模具的数控加工基本概念

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1、第4章 模具的数控加工,一、数控加工基本概念,1.数控与数控机床：数字控制是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称为数控(NC)，它是一种自动控制技术。数控机床就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。 2.数控加工：数控加工是指在数控机床上进行零件切削加工的一种工艺方法。 数控加工与普通加工方法的区别在于控制方式。在普通机床上进行加工时，机床动作的先后顺序和各运动部件的位移都是由人工直接控制。,一、数控加工基本概念,3.数控加工研究的主要内容 (1)数控加工工艺设计 工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，它必须在程序编制工作以前完成，因为只有工艺

2、设计方案确定以后，程序编制工作才有依据。包括以下内容： 1)选择并决定零件的数控加工内容。 2)零件图纸的数控加工工艺性分析。 3)数控加工的工艺路线设计。 4)数控加工的工序设计。 5)数控加工专用技术文件的编写。,二、数控机床加工, 特点：自动化程度高，生产率高；加工精度高，质量稳定；适应性强。为单件、小批、试制产品（主要是模具）提供了 较大的便利。 常用数控机床分类：数控铣床、数控磨床、数控镗铣床。,原理：根据工件形状和尺寸、材料、技术要求，进行程序设计；通过数控装置变换，发出相应的指令，控制机床的动作。,二、数控机床的工作原理与分类,1.数控机床的工作原理,数控机床的组成,图纸,存储介

3、质,数控装置,输入,输出,CNC装置,伺服驱动装置,伺服系统,执行机构,切削驱动装置,机床主体,检测装置,(1)控制介质 控制介质是用于记载各种加工信息(如零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等)的媒体，经输入装置将加工信息送给数控装置。 (2)数控装置 数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理之后，发出相应的脉冲送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。,二、数控机床的工作原理与分类,2.数控机床的组成,(3)伺服系统 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。

4、(4)机床本体 数控机床的本体包括：主运动部件，进给运动部件如工作台，刀架及传动部件和床身立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位、夹紧等辅助装置。,二、数控机床的工作原理与分类,2.数控机床的组成,3.数控机床的分类 (1)金属切削类 属于此类的有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控齿轮加工机床和加工中心等。 (2)金属成形类 属于此类的有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床、数控旋压机等。 (3)特种加工类 属于此类的有数控电火花线切割机床、数控电火花成形机床及数控激光切割焊接机等。 (4)其他类 属于此类的有数控火焰切割机床、数控激光热处理机床、三坐标测量机等。,二、数控机

5、床的工作原理与分类,三、数控加工的特点与应用,1.数控加工的特点 (1)加工精度高 数控机床是精密机械和自动化技术的综合，所以机床的传动精度与机床的结构设计都考虑到要有很高的刚度和热稳定性，它的传动机构采用了减小误差的措施，并由数控装置补偿，所以数控机床有较高的加工精度。 (2)自动化程度高和生产率高 数控加工是按事先编好的程序自动完成零件加工任务的，操作者除了安放控制介质及操作键盘、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运动情况外，不需要进行繁重的重复性手工操作，因此自动化程度很高，管理方便。,三、数控加工的特点与应用,1.数控加工的特点 (3)适应性强 当改变加工零件时，只需更换加工程

6、序，就可改变加工工件的品种，这就为复杂结构的单件，小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是普通机床很难加工或无法加工的精密复杂型面。 (4)有利于生产管理现代化 用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。,三、数控加工的特点与应用,1.数控加工的特点 (5)减轻劳动强度，改善劳动条件 操作者不需繁重而又重复的手工操作，劳动强度和紧张程度大大改善，另外工作环境整洁，劳动条件也相应改善。 (6)成本高 数控加工不仅初始投入大(数控设备及计算机系统)，而且复杂零件的编程工作量也很大，从而增加了它的生产成本。,三、数控加工的特点与应用,2.数

7、控加工的应用与目的 应用：数控加工有一般机械加工所不具备的许多优点，所以其应用范围不断扩大。但目前它并不能完全代替普通机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。 目的：解决单件、中小批量精密复杂零件的加工问题,三、数控加工的特点与应用,3.数控加工技术的发展历史 1)1952年，第一台数控机床，电子管元器件。 2)1959年，出现晶体管元器件。 1959年3月美国克耐杜列可公司（KT）发明了带有自动换刀装置的数控机床称为“加工中心”（Machining Center)。 60年代开始，除美以外的其他一些工业国家，如德，日开始开发和使用数控机床。 3)1965年，出现小规模集成电路

8、1967年英国产生了最初FMS（Flexible Manufacturing System）柔性制造系统几台数控机床连接成具有柔性的加工系统。,三、数控加工的特点与应用,3.数控加工技术的发展历史 4)19651970年期间，由于计算机技术的发展，小型计算机 的价格急剧下降。小型计算机开始取代专用数控计算机，出现了计算机数控系统（CNCComputerized NC）。数控的许多功能在软件中实现。CNC系统成为第四代系统。1970年美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出这种系统。 5）1970年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器 ,1974年，美，日等国首先研制出微处理器为核心的数控系统（

