第章数控加工技术概论

第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第1页共65页退出目录页返回主讲:周为民南华大学机械工程学院第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第2页共65页退出目录页返回数控技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控化率只有20%左右。工业化国家经济总产值的50%（如：日本）至68%（如：美国）是由制造业创造的，数控机床是典型的机电一体化产品，是现代制造业的主流设备，是现代机床技术水平、现代机械制造业工艺水平的重要体现，数控技术的水平和普及程度是衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志，从某种意义上来说，甚至涉及到一个国家的国防安全。例如，1983年发生的“东芝事件”。第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第3页共65页退出目录页返回五轴联动数控铣床加工制造核潜艇推进螺旋桨,改进核潜艇性能。东芝事件1983年发生的“东芝事件”：苏联、日本联手打破美国技术封锁第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第4页共65页退出目录页返回本课程的性质和任务•课程的性质:数控技术是先进制造技术的基础和核心技术，是一个工业化国家核心竞争力的重要组成部分。本课程集机械制造技术、信息技术、微电子技术和自动化技术等为一体，是机械设计制造及其自动化专业的一门综合性专业技术必修课程。•课程的任务:是以数控机床为对象，研究数字控制系统的工作原理、组成及其在数控机床上的应用。通过本课程的学习，使学生掌握数控技术的基本原理和基础知识，掌握数控编程方法和技术，学会合理选用计算机数控系统，培养学生正确使用数控设备的能力。第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第5页共65页退出目录页返回•教学目的与要求•教学目的:主要目的是培养学生全面了解数控机床这一典型机电一体化设备的组成及特点；掌握机床数控装置、伺服装置、检测装置的组成与控制原理；掌握一般零件车、铣数控加工工艺设计、数控程序的编制与加工方法；了解数控机床的典型机械结构等知识，培养学生了解并掌握现代数控的最新技术成果，适应当今应用数控技术的需要。•教学要求:以数控加工信息流为主线，以数控技术的基本概念、数控机床的组成及特点、数控加工编程基础知识为先导，以机床数控装置、伺服装置、检测装置的组成与控制原理、数控加工工艺设计、数控程序的编制与零件加工方法为重点。第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第6页共65页退出目录页返回•本课程共计40学时。其中：理论课32，实验8课时.•本书章节课时分配:共计32课时•第1章:概论2课时•第2章:手工编程14课时•第3章:数控加工工艺4课时•第4章:数控（CNC）系统4课时•第5章:数控伺服系统4课时•第6章:数控机床的结构2课时•第7章:数控加工自动编程2课时•其中：1/4的内容需要自学。第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第7页共65页退出目录页返回•讲解顺序:•基本上按教材顺序讲解，但在讲第2章时，有较大的变动，请同学们在预习时特别留意:•第2章•2.1数控编程的基础知识•2.2数控编程的常用指令与格式（2课时）•第3章•3.1数控车削加工工艺设计（2课时）•第2章•2.3数控车削加工程序编制（6课时）•第3章•3.2数控铣削加工工艺设计（2课时）•第2章•2.4数控铣削加工程序编制（6课时）•2.5自学•第7章：数控加工自动编程（2课时）第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第9页共65页退出目录页返回•本课程的考核方式：•课程考试(70%)+实验(20%)+平时成绩(10%)•教材：•张春良等编，《数控加工技术》，科学出版社，2011.1•参考资料：•1）董玉红编,《数控技术》,高等教育出版社,2004.2•2）朱晓春主编，《数控技术》，机械工业出版社，2006.1•3）龙飞主编，《MastercamX应用基础教程》，上海科学普及出版社，2008.2第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第10页共65页退出目录页返回目录1.1数控加工技术的基本概念一、基本概念二、数控机床的工作原理三、数控加工特点四、数控机床的主要性能指标1.2数控机床的组成与分类一、数控机床的组成二、数控机床的分类1.3数控加工技术的发展一、数控加工技术发展简述二、先进数控加工技术三、数控加工技术的发展趋势第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第11页共65页退出目录页返回一、基本概念1.1数控加工技术的基本概念1、数字控制（NumericalControl，NC），简称数控：就是用数字化的信息对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。例：数控程序指令N30G90G01X35.0Y279.3Z-429.7S1000T02F500M07；2、数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。以计算机为核心的数控系统称为计算机数控系统（ComputerNumericalControl），简称CNC系统.第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第12页共65页退出目录页返回3、数控机床（NumericalControlMachineTools）：就是装备有计算机数控系统的自动化机床。4、数控加工：是指在数控机床上进行工件切削加工的一种工艺方法。数控机床将加工过程的各种机床动作，由数字化的代码表示，通过某种载体将信息输入数控系统的计算机对数据进行处理，并控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床加工出所需要的工件。