第一章 数控加工技术概论

1.2 数控机床的组 成与分类
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第一章 数控加工技术概论
插补有二层意思：一是基本线型的形成，二是 如何分段逼近,如上图1.4所示。 基本线型：由程序中的插补指令完成。如直 线插补、圆弧插补、抛物线插补、螺旋线插补、 极坐标插补、圆柱插补、样条插补等，数控系统 的插补指令越多，越能实现复杂型面的加工。 分段逼近：按允许的误差进行弦线逼近、割 线逼近、切线逼近等，如上图1.4所示插补逼近方 式有割线逼近，也有弦线逼近。 通常，我们把数控机床上刀具运动轨迹是直 线时称为直线插补，是圆弧时称为圆弧插补。
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组 成与分类 1.3 数控加工技术 的发展
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第一章 数控加工技术概论
下图为平面任意曲线L，要求刀具Τ沿（逼近） 曲线轨迹运动，进行插补切削加工。 如图所示,将曲线L分割成：l1、l2、l3……、 li等线段。用直线（或圆弧）代替（逼近）这些线 段，当逼近误差δ相当小时，这些逼近线段之和就 接近了实际曲线。
1983年发生的“东芝事件”：苏联、日本联手打破美国技术封 锁
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第一章 数控加工技术概论 本课程的性质和任务
• 课程的性质: 数控技术是先进制造技术的基础 和核心技术，是一个工业化国家核心竞争力 的重要组成部分。本课程集机械制造技术、 信息技术、微电子技术和自动化技术等为一 体，是机械设计制造及其自动化专业的一门 综合性专业技术必修课程。 • 课程的任务 :是以数控机床为对象，研究数字 控制系统的工作原理、组成及其在数控机床 上的应用。通过本课程的学习，使学生掌握 数控技术的基本原理和基础知识，掌握数控 编程方法和技术，学会合理选用计算机数控 系统，培养学生正确使用数控设备的能力。
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组 成与分类 1.3 数控加工技术 的发展
图1.1 数控机床工作过程框 图 （1）零件加工工艺分析 （2）数控加工程序的编制 （3）程序输入与处理 （4）发出运动指令 （5）位置控制和切削加工
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第一章 数控加工技术概论
数控加工流程图
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第一章 数控加工技术概论
目
1.1
一、基本概念 二、数控机床的工作原理 三、数控加工特点 四、数控机床的主要性能指标
录
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组 成与分类 1.3 数控加工技术 的发展
数控加工技术的基本概念
1.2 数控机床的组成与分类
一、数控机床的组成 二、数控机床的分类
Y
14 13 δ 15 16
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组 成与分类 1.3 数控加工技术 的发展
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△y
12
△x
L
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T
O
11
X
返 退
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刀具
图1.4 曲线插补
第一章 数控加工技术概论பைடு நூலகம்
1.1 基本概念
上述切削加工是在允许的误差范围内，用沿曲线 1.3 数控加工技术 逼近函数的最小单位移动量合成的分段运动（小线段、 的发展 小圆弧）代替实际曲线运动，得出所需要的运动轨迹, 这就是数控加工轮廓的基本思想--插补运算。 ◆插补的概念（Interpolation）: 就是在已知曲线的起点和终点之间,确定一些中 间点坐标值的计算方法，即进行数据点的密化工作, 目 录 页 然后用已知线型（如直线、圆弧等）进行逼近。
1.3 数控加工技术的发展
一、数控加工技术发展简述 二、先进数控加工技术 三、数控加工技术的发展趋势
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第一章 数控加工技术概论 1.1数控加工技术的基本概念
一、基本概念
1、数字控制（Numerical Control，NC），简 称数控：就是用数字化的信息对机床的运动及 其加工过程进行控制的一种方法。 例：数控程序指令N30 G90 G01 X35.0 Y279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500 M07； 2、数控系统（Numerical Control System）实 现数字控制的装置。以计算机为核心的数控系 统称为计算机数控系统（Computer Numerical Control ），简称CNC系统.
