数控技术

数控技术问题1：实习期间见过数控机床吗？问题2：实习期间在那些车间见过数控机床？问题3：何谓数控机床？第一章绪论1数控机床简介2数控机床的工作原理和组成3数控机床的分类4数控机床和数控技术的发展1.1数控机床简介数控机床的概念（NUMERICALCONTROLMACHINETOOLS）制造业是一个国家国民经济的支柱产业。简言之：NC机床是一种装有程序系统的机床具体：当机床进行加工时，对加工要求，零件尺寸及其参数、加工步骤等用代码化的数字表示，通过控制介质，输入到NC装置，经过微机（NC装置）进行处理计算，发出各种控制信号和指令数据，使机床各坐标的运动自动工作，实现按要求的加工，这样的机床叫CNC机床。数控机床的特点能完成普通机床难以或无法完成的加工任务（水轮机叶片）加工精度高：自身精度高,好装夹，多工序加工，减小重定位误差，自动加工，精度保持性好（稳定性好）生产率高：减少辅助时间（较大的切削用量，自动换速、换刀）；无需作停机检测；更换工件种类，无需调整机床,单位时间金属切削率高一机多用（一次装夹，几乎全部加工，代替数台普通机床)良好的经济效益减轻劳动强度有利于现代化的管理有利于机械加工综合自动化发展1.2数控机床的工作原理和组成数控机床的工作原理数控机床的组成数控装置及强电控制输入装置伺服驱动系统机床的机械部件位置检测及反馈程序接收输入信息并进行存储、运算、处理等操作，经输出各种控制信号和指令。强电装置介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制系统NC机床执行机构的动力部件，一般包括驱动电路和驱动元件固定部件、运动部件、进给运动执行部件。如工作台、拖板、刀库、机械手。将零件程序变成电脉冲信号输给NC装置。如光电阅读机、录音机、软盘驱动器等。有些则用MDI方式或通信方式直接传送到NC装置记录加工程序的载体。如纸带、磁带、磁盘、光盘等1.3数控机床的分类按被控对象运动轨迹分点位控制系统：控制机床运动部件的精确位置，即控制刀具与工件的相对位置，对定位过程中的轨迹没有严格要求。（如NC钻床、NC冲床、NC坐标测量机）直线控制：其控制系统除了控制点与点之间的准确位置外，还要保证两点之间移动轨迹是一条直线，而且对运动速度也要进行控制。它的轨迹一般是平行于坐标轴，也可成45°。（如早期NC车）轮廓控制（连续控制）系统：它能对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间曲面的运动轨迹能满足图样要求。（如NC车、NC铣、加工中心）联动：两轴不仅能同时动，而且它们关系由零件轮廓确定。同时动：两轴能同时动，但不能按比例进行变化，分配相互独立。按进给伺服系统的特点分开环数控机床（开环控制）这类控制方式通常不带位置检测元件，伺服驱动元件为功率步进电机或伺服步进电机加液压马达。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。DrivingcircuitSteppingmotorWorktableLeadscrewPulsetrain驱动电路步进电机工作台闭环控制：这类控制方式带有检测装置，直接对工作台的实际位置进行检测，得到反馈信号，这些信号基本有两类：①位置②速度。位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅PositioncomparecircuitSpeedcontrolcircuitWorktableInstructionSpeedfeedbacksignalPositionfeedbacksignalLeadscrewServomotorD．C．（A。C。）位移反馈速度反馈位置检测装置半闭环控制：这类控制将位置检测装置安装在驱动电机的端部或在传动丝杠端部，间接测量执行部件的实际位置或位移。半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。PositioncomparecircuitSpeedcontrolcircuitWorktableInstructionSpeedfeedbacksignalPositionfeedbacksignalLeadscrewServomotorD．C．（A。C。）位移反馈速度反馈位移指令按数控系统的特点分硬线数控：它的输入处理，插补运算和控制功能，都固定组合逻辑电路来实现。（早期产品，现已淘汰）计算机数控机床：软线数控机床，它的硬件由小型或微型计算机再加上通用或专用的大规模集成电路制成，主要功能几乎全部用系统软件来实现。1.4数控机床和数控技术的发展数控机床的产生1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。•1955年第一台NC机床由Bondix公司生产数控机床的发展第一代：1955年，NC系统由电子器组成；数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；第二代：1959年，NC系统由晶体管组成；体积缩小，成本有所下降；1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广第三代：1965年，NC系统采用小规模集成电路（IC）：可靠性提高，功耗降低，第二、第三代为硬线NC。第四代：1970年，NC系统广泛采用小型计算机，部分功能采用软件实现。不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代第五代：1974年，NC系统以微处理芯片为核心，较大的功能均用软件实现。