数控加工原理及特点解析课件

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1、学习任务学习任务（1）数控加工相关知识的运用能力。主要是机）数控加工相关知识的运用能力。主要是机械制造基础知识、数控加工工艺基础知识、数械制造基础知识、数控加工工艺基础知识、数控机床的基础知识和基本操作方法的应用能力。控机床的基础知识和基本操作方法的应用能力。（2）相关技术资料的应用能力，要养成查阅编）相关技术资料的应用能力，要养成查阅编程手册、刀具样本等技术资料的能力。程手册、刀具样本等技术资料的能力。（3）综合能力和素质。针对数控加工技术属知）综合能力和素质。针对数控加工技术属知识技能的特点，培养独立分析问题和解决工程识技能的特点，培养独立分析问题和解决工程实际问题的能力，提高自己的综合素

2、质。实际问题的能力，提高自己的综合素质。数控加工实用基础数控加工实用基础第第1节节 数控加工概述数控加工概述第第2节节 数控机床坐标系统数控机床坐标系统第第3节节 数控编程基础数控编程基础第一节第一节 1.1数控加工概述数控加工概述 一、数控、数控机床与数控加工一、数控、数控机床与数控加工 数字控制：数字控制：是以是以数字化信号数字化信号对机构的运动对机构的运动 过程进行控制的一种方法。简称为数控（过程进行控制的一种方法。简称为数控（NC）。）。数控机床：数控机床：指应用数控技术对加工过程进行控制指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。的机床。数控加工：数控加工：泛指在数控机床上进行零件加工的

3、工泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。艺过程。数控机床与普通机床比较：数控机床在普通机床基础上增加了对机床运动和数控机床在普通机床基础上增加了对机床运动和动作动作自动控制自动控制 的功能部件，使数控机床能够的功能部件，使数控机床能够自动自动完成完成 对零件加工的全过程对零件加工的全过程。其控制的媒介：数字程序（学习重点）其控制的媒介：数字程序（学习重点）二、不同加工方式示例二、不同加工方式示例 成型零件 成形车刀仿仿 型型 加加 工工靠模板数数 控控 加加 工工 采用数控机床加工零件时采用数控机床加工零件时,只需要将只需要将零件图零件图形形和和工艺参数工艺参数、加工步骤加工步骤等以数字信息

4、的等以数字信息的形式，形式，编成程序编成程序代码输入到机床代码输入到机床控制系统控制系统中，数控机床便按照事先编好的加工程序中，数控机床便按照事先编好的加工程序,自动地完成待加工零件的加工自动地完成待加工零件的加工.x-yx-y数控拖板数控拖板变频主轴变频主轴机床本体机床本体数控系统及其数控系统及其操作面板操作面板行程开关行程开关控制电柜控制电柜Z Z轴伺服电机轴伺服电机1.2 数控机床组成一、数控机床的组成数控机床组成输入输出装输入输出装置置数控装置数控装置伺服驱动系统伺服驱动系统机床本体机床本体二、数控机床各部分的作用二、数控机床各部分的作用1.1.输入装置输入装置作用：输入程序（人机）、

5、控制参数、补偿量等作用：输入程序（人机）、控制参数、补偿量等方式：键盘输入方式：键盘输入 纸带输入（穿孔纸带）纸带输入（穿孔纸带）磁盘输入（硬盘、软盘、磁盘输入（硬盘、软盘、U盘）盘）网络通讯网络通讯(RS232、DNC、TCP/IP）2.2.数控装置（数控装置（NC)_NC)_数控机床大脑数控机床大脑 作用：数控机床核心部件作用：数控机床核心部件 接受输入信息接受输入信息 运算与处理运算与处理(译码、运算、逻辑处理译码、运算、逻辑处理)产生输出脉冲（动作、运动指令）产生输出脉冲（动作、运动指令）计算机的功能计算机的功能 CNC：计算机数字控制装置：计算机数字控制装置CNC系统构成系统构成CN

