模具数控加工技术

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1、书名：模具数控加工技术 ISBN： 978-7-111-34701-9 作者：武友德 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件模具数控加工技术 ppt 课件模具数控加工技术教学单元二：模具数控加工技术基础教学单元2 模具数控加工技术基础2.1数控机床概述2.2数控编程基础练习与思考题2.1、数控机床概述2.1.1 数控机床的产生 数控机床是为了解决单件、小批量、多品种，特别是复杂 型面零件加工的自动化，并保证质量要求而产生的。 1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合 作研制了第一台坐标数控铣床，它综合应用了电子 计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机 械结构等多方面的

2、技术成果，是一种新型的机床， 可用于加工复杂曲面零件。 2.1.2 数控机床的组成、控制原理和特 点 1数控机床的组成 数控机床的组成一、数控机床的组成 程序编制及程序载体 数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。 输入装置 它的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存人数控装置内。 一、数控机床的组成数控装置及强电控制装置 数控装置 是数控机床的核心，它接受输入装置送 来的脉冲信号，经过数控装置的系统软件或逻辑电 路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和 指令控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动 作。 强电控制装置 是介于数控装置和机床机械、液压 部件之间的控制系

3、统。一、数控机床的组成伺服驱动系统及位置检测装置 伺服驱动系统由伺 服驱动电路和伺服驱动装置（电动机）组成，并 与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。 机床的机械部件 数控机床的机械部件包括主运动 部件、进给运动执行部件、工作台、拖板及其传 动部件和床身立柱等支撑部件，此外，还有冷却 、润滑、排屑、转位和夹紧等辅助装置。 一、数控机床的组成二、数控机床的控制原理 数控机床是用数字化的信息来实现自动控制的，将与加工 零件有关的信息工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数 （进给执行部件的进给尺寸）、切削加工的工艺参数（主 运动和进给运动的速度、背吃刀量等），以及各种辅助操 作（主运动

4、变速、刀具更换、冷却润滑液开停、工件夹紧 、松开等）等加工信息用规定的文字、数字和符号组成的 代码，按一定的格式编写成加工程序单，将加工程序通过 控制介质输入到数控装置中，由数控装置经过分析处理后 ，发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行 自动加工。 三、数控机床的特点能适应不同零件的自动加工 生产效率和加工精度高、加工质量稳定 能高效优质完成复杂型面零件的加工 工序集中，一机多用 数控机床是一种高技术的设备 2.1.3 数控机床的分类 一、按数控机床的加工功能分类 点位控制数控机床 这类机床主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等，此外印刷电路板钻孔机应算是最简单的点位控

5、制数控机床。 点位控制加工示意图 一、按数控机床的加工功能分类 直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具 或工作台以适当的送给速度，沿着平行于坐标轴 的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据 切削条件可在一定范围内调整。 直线控制加工示意图 一、按数控机床的加工功能分类轮廓控制数控机床 轮廓控制 数控机床分为平面轮廓加工的 数控机床和空间轮廓加工的数 控机床。 数控加工平面轮廓的成形 二、按工艺用途分类一般数控机床 最普通的数控机床有钻床、车床、铣床、镗床等。 数控加工中心 这类数控机床是在一般数控机床的基础上，加装一个刀库和自动换刀装置，构成一 种带自动换刀装置的数控机床。 多坐标轴数

6、控机床 有些复杂的工件，例如螺旋桨，飞机发动机叶片曲面等用三坐标数控机床无法 加工，于是出现了多坐标轴的数控机床。 三、按所用进给伺服系统的类型分类 开环数控机床 开环数控机床采用开环进给伺服系 统，图2-10所示为典型的开环进给伺服系统。 开环进给伺服系统三、按所用进给伺服系统的类型分类 半闭环数控机床 如果将位置检测装置安装在驱 动电机的端部，或安装在传动丝杠端部，间接测 量执行部件的实际位置或位移，这种系统就是半 闭环进给系统。 半闭环数控机床三、按所用进给伺服系统的类型分类 闭环数控机床 闭环数控机床的进给伺服系统是按 闭环原理工作的。闭环数控机床四、按所用数控装置类型分类硬线数控机床

7、 硬线数控机床（NC）使用硬线数控装置，它的输入处理、插补运算和控制功能， 都由专用的固定组合逻辑电路来实现，不同功能 的机床，其组合逻辑电路也不相同。 计算机数控机床 这类机床使用计算机数控装置（ CNC），即软线数控装置。 2.1.4数控机床的发展 一、数控装置的发展数控装置的微处理器 数控装置配备有多种遥控和智能接口 数控装置具有很好的操作性能 数控装置的可靠性大大提高 开放式体系 二、进给伺服驱动系统的发展永磁同步交流伺服电机逐渐取代了直流伺服电动机，提高了电动机的可靠性，降低了制造成本，基本上无需维修。组成伺服驱动电路的位置、速度和电流控制环节部分实现数字化，甚至利用单片微机或高速数

8、字信号处理器为硬件基础进行全数字化控制，与CNC系统的计算机有双向通信联系。 采用高速和高分辨率的位置检测装置组成半闭环和闭环位置控制系统。通过进给伺服系统实现丝杆螺距误差补偿外，热变形误差补偿、空间误差补偿技术的研究也取得了显著的成效。 三、程序编制 数控机床编程技术的发展水平表现在以下几个方面： 图形编程了长足的发展，增加了自动编程的手段。 从脱机编程逐渐发展到在线编程。 在线编程过程中不仅可以处理几何信息，还可以处理工艺信息，数 控装置内设有与该机床加工工艺相关的小型工艺数据库或专家系统，可以自动选择最佳的工艺参数。 四、数控机床的工况检测、监控和故障 诊断 现代数控机床上装有工件尺寸检

