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1、第一章第一章 数控加工技术基础数控加工技术基础第一节第一节 数控设备简介数控设备简介一、数控设备的产生与发展一、数控设备的产生与发展 现代制造业的水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产。”马克思第1页/共58页 1 1数控设备的产生数控设备的产生 机械产品日趋精密、复杂，而且机械产品日趋精密、复杂，而且改型频繁，因此对加工机械产品的生改型频繁，因此对加工机械产品的生产设备提出了三高（高性能、高精度产设备提出了三高（高性能、高精度和高自动化）的要求。和高自动化）的要求。通用机床上是由人工操作，劳动通用机床上是由
2、人工操作，劳动强度大，而且难以提高生产效率和保强度大，而且难以提高生产效率和保证质量，实现这类产品生产的自动化证质量，实现这类产品生产的自动化成为了机械制造业中长期未能解决的成为了机械制造业中长期未能解决的难题难题。第2页/共58页 仿形加工部分地解决了小批量、复杂零仿形加工部分地解决了小批量、复杂零件的加工，但有两个缺点：一是必须制造相件的加工，但有两个缺点：一是必须制造相应的靠模或样件；二是靠模和样件的制造误应的靠模或样件；二是靠模和样件的制造误差和磨损影响加工精度。很难达到高精度。差和磨损影响加工精度。很难达到高精度。解决高产优质的问题，也可采用解决高产优质的问题，也可采用专用机床、专用
3、机床、组合机床、专用自动化组合机床、专用自动化机床以及专用自动生机床以及专用自动生产线和自动化车间进行生产。但是应用这些产线和自动化车间进行生产。但是应用这些专用生产设备，生产周期长，产品改型不易，专用生产设备，生产周期长，产品改型不易，因而使新产品的开发周期增长，生产设备使因而使新产品的开发周期增长，生产设备使用的柔性很差。用的柔性很差。第3页/共58页 精精密密复复杂杂，加加工工批批量量小小，改改型型频频繁繁，显显然然不不能能在在专专用用机机床床或或组组合合机机床床上上加加工工。而而借借助助靠靠模模和和仿仿形形机机床床，或或者者借借助助划划线线和和样样板板用用手手工工操操作作的的方方法法来
4、来加加工工，加加工工精精度度和和生生产产效效率率受受到到很很大大的的限限制制。特特别别对对空空间间的的复复杂杂曲曲线线曲曲面面，在在普普通通机机床床上上根根本本无无法法实现。实现。数数字字程程序序控控制制机机床床的的产产生生，有有效效地地解解决决了了上上述述一一系系列列矛矛盾盾，为为单单件件、小小批批量量生生产产，特特别别是是复复杂杂型型面面零零件件提提供供了了自自动动化化加加工工手手段段，使使机机械械制制造造业业的的发发展展进进入入了了一一个个新的阶段。新的阶段。第4页/共58页2数控设备的发展数控设备的发展 电电子子管管（1952年年）、晶晶体体管管和和印印刷刷电电路路板板（1960年年）
5、、小小规规模模集集成成电电路路（1965年年）、前前三三代代数数控控系系统统是是属属于于采采用用专专用用控控制制计计算算机机的的硬硬 逻逻 辑辑（硬硬 线线）数数 控控 系系 统统，简简 称称NC（Numerical Control），目前已被淘汰。），目前已被淘汰。小小型型计计算算机机（1970年年）、微微处处理理器器或或微微型型计计算算机机（1974年年）和和基基于于PC-NC的的智智能能数数控控系系统统（90年年代代后后）。这这种种数数控控系系统统又又称称为为软软线线数数控控，即即 计计 算算 机机 数数 控控 系系 统统，简简 称称CNC（Computer Numerical Cont
6、rol）。第5页/共58页 基于基于PC-NC的第六代数控系统，它充分的第六代数控系统，它充分利用现有利用现有PC机的软硬件资源，规范设计新机的软硬件资源，规范设计新一代数控。第六代数控的优势在于：一代数控。第六代数控的优势在于：（1）元器件集成度高、可靠性好；）元器件集成度高、可靠性好；（2）技术进步快、升级换代容易；）技术进步快、升级换代容易；（3）提供了开放式的基础，可供利用的软、）提供了开放式的基础，可供利用的软、硬件资源极为丰实。硬件资源极为丰实。第6页/共58页数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；国家战略技术和体现国家不
