段格式

数控编程是将加工零件的加工顺序、工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据、工艺参数〔主运动、进给运动、进给量等〕以及辅助操作〔换刀、冷却液开关、工件加紧松开〕等加工信息，用规定的文字、数字及符号等组成的代码，按一定格式编写成加工序单的过程。3.4

数控程序编制的工艺指令

1、程序名每个程序都需要有一个程序名，程序名有程序号地址码和程序编号组成，如O0001程序号地址码与用户所使用的数控系统相对应，不同的数控系统采用不同的程序号地址码〔通常为O、P、％等〕，自动编程时系统会自动给出程序号地址码。手动编程时，那么要查阅机床编程手册，根据规定去指定：否那么，系统不会执行程序，而程序编号那么可由用户自定。2、程序段程序段可分为地址格式、分隔顺序格式、固定程序段格式和可变程序段格式，其中最常用的是可变程序段格式，即程序的长短、字数和字长均可变。程序段由程序段序号、地址、数字等组成，如下面的程序段：N10G01X60Z-55F100。程序名和假设干个程序段组成了一个完整的程序。3.4.1准备功能G指令

准备功能也称“G功能”或“G代码”。它的作用是指定数控机床的运动方式、定位方式、插补方式、坐标平面选择、进给方式以及刀具补偿方式等，并为数控系统的插补运算做准备。准备功能通常位于坐标指令前，由字母G和后面的两位数字组成，从G00至G99有100种。由于用户所使用的数控系统不同，G代码会有一定的差异，编程时用户应根据编程手册熟悉所使用的机床的G功能。在后面的章节中我们将使用华中世纪星数控系统的G代码M代码进行编程。〔G代码表格〕准备功能—览表G代码组功能参数〔后续地址字0G00G01G02G0301快速定位直线插补顺园插补逆园插补X,Z同上X,Z,I,K,R同上G0400暂停PG20G2108英寸输入毫米输入X,Z同上G28G2900返回刀参考点由参考点返回G3201螺纹切削X,Z,R,E,P,FG36G3717直径编程半径编程G40G41G4209刀尖半径补偿取消左刀补右刀补TTG54G55G56G5711坐标系选择G58G59G65宏指令简单调用P,A—ZG71G72G73G76G80G81G8206外径/内径车削复合循环端面车削复合循环闭环车削复合循环螺纹切削复合循环外径/内径车削固定循环端面车削固定循环螺纹切削固定循环X,Z,U,W,C,PQ,Z,I,K,C,PX,Z,I,K,C,P,R,EG90G9113绝对编程相对编程X,ZG9200工件坐标系设定G94G9514每分钟进给每转进给G96G9716恒线速度切削S3.4.2辅助功能M指令辅助功能也称“M功能”或“M代码”。它的作用是指定数控机床的辅助动作及状态，如主轴的启动、停止，冷却液开、关等。M代码由字母M和后面的两位数字组成。〔M功能表格〕M代码及功能代码模态功能说明代码模态功能说明M00非模态程序停止M03模态主轴正转启动M02非模态程序结束M04模态主轴反转启动M30非模态程序结束并返回起点M05模态主轴停止转动M07模态切削液翻开M98非模态调用子程序M08模态切削液停止M99非模态子程序结束M09模态切削液翻开3.4.3其他功能指令

1、主轴功能也称主轴转速功能或“S功能”。它的作用是指定数控机床的主轴转速。S功能由字母S和后面的数字组成，其单位为r。在程序中S功能还要结合M功能中的主轴旋转方向指令来应用，例如下面的表达式：S600M03：表示主轴正转〔顺时针〕，转速为600r。S600M04：表示主轴反转〔逆