《數(shù)控加工技術(shù)》PPT課件.ppt

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1、數(shù)控加工工藝 概述,,第一單元 數(shù)控加工工藝概述,數(shù)控加工的概念,根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件，編制零件數(shù)控加工程序，并輸入到數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，以控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。,數(shù)控加工,數(shù)控加工的過程,制 定 工 藝,閱 讀 零 件,工 藝 分 析,數(shù) 控 編 程,程 序 傳 輸,,,,,,,雖然數(shù)控加工與傳統(tǒng)的機械加工相比，在加工的方法和內(nèi)容上有許多相似之處，但由于采用了數(shù)字化的控制形式和數(shù)控機床，許多傳統(tǒng)加工過程中的人工操作被計算機和數(shù)控系統(tǒng)的自動控制所取代。,,通過把數(shù)字化了的刀具移動軌跡信息（通常指CNC加工程序），傳入數(shù)控機床的數(shù)控裝置，經(jīng)過譯碼、運

2、算，指揮執(zhí)行機構(gòu)（伺服電機帶動的主軸和工作臺）控制刀具與工件相對運動，從而加工出符合編程設(shè)計要求的零件。,數(shù)控加工的原理,,,機床零點,,,數(shù)控加工工藝的概念,數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機床加工零件時所運用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個數(shù)控加工工藝過程。,數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結(jié)。,數(shù)控加工工藝過程,數(shù)控加工工藝過程是利用切削刀具在數(shù)控機床上直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。,數(shù)控加工工藝設(shè)計的主要內(nèi)容,選擇并確定進行數(shù)控加工的內(nèi)容,數(shù)控加工的工藝分析,零件圖形的數(shù)學(xué)

3、處理及編程尺寸設(shè)定值的確定,制定數(shù)控加工工藝 方案,確定工步和進給路線,選擇數(shù)控機床的類型,選擇和設(shè)計刀具、夾具與量具,確定切削參數(shù),編寫、校驗和修改加工程序,首件試加工與現(xiàn)場問題處理,數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔,,,,,,,,,,,,數(shù)控加工工藝與普通加工工藝的區(qū)別及特點,由于數(shù)控加工采用了計算機控制系統(tǒng)和數(shù)控機床，使得數(shù)控加工具有加工自動化程度高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、生成效率高、周期短、設(shè)備使用費用高等特點。在數(shù)控加工工藝上也與普通加工工藝具有一定的差異。,1、數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求更加具體、詳細,普通加工工藝,許多具體工藝問題，如工步的劃分與安排、刀具的幾何形狀與尺寸、走刀路線、加工余

4、量、切削用量等，在很大程度上由操作人員根據(jù)實際經(jīng)驗和習慣自行考慮和決定，一般無須工藝人員在設(shè)計工藝規(guī)程時進行過多的規(guī)定，零件的尺寸精度也可由試切保證。,數(shù)控加工工藝,所有工藝問題必須事先設(shè)計和安排好，并編入加工程序中。數(shù)控工藝不僅包括詳細的切削加工步驟，還包括工夾具型號、規(guī)格、切削用量和其它特殊要求的內(nèi)容，以及標有數(shù)控加工坐標位置的工序圖等。在自動編程中更需要確定詳細的各種工藝參數(shù)。,2、數(shù)控加工工藝要求更嚴密、精確,普通加工工藝,數(shù)控加工工藝,加工時可以根據(jù)加工過程中出現(xiàn)的問題比較自由地進行人為調(diào)整。,自適應(yīng)性較差，加工過程中可能遇到的所有問題必須事先精心考慮，否則導(dǎo)致嚴重的后果。,攻螺紋時

5、，數(shù)控機床不知道孔中是否已擠滿切屑，是否需要退刀清理一下切屑再繼續(xù)加工。,普通機床加工可以多次“試切”來滿足零件的精度要求，而數(shù)控加工過程嚴格按規(guī)定尺寸進給，要求準確無誤。,例如,編程尺寸并不是零件圖上設(shè)計的尺寸的簡單再現(xiàn)，在對零件圖進行數(shù)學(xué)處理和計算時，編程尺寸設(shè)定值要根據(jù)零件尺寸公差要求和零件的形狀幾何關(guān)系重新調(diào)整計算，才能確定合理的編程尺寸。,3、制定數(shù)控加工工藝要進行零件圖形的數(shù)學(xué)處理和編程尺寸設(shè)定值的計算,在數(shù)控加工中，刀具的移動軌跡是由插補運算完成的。根據(jù)差補原理分析，在數(shù)控系統(tǒng)已定的條件下，進給速度越快，則插補精度越低，導(dǎo)致工件的輪廓形狀精度越差。尤其在高精度加工時這種影響非常明

