数控加工技术精品课程

1）伸出右手的大拇指、 食指和中指，并互为90°。 则大拇指代表X坐标，食 指代表Y坐标，中指代表Z 坐标。 2)大拇指的指向为X坐标 的正方向，食指的指向为 Y坐标的正方向，中指的 指向为Z坐标的正方向。 3)围绕X、Y、Z坐标旋转 的旋转坐标分别用A、B、
C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、 Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为
2．按控制运动的方式分类 （1）点位控制数控机床 这类数控机床有数控钻床、 数控坐标镗床、数控冲床等。 （2）点位直线控制数控机床 这类机床有数控车床和 数控铣床等。 （3）轮廓控制数控机床 这类机床有数控车床、铣床、 磨床和加工中心等。
第一章 数控加工技术基础 3．按伺服系统的控制方式分类 （1）开环数控机床
在FMC和加工中心的基础上，通过增加物 流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央 控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的 制造系统称为柔性制造系统FMS。FMS不仅可以 进行长时间的无人化加工，而且可以实现多品 种零件的全部加工和部件装配，实现了车间制 造过程的自动化，它是一种高度自动化的先进 制造系统。
小型计算机（1970年）、微处理器或微型 计算机（1974年）和基于PC-NC的智能数控 系统（90年代后）。这种数控系统又称为软线 数 控 ， 即 计 算 机 数 控 系 统 ， 简 称 CNC （Computer Numerical Control）。
基于PC-NC的第六代数控系统，它充 分利用现有PC机的软硬件资源，规范设计 新一代数控。第六代数控的优势在于：
5
6
BACK
SPACE
TAB ？ 1
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3 INS CTR
L
电源
步进 点动
单段
手摇
30 40 50 20 10
10
关
开 自动
回零 0
160
1
驱动器
160 XY Z A
电源
报警
方式选择
进给修调
主轴修调
机床 NC 超程 主轴
超程解除
Y
10 100
循环驱动 进给保持 冷却液开关 刀松/刀紧 X
Z1
1000
急停
旋转坐标A、B、C的正向
数控机床某一部件运动的正方向是增大工件 和刀具距离的方向。 Z轴的确定：平行于主轴轴线方向为Z轴，取刀 具远离工件的方向为正Z方向。 X轴的确定：车床取横向滑座方向为X轴，取刀 具远离工件的方向为正向。 立式数控铣床：面对立柱，取右手方向为+X方向； 卧式数控铣床:从主轴后端往前看，取右手方向 为+X方向。 Y轴的确定：+Y的运动方向，根据X、Z坐标的运 动方向，按照右手笛卡尔坐标系来确定。
第一章 绪 论
辅助功能 辅助功能也称M功能。 显示功能 用CRT或液晶屏显示程序＼参数让各种补偿量、坐 标位置、故障源以及图形等。 通信和联网功能。
（3）．伺服系统 （4）．测量反馈装置 （5）．机床本体 3、数控机床的特点 1）适应性广 2）、生产准备周期短 3）、工序高度集中 4）、生产效率和加工精高、质量稳定 5）、能完成复杂型面的加工 6）、技术含量高 7）、减轻劳动强度、改善劳动条件 8）有利于生产管理
1)数控加工的工艺内容十分具体； 2)数控加工的工艺相当严密。 3）数控加工的工序相对集中 4）适宜于多品种小批量或中批量生产 二、数控加工中常用的术语 1、几坐标数控机床与几坐标加工数控机床
改型频繁，因此对加工机械产品的生 产设备提出了三高（高性能、高精度 和高自动化）的要求。
通用机床上是由人工操作，劳动 强度大，而且难以提高生产效率和保 证质量，实现这类产品生产的自动化 成为了机械制造业中长期未能解决的 难题。
仿形加工部分地解决了小批量、复杂零
件的加工，但有两个缺点：一是必须制造相 应的靠模或样件；二是靠模和样件的制造误 差和磨损影响加工精度。很难达到高精度。
数字程序控制机床的产生，有效地解
决了上述一系列矛盾，为单件、小批量生 产，特别是复杂型面零件提供了自动化加 工手段，使机械制造业的发展进入了一个 新的阶段。
2．数控设备的发展
电子管（1952年）、晶体管和印刷电路 板（1960年）、小规模集成电路（1965年）、 前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的 硬 逻 辑 （ 硬 线 ） 数 控 系 统 ， 简 称 NC （Numerical Control），目前已被淘汰。
