数控机床编程与操作项目教程 第3版 课件 任务1.1 认识数控加工技术

项目1数控加工基础知识数控机床编程与操作任务1.1认识数控加工技术数控机床编程与操作概念发展历程分类特点及适用范围发展趋势数控机床数控技术数控机床数控加工数控技术数控加工原理知识目标学习目标数控机床数控加工思考练习数控系统的概念数控系统（NCSystem）

定义：数控设备的数据处理、控制电路、伺服

机构等构成的系统

作用：①能逻辑地处理输入到系统中具有特定代码的程序②将程序译码，使机床运动加工零件组成：程序输入输出设备、计算机数字控制装置可编程控制器、主轴进给及驱动装置等1数控机床数控加工思考练习学习目标计算机数控系统的概念计算机数控系统(CNC，ComputerNumericalControl)

由:①装有数控系统程序的专用计算②输入输出设备③计算机数字控制装置（CNC装置）④可编程控制器（PLC）⑤主轴驱动装置和进给驱动装置2数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标CNC系统原理图数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标数控程序的定义数控机床数控程序（NCProgram）

定义：输入数控系统中的，使数控机床执行一个确定的加工任务的，具有特定代码和其它符号编码的一系列指令3数控机床数控加工思考练习学习目标数控编程的概念数控机床数控编程定义：将零件的加工信息编制成数控机床能识别的代码。零件的信息包括：①加工零件的全部工艺过程 ②工艺参数和位移数据信息总结：从分析零件图纸到获得数控机床所需控制介质的全部过程，称之为数控编程。4数控机床数控加工思考练习学习目标数控机床数控机床①将刀具相对于工件的移动轨迹和相关的工艺信息用代码进行编程②将程序送入数控系统经过数字运算、处理③通过高性能的驱动单元控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需工件的一类机床数控机床数控加工思考练习学习目标数控机床发展史世界上第一台数控机床是1952年美国帕森斯parsons公司和麻省理工学院MI.T合作研制成功的三坐标数控铣床它用来加工直升飞机叶片轮廓检查用样板数控机床的产生意义：使机械制造业的发展进入了一个新的阶段。数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标数控机床的分类通常，数控机床可根据工艺方式控制系统运动方式机床运动轨迹数控系统的功能水平进行分类数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标机床分类概述按工艺方式分类按伺服控制方式分类按机床运动轨迹进行分类按坐标分类的数控机床按数控系统的功能水平分类数控机床按工艺方式分类的数控机床最常用的数控机床可分为以下三类：金属切削类数控机床金属成型类数控机床数控特种加工及其他类型机床数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标金属切削类数控机床数控机床这类数控机床有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控齿轮加工机床、加工中心等。数控机床数控加工思考练习学习目标金属成型类数控机床这类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床等。数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标

最常用的数控机床可分为以下三类：1)开环数控机床金属成型类数控机床2)闭环数控机床3)半闭环数控机床按伺服控制方式分类的数控机床数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标开环数控机床(金属成型类)数控机床数控机床特点：这类数控机床采用开环进给伺服系统。具体特征有：①其数控装置发出的指令信号是

单向的

②没有检测反馈装置对运动部件的实际位移量进行检测③不能进行运动误差的校正因此步进电机的步距角误差、齿轮和丝杠组成的传动链误差都将直接影响加工零件的精度。数控机床数控加工思考练习学习目标开环伺服系统示意图数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标闭环数控机床特点特点：这类机床的位置检测装置安装在进给系统末段端的执行部件上数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标半闭环数控机床大多数数控机床采用半闭环控制系统数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标按机床运动轨迹分类（1）点位控制数控机床（2）直线控制数控机床（3）轮廓控制的数控机床数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标点位控制的概念：刀具从某一位置向另一位置移动时，不管中间的轨迹如何，只要刀具最后能正确到达目标位置的控制方式，称为点位控制。在从点到点的移动过程中，只作快速空程的定位运动，因此不能用于加工过程的控制。属于点位控制类的数控机床有：点位控制数控机床数控钻床数控坐标镗床数控冲床数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标点位控制示意图三种控制示意图数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标钻孔工作为点位运动.在钻孔时，从A孔的中心到B孔的中心移动时，刀具可按下图所示、、、、中的任意一条轨迹运动。