例如：5轴铣削加工鞋模叶轮加工第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第13页共65页退出目录页返回二、数控机床的工作原理1、数控机床的基本工作过程（1）零件加工工艺分析（2）数控加工程序的编制（3）程序输入与处理（4）发出运动指令（5）位置控制和切削加工零件图样处理程序设计程序编制指令信息输入装置数控装置伺服系统机床主体制成零件格式记录输入送进命令驱动加工输入图1.1数控机床工作过程框图第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第14页共65页退出目录页返回①零件工艺分析②编写零件的加工程序③零件的加工程序输入CNC系统④刀具路径模拟⑤零件加工根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。按规定的程序代码、格式编写零件加工程序单；或用CAD/CAM生成零件的加工程序。操作面板输入、串行通信（DNC）输入、磁盘输入等。机床空运行、软材料（铝、塑料）或工件材料首件试切，以检验CNC程序的正确性。通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。数控加工流程图第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第15页共65页退出目录页返回2、数控系统的工作过程数控系统是数控机床的控制中心，通常是由一台安装有专门系统软件的计算机构成。数控系统的工作过程如下：（１）数据输入：输入数控系统的有零件程序、控制参数、补偿数据等。（２）译码处理：将零件程序以一个程序段为单位进行处理。将程序段中的零件轮廓信息、加工速度信息以及辅助功能等信息解释成计算机能够识别的数据形式。（３）数据处理：一般包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能处理。（４）插补运算：如下图示。第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第16页共65页退出目录页返回下图为平面任意曲线L，要求刀具Τ沿（逼近）曲线轨迹运动，进行插补切削加工。如图所示,将曲线L分割成：l1、l2、l3……、li等线段。用直线（或圆弧）代替（逼近）这些线段，当逼近误差δ相当小时，这些逼近线段之和就接近了实际曲线。1112131516δ△x△y14XYOTL刀具图1.4曲线插补第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第17页共65页退出目录页返回上述切削加工是在允许的误差范围内，用沿曲线逼近函数的最小单位移动量合成的分段运动（小线段、小圆弧）代替实际曲线运动，得出所需要的运动轨迹,这就是数控加工轮廓的基本思想--插补运算。◆插补的概念（Interpolation）:就是在已知曲线的起点和终点之间,确定一些中间点坐标值的计算方法，即进行数据点的密化工作,然后用已知线型（如直线、圆弧等）进行逼近。第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第18页共65页退出目录页返回插补有二层意思：一是基本线型的形成，二是如何分段逼近,如上图1.4所示。基本线型：由程序中的插补指令完成。如直线插补、圆弧插补、抛物线插补、螺旋线插补、极坐标插补、圆柱插补、样条插补等，数控系统的插补指令越多，越能实现复杂型面的加工。分段逼近：按允许的误差进行弦线逼近、割线逼近、切线逼近等，如上图1.4所示插补逼近方式有割线逼近，也有弦线逼近。通常，我们把数控机床上刀具运动轨迹是直线时称为直线插补，是圆弧时称为圆弧插补。第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第19页共65页退出目录页返回（５）位置控制：可由软件或由硬件实现，其主要任务是在每个采样周期内，将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机，进而控制机床工作台（或刀具）的位移。３、伺服系统的工作原理在数控机床中，伺服系统接收来自数控系统的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动，实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第20页共65页退出目录页返回•数控机床的工作原理•将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，并输入数控装置，经过信息处理、分配，控制机床各坐A(5,3)XY标轴以最小位移量(通常只有0.001mm)为单位进行移动，其合成运动实现了刀具与工件的相对运动，完成零件的加工,如图1.5所示。数控机床的加工，实质是应用了“微分”原理（最小位移量---微分）。图1.5数控机床加工原理第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第21页共65页退出目录页返回三、数控加工特点（1）数控加工特点1)自动化程度高，能减轻工人的劳动强度和改善劳动条件；2)零件加工精度高、加工质量稳定；3)加工生产率高；4)良好的经济效益；5)复杂产品加工能力强；6)适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件；7）有利于生产管理的现代化。（2）数控加工适用范围1)多品种小批量生产的零件；2)几何形状复杂的零件；3)需进行多种工序加工的零件；4)加工精度高的零件；5)贵重零件；6)需要频繁改型的零件；（3）缺点1)初次设备投资大；2)对使用者技术要求高。第一章数控加工技术概论1.1基本概念1.2数控机床的组成与分类1.3数控加工技术的发展第22页共65页退出目录页返回四、数控机床的主要性能指标表1.1数控机床的主要性能指标类别项目含义作用坐标轴可控轴数机床数控装置能够控制的坐标数目影响机床功能，加工适应性和工艺范围联动轴数机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目精度指标定位精度数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度直接影响加工零件的