2、数控机床的组成与功能 数控机床是数值控制的工作母机的总称。一
般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量 反馈装置和机床本体组成，见图1-1。
输入 输出 装置
数控 装置
伺服系统
机床 本体
图1-2 数控机床的组成框图
第一章 绪 论
（1）．输入输出设备 （2）．数控装置 数控装置的主要功能如下： 多坐标控制(多轴联动)。 插补功能（如直线、圆弧和其它曲线插补)。 程序输入、编辑和修改功能(人机对话、手动数据输入、 上位机通信输入)。 故障自诊断功能 插补偿功能 补偿主要包括刀具半径补偿、刀具长度补 偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等。 信息转换功能 主要包括EIA/ISO代码转换、英制／米制 转换、坐标转换、绝对值／增量值转化等。 多种加工方式选择 可以实现多种加工方式循坏、重复 加工、凹凸模加工和镜像加工等。
(二)绝对坐标系统与相对坐标系统
1、绝对坐标系统
绝对坐标系统是指工作台位移是从固 定的基准点开始计算的。
2、相对坐标系统
相对坐标系统是指工作台的位移是从 工作台现有位置开始计算的。
第二节 数控加工基础
一、数控加工的定义 在数控机床上自动加工零件的一种工艺方
法。一般来说，数控加工主要包括以下方面的 内容： （1）选择并确定零件的数控加工内容； （2）对零件图进行数控加工的工艺分析； （3）设计数控加工的工艺； （4）编写数控加工程序单； （5）按程序单制作程序介质； （6）数控程序的校验与修改； （7）首件试加工与现场问题处理； （8）数控加工工艺技术文件的定型与归档。
数字控制（Numerical Control NC）是一种借 助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如 加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化 方法。 数控技术（Numerical Control Technology） 采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动 控制的技术。
数控机床（Numerical Control Machine Tools） 是采用数字控制技术对机床的加工过 程进行自动控制的一类机床。它是数控技术典 型应用的例子。
数控系统（Numerical Control System）实现 数字控制的装置。
计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为控制核心的数字 控制系统。
▪ 计算机辅助设计CAD（ Computer Aided Design）、
▪ 计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）、
三、数控机床的分类 数控设备的种类很多，各行业都有自己的数控设备
和分类方法。在机床行业，数控机床通常从以下不同角度 进行分类。
1．按工艺用途分类 按其工艺用途可以划分为以下四大类： （1）金属切削类 指采用车、铣、镗、钻、铰、 磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可分为两类： ①普通数控机床 ②数控加工中心
解决高产优质的问题，也可采用专用机床、
组合机床、专用自动化机床以及专用自动生 产线和自动化车间进行生产。但是应用这些 专用生产设备，生产周期长，产品改型不易， 因而使新产品的开发周期增长，生产设备使 用的柔性很差。
精密复杂，加工批量小，改型频繁，
显然不能在专用机床或组合机床上加工。 而借助靠模和仿形机床，或者借助划线和 样板用手工操作的方法来加工，加工精度 和生产效率受到很大的限制。特别对空间 的复杂曲线曲面，在普通机床上根本无法 实现。
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第一章 数控加工技术基础 第一节 数控设备简介
一、数控设备的产生与发展 现代制造业的水平和现代化程度
决定着整个国民经济的水平和现代化 程度
“ 各种经济时代的区别，不在于生 产什么，而在于怎样生产，用什么 劳动资料生产。” ——马克思
1．数控设备的产生 机械产品日趋精密、复杂，而且
第一章 数控加工技术基础
