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1、数控编程 学习重点 了解数控技术的产生与发展 了解数控机床的基本构成与工作原理 特点 分类及发展趋势 一 课程内容 本课程的任务是让学生掌握数控机床加工程序编制的基础知识和基本方法 重点培养学生掌握常用数控机床 数控车床 数控铣床 加工中心 数控电加工等 编程方法 二 课程任务 教材 数控加工编程与操作 胡如祥主编 大连理工出版社参考资料 数控编程与加工 陈红康 吴春香编 山东大学出版社 数控加工编程与操作 李爱敏 吴志强编 清华大学出版社 网络资料 三 教材及参考资料 四 数控技术概述 1 数控技术发展史 数控是数字控制 Numericalcontrol 的简称 是近代发展起来的用数字化信息
2、进行控制的自动控制技术 其含义使用以数值和符号构成的数字信息自动控制机床的运转 数控机床也称NC机床 第一代 1952年 电子管控制的第一台三坐标联动的铣床 第二代 1959年 出现了晶体管控制的 加工中心 第三代 1965年 出现了小规模集成电路 使数控系统的可靠性得到了进一步的提高 以上三代数控系统都是采用专用控制硬件逻辑数控系统 称为普通数控系统 即NC系统 四 数控技术概述 1 数控技术发展史 第四代 1967年以计算机作为控制单元的数控制系统 Computernumericalcontrol 计算机数字控制 1990年后 高速加工 纳米制造 1980年后 FMS FMC CIMS 开
3、放式数控 openNC 系统 智能制造系统 IMS 大发展 第五代 1970年 美国英特尔开发使用了微处理器 MNC 统称CNC 四 数控技术概述 2 我国数控发展状况 1958年开始研制数控机床 20世纪60年代末70年代初 研制出晶体管式的数控系统 20世纪80年代初 从国外引进先进的CNC系统 FAGOR系统 1986 1990年 大发展期间 1991年 一方面引进先进数控系统 另一方面积极开发 设计 制造具有自主版权的中 高档数控系统 如华中数控 五 数控机床概述 1 什么是数控机床 数控机床 NumericalControlMachineTools 是用计算机通过数字信息来自动控制机
4、械加工的机床 具体地说 数控机床是通过编制程序 即通过数字 代码 指令来自动完成机床各个坐标的协调运动 正确地控制机床运动部件的位移量 并且按加工的动作顺序要求自动控制机床各个部件的动作 数控机床是集计算机应用技术 自动控制 精密测量 微电子技术 机械加工技术于一体的一种具有高效率 高精度 高柔性和高自动化的光机电一体化数控装备 五 数控机床概述 1 什么是数控机床 普通机床 数控机床 五 数控机床概述 2 数控机床的发展 原因 社会生产发展 军备竞赛的产物 目的 解决单件 中小批量精密复杂零件的加工问题 数控加工技术是当前机械制造业发展的方向它能有效解决复杂 精密 小批多变零件加工问题 数控
5、技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术它可提高生产率 稳定加工质量 缩短加工周期 增加生产柔性 实现复杂精密零件的自动化加工 节省人力 改善劳动条件 加快产品的开发 提高企业综合经济效益 数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术先进武器装备的制造 如飞机 导弹 坦克等的关键零件 都离不开高性能的数控机床加工 五 数控机床概述 2 数控机床的发展 案例 东芝事件1983年 日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动数控铣床 前苏联将其用于制造核潜艇推进螺旋桨 由于加工精度提高 使得螺旋桨在水中转动时候噪声大为下降 以至于美国的声纳无法侦测到前苏联核潜艇的动向 苏军潜艇能很好的隐藏在海底下 该数控机床
6、的销售 也使得苏联的装备制造业上了一个档次 时至今日 美军的声纳也难以监听到俄军的潜艇了 五 数控机床概述 3 数控机床的组成 如图1 2所示 数控机床主要由数控系统和机床本体组成 而数控系统包括输入输出设备 计算机数控装置 伺服驱动装置 辅助控制装置等部分 此外数控机床还有许多辅助装置 如自动换刀装置 自动工作台交换装置 自动对刀装置 自动排屑装置及电 液 气 冷却 润滑 防护等装置 五 数控机床概述 3 数控机床的组成 1 输入输出装置存储在信息载体上的加工程序需要通过输入装置送给CNC装置 2 计算机数控装置CNC装置是数控机床的核心 它是采用存储程序的专用计算机 由硬件和软件组成 硬件
7、由各种输入输出接口电路 微处理器 CPU 存储器等组成 它的功能是接受外部输入的加工程序和各种控制命令 识别并进行运算处理 然后输出控制命令 五 数控机床概述 3 数控机床的组成 3 伺服驱动系统伺服驱动系统是数控机床的执行机构之一 执行由CNC装置输出的运动指令 4 辅助装置数控机床在实现整机的全自动化控制中 为了提高生产率 加工精度等 还需要配备许多辅助装置 如液压和气动装置 自动换刀装置 自动工作台交换装置 自动对刀装置 自动排屑装置等 5 机床主体数控机床的主体包括床身 立柱 主轴 进给机构等机械部件 用于完成各种切削加工 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 1 按工艺用途分类 金属
8、切削类 金属成型类 特种加工类 金属切削类数控机床 1 数控车床 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 金属切削类数控机床 2 数控铣床 1 按工艺用途分类 金属切削类 金属成型类 特种加工类 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 金属切削类数控机床 3 加工中心 1 按工艺用途分类 金属切削类 金属成型类 特种加工类 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 金属成型类数控机床 数控折弯机 数控弯管机 数控压力机等 1 按工艺用途分类 金属切削类 金属成型类 特种加工类 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 金属成型类数控机床 数控折弯机 数控弯管机 数控压力机等 1 按工艺用途分类 金属切削类
