数控加工工艺教案Word版

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1、第一章 数控加工技术概述备课人：学习本课程的目的1. 了解数控机床的产生；2. 了解数控机床的发展;课程的主要内容:1-1 数控机床的产生与发展1.数控机床的产生1.1 数控加工技术的内容（1）零件的加工工艺分析根据零件的材质、几何形貌、加工精度等要求，确定数控机床及刀具的选型（机床的数控轴数目、数控轴的控制形式，刀具的形式如球形刀、平底刀、锥形刀及鼓形刀等，刀具的材质）、并拟定相应的工艺方案。 （2）零件的几何建模根据零件的实体模型、工程设计图纸或CAD文件等建立零件待加工表面的曲面模型（参数化描述）。 *主要用到图形学、计算机辅助图形学方面的知识，多采用贝齐尔（Bezier）曲面、B样条曲

2、面或非均匀有理B样条（NURBS）曲面进行曲面描述。 *涉及的主要问题有：曲面的拟合精度、曲面的裁剪、曲面片的拼接与偏置、曲面片的过渡与求交等。 *清华大学（孙家广），浙江大学（石教英、谭建荣、柯映林），北京航空航天大学（唐荣锡、朱心雄），电子科技大学（叶尚辉）等。 （3）加工过程规划加工环节规划（如粗加工，精加工环节），刀具轨迹规划（粗加工刀具轨迹规划，精加工刀具轨迹规划）等。 *涉及的重要问题：刀具轨迹的规划方法，工件加工精度的控制，刀具与工件的干涉检验（切触干涉、刀底干涉和刀杆干涉），刀具的更换，刀具位姿的作业空间检验，加工路径长度的控制，机床进给速率的选定等。 / （4）刀具轨迹的生成

3、根据加工过程规划确定刀位数据（刀具的位姿数据）。 （5）加工过程坊真对（2）（4）过程进行计算机图形实体仿真、或刀具轨迹仿真。 （6）机床运动指令生成由刀位数据以及其它的相关功能（如换刀、刀具主轴控制、加工过程中的检验及冷却润滑等辅助功能要求）生成机床的运动指令。 （7）生成有效的加工代码根据机床运动指令生成相应的G代码与M代码。 （8）数控系统接收、解释加工代码，形成机床伺服轴及其它功能部件的运动控制信号。 （9）伺服驱动系统接受运动控制信号，功率放大，驱动机床伺服轴运动。 （10）机床主机在各伺服轴及相关功能部件的协调运动前提下，驱动刀具完成零件曲2.数控机床的发展P1、21-2 数控加工

4、的特点及适用对象学习本课程的目的1.数控加工的特点及主要技术指标课程内容1加工的特点:（1）具有复杂形状加工能力由于刀具自由度较多、其运动可以任意控制，数控加工能够完成普通加工方法难以或无法完成的复杂型面零件的加工作业。 （2）加工质量好采用数字程序控制实现自动加工，排除了人工操作带来的误差因素。此外，加工误差还可以通过数控系统由软件进行补偿与校正。因此，数控加工获得很好的加工质量。 （3）加工效率高数控机床在完成软件编程后，可自动控制刀具及各种辅助操作的运动。零件在一次装卡后，刀具几乎可以完成不同部位的加工作业。因此，加工的效率较高；特别是在加工复杂型面零件时，与普通机床相比具有更高的效率。

5、 2适用的对象:（1）具有复杂形状零件的加工如模具型腔、水轮机叶轮、航空发动机叶片、飞行器机翼等形貌复杂、加工精度要求较高的零件。 （2）常规零件的加工需进行多种工序联合加工的零件，公差带小、互换性高及精度要求高的零件，采用普通机床加工需设计、制造复杂工装的零件等。2. 数控编程技术的发展（1）APT数控加工语言20世纪50年代美国的麻省理工学院（MIT）设计出第一种用于机械零件数控加工程序编制语言APT；其后，MIT又组织美国各大飞机制造公司共同开发了APT-。到60年代，在APT-的基础上开发出的APT-进入实际应用。随后，结合计算机技术、图形学技术以及计算几何技术的发展，经过多次的修改充

6、实和完善，又相继发展成为APT-、APTAC和APT-/SS。经过历次的版本更新，APT由最初功能相对单一的数控加工编程语言发展成为集设计制造一体化的数控编程加工系统。 （2）APT衍生数控加工语言在APT语言的基础上，世界各国根据自身的需要开发了有一定特色和专用性更强的APT衍生语言。如美国的ADAPT、德国的EXAPT、日本的HAPT、英国的FAPT、法国的IFAPT及我国的EAPT等。 （3）CAD/CAM数控加工系统1972年，美国洛克西德-加利福尼亚飞机制造公司首先研制成功集计算机辅助设计、绘图仪及数控加工程序编制于一体的CADCAM系统。标志着CAD/CAM一体化时代的到来。197

7、5年，法国答索飞机制造公司引进了CADCAM系统，CALLBRB增加了二维设计和绘图功能。1978年在进一步扩充和开发的基础上，推出了CATIA系统。从此以后，数控编程系统进入了CAD/CAM一体化时代。 （4）应用较为广泛的数控编程系统APT-/SS、CADCAM、CATLA、EUKLID、UG、INTERGRAPH、PRO/ENGINEERING以及MASTERCAM等。国内也推出了NPU/GNCP、INTECAD等系统。 3. 数控编程的关键技术（1）复杂零件的几何建模目的：根据图纸或零件特征点数据建立满足精度要求的零件的几何模型。 （2）加工方案与加工参数的选择目的：选取合适的加工机床

