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1、数控编程技术及应用 电子教案,联系方式：sunxuodng 电 话：13994271665 孙旭东,随着科技的发展，现代机械产品日趋精密复杂，改型换代日趋频繁。制造自动化是先进制造技术中的重要组成部分，其核心技术是数控技术。数控技术是综合运用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。目前，随着国内数控机床用量的剧增，急需能够熟练掌握数控机床编程和操作以及维护的应用型人才。,1）机床操作 2）工艺设计与编程，维修 3）机床操作、工艺设计与编程、维修及数控改造、管理,社会急需的数控加工人才类型：,内容简介,数控编程技术 这门课是面向“机械工程及自动化”这个大专业开设的，即涵盖现有的机械
2、工程各专业本科生的一门专业技术基础课。它以数控机床为对象，研究数控加工过程中有关工艺分析、数值计算、基本的编程功能指令，掌握数控车床、数控铣床、加工中心、数控电火花线切割机床的程序编制方法及自动编程方法。通过本课程的学习我们应掌握数控加工的基本原理和基础知识，从而培养我们的编程和加工能力。,目 录,第1章 数控编程基础 第2章 程序编制中的工艺分析处理 第3章 程序编制中的数值计算 第4章 数控车床编程 第5章 数控铣床编程 第6章 加工中心编程 第7章 其他数控机床编程 第8章 自动编程 第9章 刀位验证与轨迹编辑 第2章 编程系统的后置处理,学完本课程后学生应达到的要求：,1、合理制订数控
3、加工的工艺方案。 2、合理确定走刀路线、合理选择刀具及加工余量。 3、掌握编程中数学处理的基本知识及一定的计算机处理能力。 4、掌握常用准备功能指令、辅助功能指令，手工编写一般复杂程度零件的数控加工程序。 5、具有调试加工程序，参数设置、模拟调整的基本能力。 6、掌握自动编程的基本知识，具有采用计算机自动编程的初步能力。,教学方法与考核方式,课堂教学 自学,考试 平时成绩 作业 课堂提问,教学方法,考核方式,本课程授课时数24学时，实验时数6学时（实验周）。,第1章 数控编程基础,1.1数控机床概述 1.2插补原理 1.3数控程序编制的基本概念 1.4数控编程几何基础 1.5程序编制中的基本指
4、令,数字控制（Numerical Control）技术是用数字化信息对机械设备（机床）的运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称为数控（NC）。数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术，在机械制造加工技术方面得到了广泛的应用。,1.1 数控机床概述,随着科学技术快速发展和市场竞争的日益激烈，社会化大生产对机械产品的要求越来越趋于多样化、复杂化，尤其是在造船、航空航天、国防军工、重型机械以及计算机电子等工业重中，其加工批量小、零件形状复杂、改形频繁、精度要求高、加工困难、生产效率低、劳动强度大和质量难以保证的生产特点，已经不能靠传统的加工设备和制造方法来适应这种柔性化程度很高的加工要求。因此能有
5、效解决复杂、精密、中小批量加工的数控机床在近几十年来得到迅速发展和最广泛的应用。 采用数控技术控制的机床，即装备了数控系统的机床称之为数字控制机床（Numerically Controlled Machine Tool）简称数控（NC）机床。国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其他符号编码指令规定的程序。,一、 数控机床的产生和发展,数控机床是采用数控装置或电子计算机来控机床运动，自动地取代一般通用机床上人工控制的各种操作，如启动、加工顺序、主轴变速、切削用量、松夹工件、选择刀具、进刀退刀、冷却
6、液开停以及停车等。通常，数控机床将所需的全部机械动作、步骤和控制功能，以及工件的形状尺寸预先按规定的字符和文字代码的形式编制数控程序，通过穿孔机或键盘等把程序上的信息以数字代码的形式记载在控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）上，通过控制介质将加工信息送入数控装置，数控装置或计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令性控制信号，去控制机床的伺服系统或其他驱动元件的各种动作，从而使数控机床自动加工出所需要的零件。,整个过程实现了： 的转换过程,数控机床首先由美国率先发展，并且是为了适应航空工业制造复杂零件的需要而产生的。 1948年，美国帕森斯公司与美国麻省理工学院（MIT）开始共同研究，并于195
7、2年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。 1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心（MC Machining Center）， 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置。,60年代末，直接数控系统（简称 DNC），又称群控系统、计算机数控系统（简称CNC），使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称 MNC），这是第五代数控系统。 20世纪80年代初，出现了人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化；具有自动监控刀具破损和自动检测
8、工件等功能。 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。,我国数控机床开发的起步并不晚，大约与日本、德国、前苏联同步。 1958年北京第一机床厂与清华大学合作试制成功我国第一台数控铣床。 1970年北京第一机床厂的XK5040型数控升降台铣床才作为商品， 1975年沈阳第一机床厂的CSK6163型数控车床才真正进入商品化。 19741976年间，虽然开发了加工中心、数控镗床、数控磨床和数控钻床，多数机床没有在生产中发挥作用。 20世纪80年代前期， “六五”、“七五”、“八五”数控系统攻关。 目前我国已经有自主版权的数控系统，并能生产门类齐
