1、 數控機床與編程技術 主講主講 關雄飛關雄飛 王麗潔王麗潔 王蓀馨王蓀馨 主編主編 關雄飛關雄飛 出版出版 清華大學出版社清華大學出版社 第一章：數控機床概述第一章：數控機床概述 第二章：數控加工編程基礎第二章：數控加工編程基礎 第三章：數控車床的編程第三章：數控車床的編程 第四章：數控銑床的編程第四章：數控銑床的編程 第五章：加工中心的編程第五章：加工中心的編程 第六章：自動編程技術第六章：自動編程技術 第七章：數控機床主體結構第七章：數控機床主體結構目錄目錄EXIT 學習重點：學習重點： 了解數控技術的產生與發展了解數控技術的產生與發展 。 了解數控機床的基本構成與工作原理、特點、分類及發

2、了解數控機床的基本構成與工作原理、特點、分類及發展趨勢。展趨勢。第一章第一章 數控機床概述數控機床概述EXIT 一、一、現代數控技術的產生現代數控技術的產生 隨著科學技術和社會生產的不斷發展和市場競爭的日趨隨著科學技術和社會生產的不斷發展和市場競爭的日趨激烈激烈, ,機械制造領域發生了巨大的變化機械制造領域發生了巨大的變化, ,機械產品的結構機械產品的結構越來越合理越來越合理, ,其性能、質量、生產率和精度日趨提高其性能、質量、生產率和精度日趨提高, ,因因此對加工機械產品的生產設備的性能、精度和自動化提此對加工機械產品的生產設備的性能、精度和自動化提出了更高的要求。出了更高的要求。 數控機床

3、（數控機床（ numeriacalnumeriacal conctrolconctrol machine tool machine tool）就是）就是通過數字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制，通過數字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制，實現要求的機械動作，自動完成加工任務。其實質就是實現要求的機械動作，自動完成加工任務。其實質就是技術密集且自動化程度很高的機電一體化加工設備。技術密集且自動化程度很高的機電一體化加工設備。 數控控制技術（數控控制技術（numeriacalnumeriacal conctrolconctrol 簡稱簡稱NC NC ） 第一臺數控機床是美國第一臺數控機床

4、是美國PASONSPASONS公司與麻省理工學院公司與麻省理工學院(MIT) (MIT) 于于19521952年合作研制成功。年合作研制成功。19591959年美國克耐年美國克耐杜列克公司杜列克公司首次程成功開發加工中心（簡稱首次程成功開發加工中心（簡稱MCMC）。1-1 1-1 數控技術的產生及發展數控技術的產生及發展EXIT 19591959年美國克耐年美國克耐杜列克公司首次程成功開發加工中杜列克公司首次程成功開發加工中心（簡稱心（簡稱MCMC）。 2020世紀世紀6060年代末年代末, ,出現了直接數控系統出現了直接數控系統 DNC (direct DNC (direct NC), NC

5、), 即由一臺計算機直接管理和控制一群數控機床。即由一臺計算機直接管理和控制一群數控機床。 19671967年年, ,英國出現了由多臺數控機床連接而成的柔性英國出現了由多臺數控機床連接而成的柔性加工系統加工系統, ,這便是最初的柔性制造系統簡稱這便是最初的柔性制造系統簡稱FMSFMS。 2020世紀世紀8080年代初年代初, ,出現了以加工中心或車削中心為主出現了以加工中心或車削中心為主體體, , 配備工件自動裝卸和監控檢驗裝置的柔性制造單元配備工件自動裝卸和監控檢驗裝置的柔性制造單元, ,簡稱簡稱FMCFMC。近幾年又出現了以數控機床為基本加工單元的近幾年又出現了以數控機床為基本加工單元的計

6、算機集成制造系統計算機集成制造系統( (簡稱簡稱 CIMSCIMS),),實現了生產決策、產實現了生產決策、產品設計及制造、經營等過程的計算機集成管理和控制。品設計及制造、經營等過程的計算機集成管理和控制。1-1 1-1 數控機床的產生發展及構成數控機床的產生發展及構成工作原理工作原理EXIT 二二 我國數控技術的發展情況我國數控技術的發展情況 我國研制數控機床從我國研制數控機床從19581958年開始年開始, ,上世紀上世紀6060年代末年代末, ,已研制出一些晶體管式數控線切割機床、數控機床已研制出一些晶體管式數控線切割機床、數控機床, ,自改自改革開放以來革開放以來,“,“七五七五”期間