6、顯。,4、考慮進給速度對零件形狀精度的影響,制定數(shù)控加工工藝時，選擇切削用量要考慮進給速度對加工零件形狀精度的影響。,復(fù)雜形面的加工編程通常采用自動編程方式，自動編程中必須先選定刀具再生成刀具中心運動軌跡，因此對于不具有刀具補償功能的數(shù)控機床來說，若刀具預(yù)先選擇不當，所編程序只能推倒重來。,5、強調(diào)刀具選擇的重要性,6、數(shù)控加工工藝的特殊要求,由于數(shù)控機床比普通機床的剛度高，所配的刀具也較好，因此在同等情況下，數(shù)控機床切削用量比普通機床大，加工效率也較高。,數(shù)控機床的功能復(fù)合化程度越來越高，因此現(xiàn)代數(shù)控加工工藝的明顯特點是工序相對集中，表現(xiàn)為工序數(shù)目少，工序內(nèi)容多，并且由于在數(shù)控機床上盡可能安

7、排較復(fù)雜的工序，所以數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。,由于數(shù)控機床加工的零件比較復(fù)雜，因此在確定裝夾方式和夾具設(shè)計時，要特別注意刀具與夾具、工件的干涉問題。,復(fù)雜表面的刀具運動軌跡生成需借助自動編程軟件，既是編程問題，當然也是數(shù)控加工工藝問題。這也是數(shù)控加工工藝與普通加工工藝最大的不同之處。,7、數(shù)控加工程序的編寫、校驗與修改是數(shù)控加工工藝的一項特殊內(nèi)容,普通工藝中，劃分工序、選擇設(shè)備等重要內(nèi)容對數(shù)控加工工藝來說屬于已基本確定的內(nèi)容，所以制定數(shù)控加工工藝的著重點在整個數(shù)控加工過程的分析，關(guān)鍵在確定進給路線及生成刀具運動軌跡。,數(shù)控加工與工藝技術(shù)的新發(fā)展,隨著計算機技術(shù)突飛猛進的

8、發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正不斷采用計算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著高速化、高精化、復(fù)合化、智能化、高柔性化及信息網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。整體數(shù)控加工技術(shù)向著CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）方向發(fā)展。,高速切削,,,,高速加工技術(shù)是自上個世紀80年代發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，其研究應(yīng)用的一個重要目標是縮短加工時的切削與非切削時間，對于復(fù)雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實現(xiàn)產(chǎn)品的高精度和高質(zhì)量。由于不同加工工藝和工件材料有不同的切削速度范圍，因而很難就高速加工給出一個確切的定義。目前，一般的理解為切削速度達到普通加工切削速度的510倍即可認為是高速加工。,TOSHIBA四軸高速加工

9、鏜銑床(東芝）,FIDIA五軸高速銑床(菲迪亞 ),高速切削,高速加工與傳統(tǒng)的數(shù)控加工方法相比沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，兩者牽涉到同樣的工藝參數(shù)，但其加工效果相對于傳統(tǒng)的數(shù)控加工有著無可比擬的優(yōu)越性：,高速切削,簡化了傳統(tǒng)加工工藝；,經(jīng)濟效益顯著提高。,有利于提高生產(chǎn)率；,有利于改善工件的加工精度和表面質(zhì)量；,有利于延長刀具的使用壽命和應(yīng)用直徑較小的刀具；,有利于加工薄壁零件和脆性材料；,受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。主要表現(xiàn)在：,數(shù)控機床主軸高轉(zhuǎn)速,工作臺高快速移動和高進給速度,高速切削,目前，高速加工涉及到的新技術(shù)主要有：,高速切削,高速加工是通過大幅度提高主軸轉(zhuǎn)速

