數控加工工藝與裝備1、理解數控加工工藝系統、數控技術、數控機床的概念2、熟悉數控加工過程及數控加工原理3、掌握數控加工工藝特點和數控加工的主要內容4、掌握數控機床的組成與分類；數控機床的主要性能指標及應用范圍5、了解數控加工與工藝技術的新發展學習目的第1章數控加工工藝系統1.1數控加工工藝系統概述第1章數控加工工藝系統本章主要內容如下：●現場教學：數控實訓中心1.2數控機床組成系統1.3數控加工與工藝技術的新發展1.1數控加工工藝系統概述1.1.1數控加工原理及加工過程

1.數控概念

(1)數字控制(NC)：是一種用數字化信號對控制對象進行自動控制的技術。(2)數控技術：是指用數字、字母和符號對某一工作過程進行可編程自動控制的技術。(3)數控系統：是指實現數控技術相關功能的軟硬件

（6）工藝系統的概念：在數控機床加工過程中，由機床、夾具、刀具和工件等組成的系統，稱為數控加工工藝系統。

（7）數控加工工藝系統的組成：由數控機床、夾具、刀具和工件等組成。

(5)數控機床(NCMachine)：是指應用數控技術對加工過程進行控制的機床，或者說是裝備了數控系統的機床。模塊的有機集成系統，它是數控技術的載體。(4)計算機數控系統(CNC)：是指以計算機為核心的數控系統。

數控加工就是根據零件圖樣及工藝要求等原始條件，編制零件數控加工程序，并輸入到數控機床的數控系統，以控制數控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。2.數控加工過程數控加工流程3.數控加工原理

CNC系統的數據轉換過程：譯碼、刀補處理、插補計算、PLC控制。1.1.2數控加工工藝過程

1．工藝過程

數控加工工藝是指采用數控機床加工零件時，所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數控加工工藝過程。數控加工工藝過程是利用切削刀具在數控機床上直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態等，使其成為成品或半成品的過程。

2．數控加工工藝與數控編程的關系(1)數控程序(2)數控編程(3)數控加工工藝與數控編程的關系1.1.3數控加工工藝特點1．數控加工工藝內容要求更加具體、詳細

2．數控加工工藝要求更嚴密、精確

3．數控加工零件圖形的數學處理和編程尺寸設定值的計算4．考慮進給速度對零件形狀精度的影響5．強調刀具選擇的重要性

6．數控加工工藝的特殊要求7．數控加工程序的編寫、校驗與修改是數控加工工藝的一項特殊內容(1)通過數控加工的適應性分析選擇并確定進行數控加工的零件的內容；零件圖紙工藝分析數值計算編制輸入程序安裝工件對刀試切加工檢驗1.1.4數控加工的內容和特點一.數控加工內容(2)結合加工表面的特點和數控設備的功能對零件進行數控加工的工藝分析；(3)進行數控加工的工藝設計；(4)對零件圖形進行數學處理和計算；

(5)編寫加工程序單；(6)按程序單制作控制介質，如磁帶、磁盤等；(7)檢驗與修改加工程序；(8)首件試加工以進一步修改加工程序；(9)編制數控加工工藝技術文件，如數控加工工序卡，程序說明卡，走刀路線圖等。二.數控加工特點1．對加工對象改型的適應性強2．加工精度高3．加工生產率高4．減輕操作者的勞動強度5．良好的經濟效益6．有利于生產管理的現代化1.2數控機床組成系統1.2.1數控機床的組成與分類

數控機床是一種利用數控技術，按照事先編好的程序實現動作的機床。它由控制介質(穿孔帶、磁帶)、數控裝置、伺服系統和機床四部分及輔助裝置組成。（1）控制介質控制介質是人機交流的媒介。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶或軟磁盤等，通過數控機床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元內。1數控機床的組成●控制介質輸入一種方法是通過紙帶輸入。另一種方法是軟驅輸入。●手動輸入手動數據輸入(ManualDataInput,MDl)。程序編輯界面(EDIT)狀態下，用按鍵輸入。●直接輸入存儲器使用數控裝置的串行口，直接讀入在自動編程機上、其他計算機上或網絡上編制好的加工程序。

由信息的輸入、處理和輸出三個部分組成，是數控機床的中樞。程序載體通過輸入裝置將加工信息傳給CNC單元，編譯成計算機能識別的信息、由信息處理部分按照控制程序的規定，逐步存儲并進行處理后，通過輸出單元發出位置和速度指令給伺服系統和主運動控制部分。

（2）數控裝置（CNC單元）伺服系統是數控機床的執行部分。它能將數控裝置送來的指令信息加以放大，經功率放大后。通過機床進給傳動元件(如齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母等)，去驅動機床移動部件(工作臺或刀架)，以便精確定位或按照規定的軌跡和速度運動，使機床加工出符合圖樣要求的零件。信息輸入到CNC單元內。伺服系統中常用的驅動裝置有：開環伺服系統常用步進電動機，閉環伺服系統常用脈寬調速直流電動機和交流伺服電機等。

（3）伺服系統

數控機床的本體是指其機械結構實體，是實現加工零件的執行部件。它主要由主運動系統、進給系統（如工作臺、刀架）、以及輔助部分（如液壓、氣動、冷卻和潤滑部分等）和支撐部件（如床身、立柱）等一般部件外，尚有些特殊部件，如儲備刀具的刀庫、自動換刀裝置(ATC)、自動托盤交換裝置等。