7、可少的物质手段；国家战略技术和体现国家综合国力水平重要标志。综合国力水平重要标志。专家们预言专家们预言:二十一世纪机械制造业的竞争，二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。其实质是数控技术的竞争。数字控制与数控技术数字控制与数控技术数字控制数字控制（Numerical Control NCNumerical Control NC）是一种借）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化方法。方法。数控技术数控技术（Numerical Control Techno
8、logyNumerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。控制的技术。第7页/共58页数控机床数控机床（Numerical Control Machine Numerical Control Machine ToolsTools）是采用数字控制技术对机床的加工过是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它是数控技术典程进行自动控制的一类机床。它是数控技术典型应用的例子。型应用的例子。数控系统数控系统（Numerical Control SystemNumerical Contro
9、l System）实现）实现数字控制的装置。数字控制的装置。计算机数控系统计算机数控系统（Computer Numerical Computer Numerical Control CNC Control CNC）以计算机为控制核心的数字）以计算机为控制核心的数字控制系统。控制系统。第8页/共58页计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）、计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）、计算机辅助检验CAT（Computer Aided Testing）计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufac
10、turing System），第9页/共58页 加工中心加工中心MCMC（Machining CenterMachining Center）。）。在加工中心的基础上，通过增加多工在加工中心的基础上，通过增加多工作台（托盘）自动交换装置（作台（托盘）自动交换装置（Auto Auto Pallet ChangerPallet ChangerAPCAPC）以及其他相关装）以及其他相关装置，组成的加工单元称为柔性加工单元置，组成的加工单元称为柔性加工单元（Flexible Manufacturing CellFlexible Manufacturing CellFMCFMC）。）。FMCFMC不仅是实
11、现了工序的集中和工艺的复不仅是实现了工序的集中和工艺的复合，而且通过工作台（托盘）的自动交换合，而且通过工作台（托盘）的自动交换和较完善的自动监测、监控功能，可以进和较完善的自动监测、监控功能，可以进行一定时间的无人化加工，从而进一步提行一定时间的无人化加工，从而进一步提高了设备的加工效率。高了设备的加工效率。第10页/共58页FMCFMC构成分两大类：构成分两大类：1 1、加工中心配上自动托盘系统（、加工中心配上自动托盘系统（APCAPC）；）；2 2、数控机床配机器人。、数控机床配机器人。FMCFMC既是柔性制造系统既是柔性制造系统FMSFMS（Flexible Manufacturing
12、 Flexible Manufacturing SystemSystem）的基础，又可以作为独立的自）的基础，又可以作为独立的自动化加工设备使用，因此其发展速度较动化加工设备使用，因此其发展速度较快。快。第11页/共58页柔性制造系统柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）。）。在在FMCFMC和加工中心的基础上，通过增加物和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统制造系统称为柔性制造
13、系统FMSFMS。FMSFMS不仅可以不仅可以进行长时间的无人化加工，而且可以实现多品进行长时间的无人化加工，而且可以实现多品种零件的全部加工和部件装配，实现了车间制种零件的全部加工和部件装配，实现了车间制造过程的自动化，它是一种高度自动化的先进造过程的自动化，它是一种高度自动化的先进制造系统。制造系统。第12页/共58页 将市场预测、生产决策、产品设计、将市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全过程均由计算产品制造直到产品销售的全过程均由计算机集成管理和控制，由此构成的完整的自机集成管理和控制，由此构成的完整的自动生产制造系统，称为计算机集成制造系动生产制造系统，称为计算机集成