举例说明AB①②③④⑤数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标直线控制数控机床如图所示，除保证点到点的准确位置之外，还要保证两点之间移动的轨迹是直线，而且对移动的速度也要进行控制，以便适应随工艺因素变化的不同需要。直线控制示意图数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标直线控制方式的特点直线控制方式可：控制刀具相对于工作台以适当的进给速度，沿着平行于某一坐标轴方向或与坐标轴成45°的斜线方向作直线轨迹的加工。这种方式是一次同时只有某一轴在运动，或让两轴以相同的速度同时运动以形成45°的斜线，所以其控制难度不大，系统结构比较简单。数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标

一般地，都是将点位与直线控制方式结合起来，组成点位直线控制系统而用于机床上。简易数控车床、数控镗铣床，一般有2~3个可控坐标轴，但同时控制的坐标轴只有一个。直线控制方式的应用数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标轮廓控制的数控机床能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，因而可进行曲线或曲面的加工。可控制刀具相对于工件作连续轨迹的运动。能加工任意斜率的直线，任意大小的圆弧，配以自动编程计算，可加工任意形状的曲线和曲面。数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标典型的轮廓控制型机床有：数控铣床、功能完善的数控车床、数控磨床、数控电加工机床等。轮廓控制的数控机床数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标数控机床加工时的横向、纵向等进给量都是以坐标数据来进行控制的。一台数控机床，所谓的几坐标机床是指有几个运动采用了数字控制的机床举例：①数控车床、数控线切割机床等是属于 两坐标控制②数控铣床则是三坐标控制③还有四坐标轴、五坐标轴甚至更多的 坐标轴控制的加工中心等。按坐标分类的数控机床数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标坐标联动的概念坐标联动加工是指数控机床的几个坐标轴能够同时进行移动，从而获得平面直线、平面圆弧、空间直线、空间螺旋线等复杂加工轨迹的能力数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标坐标联动的概念

一些早期的数控机床尽管有三个坐标轴，但能够同时进行联动控制的可能只是其中两个坐标轴，那就属于两坐标联动的三坐标机床。

获得空间直线空间螺旋线在某平面内进行联动控制第三轴作单独周期性进给两轴半不能可以数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标

两轴半联动加工举例数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标

三轴联动加工：同时控制X、Y、Z三个坐标，实现三坐标联动加工，刀具在空间的任意方向都可移动，如图所示三轴联动加工数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标

四轴联动加工：指同时控制四个坐标，即在三个移动坐标之外，再加一个旋转坐标，如图所示四轴联动加工数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标

五轴联动加工：指同时控制五个坐标的连续进给运动，即三个移动坐标之外，再加两个旋转坐标五轴联动加工数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标按数控系统的功能水平不同，数控机床可分为低、中、高三档。低、中、高档的界线是相对的，不同时期的划分标准有所不同。按系统功能水平分类数控机床数控机床数控加工思考练习学习目标1）数控加工工作过程2）数控加工特点3）数控加工的适应范围4）数控加工的发展趋势数控加工概述数控加工思考练习学习目标数控机床数控加工零件的过程零件图纸上的几何信息零件的工艺信息首先要将编写成加工程序输入到数控系统中经过计算机的处理运算向机床伺服系统及辅助装置发出指令驱动机床动作实现刀具与工件的相对运动加工出所要求的零件数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床图纸与工艺文件b)加工程序c)数控系统d)伺服系统e)机床本体f)加工后零件

图1-10数控加工工作过程

与普通机床相比，数控机床加工具有如下特点：

数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。数控加工的特点一适合于复杂零件的加工特点一数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床

