零件图纸山东英才学院

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1、数控技术及应用 绪论,山东英才学院,课程简介,本课程是机电一体化专业的专业必修课程之一。 本课程分理论、实训和仿真三个部分。技术环节多，实践性强，需要理论联系实际且要求动手能力强。 本课程讲授的主要内容为：绪论、数控车床程序编制、数控车床操作、数控铣床（加工中心）程序编制、数控铣床（加工中心）操作、宇龙数控仿真软件操作。,绪论,（一）知识目标 了解数控技术和数控机床的基本概念、产生、发展及趋势 掌握数控机床的结构组成与工作原理 掌握数控机床的分类、加工特点及应用 了解数控编程的内容、步骤和方法 掌握数控机床的各种坐标系的作用和确定方法 掌握数控加工程序的组成和格式 了解数控编程常用的功能指令,

2、绪论,（二）能力目标 通过对数控机床和数控编程基本知识的了解 和掌握，建立起对数控机床操作和数控程序编制的 基本印象，为今后的学习打下扎实的基础。,绪论,一、数控机床概述 （一）数控机床的概念、产生与发展 1. 数控机床的基本概念 数控（Numerical Control，NC） 是指采用数字和符号构成的数字化信息对机床 的运动及其加工过程进行自动控制的技术。 数控机床（Numerically Controlled Machine Tool） 是指装备了数控系统的机床。,绪论,2. 数控机床的产生和发展 1946年，世界上第一台电子计算机问世，此后不久将数控技术应用于机械加工的设想也随之出现。

3、 1948年，美国帕森斯公司首先提出了采用数字控制技术进行机械加工的方案。 1952年，诞生了世界上第一台数控机床，是一台立式数控铣床，成功实现了三轴联动。 1954年底，第一台工业用数控机床生产出来。,绪论,随着计算机电子技术的不断发展，数控系统发 展至今已经历了两个阶段，共六代系统。 （1）数控（NC）阶段 第一代：19521959年 采用电子管元件构成的专用NC系统 第二代：19591964年 采用晶体管电路的NC系统 第三代：19651970年 采用小、中规模集成电路的NC系统,特点：由硬件数字逻辑电路“搭”成专用的 计算机作为数控系统。,绪论,（2）计算机数控（CNC）阶段 第四代：

4、19701974年 采用小型计算机的NC系统 第五代：19741990年 采用微处理器的NC系统 第六代：1990年至今 基于PC机的NC系统,特点：控制功能大部分由软件技术实现，系统 可靠性提高，功能更加灵活和完善，通用性强。,绪论,3.我国数控系统的发展 1958年，以高等院校为主导，开始了数控机床的研制 1966年，生产出第一台用于直线圆弧插补的晶体管数控机床 1970年初，开始进入第三代数控系统的制造阶段，但发展缓慢，数控系统的稳定性、可靠性较差，主要生产数控线切割机床 1980年后，引进日本、美国、德国等国家的先进技术，并开始合资批量生产数控机床 1985年后，生产数控机床的品种达到

5、80多种，数控设备进入了实用阶段，同时数控机床功能部件的专业厂商也逐渐形成规模 1990年后，我国加强了数控系统的自主研发，并取得了一定成效，国产数控系统开始崭露头角,绪论,3.我国数控系统的发展 相比先进的工业国家，我国在数控领域存在一定的差距： 数控机床方面， “低端混战，高端失守”。我国目前还是以生产经济型数控机床为主（80%），高、中档数控机床仍然依赖于进口。 数控机床的产量也远不能满足国内生产的需要，更无法满足出口要求。 数控系统方面是我国最为薄弱的环节，虽然我国已经掌握多项关键技术，打破了西方对高端数控系统的垄断。但主要还是以开发经济型数控系统为主。,绪论,4.数控机床发展趋势 （

6、1）高速化 主轴转速：如果机床采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴最高转速达200000r/min。 进给速度：在分辨率为0.01m时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工； 换刀速度：数控车床的自动回转刀架转位时间一般可达0.40.6s，加工中心的刀具交换时间普遍可达3s，最快可达到1s以内。,DMG采用直线电机的卧式加工中心（120米/分）,绪论,进给速度达240米/分的NSK滚珠丝杆和滚动导轨,绪论,绪论,（2）高精度化 当前的数控机床分辨率可达到0.1m，有的可达到0.01m，实现了高精度加工。 目前数控机床的定位精度可达0.001 m