14、制造系统（统（Computer Integrated Computer Integrated Manufacturing SystemManufacturing SystemCIMSCIMS）。）。CIMSCIMS将一个更长的生产、经营活动进将一个更长的生产、经营活动进行了有机的集成，实现了更高效益、更高行了有机的集成，实现了更高效益、更高柔性的智能化生产，是当今自动化制造技柔性的智能化生产，是当今自动化制造技术发展的最高阶段。在术发展的最高阶段。在CIMSCIMS中，不仅是生中，不仅是生产设备的集成，更主要的是以信息为特征产设备的集成，更主要的是以信息为特征的技术集成和功能集成的技术集成和功
15、能集成 第13页/共58页二、数控设备的工作原理、组成与特点二、数控设备的工作原理、组成与特点1 1数控设备的工作原理数控设备的工作原理工艺分析数控加工程序工序卡传统加工数控加工数控加工的概念第14页/共58页 操作者根据数控工作要求编制数控程序，并操作者根据数控工作要求编制数控程序，并将数控程序记录在程序介质（如穿孔纸带、磁带、将数控程序记录在程序介质（如穿孔纸带、磁带、磁盘等）上。数控程序经数控设备的输入输出接磁盘等）上。数控程序经数控设备的输入输出接口输入到数控设备中，控制系统按数控程序控制口输入到数控设备中，控制系统按数控程序控制该设备执行机构的各种动作或运动轨迹，达到规该设备执行机构
16、的各种动作或运动轨迹，达到规定的工作结果。定的工作结果。其主要步履：其主要步履：1 1）、数控加工程序编制）、数控加工程序编制根据被加工零件工作图所规定的零件的形状、尺根据被加工零件工作图所规定的零件的形状、尺寸、材料及技术要求等，确定零件加工的工艺过寸、材料及技术要求等，确定零件加工的工艺过程、工艺参数，按编程手册和程序格式编写零件程、工艺参数，按编程手册和程序格式编写零件数控加工程序。数控加工程序。2 2）、数控机床执行数控加工程序）、数控机床执行数控加工程序第15页/共58页2 2、数控机床的组成与功能、数控机床的组成与功能 数控机床是数值控制的工作母机的总称。数控机床是数值控制的工作母
17、机的总称。一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成，见图测量反馈装置和机床本体组成，见图1-11-1。图图1-2 1-2 数控机床的组成框图数控机床的组成框图数控装置伺服系统机床本体输入输出装置第16页/共58页第一章第一章 绪绪 论论 （1 1）输入输出设备）输入输出设备 （2 2）数控装置）数控装置 数控装置的主要功能如下：数控装置的主要功能如下：u多坐标控制多坐标控制(多轴联动多轴联动)。u插补功能（如直线、圆弧和其它曲线插补插补功能（如直线、圆弧和其它曲线插补)。u程序输入、编辑和修改功能程序输入、编辑和修改功能(人机对
18、话、手动数据输入、人机对话、手动数据输入、上位机通信输入上位机通信输入)。u故障自诊断功能故障自诊断功能u插补偿功能插补偿功能 补偿主要包括刀具半径补偿、刀具长度补补偿主要包括刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等。偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等。u信息转换功能信息转换功能 主要包括主要包括EIA/ISOEIA/ISO代码转换、英制米制代码转换、英制米制转换、坐标转换、绝对值增量值转化等。转换、坐标转换、绝对值增量值转化等。u多种加工方式选择多种加工方式选择 可以实现多种加工方式循坏、重复可以实现多种加工方式循坏、重复加工、凹凸模加工和镜像加工等。加工、凹凸模加工和镜像加工
19、等。第17页/共58页u 辅助功能辅助功能 辅助功能也称辅助功能也称M M功能。功能。u显示功能显示功能 用用CRTCRT或液晶屏显示程序参数让各种补偿量、坐标或液晶屏显示程序参数让各种补偿量、坐标位置、故障源以及图形等。位置、故障源以及图形等。u通信和联网功能。通信和联网功能。（3 3）伺服系统）伺服系统 （4 4）测量反馈装置）测量反馈装置 （5 5）机床本体）机床本体3 3、数控机床的特点、数控机床的特点1 1）适应性广）适应性广2 2）、生产准备周期短）、生产准备周期短3 3）、工序高度集中）、工序高度集中4 4）、生产效率和加工精高、质量稳定）、生产效率和加工精高、质量稳定5 5）、