9、全的数控车、数控铣、数控钻、数控镗、数控磨、数控齿轮加工、数控电加工等数控机床，数控加工中心也相继研制成功。,数控机床的加工功能,数控车床的加工功能,数控铣床的加工功能,1.叶轮,数控铣床的加工功能,2.箱体,数控铣床的加工功能,3.异形件,数控加工中心的加工功能,1.端面铣削,数控加工中心的加工功能,2.攻丝,数控加工中心的加工功能,3.镗孔,数控加工中心的加工功能,4.钻孔,数控加工中心的加工功能,5.内外螺纹加工,数控加工中心的加工功能,6.特殊程序加工,数控加工中心的加工功能,7.铣内孔槽,数控加工中心的加工功能,8.铣曲面,数控加工中心的加工功能,9.铣曲线,数控加工中心的加工功能,
10、10.铣箱体,数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈系统及机床本体组成，见图1-1。,二、数控机床的组成,图1-1 数控机床组成,数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表1。,1.控制介质,表1 控制介质和输入输出设备表,对于用微机控制的数控机床，也可用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接用键盘输入，并在CRT显示器上显示。,数控装置是数控机床
11、的核心。其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。它具备的主要功能如下： 1多轴联动控制； 2直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补； 3输入、编辑和修改数控程序功能；,2.数控装置,4数控加工信息的转换功能：ISO/EIA代码转换，公英制转换，坐标转换，绝对值和相对值得转换，计数制转换等； 5刀具半径补偿、刀具长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能； 6实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择； 7在CRT上显示字符、轨迹、图形和
12、动态演示等功能。,机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统。伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，它相当于手工操作人的手，使工作台（或溜板）精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分，驱动机床执行机构运动的驱动部件。包括主轴驱动单元（速度控制）、进给驱动单元（速度控制和位置控制）、主轴电机和进给电机等。,3.伺服系统,反馈装置是闭环（半闭环）数控机
13、床的检测环节，该装置可以包括在伺服系统中，它由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测数控机床坐标轴的实际移动速度和位移，并将信息反馈到数控装置或伺服驱动中，构成闭环控制系统；检测装置的安装、检测信号反馈的位置，决定于数控系统的结构型式。无测量反馈装置的系统称为开环系统。,4.反馈装置,随着数控技术的发展，对机床结构的技术性能要求更高了，在总体布局、外观造型、传动系统结构、刀具系统以及操作性能方面都已经发生很大的变化。 数控机床主体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件，以及辅助运动装置、液压气动系统、冷却装置等部分。数控机床的主机结构有下面几个特点： （1）由于采用了高性能的主轴及进给伺服驱动装
14、置，数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短。 （2）数控机床的机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、阻尼精度、耐磨性以及抗热变形性能。适应连续地自动化加工。 （3）较多地采用高效传动件，如精密滚珠丝杠、直线滚动导轨副、精密齿条、蜗母条、静压、磁浮导轨等。,5.机床本体,（3）较多地采用高效传动件，如精密滚珠丝杠、直线滚动导轨副、精密齿条、蜗母条、静压、磁浮导轨等。,滚珠丝杆副 直线导轨副,从数控机床最终要完成的任务看，主要应对三方面进行控制。 1. 主运动控制 和通用机床一样，主运动是形成切削速度并从工件上切除多余材料起主要作用的工作运动来完成切削任务。机床功率主要消耗于主运动，其动力约
15、占整台机床动力的70%80%。 2.进给运动控制 数控机床的进给运动是通过进给伺服系统来实现的，这是数控机床区别于通用机床的重要方面之一。 3.输入/输出（I/O）控制 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变频控制，主轴的正、反转及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具自动交换，工件夹紧和放松及分度工作台转位等。,三、数控机床的控制对象,机床的运动动画显示：,数控机床加工工件的过程见图1-2。,四、数控机床的工作原理,图1-2 数控机床加工工件过程,数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的。它是一种高效能自动或半自动
16、机床，与普通机床相比，具有以下明显特点： 1适应性强，适应70%以上多品种小批量零件自动加工； 2加工质量稳定，无故障时间迅速增加； 3生产效率高，是普通机床效率的25倍； 4加工精度高， 具有加工复杂形状零件的能力； 5工序集中，一机多用； 6 自动化程度高，生产准备周期短； 7 易于建立计算机通信网络； 8有利于生产管理的现代化。,五、数控机床的特点,六、数控机床的分类,（1）金属切削类数控机床 金属切削类数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控插齿机、数控镗铣床、数控凸轮磨床、数控磨刀机、数控曲面磨床等。磨削中心、加工中心MC是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。 （2）金属成形类数控机床 金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控油压成型机和数控压力机等。 （3）数控特种加工机床 数控特种加工机床有数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控电脉冲机床、数控激光加工机床等。 （
