第一章 數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)(1~3)

數(shù)控加工技術(shù)

緒論數(shù)控加工技術(shù)MV4VACYCLE

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PROTECT數(shù)控加工是根據(jù)被加工零件的圖樣和工藝要求，編制成以數(shù)碼表示的程序輸入到機床的數(shù)控裝置或控制計算機中，以控制工件和工具的相對運動，使之加工出合格零件的方法第1章概論 1.1

數(shù)控機床的產(chǎn)生

1959年，由于在計算機行業(yè)中研制出晶體管元件，在數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板，從而跨入了第二代。 1965年，出現(xiàn)小規(guī)模集成電路，由于它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進一步提高。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。 以上三代系統(tǒng)，都是采用專用控制計算機的數(shù)控系統(tǒng)，，統(tǒng)稱為普通數(shù)控系統(tǒng)。

隨著當今技術(shù)的發(fā)展，小型計算機的價格急劇下降，激烈地沖擊著市場。數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家采用小型計算機來取代專用控制計算機，許多功能可以依靠編制專用程序存在計算機的存儲器中，構(gòu)成控制軟件而加以實現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的可靠性。這種數(shù)控系統(tǒng)，稱為第四代系統(tǒng)，即計算機數(shù)控系統(tǒng)。

計算機技術(shù)的發(fā)展更新很快，就在1970年前后，有了小型處理器，并且用到了各個行業(yè)，數(shù)控技術(shù)也不例外。以小處理機技術(shù)為特征的數(shù)控系統(tǒng)稱為第五代系統(tǒng)。1990年的第六代——有了PC的數(shù)控機床。1.1.2我國的發(fā)展情況我國從1958年開始研究數(shù)控機械加工技術(shù)，60年代我國研制出了可以加工非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件的銑床、數(shù)控非圓齒輪插齒機等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代針對航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，從1973年以來進行了數(shù)控機床的研制，經(jīng)過3年努力，到1975年已試制生產(chǎn)了300多臺數(shù)控機床。1982年，青海第一機床廠生產(chǎn)的XHK754臥式加工中心，長城機床廠生產(chǎn)的CK7815數(shù)控車床可以陸續(xù)形成了批量生產(chǎn)。

數(shù)控機床可以按多種方式進行分類。若按工藝用途，可將其分為一般數(shù)控機床、數(shù)控加工中心機床、多坐標機床等；

若按測量裝置的有無及位置可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)等系統(tǒng)。三、數(shù)控加工的特點與適應(yīng)性1.具有加工復(fù)雜形狀零件的能力2.具有良好的加工柔性3.加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定4.生產(chǎn)效率高，勞動強度低5.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化三、數(shù)控加工的特點與適應(yīng)性根據(jù)數(shù)控加工的特點與大量應(yīng)用實踐，最適應(yīng)（廣義上的適應(yīng)，并非指某一具體種類的數(shù)控機床）數(shù)控加工的零件類型是：1）形狀復(fù)雜2）必須在一次裝夾中合并完成銑、鏜、鉸、鉆及攻螺紋等多工序的零件。3）中、小批量生產(chǎn)4）在通用機床上加工時，要求設(shè)計制造復(fù)雜的專用工具裝夾或需做長時間調(diào)整的零件。5）公差帶小、互換性好、要求精確復(fù)雜的零件第一章數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)第一章數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)一、數(shù)控機床的基本概念：●數(shù)控技術(shù)(NumericalControlTechnology)：指利用數(shù)字、字母和符號對機械運動及工作過程進行程序控制的技術(shù)；●數(shù)控系統(tǒng)(NumericalControlSystem)：指實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟硬件模塊有機集成系統(tǒng)，它是數(shù)控技術(shù)的載體；●計算機數(shù)控系統(tǒng)(ComputerNumericalControl,CNC)：指以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)；●數(shù)控機床(NumericalControlMachineTools)：指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對加工過程進行控制的機床。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)控加工是泛指在數(shù)控機床上進行零件加工的工藝方法。一般地說，數(shù)控加工技術(shù)主要涉及數(shù)控機床加工工藝和數(shù)控編程技術(shù)兩大方面，數(shù)控加工中的刀具、夾具等工裝也在其涉及的范疇之內(nèi)。數(shù)控機床的運動可控性為數(shù)控加工提供了硬件基礎(chǔ)，但數(shù)控機床是按照提供給它的指令信息——加工程序來執(zhí)行運動的，因此數(shù)控加工工藝的制定和零件加工程序的編制是實現(xiàn)數(shù)控加工的重要環(huán)節(jié)。