10、和加工進給速度來實現(xiàn)的，為了適應(yīng)這種高速切削加工，主軸設(shè)計采用了先進的主軸軸承、潤滑和散熱等新技術(shù)；,高速主軸,切削速度高達8000m/min，材料切除率達1501500cm3/min，超硬刀具材料硬度達30008000HV，強度達1000Mpa，加工精度從10um到0.1um。干（準）切削日益廣泛應(yīng)用。隨切削速度提高，切削力降低大致為2530以上；切削溫度增加逐步緩慢；加工表面粗糙度降低12級；生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)成本降低。,五軸高速銑削頭,高速切削,高速切削,高速伺服進給系統(tǒng),高速加工通常要求在高主軸轉(zhuǎn)速下，使用在很大范圍內(nèi)變化的高速進給。高速進給的需求已引起機床結(jié)構(gòu)設(shè)計上的重大變化：采用直

11、線伺服電機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機絲杠驅(qū)動；,高速切削,適于高速加工的數(shù)控系統(tǒng),高速加工數(shù)控系統(tǒng)需要具備更短的伺服周期和更高的分辨率，同時具有待加工軌跡監(jiān)控功能和曲線插補功能，以保證在高速切削時，特別是在4-5軸坐標聯(lián)動加工復(fù)雜曲面輪廓時仍具有良好的加工性能。,高速切削,刀具技術(shù),刀具性能和質(zhì)量對高速切削加工具有重大影響，新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大提高，從而提高了生產(chǎn)率，延長了刀具壽命。,,高速切削,刀夾裝置及快速刀具交換技術(shù),在高速加工中，切削時間和每個托盤化零件加工時間已顯著縮短。高速、高精度定位的托盤交換裝置已成為今后的發(fā)展方向。,高速加工作為一種新的技術(shù)，其優(yōu)點是顯而易見的，它給傳

12、統(tǒng)的數(shù)控加工帶來了一種革命性的變化，但是，目前既便是在加工機床水平先進的瑞士、德國、日本、美國，對這一嶄新技術(shù)的研究也還處在不斷的摸索研究中。有許多問題有待于解決： 如高速機床的動態(tài)、熱態(tài)特性；刀具材料、幾何角度和耐用度問題；機床與刀具間的接口技術(shù)（刀具的公平衡、扭矩傳輸）；冷卻潤滑液的選擇；CAD/CAM的程序后處理問題；高速加工時刀具軌跡的優(yōu)化問題等等。國內(nèi)在這一方面的研究采尚處于起步階段，要趕上并盡快縮小與國外同行業(yè)間的差距，還有許多路要走。,高速切削,高精加工是高速加工技術(shù)與數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用結(jié)果。以前汽車零件的加工精度要求在0.01mm數(shù)量級，現(xiàn)在隨著計算機硬盤、高精度液壓軸承等精密

13、零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.1m ，加工精度進入了亞微米世界。,高精加工,高精加工,提高機械設(shè)備的制造精度和裝配精度,減小數(shù)控系統(tǒng) 的控制誤差,提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率,以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給,使CNC控制單位精細化,提高位置檢測精度,位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制,采用補償技術(shù),齒隙補償,絲桿螺距誤差補償,刀具誤差補償,熱變形誤差補償,空間誤差綜合補償,,,,,,,,,,,,什么是前饋控制、反饋控制？,35,前饋控制,步進電動機前饋控制原理圖如圖所示。步進電動機的控制很簡單，它是根據(jù)輸入的驅(qū)動脈沖的數(shù)量和速度（周期）來準確地啟動和停止。,機床的復(fù)合化加工是通過增加機床的功能，

14、減少工件加工過程中的多次裝夾、重新定位、對刀等輔助工藝時間，來提高機床利用率。,復(fù)合化加工,復(fù)合化加工的兩重含義：,復(fù)合化加工,一臺裝夾可完成多工種、多工序,企業(yè)向復(fù)合型發(fā)展，為用戶提供成套服務(wù),工序和工藝的集中,工藝的 成套,數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，體現(xiàn)在以下幾個方面：,控制智能化,加工過程自適應(yīng)控制技術(shù),加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇,故障自診斷功能,智能化交流伺服驅(qū)動裝置,智能CAD把工程數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、知識庫及其專家系統(tǒng)、擬人化用戶接口管理系統(tǒng)集于一體。,控制智能化,智能制造技術(shù) 包括專家系統(tǒng)、模糊推理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三大部分。,控制智能化,控制智能化,專家 系統(tǒng),先是采集領(lǐng)域?qū)＜业闹?/p>

