数控编程以及加工工艺基础教程{全}

泸州职业技术学院机电系绪论1.1数控机床的产生1.2数控加工的概念1.3数控机床的组成1.4数控机床的分类1.5数控机床的发展趋势1.6典型的数控机床1.7数控机床认识实习第1章数控技术概述与数控机床第1章数控技术概述与数控机床绪论数控人才与就业毕业生就业与数控加工有关的工作岗位：数控机床操作数控加工工艺设计及程序编制数控机床管理与维修数控加工生产组织管理销售及技术服务第1章数控技术概述与数控机床社会所需的数控加工技术人才类型：金领银领蓝领金领银领蓝领数控机床操作数控工艺设计与编程、维修数控机床操作、工艺设计与编程、维修及数控改造、管理第1章数控技术概述与数控机床本课程学习说明本课程学习内容数控加工工艺、手工编程和数控机床操作技能。本课程与其他课程的关系学习本课程的目的学习本课程的要求本课程的学习进程掌握数控技术的基本概念和基本理论，了解数控机床的结构和原理，理解典型零件的数控加工工艺，以理论指导实践操作，进而熟悉手工编程的方法和技巧，掌握FANUC系统机床的具体操作。第1章数控技术概述与数控机床1.1数控机床的产生数字控制(NumericallyControlled)简称数控(NC)，是用数字信息实现自动控制技术。数字控制机床(数控机床)，是用数字信息实现自动控制运转的机床。概念加工中心第1章数控技术概述与数控机床数控机床是一种综合运用了计算机、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化的典型产品。它把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，实现自动控制机床运动，加工出所需要的零件。特征发展自1952年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了数控(NC)阶段(1952~1970年)和计算机数控(CNC)阶段(1970~现在)。第1章数控技术概述与数控机床现代制造业的主流设备，对发展国家经济有决定性的影响。现代机械制造业工艺水平的重要标志，是关系国计民生、国防尖端建设的战略物资。数控加工的地位数控机床制造已比较成熟。但与先进国家相比尚有较大的差距。我国机床数控化率15%，数控机床应用水平较低。我国数控机床现状第1章数控技术概述与数控机床1.2数控加工的概念一、数控加工的定义数控加工是指在数控机床上进行自动加工零件的一种工艺方法。第1章数控技术概述与数控机床二、数控加工的认识数控车削加工加工中心加工第1章数控技术概述与数控机床三、数控加工的工作原理数控加工就是根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制刀具与工件的相对运动，从而自动完成零件的加工。第1章数控技术概述与数控机床四、数控加工的过程制定工艺分析零件工艺分析数控编程程序传输程序校验数控加工步骤详细框图第1章数控技术概述与数控机床五、数控加工的特点1.适应性强，适合加工单件或中小批量复杂工件2.加工精度高，产品质量稳定3.自动化程度高，劳动强度低4.生产效率高5.良好的经济效益6.有利于生产管理的现代化第1章数控技术概述与数控机床六、数控加工的对象平面类零件精密、复杂零件变斜角类零件模具结构复杂的零件叶片的精加工件第1章数控技术概述与数控机床多品种、小批量生产的零件数控机床最适合加工具有以下特点的零件形状结构比较复杂的零件需要频繁改型的零件(试制件)价值昂贵不允许报废的零件需要最短周期的急需零件批量大、精度要求高的零件第1章数控技术概述与数控机床1.3数控机床的组成数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体(测量装置)四个部分组成。反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控装置位置检测速度检测第1章数控技术概述与数控机床一、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：纸带阅读机、软盘驱动器及键盘（MDI方式）等，还有RS232串行通讯接口；输出设备主要有CRT显示器或点阵式液晶显示器。第1章数控技术概述与数控机床二、数控装置数控装置是数控机床的核心。数控系统的操作面板FANUC系统SIEMENS系统华中HNC系统第1章数控技术概述与数控机床三、伺服系统主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。伺服电机电主轴位置检测装置第1章数控技术概述与数控机床四、机床本体数控机床的本体与普通机床基本类似，不同之处是数控机床结构简单、刚性好，传动系统采用滚珠丝杠代替普通机床的丝杠和齿条传动，主轴变速系统简化了齿轮箱，普遍采用变频调速和伺服控制。主运动部件：主轴、进给机构等完成切削加工；进给运动部件：工作台、刀架；支撑部件：床身、立柱；辅助装置：冷却、润滑、转位、夹紧、换刀机械手等第1章数控技术概述与数控机床数控机床的结构特点：主轴功率大，床身刚度高、抗震性好、热变形小采用高效传动件。传动灵活，传动精度高有刀具自动交换系统和管理系统有工件自动交换系统以及液压加紧放松机构有全封闭或半封闭的安全防护设施第1章数控技术概述与数控机床1.4数控机床的分类一、按数控机床加工原理分类数控车床普通数控机床用刀具对零件进行切削加工特种加工数控机床成形加工数控机床采用电火花原理进行加工通过物理方法改变工作形状数控铣床车削中心加工中心电火花线切割机电火花成型机数控折弯机数控冲床数控弯管机第1章数控技术概述与数控机床二、按控制功能分类点位控制从一点准确地快速移动下一个点直线控制轮廓控制以给定的速度按直线进行切削按工件的轮廓轨迹进行切削第1章数控技术概述与数控机床三、按进给伺服系统类型分类开环数控系统闭环数控系统半闭环数控系统采用步进电机，无位置检测元件，对执行机构不检测，无反馈控制信号。