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1、数控加工技术实训l邢台职业技术学院机电系l数控技术教研室2024/9/61单元1 数控加工技术基础单元1 数控加工技术基础 内容提要：内容提要：内容提要：内容提要：实训目的与要求实训目的与要求数控加工的基本知识数控加工的基本知识数控机床的分类数控机床的分类数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成数控加工的基本术语数控加工的基本术语实训内容实训内容 2024/9/62 2单元1 数控加工技术基础1.1 实训目的与要求1、实训目的通过对数控加工技术基础知识的学习和训练，了解和掌握数控机床的加工原理、基本组成部分和机械结构，为数控加工技术实训打下基础。2、实训要求了解数控加工技术的基本知识：
2、数控加工的基本概念，数控机床的产生与发展，数控机床的机械结构的特点，数控机床的分类等；理解并掌握数控机床的工作原理及组成，掌握数控加工的基本术语；完成数控机床认识实训的内容。 2024/9/63 3单元1 数控加工技术基础1、产生背景从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：v自动机床 v组合机床v专用自动生产线它们存在固有的缺点：v初始投资大v准备周期长v柔性差主主轴轴承承盖盖加加工工数数控控组组合合机机床床轴承盖加工自动线轴承盖加工自动线1.2 数控加工的基本知识数控加工的基本知识 2024/9/64 4单元1 数控加工技术基础上述方法仅适用批量较大的零件生产。然而，随着市场竞争的日
3、趋激烈产品更新换代周期缩短，批量大的产品越来越少，而小批量产品的生产所占的比重越来越大，约占总加工量的80以上。在航空、航天、重型机床以及国防部门尤其如此。因此，迫切需要一种精度高、柔性好的加工设备来满足上述需求，这是机床数控技术产生和发展的内在动力。另一方面，电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的进步提供了坚实的技术基础，这是机床NC技术产生和发展的可能性。NC技术正是在这种背景下诞生和发展起来的。它极其有效地满足了上述要求，为小批量、精密复杂的零件生产提供了自动化加工手段。它的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了加工自动化技术的发展。1.2 数控加工的基本知识数控加工的基本知识 2
4、024/9/65 5单元1 数控加工技术基础2 2、发展沿革、发展沿革vv19521952研制了世界第一台三坐标立式数控铣床。研制了世界第一台三坐标立式数控铣床。vv50-6050-60年代，发展到年代，发展到NCNC（硬件数控）阶段。硬件数控）阶段。vv7070年代，年代， 发展到发展到CNCCNC（计算机数控）阶段。计算机数控）阶段。vv8080年代，出现高速高精度年代，出现高速高精度CNCCNC的开发和应用阶段。的开发和应用阶段。vv9090年代，基于年代，基于PCPC的开放式的开放式CNCCNC的开发与应用。的开发与应用。vv当代，也主要是基于当代，也主要是基于PCPC的的CNCCNC
5、开放式系统，软件有所提高。开放式系统，软件有所提高。1.2 数控加工的基本知识数控加工的基本知识 2024/9/66 6单元1 数控加工技术基础 一、按加工工艺方法分类1、一般数控机床q切削加工类：捷克托斯数控镗床CKA6150数控车床哈挺数控磨床1.3 数控机床的分类2024/9/67 7单元1 数控加工技术基础q成型加工类：成型加工类：数控折弯机数控弯管机数控型材弯弧机1.3 数控机床的分类内容讲解内容讲解2024/9/68 8单元1 数控加工技术基础qq特种加工类：特种加工类：特种加工类：特种加工类：火花成型线切割机火花小孔激光加工1.3 数控机床的分类2024/9/69 9单元1 数控
6、加工技术基础qq其它类型：其它类型：其它类型：其它类型：三坐标测量机CNC影像仪1.3 数控机床的分类2024/9/61010单元1 数控加工技术基础德马吉立式加工中心2、带自动换刀装置的数控机床（加工中心）卧式加工中心德马吉万能车削中心1.3 数控机床的分类2024/9/61111单元1 数控加工技术基础qq点位控制数控系统仅能实现刀具相对于工件仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定从一点到另一点的精确定位运动；位运动；对轨迹不作控制要求；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加运动过程中不进行任何加工。工。适用范围：数控钻床、数适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控控镗床、数
7、控冲床和数控测量机。测量机。二、按控制系统功能特点分类1.3 数控机床的分类2024/9/61212单元1 数控加工技术基础q点位直线控制数控系统点位直线控制数控机床的特点是机床移动部件不仅要实现由一个位置到另一个位置的精确移动定位，而且能够实现平行坐标轴方向的直线切削加工运动。 点位直线数控机床虽然扩大了点位控制数控机床的工艺范围，但它的应用仍然受到了很大的限制 运动过程中不进行任何加工。适用范围：简易数控车床、数控铣镗床 。1.3 数控机床的分类2024/9/61313单元1 数控加工技术基础qq轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统 轮廓控制轮廓控制( (连续控制连续控制) )系统：具系统：具