20、能完成复杂型面的加工）、能完成复杂型面的加工6 6）、技术含量高）、技术含量高7 7）、减轻劳动强度、改善劳动条件）、减轻劳动强度、改善劳动条件8 8）有利于生产管理）有利于生产管理 第一章第一章 绪绪 论论第18页/共58页三、数控机床的分类三、数控机床的分类 数控设备的种类很多，各行业都有自己的数控设备数控设备的种类很多，各行业都有自己的数控设备和分类方法。在机床行业，数控机床通常从以下不同角度和分类方法。在机床行业，数控机床通常从以下不同角度进行分类。进行分类。1 1按工艺用途分类按工艺用途分类 按其工艺用途可以划分为以下四大类：按其工艺用途可以划分为以下四大类：（1 1）金属切削类）金
21、属切削类 指采用车、铣、镗、钻、铰、磨、指采用车、铣、镗、钻、铰、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可分为两类：刨等各种切削工艺的数控机床。它又可分为两类：普通数控机床普通数控机床 数控加工中心数控加工中心第19页/共58页第一章第一章 数控加工技术基础数控加工技术基础 （2 2）金属成形类）金属成形类 指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床，常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控机床，常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。数控折弯机、数控旋压机等。（3 3）特种加工类）特种加工类 主要有数控电火花线切割机、数控电主
22、要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。火花成形机、数控激光与火焰切割机等。（4 4）测量、绘图类）测量、绘图类 主要有数控绘图机、数控坐标测量主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。机、数控对刀仪等。2 2按控制运动的方式分类按控制运动的方式分类 （1 1）点位控制数控机床）点位控制数控机床 这类数控机床有数控钻床、数这类数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。控坐标镗床、数控冲床等。（2 2）点位直线控制数控机床）点位直线控制数控机床 这类机床有数控车床和数这类机床有数控车床和数控铣床等。控铣床等。（3 3）轮廓控制数控机床）轮廓控制数控机床 这类机
23、床有数控车床、铣床、这类机床有数控车床、铣床、磨床和加工中心等。磨床和加工中心等。第20页/共58页 3 3按伺服系统的控制方式分类按伺服系统的控制方式分类 （1 1）开环数控机床）开环数控机床 第一章第一章 数控加工技术基础数控加工技术基础（2 2）半闭环控制数控机床）半闭环控制数控机床 第21页/共58页 （3 3）闭环控制数控机床）闭环控制数控机床 第一章第一章 数控加工技术基础数控加工技术基础 此外，按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低档、此外，按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低档、中档、高档三类数控机床。中档、高档数控机床一般称为全中档、高档三类数控机床。中档、高档数控机床
24、一般称为全功能数控或标准型数控。功能数控或标准型数控。第22页/共58页四、数控机床坐标系统四、数控机床坐标系统（一）数控机床的坐标轴和运动方向（一）数控机床的坐标轴和运动方向我国标准我国标准JB3051-82JB3051-82，等效，等效ISO841ISO8411 1、刀具相对静止的工件而运动的原则、刀具相对静止的工件而运动的原则确定坐标系时，一律看作工件静止，刀具产生确定坐标系时，一律看作工件静止，刀具产生运动。运动。2 2、标准坐标系的规定、标准坐标系的规定机床坐标系是右手笛卡尔坐标系。机床坐标系是右手笛卡尔坐标系。第23页/共58页1 1）伸出右手的大拇指、）伸出右手的大拇指、食指和中
25、指，并互为食指和中指，并互为9090。则大拇指代表。则大拇指代表X X坐标，坐标，食指代表食指代表Y Y坐标，中指代坐标，中指代表表Z Z坐标。坐标。2)2)大拇指的指向为大拇指的指向为X X坐标坐标的正方向，食指的指向为的正方向，食指的指向为Y Y坐标的正方向，中指的坐标的正方向，中指的指向为指向为Z Z坐标的正方向。坐标的正方向。3)3)围绕围绕X X、Y Y、Z Z坐标旋转坐标旋转的旋转坐标分别用的旋转坐标分别用A A、B B、C C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X X、Y Y、Z Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为坐标中任意轴的