设备成本低，调试方便。采用伺服电机，有位置检测元件和位置比较电路。位置测量装置安装在工作台。系统的控制精度高，设备的成本高。位置检测元件不是测量工作台的实际位置，而是测量伺服电机或丝杠端的转角，推算出位移。第1章数控技术概述与数控机床1.5数控机床的发展趋势一、数控机床的发展趋势1.高速高精度化高速化是指数控机床高的切削速度和高的进给量，有利于提高生产率。高速加工提高了加工精度，也改善了加工面粗糙度。高精度是机床能够达到高的分辨率、定位精度和重复定位精度等。精加工精度已提高到0.1μm，加工精度进入了亚微米级。第1章数控技术概述与数控机床2.智能化加工过程自适应控制技术加工参数的智能优化与选择故障自诊断功能智能化交流伺服驱动装置21世纪的CNC系统将是一个高度智能化的系统，可在局部或全局实现加工过程的自适应、自诊断和自调节；智能编程、智能监控；专家系统可降低对操作者的要求。第1章数控技术概述与数控机床3.复合化在一台机床上，工件一次装夹便可完成多工种、多工序的加工，实现一机多能，提高生产效率和加工精度。第1章数控技术概述与数控机床4.网络化现代数控机床的远程故障诊断、远程状态监控、远程加工信息共享、远程操作（危险环境的加工）。第1章数控技术概述与数控机床5.计算机集成制造系统满足柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）的要求，实现数控机床之间的数据通信和直接对若干台数控机床进行控制。计算机集成制造系统的发展可以实现整个机械制造厂的全盘自动化。第1章数控技术概述与数控机床二、数控机床的使用特点对技术人员要求较高对夹具和刀具的要求较高劳动条件好投资大，使用费用高生产准备工作复杂数控技术人员除了要有一定的工艺基础知识外，还应对数控机床的结构特点、工作原理以及程序编制进行必备的技术理论培训和操作训练，并能正确编写或快速理解程序，对数控加工过程中出现的各种情况做出正确有效的判断和处理。维修困难第1章数控技术概述与数控机床1.6典型的数控机床数控铣床后置刀架数控车床经济型数控车床立式数控车床车削中心龙门铣床立式加工中心卧式加工中心5轴加工中心第1章数控技术概述与数控机床慢走丝线切割机床快走丝线切割机床电火花成型机床激光加工机床双主轴、五轴联动机床小型零件的超精密加工数字化仿形加工第1章数控技术概述与数控机床数控机床的发展1952年3月，世界上第一台三坐标数控铣床试制成功，可作直线插补，由美国的巴森兹(Parsons)公司和麻省理工学院(MIT)合作研发。1959年，由美国的克耐·杜列克(Keaney&Trecker)首次研制开发了具有自动换刀装置和回转工作台的加工中心(MachiningCenter，MC)。20世纪60年代末，出现了直接数控系统(DirectNC,DNC)，由一台计算机直接管理和控制一群数控机床。1967年，英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统，即现在的柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem，FMS)的前身。20世纪末，出现了以数控机床为基本加工单元的计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS)。20世纪80年代初，出现了以加工中心或车削中心为主体，配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell，FMC)。第1章数控技术概述与数控机床数控加工零件图、成品第1章数控技术概述与数控机床数控加工框图刀具调整卡模拟调试程序操作机床试切刀辅具选取确定刀具手工编程程序输入自动编程通讯传输工艺分析刀具方案零件图纸工艺设计夹具方案组合夹具可调夹具通用夹具成品刀对装件工夹第1章数控技术概述与数控机床数控加工的对象平面类零件第1章数控技术概述与数控机床数控加工的对象变斜角类零件第1章数控技术概述与数控机床数控加工的对象精密、复杂零件第1章数控技术概述与数控机床数控加工的对象模具第1章数控技术概述与数控机床数控加工的对象结构复杂的零件异形零件第1章数控技术概述与数控机床数控加工的对象叶片的精加工被加工的水轮机叶片被加工的水轮机叶片第1章数控技术概述与数控机床数控机床的组成交流同步伺服电机力矩伺服电机交流同步伺服直线电机第1章数控技术概述与数控机床数控机床的组成电主轴第1章数控技术概述与数控机床数控机床的组成位置检测装置第1章数控技术概述与数控机床瑞士米克朗VCP600/800高性能加工中心X轴的移动由工作台移动实现集成的整体电机主轴坚固、紧凑的箱型立柱由人造大理石整体铸造集成在箱型立柱内的刀库，通过一个滑动门与加工区隔开紧凑的两轴移动单元第1章数控技术概述与数控机床数控机床的分类开环控制系统驱动程序步进电机工作台指令第1章数控技术概述与数控机床数控机床的分类闭环控制系统位置比较速度控制工作台指令伺服电机速度检测位置检测反馈第1章数控技术概述与数控机床数控机床的分类半闭环控制系统位置比较速度控制工作台指令伺服电机速度检测位置检测反馈第1章数控技术概述与数控机床高精度加工提高机械设备的制造精度和装配精度减小数控系统的控制误差采用补偿技术提高数控系统的分辨率以微小程序段实现连续进给使CNC控制单位精细化提高位置检测精度位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制齿隙补偿刀具误差补偿热变形误差补偿丝杆螺距误差补偿空间误差综合补偿第1章数控技术概述与数控机床典型的数控机床经济型数控车床第1章数控技术概述与数控机床典型的数控机床后置刀架数控车床