8、有控制几个进给轴同时谐调运有控制几个进给轴同时谐调运动动( (坐标联动坐标联动) )，使工件相对于，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。切削加工的数控系统。 适用范围：数控车床、数控铣适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控床基本上都是装备的这种数控系统。系统。1.3 数控机床的分类2024/9/61414单元1 数控加工技术基础 三、按伺服系统的特点分类q按数控系统的进给伺服子系
9、统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。1.3 数控机床的分类2024/9/61515单元1 数控加工技术基础q开环数控系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。电机机械执行部件A相、B相C相、f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大1.3 数控机床的分类2024/9/61616单元1 数控加工技术基础q无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。q一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。q这类系统具有结构简
10、单、工作稳定、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。一般用于经济型数控机床。1.3 数控机床的分类2024/9/61717单元1 数控加工技术基础q 半闭环数控系统半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。位置控制调节器位置控制调节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈1.3
11、数控机床的分类2024/9/61818单元1 数控加工技术基础1.3 数控机床的分类2024/9/61919单元1 数控加工技术基础半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。1.3 数控机床的分类2024/9/62020单元1 数控加工技术基础q 全闭环数控系统全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运
12、动部件的实际位置进行检测。位置控制调节器位置控制调节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈1.3 数控机床的分类2024/9/62121单元1 数控加工技术基础1.3 数控机床的分类2024/9/62222单元1 数控加工技术基础从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统
13、的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。1.3 数控机床的分类2024/9/62323单元1 数控加工技术基础l 按联动轴数分q2轴联动（平面曲线）q3轴联动（空间曲面，球头刀）q4轴联动（空间曲面）q5轴联动及6轴联动（空间曲面） 。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。 四、按控制系统的功能水平分类1.3 数控机床的分类2024/9/62424单元1 数控加工技术基础 图图 不同联动轴数所能加工的型面不同联动轴数所能加工的型面(a) 二轴联动；二轴联动； (b) 二轴半联动；二轴半联动； (c) 三轴联动三轴联动1.3
14、数控机床的分类2024/9/62525单元1 数控加工技术基础图图 五轴联动铣削曲面零件五轴联动铣削曲面零件 1.3 数控机床的分类2024/9/62626单元1 数控加工技术基础图图 六轴加工中心坐标示意图六轴加工中心坐标示意图1.3 数控机床的分类2024/9/62727单元1 数控加工技术基础l 按数控系统类型分类q经济型数控系统（又称简易数控系统） 这一档次的数控机床仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，具有数码显示，CRT字符显示功能，机床进给由步进电动机实现开环驱动，控制的轴数和联动轴数在3轴或3轴以下。1
15、.3 数控机床的分类2024/9/62828单元1 数控加工技术基础q普及型数控系统（通常称之为全功能数控系统）这类数控系统功能较多，除了具有一般数控系统的功能以外，还具有一定的图形显示功能及面向用户的宏程序功能等，采用的微机系统为16位或32位微处理机，具有RS-232C通信接口，机床的进给多用交流或直流伺服驱动，一般系统能实现4轴或4轴以下联动控制。1.3 数控机床的分类2024/9/62929单元1 数控加工技术基础q高档数控系统 采用的微机系统为32位以上微处理机系统，机床的进给大多采用交流伺服驱动，除了具有一般数控系统的功能以外，应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制。具有三维动画图
