数控加工技术基础

ESC A
B
C
D
E RST
14''
F
G
H
I
J
彩色 显示器
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K
LM
N
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P
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Y
Z
SHI :
7
8
9
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CR “ 4
5
6
BACK
SPACE
TAB ？
1
2
3 INS CTR
L
电源
步进 点动
单段
手摇
30 40 50 20
10
关
开 自动
回零 0
1
技
术
基
础
19
数
下午3时50分
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技
▪ 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环
术
实
节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳
训
定性虽不如开环系统，但比闭环要好。
单
▪ 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误
元 1
差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环
数
好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得
数 控
的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系
加 工
统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能
技 工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现与计 术
基 算机的联网和通信。
础
30
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技 基于PC的开放式数控系统
术
实 用通用微机技术开发数控系统可
训 以得到强有力的硬件与软件支持，
训
❖ 50-60年代，发展到NC（硬件数控）阶段。
单
元 ❖ 70年代， 发展到CNC（计算机数控）阶段。 1
数 ❖ 80年代，出现高速高精度CNC的开发和应用阶段。
控
加 ❖ 90年代，基于PC的开放式CNC的开发与应用。 工
技 术
❖ 当代，也主要是基于PC的CNC开放式系统，软件有所提高。
基
础
6
数
技 术
求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。
基
一般用于经济型数控机床。
础
17
数
下午3时50分
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技 半闭环数控系统
术
实
▪ 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱
训
动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角
单
度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。
元
1 位置控制单元
术
基
础
24
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技
术
Z
实
训
下午3时50分
单
元
O
1
Y
X Y
数
(a)
(b)
(c)
控
加
工 技
图 不同联动轴数所能加工的型面
术 基
(a) 二轴联动； (b) 二轴半联动； (c) 三轴联动
础
25
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技
Z
术
n
实
训
P(X, Y, Z)
单
元 1
Y Z
B
数
控
C
加
数 控
❖初始投资大
加 ❖准备周期长
工 技 ❖柔性差
术
基
础
轴承盖加工自动线
下午3时50分
主 轴 承 盖 加 工 数 控 组 合 机 床
4
数
下午3时50分
控 加
1.2 数控加工的基本知识
工 技
上述方法仅适用批量较大的零件生产。然而，随着市场竞争
术 的日趋激烈产品更新换代周期缩短，批量大的产品越来越少，
下午3时50分
工
技 术
普及型数控系统（通常称之为全功能数控系统）
实 训
这类数控系统功能较多，除了具有一般数控系统的
功能以外，还具有一定的图形显示功能及面向用户
单
元
的宏程序功能等，采用的微机系统为16位或32位微
1
数
处理机，具有RS-232C通信接口，机床的进给多用
控 加
交流或直流伺服驱动，一般系统能实现4轴或4轴以
工
下联动控制。
技
术
基
础
29
数
下午3时50分
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技 高档数控系统
术 实
采用的微机系统为32位以上微处理机系统，机床的进给
训 大多采用交流伺服驱动，除了具有一般数控系统的功能以
单 外，应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制。具有三
元
1
维动画图形功能和宜人的图形用户界面，同时还具有丰富
控 加
满意的精度。
工 技
▪ 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也
术
较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。
基
础
20
数
下午3时50分
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技 术
全闭环数控系统
实
训
▪ 全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，
直接对运动部件的实际位置进行检测。
单
元
1
位置控制单元
速度控制单元
工 NC技术正是在这种背景下诞生和发展起来的。它极其有效地
技 术
满足了上述要求，为小批量、精密复杂的零件生产提供了自
基 动化加工手段。它的产生给自动化技术带来了新的概念，推
础 动了加工自动化技术的发展。
5
数
下午3时50分
控 加
1.2 数控加工的基本知识
工 技
2、发展沿革
术
实 ❖ 1952研制了世界第一台三坐标立式数控铣床。
单 元
这些软件和硬件的技术是开放式
1
的，此时的通用微机除了具备本
数 控
身的功能外，还具备了全功能数
加 工 控系统的所有功能。
技
术
基
础
下午3时50分
31
数 控 加 工 技 术 实 训
单 元 1
数 控 加 工 技 术 基 础
1.4
下午3时50分
数控机床的工作原理及组成
工艺 分析
工 序 卡
数控 加工 程序
数
下午3时50分
控
加 工
数控加工技术实训
技
术
实
训
邢台职业技术学院机电系
数控技术教研室
1
数
控 加
单元1
数控加工技术基础
工
技
内容提要：
术
实 训
➢ 实训目的与要求
单 ➢ 数控加工的基本知识
元
1 ➢ 数控机床的分类
数
控 ➢ 数控机床的工作原理及组成
加
工 技
➢ 数控加工的基本术语
术
基 ➢ 实训内容
