1、 数控机床与编程技术 主讲主讲 关雄飞关雄飞 王丽洁王丽洁 王荪馨王荪馨 主编主编 关雄飞关雄飞 出版出版 清华大学出版社清华大学出版社 第一章：数控机床概述第一章：数控机床概述 第二章：数控加工编程基础第二章：数控加工编程基础 第三章：数控车床的编程第三章：数控车床的编程 第四章：数控铣床的编程第四章：数控铣床的编程 第五章：加工中心的编程第五章：加工中心的编程 第六章：自动编程技术第六章：自动编程技术 第七章：数控机床主体结构第七章：数控机床主体结构目录目录EXIT 学习重点：学习重点： 了解数控技术的产生与发展了解数控技术的产生与发展 。 了解数控机床的基本构成与工作原理、特点、分类及发
2、了解数控机床的基本构成与工作原理、特点、分类及发展趋势。展趋势。第一章第一章 数控机床概述数控机床概述EXIT 一、一、现代数控技术的产生现代数控技术的产生 随着科学技术和社会生产的不断发展和市场竞争的日趋随着科学技术和社会生产的不断发展和市场竞争的日趋激烈激烈, ,机械制造领域发生了巨大的变化机械制造领域发生了巨大的变化, ,机械产品的结构机械产品的结构越来越合理越来越合理, ,其性能、质量、生产率和精度日趋提高其性能、质量、生产率和精度日趋提高, ,因因此对加工机械产品的生产设备的性能、精度和自动化提此对加工机械产品的生产设备的性能、精度和自动化提出了更高的要求。出了更高的要求。 数控机床
3、（数控机床（ numeriacal conctrolnumeriacal conctrol machine tool machine tool）就是）就是通过数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制，通过数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制，实现要求的机械动作，自动完成加工任务。其实质就是实现要求的机械动作，自动完成加工任务。其实质就是技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备。技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备。 数控控制技术（数控控制技术（numeriacal conctrolnumeriacal conctrol 简称简称NC NC ） 第一台数控机床是美国第一台数控
4、机床是美国PASONSPASONS公司与麻省理工学院公司与麻省理工学院(MIT) (MIT) 于于19521952年合作研制成功。年合作研制成功。19591959年美国克耐年美国克耐杜列克公司首杜列克公司首次程成功开发加工中心（简称次程成功开发加工中心（简称MCMC）。1-1 1-1 数控技术的产生及发展数控技术的产生及发展EXIT 1959 1959年美国克耐年美国克耐杜列克公司首次程成功开发加工中杜列克公司首次程成功开发加工中心（简称心（简称MCMC）。 20 20世纪世纪6060年代末年代末, ,出现了直接数控系统出现了直接数控系统 DNC (direct DNC (direct NC)
5、, NC), 即由一台计算机直接管理和控制一群数控机床。即由一台计算机直接管理和控制一群数控机床。 1967 1967年年, ,英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统加工系统, ,这便是最初的柔性制造系统简称这便是最初的柔性制造系统简称FMSFMS。 20 20世纪世纪8080年代初年代初, ,出现了以加工中心或车削中心为主出现了以加工中心或车削中心为主体体, , 配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元, ,简称简称FMCFMC。近几年又出现了以数控机床为基本加工单元的近几年又出现了以数控机床为基本
6、加工单元的计算机集成制造系统计算机集成制造系统( (简称简称 CIMS),CIMS),实现了生产决策、产实现了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管理和控制。品设计及制造、经营等过程的计算机集成管理和控制。1-1 1-1 数控机床的产生发展及构成数控机床的产生发展及构成工作原理工作原理EXIT 二二 我国数控技术的发展情况我国数控技术的发展情况 我国研制数控机床从我国研制数控机床从19581958年开始年开始, ,上世纪上世纪6060年代末年代末, ,已研制出一些晶体管式数控线切割机床、数控机床已研制出一些晶体管式数控线切割机床、数控机床, ,自改自改革开放以来革开放以来,“,“七