26、正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标旋转坐标A A、B B、C C的正向的正向 第24页/共58页 数控机床某一部件运动的正方向是增大工件数控机床某一部件运动的正方向是增大工件和刀具距离的方向。和刀具距离的方向。Z Z轴的确定：轴的确定：平行于主轴轴线平行于主轴轴线方向为方向为Z Z轴，取刀轴，取刀具远离工件的方向为正具远离工件的方向为正Z Z方向。方向。X X轴的确定：轴的确定：车床取横向滑座方向为车床取横向滑座方向为X X轴，取刀轴，取刀具远离工件的方向为正向。具远离工件的方向为正向。立式数控铣床立式数控铣床：面对立柱，取右手方向为面对立柱，取右手方向为+X+X方向；方向；卧式数控铣床卧
27、式数控铣床:从主轴后端往前看，取右手方向从主轴后端往前看，取右手方向为为+X+X方向。方向。Y Y轴的确定：轴的确定：+Y+Y的运动方向，根据的运动方向，根据X X、Z Z坐标的运坐标的运动方向，按照右手笛卡尔坐标系来确定。动方向，按照右手笛卡尔坐标系来确定。第25页/共58页第26页/共58页(二二)绝对坐标系统与相对坐标系统绝对坐标系统与相对坐标系统1 1、绝对坐标系统、绝对坐标系统 绝对坐标系统是指工作台位移是从固绝对坐标系统是指工作台位移是从固定的基准点开始计算的。定的基准点开始计算的。2 2、相对坐标系统、相对坐标系统 相对坐标系统是指工作台的位移是从相对坐标系统是指工作台的位移是从
28、工作台现有位置开始计算的。工作台现有位置开始计算的。第27页/共58页第二节第二节 数控加工基础数控加工基础一、数控加工的定义一、数控加工的定义 在数控机床上自动加工零件的一种工艺方在数控机床上自动加工零件的一种工艺方法。法。一般来说，数控加工主要包括以下方面的一般来说，数控加工主要包括以下方面的内容：内容：（1 1）选择并确定零件的数控加工内容；）选择并确定零件的数控加工内容；（2 2）对零件图进行数控加工的工艺分析；）对零件图进行数控加工的工艺分析；（3 3）设计数控加工的工艺；）设计数控加工的工艺；（4 4）编写数控加工程序单；）编写数控加工程序单；（5 5）按程序单制作程序介质；）按程
29、序单制作程序介质；（6 6）数控程序的校验与修改；）数控程序的校验与修改；（7 7）首件试加工与现场问题处理；）首件试加工与现场问题处理；（8 8）数控加工工艺技术文件的定型与归档。）数控加工工艺技术文件的定型与归档。第28页/共58页1)1)数控加工的工艺内容十分具体；数控加工的工艺内容十分具体；2)2)数控加工的工艺相当严密。数控加工的工艺相当严密。3 3）数控加工的工序相对集中）数控加工的工序相对集中 4 4）适宜于多品种小批量或中批量生产）适宜于多品种小批量或中批量生产 二、数控加工中常用的术语二、数控加工中常用的术语1 1、几坐标数控机床与几坐标加工数控机床、几坐标数控机床与几坐标加
30、工数控机床 几坐数控加工表示了数控机床几个坐标几坐数控加工表示了数控机床几个坐标实现了数字控制实现了数字控制,几坐标加工数控机床表示几坐标加工数控机床表示了数控机床能同时控制的坐标轴数了数控机床能同时控制的坐标轴数.即几坐即几坐标联动标联动.第29页/共58页 2 2、插补、插补 在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，如何使切削加工运动坐标、终点坐标和曲线方程，如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢？数控系统根据这些信息实时沿着预定轨迹移动呢？数控系统根据这些信息实时地计算出各个中间点的坐标，通常把这个过程称为地计算出各个中间点的坐标，
31、通常把这个过程称为“插补插补”。插补实质上是根据有限的信息完成插补实质上是根据有限的信息完成“数据点数据点的密化的密化”工作。工作。加工各种形状的零件轮廓时，必须控制刀具加工各种形状的零件轮廓时，必须控制刀具相对工件以给定的速度沿指定的路径运动，即控制相对工件以给定的速度沿指定的路径运动，即控制各坐标轴依某一规律协调运动，这一功能为插补功各坐标轴依某一规律协调运动，这一功能为插补功能。能。平面曲线的运动轨迹需要两个运动来协调；平面曲线的运动轨迹需要两个运动来协调；空间曲线或立体曲面则要求三个以上的坐标产空间曲线或立体曲面则要求三个以上的坐标产生协调运动。生协调运动。第30页/共58页插插补补：
