数控加工工艺与装备（PPT 41页）

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1、1.1 1.1 数控加工工艺系统概述数控加工工艺系统概述第第 1 章章 数控加工工艺系统数控加工工艺系统本章主要内容如下：本章主要内容如下：1.2 1.2 数控机床组成系统数控机床组成系统 1.3 1.3 数控加工与工艺技术的新发展数控加工与工艺技术的新发展1.1 1.1 数控加工工艺系统概述数控加工工艺系统概述1.1.1 1.1.1 数控加工数控加工工艺系统的概念与组成工艺系统的概念与组成1、工艺系统的概念、工艺系统的概念：在数控机床加工过程中，由在数控机床加工过程中，由机床、夹具、刀具和工件等组机床、夹具、刀具和工件等组成的系统，称为数控加工成的系统，称为数控加工工艺工艺系统系统。2、数控

2、加工工艺系统的组成、数控加工工艺系统的组成：由数控机床、夹具、刀具和由数控机床、夹具、刀具和工件等组成。工件等组成。工艺系统的组成工艺系统的组成1 1数控数控设备设备的工作原理的工作原理1.1.2 1.1.2 数控加工原理及加工过程数控加工原理及加工过程下图是数控设备的一般工作原理图：数控设备基本结构框图：2.2.数控加工过程数控加工过程零零 件件 图图 纸纸工工艺艺分分析析数数值值计计算算编编制制输输入入程程序序安安装装工工件件对对刀刀试试切切加加工工检检验验3.3.数控加工的内容数控加工的内容 一般来说，数控加工主要包括以下几个方面的内容：一般来说，数控加工主要包括以下几个方面的内容：(1

3、)(1)通通过过数数控控加加工工的的适适应应性性分分析析选选择择并并确确定定进进行行数数控控加加工的零件的内容；工的零件的内容；(2)(2)结结合合加加工工表表面面的的特特点点和和数数控控设设备备的的功功能能对对零零件件进进行行数控加工的工艺分析；数控加工的工艺分析；(3)(3)进行数控加工的工艺设计；进行数控加工的工艺设计；(4)(4)对零件图形进行数学处理和计算；对零件图形进行数学处理和计算；(5)编写加工程序单；编写加工程序单；(6)按程序单制作控制介质，如磁带、磁盘等；按程序单制作控制介质，如磁带、磁盘等；(7)检验与修改加工程序；检验与修改加工程序；(8)首件试加工以进一步修改加工程

4、序；首件试加工以进一步修改加工程序；(9)编制数控加工工艺技术文件，如数控加工工序卡，编制数控加工工艺技术文件，如数控加工工序卡，程序说明卡，走刀路线图等。程序说明卡，走刀路线图等。4.4.数控加工特点数控加工特点1 1对加工对象改型的适应性强对加工对象改型的适应性强2 2加工精度高加工精度高3 3加工生产率高加工生产率高4 4减轻操作者的劳动强度减轻操作者的劳动强度5 5良好的经济效益良好的经济效益6 6有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化 1.2 1.2 数控机床组成系统数控机床组成系统1.2.1 1.2.1 数控机床的组成数控机床的组成 数控机床是一种利用数控技术，按照事先编好数

5、控机床是一种利用数控技术，按照事先编好的程序实现动作的机床。它由的程序实现动作的机床。它由程序载体、输入装置、程序载体、输入装置、CNCCNC单元、伺服系统、位置反馈系统单元、伺服系统、位置反馈系统和和机床机械部件机床机械部件构成。构成。1.1.程序的载体程序的载体 程序的载体是人机交流的媒介。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种载体上，如穿孔纸带、盒式磁带穿孔纸带、盒式磁带或软磁盘软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元内。2.2.输入装置输入装置（1）控制介质输入）控制介质输入一种方法是通过纸带输入。另一种方法是软驱输入。(2)手动输入手动输入手动数据输入(Ma

6、nual Data Input,MDl)。程序编辑界面(EDIT)状态下，用按键输入。(3)直接输入存储器直接输入存储器 使用数控装置的串行口，直接读入在自动编程机上、其他计算机上或网络上编制好的加工程序。由信息的输入、处理和输出三个部分组成，是数控机床的中枢。程序载体通过输入装置将加工信息传给CNC单元，编译成计算机能识别的信息、由信息处理部分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。3CNC单元单元 伺服系统是数控机床的执行部分。它能将数控装置送来的指令信息加以放大，经功率放大后。通过机床进给传动元件(如齿轮减速箱和滚珠丝杠螺母等)

