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1、数控加工技术基础20092009年年1111月月田锡天NWPU参参 考考 书书1.田锡天田锡天.数控加工技术基础（讲义）数控加工技术基础（讲义）.西北工业大学出西北工业大学出版社，版社，20092.范炳炎范炳炎.数控加工程序编制（第数控加工程序编制（第2版）版）.航空工业出版社，航空工业出版社，19953.蔡兰蔡兰.数控加工工艺学数控加工工艺学.化学工业出版社，化学工业出版社，20054.王爱玲王爱玲.现代数控编程技术及应用现代数控编程技术及应用.国防工业出版社，国防工业出版社，2002先修课程先修课程1.现代制造工艺基础（含夹具）现代制造工艺基础（含夹具）2.切削加工及刀具技术切削加工及刀具
2、技术3.机床概论与设计机床概论与设计NWPU内内 容容第一章第一章 数控加工技术概述数控加工技术概述第二章第二章 数控加工程序编制基础数控加工程序编制基础第三章第三章 数控加工工艺过程设计数控加工工艺过程设计第四章第四章 数控铣床的程序编制数控铣床的程序编制第五章第五章 加工中心的程序编制加工中心的程序编制第六章第六章 数控车床的程序编制数控车床的程序编制第七章第七章 CAD/CAM软件及其应用软件及其应用NWPU 第一章第一章 数控加工技术概述数控加工技术概述本章内容：本章内容：1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念1.2 数控机床数控机床1.3 数控系统数控系统1.4 数控机床的发展
3、数控机床的发展NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念1.数字控制数字控制Numerical Control，NC 数字控制，简称数控。数字控制，简称数控。数数字字控控制制是是用用数数字字信信号号对对控控制制对对象象进进行行自自动动控控制制的的一一种种技术。技术。数字控制的优点：数字控制的优点：可用不同的字长表示不同精度的信息；可用不同的字长表示不同精度的信息；可可对对数数字字化化信信息息进进行行逻逻辑辑运运算算、数数学学运运算算等等复复杂杂的的信息处理工作；信息处理工作；可可用用计计算算机机程程序序来来改改变变信信息息处处理理的的方方式式或或过过程程，而而不不用用改改变变电电路路
4、或或机机械械机机构构，从从而而使使机机械械设设备备具具有有很很大的柔性。大的柔性。NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念2.数控机床数控机床数数字字控控制制的的对对象象是是多多种种多多样样的的，但但数数控控机机床床是是最最早早应应用用数数控控技技术术的的控控制制对对象象，也也是是应应用用最最广广泛泛和和最最典典型型的的数数控设备。控设备。因因此此，国国家家标标准准将将数数字字控控制制定定义义为为：用用数数字字化化信信号号对对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。数数控控机机床床是是采采用用了了数数控控技技术术的的机机床床，或或者者说说
5、是是装装备备了了数控系统的机床。数控系统的机床。数数控控系系统统是是数数控控机机床床的的控控制制装装置置，其其作作用用是是处处理理输输入入到到系系统统中中具具有有特特定定指指令令代代码码的的程程序序，控控制制机机床床的的运运动动，实现零件的加工。实现零件的加工。NWPU3.数控机床的应用数控机床的应用l数数控控机机床床是是一一种种新新型型的的自自动动化化机机床床，具具有有广广泛泛的的通通用用性性和较高的经济加工精度。和较高的经济加工精度。l适适应应于于单单件件和和中中小小批批量量生生产产的的自自动动化化加加工工。在在整整个个机机械械加加工工生生产产中中，中中小小批批量量和和单单件件生生产产的的
