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1、数控加工工艺与编程,西安理工大学高等技术学院,第1节 基本概念 第2节 数控编程基本知识 第3节 数控加工工艺基础,第1章 数控加工技术基本概念,1.1 基本概念,1.1.1 数控技术及其发展 数字控制：是以数字化信号对机构的运动 过程进行控制的一种方法。简称为数控（NC）。 数控机床：指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。 数控加工：泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。,数控机床与普通机床比较： 数控机床在普通机床基础上增加了对机床运动和动作自动控制的功能部件，使数控机床能够自动完成对零件加工的全过程。 其控制的媒介：数字程序（学习重点）,二、不同加工方式示例,成型零件,成形车刀,仿
2、型 加 工,靠模板,数 控 加 工,1.1.2 数控机床的组成及工作原理,zjk7532a,一 数控机床组成,二 数控机床各部分的作用,1.输入输出装置 主要功能：编制程序、输入程序和数据、打印和显示 方式：键盘输入 纸带输入（穿孔纸带） 磁盘输入（硬盘、软盘、U盘） 网络通讯(RS232、DNC、TCP/IP）,2. 数控装置（NC） 作用：接收操作者输入的程序和数据，进行分类、译码和存储，并按要求完成数值计算、逻辑判断、输入输出控制、轨迹插补等功能. CNC：计算机数字控制装置,3. 伺服系统 作用：数控机床的动力装置.接收数控装置插补运算产生的信号指令，经过功率放大和信号分配，驱动机床伺
3、服电动机运动。 组成: 伺服控制电路、功率放大电路、伺服电机 分类:步进电机、直流伺服电机或交流伺服电机 从某种意义上说,数控机床的功能主要取决于数控装置,而数控机床的性能主要取决于伺服驱动系统.,4.测量反馈装置 该装置由测量部件和相应的测量电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。 常用的测量部件:脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅和磁尺等。,5. 机床本体,作用:机床本体是被控制的对象，是实现零件加工的执行部件，是数控机床的主体 组成:包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。,三 数控机床的工作原理,1.1.3 数控机床的分类,按加工工艺分类 按
4、控制系统的功能水平分类 按伺服装置的功能水平分类 按数控机床的档次分类,一.按加工工艺分类 普通数控机床： 如数控车床、数控铣床、 数控磨床、数控钻床等等 加工中心：带刀库和自动换刀装置 如：车削中心、加工中心 其它：三坐标测量机、机械手（工业机器人）、自动绘图机等,二.按控制系统的功能特点分类 点位控制的数控机床 点位-直线控制的数控机床 轮廓控制的数控机床,1.点位控制数控系统 仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动； 对轨迹不作控制要求； 运动过程中不进行任何加工。 适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。,2. 轮廓控制数控系统 具有控制几个进给轴同时谐调运动(
5、坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。 适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面零件的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。,三.按伺服系统的特点分类 按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。,特点：结构简单，步进驱动、步进电机，无位置速度反馈,开环控制数控机床,特点：精度较高，采用交流或直流伺服驱动及伺服电机，有角位移、角速度检测装置，结构紧凑,半闭环控制数控机床,闭环控制数控机床,特点：精度高，采用