7、，去驱动机床移动部件(工作台或刀架)，以便精确定位或按照规定的轨迹和速度运动，使机床加工出符合图样要求的零件。信息输入到CNC单元内。伺服系统中常用的驱动装置有：开环伺服系统常用步进电动机，闭环伺服系统常用脉宽调速直流电动机和交流伺服电机等。4伺服系统伺服系统 位置反馈分为伺服电动机的转角位移反馈和数控机床执行机构(工作台)的位移反馈两种，运动部分通过传感器将上述角位移或直线位移转换成电信号，输送给CNC单元，与指令位置进行比较，并由CNC单元发出指令，纠正所产生的误差，适时控制机床的运动位置。5位置反馈系统位置反馈系统 除了主运动系统、进给系统主运动系统、进给系统（如工作台、刀架）、以及辅助

8、部分（辅助部分（如液压、气动、冷却和润滑部分等）和支撑部件支撑部件（如床身、立柱）等一般部件外，尚有些特殊部件，如储备刀具的刀库、自动换刀装置储备刀具的刀库、自动换刀装置(ATC)(ATC)、自动托盘交换装置自动托盘交换装置等。6机床的机械部件机床的机械部件1.2.2 1.2.2 数控机床的分类数控机床的分类1.按机床运动轨迹的分类按机床运动轨迹的分类（1）点位控制数控机床）点位控制数控机床点位控制点位控制 主要用于平面内的孔系，主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控弯管机和数控冲剪床等。直线控制数控机床直线控制数控机床又称为平行切削控制。一般只能加工矩形、台阶形零件。主要有比较简单的数控镗铣床、

9、数控车床和加工中心等。点位直点位直线线控制控制 （2）直线控制数控机床）直线控制数控机床 （3）轮廓控制数控机床）轮廓控制数控机床 轮廓控制轮廓控制就是刀具与工作相对运动时，能对两个或两个以上 坐标轴的运动同时进行控制。指的是可以同时控制2轴。主要用于数控车床加工回转曲面或数控铣床加工曲线柱面。a)b)2 2轴联动的轮廓加工轴联动的轮廓加工 2轴控制轴控制 即指两个轴连续控制、第3个轴作周期性的点位或直线控制，从而实现三个坐标轴X、Y、Z内的二维控制。二轴半联动的曲面加工二轴半联动的曲面加工 2.5轴控制轴控制 是指同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴联动，进行三维的立体加工，比较多的用于数控铣床

10、、加工中心等。3 3轴联动轴联动的曲面加工控制的曲面加工控制 3轴控制轴控制 是指同时控制四个坐标运动，即在X、Y、Z三个直角坐标轴之外，再加一个旋转坐标轴。4 4轴联动的数控机床轴联动的数控机床 4轴控制轴控制 五轴是指在直线坐标X、Y、Z以外，再加上围绕这些直线坐标旋转的旋转坐标A、B、C中的两个坐标，形成同时控制五个轴联动。5轴控制轴控制5轴联动的加工中心加工工件轴联动的加工中心加工工件 2.按伺服系统类型分类按伺服系统类型分类（1）开环伺服系统数控机床）开环伺服系统数控机床 这类机床的数控系统将零件的程序处理后，输出数字指令信这类机床的数控系统将零件的程序处理后，输出数字指令信号给伺服

11、系统，驱动机床运动，没有来自位置传感器的反馈信号。号给伺服系统，驱动机床运动，没有来自位置传感器的反馈信号。开环伺服系统数控机床特点：开环伺服系统数控机床特点：没有反馈信号。精度低。系统稳定性好。设计和调整方便。开环伺服系统数控机床应用：开环伺服系统数控机床应用：多应用于经济型数控和对旧机床的改造上。（2）闭环伺服系统数控机床）闭环伺服系统数控机床 在机床移动部件的位置上直接装有在机床移动部件的位置上直接装有直线位置检测装置直线位置检测装置，检测刀具或工作台的实际位移值并将检测到的位移值及时反检测刀具或工作台的实际位移值并将检测到的位移值及时反馈到馈到CNC装置中，与所要求的位移指令值进行比较

