《模具数控加工技术 教学课件 ppt 作者 陈子银 第1章 模具数控加工概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具数控加工技术 教学课件 ppt 作者 陈子银 第1章 模具数控加工概述（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.1数控机床概述,1.2CNC数控系统,1.3程序编制概述,思考与练习,第1章 模具数控加工概述,模具是一种技术密集、资金密集、劳动密集的产品，利用模具进行生产具有成本低、能耗少、质量优、效率高的特点，它在汽车、航空、电器等行业得到广泛应用。 如下图所示为数控机床加工汽车用模具。,1.1 数控机床概述,数控技术是一个综合性很强的技术学科，它涉及系统控制、工业设计、机械结构、变频调速、网络通讯和信号分析等范围很广和适用性很强的技术领域。自数控机床出现来，现已逐步形成CAD/NCP/CAM/CAE/CAPP（计算机辅助设计/数控编程/计算机辅助制造/计算机辅助工程/计算机辅助工艺设计）信息集成的
2、重要环节，为向现代柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）方向发展奠定了基础。,数控机床加工的模具零件,从种类上来看可分为以下类型:,具有特种型面的模具工作零件，如凸、凹模、型芯及球面模柄等,套、孔类零件，如导套、定和动模板套、浇口套与压边圈,销轴类的定位、卸料零件，如定位销、挡料销、顶销、推杆以及导柱、滚轮、模柄等,板块类的支承零件，如上下模板、导向板、导料板、各类支承板、固定板与导块、镶块、滑块等,抽芯机构中的斜楔,螺纹成形零件，如压塑模中的螺纹成形杆与成形环、螺纹嵌件，注射模中的螺纹型芯环,1.1.1数控机床基本概念,数字控制，简称数控（Numeri
3、cal Control）是利用数字指令对机械动作进行控制的方法 。,数控系统（Numerical Control system）是采用数字控制的系统。,计算机数控系统（Computer Numerical Control）是用计算机控制实现数数控技术（Numerical Control technology）是用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。目前，计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、敏捷制造（AM）和智能制造（IM）等先进制造技术都建立在数控技术基础上。控功能的系统。,数控机床（Numerical Control Mach
4、ine Tools）是用数字指令进行控制的机床，机床的所有运动，包括主运动、进给运动与各种辅助运动都是用输入数控装置的数字信号来控制的，其加工过程可用下图所示的框图来描述。,数控加工技术是指高效、优质地实现产品零件特别是复杂零件加工的技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工的基础与关键技术。,计算机辅助设计和制造简称CAD/CAM，是以计算机作为主要技术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成从产品设计到加工制造整个过程的各项活动。模具CAD/CAM技术的主要特点是设计与制造过程的紧密联系设计制造一体化，其实质是设计和制造的综合计算机化，主要设计与制造加工的是各类模具零件。目前这类软
5、件较多，典型的CAD/CAM软件主要有Master CAM、CAXA、I-DIAS、UG、CATIA、CADDS、DOCT等，其中我国应用较多的有Master CAM、CAXA、Pro/E、UG软件。,1. 1 .2数控机床的组成与工作原理,1.数控机床的组成 数控机床的组成通常是由程序载体、CNC装置、伺服系统、检测与反馈装置、辅助装置、机床本体。,（1）程序载体 程序载体是用于存取零件加工程序的装置。可将加工程序以特殊的格式和代码存储在载体上，常用的有磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等。由于复杂模具和大型零件的加工程序占用内存空间大与网络DNC技术的发展，目前将加工程序的执行方式按数控机床控制系统
6、的内存空间大小分为两种方式：一种是采用CNC方式，即先将加工程序输入机床，然后调出来执行；另一种是采用DNC方式，即将机床与计算机连接，机床的内存作为存储缓冲区，加工程序由计算机一边传送，机床一边执行。,（2）CNC装置（又称计算机数控装置） CNC装置是CNC系统的核心，主要包括微处理器（CPU）、存储器、局部总线、外围逻辑电路和输入/输出控制等。 CNC装置接受的是输入装置送来的脉冲信号；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，控制机床的各部分，使其进行规定的、有序的动作。,（3）伺服系统 伺服系统的作用是把来自数控装置的运动指令进行放大处理，驱
7、动机床移动部件的运动，使工作台和主轴按规定的轨迹运动，加工出符合要求的产品。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。 伺服系统包括驱动装置和执行装置两大部分，由伺服驱动电路、功率放大电路、伺服电动机和传动机构等组成。常用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。,（4）检测与反馈装置 检测与反馈装置有利于提高数控机床加工精度。它的作用是：将机床导轨和主轴移动的位移量、移动速度等参数检测出来，通过模数转换变成数字信号，并反馈到数控装置中，数控装置根据反馈回来的信息进行判断并发出相应的指令，纠正所产生的误差。,（5）辅助装置 辅助装置是把计算机
8、送来的辅助控制指令经机床接口转换成强电信号，用来控制主轴电动机起停、冷却液的开关及工作台的转位和换刀等动作。,（6）机床本体 机床本体即数控机床的机械部件，包括主运动部件、进给运动执行部件（如：工作台、拖板及其传动部件等）和支承部件，还包括具有冷却、润滑、转位和夹紧等功能的辅助装置。数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但是，由于数控机床的高速度、高精度、大切削用量和连续加工要求，其机械部件在精度、刚度、抗震性等方面要求更高。因此，近年来在设计数控机床时采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施。,2.数控机床的工作原理 分析图1.5所示的数控机床工作过程和图1.6所示的数控机床