7、m，重复定位精度可达0.0005mm。 （3）加工复合化 数控机床正在向着一机多能的趋势发展，即在一台机床上实现多工序、多方法加工。 即可以避免工件多次装夹造成的定位误差，提高加工精度，还可以减少设备台数，节省占地面积和辅助时间，提高工作效率。 镗铣钻复合加工中心、五面加工中心（主轴立卧转换） 车铣复合车削中心（动力刀头）；,DMG的车铣复合数控机床,绪论,绪论,（4）结构新型化（虚拟轴机床或并联机床） 1994年在美国芝加哥机床展上首次面世即被誉为是“21世纪的机床”。 没有任何导轨和滑台，采用能够伸缩的“6条腿”（伺服轴）支撑并联，无实体坐标系，可实现多坐标轴联动加工。 控制系统结构复杂，

8、加工精度、加工效率较普通加工中心高210倍。 （5）数控系统智能化 为追求加工效率和加工质量方面的智能化 为提高驱动性能及使用连接的智能化 简化编程和操作方面的智能化 数控系统的智能诊断、智能监控等，方便系统的诊断及维修 自适应控制（Adaptive Control）、模糊系统和神经网络的控制机理,绪论,（6）数控系统的高可靠性 高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，即NC系统与机床的失效比为1：10。 可以采取提高线路集成度、改善硬件的结构和功能、增强故障自诊断、自恢复和保护功能等措施，来提高可靠性。 可用平均无故障运行时间（ MTBF ）来衡量，国外数控系统的

9、MTBF在70000100000h以上，国产数控系统平均无故障时间可达10000h以上。,绪论,（二）数控机床的结构组成与工作原理 1.数控机床的结构组成,辅助控制装置,伺服系统,绪论,（1）输入输出装置 机床与外部设备的接口，目前较为常用的加工程序输入方法有两种。,绪论,绪论,RS232C接口,（2）计算机数控装置（CNC）数控机床的核心,绪论,将加工程序翻译成便于计算机处理的格式,包括刀具补偿（长度、半径、磨损补偿）、速度计算和辅助指令的处理,经插补运算可确定各坐标轴的进给速度、方向和位移量，并以脉冲信号的方式传输给伺服系统。,传输主轴的变速、换向、启停；刀具的选择和交换；工件夹紧和松开、

10、冷却液启停等辅助指令,绪论,插补：在被加工轨迹的起点和终点之间，进行“数据密化”，并求取中间点坐标，然后利用已知线性逼近的过程。,绪论,经插补运算可获得各坐标轴进给速度、进给方向和位移量，并以脉冲信号的方式传输给伺服系统。 由于直线和圆弧是构成零件轮廓的基本几何元素，故大多数数控系统都具有直线和圆弧插补功能。 插补运算是整个CNC软件的核心，其速度和精度直接影响数控机床的加工速度和精度。,绪论,（3）伺服系统 数控机床的执行机构，接受CNC装置的脉冲信号，经过调解、转换和放大后驱动机床的各个运动部件来完成相应的动作。 伺服系统包括主轴伺服系统和进给伺服系统。 主轴伺服系统实现零件加工的切削运动

11、，控制机床主轴的转速； 进给伺服系统实现零件加工所需的成型运动，控制机床移动部件的位置和速度。,绪论,（4）测量反馈装置 检测机床各移动部件的位置和速度，并将信号反馈回CNC装置，通过比较发现误差并进行纠正，从而提高机床的加工精度。 （5）辅助控制装置 接受CNC装置输出辅助控制信号，驱动相应电器带动机床机械部件、液压气动等辅助装置完成指令规定的动作。 目前多采用可编程控制器（Programmable Logic Control，PLC）作为数控机床的辅助控制装置。,绪论,（6）机床本体 包括主运动机构、进给运动机构和辅助运动机构。 其主体结构与普通机床大体一致。与普通机床相比，数控机床的组成