6、C装置装置控制软件控制软件(软件功能软件功能)硬件电路硬件电路(硬件功能硬件功能)主轴伺服主轴伺服单元单元主轴主轴驱动装置驱动装置可编程控可编程控制器制器进给伺服单进给伺服单元元进给进给驱动装置驱动装置测量装置测量装置(位置位置速度速度)程程 序序操作面板操作面板输入输出设备输入输出设备机机 床床M.S.T辅助指令信号辅助指令信号主轴电机主轴电机主轴动作主轴动作完成进给动作完成进给动作PLC完成开关动作完成开关动作伺服驱动系统伺服驱动系统进给电机进给电机电电机机信号转换信号转换放大放大经插补运算经插补运算,输出各坐标轴进给速输出各坐标轴进给速度、进给方向和位移量指令度、进给方向和位移量指令经逻

7、辑运算经逻辑运算,输出主轴变速、换向输出主轴变速、换向和起停信号和起停信号选择和交换刀具的刀具指令信号选择和交换刀具的刀具指令信号辅助指令信号辅助指令信号:冷却、润滑、夹紧、冷却、润滑、夹紧、松开、分度等松开、分度等.控制信号控制信号3.3.伺服系统：伺服系统：数控机床的动力装置数控机床的动力装置 作用：接受数控装置的输出作用：接受数控装置的输出 驱动与放大驱动与放大 实现电能实现电能机械能转换机械能转换 数控加工原理数控加工原理 数控加工原理数控加工原理就是将零件图形和工艺参数、就是将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机

8、床控制系统中，再由其进行运算处理输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动完成零件的加工。床各部件协调动作，自动完成零件的加工。三、数控加工的特点（优点）1.加工精度高，加工质量稳定加工精度高，加工质量稳定 数控机床的机械精度高数控机床的机械精度高 数控机床的控制精度高（数控机床的控制精度高（0.001mm/P）无人为误差，加工的一致性好无人为误差，加工的一致性好2.数控加工的生产效率高数控加工的生产效率高 极大地缩短加工的辅助时间（快速行程、自极大地缩短加工的辅助时间（快速行程、自 动换刀）动

9、换刀）免划线工序免划线工序 粗、精加工一次装夹完成粗、精加工一次装夹完成 无需中途停车检测无需中途停车检测3.对加工对象的适应性强对加工对象的适应性强.单件、小批生产易于获得好效益单件、小批生产易于获得好效益4.易于实现易于实现CAD/CAM一体化及构成计算机集一体化及构成计算机集中控制系统中控制系统.1、坐标联动加工坐标联动加工 数控机床加工时的横向、纵向等进给量都数控机床加工时的横向、纵向等进给量都是以轴坐标数据控制的。如：两坐标车床、三是以轴坐标数据控制的。如：两坐标车床、三坐标铣床、五轴加工中心等。坐标铣床、五轴加工中心等。坐标联动：坐标联动：几个轴能同时相互协调配合运动，几个轴能同时

10、相互协调配合运动，从而获得平面直线、平面圆弧、空间直线和空从而获得平面直线、平面圆弧、空间直线和空间螺旋线等复杂加工轨迹的能力。间螺旋线等复杂加工轨迹的能力。数控机床的控制坐标数(a)两坐标数控车床；(b)三坐标数控铣床坐标联动加工2 2、脉冲当量、脉冲当量v脉冲当量脉冲当量:数字脉冲信号控制电机数字脉冲信号控制电机，单位脉冲作用下进给单位脉冲作用下进给轴移动的距离。轴移动的距离。v单位：单位：mm/mm/脉冲脉冲 如如0.001mm/P0.001mm/Pv 脉 冲 当 量 的 大 小脉 冲 当 量 的 大 小 与 数 控 系 统 的 水 平 有 关。与 数 控 系 统 的 水 平 有 关。0

11、.050.050.0010.001v 脉冲产生脉冲产生：运动控制指令（自动）、按键触：运动控制指令（自动）、按键触 发或手摇脉发或手摇脉冲发生器（手动操作）冲发生器（手动操作）3 3、进给速度与速度修调、进给速度与速度修调 进给速度：进给速度：单位时间内坐标轴移动的距离。单位时间内坐标轴移动的距离。（加工时刀具相对于工件的移动速度）（加工时刀具相对于工件的移动速度）单位：单位：mm/min mm/r mm/min mm/r（F F指令控制）指令控制）进给速度进给速度=脉冲当量脉冲当量单位时间的进给指令脉冲数单位时间的进给指令脉冲数例如：脉冲当量为例如：脉冲当量为0.002mm0.002mm，0