12、，装置中，与所要求的位移指令值进行比较，用比用比较的差值进行控制，直到差值消除为止。较的差值进行控制，直到差值消除为止。闭环伺服系统数控机床特点：闭环伺服系统数控机床特点：有位置反馈信号。很高的加工精度。设计和调整有较大的难度。系统不稳定。检测直线位移。闭环伺服系统数控机床应用：闭环伺服系统数控机床应用：用于一些精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精铣床等。（3）半闭环伺服系统数控机床）半闭环伺服系统数控机床 它是在开环控制系统的丝杠端头或电动机端头上装有检测它是在开环控制系统的丝杠端头或电动机端头上装有检测装置，通过检测丝杠的角位移（转角）和转速，间接地检测移装置，通过检测丝杠的角位移（转角）

13、和转速，间接地检测移动部件的实际位移量，然后反馈到动部件的实际位移量，然后反馈到CNC装置中进行位置比较，装置中进行位置比较，用比较的差值进行控制。用比较的差值进行控制。半闭环伺服系统数控机床特点半闭环伺服系统数控机床特点：精度介于开环、闭环之间。设计和调整较容易。系统的较稳定。检测角位移。半闭环伺服系统数控机床应用：半闭环伺服系统数控机床应用：配备精密滚珠丝杠的半闭环控制系统得到广泛采用。滚珠丝杠结构示意图滚珠丝杠结构示意图 1-丝杠 2-滚珠 3-回珠管 4-螺母 3.按数控系统功能水平的分类按数控系统功能水平的分类数控机床按数控系统功能水平可分为数控机床按数控系统功能水平可分为低、中、高

14、低、中、高三档。三档。档 次功 能低档数控机床中档数控机床高档数控机床进给当量和进给速度 进给当量为10m，进给速度在8-15mmin 进给当量为1m，进给速度为15-24mmin 进给当量为0.1m，进给速度为15-100mmin 伺服进给系统 开环、步进电动机 半闭环直流伺服系统或交流伺服系统 闭环伺服系统、电动机主轴、直线电动机 联动轴数 2-3轴 3-4轴 3轴以上 通信功能 无 RS232或DNC接口 RS232、RS485、DNC、MAP 接口 显示功能 数码管显示或简单的CRT字符显示 功能较齐全的CRT显示或液晶显示 功能齐全的CRT(三维动态图形显示)内装PLC 无 有 有强

15、功能的PLC，有轴控制的扩展功能 主CPU 8位或16位CPU 由16位向32位CPU过渡 32位向64位CPU 发展1 13 3 数控加工与工艺技术的新发展数控加工与工艺技术的新发展 1.1.高速化高速化 选用高速微处理器。选用高速微处理器。提高多轴控制水平。提高多轴控制水平。配置高速、配置高速、强强功能可功能可编编程序控制器程序控制器CPUCPU。2.2.多功能多功能 具有多种监控、检测及补偿功能。具有多种监控、检测及补偿功能。彩色彩色CRTCRT图形显示。图形显示。人机对话功能。人机对话功能。自诊断功能。自诊断功能。很强的通信功能。很强的通信功能。3.智能化智能化 工件自动检测、自动定心

16、。工件自动检测、自动定心。刀具折损检测及自动更换备用刀具。刀具折损检测及自动更换备用刀具。刀具寿命及刀具收存情况管理。刀具寿命及刀具收存情况管理。负载监控。负载监控。数据管理。数据管理。维修管理。维修管理。利用反馈控制实时补偿动量的功能。利用反馈控制实时补偿动量的功能。4.高精度化高精度化 加工中心的定位精度由加工中心的定位精度由2um提高到提高到1um。5.高可靠性高可靠性 提高数控系统的硬件质量。提高数控系统的硬件质量。模块化，标准化和通用化。模块化，标准化和通用化。6.网络化、柔性化、集成化网络化、柔性化、集成化 数控装备的网络化:(Siemens公司OME)CIMS、分布式、网络集成制造系统 7新技术标准、规范的建立新技术标准、规范的建立 研究和制定一种新的CNC系统标准ISOl4649(STEPNC),实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化 小小 结结 本章介绍了数控机床工艺系统的概念，重点分析了数控机床的工作原理、组成与特点及数控机床控制系统，要求掌握和了解数控机床的分类及应用范围及机床数控技术的发展趋势。再再 见见