7、五七五”期间诞生了一批数控产品期间诞生了一批数控产品, ,取得了取得了长足的发展。此后采取自主开发中、高档数控系统与购长足的发展。此后采取自主开发中、高档数控系统与购买国外先进数控系统相结合的方针买国外先进数控系统相结合的方针, ,我国数控机床生产和我国数控机床生产和使用水平均取得了很大的提高。使用水平均取得了很大的提高。 目前我国生产的数控机床产品巳覆盖了车、铣、镗、目前我国生产的数控机床产品巳覆盖了车、铣、镗、磨、齿轮加工、线切割加工、电火花加工以及加工中心、磨、齿轮加工、线切割加工、电火花加工以及加工中心、数控弯管机、数控雕刻机等机床数控弯管机、数控雕刻机等机床, ,并在有些企业实施了并
8、在有些企业实施了FMC,FMS,CIMS FMC,FMS,CIMS 等制造自动化技术等制造自动化技术, ,数控加工技术覆盖了数控加工技术覆盖了机械制造的各个领域机械制造的各个领域, ,进入了实用阶段。进入了实用阶段。1-1 1-1 数控机床的产生发展及构成数控机床的产生发展及构成工作原理工作原理EXIT1-2 数控机床的数控机床的组成及工作原理组成及工作原理EXIT 数控机床的构成数控机床的构成 如图所示如图所示, ,数控机床主要由数控机床主要由CNCCNC数控系统和机床主体组成。数控系统和机床主体组成。此外数控机床还有许多辅助装置此外数控机床还有许多辅助装置, ,如自动换刀装置如自动换刀装置
9、, , 自动自动工作台交换装置工作台交换装置, ,自动对刀装置自动对刀装置, ,自动排屑装置及电、液、自动排屑装置及电、液、气、冷却、润滑、防护等装置气、冷却、润滑、防护等装置。 数控系统包括程序及载体、输入数控系统包括程序及载体、输入 / / 输出装置、计算机数输出装置、计算机数控装置控装置( ( 称为称为CNCCNC装置装置 ) )、主轴控制系、主轴控制系 统和进给控制系统和进给控制系统等。有时将主轴控制系统和进给控制系统称为伺服驱统等。有时将主轴控制系统和进给控制系统称为伺服驱动系统。动系统。 程序及载体程序及载体 信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等, ,早
10、期常用的信早期常用的信息载体为穿孔带息载体为穿孔带, ,目前常用的为磁盘。目前常用的为磁盘。 输入输入 / /输出装置输出装置 存储在信息载体上的加工程序需要通过输入装置送存储在信息载体上的加工程序需要通过输入装置送给给 CNC CNC 装置。装置。 计算机数控装置计算机数控装置 CNC CNC 装置是数控机床的核心装置是数控机床的核心, ,它是采用存储程序的专它是采用存储程序的专用计算机用计算机, ,由硬件和软件组成。硬件由各种输入输出接口由硬件和软件组成。硬件由各种输入输出接口电路、微处理器电路、微处理器(CPU)(CPU)、存储器等组成。、存储器等组成。 EXIT1-2 数控机床的数控机
11、床的组成及工作原理组成及工作原理 伺服驱动系统伺服驱动系统 伺服驱动系统是数控机床的执行机构之一伺服驱动系统是数控机床的执行机构之一, , 执行执行由由 CNC CNC 装置输出的运动指令。装置输出的运动指令。 检测装置检测装置 检测装置是采用闭环或半闭环控制系统的数控机检测装置是采用闭环或半闭环控制系统的数控机床的重要组成部分床的重要组成部分, ,其作用是对数控机床的实现位移其作用是对数控机床的实现位移和速度进行检测和速度进行检测, ,将检测结果转化为电信号反馈给数将检测结果转化为电信号反馈给数控装置或伺服控制系统控装置或伺服控制系统, ,实现闭环或半闭环控制。实现闭环或半闭环控制。 机床主
12、体机床主体 数控机床的主体包括床身、立柱、主轴、进给机数控机床的主体包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件构等机械部件, ,用于完成各种切削加工。用于完成各种切削加工。EXIT1-2 数控机床的数控机床的组成及工作原理组成及工作原理 辅助装置 数控机床在实现整机的全自动化控制中,为了提高生产率、加工精度等,还需要配备许多辅助装置,如液压和气动装置、自动换刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。1-11-1数控机床的产生发展及构成数控机床的产生发展及构成工作原理工作原理EXIT1-2 数控机床的数控机床的组成及工作原理组成及工作原理一一 、数控机床加工过程的控制与特点、数控机
