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1、第一节 数控机床概述一、数控机床的概念数控机床是一种通过数字信息控制机床按给定的运动规律，进行自动加工的几点一体化新型加工装备。一个国家的机床数控化率，反映了这个国家机床工业和机械制造业水平的高低，同时也是衡量一个国家科技进步的重要标志之一。它对于实现生产过程的自动化，促进科技进步和加速现代化建设，都有十分重大的意义。发达国家视数控技术为机械工业发展的战略重点，而大力推进和发展数控技术。二、数控机床的特点1、加工精密度高，产品质量稳定；因为数控机床是按照预定的加工程序自动进行加工，加工过程消除了操作者人为的操作误差，所以零件加工的一致性好，而且加工精度还可以利用软件来进行校正及补偿，因此可以获
2、得比机床本身精度还要高的加工精度及重复精度。2、适用范围广；数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工。因此数控机床在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。3、生产效率高；采用数控机床比普通机床可以提高生产效率2-3倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可提高十几倍至几十倍。4、劳动强度低；数控机床在输入纸带启动后，就能自动连续加工，直至工件加工完毕自动停车。这样就简化了工人的操作，对工人的加工技术水平要求降低了。同时，在加工过程中，工人的紧张程度也大为减轻。5、有利于生产管理；用数控机床加工零件，能准确地计划零件的加工工时，简化检验工作，减轻工夹具、半成品的管理工作
3、，减少因误操作造成废品和损坏刀具的可能性。这些都利于生产管理水平的提高，可实现生产管理现代化。6、有利于产品的更新改型；用数控机床加工零件，在产品改型时只需重新制作信息载体或重新编制手动输入程序，就能实现对新零件的加工。三、数控机床所涉及的主要技术数控机床是综合了当今世界上许多领域最新的技术成果。主要包括精密机械、计算机及信息处理、自动控制及伺服驱动、精密检测及传感和网络通讯等技术。这些技术的核心是由微电子技术向精密机械技术渗透所形成的机电一体化技术。四、数控机床的主要性能指标1、数控机床的精度指标 定位精度和重复定位精度定位精度是指数控机床上工作台等移动部件在确定的终点所到达的实际位置的精度
4、，因此移动部件实际位置与理想位置之间的误差称为定位误差。定位误差将直接影响零件加工的位置精度。重复定位精度是指在同一台数控机床上，应用相同程序代码加工一批零件，所达到的连续结果的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。它影响一批零件加工的一致性，是一项非常重要的性能指标。 分度精度分度精度是指分度工作台在分度时，理论要求回转的角度和实际回转的角度值的差值。分度精度既影响零件加工部位在空间的角度位置，也影响孔系加工的同轴度等。 分辨度与脉冲当量分辨度是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。对测量系统而言，分辨度是可以测量的最小增量；对控制系统而言
5、，分辨度是可以控制的最小位移增量，即数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量，一般称为脉冲当量。脉冲当量是指设计数控机床的原始数据之一，其数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量。2、数控机床的可控轴数与联动轴数数控机床的可控轴数是指机床装置能够控制的坐标数目。数控机床的联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目。目前有两轴联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动等。三轴联动数控机床可以加工空间复杂曲面；四轴联动、五轴联动数控机床可以加工宇航叶轮、螺旋桨等零件。3、数控机床的运动性能指标数控机床的运动性能指标主要包括主轴转速、进给速度、坐标行程、摆角范围和刀库
6、容量及换刀时间等。五、数控机床的组成及结构1、数控机床的组成从广义上来说，数控机床由以下几部分组成，其原理框图如下所示：程序载体输入装置数控装置伺服驱动系统强电控制装置检测装置机床（主运动，进给运动，辅助操作）2、数控机床的典型结构在数控机床发展的最初阶段，人们通常将传统机床装备上数控装置，或将通用机床进行局部改进就认为是一台很好的数控机床，随着数控技术的发展，对数控机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。因此，传统机床的一些弱点例如结构刚性不足，抗震性差，滑动面的摩擦阻力较大以及传统元件中的间隙等，就越来越明显，它的某些结构限制着数控机床技术性能的发挥，因此，现代数控机床在机械结构上许
7、多地方与普通机床显著不同。现今的数控机床有着独特的机械结构，除了基础部件外，主要由以下各部分组成：1 主传动系统；2 伺服系统；3 进给系统；4 工件实现回转、定位的装置及附件；5 自动换刀装置；6 实现某些动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置；7 实现其他特殊功能装置如监控装置、加工过程图形显示、精度检测等。第二节 铣削和车削的工艺基本原理一、切削率和速度( 铣削）每个单独范例中刀具的最优速度取决于切削刀具材料等级、工件的材料以及刀具直径。在实践工作中，刀具的最优速度通常是在未经任何计算而是根据多年的经验输入的。然而确定最优速度的最佳方法是，根据适用表格