15、識，然后將知識分解為事實與規(guī)則，存儲于知識庫中，通過推理作出決策。,模糊 推理,模糊推理又稱模糊邏輯，它是依靠模糊集和模糊邏輯模型進行多個因素的綜合考慮，采用關(guān)系矩陣算法模型、隸屬度函數(shù)、加權(quán)、約束等方法，處理模糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人腦部分功能的某些抽象、簡化與模擬，由數(shù)量巨大的以神經(jīng)元為主的處理單元互連構(gòu)成，通過神經(jīng)元的相互作用來實現(xiàn)信息處理。,,,,網(wǎng)絡(luò)功能正逐漸成為現(xiàn)代數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)的特征之一。諸如現(xiàn)代數(shù)控機床的遠程故障診斷、遠程狀態(tài)監(jiān)控、遠程加工信息共享、遠程操作（危險環(huán)境的加工）、遠程培訓(xùn)等都是以網(wǎng)絡(luò)功能為基礎(chǔ)的。,互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化,美國波音公司

16、利用數(shù)字文件作為制造載體，首次利用網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)了無圖紙制造波音777新型客機。,圖示為波音公司利用計算機輔助設(shè)計對777客機的零部件進行信息化處理。,互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化,經(jīng)自動化工廠“通信網(wǎng)絡(luò)”連接的各個子系統(tǒng)，可構(gòu)成一個有機聯(lián)系的整體，即自動化工廠。計算機集成制造反映了制造系統(tǒng)的這一新發(fā)展。計算機集成制造系統(tǒng)則是技術(shù)上的具體實現(xiàn)，他能為現(xiàn)代制造企業(yè)追求在激烈變化中、動態(tài)市場條件下，具有快速靈活響應(yīng)的競爭優(yōu)勢提供所要求的戰(zhàn)略性系統(tǒng)技術(shù)。,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,計算機集成制造系統(tǒng)的發(fā)展可以實現(xiàn)整個機械制造廠的全盤自動化，成為自動化工或無人化工廠，是自動化制造技術(shù)的發(fā)展方向。,計算機集成制造系統(tǒng)

17、主要由設(shè)計與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存儲運輸模塊構(gòu)成 。,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,存儲運輸模塊的主要功能有倉庫管理、自動搬運等。,,各模塊的主要功能：,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,設(shè)計與工藝模塊,制造模塊,管理信息模塊,存儲運輸模塊,CAD、CAE、CAPP、CAM等,DNC、CNC、車間生產(chǎn)計劃、作業(yè)調(diào)度、刀具管理、質(zhì)量檢測與控制、裝配、自動化倉庫、FMC/FMS等,市場預(yù)測、物料需求計劃、生產(chǎn)計算、成本核算及銷售等,,,,,DNC最早是指分布式數(shù)控系統(tǒng)（Distributed Numerical Control），其含義是用一臺大型計算機同時控制幾臺數(shù)控機床,CIMS

18、集成的三個階段：,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,信息集成,針對設(shè)計、管理和加工制造中大量存在的自動化孤島，實現(xiàn)信息正確、高效的共享和交換，是改善企業(yè)技術(shù)和管理水平必須首先解決的問題。,信息集成的主要內(nèi)容包括,,企業(yè)建模、系統(tǒng)設(shè)計方法、軟件工具和規(guī)范,異構(gòu)環(huán)境下的信息集成,,,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,過程集成,,對產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中的各串行過程盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿羞^程，在設(shè)計時就考慮到后續(xù)工作中的可制造性、可裝配性，設(shè)計時考慮質(zhì)量，把設(shè)計開發(fā)中的信息大循環(huán)變成多個小循環(huán)，可以減少反復(fù)，縮短開發(fā)時間。,CIMS集成的三個階段：,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,企業(yè)集成,,21世紀的制造業(yè)必須