6、零零件件品品种种，占占80以以上上。一一般般的的自自动动化化机机床床由由于于准准备备工工作作、调调整整工工作作量量很很大大（凸凸轮轮，靠靠模模、挡挡块块、电电器器、液液压压等等），在在大大批批量量生生产产中中使使用用才才是是经经济济合合理理的的，而而对对中中小小批批量量、单单件件生生产产是是不不合合理理的。的。l适适应应于于精精密密复复杂杂零零件件的的自自动动化化加加工工。在在航航空空、汽汽车车、造造船船、兵兵器器等等工工业业中中，机机械械产产品品日日趋趋精精密密、复复杂杂，而而且且改改型型频频繁繁，一一些些普普通通机机床床加加工工手手段段已已不不能能完完全全适适应应，对对于于一一些些复复杂杂
7、曲曲线线、曲曲面面零零件件，手手工工操操作作不不仅仅劳劳动动强强度度大大、生生产产周周期长，精度不易保证期长，精度不易保证，有时甚至无法加工。，有时甚至无法加工。1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念4.数控加工数控加工数数控控加加工工是是指指使使用用数数控控机机床床进进行行零零件件加加工工的的方方法法或或技技术术，它它采采用用数数字字信信息息对对零零件件加加工工过过程程进进行行定定义义（即即程程序序），并控制机床自动运行完成零件的加工。，并控制机床自动运行完成零件的加工。NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念数控加工过程
8、数控加工过程：(1)数数控控加加工工程程序序编编制制。首首先先根根据据零零件件设设计计要要求求制制定定数数控控加加工工工工艺艺过过程程，选选择择刀刀具具及及切切削削参参数数，然然后后按按数数控控机机床规定的编程格式编写零件的数控加工程序。床规定的编程格式编写零件的数控加工程序。(2)数数控控加加工工程程序序输输入入。根根据据数数控控机机床床的的程程序序输输入入要要求求，通通过过输输入入装装置置将将数数控控加加工工程程序序输输入入到到数数控控机机床床的的数数控控系系统中。统中。(3)零零件件加加工工。数数控控系系统统对对输输入入的的数数控控加加工工程程序序进进行行必必要要的的处处理理，生生成成和
9、和发发出出相相应应的的控控制制指指令令，控控制制机机床床的的各各种种运运动动和和动动作作，使使刀刀具具与与工工件件严严格格地地按按照照程程序序规规定定的的顺顺序、刀具路径和参数运动，从而加工出符合要求的零件。序、刀具路径和参数运动，从而加工出符合要求的零件。NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念数数控控加加工工程程序序，简简称称为为数数控控程程序序或或零零件件程程序序（Part Program），是是用用特特定定格格式式的的一一套套指指令令代代码码编编写写的的控控制制数数控机床执行一个确定的加工任务的一系列指令。控机床执行一个确定的加工任务的一系列指令。数数控控加加工工程程序序编
10、编制制是是指指为为零零件件的的数数控控加加工工编编写写加加工工程程序的过程。序的过程。数数控控加加工工技技术术包包括括数数控控加加工工工工艺艺和和数数控控加加工工程程序序编编制制技技术术两两大大方方面面。数数控控机机床床为为数数控控加加工工提提供供了了物物质质基基础础，但但数数控控机机床床是是按按照照事事先先规规定定的的指指令令信信息息数数控控加加工工程程序序来来执执行行各各种种运运动动的的。因因此此，数数控控加加工工程程序序的的编编制制是是实实现现数数控控加加工工的的重重要要环环节节。对对于于复复杂杂零零件件的的加加工工，其其编编程程工作显得尤其重要。工作显得尤其重要。NWPU数数控控机机床
11、床主主要要由由控控制制介介质质、数数控控系系统统、伺伺服服系系统统和和机机械械系统等组成。系统等组成。（图（图1-1，图，图1-2）一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.2 数控机床数控机床数控系统数控系统控制介质控制介质伺服系统伺服系统机械系统机械系统测量装置测量装置NWPU图图1-2 数控机床的组成数控机床的组成1.2 数控机床数控机床数控程序数控程序输输入入装装置置输输出出装装置置数数控控装装置置PLC主主轴轴控控制制主主轴轴电电机机机机床床本本体体位置控制位置控制伺服电机伺服电机测量装置测量装置存储介质存储介质数控系统数控系统伺服系统伺服系统NWPU 1.控制介质控制介质/信息载体信