9、第五代 系统MNCMicrocomputerized NC）。近30年来，MNC机床得到飞速发展。,三、数控加工的特点与应用,4.数控加工技术的发展方向 (1)高速度高精度化 速度和精度是数控加工的两个重要技术指标，它直接关系到加工效率和产品质量。 (2)智能化 智能化是体现数控加工运用高技术的重要标志，它表现在运用自适应控制技术；运用人机会话自动编程功能，建立切削用量专家系统和示教系统；运用自诊断功能；运用模式识别技术。 (3)小型化 CNC系统体积的小型化便于将机、电装置揉合为一体。,三、数控加工的特点与应用,4.数控加工技术的发展方向 (4)提高可靠性 数控系统比较贵重，用户期望发挥投资

10、效益，要求设备可靠，特别是对要用在长时间无人操作环境下运行的数控系统，可靠性成为人们最为关注的问题。 (5)具有更高的通信功能 为适应FMC、FMS以及进一步联网组成CIMS的要求，一般的数控系统都具有RS232C和RS422高速串行接口，高档的数控系统应具有DNC接口。 (6)具有开放性 传统的数控系统是一种专用封闭式系统，各个厂家的产品之间以及与通用计算机之间不兼容，维修、升级困难，越来越难以满足市场对数控技术的要求。,四、数控机床的组成,1.数控与数控机床的概念 数控即数字控制（Numerical Control，简称NC），是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号进行控

11、制的一种方法。 数控机床（Numerical Control Tool）是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床。 计算机数控（Computer Numerical Control）系统是采用计算机控制加工功能，实现数字控制，并通过接口与外围设备连接。简称CNC系统。,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服装置、辅助控制装置、检测装置和机床本体组成，如图所示。,控制介质,数控装置,伺服机构,辅助控制装置,检测装置,机床本体,图11,主轴箱,立柱,电气柜,控制面板,主轴,床身,工作台,冷却液箱,四、数控机床的组成,

12、2.数控机床的组成 1）控制介质 控制介质是指将零件加工信息传送到数控装置去的程序载体。随数控装置类型的不同而不同，常用的有磁盘、移动硬盘、Flash（U盘）等。,a),b),c),常用的控制介质 a) 磁盘 b) 移动硬盘 c) U盘,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 2）数控装置 数控装置是数控机床的核心。如图13所示是某数控车床的数控装置。它由输入装置（如键盘，面板）、控制运算器和输出装置（如显示器）等构成。,数控装置,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 2）数控装置 操作面板 操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。 组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机

13、键盘一样）和显示器；。 它是数控机床特有的部件。,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 2）数控装置 控制介质与输入输出设备 控制介质是记录零件加工程序的媒介 输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 2）数控装置 通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有： 串行通讯

14、自动控制专用接口和规范 网络技术,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 3）CNC装置(CNC单元) 组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。 作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心。,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 4）伺服机构 伺服机构是数控机床的执行机构，由驱动装置和执行部件（如伺服电动机）两大部分组成，如

15、图所示。,a) 驱动装置,b ) 伺服电动机,伺服机构,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 5）辅助控制装置 辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。由于可编程控制器（PLC）具有响应快、性能可靠、易于使用、编程和修改程序，并可直接驱动机床电气等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。图所示为某可编程控制器的外观图。,辅助控制装置,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 6）检测装置 检测反馈装置将数控机床各个坐标轴的实际位移量、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到机床的数控装置中。 检测装置的检测元件有多种，常用的有直线光栅、光电编码器、圆光栅、绝对编码尺

16、等。,光电编码器,直线光栅,四、数控机床的组成,2.数控机床的组成 7）机床本体 机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括主运动部件、进给运动执行部件（如工作台、滑板及其传动部件）和床身、立柱、支承部件等。,五、数控机床的工作原理,数控机床加工零件的工作过程如图所示。加工步骤如下： （1）根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序段格式编写出加工程序。 （2）将所编写加工程序指令输入到机床数控装置中。 （3）数控装置对程序（代码）进行处理之后，向机床各个坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置发出控制信号。,五、数控机床的工作原理,数控机床加工零件的工作过程如图所示。加工步骤如下： （4）伺服机构接到执行信号指令后，驱动机床的各个运动部件，并控制所需的辅助动作。 （5）机床自动加工出合格的零件。,五、数控机床的工作原理,数控系统的主要功能 （1）多坐标控制（多轴联动） （2）准备功能（G功能） （3）实现多种函数的插补（直线、圆弧、抛物线等） （4）代码转换（EIA/ISO代码转换、英制/公制转换