7、誕生了一批數控產品期間誕生了一批數控產品, ,取得了取得了長足的發展。此后采取自主開發中、高檔數控系統與購長足的發展。此后采取自主開發中、高檔數控系統與購買國外先進數控系統相結合的方針買國外先進數控系統相結合的方針, ,我國數控機床生產和我國數控機床生產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。 目前我國生產的數控機床產品巳覆蓋了車、銑、鏜、目前我國生產的數控機床產品巳覆蓋了車、銑、鏜、磨、齒輪加工、線切割加工、電火花加工以及加工中心、磨、齒輪加工、線切割加工、電火花加工以及加工中心、數控彎管機、數控雕刻機等機床數控彎管機、數控雕刻機等機床, ,并在有些企業實施了并在有些企業實

8、施了FMC,FMS,CIMS FMC,FMS,CIMS 等制造自動化技術等制造自動化技術, ,數控加工技術覆蓋了數控加工技術覆蓋了機械制造的各個領域機械制造的各個領域, ,進入了實用階段。進入了實用階段。1-1 1-1 數控機床的產生發展及構成數控機床的產生發展及構成工作原理工作原理EXIT1-2 數控機床的數控機床的組成及工作原理組成及工作原理EXIT 數控機床的構成數控機床的構成 如圖所示如圖所示, ,數控機床主要由數控機床主要由CNCCNC數控系統和機床主體組成。數控系統和機床主體組成。此外數控機床還有許多輔助裝置此外數控機床還有許多輔助裝置, ,如自動換刀裝置如自動換刀裝置, , 自動

9、自動工作臺交換裝置工作臺交換裝置, ,自動對刀裝置自動對刀裝置, ,自動排屑裝置及電、液、自動排屑裝置及電、液、氣、冷卻、潤滑、防護等裝置氣、冷卻、潤滑、防護等裝置。 數控系統包括程序及載體、輸入數控系統包括程序及載體、輸入 / / 輸出裝置、計算機數輸出裝置、計算機數控裝置控裝置( ( 稱為稱為CNCCNC裝置裝置 ) )、主軸控制系、主軸控制系 統和進給控制系統和進給控制系統等。有時將主軸控制系統和進給控制系統稱為伺服驅統等。有時將主軸控制系統和進給控制系統稱為伺服驅動系統。動系統。 程序及載體程序及載體 信息載體有穿孔紙帶、磁帶、磁盤等信息載體有穿孔紙帶、磁帶、磁盤等, ,早期常用的信早

10、期常用的信息載體為穿孔帶息載體為穿孔帶, ,目前常用的為磁盤。目前常用的為磁盤。 輸入輸入 / /輸出裝置輸出裝置 存儲在信息載體上的加工程序需要通過輸入裝置送存儲在信息載體上的加工程序需要通過輸入裝置送給給 CNC CNC 裝置。裝置。 計算機數控裝置計算機數控裝置 CNC CNC 裝置是數控機床的核心裝置是數控機床的核心, ,它是采用存儲程序的專它是采用存儲程序的專用計算機用計算機, ,由硬件和軟件組成。硬件由各種輸入輸出接口由硬件和軟件組成。硬件由各種輸入輸出接口電路、微處理器電路、微處理器(CPU)(CPU)、存儲器等組成。、存儲器等組成。 EXIT1-2 數控機床的數控機床的組成及工

11、作原理組成及工作原理 伺服驅動系統伺服驅動系統 伺服驅動系統是數控機床的執行機構之一伺服驅動系統是數控機床的執行機構之一, , 執行執行由由 CNC CNC 裝置輸出的運動指令。裝置輸出的運動指令。 檢測裝置檢測裝置 檢測裝置是采用閉環或半閉環控制系統的數控機檢測裝置是采用閉環或半閉環控制系統的數控機床的重要組成部分床的重要組成部分, ,其作用是對數控機床的實現位移其作用是對數控機床的實現位移和速度進行檢測和速度進行檢測, ,將檢測結果轉化為電信號反饋給數將檢測結果轉化為電信號反饋給數控裝置或伺服控制系統控裝置或伺服控制系統, ,實現閉環或半閉環控制。實現閉環或半閉環控制。 機床主體機床主體

12、數控機床的主體包括床身、立柱、主軸、進給機數控機床的主體包括床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件構等機械部件, ,用于完成各種切削加工。用于完成各種切削加工。EXIT1-2 數控機床的數控機床的組成及工作原理組成及工作原理 輔助裝置 數控機床在實現整機的全自動化控制中,為了提高生產率、加工精度等,還需要配備許多輔助裝置,如液壓和氣動裝置、自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置、自動對刀裝置、自動排屑裝置等。1-11-1數控機床的產生發展及構成數控機床的產生發展及構成工作原理工作原理EXIT1-2 數控機床的數控機床的組成及工作原理組成及工作原理一一 、數控機床加工過程的控制與特點、數控機床加工過程的