32、填填补补空空白白的的工工作作。把把计计算算插插补补点点的的工工作作称称为为插插补补运运算算，实实现现插插补补运运算算的的装置叫插补器。装置叫插补器。直直线线插插补补：具具有有沿沿平平滑滑直直线线分分配配脉脉冲冲功功能能的的叫叫直直线线插插补补。实实现现这这种种直直线线插插补补运运算的装置叫直线插补器。算的装置叫直线插补器。圆圆弧弧插插补补：具具有有沿沿圆圆弧弧分分配配脉脉冲冲功功能能的的叫叫圆圆弧弧插插补补。实实现现这这种种圆圆弧弧插插补补运运算算的的装置叫圆弧插补器。装置叫圆弧插补器。插插补补运运算算可可以以用用逻逻辑辑电电路路实实现现，在在CNC数控机床中是靠软件来实现的数控机床中是靠软件
33、来实现的。第31页/共58页3、刀具半径补偿、刀具半径补偿数数控控装装置置能能使使刀刀具具中中心心从从零零件件实实际际轮轮廓廓上上偏偏离离一一个个指指定定的的刀刀具具半半径径值值（补补偿偿值值）并并使使刀刀具具中中心心在在这这一一被被补补偿偿的的轨轨迹迹上上运运动动，从而把工件加工成图纸上要求的轮廓形状。从而把工件加工成图纸上要求的轮廓形状。编编程程按按零零件件实实际际轮轮廓廓编编程程，其其刀刀补补值值用用“刀具半径拨码盘刀具半径拨码盘”或键拨入。或键拨入。刀具半径补偿刀具半径补偿第32页/共58页精加工时刀补值精加工时刀补值=实际刀具半径值实际刀具半径值粗加工时刀补值粗加工时刀补值=实际刀具
34、半径值实际刀具半径值+精加工余量精加工余量第33页/共58页三、数控加工的工艺设计三、数控加工的工艺设计(一一)、数控加工工艺设计的主要内容、数控加工工艺设计的主要内容1）、选择并确定零件数控加工内容）、选择并确定零件数控加工内容2）、对零件图进行数控加工工艺性设计）、对零件图进行数控加工工艺性设计3）、数控加工工艺路线设计）、数控加工工艺路线设计4）、数控加工的工序设计）、数控加工的工序设计5）、数控加工技术文件的编写）、数控加工技术文件的编写第34页/共58页(二二)、选择并确定数控加工内容、选择并确定数控加工内容1）、普通机床无法加工的内容）、普通机床无法加工的内容2）、普通机床难加工、
35、质量难保证的内容）、普通机床难加工、质量难保证的内容3）、普普通通机机床床加加工工效效率率低低，工工人人劳劳动动强强度度大大的加工内容的加工内容(三三)、数控加工工艺性分析、数控加工工艺性分析对对刀刀点点：对对刀刀点点是是指指通通过过对对刀刀确确定定刀刀具具与与工工件件相相对对位位置置的的基基准准点点。对对刀刀点点可可以以设设置置在在被被加加工工零零件件上上，也也可可以以设设置置在在夹夹具具上上与与零零件件定定位位基基准准有有一一定定尺尺寸寸联联系系的的某某一一位位置置，用用于于确确定工件坐标系与机床坐标系的相对位置。定工件坐标系与机床坐标系的相对位置。第35页/共58页 刀刀具具在在机机床床
36、上上的的位位置置是是由由“刀刀位位点点”的的位位置来表示的。置来表示的。对刀点的选择原则：对刀点的选择原则：1 1）、在机床上对刀方便、便于观察和检测。）、在机床上对刀方便、便于观察和检测。2 2）、编程时便于数学处理和有利于简化编程）、编程时便于数学处理和有利于简化编程。第36页/共58页3 3）、对刀点可选择在零件上或夹具上。）、对刀点可选择在零件上或夹具上。4 4）、为提高零件的加工精度，减少对刀误差，对）、为提高零件的加工精度，减少对刀误差，对刀点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。刀点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。如以孔定位的零件，应将孔的中心作为对刀点。如以孔定位的零
37、件，应将孔的中心作为对刀点。换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量廓之外，并留有一定的安全量 审查与分析工艺基准的可靠性 选择合适的零件安装方式 第37页/共58页(四四)、数控加工工艺路线的
38、设计、数控加工工艺路线的设计1）、工序的划分）、工序的划分一次安装加工工作为一道工序；一次安装加工工作为一道工序；同一把刀具加工内容为一道工序；同一把刀具加工内容为一道工序；以粗、精加工内容划分为一道工序。以粗、精加工内容划分为一道工序。2）、加工顺序的安排）、加工顺序的安排 以以定定位位和和夹夹紧紧的的需需要要来来考考虑虑，重重点点是是保保证证工工件件的刚性不被破坏。的刚性不被破坏。3）、数控加工工序与普通工序的衔接）、数控加工工序与普通工序的衔接如何留余量，热处理等。如何留余量，热处理等。第38页/共58页(五五)、确定走刀路线和安排工步顺序、确定走刀路线和安排工步顺序1 1确定走刀路线和