數(shù)控加工的一般過程數(shù)控加工原理第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念二、機床數(shù)控技術(shù)的組成機床數(shù)控技術(shù)主要由機床本體、數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控加工技術(shù)三大部分組成。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念1.機床本體：機床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對象，是實現(xiàn)加工工件的執(zhí)行部件。

由主運動部件（主軸、主運動傳動機構(gòu)）、進給運動部件（工作臺、托板及相應(yīng)的傳動機構(gòu)）、支撐件（立柱、床身等）以及自動工件交換（APC)系統(tǒng)、自動刀具交換（ATC)系統(tǒng)和輔助裝置（冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等）組成。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念

數(shù)控機床與普通機床在整體布局上有不少相似之處，在設(shè)計中相對普通機床作了重大的調(diào)整：1）采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，機床傳動系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)在為簡化。2）采用了滾珠絲杠、滾動導(dǎo)軌等高效、無間隙的傳動部件，機床各個運動副間的摩擦系數(shù)較小，傳動精度較高。3）機床的機械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度、阻尼及耐磨性，熱變形降低。4）機床功能部件、輔助裝置增多，形成了多功能集成化和工藝復(fù)合化的新結(jié)構(gòu)。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念2.數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是一種程序控制系統(tǒng)，它嚴格按照外部輸入的程序控制機床運動。由于按規(guī)定標準編制的加工程序，記載了機床加工所需的全部信息（刀具軌跡信息、工藝信息等），故數(shù)控機床可自動加工出符合圖樣要求的零件。

數(shù)控系統(tǒng)主要由輸入輸出裝置、數(shù)控裝置、進給驅(qū)動裝置、主軸驅(qū)動裝置、電器控制裝置等部分組成。2.數(shù)控系統(tǒng)PLC機床I/O電路和裝置操作面板主軸伺服單元主軸驅(qū)動裝置計算機數(shù)控裝置進給伺服單元進給驅(qū)動裝置測量裝置輸入輸出設(shè)備鍵盤計算機數(shù)控系統(tǒng)機床主運動機構(gòu)進給傳動機構(gòu)輔助控制機構(gòu)第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念1.數(shù)控裝置：數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。對輸入的信息進行譯碼、處理與計算并發(fā)出相應(yīng)執(zhí)行命令裝置。CNC裝置的系統(tǒng)軟件由管理和控制兩部分組成。通過MDI方式直接從鍵盤輸入，或通過軟驅(qū)、USB接口、RS232C接口輸入的數(shù)控加工程序，由數(shù)控裝置構(gòu)件加以識別與解釋，并對解釋結(jié)果的各類數(shù)據(jù)進行運算和邏輯處理。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念2.進給驅(qū)動裝置數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)：分主軸伺服系統(tǒng)與進行伺服系統(tǒng)兩種，前者主要是實現(xiàn)工作加工的切削運動，后者是控制工件加工的成形運動。進給驅(qū)動裝置又稱伺服驅(qū)動裝置，是數(shù)控裝置和機床本體進給運動執(zhí)行部件的聯(lián)系環(huán)節(jié)。它接受來自數(shù)控裝置的位置與速度控制信息，根據(jù)這些信息，驅(qū)動進給發(fā)動機帶動執(zhí)行部件運動并正確定位。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念（3）主軸驅(qū)動裝置數(shù)控機床的主軸驅(qū)動裝置是數(shù)控裝置和機床本體主運動執(zhí)行部件的聯(lián)系環(huán)節(jié)。它也分為直流主軸驅(qū)動與交流驅(qū)動兩種類型。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念3.數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)主要涉及數(shù)控加工工藝、數(shù)控加工工藝裝備和數(shù)控加工程序編制等技術(shù)。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念