9、测装置，对工件 加工尺寸进行定期检测，发现超差则及时发出报 警或补偿信号。还有红外、超声发射等监控装置 ，对刀具工况进行监控，遇有刀具磨损超标或刀 具破损，能及时报警，以便调换刀具，保证加工 产品的质量。 目前CNC系统中已经采用了开机诊断、运行诊断 、通信诊断和专家诊断系统等故障自诊断技术， 对故障进行自动查找、分类、显示、报警，便于 及时发现和排除系统的故障。 五、采用功能很强的可编程控制器 现代数控机床广泛采用内装型或独立型可编程控 制器PC（Programmable Controller），它有专 用的32位微处理器，基本指令执行时间是 0.2s/step，有梯形语言程序16000st

10、ep以上，可 以采用C语言或Pascal语言来编制PC程序，程序 容量68256kB以上，在PC与CNC之间有高速窗 口。采用C语言编程时，可以在个人计算机的开 发环境下工作。利用PC的高速处理功能，使CNC 与PC有机地结合起来，而且可以利用梯形图（ Ladder）的监控功能，使机床的故障诊断和维修 更加方便。 六、机床的主机 数控机床的主机也有很多新的发展。表现在： 主运动部件不断实现电气化和高速化 增加加工功能 采用机电一体化和全封闭式结构 主机的大件采用焊接结构和合理的结构形式2.2、数控编程基础2.2.1 数控机床的坐标系一、坐标轴及其运动方向p建立机床坐标系是为了确定刀具或工件在机

11、床中的位置， 确定机床运动部件的位置及其运动范围。统一规定数控机 床坐标系各轴的名称及其正负方向，可以简化数控程序的 编制，并使编制的程序对同类型机床有互换性。 p机床的运动是指刀具和工件之间的相对运动，一律假定工 件是静止的，刀具在坐标系内相对于工件运动。 笛卡儿右手直角坐标系与右手螺旋法则 对数控机床中的坐标 系和运动方向的命名 ，ISO标准和我国统 一规定采用标准的右 手笛卡尔坐标系，并 规定增大刀具与工件 之间距离的方向为坐 标正方向。 Z轴的确定 机床主轴是传递主要切削力的轴，可以表现为加 工过程带动工具旋转，也可以表现为带动工件旋 转。 数控悬臂刨床 数控立式冲床 X轴的确定 X轴

12、是水平的，平行于工件的装夹面。对于加工过程中不 产生刀具旋转或工件旋转的机床，X轴平行于主切削方向 ，坐标轴正方向与切削方向一致，例如前面提到的数控悬 臂刨床。对于加工过程中主轴带动工件旋转的机床，例如 数控车床、数控磨床等，X坐标轴沿工件的径向，平行于 横向滑座或导轨，刀架上刀具或砂轮离开工件旋转中心的 方向为坐标轴正方向；对于刀具旋转的机床，如果Z轴是 水平的，例如数控卧式镗铣床，则从与Z平行的主轴向工 件看时，X轴的正向（+X）指向右方；如果Z轴是垂直的 ，对单立柱机床，例如立式数控铣床和数控水平转塔立式 钻床，则从与Z轴平行的主轴向立柱看时，X轴的正向指 向右方；对于龙门式机床，例如数

13、控龙门铣床，则从与Z 轴平行的主轴向左侧立柱看时，X轴的正向指向右方。 根据X、Z轴及其方向，利用右手定则即可确定Y 轴的方向；根据X、Y、Z轴及其方向，利用右手 螺旋定侧即可确定轴线平行于X、Y、Z轴的旋转 运动A、B、C的方向。机床坐标可在机床使用说 明书或机床标牌上找到。二、机床原点、机床参考点 机床原点 机床原点又称为机械原点，它是机床坐标系的原点。 机床参考点 机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的原点，是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点。 三、工件坐标系 为了编程方便，在工件图样上设置一个坐标系， 坐标系的原点就是工作原点，也叫做工件零点。 选择工件

14、零点的一般原则是： 工件零点选在工件图样的基准上，以利于编程。 工件零点尽量选在尺寸精度高、粗糙度值小的工件表面上。 工件零点最好选在工件的对称中心上。 要便于测量和检验。 2.2.2 数控程序的格式与编制 一、程序的格式 数控加工程序是由一系列机床数控系统能辨识的指令有序 结合而构成的，可分为程序号、程序段和程序结束等几个 部分。下面为一数控加工程序实例： 一、程序的格式 程序号 每个程序多要进行编号，在编号前面要用 程序编号地址码进行编号指令。 程序段的格式和组成 程序段的格式可分为地址格 式、分隔顺序格式、固定程序段格式和可变程序 段格式等。最常用的是可变程序段格式。 二、程序编制的内容和步骤 手工编程的主要内容有：分析零件图样，设计零 件加工工艺路线，决定数控加工内容，设计数控 加工工艺规程 ，编制加工程序单，程序的输入与 校验等。 自动编程 加工程序主要由计算机完成的方法称为 自动编程。它主要应用于较复杂零件加工程序的 编制。 三、绝对坐标编程及增量坐标编程 坐标系内所有几何点或位置的坐标值均从坐标原 点标注或计量，这种坐标值称为绝对坐标。 练习与思考题 2-1 数控加工的主要特点是什么？ 2-2 论述数控机床的主要发展方向? 2-3 简要说明机床坐标系与工件坐标系之间的区 别与联系？ 2-4 分析说明绝对坐标系与增量坐标系的含义及 其应用？