12、.50.5分钟内发出分钟内发出2000020000个进给指令脉冲，个进给指令脉冲，其进给速度其进给速度=0.002=0.002（20000200000.50.5）=80 mm/min=80 mm/min 速度修调速度修调：通过：通过修调倍率修调倍率对速度进行适量对速度进行适量 修调。修调。(F80(F80：即实：即实际速度为进给速度的际速度为进给速度的80%)80%)实际速度实际速度=80=80 80%=64 mm/min 80%=64 mm/minv 数控机床在加工过程中能通过速度修调数控机床在加工过程中能通过速度修调实时实时调整进给速度和主调整进给速度和主轴转速，便于加工。轴转速，便于加工

13、。切削速度切削速度 vc是刀具切削刃上的某一点相对是刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度.（cutting speed）进给量进给量 f 刀具在进给运动方向上相对于工刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量（件的位移量（feed）背吃刀量背吃刀量 ap一般指工件上已加工表面和待一般指工件上已加工表面和待加工表面间的重直距离。（切削深度）（加工表面间的重直距离。（切削深度）（back engagement）4.插补运算插补运算 在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的，按一定的算法算法

14、进行进行数据点的密化数据点的密化工作，以确定一些工作，以确定一些中间点的方法就称之为中间点的方法就称之为“插补插补”。计算插补点的运算计算插补点的运算称为称为插补运算插补运算.插补运算的任务就是把这种插补运算的任务就是把这种时实时实计算出的各个轴的计算出的各个轴的位移指令输入伺服系统位移指令输入伺服系统,实现成形运动实现成形运动.逐点比较法逐点比较法插补运算是以插补运算是以区域判别区域判别为特征，每走为特征，每走一步都要将加工点的瞬时坐标与相应给定的图形一步都要将加工点的瞬时坐标与相应给定的图形上的点相比较，判别一下偏差，然后决定下一步上的点相比较，判别一下偏差，然后决定下一步的走向。这样就能

15、得到一个的走向。这样就能得到一个接近给定图形的轨迹接近给定图形的轨迹，其最大偏差不超过一个其最大偏差不超过一个脉冲当量脉冲当量 5.刀补运算刀补运算 零件的加工程序一般是按零件轮廓和工艺要求零件的加工程序一般是按零件轮廓和工艺要求的进给路线编制的的进给路线编制的,而数控机床在加工过程中所而数控机床在加工过程中所控制的是刀具中心的运动轨迹控制的是刀具中心的运动轨迹.不同的刀具不同的刀具,其几何参数也不相同其几何参数也不相同.加工前必须将编程轨迹变换成刀具中心的轨迹加工前必须将编程轨迹变换成刀具中心的轨迹,这样才能加工出符合要求的零件这样才能加工出符合要求的零件.刀补运算刀补运算就是完成这种转换的

16、程序就是完成这种转换的程序.返回上层返回上层刀具半径补偿刀具半径补偿数控加工技术的发展数控加工技术的发展1数控加工技术的发展历程数控加工技术的发展历程1949年美国Parson公司与麻省理工学院开始合作，历时三年，于1952年研制出能进行三轴控制的数控铣床样机，取名“Numerical Control”。1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定切削路线，即可生成NC程序的自动编程语言。1956年德、日、苏等国分别研制出本国第一台数控机床。1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库，能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行铣、钻、镗、攻丝等多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种类加工中心。2数控加工技术的发展方向1)高速切削2)高精度控制3)高柔性化4)高一体化5)网络化6)智能化典型数控系统典型数控系统1日本日本FANUC系列数控系统系列数控系统2.德国德国SIEMENS公司的公司的SINUMERIK系列数控系列数控系统系统3.华中数控系统华中数控系统HNC