9、 金属成型类 特种加工类 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 特种加工类数控机床 这类机床主要有数控线切割机 数控电火花加工机床 数控激光切割机床 数控火焰切割机 数控三坐标测量机等 1 按工艺用途分类 金属切削类 金属成型类 特种加工类 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 特种加工类数控机床 这类机床主要有数控线切割机 数控电火花加工机床 数控激光切割机床 数控火焰切割机 数控三坐标测量机等 1 按工艺用途分类 金属切削类 金属成型类 特种加工类 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 2 按运动轨迹分类 点位控制 点位直线控制 轮廓控制 1 点位控制数控机床 这类机床主要有数控钻床 数控
10、镗床 数控冲床 三坐标测量机等 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 2 按运动轨迹分类 点位控制 点位直线控制 轮廓控制 2 点位直线控制数控机床 这类机床的特点是除了要求控制点与点之间的准确位置外 还要控制两相关点之间的移动速度和轨迹 但其轨迹是与机床坐标轴平行的直线 一般情况下 这类机床有2 3个可控轴 但同时控制的坐标轴只有一个 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 2 按运动轨迹分类 点位控制 点位直线控制 轮廓控制 3 轮廓控制数控机床 轮廓控制的特点是能够对两个或两个以上坐标轴的位移和速度同时进行连续控制 以加工出任意斜率的 圆弧或任意平面曲线 如抛物线 阿基米德螺旋线等 或曲面
11、 这类机床主要有数控车床 数控铣床 数控线切割机 加工中心等 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 3 轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床按所控制的联动坐标轴数 轮廓控制数控机床又可分为以下几种形式 1 二轴联动 主要用于数控车床加工曲线旋转面或数控铣床等加工曲线柱面 2 二轴半联动 即以X Y Z三轴中任意两轴作插补运动 第三轴作周期性进给 采用球头铣刀用 行切法 进行加工 3 三轴联动 一般分为两类 一类就是x y z三个直线坐标轴联动 比较多地用于数控铣床 加工中心等 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 3 轮廓控制数控机床 a 二轴联动 b 三轴联动 c 二轴半联动 五 数控机床概述
12、 4 数控机床的分类 3 轮廓控制数控机床 4 四轴联动 即同时控制x y z三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动 如图所示为同时控制x y z三个直线坐标轴与一个工作台回转轴 B轴 联动的数控机床 5 五轴联动 除了控制x y z三个直线坐标轴联动外 还同时控制围绕这三个直线坐标轴旋转的A B C坐标轴中的两个坐标轴 即形成同时控制5个轴联动 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 3 按伺服控制方式分类 开环控制 闭环控制 半闭环控制 开环控制数控机床 这类机床的进给伺服系统是开环的 即没有位置检测反馈装置 其驱动电机只能采用步进电机 这类电机的主要特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号 电机就
13、转动一个步距角 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 3 按伺服控制方式分类 开环控制 闭环控制 半闭环控制 闭环控制数控机床 闭环数控机床的进给伺服系统是按闭环反馈控制方式工作的 其驱动电机可采用直流或交流两种伺服电机 并需同时配有速度反馈和位置反馈 其位置检测装置安装在进给系统末端的执行部件上 实测它的位置或位移量 五 数控机床概述 4 数控机床的分类 3 按伺服控制方式分类 开环控制 闭环控制 半闭环控制 半闭环控制数控机床 将位置检测装置安装在伺服电机或丝杠的端部 间接测量执行部件的实际位置或位移 因大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内 故易于实现系统的稳定性 现在大多数数控机床都
14、广泛采用这种半闭环控制方式 五 数控机床概述 5 数控系统的主要功能 1 插补功能所谓插补 就是在工件轮廓的起始点和终点坐标之间进行 数据密化 求取中间点 而后以脉冲形式的指令对每个坐标轴进行进给任务的分配 从而对沿指定轮廓的进给运动实现控制 2 进给运动使工件多余材料不断被切削的运动 消耗动力较小 包括 快速进给 切削进给 手动连续进给等 五 数控机床概述 5 数控系统的主要功能 3 主轴功能机床主轴的转速大小 包括恒转速控制 恒线速控制 主轴定向停止等 4 刀具补偿功能刀具位置补偿 对车刀刀尖位置变化的补偿 刀具半径补偿 对车刀刀尖圆弧半径 铣刀半径的补偿刀具长度补偿 沿加工深度方向对刀具
15、长度变化的补偿 5 操作功能单程序段执行 跳段执行 图形模拟 暂停 急停等 6 辅助编程功能固定循环 镜像 子程序等 六 数控加工的特点 1 具有高柔性化 2 加工精度高 产品质量稳定 3 生产率高 具有良好的经济效益 4 自动化程度高 改善劳动条件 5 有利于生产管理现代化 6 可加工复杂型面的工件 7 价格较贵 调试维修复杂 需专门技术人员 七 数控加工的应用对象 1 小批量生产的复杂零件 2 形状复杂 精度要求较高的零件 3 需要多次更改设计后才能定型的零件 4 价格昂贵 不允许报废的零件 5 由钻 镗 铰 攻螺纹及铣削加工联合进行的零件 八 典型数控系统 日本的发那科 FANUC 德国的西门子 siemens 日本的三菱 国内 华中数控 世纪星系列 广州数控 GSK 980T GSK 928 北京凯恩帝数控 成都广泰 深圳众为兴 南京华兴 九 数控自动编程软件 UG 美国 Pro e 美国 CATIA Cimatron 以色列PowerMILL 英国MasterCAM 美国EdgeCAM 英国CAXA 中国 国内北航海尔软件有限公司出品的数控加工软件 其功能与前面介绍的软件相比较 在功能上稍差一些 但价格便宜
