1、第一章第一章 数控加工的基本知识数控加工的基本知识一、数控加工技术基础一、数控加工技术基础二、数控机床的分类与应用二、数控机床的分类与应用三、数控编程的基础知识三、数控编程的基础知识四、数控加工技术的发展四、数控加工技术的发展一、数控加工技术基础一、数控加工技术基础1、基本概念、基本概念1 1）数字控制）数字控制以数字化指令对机床运动及以数字化指令对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。加工过程进行控制的一种方法。NC Numerical Control NC已成为数控加工的专用术语已成为数控加工的专用术语2 2）数控系统）数控系统利用数字控制技术实现自动利用数字控制技术实现自动控制的系统。控
2、制的系统。3 3）数控机床）数控机床装备了数控系统的机床。装备了数控系统的机床。2、数控技术的发展、数控技术的发展19521952年在美国麻省理工学院诞生了年在美国麻省理工学院诞生了世界上第一台世界上第一台三坐标联动的数控铣床第一代第一代 电子管电子管NCNC第二代第二代 晶体管晶体管NCNC第三代第三代 小规模集成电路小规模集成电路NCNC第四代第四代 小型计算机小型计算机NCNC第五代第五代 微机微机NCNCCNCCNCMNCMNC3、数控机床的组成、数控机床的组成数控机床数控机床机床本体机床本体数控系统数控系统输入输出装置输入输出装置数控装置（核心）数控装置（核心）伺服驱动系统伺服驱动系
3、统位置检测反馈装置位置检测反馈装置可编程逻辑控制器（可编程逻辑控制器（PLC)PLC) 数控装置数控装置内的计算机对通过输入装置以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后，再通过伺服系统及可编程序控制器伺服系统及可编程序控制器向机床主轴及进给等执行机构发出指令，机床主体机床主体则按照这些指令，并在检测反馈装置检测反馈装置的配合下，对工件加工所需的各种动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和进给速度等项要求实现自动控制，从而完成工件的加工。4、数控加工原理、数控加工原理数控机床的工作过程数控机床的工作过程 机床 I/O 电路和装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元
4、计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 装置 测量反馈装置 5 5、数控原理：、数控原理：脉冲脉冲脉冲当量脉冲当量可达可达0.001mm0.001mm以上以上 脉冲由脉冲发生脉冲由脉冲发生器产生，控制系统器产生，控制系统控制控制发送的数发送的数量和时机等，量和时机等，控制数控机床控制数控机床每个方向按脉冲当每个方向按脉冲当量精确前进一定的量精确前进一定的距离。距离。直线插补直线插补插补原理：插补原理：ABXY圆弧插补圆弧插补插补原理：插补原理：ABXY二、数控机床的组成与分类数控机床的品种规格较多
5、，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，一般可根据其功能和结构，按以下原则进行分类。11不能进行插补a. 点位控制Positioning Control)1) 按运动方式分类12平行坐标轴和与坐标轴成 45角加工b） 直线控制(Straight-line Control)13C） 轮廓控制 （Contour Control)14输入脉冲步进电动机驱动电路功率步进电动机机械传动链机床运动部件a）开环控制系统2) 按控制方式分类15开环控制系统电机机械执行部件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16输入脉冲比较器前置及功率放大电路机械传动链机床
6、运动部件直流或交流伺服电动机脉冲编码器b）半闭环控制系统17半闭环控制系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件实际位置反馈实际速度反馈18输入脉冲比较器前置及功率放大电路机械传动链机床运动部件直流或交流伺服电动机位置检测装置C）闭环控制系统19闭环控制系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈1. 金属切削类数控机床2. 金属成形类数控机床3特种加工类数控机床4其他类型数控机床3) 按工艺用途分类三、数控编程的基础知识三、数控编程的基础知识1、数控机床
7、的坐标系、数控机床的坐标系规定原则：规定原则：1）右手直角笛卡尔坐标系）右手直角笛卡尔坐标系2）刀具相对于静止的工件而运动）刀具相对于静止的工件而运动3）刀具远离工件的方向为运动的正方向）刀具远离工件的方向为运动的正方向2、坐标轴的确定、坐标轴的确定1）Z轴 有主轴的机床，Z轴平行主轴轴线。2）X轴 对于工件旋转的机床如车床，X轴在水平面内且垂直工件回转轴线。 对于刀具旋转的机床如铣床，当Z轴垂直时，人面对主轴，向右为正X方向，当Z轴水平时，则向左为正X方向。 3）Y轴 根据已确定的X、Z轴，按右手直角笛卡尔坐标系确定Y轴。4）A、B、C轴 此三轴坐标为回转进给运动坐标。根据已确定的X、Y、Z