13、床加工过程的控制与特点 1.1.数控机床加工零件的控制原理数控机床加工零件的控制原理 数控机床通过控制刀具相对工件的运动实现对零件数控机床通过控制刀具相对工件的运动实现对零件的加工。数控装置按加工程序规定的运动轨迹要求的加工。数控装置按加工程序规定的运动轨迹要求, ,将刀将刀具对工件的运动分割成最小的位移量具对工件的运动分割成最小的位移量, ,通过不断地向各坐通过不断地向各坐标轴方向输出脉冲形式的指令标轴方向输出脉冲形式的指令, ,使刀具沿各坐标移动若干使刀具沿各坐标移动若干个脉冲当量个脉冲当量, ,实现刀具对工件的相对运动实现刀具对工件的相对运动, ,完成对零件的完成对零件的加工。加工。1-
14、2 1-2 数控机床控制与特点数控机床控制与特点分类及发展趋势分类及发展趋势EXIT2.2.数控装置在控制刀具沿数控装置在控制刀具沿零件轮廓加工时零件轮廓加工时, ,需要在需要在规定的加工轮廓起点和规定的加工轮廓起点和终点之间计算出多个中间终点之间计算出多个中间点的坐标值点的坐标值, ,以控制机床以控制机床各坐标轴的运动各坐标轴的运动, ,这种计这种计算中间点坐标值的过程常算中间点坐标值的过程常称为插补运算。称为插补运算。1-2 1-2 数控机床控制与特点数控机床控制与特点分类及发展趋势分类及发展趋势EXIT3.3.现代数控机床常采用的现代数控机床常采用的插补算法有两大类插补算法有两大类: :
15、脉冲增脉冲增量插补和数据采样插补。量插补和数据采样插补。脉冲增量插补主要有两种脉冲增量插补主要有两种方法方法, ,即逐点比较法和数字即逐点比较法和数字积分法。积分法。1-2 1-2 数控机床控制与特点数控机床控制与特点分类及发展趋势分类及发展趋势EXIT1-2 1-2 数控机床控制与特点数控机床控制与特点分类及发展趋势分类及发展趋势EXIT 数控加工过程中的控制数控加工过程中的控制 信息流程数控加工是通过信息流程数控加工是通过CNCCNC装置根据零件的加工程序控制数控机床自动完成的。进装置根据零件的加工程序控制数控机床自动完成的。进行零件加工时行零件加工时, ,先将编写好的零件程序输入到先将编
16、写好的零件程序输入到CNCCNC装置装置, , 然后根据输入的程序段插补出理想的轨迹然后根据输入的程序段插补出理想的轨迹, ,控制执行部控制执行部件件, ,加工出需要的零件加工出需要的零件。下图是直线加工信息转换流程下图是直线加工信息转换流程图图, ,框中的变量表示每次进行信息转换后的结果。框中的变量表示每次进行信息转换后的结果。 二、二、数控机床加工的功能特点数控机床加工的功能特点 1. 1. 可方便加工复杂型面的零件可方便加工复杂型面的零件 数控机床的数控系统可实现多坐标联动控制数控机床的数控系统可实现多坐标联动控制, ,能加工能加工普通机床很难加工或无法加工的复杂曲线、曲面。普通机床很难
17、加工或无法加工的复杂曲线、曲面。下下图图分别分别为为3 3坐标联动加工坐标联动加工,2.5,2.5坐标加工和坐标加工和4 4坐标加工坐标加工。 2. 2. 加工工序相对集中加工工序相对集中 3. 3. 可实现高柔性生产可实现高柔性生产1-2 1-2 数控机床控制与特点数控机床控制与特点分类及发展趋势分类及发展趋势EXIT1-2 1-2 数控机床控制与特点数控机床控制与特点分类及发展趋势分类及发展趋势EXITEXIT1-2 1-2 数控机床控制与特点数控机床控制与特点分类及发展趋势分类及发展趋势1.1.按加工功能分类按加工功能分类 (1) (1)金属切削类数控机床金属切削类数控机床 (2) (2
18、)金属成型类数控机床金属成型类数控机床 (3) (3)特种加工机床特种加工机床 (4) (4)其他数控机床其他数控机床 2.2.按控制刀具与工件相对运动的方式分类按控制刀具与工件相对运动的方式分类 (1) (1)点位控制数控机床点位控制数控机床 (2) (2)点位直线控制数控机床点位直线控制数控机床 (3) (3)连续控制数控机床连续控制数控机床1-3 1-3 数控机床数控机床分类分类EXITEXIT1-3 1-3 数控机床数控机床分类分类EXIT1-3 1-3 数控机床数控机床分类分类 3.3.按进给伺服系统按进给伺服系统 的类型分类的类型分类 (1) (1)开环控制系统开环控制系统 (2)
19、 (2)闭环控制系统闭环控制系统 (3) (3)半闭环控制系半闭环控制系 统统 EXIT1-3 1-3 数控机床数控机床分类分类 随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高及机械制造技术的高速发展速发展 , , 机床数控技术也得到了长机床数控技术也得到了长足进步足进步，主要表现在以下几点：主要表现在以下几点： (1)(1)高高可靠性可靠性 (2)(2)高速化高速化 (3)(3)高精度化高精度化 (4)(4)加工高柔性化加工高柔性化 (5)(5)加工功能复合化加工功能复合化 (6)(6)通讯网络化通讯网络化 (7)(7)系统智能化系统智能化 EXIT1-4 1-4 数控机床的技术发展趋势数控机床的技术发展趋势