础
下午3时50分
超程解除
方式选择
进给修调
循环驱动 进给保持 冷却液开关 刀松/刀紧
10
160
160
主轴修调
Y
10
X
Z1
驱动器
XY 电源
ZA 报警
机床 NC 超程 主轴
100 1000
急停
空运行 机床锁定 Z 轴锁定 MST 锁定
坐标轴选择
任选程序段 +JOG
快进 -JOG
主轴正转 主轴停 主轴反转
增量倍率 10 0
控 加
1.3
数控机床的分类
工 技
一、按加工工艺方法分类
术 实
1、一般数控机床
训
切削加工类：
单 元 1
数
控
捷
加
克 托
工
斯
技
数 控
术
镗
基
床
础
下午3时50分
CKA6150数控车床
哈挺数控磨床
7
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工 技
成型加工类：
术
实
训
单 元 1
数
控
加
工
技
术
数控折弯机
基
础
下午3时50分
内容讲解
这一档次的数控机床仅能满足一般精度要求的加工， 单
元
能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹的
1
数
零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，具
控 加
有数码显示，CRT字符显示功能，机床进给由步进
工 技
电动机实现开环驱动，控制的轴数和联动轴数在3
术 基
轴或3轴以下。
础
28
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工 技
机床的分类等；理解并掌握数控机床的工作原理及组成，
术 掌握数控加工的基本术语；完成数控机床认识实训的内容。
基
础
3
数
控 加
1.2 数控加工的基本知识
工 技
1、产生背景
术 实 从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：
训 ❖自动机床
❖组合机床
单 元 ❖专用自动生产线 1 它们存在固有的缺点：
CNC
+
数 插补
控 指令
加
工
技
术
基
础
位置控制调节器 -
+
-
速度控制 调节与驱动
实际位 置反馈
实际速 度反馈
检测与反馈单元
机械执行部件 电机
21
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技
术
实
训
单
元 1
CNC 数控系统
伺服 驱动 系统
伺服 电动机
下午3时50分 工作台
数 控
位置测量反馈信号
加
工
技
术
基
础
22
数
下午3时50分
闭环两种。
术
基
础
15
数
下午3时50分
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技 开环数控系统
术
实
▪ 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系
训
统），故系统稳定性好。
单 元 1
CNC 插补指令
脉冲频率f 脉冲个数n
换算
f、n
脉冲环 形分配 变换
A相、B相 功率 放大
C相、…
数
机械执行部件
控
加
电机
工
技
工作台
实 训
而小批量产品的生产所占的比重越来越大，约占总加工量的
80％以上。在航空、航天、重型机床以及国防部门尤其如此。
单 因此，迫切需要一种精度高、柔性好的加工设备来满足上述 元 1 需求，这是机床数控技术产生和发展的内在动力。另一方面，
数 电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的进步提供了
控 加
坚实的技术基础，这是机床NC技术产生和发展的可能性。
数控弯管机
数控型材弯弧机
8
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工 技
特种加工类：
术
火花成型
线切割机
实
训
单 元 1 数 控 加 工 技 术 基 础
下午3时50分
激 光 加 工
火花小孔
9
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工 技
其它类型：
术
实
训
单 元 1
数
控
加
工
技
术
CNC影像仪
基
础
下午3时50分
三 坐 标 测 量 机
术
床基本上都是装备的这种数控
基
系统。
础
下午3时50分
工件
刀具
14
数
下午3时50分
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技 术
三、按伺服系统的特点分类
实
训 按数控系统的进给伺服子系统有无位置
单
测量装置可分为开环数控系统和闭环数
元
1
控系统，在闭环数控系统中根据位置测
数
控 加
量装置安装的位置又可分为全闭环和半
工 技
工
技
术
基 础
图 五轴联动铣削曲面零件
下午3时50分
O刀 位 点
X 26
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技
Z
术
实
训
单
B
元
1
C
数
WW
控
加
工
Y
X
技
术
基 础
图 六轴加工中心坐标示意图
下午3时50分
27
数
下午3时50分
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技 术
按数控系统类型分类
实 训
经济型数控系统（又称简易数控系统）
机床移动部件不仅要实现由一个
位置到另一个位置的精确移动定
单
位，而且能够实现平行坐标轴方
元 1
向的直线切削加工运动。
数
▪ 点位直线数控机床虽然扩大了点
控
位控制数控机床的工艺范围，但
加
它的应用仍然受到了很大的限制
工
技
▪ 运动过程中不进行任何加工。
术 基
▪ 适用范围：简易数控车床、数控
础
铣镗床 。
下午3时50分
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技
▪ 从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的
术
实
误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精
训
度。
单 元
▪ 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、
1
刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统
数 控
的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都
加
相当困难。
工
技 术
▪ 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精
基
车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。
础
23
数
控 加
1.3
数控机床的分类
工
技 四、按控制系统的功能水平分类
术
实 训
按联动轴数分
下午3时50分
单 2轴联动（平面曲线）
元 1
3轴联动（空间曲面，球头刀）
数 4轴联动（空间曲面）
控
加 工
5轴联动及6轴联动（空间曲面） 。
技 联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。
速度控制单元
数 CNC
+
控 插补 指令
加
位置控制调节器 -
+
-
速度控制 调节与驱动
机械执行部件
工
技
实际位 置反馈
实际速 度反馈
电机
术
基
检测与反馈单元
础