12、有如下几个特点： 采用了高性能的主轴及进给伺服驱动装置，机械传动结构得到简化，传动链较短。 机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、阻尼刚度、耐磨性以及抗热变形性能。 较多地采用了高效传动件，如滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨等，传动精度高。,绪论,2.数控机床的工作原理,形（零件图纸）,编写数控程序,输入到CNC装置,CNC系统发出脉冲信号,驱动机床各部件完成零件的加工,零件图纸的工艺处理,数(数控程序）,形（成型零件）,绪论,（三）数控机床的分类,点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制数控机床,开环控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床,金属切削类数控机床 金属成形类数控机床

13、特种加工类数控机床,低档数控系统 中档数控系统 高档数控系统,绪论,1. 按照运动控制的特点分类 （1）点位控制数控机床 实现从一点到另一点的精确、快速定位。 在两点间移动时没有切削加工。 不要求轨迹和速度。 该类机床多用于平面内孔系的加工， 如数控钻床、数控镗床、数控冲床等。,绪论,（2）直线控制数控机床 控制刀具或工作台以一定的速度沿直线从一个点移动到另一个点。 移动过程中进行切削加工。 可控轴数一般为23个，但联动轴数只有1个。 代表机床：简易数控车、数控铣。,（3）轮廓控制数控机床 可以同时控制两个或两个以上的坐标轴进行加工 连续控制加工过程中每个点的坐标和速度，以形成所需的曲线或曲面

14、。 根据联动轴数可细分为2轴联动、2.5轴联动、3轴联动、4轴联动、5轴联动。 除了少数专用数控机床，如数控钻床、冲床等以外，现代数控机床都具有轮廓控制功能。,绪论,2.按照伺服系统的类型分类 （1）开环控制数控机床 特点：无测量反馈装置，指令信号为单向传递 优点：结构简单、工作稳定、调试维修方便、价格低 缺点：控制精度不高 应用：经济型的中小型数控机床或旧机床的数控化改造,绪论,（2）闭环控制数控机床 特点：位置检测装置安装在移动部件上，直接测量实际位置 优点：可以消除机械传动部分的各种误差，控制精度高、加工精度高 缺点：结构复杂、调试维修困难、工作稳定性差、价格昂贵 应用：主要用于精度要求

15、高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及大型的精密加工中心等。,绪论,绪论,（3）半闭环控制数控机床 特点：测量反馈装置安装在驱动电机或丝杠的端部，通过测量电动机或丝杠的旋转角度来间接测量机床移动部件的位移。 优缺点：可以获得比较满意的控制精度，工作稳定性较好、成本较低、调试维修也比较方便，兼顾开环与闭环的优点。 应用：广泛应用于大多数中、小型数控机床 。,3.按照加工工艺方法分类 （1）金属切削类数控机床 包括数控车床、铣床、钻床、磨床、镗床和加工中心等。 加工中心是指具有刀库和自动换刀装置（ATC）的数控机床。 加工中心可以实现工件一次装夹，完成多个工序的加工。减少了重复定位误差，提高了生产效率

16、和加工质量，降低了生产成本。,绪论,（2）金属成形类机床 采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床. 包括数控冲床、数控弯管机、数控压力机、数控折弯机等。 虽然起步较晚，但目前发展迅速。 （3）特种加工类数控机床 主要包括数控线切割机床、数控电火花机床、数控激光切割机床、数控火焰切割机床等。,绪论,绪论,4.按照数控系统的功能水平分类,绪论,（四）数控机床的加工特点及应用 数控机床的加工特点 （1）适应性、灵活性好 数控机床一般采用通用夹具，所以当数控机床加工的工件改变时，不需要制作特别的工装夹具，也不需要调整机床，只需要重新编写数控程序即可实现新工件的加工,绪论,（2）加工精度高、质量稳定 数控机床具有较高的单位位移精度，即脉冲当量。脉冲当量是指CNC装置每发出一个脉冲信号，机床移动部件移动的一个基本长度单位。脉冲当量越小，机床的加工精度越高，表面质量越好。 数控机床还具备较高的定位精度和重复定位精度。定位精度是指数控机床的工作台等移动部件所达到的实际位置的精度；重复定位精度是指相同