39、安排工步顺序确定走刀路线和安排工步顺序零件加工的走刀路线是刀具在整个加工工序零件加工的走刀路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹。中的运动轨迹。总则：走刀路线最短、程序段数目最少、数值计算总则：走刀路线最短、程序段数目最少、数值计算简单、便于保证加工质量。简单、便于保证加工质量。1）、尽尽可可能能缩缩短短走走刀刀路路线线，减减少少空空行行程程时时，提提高高生生产效率。产效率。2）、为为保保证证表表面面粗粗糙糙度度要要求求，最最终终轮轮廓廓连连续续加加工工完完成。成。3）、避避免免在在轮轮廓廓处处停停刀刀或或轮轮廓廓垂垂直直方方向向切切入入或或切切出出工件，应在切向方向进、退刀。工件，应在切向方向
40、进、退刀。第39页/共58页（1 1）对点位加工的数控机床，如钻、镗床，）对点位加工的数控机床，如钻、镗床，要考虑尽可能缩短走刀路线，以减少空程时间，要考虑尽可能缩短走刀路线，以减少空程时间，提高加工效率。提高加工效率。（2 2）为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要）为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排最后一次走刀连续加工。求，最终轮廓应安排最后一次走刀连续加工。第40页/共58页3 3）刀具的进退刀路线须认真）刀具的进退刀路线须认真考虑考虑 （4 4）铣削轮廓的加工路线要）铣削轮廓的加工路线要合理选择，合理选择，Z Z字形双方向走刀字形双方向走刀方式，单方向走刀方式，环形方式，
41、单方向走刀方式，环形走刀方式。在铣削封闭的凹轮走刀方式。在铣削封闭的凹轮廓时，刀具的切入或切出不允廓时，刀具的切入或切出不允许外延，最好选在两面的交界许外延，最好选在两面的交界处否则，会产生刀痕。处否则，会产生刀痕。（5 5）旋转体类零件的加工一）旋转体类零件的加工一般采用数控车或数控磨床加工般采用数控车或数控磨床加工第41页/共58页2 2定位基准和夹紧方式的确定定位基准和夹紧方式的确定在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：问题：（1 1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；程计算基准的统一；（2 2）尽
42、量将工序集中，减少装夹次数，尽）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；（3 3）避免采用占机人工调整时间长的装夹）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；方案；（4 4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。的部位。第42页/共58页a)薄壁套薄壁套b)改进方法改进方法2c)改进方法改进方法2 夹紧力作用点与夹紧变形的关系第43页/共58页3 3夹具的选择夹具的选择数控数控加工对夹具提出了两个基本要求：加工对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐一是要保证夹具的坐标方
43、向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。此外，当零件加工机床坐标系的尺寸。此外，当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具、可调式批量小时，尽量采用组合夹具、可调式夹具以及其它通用夹具；成批生产时才夹具以及其它通用夹具；成批生产时才考虑专用夹具；零件装卸要方便可靠。考虑专用夹具；零件装卸要方便可靠。第44页/共58页X轴Y轴机床工作台工件第45页/共58页4 4、刀具的选择、刀具的选择 数控机床上的刀具选择比较严格，有些数控机床上的刀具选择比较严格，有些刀具是专用的。选择刀具应考虑工件材料、刀具是专用的。选择刀具应考虑工件材料、加工轮廓类型、
44、机床允许的切削用量以及刚加工轮廓类型、机床允许的切削用量以及刚性和刀具耐用度。对加工凹轮廓，端铣刀的性和刀具耐用度。对加工凹轮廓，端铣刀的刀具半径或球头铣刀的球头半径必须小于被刀具半径或球头铣刀的球头半径必须小于被加工面的最小曲率半径。对自动换刀的数控加工面的最小曲率半径。对自动换刀的数控机床，在刀具装到机床上以前，要在机外预机床，在刀具装到机床上以前，要在机外预调装置（如对刀仪）中，根据编程确定的参调装置（如对刀仪）中，根据编程确定的参数，调整到规定的尺寸或测出精确的尺寸。数，调整到规定的尺寸或测出精确的尺寸。在加工前，将刀具有关尺寸输入到数控装置在加工前，将刀具有关尺寸输入到数控装置中。中