12、息载体2.数控系统数控系统3.伺服系统伺服系统4.机械系统机械系统一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.2 数控机床数控机床NWPU1.控制介质控制介质/信息载体信息载体用于记录零件的数控程序。用于记录零件的数控程序。输入装置输入装置光电阅读机光电阅读机磁带磁带磁带录音机磁带录音机磁盘磁盘磁盘驱动器磁盘驱动器网络传送网络传送穿孔纸带穿孔纸带图图1-31.2 数控机床数控机床NWPU图图1-3 穿孔纸带穿孔纸带NWPU 1.控制介质控制介质/信息载体信息载体2.数控系统数控系统3.伺服系统伺服系统4.机械系统机械系统一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.2 数控机床数控机床NWPU2.数控系
13、统数控系统/数控装置数控装置/控制机控制机数控系统控制的机床运动和动作主要包括：数控系统控制的机床运动和动作主要包括：机床主轴运动，如主轴的启动、停止、转向和速度；机床主轴运动，如主轴的启动、停止、转向和速度；机机床床进进给给运运动动，如如点点位位、直直线线、圆圆弧弧进进给给运运动动，运运动动方方向向和进给速度选择等；和进给速度选择等；刀具选择、换刀和刀具补偿；刀具选择、换刀和刀具补偿；其其它它辅辅助助运运动动，如如工工作作台台锁锁紧紧和和松松开开、工工作作台台的的旋旋转转与与分分度、冷却液的开和关等各种辅助操作。度、冷却液的开和关等各种辅助操作。数数控控系系统统是是数数控控机机床床的的控控制
14、制系系统统，是是数数控控机机床床的的核核心心组组成成部部分分。它它的的功功能能是是输输入入数数控控加加工工程程序序，进进行行计计算算和和处处理理后后，发发出出相相应应的的指指令令，传传送送给给伺伺服服系系统统，通通过过伺伺服服系系统统控控制制机机床床的运动和动作。的运动和动作。1.2 数控机床数控机床NWPU 1.控制介质控制介质/信息载体信息载体2.数控系统数控系统3.伺服系统伺服系统4.机械系统机械系统一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.2 数控机床数控机床NWPU3.伺服系统伺服系统(1)伺服系统的组成伺服系统的组成伺伺服服系系统统（或或称称驱驱动动系系统统）是是数数控控系系统统与与
15、机机床床执执行行机机构的连接环节，是数控机床执行机构的驱动部件。构的连接环节，是数控机床执行机构的驱动部件。伺伺服服系系统统的的作作用用是是把把来来自自数数控控系系统统的的脉脉冲冲信信号号，经经功功率率放放大大和和处处理理后后，转转换换成成机机床床执执行行部部件件的的运运动动，如如工工作作台的直线运动和主轴的旋转运动。台的直线运动和主轴的旋转运动。根据驱动主轴或进给运动，可以将伺服系统划分为根据驱动主轴或进给运动，可以将伺服系统划分为主主轴伺服系统轴伺服系统和和进给伺服系统进给伺服系统。NWPU3.伺服系统伺服系统(1)伺服系统的组成伺服系统的组成伺服系统由驱动单元和伺服电动机组成。伺服系统由
16、驱动单元和伺服电动机组成。驱动单元包括位置控制单元和速度控制单元。驱动单元包括位置控制单元和速度控制单元。数控系统数控系统位置控制位置控制单元单元速度控制速度控制单元单元伺服伺服电动机电动机机床机床测量反馈测量反馈单元单元 一一般般情情况况下下，多多将将位位置置控控制制单单元元与与数数控控系系统统做做在在一一起起，所以通常所说的驱动单元是指速度控制单元。所以通常所说的驱动单元是指速度控制单元。速速度度控控制制单单元元是是一一个个调调速速系系统统，由由速速度度调调节节器器、电电流流调调节器、功率驱动放大环节等组成。节器、功率驱动放大环节等组成。NWPU3.伺服系统伺服系统常用的伺服电动机：步进电
17、动机、直流伺服电动机、常用的伺服电动机：步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机和数字伺服电动机。交流伺服电动机和数字伺服电动机。NWPU3.伺服系统伺服系统(2)伺服系统的组成伺服系统的组成举例举例总旋转角总旋转角驱动装置驱动装置步进步进电机电机工作台工作台脉冲信息脉冲信息脉冲总数脉冲总数滚珠丝杠滚珠丝杠总位移总位移丝杠回转时，滚珠相对于螺母在滚动。丝杠回转时，滚珠相对于螺母在滚动。滚滚珠珠丝丝杠杠的的优优点点：摩摩擦擦小小，运运动动平平稳稳，传传动动精精度度高高，预预紧后可消除间隙，有可逆性。丝杠和螺母都可作主动件。紧后可消除间隙，有可逆性。丝杠和螺母都可作主动件。NWPU(3)伺服系统