13、控制與特點 1.1.數控機床加工零件的控制原理數控機床加工零件的控制原理 數控機床通過控制刀具相對工件的運動實現對零件數控機床通過控制刀具相對工件的運動實現對零件的加工。數控裝置按加工程序規定的運動軌跡要求的加工。數控裝置按加工程序規定的運動軌跡要求, ,將刀將刀具對工件的運動分割成最小的位移量具對工件的運動分割成最小的位移量, ,通過不斷地向各坐通過不斷地向各坐標軸方向輸出脈沖形式的指令標軸方向輸出脈沖形式的指令, ,使刀具沿各坐標移動若干使刀具沿各坐標移動若干個脈沖當量個脈沖當量, ,實現刀具對工件的相對運動實現刀具對工件的相對運動, ,完成對零件的完成對零件的加工。加工。1-2 1-2

14、數控機床控制與特點數控機床控制與特點分類及發展趨勢分類及發展趨勢EXIT2.2.數控裝置在控制刀具沿數控裝置在控制刀具沿零件輪廓加工時零件輪廓加工時, ,需要在需要在規定的加工輪廓起點和規定的加工輪廓起點和終點之間計算出多個中間終點之間計算出多個中間點的坐標值點的坐標值, ,以控制機床以控制機床各坐標軸的運動各坐標軸的運動, ,這種計這種計算中間點坐標值的過程常算中間點坐標值的過程常稱為插補運算。稱為插補運算。1-2 1-2 數控機床控制與特點數控機床控制與特點分類及發展趨勢分類及發展趨勢EXIT3.3.現代數控機床常采用的現代數控機床常采用的插補算法有兩大類插補算法有兩大類: :脈沖增脈沖增

15、量插補和數據采樣插補。量插補和數據采樣插補。脈沖增量插補主要有兩種脈沖增量插補主要有兩種方法方法, ,即逐點比較法和數字即逐點比較法和數字積分法。積分法。1-2 1-2 數控機床控制與特點數控機床控制與特點分類及發展趨勢分類及發展趨勢EXIT1-2 1-2 數控機床控制與特點數控機床控制與特點分類及發展趨勢分類及發展趨勢EXIT 數控加工過程中的控制數控加工過程中的控制 信息流程數控加工是通過信息流程數控加工是通過CNCCNC裝置根據零件的加工程序控制數控機床自動完成的。進裝置根據零件的加工程序控制數控機床自動完成的。進行零件加工時行零件加工時, ,先將編寫好的零件程序輸入到先將編寫好的零件程

16、序輸入到CNCCNC裝置裝置, , 然后根據輸入的程序段插補出理想的軌跡然后根據輸入的程序段插補出理想的軌跡, ,控制執行部控制執行部件件, ,加工出需要的零件加工出需要的零件。下圖是直線加工信息轉換流程下圖是直線加工信息轉換流程圖圖, ,框中的變量表示每次進行信息轉換后的結果。框中的變量表示每次進行信息轉換后的結果。 二、二、數控機床加工的功能特點數控機床加工的功能特點 1. 1. 可方便加工復雜型面的零件可方便加工復雜型面的零件 數控機床的數控系統可實現多坐標聯動控制數控機床的數控系統可實現多坐標聯動控制, ,能加工能加工普通機床很難加工或無法加工的復雜曲線、曲面。普通機床很難加工或無法加

17、工的復雜曲線、曲面。下下圖圖分別分別為為3 3坐標聯動加工坐標聯動加工,2.5,2.5坐標加工和坐標加工和4 4坐標加工坐標加工。 2. 2. 加工工序相對集中加工工序相對集中 3. 3. 可實現高柔性生產可實現高柔性生產1-2 1-2 數控機床控制與特點數控機床控制與特點分類及發展趨勢分類及發展趨勢EXIT1-2 1-2 數控機床控制與特點數控機床控制與特點分類及發展趨勢分類及發展趨勢EXITEXIT1-2 1-2 數控機床控制與特點數控機床控制與特點分類及發展趨勢分類及發展趨勢1.1.按加工功能分類按加工功能分類 (1)(1)金屬切削類數控機床金屬切削類數控機床 (2)(2)金屬成型類數控

18、機床金屬成型類數控機床 (3)(3)特種加工機床特種加工機床 (4)(4)其他數控機床其他數控機床 2.2.按控制刀具與工件相對運動的方式分類按控制刀具與工件相對運動的方式分類 (1)(1)點位控制數控機床點位控制數控機床 (2)(2)點位直線控制數控機床點位直線控制數控機床 (3)(3)連續控制數控機床連續控制數控機床1-3 1-3 數控機床數控機床分類分類EXITEXIT1-3 1-3 數控機床數控機床分類分類EXIT1-3 1-3 數控機床數控機床分類分類 3.3.按進給伺服系統按進給伺服系統 的類型分類的類型分類 (1)(1)開環控制系統開環控制系統 (2)(2)閉環控制系統閉環控制系統 (3)(3)半閉環控制系半閉環控制系 統統 EXIT1-3 1-3 數