16、形功能和宜人的图形用户界面，同时还具有丰富的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现与计算机的联网和通信。1.3 数控机床的分类2024/9/63030单元1 数控加工技术基础q基于PC的开放式数控系统 用通用微机技术开发数控系统可以得到强有力的硬件与软件支持，这些软件和硬件的技术是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具备了全功能数控系统的所有功能。 1.3 数控机床的分类2024/9/63131单元1 数控加工技术基础工艺工艺分析分析数控数控加工加工程序程序工序卡传统加工数控加
17、工传统加工与数控加工的比较图1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/63232单元1 数控加工技术基础数控加工过程示意图数控加工过程示意图1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/63333单元1 数控加工技术基础数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤：v根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序v所编写程序指令输入数控装置v数控装置将程序(代码)进行译码、运算之后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的零件 1.4 数控机床的工作原理及
18、组成数控机床的工作原理及组成2024/9/63434单元1 数控加工技术基础数控机床的基本组成数控机床的基本组成1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/63535单元1 数控加工技术基础qq操作面板它是操作人员与数控装它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。置进行信息交流的工具。组成：按钮站、状态灯、组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。机键盘一样）和显示器；。它是数控机床特有部件。它是数控机床特有部件。1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/63636单元1 数控加工技术基础q 控制
19、介质与输入输出设备控制介质控制介质是记录零件加工程序的媒介输入输出设备输入输出设备是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。数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表1：1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/63737单元1 数控加工技术基础表表表表1 1 1 1 控制介质和输入输出设备表控制介质和输入输出设备表控制介质和输入输出设备表控制介质和输入输出设备表1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成20
20、24/9/63838单元1 数控加工技术基础q通讯通讯 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（RS-232等串口）、自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等）网络技术（internet，LAN等）。1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/63939单元1 数控加工技术基础q CNC装置(CNC单元)组成：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：作用：根据输入的零件加工程序
21、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装置是装置是CNC系统的核系统的核心心1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/64040单元1 数控加工技术基础qq 伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元、驱动装置和测量装置 伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机进给伺服驱动装置和进给电机 测量装置测量装置 位置和速度测量装置
22、。以实现进给伺服系统的闭环控制。位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。 作用作用 保证灵敏、准确地跟踪保证灵敏、准确地跟踪CNCCNC装置指令：装置指令：进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/64141单元1 数控加工技术基础qqPLCPLC、机床机床I/OI/O电路和装置电路和装置 PLC PLC ( (Programmable Logic C