18、的作用伺服系统的作用 因为数控系统发出的信号因为数控系统发出的信号脉冲信息脉冲信息是不连续的数字是不连续的数字量，而机床工作台的位移是一种连续的模拟量，中间需要量，而机床工作台的位移是一种连续的模拟量，中间需要一个转换环节一个转换环节伺服系统。伺服系统。作用作用：接受来自数控系统的指令信息，通过步进电机、直：接受来自数控系统的指令信息，通过步进电机、直流伺服电机或交流伺服电机及减速齿轮、滚珠丝杠等传动流伺服电机或交流伺服电机及减速齿轮、滚珠丝杠等传动机构驱动机床的移动部件运动。机构驱动机床的移动部件运动。脉冲信息脉冲信息功率放大功率放大模拟量（如转角等）模拟量（如转角等）传动机构传动机构工作台
19、工作台转换转换NWPU(4)脉冲当量脉冲当量 脉脉冲冲当当量量是是指指当当数数控控系系统统发发送送一一个个脉脉冲冲时时工工作作台台或或刀刀具移动的距离。如：脉冲，脉冲。具移动的距离。如：脉冲，脉冲。总位移量脉冲总数总位移量脉冲总数脉冲当量脉冲当量当当数数控控装装置置输输出出指指令令脉脉冲冲信信号号给给伺伺服服系系统统时时，伺伺服服系系统统就就使使机机床床上上的的移移动动部部件件作作相相应应的的移移动动，并并对对定定位位精精度度和和速速度度加以控制。加以控制。伺伺服服系系统统的的性性能能将将直直接接影影响响数数控控机机床床部部件件的的运运动动精精度度和和速速度度，因因此此是是影影响响数数控控机机
20、床床加加工工精精度度和和加加工工效效率率的的主主要要因因素素之一。之一。NWPU 1.控制介质控制介质/信息载体信息载体2.数控系统数控系统3.伺服系统伺服系统4.机械系统机械系统一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.1 数控机床概述数控机床概述NWPU4.机械系统机械系统与与普普通通机机床床相相比比，数数控控机机床床在在外外部部造造型型、整整体体布布局局、传传动动系系统统、刀刀具具部部件件系系统统的的结结构构、操操作作机机构构等等方方面面具具有有特特色色。机械系统组成：机械系统组成：l机机床床基基础础件件：包包括括床床身身、底底座座、立立柱柱、横横梁梁、滑滑座座、工工作台等，它是整台机床的
21、的基础和框架。作台等，它是整台机床的的基础和框架。l主轴部件：主轴部件：包括主轴伺服电动机和主轴传动系统。包括主轴伺服电动机和主轴传动系统。l进给系统：进给系统：包括进给伺服电动机和进给传动系统。包括进给伺服电动机和进给传动系统。l实现工件回转、定位的装置和附件。实现工件回转、定位的装置和附件。l实实现现某某些些部部件件动动作作和和辅辅助助功功能能的的系系统统和和装装置置，如如液液压压、气动、润滑、防护等装置。气动、润滑、防护等装置。l刀库和自动换刀装置。刀库和自动换刀装置。l自动托盘交换装置。自动托盘交换装置。NWPU4.机械系统机械系统数控机床的机械系统的主要特点：数控机床的机械系统的主要
22、特点：l大多数数控机床采用高性能的主轴及伺服传动系统，因大多数数控机床采用高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动机构得到了简化，此，数控机床的机械传动机构得到了简化，传动链较短传动链较短。l为了适应数控机床的连续自动化加工，数控机床具有为了适应数控机床的连续自动化加工，数控机床具有较较高的刚度高的刚度、精度及耐磨性，热变形较小。、精度及耐磨性，热变形较小。l采用高效、高精度、无间隙传动部件，如滚珠丝杠螺母采用高效、高精度、无间隙传动部件，如滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨、静压导轨等。副、直线滚动导轨、静压导轨等。l一些数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床一些数控机床还采用了