19、面隊全球制造的新形勢，充分利用全球的制造資源，以便更快、更好、更省地響應(yīng)市場需求。這就是敏捷制造的思想。敏捷制造的組織形式是企業(yè)之間針對某一特定產(chǎn)品，建立企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟（即所謂虛擬企業(yè)）。敏捷的企業(yè)聯(lián)盟應(yīng)該是“兩頭大、中間小”，即強大的新產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)能力和強大的市場開拓與競爭的能力?！爸虚g小”即加工制造設(shè)備的能力可以小。多數(shù)零部件可以靠協(xié)作解決，企業(yè)可以在全球采購價格最便宜、質(zhì)量最好的零部件，因此企業(yè)間的集成是企業(yè)優(yōu)化的新臺階。,CIMS集成的三個階段：,,數(shù)控車間自動化集成管理系統(tǒng),計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,數(shù)控車間集成系統(tǒng),計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,集線器（HUB）,路由器,國

20、產(chǎn)數(shù)控機床車間示范工程,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,閱讀零件圖紙： 充分了解圖紙的技術(shù)要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工件的材料、硬度、加工性能以及工件數(shù)量等； 工藝分析： 根據(jù)零件圖紙的要求進行工藝分析，其中包括零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析、材料和設(shè)計精度合理性分析、大致工藝步驟等； 制定工藝： 根據(jù)工藝分析制定出加工所需要的一切工藝信息如：加工工藝路線、工藝要求、刀具的運動軌跡、位移量、切削用量（主軸轉(zhuǎn)速、進給量、吃刀深度）以及輔助功能（換刀、主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)、切削液開或關(guān)）等，并填寫加工工序卡和工藝過程卡； 數(shù)控編程： 根據(jù)零件圖和制定的工藝內(nèi)容，再按照所用數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的指

21、令代碼及程序格式進行數(shù)控編程； 程序傳輸： 將編寫好的程序通過傳輸接口，輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中。調(diào)整好機床并調(diào)用該程序后，就可以加工出符合圖紙要求的零件。,,,,4.2 數(shù)控機床及技術(shù),4.2.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 4.2.2 數(shù)控機床的組成 4.2.3 數(shù)控機床的分類與特點 4.2.4 數(shù)控加工原理 4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),,,,,,,,,,4.2.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字控制（Numerical Control）是種借助數(shù)字、字符或其他符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進行可編程控制的自動化方法，簡稱數(shù)控（NC）。 數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字化信號對設(shè)備運行及其加工過程進行控制

22、的一種自動化技術(shù) 第一代數(shù)控系統(tǒng)：1952年 麻 省理工學(xué)院研制出一臺二坐 標聯(lián)動、利用脈沖乘法器原 理的數(shù)控銑床（硬接線）， 使用的電子元件為電子管,,,,,4.2.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,第二代數(shù)控系統(tǒng)： 1959年，晶體管元件出現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板 。1959年3月，由美國克耐杜列克公司發(fā)明了帶有自動換刀裝置的數(shù)控機床，稱為“加工中心”。（Machining Center，MC） 第三代數(shù)控系統(tǒng)： 1965年，出現(xiàn)體積小，功耗低的小規(guī)模集成電路，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性大大提高 第四代數(shù)控系統(tǒng) ： 1970年前后，大規(guī)模集成電路及小型計算機,,,,,4.2.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,

23、第五代數(shù)控系統(tǒng) ：1974年，以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng) 第六代數(shù)控系統(tǒng) ：1990年，基于PC(微機)的數(shù)控系統(tǒng) 我國數(shù)控機床的發(fā)展概況 50年代開始研發(fā)80年代真正得到發(fā)展經(jīng)歷了“六五”、“七五”、“八五”取得了長足的進步“九五”期間數(shù)控機床發(fā)展已進入實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段,,,,,CNC(數(shù)控機床)是計算機數(shù)字控制機床(Computer number control)的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件。 這種技術(shù)用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬

24、件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完成。,控制介質(zhì)：存儲加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對工件的移動信息 數(shù)控裝置：用來接受并處理輸入介質(zhì)的信息，并將代碼加以識別、存儲、運算，并輸出相應(yīng)的命令脈沖，經(jīng)過功率放大驅(qū)動伺服系統(tǒng)，使機床按規(guī)定要求動作 伺服系統(tǒng)：包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行機構(gòu) 測量反饋裝置：由檢測元件和相應(yīng)的電路組成 機床本體：包括床身、立柱、主軸、工作臺（刀架）、進給機構(gòu),4.2.2 數(shù)控機床的組成,,,,,4.2.3 數(shù)控機床的分類與特點,數(shù)控機床的分類 （1）按工藝用途分 為： 金屬切削類數(shù)控機床 金屬成形類數(shù)