8、轴，用右手螺旋定则确定A、B、C三轴坐标。3、几个坐标原点、几个坐标原点1）机床原点）机床原点 现代数控机床都有一个基准位置，称为机床原点，是机床制造商设置在机床上的个物理位置，通常不允许用户改变。其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。机床原点是工机床原点是工件坐标系、机床参点的基准点件坐标系、机床参点的基准点2）机床参考点）机床参考点 机床原点机床原点相对应的还有一个机床参考点，它也是机床上的一个固定点，通常不同于机床原点。一般来说，加工中心的参考点设在工作台位于极限位置时的一基准点上极限位置时的一基准点上。该极限位置通过机械挡块来调整和确定，但必须位于各坐标轴的移动范
9、围内。为了在机床工作时建立机床坐标系，要通过参数来指定参考点到机床原点的距离，此参数通过精确测量来确定。一般，机床工作前，必须先进行一般，机床工作前，必须先进行回参考点动作，各坐标轴回零，才可建立机回参考点动作，各坐标轴回零，才可建立机床坐标系床坐标系3）工件原点（编程原点）工件原点（编程原点） 工件坐标系工件坐标系是在数控编程时用来定义工件形状和刀具相对工件运动的坐标系。 工件坐标系的原点称为工件原点或编程原工件坐标系的原点称为工件原点或编程原点点 数控车床上加工工件时，工件原点一般设在工件原点一般设在主轴中心线与工件右端面主轴中心线与工件右端面(或左端面或左端面)的交点处的交点处。 数控铣
10、床上加工工件时，工件原点一般设在工件原点一般设在进刀方向一侧工件外轮廓表面的进刀方向一侧工件外轮廓表面的某个角上或对称某个角上或对称中心上。中心上。4、数控编程的概念与步骤、数控编程的概念与步骤1、数控编程数控编程是指从是指从零件图样的分析零件图样的分析到获到获得得合格数控程序合格数控程序的全过程。的全过程。2、步骤：、步骤：分析零件图样，确定工艺过程数学处理编写程序单输入程序程序校验和首件试切手工编程手工编程自动编程自动编程5、数控编程的方法、数控编程的方法6、程序的结构、程序的结构 O1234 N01 G92 X60 Z20 ; N02 S02 M03;N03 G00 X45 Z5;N04
11、 G01 Z-60 F100;N05 G00 X100 Z100;N06 M30; 程序号程序号程序内容程序内容程序结束程序段程序段 程序段 N G X Y Z F S T M LF 语句号字 准备功能字 主轴转速功能字 辅助功能字 数据字 刀具功能字 程序段结束符 尺寸字 进给功能字 7、字、字-地址程序段格式如下地址程序段格式如下：例如：N30 G01 X35 Z-60 F200 S350 T0202 M03； 8、5大功能指令大功能指令1）辅助功能指令（）辅助功能指令（M指令）指令）M03: 主轴正传主轴正传M04：主轴反转：主轴反转M05：主轴停止：主轴停止M06: 换刀换刀M08:
12、切削液打开切削液打开M09: 切削液关闭切削液关闭 M30: 程序结束程序结束331）高速、高精度化超精密零件加工达到0.001m，进入纳米级。意大利FIDIA公司DIGIT 418型MC，主轴75000rpm。德国CHIRON公司FZ085型MC，主轴90000rpm。瑞士IBAG公司MC，电主轴140000rpm，功率100kw。四、数控加工技术的发展四、数控加工技术的发展34 数控系统的可靠性：指数控系统在规定的条件下和在规定的时间内完成规定功能的能力。 通常采用的技术有：冗余技术、故障诊断技术、自动检错、纠错技术、系统恢复技术、软件可靠性技术2）数控系统高可靠性353）CNC系统的智能
13、化 智能化的基本思想是通过计算机或智能控制装置来模拟人类专家的制造智能活动，对制造中的问题进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与发展。364）具有更高的通讯功能目前数控系统配备多种遥控接口和智能接口。RS232C、RS422、光纤维、MAP（制造自动化协议）和20mA电流回路等接口可与DNC、FMC相连。5）高柔性化FMS的优点：工序较普通加工方法减少1/21/3，操作人员减少1/201/15，加工周期缩短1/301/20，工时定额为过去的1/31/238 美国MDSI公司的Open CNC、德国Power Automation公司的PA8000 NT等 产品，其NC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口 ，用户可以在WINDOWS NT平台上，利用开放的CNC内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统 。6）小型化、开放式