23、刀库和自动换刀装置以提高机床工作效率。工作效率。NWPU零零件件图图程程序序编编制制穿穿孔孔制制带带数数控控系系统统伺伺服服系系统统机机床床加加工工零零件件成成品品1.2 数控机床数控机床二、数控机床的工作过程二、数控机床的工作过程NWPU1.2 数控机床数控机床数数控控机机床床按按其其加加工工工工艺艺方方式式一一般般可可分分为为金金属属切切削削数数控控机机床、金属成型数控机床和特种加工数控机床等。床、金属成型数控机床和特种加工数控机床等。金金属属切切削削数数控控机机床床中中根根据据其其自自动动化化程程度度的的高高低低，又又可可分分为数控机床、加工中心和柔性制造单元。为数控机床、加工中心和柔性
24、制造单元。数数控控机机床床可可分分为为数数控控车车床床、数数控控铣铣床床、数数控控钻钻床床、数数控控磨磨床床、数数控控齿齿轮轮加加工工机机床床、数数控控冲冲床床、数数控控剪剪床床等等，这这类类数数控控机机床床的的工工艺艺特特点点和和相相应应的的通通用用机机床床相相似似，但但它它们们具具有有复杂形状零件的加工能力。复杂形状零件的加工能力。加加工工中中心心可可分分为为镗镗铣铣类类加加工工中中心心和和车车削削加加工工中中心心，它它们们是是在在相相应应的的数数控控机机床床的的基基础础上上加加装装刀刀库库和和自自动动换换刀刀装装置置而而构成的。构成的。柔柔性性制制造造单单元元由由加加工工中中心心、搬搬运
25、运机机器器人人和和（或或）自自动动化化小车等自动物料储运系统组成。小车等自动物料储运系统组成。三、数控机床的分类三、数控机床的分类NWPU1.2 数控机床数控机床1、按、按运动方式运动方式区分，有三种控制方式：区分，有三种控制方式：点位控制点位控制直线运动控制直线运动控制轮廓控制轮廓控制四、数控机床的控制方式四、数控机床的控制方式NWPUl点点位位控控制制：刀刀具具从从某某一一位位置置向向另另一一位位置置移移动动时时，只只控控制制机机床床移移动动部部件件的的终终点点位位置置，而而不不管管移移动动轨轨迹迹如如何何，并并且且在在移动过程中不进行切削。移动过程中不进行切削。l数控钻床、数控冲床等是典
26、型的点位控制机床。数控钻床、数控冲床等是典型的点位控制机床。1.2 数控机床数控机床NWPUl直直线线运运动动控控制制：除除了了控控制制运运动动的的起起点点与与终终点点的的准准确确位位置置外外，还还要要求求刀刀具具运运动动轨轨迹迹为为一一条条直直线线，并并能能控控制制刀刀具具按照给定的进给速度进行切削加工。按照给定的进给速度进行切削加工。l数数控控车车床床、数数控控铣铣床床、加加工工中中心心等等一一般般都都具具有有直直线线运运动控制功能。动控制功能。1.2 数控机床数控机床NWPUl轮轮廓廓控控制制：又又称称连连续续轨轨迹迹控控制制，能能够够对对刀刀具具与与工工件件的的相相对对移移动动轨轨迹迹
27、和和速速度度进进行行连连续续控控制制，并并在在移移动动时时进进行行切切削削加加工，可以加工任意斜率的直线、圆弧和曲线。工，可以加工任意斜率的直线、圆弧和曲线。l即即能能够够控控制制刀刀具具在在每每个个位位置置的的坐坐标标、切切削削方方向向和和进进给给速速度。度。l大大多多数数数数控控铣铣床床、数数控控车车床床、数数控控磨磨床床、加加工工中中心心等等都都具有轮廓控制功能。具有轮廓控制功能。1.2 数控机床数控机床NWPU1.按运动方式区分，有三种控制方式：按运动方式区分，有三种控制方式：点位控制点位控制直线运动控制直线运动控制轮廓控制轮廓控制2.按按伺服系统控制方式伺服系统控制方式区分，有三种控
28、制方式：区分，有三种控制方式：l开环控制方式开环控制方式l闭环控制方式闭环控制方式l半闭环控制方式半闭环控制方式四、数控机床的控制方式四、数控机床的控制方式1.2 数控机床数控机床NWPUl开环控制开环控制是一种不带位置测量反馈装置的控制方式。数是一种不带位置测量反馈装置的控制方式。数控系统处理数控加工程序，并向伺服系统发出位移指令信控系统处理数控加工程序，并向伺服系统发出位移指令信号，驱动机床运动，进行加工。号，驱动机床运动，进行加工。l最典型的开环伺服系统就是采用步进电机的伺服系统最典型的开环伺服系统就是采用步进电机的伺服系统1.2 数控机床数控机床NWPUl闭闭环环控控制制是是一一种种在