8、中指定的切削速度计算出最优速度值。确定切削速度 :首先，根据制造商目录或者参考表手册确定最优的切削速度。平均值 Vc = 应该选择 115 m/min。计算速率：使用切削速度和已知的刀具直径计算速率 n。以下实例示范如何计算两种刀具的速率：在这种情况下，输入将为 S580和S900。在这种速率下，切削速度可达到 115 m / min。要确定刀具切削，必须给该切削速度或者速率分配刀具进料速度。进给率的基本值是特征量“每齿进给”。 确定每齿进给：像切削速度一样，每齿进给的数值同样也是使用参考表手册或者刀具制造商的适用文件确定的。确定进给率：进给率 vf 是通过每齿进给、齿数和已知的速率计算出来的
9、。以下实例示范如何用不同的齿数计算进料速度：d1 = 63mm, z1 = 4 d2 = 63mm, z2 = 9在这种情况下，输入值四舍五入为 F340和 F780在这种进给率下，每齿进给可达到 0.15 mm。二、切削率和速度( 车削）和铣削不同，车削通常要求直接对期望的切削速度进行程序设计，即在粗加工、精加工和切入磨削时对切削速度进行程序设计。只要当钻削和 ( 大多数情况下）当切削螺纹时，才使用程序设计的期望速度。确定切削速度：首先，根据制造商目录或者参考表手册确定最优的切削速度。粗加工、精加工和切入磨削时的切削速度固定值vc( G96)：要确保选择的切削速度适用于每种工件直径，应通过控
10、制系统使用命令G96=固定切削速度采用适用的速率。该程序可以通过使用直流电动机或者变频三相电动机执行。 通过缩小直径，在理论上速率可以无限增大。为了避免由于径向力过大造成的事故，必须通过程序设计极限速度，例如将速度限定在每分钟转数 （r.p.m） 3,000 次以内。在这种情况下，输入量应为 G96 S180 LIMS=3000。钻削和切削螺纹时的固定速率 n ( G97)：由于在钻削时速率是固定的，在这种情况下必须使用命令 G97 = 固定速率。The spe速率取决于期望的切削速度 ( 在这种情况下选择 120 m / 分）以及刀具直径。在这种情况下，输入量应为 G97 S1900。要确定
11、刀具切削，必须给该切削速度或者速率分配刀具进给率。进给率的基本值是特征量“每齿进给”。确定进给：像切削速度一样，进给的数值同样也是使用参考表手册或者刀具制造商的适用文件或者根据经验知识确定的。进给量和进给率之间的相互关系：固定的进给量f 和进给率vf产生的适用速率。 由于速率不同，不同的直径上的进给率也不同(尽管程序设计的进给相同）。第三节 手工编程中的数学问题在手工编程工作中，数学处理不仅占有相当大的比例，有时甚至成为零件加工成败的关键。它不仅要求编程人员具有较扎实的数学基础知识，还要求掌握一定的计算技巧，并具有灵活的处理问题的能力，才能准确和快捷地完成计算处理工作。一、数学处理的内容数学处
12、理的内容包括数值换算、尺寸链解算、坐标值计算和辅助计算等。二、手工编程中常用的计算方法1、作图计算法作图计算法是以准确绘图为主，并辅以简单加、减运算的一种处理方法，因其实质为作图，故在习惯上也称为作图法。其绘图、计算后所得将诶过得准确度，完全由绘图得精度确定。作图计算法的要求有：1 要求绘图工具的质量较高；2 绘图要做到认真、仔细并保证度量准确；3 图线应尽量细而清晰，多次绘制同一个同心圆时，要避免圆心移位；4 图形严格按比例进行，当采用坐标纸进行绘图时，可尽量选用较大的放大比例，并尽可能使基点落在坐标格的交点上。2、代数和平面几何计算法代数计算法常用公式：(1) 乘方公式：（ab）2=a22
13、ab+b2(2) 一元一次方程ax2+bx+c=0(a0)的求根公式平面几何计算法常用知识点：（1） 勾股定理（2） 相似三角形原理 3、三角函数计算法三角函数计算法简称三角计算法。在手工编程中，因为这种方法比较容易掌握，所以应用十分广泛，是进行数学处理时重点掌握的方法之一。三角计算法主要应用三角函数关系式及部分定理： 在直角三角形ABC中，a、b、c分别是A、B、C的对边，C为直角。则定义以下运算方式：sinA=A的对边长/斜边长，sinA记为A的正弦；sinAa/c cosA=A的邻边长/斜边长，cosA记为A的余弦；cosAb/c tanA=A的对边长/A的邻边长，tanAsinA/co
14、sAa/b tanA记为A的正切；当A为锐角时sinA、cosA、tanA统称为“锐角三角函数”。 sinAcosB sinBcosA常见三角函数：在平面直角坐标系xOy中，从点O引出一条射线OP，设旋转角为，设OP=r，P点的坐标为(x,y)。在这个直角三角形中，y是的对边，x是的邻边，r是斜边，则可定义以下六种运算方法：基本函数表达式语言描述正弦函数sin=y/r角的对边比斜边余弦函数cos=x/r角的邻边比斜边正切函数tan=y/x角的对边比邻边余切函数cot=x/y角的邻边比对边正割函数sec=r/x角的斜边比邻边余割函数csc=r/y角的斜边比对边 正弦定理 余弦定理 4、平面解析几
15、何计算法因为数控机床加工的零件轮廓多由直线和圆弧组成，所以这里主要介绍采用直线和圆的方程解其基点坐标的计算方法。1 常用直线方程的形式（1） 直线方程的一般形式： 式中A、B、C为任意实数，并且A、B不能同时为零。（2） 直线方程的标准形式（斜截式）： 式中k为直线的斜率，即倾斜角的正切值；b为直线在Y轴上的截距。（3） 直线方程的点斜式式中、为直线通过已知点的坐标。（4） 直线方程的两点式式中、为直线上已知点1的坐标；、为直线上已知点2的坐标。（5） 直线方程的截距式式中a、b分别为直线在X、Y轴上的截距。（6） 直线方程的法线式式中为正想X轴与正向法线（n）间沿逆时针方向的夹角。P为直线到坐