8、、加工刀具组合以及合理的加工工艺。 （3刀具轨迹规划与路径生成目的：获得满足精度要求、具有较高加工效率、且能够同时满足工件及刀具与机床安全性的刀具运动路径和刀位数据。 （4）数控加工过程仿真目的：对数控加工的过程进行计算机仿真模拟，对加工方案、加工工艺，特别是刀具路径以及安全性进行检验。 （5）数控机床的后置处理目的：将生成的刀位数据转换为具体的机床加工数据。 第三节 数控机床的工作原理及组成 备课人：边秀芳教 学 方 法：板书、讲授 教学目的及要求：掌握数控机床的工作原理 数控机床的原理及组成 教 学 重 难 点：初步认识数控车床是怎样工作的 导 入 新 课：同学们，大家好，我们学习的是数控

9、机床，有没有人知道数控机床是个什 么东西，大家一定会说，加工工件的机器。还有呢，现在我们就正式开始 学习数控机床的工作原理以及它的组成 讲 授 新 课： 一、数控机床的工作原理 数控机床的工作原理 图样 程序 数 控 装 置 伺 服 机 构 机 床 本 体 工件 （1）、根据零件图样进行各项准备。 （2）、按规定格式编制出加工程序。 （3）、将加工程序以代码形式完整记录在信息介质上。 （4）、将代码转变为电信号输出。 （5）、数控装置将结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执行信号。 （6）、伺服系统向执行电机驱动机床进给机构发出严格指令。 二、数控机床的组成 控 制 装 置 数 控 装 置 伺服机

10、构 辅助控制装 机 床 本 体 检测装置图 1-1 数控机床组成示意图 1.控制介质 纸带、磁带、磁盘、键盘 控制介质上存储着加工零件所需要的全部操作信息和刀具相对工件的移动信息. 2、数控装置 数控装置是由专用计算机或通用计算机所组成。 控制系统的主要作用是对输入的零件加工程序进行数字运算和逻辑运算，然后向伺 服系统发出控制信号。 3、伺服机构 伺服系统的主要作用是根据数控系统发出的控制信号驱动执行元件运动。 4、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。 5、检测反馈装置 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

11、号，并反馈到机床的数控装置中。 6、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、 进给运动执行部件和床身、立柱、支承部件等。 第四节 数控机床的分类及应用 备课人:边秀芳教学目标:1.掌握数控机床的分类方法 2.掌握数控机床的分类. 3.掌握数控机床坐标系 4.掌握数控机床机械结构特点一、按工艺用途分类 1一般数控机床 最普通的数控机床有钻床、车床、铣床、镗床、磨床和齿轮加工机床。 2数控加工中心 加工中心是在一般数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置，构成一种带自动换刀装置的数控机床。 二、按加工路线分类 1点位控制机床 刀具与工件相对移动时，只控

12、制从一点运动到另一点的准确性，而不考虑两点之间的路径和方向。 2直线控制机床 刀具与工件相对移动时，除控制从起点刀终点的准确定位外，还要保证平行于坐标轴的直线切削运动。 3轮廓控制机床 刀具与工件相对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运动同时进行控制。 三、按可控制联动的坐标轴数分类 数控机床可控制联动的坐标轴数是指数控装置控制几个伺服电动机同时驱动机床移动部件运动的坐标轴数目。 1两坐标联动 数控机床能同时控制两个坐标轴联动，即数控装置同时控制X和Z方向运动，可用于加工各种曲线轮廓的回转体类零件。 2三坐标联动 数控机床能同时控制三个坐标轴联动，此时，铣床称为三坐标数控铣床，可用于加工曲面零

13、件。 3两轴半坐标联动 数控机床本身有三个坐标能作三个方向的运动，但控制装置只能同时控制两个坐标联动，而第三个坐标只能作等距周期移动。 4多坐标联动 能同时控制四个以上坐标轴联动的数控机床，多坐标数控机床的结构复杂、精度要求高、程序编制复杂，主要应用于加工形状复杂的零件。 四、按控制方式分类 1开环控制数控机床 开环控制数控机床系统中没有检测反馈装置，不检测运动的实际位置，没有位置反馈信号。指令信息在控制系统中单方向传送，不反馈。 2全闭环控制数控机床 安装在工作台上的检测元件将工作台实际位移量反馈到计算机中，与所要求的位置指令进行比较，用比较的差值进行控制，直到差值消除为止。 3半闭环控制数

14、控机床 半闭环控制系统采用转角位移检测元件，测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作台的实际位移量，反馈到计算机中进行位置比较，用比较的差值进行控制。 五、其它分类方式 1按加工方式分类 可以分为金属切削类数控机床、金属成形类数控机床、数控特种加工机床、其它类型数控机床等。 2按照功能水平分类 可分为高、中、低档三类。 六、数控机床的应用范围 1适于加工的零件 （1）多品种、小批量生产的零件。 （2）结构比较复杂的零件。 （3）需要频繁改型的零件。 （4）价值昂贵，不允许报废的关键零件。 （5）需要最小生产周期的急需零件。 （6）周期性投产的零件。 （7）新产品试制中的零件。 2典型数控机床的加工应用 （1）数控车床 1）几何精度要求高、尺寸精度要求高的回转体零件。 2）表面质量要求高的回转体零件。 3）表面形状复杂的回转体零件。 4）带特殊螺纹的回转体零件。 （2）数控铣床 1）平面轮廓类零件 2）变斜角类零件 3）空间曲面轮廓零件 （3）加工中心 1）箱体零件 2）盘、套、板类零件 3）整体叶轮类零件 4）模具类零件 5）异形零件 第五节 数控机床坐标系 在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序