23、ontroller)Programmable Logic Controller)：用于完成与逻辑运算用于完成与逻辑运算有关顺序动作的有关顺序动作的I/OI/O控制，它由硬件和软件组成；控制，它由硬件和软件组成； 机床机床机床机床I/OI/O电路和装置：电路和装置：电路和装置：电路和装置：实现实现I/OI/O控制的执行部件控制的执行部件( (由继电器、电磁由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路； 功能：功能：接受接受CNCCNC的的MM、S S、T T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置
24、完成机床相应的开关动作控制辅助装置完成机床相应的开关动作接受操作面板和机床侧的接受操作面板和机床侧的I/OI/O信号，送给信号，送给CNCCNC装置，经其处理后，装置，经其处理后，输出指令控制输出指令控制CNCCNC系统的工作状态和机床的动作。系统的工作状态和机床的动作。1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/64242单元1 数控加工技术基础l 机床qq机床：机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。qq组成：组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统 工件自动交换系统）和辅助装
25、置（如排屑装置等）。1.4 数控机床的工作原理及组成数控机床的工作原理及组成2024/9/64343单元1 数控加工技术基础1、数字控制（Numerical Control NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。2、 数 控 技 术 （ Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。1.5 数控加工的基本术语2024/9/64444单元1 数控加工技术基础3、数控机床（Numerical Control Machine Tools） 是采用数字控制技术对机床的加工过程
26、进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用的例子。4、数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的装置。5、计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为核心的数控系统。1.5 数控加工的基本术语2024/9/64545单元1 数控加工技术基础6、坐标联动：坐标轴的非独立运动。即：一个轴的运动要受到其它轴运动的制约。7、坐标联动加工：数控机床加工时的横向、纵向等进给量都是以轴坐标数据控制的。如：两坐标车床、三坐标铣床、五轴加工中心等。8、脉冲当量：相对于数控系统发出的每个进给脉冲信号，机床移动部件的位移量。也称为最小设定
27、（移动）单位，数控机床根据其精度的不同，常 用 的 脉 冲 当 量 为 0.0lmm， 0.005mm， 及0.001mm。1.5 数控加工的基本术语2024/9/64646单元1 数控加工技术基础9、进给速度：单位时间内坐标轴移动的距离。（加工时刀具相对于工件的移动速度） 单位：mm/min 或 mm/r。10、速度修调：通过修调倍率对速度进行适量修调。数控机床在加工过程中能通过速度修调实时调整进给速度和主轴转速，便于加工。11、插补：在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以确定一些中间点的方法就称之为“插补”。计算插补点的运算称为插补运算.1.5 数
28、控加工的基本术语2024/9/64747单元1 数控加工技术基础12、刀补运算：零件的加工程序一般是按零件轮廓和工艺要求的进给路线编制的，而数控机床在加工过程中所控制的是刀具中心的运动轨迹。不同的刀具，其几何参数也不相同，加工前必须将编程轨迹变换成刀具中心的轨迹，这样才能加工出符合要求的零件。刀补运算就是完成这种转换的程序。13、机床坐标系：是数控机床安装调试时便设定好的一固定的坐标系统。14、编程坐标系：是在对图纸上零件编程时就建立的，程序数据便是基于该坐标系的坐标值。15、工件坐标系：编程坐标系在机床上的具体体现，由相应的编程指令建立。1.5 数控加工的基本术语2024/9/64848单元
29、1 数控加工技术基础项目1：数控车床的认识实训1技能要求：了解数控车床的机械结构的特点和坐标系统，理解并掌握数控车床的工作原理及组成，对数控车床操作加工步骤有基本认识。2训练内容：（1）数控车床的工作原理（2）数控车床的组成及作用（3）数控车床的坐标系统（4）数控车床操作开机关机（5）手动操作数控车床的方法3训练步骤： （1）数控车床开机（2）讲解数控车床的组成、作用和坐标系统（3）讲解数控车床的操作方法（4）以简单轴类工件为例，通过示范“工艺分析编制程序程序输入和调试装夹工件对刀启动程序试加工工件检验”，进一步讲解数控车床工作原理和加工步骤全过程。 1.6 实训内容2024/9/64949单元1 数控加工技术基础项目2：数控加工中心认识实训1技能要求：了解加工中心的机械结构的特点和坐标系统，理解并掌握加工中心的工作原理及组成，对加工中心操作加工步骤有基本认识。2训练内容：（1）加工中心的工作原理（2）加工中心的组成及作用（3）加工中心的坐标系统（4）加工中心操作开机关机（5）加工中心手动操作的方法3训练步骤：（1）数控车床开机（2）讲解数控车床的组成、作用和坐标系统（3）讲解数控车床的操作方法（4）以简单轴类工件为例，通过示范“工艺分析编制程序程序输入和调试装夹工件对刀启动程序试加工工件检验”，进一步讲解数控车床工作原理和加工步骤全过程。1.6 实训内容2024/9/65050