25、控機床 數(shù)控特種加工機床 （2）按伺服控制系統(tǒng)分為： 開環(huán)控制數(shù)控機床 閉環(huán)控制數(shù)控機床 半閉環(huán)控制數(shù)控機床,,,,,4.2.3 數(shù)控機床的分類與特點,（3）按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分為： 高檔數(shù)控機床 中檔數(shù)控機床 低檔數(shù)控機床 2. 數(shù)控機床的特點 高精度 高效率 高柔性 高自動化 高效益,,,,,例：齊重數(shù)控設(shè)備股份有限公司,齊重數(shù)控設(shè)備股份有限公司完成的“Q1-105數(shù)控曲拐專用機床” 。該機床主要用于大型船用曲拐拐徑的開檔、外圓柱面、倒角等的加工。機床最大車削直徑5500mm、最大工件重量60噸。機床工作臺與床身采用分離式結(jié)構(gòu)，工作臺中心帶卸荷機構(gòu)，工作臺主軸系統(tǒng)與工作臺靜壓導(dǎo)軌是整體式

26、結(jié)構(gòu)，滑板采用大懸伸平衡裝置，卡具帶有工件重量平衡機構(gòu)，使工作臺旋轉(zhuǎn)始終處于平衡狀態(tài)。在機床設(shè)計和制造中解決了大懸伸、打偏載、沖擊載荷、大切削力等技術(shù)難題，使整機具有高抗振性。該數(shù)控曲拐機床結(jié)束了國內(nèi)數(shù)控曲拐機床長期依賴進口的歷史。該機床的研制成功，為國家大型船舶、軍工等重點項目提供了急需的關(guān)鍵設(shè)備，其主要性能指標達到國際同類產(chǎn)品先進水平。,4.2.4 數(shù)控加工原理,運動控制 （1）點位控制 （2）直線控制 （3）輪廓控制,,,,,4.2.4 數(shù)控加工原理,運動控制 （1）點位控制 （2）直線控制 （3）輪廓控制,,,,,4.2.4 數(shù)控加工原理,運動控制 （1）點位控制 （2）直線控制 （3

27、）輪廓控制,,,,,4.2.4 數(shù)控加工原理,2. 坐標系 （1）數(shù)控機床坐標軸系及運動方向,,,,,標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標系決定： 1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90。則大拇指代表X坐標，食指代表Y坐標，中指代表Z坐標。 2)大拇指的指向為X坐標的正方向，食指的指向為Y坐標的正方向，中指的指向為Z坐標的正方向。 3)圍繞X、Y、Z坐標旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向為X、Y、Z坐標中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標A、B、C的正向,見圖5.5。 （3）運動方向的規(guī)定 增大刀具與工件距離的方向即為

28、各坐標軸的正方向，如圖5. 6所示為數(shù)控車床上兩個運動的正方向。,4.2.4 數(shù)控加工原理,（2）機床坐標系與工件坐標系,,,,,4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),一、編程方法 數(shù)控編程方法有手工編程和自動編程兩種。手工編程是指從零件圖樣分析工藝處理、數(shù)據(jù)計算、編寫程序單、輸入程序到程序校驗等各步驟主要有人工完成的編程過程。它適用于點位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件的加工，以及計算較簡單，程序段不多，編程易于實現(xiàn)的場合等。但對于幾何形狀復(fù)雜的零件（尤其是空間曲面組成的零件），以及幾何元素不復(fù)雜但需編制程序量很大的零件，由于編程時計算數(shù)值的工作相當繁瑣，工作量大，容易出錯，程序校驗也較困難，用手工編程

29、難以完成，因此要采用自動編程。所謂自動編程即程序編制工作的大部分或全部有計算機完成，可以有效解決復(fù)雜零件的加工問題，也是數(shù)控編程未來的發(fā)展趨勢。同時，也要看到手工編程是自動編程的基礎(chǔ)，自動編程中許多核心經(jīng)驗都來源于手工編程，二者相輔相成。,二、編程步驟 拿到一張零件圖紙后，首先應(yīng)對零件圖紙分析，確定加工工藝過程，也即確定零件的加工方法（如采用的工夾具、裝夾定位方法等），加工路線（如進給路線、對刀點、換刀點等）及工藝參數(shù)（如進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削速度和切削深度等）。其次應(yīng)進行數(shù)值計算。絕大部分數(shù)控系統(tǒng)都帶有刀補功能，只需計算輪廓相鄰幾何元素的交點（或切點）的坐標值，得出各幾何元素的起點終點和圓