29、在机机床床移移动动部部件件上上直直接接安安装装有有位位置置测测量量反馈装置的控制方式。反馈装置的控制方式。l位位置置测测量量装装置置（光光栅栅、感感应应同同步步器器等等）检检测测工工作作台台的的实实际际位位置置并并反反馈馈给给数数控控系系统统；数数控控系系统统将将实实际际位位置置与与数数控控加加工工程程序序中中规规定定的的位位置置相相比比较较，以以其其差差值值来来控控制制伺伺服服电电机机驱驱动工作台向减少误差的方向移动，直到差值等于零为止。动工作台向减少误差的方向移动，直到差值等于零为止。l这这类类伺伺服服系系统统因因为为把把机机床床工工作作台台纳纳入入位位置置控控制制环环，故故称称为闭环控制
30、。主要用于精度要求高的数控机床。为闭环控制。主要用于精度要求高的数控机床。1.2 数控机床数控机床NWPUl半半闭闭环环控控制制用用安安装装在在伺伺服服电电机机或或丝丝杠杠的的角角位位移移测测量量元元件件（如如旋旋转转变变压压器器、脉脉冲冲编编码码器器、光光栅栅等等）来来代代替替安安装装在在机机床床工工作作台台上上的的直直线线测测量量元元件件，用用测测量量电电动动机机的的旋旋转转角角位位移移来代替测量工作台的直线位移来代替测量工作台的直线位移。l这这种种系系统统未未将将丝丝杠杠螺螺母母副副、齿齿轮轮传传动动副副等等传传动动装装置置包包含含在闭环反馈系统中，因而称之为半闭环控制方式。在闭环反馈系
31、统中，因而称之为半闭环控制方式。l其控制精度介于开环控制系统和闭环控制系统之间。其控制精度介于开环控制系统和闭环控制系统之间。1.2 数控机床数控机床NWPU1.自自动动化化程程度度高高：除除了了手手工工装装卸卸工工件件及及对对刀刀外外，全全部部加加工工过程都可由机床自动完成。过程都可由机床自动完成。2.进进给给传传动动机机构构简简单单：数数控控机机床床的的进进给给传传动动机机构构一一般般为为滚滚珠珠丝丝杠杠幅幅，伺伺服服电电机机与与滚滚珠珠丝丝杠杠直直接接连连接接或或通通过过同同步步带带连接。连接。3.具具有有加加工工复复杂杂形形状状零零件件的的能能力力：数数控控加加工工能能够够完完成成常常
32、规规加工方法难以完成或者无法完成的复杂型面加工。加工方法难以完成或者无法完成的复杂型面加工。4.具具有有高高度度的的柔柔性性：当当加加工工对对象象改改变变后后，只只需需改改变变数数控控加工程序、调整刀具参数等，并且很少需要专用夹具。加工程序、调整刀具参数等，并且很少需要专用夹具。5.加工精度高、质量稳定加工精度高、质量稳定：无人为操作误差的影响。：无人为操作误差的影响。6.加加工工效效率率高高：数数控控机机床床的的加加工工效效率率一一般般比比普普通通机机床床高高23倍倍，在在加加工工复复杂杂零零件件时时，加加工工效效率率可可提提高高十十几几倍倍甚甚至几十倍。至几十倍。五、数控机床的特点五、数控
33、机床的特点1.2 数控机床数控机床NWPU一、一、数控系统的组成数控系统的组成数控装置是数控系统的核心，它有两种类型：数控装置是数控系统的核心，它有两种类型：NC装装置置：完完全全由由硬硬件件逻逻辑辑电电路路构构成成的的专专用用硬硬件件数数控控装装置置（专用计算机）。（专用计算机）。CNC装装置置：由由计计算算机机硬硬件件和和软软件件组组成成的的计计算算机机数数控控装装置置（通用的微型计算机。（通用的微型计算机。数数控控系系统统一一般般由由输输入入/输输出出装装置置、数数控控装装置置、逻逻辑辑控控制制装装置置三部分组成。三部分组成。常见的输入装置有纸带阅读机、磁盘驱动器、串行通信常见的输入装置
34、有纸带阅读机、磁盘驱动器、串行通信接口、键盘和操作面板等；输出装置有显示器。接口、键盘和操作面板等；输出装置有显示器。1.3 数控系统数控系统NWPU一、一、数控系统的组成数控系统的组成由由于于NC装装置置本本身身所所存存在在的的缺缺点点以以及及计计算算机机技技术术的的迅迅猛猛发展，目前发展，目前NC装置已被装置已被CNC装置所取代。装置所取代。采采用用CNC装装置置的的数数控控系系统统称称为为计计算算机机数数控控系系统统（CNC系统）。系统）。下面主要介绍下面主要介绍CNC系统。系统。NC装装置置是是数数控控技技术术发发展展早早期期的的产产品品，其其控控制制功功能能由由逻逻辑辑电电路路实实现