9、组成可以知道，其工作原理是将零件加工信息用代码化的数字信息记录在程序载体上，然后送入数控系统，经过译码、运算控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件的数控加工过程。,1.1.3数控机床的分类与特点,1.数控机床的分类 （1）按工艺用途分类 金属切削类数控机床 主要有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床和加工中心等。 金属成型类数控机床 主要有数控折弯机、数控弯管机和数控转头压力机等。 数控特种加工机床 主要有数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控冲床和数控激光切割机床等。 其他类型数控机床 主要有数控三坐标测量机等。,（2）按运动轨迹分类 点
10、位控制数控机床 点位控制数控机床的特点是在刀具相对于工件移动过程中，不进行切削加工，它对运动的轨迹没有严格要求，只要实现一点到另一点坐标位置的准确移动，几个坐标轴之间的运动没有任何联系。属于这类机床的有数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机等。 直线控制数控机床 直线控制数控机床不仅要求具有准确的定位功能，还要求从一点到另一点按直线运动进行切削加工，刀具相对于工件移动的轨迹是平行机床各坐标轴的直线或两轴同时移动构成45的斜线。属于这类机床的有数控车床、数控磨床、数控铣床和加工中心等。 轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上的坐标轴进行连续的切削加工控制，它不仅能控制机床移动部
11、件的起点和终点坐标，而且能按需要严格控制刀具移动的轨迹，以加工出任意斜线、圆弧、抛物线及其他函数关系的曲线或曲面。属于这类机床的有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控电火花线切割机床和加工中心等。,（3）按伺服控制方式分类 开环控制数控机床 开环控制数控机床结构简单，没有测量反馈装置，数控装置发出的指令信号流是单向的，所以不存在系统稳定性问题。因为无位置反馈，所以精度不高，其精度主要取决于伺服驱动系统的性能。 开环控制数控机床是这样工作的，将控制机床工作台或刀架运动的位移距离、位移速度、位移方向和位移轨迹等参量通过输入装置输入CNC装置，CNC装置根据这些参量指令计算出进给脉冲序列（脉冲个数对应
12、位移距离、脉冲频率对应位移速度、脉冲方向对应位移方向、脉冲输出的次序对应位移轨迹），然后对脉冲单元进行功率放大，形成驱动装置的控制信号。最后，由驱动装置驱动工作台或刀架按所要求的速度、轨迹、方向和移动距离，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。 开环控制数控机床一般由功率步进电机作为伺服驱动单元。具有工作稳定、反应迅速、调试方便、维修简单、价格低廉等优点。在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。但是，由于步进电机的低频共振及丢步等原因，使其应用有逐渐减少的趋势。在我国，经济型数控机床一般都采用开环控制。,半闭环控制数控机床 由伺服电机采样旋转角度而不是检测工作台的实际位置。因此，
13、丝杠的螺距误差和齿轮或同步带轮等引起的误差难以消除。半闭环控制数控系统环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此控制性能稳定。而机械传动环节的误差，大部分可用误差补偿的方法消除，因而仍可获得满意的精度。目前，大部分数控机床采用半闭环控制。,全闭环控制数控机床 采样点从机床的运动部件上直接引出，通过采样工作台运动部件的实际位置，即对实际位置进行检测，可以消除整个传动环节的误差和间隙，因而具有很高的位置控制精度。但是由于位置环内的许多机械环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故障容易造成系统的不稳定，造成调试困难。这类系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床和螺纹车床等。,（4）按功能水平分类
14、 经济型数控机床 经济型数控机床是指采用步进电动机驱动的开环控制的数控机床。这种机床一般精度较低、价格便宜、功能简单，适用于自动化程度要求不高的场合。 全功能型数控机床 全功能型数控机床的功能齐全、价格较贵。适用于加工复杂零件。 精密型数控机床 精密型数控机床采用闭环控制，它不仅具有全功能型数控机床的全部功能，而且机械系统的动态响应较快。适用于精密和超精密加工。,2.数控机床的特点 数控机床具有较普通机床切削加工无法比拟的优点： （1）对加工对象的适应性强 （2）加工精度高 （3）生产效率高、经济效益好 （4）可靠性高 （5）减轻了操作者劳动强度 （7）具有很强的通信功能 当然，数控机床在应用
15、中也有其不足之处： （1）初始投资大； （2）维护工作量大； （3）对操作者的技能水平要求较高。,1.1.4数控机床的应用与发展趋势,1.数控机床的应用 根据数控机床本身的特点，一般它适合加工以下零件： （1）多品种小批量零件的生产； （2）更新换代频繁的产品零件； （3）形状复杂的难加工零件； （4）大型、不允许报废的关键零件； （5）尺寸精度要求严格的零件。,2.数控机床的发展趋势 回顾数控机床的发展，其主要经历了三个阶段：NC阶段、CNC阶段和ONC阶段。NC与CNC的主要区别在于：NC的内部结构为硬接线系统，机床的控制功能不能轻易改变；CNC的内部结构为软接线系统，机床的控制功能随系统
16、控制程序（软件）的变化而变化。 为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面： （1）高速、高效、高精度、高可靠性 高速、高效 高精度 高可靠性 （2）模块化、智能化、柔性化和集成化 模块化、专门化与个性化 智能化 柔性化和集成化 （3）开放性 （4）出现新一代数控加工工艺与装备 总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，使柔性自动化加工技术水平不断提高。,1.2 数控系统,我们一般将数控系统的概念广义化，定义成由控制器、机械结构和伺服单元等三个主要部分组成的产品模式。其中控制器就是我们通常所说的计算机数控系统，它由专用或通用计算机硬件加上系统软件和应用软件组成，完成数控装备的运动控制功能，人机交互功能，数据管理功能和相关的辅助控制功能，是数控装备功能实现和性能保证的核心组成部分，是整个数控体系的中心模块。一般CNC系统的控制精度很大程度上取决于硬件，而CNC系统的功能很大程度