6、交流或直流伺服驱动及伺服电机，有直线位移、速度检测装置，价格贵，调试困难,四、按联动轴数分 2轴联动（平面曲线） 3轴联动（空间曲面，球头刀） 4轴联动（空间曲面） 5轴联动及6轴联动（空间曲面，端铣刀） 联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。,五.按控制系统的功能水平分类,1.1.4 数控机床的特点及应用范围,适应性强 加工精度高，质量稳定 生产效率高，生产准备周期短 能实现复杂的运动 减轻劳动强度、改善劳动条件 有利于实现制造和生产管理的现代化,多品种小批量零件 结构较复杂，精度要求较高或必须用数学方法确定的复杂曲线、曲面等零件； 需要频繁改型的零件； 钻、镗、铰、锪、攻螺纹及铣削等多工
7、序联合加工的零件，如箱体、壳体等； 价格昂贵，不允许报废的零件； 要求全部检验的零件； 生产周期短的急需零件,应用范围,1.1.5 数控编程技术,把零件全部加工工艺过程及其他辅助动作，按动作顺序，用规定的标准指令、格式，编写成数控机床的加工程序，并经过检验和修改后，制成控制介质的整个过程称为数控加工的程序编制，简称数控编程。,数控编程的内容和步骤,数控编程方法,数控程序的编制方法有手工编程和自动编程两 种. 从零件图样分析及工艺设计、数值计算、书写程序单、制备控制介质直至程序的校验等各个步骤均由人工完成，则属手工编程。 编程工作的大部分或全部由计算机完成的过程称自动编程 , ，或称为计算机辅助
8、编程 .,1.1 基本概念,字的概念和功能指令 字即指令字，也称为功能字，它是由地址符和数字组成，是组成数控程序的最基本的单元，不同的地址符及其后续数字表示了不同的指令字及含义。,（1） 程序名功能字 （2） 程序段号功能字N （3） 坐标功能字 （4） 准备功能字G G指令分为模态指令（又称续效指令）和非模态指令（又称非续效指令）两类。模态指令表示该指令在一个程序段中一旦出现，后续程序段中一直有效，直到有同组中的其它G指令出现时才失效。,（5） 辅助功能字M （6） 进给功能字F （7） 主轴转速功能字S （8） 刀具功能字T,二 程序格式,程序的结构 一个完整的零件加工程序都是由程序名、程
9、序内容和程序结束指令三部分构成。程序内容是由若干个程序段组成，每个程序段由若干个指令字组成，每个指令字又由字母、数字、符号组成。,程序段格式 程序段格式是指一个程序段中字的排列顺序和表达方式。,主程序与子程序,典型的程序段可以按一定格式编成一个固定程序体，并单独加以命名，这个程序体就称为子程序。 子程序不可以作为独立的加工程序使用，它只能通过主程序调用，实现加工中的局部动作。 子程序的指令格式如下： 格式一： M98 P L； 格式二：M98 P,三 数控机床坐标系 坐标轴及其运动方向的规定 （1） 坐标系,机床坐标轴的确定方法,1）首先确定Z坐标 2）确定X坐标 3）确定Y坐标 4）确定A、
10、B、C 坐标 5）附加运动坐标,机床坐标系 机床坐标系是机床上固有的坐标系，机床坐标系的原点也称机床原点、机械原点，用“M” 表示， 工件坐标系 工件坐标系是编程人员在编程时使用的坐标系，也称编程坐标系或加工坐标系。工件坐标系原点称为工件原点或编程原点，用“W” 表示。,绝对坐标编程和相对坐标编程,四 数控编程中的数学处理,基点就是构成零件轮廓几何元素的起点、终点、圆心以及各相邻几何元素之间的交点或切点等。 用直线段或圆弧段拟合的方式去逼近轮廓曲线，逼近线段与被加工曲线的交点称为节点，,数控加工工艺基础,数控加工刀具及选用 常用刀具材料 (1) 高速钢 硬质合金 其他刀具材料,刀具几何角度的合
11、理选择 （1） 前角的选择 （2） 后角的选择 （3）主偏角及副偏角的选择,二：切削用量及工艺参数的确定,切削用量选择原则 （1） 粗加工切削用量 首先采用大的背吃刀量p，其次采用较大的进给量f，最后根据刀具耐用度选择合理切削速度c （2） 精加工（半精加工）切削用量 采用较小的背吃刀量和进给量，尽可能采用大的切削速度,三、工艺路线的拟订,1.表面加工方案的选择 加工经济精度和经济粗糙度 工件材料的性质 工件的结构形状与尺寸 生产率和经济性要求 特殊要求,加工阶段的划分,1）粗加工阶段 粗加工阶段的主要任务是尽快从毛坯上切除余量，精度和表面粗糙度要求不高。 2）半精加工阶段 在粗加工的基础上提高零件精度和表面质量，并留合适的余量，为精 加工作好准备工作。 3）精加工阶段 从工件表面切除少量余量，达到工件设计要求的加工精度和表面粗糙 度。磨削以及拉、铰削等加工方法属于精加工。 4）光整加工阶段 在精加工之后，从工件上不切除或切除极薄金属层，用以获得很光洁的表面（表面粗糙度值在Ra0.2m以下）或强化其表面的加工过程。,