35、现，所所以以称称为为硬硬件件数数控控。显显然然，要要想想增增加加或或改改变变某某种种功功能能，就就必必须须改改动动NC装装置置内内部部的的逻逻辑辑电电路路，因因此此NC装装置置的的专专用用性性很很强强，灵灵活活性性差差，功功能能有有限限，现现已已逐逐渐渐被被淘淘汰。汰。1.3 数控系统数控系统NWPU一、一、数控系统的组成数控系统的组成CNC系系统统由由硬硬件件和和软软件件共共同同完完成成数数控控任任务务。由由于于采采用用软软件件，CNC系系统统可可以以实实现现硬硬件件NC装装置置所所不不能能完完成成的的许许多多功功能能，如如图图形形显显示示、系系统统诊诊断断、各各种种复复杂杂的的轨轨迹迹控控
36、制制算算法法和补偿算法、智能控制、通信及连网功能等。和补偿算法、智能控制、通信及连网功能等。1.3 数控系统数控系统输入输入装置装置输出输出装置装置通信通信接口接口CNC装装置置可编程可编程控制器控制器主轴主轴控制单元控制单元主轴电动机主轴电动机机床机床进给电动机进给电动机位置检测器位置检测器程序程序CAM系统系统上位机上位机驱动控制驱动控制单元单元NWPU一、一、数控系统的组成数控系统的组成PLC可位于数控单元之外，称为独立型可位于数控单元之外，称为独立型PLC；也可以与；也可以与数控装置合为一体，称为内装型数控装置合为一体，称为内装型PLC。现现代代CNC系系统统采采用用可可编编程程控控制
37、制器器（PLC）取取代代传传统统的的机机床床电电器器逻逻辑辑控控制制装装置置（即即继继电电器器控控制制线线路路），用用PLC控控制程序实现数控机床的各种逻辑控制。制程序实现数控机床的各种逻辑控制。1.3 数控系统数控系统NWPU一、一、数控系统的组成数控系统的组成CNC系系统统的的数数控控装装置置是是一一台台通通用用微微型型计计算算机机，与与NC装装置相比，具有以下优点：置相比，具有以下优点：l输输入入信信息息的的存存储储、数数据据处处理理、插插补补运运算算以以及及各各种种控控制制功功能能都都通通过过软软件件来来完完成成，并并能能增增加加很很多多用用逻逻辑辑电电路路难难以以实实现现的的功功能能
38、。只只要要改改变变控控制制软软件件就就可可改改变变控控制制功功能能，因因此此灵灵活活性和通用性强。性和通用性强。l具具有有存存储储能能力力，零零件件程程序序可可以以一一次次性性输输入入，从从而而可可减减少少NC装装置置由由于于光光电电阅阅读读机机启启动动频频繁繁和和长长期期运运行行而而造造成成的的差差错。错。l程序的编辑，修改方便。程序的编辑，修改方便。l计算机和机床之间采用标准接口联接。计算机和机床之间采用标准接口联接。1.3 数控系统数控系统NWPU二、二、数控系统的硬件组成数控系统的硬件组成数数控控系系统统本本质质上上是是一一台台计计算算机机。在在硬硬件件方方面面，它它经经历历了了电电子
39、子管管、晶晶体体管管、小小规规模模集集成成电电路路、微微处处理理机机到到当当前前基基于于PC的结构等五代的发展。的结构等五代的发展。在在体体系系结结构构上上，它它经经历历了了NC（硬硬线线数数控控）、CNC到到目目前的基于前的基于PC的的NC三个阶段。三个阶段。1.3 数控系统数控系统NWPU三、三、数控系统的软件数控系统的软件数控系统软件主要完成如下基本任务：数控系统软件主要完成如下基本任务：l系统管理；系统管理；l操作指令处理；操作指令处理；l零件程序的输入与编辑；零件程序的输入与编辑；l零件程序的处理与执行；零件程序的处理与执行；l系统状态显示；系统状态显示；lMDI（手工数据输入）；（
40、手工数据输入）；l故障报警和诊断。故障报警和诊断。1.3 数控系统数控系统NWPU三、三、数控系统的软件数控系统的软件数控系统软件的功能组成：数控系统软件的功能组成：1.3 数控系统数控系统系统软件系统软件管理软件管理软件控制软件控制软件程序编辑程序编辑显示显示诊断诊断译码译码刀具补偿刀具补偿速度控制速度控制插补运算插补运算位置控制位置控制程序输入程序输入NWPU三、数控系统的软件三、数控系统的软件零零件件程程序序处处理理与与执执行行是是数数控控系系统统的的核核心心任任务务，其其工工作作过程如下：过程如下：1.3 数控系统数控系统零零件件程程序序在在输输入入数数控控系系统统后后，经经过过译译码