45、。第46页/共58页第一章第一章 数控加工技术基础数控加工技术基础第三节第三节 数控程序编制基础数控程序编制基础一、一、数控编程的内容和步骤数控编程的内容和步骤 数控加工是指在机床上进行零件加工的一种工艺方法，程序编制（简称数控编）数控加工是指在机床上进行零件加工的一种工艺方法，程序编制（简称数控编）：将从零件图样到制成控制介质的全部过程。：将从零件图样到制成控制介质的全部过程。数控编程的内容主要包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写数控编程的内容主要包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削等。数控编程的步骤一般如图零件加工
46、程序、制作控制介质、程序校验和试切削等。数控编程的步骤一般如图2-12-1所示。具体过程如下：所示。具体过程如下：1 1确定工艺过程确定工艺过程 第47页/共58页图2-1 数控编程的步骤 2.数学计算它的主要任务就是根据图纸数据求出编程所需的数据。返回课件首页分析图 样，确定加工工艺过程数值计算编写程序单制备控制介质程序检 验，首件试切第48页/共58页 3.3.编写零件加工程序单编写零件加工程序单 4.4.制备控制介质制备控制介质 5.5.程序效验和试切削程序效验和试切削 数控编程的方法有两种：手工编程和自动编程。手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这就要求编程人员不仅要熟悉数控
47、代码及编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力，其编程内容和步骤如图121所示。对于点位加工和几何形状简单的零件加工，程序段较少，计算简单，用手工编程即可完成。但对复杂型面或程序量很大的零件，则采用手工编程相当困难，必须采用自动编程。第49页/共58页第三节数控程序编制基础三、零件加工程序的结构（一）、程序的组成一个完整的零件加工程序，由若干程序段组成，每个程序段又由若干个代码字组成，每个代码字则由文字（地址符）和数字（有些数字还带有符号）组成。字母、数字和符号统称为字符。举例如下：%N01G91G00X50Y60LFN02G01X1000Y5000F150S300T12M03L
48、FN10G00X50Y60M02LF上例为一个完整的零件加工程序，它由10个程序段组成，每个程序段以序号“N”开头，用LF结束。M02代表整个程序的结束。有些数控系统还规定，整个程序要求以符号“%”开头，以符号“EM”结尾。第50页/共58页 每个程序段中有若干个代码字，如第二程序段有9个代码字，一个程序段表示一个完整的加工工步或动作。（二）、程序段格式 程序段格式是指一个程序段中字的排列书写方式和顺序，以及每个字和整个程序段的长度限制和规定。不同的数控系统往往有不同的程序段格式，格式不符规定，则数控系统不能接受。常见的程序段格式有三种：（1）固定顺序程序段格式或带分隔符的固定顺序程序段格式
49、这种格式是用分隔符“HT”代替地址符，而且预先规定了所有可能出现的代码字的固定排列顺序，根据分隔符出现的顺序，就可判定其功能。不需要的字或与上一程序段相同功能的字可以不写，但其分隔符必须保留。如下：第51页/共58页 H H H H H H H H L 01 91 00 50 60 T T T T T T T T F H H H H H H H H L 02 01 1000 5000 150 300 12 03 T T T T T T T T F H H H H H H H H L 10 00 -50 -60 02 T T T T T T T T F 我国数控线切割机床采用的“3B”或“4B”
50、格式指令就是典型的分隔符固定顺序格式。其3B格式的一般表示为：BX BY BJ GZ。第52页/共58页 （2 2）字地址符可变程序段格式）字地址符可变程序段格式 这种格式的特点是：程序简单，可读性强，易于检查。因此现代数控机床这种格式的特点是：程序简单，可读性强，易于检查。因此现代数控机床广泛采用这种格式。广泛采用这种格式。四、四、NCNC程序常用功能字程序常用功能字（一）准备功能字（见表（一）准备功能字（见表1-31-3）（二）坐标功能字（二）坐标功能字用来设定机床各坐标的位移量。用来设定机床各坐标的位移量。第53页/共58页（三）进给功能字（三）进给功能字F F代码为进给速度功能代码，它