（第四、第五代为软线NC）第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。从1974年至今，分四个阶段：Ⅰ、1974年，位片计算机为主，LED显示；Ⅱ、1979年，采用CRT显示，大规模IC；Ⅲ、1981年，人机对话，动画图形显示，实时数据补偿。Ⅳ、1986年，采用数字伺服系统，大慣量，交直伺服电机应用。•国内发展情况：–58年开始研制，–第一阶段：50年代末—60年代中，研制开发阶段（电子管）–第二阶段：60年代末—70年代初，试用阶段–第三阶段：80年代初，NC机床进入实用阶段–从无到有，从有到到达一定水平，已取得了很大成绩，但与发达国家相比–现在：工科重点大学均有机电一体化实验室，开发了许多NC软件和实用机床系列。–主要厂家：–1、广州数控集团4、上海开通数控公司–2、北京航天数控集团5、沈阳数控集团–3、华中数控6、南京大方数控公司–7、8。。。华东数控、法因数控、大森数控数控机床发展趋势NC（数控机床）—CNC（计算机控制机床）—DNC间接控制型或直接控制型（直接数控或群控）—MC（加工中心）—FMC（柔性制造单元）—FMS（柔性制造系统）—CAD/CAM（计算机辅助设计制造一体化）—CIAF（无人化工厂）1概述2程序代码及结构3数控机床的坐标系4指令编程方法第二章数控机床加工程序的编制程序编制的基本概念分析零件图纸，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写零件加工程序，制作控制介质，校对程序及首件试切的全过程叫程序编制。手工编程：上述整个过程都是由人工完成的，这种编程方法叫手工编程。自动编程：根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定,编写一个零件源程序，由计算机编出NC加工程序和制备控制介质的过程叫自动编程。2.1概述手工编程的内容和步骤确定工艺过程：根据…来分析，确定…，对刀点、换刀点，换刀数少。计算加工轨迹和加工尺寸（数值计算或几何计算）计算零件轨迹和刀具运动的轨迹的坐标值等。编写加工程序单（和初校）制备控制介质：将程序单上的内容记录在控制介质上，作为数控装置的输入信息，也可直接将通过键盘输入。程序校验和初切。如何编程？工艺分析是核心，数学处理是关键。合理的工艺分析正确的数学处理可行的数控程序数控加工的工艺分析和数控加工方法数控编程的基本过程工序的安排普通工艺：先粗后精、先面后孔、先主后次、基准先行；数控工艺：是否遵循？还应考虑的原则？先进行内形内腔加工，后进行外形加工工序；同定位、同夹紧最好一起进行，以减少重复定位；用同刀具加工的工序最好一起进行，节省换刀时间；同一次装夹的多道工序，先安排对工件刚性破坏小的工序。1)在数控加工中，加工工序往往较集中(尤其是加工中心）;2)装夹时以统一基准定位十分重要。为什么？可以减少重复定位误差。如何实现？因此往往需要在毛坯上增加一些工艺凸台或工艺孔。通过例子分析，进行总结，加深对相关工艺理解。例如：从上述分析中，可以得到：•高速切削是一个相对的概念，一般指主轴的高转速和高进给速度以及高进给加速度。•通常认为：切削速度超过普通切削的5-10倍；•机床主轴转速10000-20000r/min以上；•进给速度达15-50m/min，最高可达90m/min。提问1：什么是高速加工？提问2：高速加工机床与普通数控加工机床有何不同？必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统，才能实现材料切削过程的高速化。油雾润滑的陶瓷滚珠轴承电主轴、直线电机等提问3：高速加工工艺与普通数控工艺的不同点？从加工路线、刀具与刀柄等方面进行比较。利用圆弧导出（导入）使切削方向改变加工路线：尽量选择刀具未处于切削状态的时候改变进给方向刀具完全导出的时候改变切削方向加工路线：在加工型腔等特殊的形状时，由于刀具没有办法导出，编程时，转角部分尽量采用圆弧等过渡，以便使转向尽量平稳，如果能够在转角的时候适当降低进给速度，那么效果会更好。加工路线：D型拐角过渡加工路线：光滑进退刀的方法：采用螺旋线、圆弧和斜线方式进退刀，保证光滑进退刀。切削深度：根据浅切削、小层深的分层原则，采用合理分层加工的方法来实现加工的合理性与载荷的恒定。高速加工：摆线刀轨，全方位加工，力均匀。刀具与刀柄：有德国HSK刀柄、美国KM刀柄等。HSK刀柄及KM刀柄均为1:10的锥度，采用主轴锥孔和刀柄端面过定位的方式，实现刀具的定位夹紧。常用的刀具材料有硬质合金、涂层硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼（PCBN）和聚晶金刚石（PCD）等。端面定位1:10锥面定位高速刀柄（HSK）数控加工的工艺分析选择合适的对刀点对刀：使刀位点与对刀点重合的操作确定加工路线点位加工（孔类零件）的NC机床，尽可能缩短走刀路线对车削和铣削类加工，考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停空间曲线的加工，原则：缩短线路，减少空程时间；保证精度要求；有利于简化数值计算最终轮廓一次走刀完成c)路线3b)路线3a)路线1程序编制误差数控加工方法平面孔系零件：钻床，镗床，加工中心旋转体类零件：车床，磨床，注：粗车的加工线路与精度的关系平面轮廓零件：铣床，加工中心；注意切入切出问题立体轮廓表面零件a、三坐标两联动机床：采用“行切法”，此法亦称两轴半加工法b、三坐标联动机床c、四坐标联