41、码、数数据据处处理理、插插补补和和位位置置控控制制计计算算，输输出出控控制制指指令令由由伺伺服服系系统统执执行行，驱驱动机床完成工件加工。动机床完成工件加工。程程序序存存储储机机床床反馈反馈零零件件程程序序译译码码数数据据处处理理插插补补运运算算位位置置控控制制伺伺服服驱驱动动NWPU四、四、CNC系统的插补原理系统的插补原理轨轨迹迹插插补补：零零件件程程序序中中的的运运动动轨轨迹迹或或经经过过刀刀具具补补偿偿处处理理后后的的运运动动轨轨迹迹只只给给出出了了轨轨迹迹类类型型和和起起点点、终终点点等等信信息息，还还不不能能用用来来控控制制刀刀具具的的运运动动。轨轨迹迹插插补补是是按按照照给给定定
42、的的运运动动规规律律和和运运动动速速度度，实实时时计计算算机机床床各各坐坐标标轴轴的的运运动动量量，控控制制各运动轴协调地按照给定轨迹及速度运动。各运动轴协调地按照给定轨迹及速度运动。1.3 数控系统数控系统理解数控加工原理的关键就是理解插补原理。理解数控加工原理的关键就是理解插补原理。NWPU四、四、CNC系统的插补原理系统的插补原理被被加加工工零零件件的的轮轮廓廓种种类类很很多多，严严格格说说来来，为为了了满满足足加加工工要要求求，刀刀具具运运动动轨轨迹迹应应该该准准确确地地按按零零件件的的轮轮廓廓形形状状生生成成。然然而而，对对于于复复杂杂的的曲曲线线轮轮廓廓，直直接接计计算算刀刀具具运
43、运动动轨轨迹迹非非常常复复杂杂，计计算算工工作作量量很很大大，不不能能满满足足数数控控加加工工的的实实时时控控制制要要求求。因因此此，在在实实际际应应用用中中，是是用用微微小小直直线线段段或或圆圆弧弧段段去去逼逼近零件轮廓曲线近零件轮廓曲线，即通常所说的，即通常所说的直线插补直线插补和和圆弧插补圆弧插补。1.3 数控系统数控系统插插补补的的任任务务就就是是根根据据进进给给速速度度的的要要求求，完完成成在在刀刀具具运运动动轨轨迹迹起起点点和和终终点点之之间间的的中中间间点点坐坐标标值值的的计计算算。对对于于轮轮廓廓控制，插补运算是最重要的计算任务。控制，插补运算是最重要的计算任务。NWPU四、四
44、、CNC系统的插补原理系统的插补原理目目前前常常用用的的插插补补方方法法有有两两类类：脉脉冲冲增增量量插插补补法法和和数数据据采样插补法。采样插补法。1.3 数控系统数控系统脉脉冲冲增增量量插插补补是是把把计计算算机机每每次次插插补补运运算算产产生生的的指指令令输输出出到到伺伺服服系系统统，伺伺服服系系统统根根据据进进给给脉脉冲冲进进给给，以以驱驱动动工工作作台运动。台运动。脉脉冲冲增增量量插插补补法法适适用用于于以以步步进进电电机机为为驱驱动动装装置置的的开开环环数数控控系系统统。这这类类插插补补算算法法的的特特点点是是每每次次插插补补的的结结果果仅仅产产生生一个行程增量，以一个个脉冲的方式
45、输出给步进电机。一个行程增量，以一个个脉冲的方式输出给步进电机。NWPU四、四、CNC系统的插补原理系统的插补原理数数据据采采样样插插补补是是将将加加工工一一段段直直线线或或圆圆弧弧的的时时间间划划分分为为若若干干相相等等的的插插补补周周期期，每每经经过过一一个个插插补补周周期期就就进进行行一一次次插插补补运运算算，算算出出在在该该插插补补周周期期内内各各坐坐标标轴轴的的进进给给量量，边边计计算算边边加加工工，若若干干次次插插补补周周期期完完成成后后完完成成一一个个曲曲线线段段的的加加工工，即从曲线段的起点走到终点。即从曲线段的起点走到终点。数数据据采采样样插插补补是是用用微微小小直直线线段段来来逼逼近近给给定定轨轨迹迹，适适用用于于闭闭环环和和半半闭闭环环以以直直流流或或交交流流伺伺服服电电机机为为执执行行机机构构的的CNC系统。系统。显显然然，对对于于曲曲线线插插补补，插插补补步步长长越越短短，插插补补精精度度越越高高；插插补补周周期期越越短短，插插补补精精度度越越高高；进进给给速速度度越越快快，插插补补精精度度越低，但效率越高。越低，但效率越高。1.3 数控系统数控系统NWPU 第一章第一章 数控加工程序编制概论数控加工程序编制概论本章重点本章重点:v数控机床的组成数控机床的组成v数控机床的控制方式数控机床的控制方式作业：作业：P20,1，2，3，4，5，6