①数控机床的传动装置与床身结构具有很高的刚度和热稳定性②在传动机构中采取了减小误差的措施，并由控制系统进行补偿，所以数控机床本身的定位精度和重复定位精度都很高，具有较高的加工精度③数控机床实现计算机控制，排除人为误差，零件的加工一致性好，质量稳定可靠。数控加工的特点二加工精度高，加工稳定可靠特点二数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床

加工对象改变时，一般只需要更改数控程序，体现出很好的适应性，可大大节省生产准备时间。在数控机床的基础上，可以组成具有更高柔性的自动化制造系统（FMS）数控加工的特点三

高柔性特点三数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床

数控机床本身精度高、刚性大，常常采用大进给量高速强力切削，自动化程度高，装夹定位和过程检验少，因而提高了生产率，一般为普通机床的3

5倍，对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍数控加工的特点四生产效率高特点四数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床

数控机床的加工过程是按输入程序自动完成的，一般情况下，操作者只要做装卸工件、更换刀具、关键工序的中间检测以及观察机床运行等工作，操作人员劳动强度大大降低，工作环境较好自动化程度高，劳动条件好特点五数控加工的特点五数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床

由于整个加工过程采用程序控制，数控加工的前期准备工作较为复杂，包含工艺确定、程序编制等

采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件生产准备工作复杂特点六有利于实现现代化管理特点七数控加工的特点六、七数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床从数控机床的加工特点可以看出，数控机床加工的主要对象有：

①多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件。②几何形状复杂的零件。数控加工的适用范围③精度及表面粗糙度要求高的零件。数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床④加工过程中需要进行多工序加工的零件。⑤用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（刀具、夹具和模具）的零件。数控加工的适用范围数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等方向发展。

高速切削

高精度控制

高柔性化

高一体化

高网络化

智能化数控加工的发展趋势数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。高速切削可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现。

数控加工的发展趋势—高速切削数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床主轴转速高可以减少切削力减小切削深度有利于克服机床振动减少传入零件中的热量排屑加快减小热变形，改善加工精度和表面质量新一代高速数控机床切削速度已达到：5000

8000m/min以上主轴转速在：30000r/min以上高速切削带来的改革数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床数控机床能在极短时间内实现升速和降速，以保持很高的定位精度；工作台的移动速度：在分辨率为1μm时，可达100m/min以上，在分辨率为0.1μm时，可达240m/min以上；

自动换刀时间在1秒以内，工作台交换时间在2.5秒以内，并且高速化的趋势有增无减。因此，经高速加工的工件一般不需要精加工。高速切削带来的改革数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床

高精度化一直是数控机床技术发展追求的目标它包括：机床制造的几何精度和机床使用的加工精度控制两方面。提高机床的加工精度，一般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性，采用补偿技术和辅助措施来达到的。目前精整加工精度已提高到0.1μm，并进入了亚微米级，不久超精度加工将进入纳米时代（加工精度达0.01μm）。数控加工的发展趋势—高精度控制数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床

柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，在进一步提高单机柔性自动化加工的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展。数控加工的发展趋势—高柔性化数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床

数控加工中心配有机械手和刀具库，工件一经装夹，数控系统就能控制机床自动地更换刀具，连续对工件的各个加工面自动地完成铣削、镗削、铰孔、扩孔及攻螺纹等多工序加工，从而避免多次装夹所造成的定位误差。这样减少了设备台数、工夹具和操作人员，节省了占地面积和加工辅助时间。高柔性化举例数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床为了提高效率，新型数控机床在控制系统和机床结构上也有所改革，如采取多系统混合控制方式，用不同的切削方式（车、钻、铣、攻螺纹等）同时加工零件的不同部位等。现代数控系统控制轴数多达15轴，同时联动的轴数已达到6轴。高柔性化数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床CNC系统与加工过程作为一个整体，实现机电光声综合控制，测量造型、加工一体化，加工、实时检测与修正一体化，机床主机设汁与数控系统设计一体化。数控加工的发展趋势—高一体化数控加工数控加工思考练习学习目标数控机床实现多种通讯协议，既满足单机需要，又能满足