30、弧的圓心坐標值即可。最后，根據(jù)計算出的刀具運動軌跡坐標值和已確定的加工參數(shù)及輔助動作，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定使用的坐標指令代碼和程序段格式，逐段編寫零件加工程序單，并輸入CNC裝置的存儲器中。,4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),三. 數(shù)控加工程序的編寫 1 程序結(jié)構(gòu) 零件加工程序是由主程序和可被主程序調(diào)用的子程序組成 子程序有多級嵌套 主程序和子程序都是由若干個按規(guī)定格式書寫的“程序段”組成 程序段是由按一定順序和規(guī)定排列的“功能字”（簡稱“字”）所組成 每個字是一個控制機床的具體指令，由表示地址的英文字母或特殊文字開頭，其后跟著幾個數(shù)字構(gòu)成,,,,,4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),（1）程序段格式 最常

31、用的是字地址格式 ： NGX.FSTMLF （2）數(shù)控加工程序常用的編程指令 1）準備功能指令：由字符G和其后的13位數(shù)字組成 快速點定位指令（G00） 直線插補指令（G01） 圓弧插補指令（G02，G03） 刀具半徑補償指令（G40、G41、G42）,,,,,表1.1 G功能字含義表 G功能字 FANUC系統(tǒng)SIEMENS系統(tǒng) G00 快速移動點定位 快速移動點定位 G01 直線插補 直線插補 G02 順時針圓弧插補 順時針圓弧插補 G03 逆時針圓弧插補 逆時針圓弧插補 G04 暫停 暫停 G05 ---通過中間點圓弧插補 G17 XY平面選擇 XY平面選擇 G18 ZX平面選擇 ZX平面

32、選擇 G19 YZ平面選擇 YZ平面選擇 G32 螺紋切削 --- G33 ---恒螺距螺紋切削 G40 刀具補償注銷 刀具補償注銷 G41 刀具補償左 刀具補償左 G42 刀具補償右 刀具補償右 G43 刀具長度補償正 --- G44 刀具長度補償負 --- G49 刀具長度補償注銷 ---,G50 主軸最高轉(zhuǎn)速限制 --- G54G59 加工坐標系設(shè)定 零點偏置 G65 用戶宏指令 --- G70 精加工循環(huán) 英制 G71 外圓粗切循環(huán) 米制 G72 端面粗切循環(huán) --- G73 封閉切削循環(huán) --- G74 深孔鉆循環(huán) --- G75 外徑切槽循環(huán) --- G76 復(fù)合螺紋切削循環(huán) --

33、- G80 撤銷固定循環(huán) 撤銷固定循環(huán) G81 定點鉆孔循環(huán) 固定循環(huán) G90 絕對值編程 絕對尺寸 G91 增量值編程 增量尺寸 G92 螺紋切削循環(huán) 主軸轉(zhuǎn)速極限 G94 每分鐘進給量 直線進給率 G95 每轉(zhuǎn)進給量 旋轉(zhuǎn)進給率,4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),2）輔助功能指令 亦稱M代碼指令 常用的M指令如下： 程序停止指令M00 計劃停止指令M01 程序結(jié)束指令M02,,,,,3）進給功能字F 進給功能字的地址符是F，又稱為F功能或F指令，用于指定切削的進給速度。對于車床，F(xiàn)可分為每分鐘進給和主軸每轉(zhuǎn)進給兩種，對于其它數(shù)控機床，一般只用每分鐘進給。F指令在螺紋切削程序段中常用來指令螺紋的

34、導(dǎo)程。 4）主軸轉(zhuǎn)速功能字S 主軸轉(zhuǎn)速功能字的地址符是S，又稱為S功能或S指令，用于指定主軸轉(zhuǎn)速。單位為r/min。對于具有恒線速度功能的數(shù)控車床，程序中的S指令用來指定車削加工的線速度數(shù)。 5）刀具功能字T 刀具功能字的地址符是T，又稱為T功能或T指令，用于指定加工時所用刀具的編號。對于數(shù)控車床，其后的數(shù)字還兼作指定刀具長度補償和刀尖半徑補償用。 2. 數(shù)控加工自動編程 問題的提出 自動編程就是用一臺計算機配上打印機、穿孔機、繪圖機等外部設(shè)備來完成加工程序的編制工作。 目前，大多數(shù)CNC機床配有計算機及編程軟件,圖5-9 車削零件尺寸及要求,4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),3. 案例：數(shù)控車削

