数控机床加工程序编制基础.doc

单元一数控技术基础

一、教学目的：

明确数控加工技术的相关概念，以及数控加工的基本原理和加工的过程。了解目前国内外数控加工领域在数控加工工艺技术方面的最新发展动向和趋势

二、教学安排：

（一）新课教学知识点与重点、难点：

1. 数控机床的产生和发展（了解）

2. 数控机床的组成（熟悉）

3. 数控机床的工作过程（掌握）

4. 数控机床的分类（掌握）

按加工控制路线分类

按机床所用进给伺服系统不同分类

按加工工艺方法分类

按控制坐标轴数目分类

5. 数控机床的性能指标与功能（了解）

6. 数控机床的特点

7. 数控加工技术的新发展（了解）

高速切削

高精加工

复合化加工

控制智能化

互联网络化

计算机集成制造系统（CIMS）

（二）新课内容：

数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动的对被加工工件进行加工。

一.数控机床的产生和发展

1949年美国Parson公司与麻省理工学院开始合作，历时三年研制出能进行三轴控制的数控铣床样机，取名“Numerical Control”。数控即数字控制(Numerical Control，简称NC)。数控技术即NC技术，是指用数字化信息发出指令并实现自动控制的技术。计算机数控(Computerized Numerical Control，简称CNC)是指用计算机实现部分或全部的数控功能。采用数控技术的自动控制系统为数控系统，采用计算机数控技术的自动控制系统为计算机数控系统，其被控对象可以是生产过程或设备。如果被控对象是机床，则称为数控机床。

二.数控机床的组成

1 程序编制及程序载体

2 输入装置

3 数控装置

4 强电控制装置

5 伺服控制装置

6 机床的机械部件

与传统的普通机床相比，数控机床机械部件有如下几个特点：

(1) 采用了高性能的主轴及进给伺服驱动装置，机械传动结构得到简化，传动链较短。

(2) 机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、阻尼刚度、耐磨性以及抗热变形性能。

(3) 较多地采用高效传动件，如滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨等。

(4) 还有一些配套部件(如冷却、排屑、防护、润滑、照明、储运等一系列装置)和辅属设备(编程机和对刀仪等)。

三.数控机床的工作过程

数控机床是一种高度自动化的机床，它在加工工艺与加工表面形成方法上与普通机床基本相同，最根本的不同在于实现自动化控制的原理与方法上：数控机床是用数字化的信息来实现自动控制的。在数控机床上加工零件时，首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化。先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数、刀具参数，再按数控机床规定采用的代码和程序格式，将与加工零件有关的信息如工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数(主轴转速、切削进给量、背吃刀量)以及辅助操作(换刀、主轴的正转与反转、切削液的开与关)等编制成数控加工程序，然后将程序输入到数控装置中，经数控装置分析处理后，发出指令控制机床进行自动加工。 数控加工过程如图所示，其具体步骤为：

第一步：首先阅读零件图纸，充分了解图纸的技术要求，如尺寸精度、形位公差、表面

粗糙度、工件的材料、硬度、加工性能以及工件数量等；

第二步：根据零件图纸的要求进行工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析、材料和制 定 工

艺 阅

读

零

件 工 艺 分 析 数 控 编 程 程 序 传 输

设计精度合理性分析、大致工艺步骤等；

第三步：根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息——如：加工工艺路线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡；

第四步：根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码及程序格式进行数控编程；

第五步：将编写好的程序通过传输接口，输入到数控机床的数控装置中。调整好机床并调用该程序后，就可以加工出符合图纸要求的零件。

四.数控机床的分类

1．按加工控制路线分类

有点位控制机床、直线控制机床和轮廓控制机床。

(a) 点位控制；(b) 直线控制；(c) 轮廓控制

(1) 点位控制机床。它如图(a)所示，只控制刀具从一点向另一点移动，而不管其中间行走轨迹的控制方式。在从点到点的移动过程中，只作快速空程的定位运动，因此不能用于加工过程的控制。属于点位控制的典型机床有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。这类机床的数控功能主要用于控制加工部位的相对位置精度，而其加工切削过程还得靠手工控制机械运动来进行。

(2) 直线控制机床。它如图(b)所示，可控制刀具相对于工作台以适当的进给速度，沿着平行于某一坐标轴方向或与坐标轴成45°的斜线方向作直线轨迹的加工。这种方式是一次同时只有某一轴在运动，或让两轴以相同的速度同时运动以形成45(的斜线，所以其控制难度不大，系统结构比较简单。一般地，都是将点位与直线控制方式结合起来，组成点位直线控制系统而用于机床上。这种形式的典型机床有车阶梯轴的数控车床、数控镗铣床和简单加工中心等。

(3) 轮廓控制机床。它又称连续控制机床。如图(c)所示，可控制刀具相对于工件作连续

轨迹的运动，能加工任意斜率的直线，任意大小的圆弧，配以自动编程计算，可加工任意形状的曲线和曲面。典型的轮廓控制型机床有数控铣床、功能完善的数控车床、数控磨床和数控电加工机床等

2．按机床所用进给伺服系统不同分类

(1)．开环伺服系统

开环伺服系统

开环伺服系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机和电液脉冲马达等。如图所示。由数控系统送出的进给指令脉冲，通过环形分配器、按步进电机的通电方式进行分配，并经功率放大后送给步进电机的各相绕组，使之按规定的方式通、断电，从而驱动步进电机旋转。再经同步齿形带、滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。每给一脉冲信号，步进电机就转过一定的角度，工作台就走过一个脉冲当量的距离。数控装置按程序加工要求控制指令脉冲的数量、频率和通电顺序，达到控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向的目的。由于它没有检测和反馈系统，故称之为开环。其特点是结构简单，维护方便，成本较低。但加工精度不高，如果采取螺距误差补偿和传动间隙补偿等措施，定位精度可稍有提高。

(2)．半闭环伺服系统

半闭环伺服系统

半闭环伺服系统具有检测和反馈系统，如图所示。测量元件(脉冲编码器、旋转变压器和圆感应同步器等)装在丝杠或伺服电机的轴端部，通过测量元件检测丝杠或电机的回转角。间接测出机床运动部件的位移，经反馈回路送回控制系统和伺服系统，并与控制