（2）金属成形类 指采用挤、压、冲、拉等成形工艺 的数控机床，常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪 机、数控折弯机、数控旋压机等。
（3）特种加工类 主要有数控电火花线切割机、数控 电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。
（4）测量、绘图类 主要有数控绘图机、数控坐标测 量机、数控对刀仪等。
二、数控设备的工作原理、组成与特点 1．数控设备的工作原理
工艺分析
工序卡
Biblioteka Baidu数控加 工程序
ESC A B C D E RST
14''
F GH
I
J
彩色 显示器
PgU K L M N O
p
PgD P Q R
S
T
n
HO [ ] U V W
ME END < > X Y Z
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7
8
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（1）元器件集成度高、可靠性好；
（2）技术进步快、升级换代容易；
（3）提供了开放式的基础，可供利用的软、 硬件资源极为丰实。
数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必 不可少的物质手段；国家战略技术和体现国家 综合国力水平重要标志。
专家们预言: 二十一世纪机械制造业的竞争，
其实质是数控技术的竞争。 数字控制与数控技术
（2）半闭环控制数控机床
第一章 数控加工技术基础
（3）闭环控制数控机床
此外，按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低档、 中档、高档三类数控机床。中档、高档数控机床一般称为全 功能数控或标准型数控。
四、数控机床坐标系统 （一）数控机床的坐标轴和运动方向 我国标准JB3051-82，等效ISO841 1、刀具相对静止的工件而运动的原则 确定坐标系时，一律看作工件静止，刀具产生 运动。 2、标准坐标系的规定 机床坐标系是右手笛卡尔坐标系。
▪ 计算机辅助检验CAT（Computer Aided Testing）
▪ 计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System），
加工中心MC（Machining Center）。 在加工中心的基础上，通过增加多工 作台（托盘）自动交换装置（Auto Pallet Changer—APC）以及其他相关装 置，组成的加工单元称为柔性加工单元 （Flexible Manufacturing Cell—FMC）。 FMC不仅是实现了工序的集中和工艺的复 合，而且通过工作台（托盘）的自动交换 和较完善的自动监测、监控功能，可以进 行一定时间的无人化加工，从而进一步提 高了设备的加工效率。
FMC构成分两大类：
1、加工中心配上自动托盘系统（APC）；
2、数控机床配机器人。
FMC既是柔性制造系统FMS （Flexible Manufacturing System） 的基础，又可以作为独立的自动化加工 设备使用，因此其发展速度较快。
柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）。
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
90
20
手摇脉冲发生器
数控加工的概念
传统加工 数控加工
操作者根据数控工作要求编制数控程序，并 将数控程序记录在程序介质（如穿孔纸带、磁带、 磁盘等）上。数控程序经数控设备的输入输出接 口输入到数控设备中，控制系统按数控程序控制 该设备执行机构的各种动作或运动轨迹，达到规 定的工作结果。 其主要步履： 1）、数控加工程序编制 根据被加工零件工作图所规定的零件的形状、尺 寸、材料及技术要求等，确定零件加工的工艺过 程、工艺参数，按编程手册和程序格式编写零件 数控加工程序。 2）、数控机床执行数控加工程序
将市场预测、生产决策、产品设计、 产品制造直到产品销售的全过程均由计算 机集成管理和控制，由此构成的完整的自 动生产制造系统，称为计算机集成制造系 统（Computer Integrated Manufacturing System—CIMS）。
CIMS将一个更长的生产、经营活动进 行了有机的集成，实现了更高效益、更高 柔性的智能化生产，是当今自动化制造技 术发展的最高阶段。在CIMS中，不仅是生 产设备的集成，更主要的是以信息为特征 的技术集成和功能集成