35、編程 車削零件尺寸及要求如圖5-9所示，以工件左端面及80外圓為安裝基準，并取夾盤端面回轉(zhuǎn)中心為工件坐標系零點。其工藝路線為： （1）倒角粗車M36x4螺紋實際外圓40外圓50端面R35圓弧面； （2）精車M364螺紋實際外圓40外圓50端面R35圓弧面； （3）切30處空刀槽； （4）切M364螺紋。,,,,,4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),3. 案例：數(shù)控車削編程 根據(jù)加工要求選外圓車刀、切槽刀及60螺紋車刀各一把。相應(yīng)編號分別為02、04和06。 表5-3為相應(yīng)的加工程序清單及相應(yīng)說明。,,,,,4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),,,,,4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),,,,,4.2.5 數(shù)控加

36、工編程技術(shù),,,,,4.2.5 數(shù)控加工編程技術(shù),,,,,典型的數(shù)控編程過程如圖所示。,4.2 END,,,,,,4.3 加工中心,4.3.1 加工中心的組成與工作原理 4.3.2 加工中心的分類與特點,,,,,,,4.3.1 加工中心的組成與工作原理,1. 加工中心的組成 基礎(chǔ)部件 主軸部件 數(shù)控系統(tǒng) 自動換刀裝置 2. 加工中心的工作原理,7,圖4-10 立式鏜銑加工中心的組成,,6,,,5,4,,2,,1,,,3,1數(shù)控柜 2刀庫和換刀機構(gòu) 3立柱 4主軸 5操作面板 6工作臺裝置 7床身,,,,,4.3.2 加工中心的分類與特點,1. 加工中心的分類 （1）按工藝用途分為： 鏜銑加工中

37、心 車削加工中心 鉆削加工中心 （2）按主軸特征分 立式鏜銑加工中心 臥式鏜銑加工中心,,,,,4.3.2 加工中心的分類與特點,2. 加工中心的特點 加工精度高 加工生產(chǎn)率高 自動化程度高 對加工對象的適應(yīng)性強 經(jīng)濟效益好 工序集中 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 智能化程度高,,,,,產(chǎn)品名稱：立式加工中心 產(chǎn)品型號：CNC850詳細說明 立式加工中心850系列 特點： 鐳射精度檢驗，采用先進的雷射檢測儀，檢驗機器直線精度及立柱與底座垂直精度； 精密滾珠螺桿校正，確保機臺精度； 精密循圓測試，采用先進的循圓測試儀，確保圓弧切削精度； 立柱內(nèi)外雙層肋骨設(shè)計，堅固不變形； 主軸采用德國原裝進口P3級高

38、精度軸承；超大工作臺面、全支撐鞍座設(shè)計； 工作臺承載滑道經(jīng)最佳跨距設(shè)計，以達到最佳承載重量； X、Y、Z三軸滑道貼有日本克普典（YDptain）Turcit-B耐磨片； 潤滑是機械的第二生命，本機所有油路都經(jīng)過壓力及流量比例分配，達到最好的潤滑效果。,選型類型選擇 考慮加工工藝、設(shè)備的最佳加工對象、范圍和價格等因素，根據(jù)所選零件族進行選擇。如，加工兩面以上的工件或在四周呈徑向輻射狀排列的孔系、面的加工，如各種箱體，應(yīng)選臥式加工中心；單面加工的工件，如各種板類零件等，宜選立式加工中心；加工復(fù)雜曲面時，如導(dǎo)風輪、發(fā)動機上的整體葉輪等，可選五軸加工中心；工件的位置精度要求較高，采用臥式加工中心。在一次裝夾中需完成多面加工時，可選擇五面加工中心；當工件尺寸較大時，如機床床身、立柱等，可選龍門式加工中心。當然上述各點不是絕對的，特別是數(shù)控機床正朝著復(fù)合化方向發(fā)展，最終還是要在工藝要求和資金平衡的條件下做出決定。,4.3 END,,,,,,