人們對多品種小批量生產(chǎn)條件下，數(shù)控加工工藝裝備和數(shù)控加工程序編制等技術(shù)利用率在良好的使用條件下為80%，而通常僅為60%左右，其余20%～40%。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念（1）數(shù)控加工工藝與工裝數(shù)控加工工藝規(guī)程和普通機床加工工藝規(guī)程相比，在許多方面遵循的普遍原則是基本一致的，但數(shù)控加工有著它的特殊性。加工工藝參數(shù)：數(shù)控機床較普通機床的剛度高，數(shù)控加工刀具的切削性能好，在同等條件下，所采用的切削用量要比普通機床大，加工效率高。工藝內(nèi)容：數(shù)控加工的工藝內(nèi)容十分具體且相當嚴密，因為數(shù)控機床自動化程度高，數(shù)控機床的功能復(fù)合化和諧越來越高，故數(shù)控加工的工序相對集中，工序數(shù)目減少了，但工序內(nèi)容要比普通機床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念（2）數(shù)控加工程序的編制在掌握數(shù)控加工工藝與工裝技術(shù)的基礎(chǔ)上對被加工零件做好工藝處理后，便可充分利用數(shù)控系統(tǒng)的指令功能編制加工程序。第一章數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)數(shù)控機床的分類及應(yīng)用第二節(jié)數(shù)控機床的分類及應(yīng)用機床的工藝用途切削加工類（普通數(shù)控機床、加工中心兩類）成型加工類（通過物理方法心改變工件形狀的）如數(shù)控沖壓機、彎管機、折彎機等特種加工類（如電火花、激光加工機床等）其他類型數(shù)控等離子切割、火焰切割、點焊機、三坐標測量機等控制功能點位控制數(shù)控機床（只控制到點的精確位置，不管過程）直線控制數(shù)控機床（控制平行軸、與軸夾角為45度的直線上的位置與速度）輪廓控制數(shù)控機床（具備兩軸以上聯(lián)動能力）進給伺服系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控機床（無位置檢測裝置，單向信息流）半閉環(huán)數(shù)控機床（通過控制電動機絲杠的轉(zhuǎn)角來控制工作臺的位置）閉環(huán)數(shù)控機床（直接在工作臺上安裝檢測裝置）數(shù)控加工演示二、按運動控制方式分類：可以分為點位控制、直線控制和輪廓控制。概念：（1）點位控制

點位控制方式就是刀具與工件相對運動時，只控制從一點運動到另一點的準確性，而不考慮兩點之間的運動路徑和方向。移動時，刀具未加工。適用范圍：多應(yīng)用于數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控坐標鏜床和數(shù)控點焊機等。（2）直線控制

直線控制方式就是刀具與工件相對運動時，除控制從起點到終點的準確定位外，還要保證平行坐標軸的直線切削運動。適用范圍：用于簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。（3）輪廓控制(又稱連續(xù)軌跡控制）

輪廓控制就是刀具與工件作相對運動時，能對兩個或兩個以上坐標軸的運動同時進行控制。

適用范圍：這類控制方式的數(shù)控機床有:數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、加工中心等。

①開環(huán)控制數(shù)控機床三、按進給伺服裝置類型分類：此類控制的數(shù)控機床其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件。此類數(shù)控機床的信息是單向的，即進給脈沖發(fā)出去后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行監(jiān)測，也不能進行誤差校正。②閉環(huán)控制數(shù)控機床

閉環(huán)控制數(shù)控機床是指在機床移動部件上安裝直線位移檢測裝置，直接對工作臺的實際位移進行檢測，將測量的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動的和定位。

由于工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)數(shù)控機床。閉環(huán)控制數(shù)控機床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。③半閉環(huán)控制數(shù)控機床

半閉環(huán)控制數(shù)控機床是指在伺服電動機的軸或數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進行修正。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機床。四、按可控制聯(lián)動的坐標軸分類概念：數(shù)控機床可控制聯(lián)動的坐標軸，是指數(shù)控裝置控制幾個伺服電動機，同時驅(qū)動機床移動部件運動的坐標軸數(shù)目。分類：（1）兩坐標聯(lián)動（2）三坐標聯(lián)動（3）兩軸半坐標聯(lián)動（4）多坐標聯(lián)動（a）臥式車床四、按聯(lián)動軸數(shù)分類（1）兩坐標聯(lián)動

數(shù)控機床能同時控制兩個坐標軸聯(lián)動即數(shù)控裝置同時控制X和Z方向運動。圖（a）適用數(shù)控車床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床銑削平面輪廓。（2）三坐標聯(lián)動數(shù)控機床能同時控制三個坐標軸