（4）機床本件

輔助裝置主要包括換刀機構、工件自動交換機構、工件夾緊機構、潤滑裝置、冷卻裝置、照明裝置、排屑裝置、液壓汽動系統、過載保護與限位保護裝置等。

（5）

輔助裝置2.數控機床的分類（1）按機床運動軌跡的分類

●點位控制數控機床點位控制

主要用于平面內的孔系，主要有數控鉆床、數控坐標鏜床、數控彎管機和數控沖剪床等。

直線控制數控機床又稱為平行切削控制。一般只能加工矩形、臺階形零件。主要有比較簡單的數控鏜銑床、數控車床和加工中心等。直線控制

●直線控制數控機床

●輪廓控制數控機床

輪廓控制就是刀具與工作相對運動時，能對兩個或兩個以上坐標軸的運動同時進行控制。輪廓控制指的是可以同時控制2軸。主要用于數控車床加工回轉曲面或數控銑床加工曲線柱面。a)b)2軸聯動的輪廓加工

①2軸控制

即指兩個軸連續控制、第3個軸作周期性的點位或直線控制，從而實現三個坐標軸X、Y、Z內的二維控制。二軸半聯動的曲面加工

②2.5軸控制是指同時控制X、Y、Z三個直線坐標軸聯動，進行三維的立體加工，比較多的用于數控銑床、加工中心等。3軸聯動的曲面加工控制

③3軸控制是指同時控制四個坐標運動，即在X、Y、Z三個直角坐標軸之外，再加一個旋轉坐標軸。4軸聯動的數控機床

④4軸控制五軸是指在直線坐標X、Y、Z以外，再加上圍繞這些直線坐標旋轉的旋轉坐標A、B、C中的兩個坐標，形成同時控制五個軸聯動。⑤5軸控制5軸聯動的加工中心加工工件

（2）按伺服系統類型分類●開環伺服系統數控機床

這類機床的數控系統將零件的程序處理后，輸出數字指令信號給伺服系統，驅動機床運動，沒有來自位置傳感器的反饋信號。開環伺服系統數控機床特點：

①沒有反饋信號。②精度低。③系統穩定性好。④設計和調整方便。開環伺服系統數控機床應用：

多應用于經濟型數控和對舊機床的改造上。●閉環伺服系統數控機床在機床移動部件的位置上直接裝有直線位置檢測裝置，檢測刀具或工作臺的實際位移值并將檢測到的位移值及時反饋到CNC裝置中，與所要求的位移指令值進行比較，用比較的差值進行控制，直到差值消除為止。閉環伺服系統數控機床特點：

①有位置反饋信號。②很高的加工精度。③設計和調整有較大的難度。④系統不穩定。⑤檢測直線位移。閉環伺服系統數控機床應用：

用于一些精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精銑床等。

●半閉環伺服系統數控機床它是在開環控制系統的絲杠端頭或電動機端頭上裝有檢測裝置，通過檢測絲杠的角位移（轉角）和轉速，間接地檢測移動部件的實際位移量，然后反饋到CNC裝置中進行位置比較，用比較的差值進行控制。半閉環伺服系統數控機床特點：①精度介于開環、閉環之間。②設計和調整較容易。③系統的較穩定。④檢測角位移。半閉環伺服系統數控機床應用：

配備精密滾珠絲杠的半閉環控制系統得到廣泛采用。滾珠絲杠結構示意圖

1-絲杠2-滾珠3-回珠管4-螺母

（3）按數控系統功能水平的分類數控機床按數控系統功能水平可分為低、中、高三檔。檔次功能低檔數控機床中檔數控機床高檔數控機床進給當量和進給速度進給當量為10μm，進給速度在8-15m／min進給當量為1μm，進給速度為15-24m／min進給當量為0.1μm，進給速度為15-100m／min伺服進給系統

開環、步進電動機

半閉環直流伺服系統或交流伺服系統閉環伺服系統、電動機主軸、直線電動機聯動軸數2-3軸3-4軸3軸以上通信功能

無

RS232或DNC接口

RS232、RS485、DNC、MAP接口顯示功能

數碼管顯示或簡單的CRT字符顯示功能較齊全的CRT顯示或液晶顯示功能齊全的CRT(三維動態圖形顯示)內裝PLC

無

有

有強功能的PLC，有軸控制的擴展功能主CPU

8位或16位CPU由16位向32位CPU過渡32位向64位CPU發展1.2.2數控機床的主要性能指標

(1)數控機床的精度指標①定位精度和重復定位精度定位精度是指數控機床工作臺等移動部件在確定的終點所達到的實際位置的精度。重復定位精度是指在同一臺數控機床上，應用相同程序相同代碼加工一批零件，所得到的連續結果的一致程度。②分度精度分度精度是指分度工作臺在分度時，理論要求回轉的角度值和實際回轉的角度值的差值。③分辨度與脈沖當量分辨度是指兩個相鄰的分散細節之間可以分辨的最小間隔。1.2.2數控機床的主要性能指標(2)數控機床的可控軸數與聯動軸數數控機床的可控軸數是指機床數控裝置能夠控制的坐標數目。(3)數控機床的運動性能指標①主軸轉速②進給速度③行程④擺角范圍⑤刀庫容量和換刀時間六軸加工中心

1．3數控加工與工藝技術的新發展

1.高速化①選用高速微處理器。②提高多軸控制水平。③配置高速、強功能可編程序控制器CPU。

2.多功能①具有多種監控、檢測及補償功能。②彩色CRT圖形顯示。③人機對話功能。④自診斷功能。⑤很強的通信功能。

3.智能化①工件自動檢測、自動定心。②刀具折損檢測及自動更換備用刀具。③刀具壽命及刀具收存情況管理。④負載監控。⑤數據管理。⑥維修管理。⑦利用反饋控制實