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组 成与分类 1.3 数控加工技术 的发展
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第一章 数控加工技术概论
（５）位置控制：可由软件或由硬件实现，其主要 任务是在每个采样周期内，将插补计算的理论位置 与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动 机，进而控制机床工作台（或刀具）的位移。
① 零件工 艺分析
根据零件加工图样进行工 艺分析，确定加工方案、 工艺参数和位移数据。 按规定的程序代码、格 式编写零件加工程序单； 或用CAD/CAM生成零 件的加工程序。
1.1 基本概念
通过对机床的 正确操作，运 行程序，完成 零件的加工。
1.2 数控机床的组 成与分类 1.3 数控加工技术 的发展
第一章 数控加工技术概论
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组 成与分类 1.3 数控加工技术 的发展
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主讲:周为民
南华大学机械工程学院
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第一章 数控加工技术概论
数控技术已经广泛应用于工业控制的各个领域， 尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、 高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机 械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设 备的数控化率只有20%左右。 工业化国家经济总产值的 50% （如：日本）至 68%（如：美国）是由制造业创造的，数控机床是典 型的机电一体化产品，是现代制造业的主流设备， 是现代机床技术水平、现代机械制造业工艺水平的 重要体现，数控技术的水平和普及程度是衡量一个 国家综合国力和工业现代化水平的重要标志，从某 种意义上来说，甚至涉及到一个国家的国防安全。 例如，1983年发生的“东芝事件”。
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5轴铣削加工鞋模
叶轮加工
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第一章 数控加工技术概论
二、数控机床的工作原理 1、数控机床的基本工作过程
零 件 处理 图 样 程 序 格式 设 计 程 记录 指令信息 序 输入 编 输入 输入装置 制 送进 数 控 命令 装 置 伺 服 驱动 系 统 机 床 加工 主 体 制 成 零 件
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第一章 数控加工技术概论
五轴联动数控铣床加工制造核潜艇推进螺 旋桨,改进核潜艇性能。
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东芝事件
数控系统是数控机床的控制中心，通常是由一 台安装有专门系统软件的计算机构成。 数控系统的工作过程如下： （１）数据输入：输入数控系统的有零件程序、控 制参数、补偿数据等。 （２）译码处理：将零件程序以一个程序段为单位 进行处理。将程序段中的零件轮廓信息、加工速度 信息以及辅助功能等信息解释成计算机能够识别的 数据形式。 （３）数据处理：一般包括刀具半径补偿、速度计 算以及辅助功能处理。 （４）插补运算：如下图示。
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Y
A(5,3)
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组 成与分类 1.3 数控加工技术 的发展
• 数控机床的工作原理 • 将被加工零件图 纸上的几何信息和工 艺信息用规定的代码 和格式编写成加工程 序，并输入数控装置， 经过信息处理、分配， 图1.5 数控机床加工原理 控制机床各坐 标轴以最小位移量(通常只有0.001mm)为单 位进行移动，其合成运动实现了刀具与工件 的相对运动，完成零件的加工,如图1.5所示。 数控机床的加工，实质是应用了“微分” 原理（最小位移量---微分）。
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第一章 数控加工技术概论
• 本课程的考核方式：
• 课程考试(70%)+实验(20%)+平时成绩(10%)
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⑤ 零件加工
②编写零件 的加工程序
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③零件的加 工程序输入 CNC系统
操作面板输入、串 行通信（DNC）输 入、磁盘输入等。
④刀具路 径模拟
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机床空运行、软材料（铝、塑 料）或工件材料首件试切，以 检验CNC程序的正确性。
返 退
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第一章 数控加工技术概论
2、数控系统的工作过程
• 教材：
• 张春良等编，《数控加工技术》，科学出版社， 2011.1
• 参考资料：
• 1）董玉红编,《数控技术》, 高等教育出版 社,2004.2 • 2）朱晓春主编，《数控技术》，机械工业出版社， 2006.1 • 3）龙飞主编，《MastercamX应用基础教程》， 上海科学普及出版社，2008.2
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３、伺服系统的工作原理
在数控机床中，伺服系统接收来自数控系统的 指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床 执行部件的直线位移或角位移运动，实现数控机床 的进给伺服控制和主轴伺服控制。
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第一章 数控加工技术概论
3、数控机床（Numerical Control Machine Tools） ：就是装备有计算机数控系统的自动化 机床。 4、数控加工：是指在数控机床上进行工件切削加 工的一种工艺方法。 数控机床将加工过程的各种机床动作，由数 字化的代码表示，通过某种载体将信息输入数控 系统的计算机对数据进行处理，并控制机床的伺 服系统或其他执行元件，使机床加工出所需要的 工件。 例如：
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第一章 数控加工技术概论
• 本课程共计40学时。其中：理论课32， 实验8课时. • 本书章节课时分配:共计32课时
• • • • • • • • 第1章:概论2课时 第2章:手工编程14课时 第3章:数控加工工艺4课时 第4章:数控（CNC）系统4课时 第5章:数控伺服系统4课时 第6章:数控机床的结构2课时 第7章:数控加工自动编程2课时 其中：1/4的内容需要自学。
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第一章 数控加工技术概论
• 教学目的与要求
• 教学目的 : 主要目的是培养学生全面了解数控 机床这一典型机电一体化设备的组成及特点； 掌握机床数控装置、伺服装置、检测装置的组 成与控制原理；掌握一般零件车、铣数控加工 工艺设计、数控程序的编制与加工方法；了解 数控机床的典型机械结构等知识，培养学生了 解并掌握现代数控的最新技术成果，适应当今 应用数控技术的需要。 • 教学要求 : 以数控加工信息流为主线，以数控 技术的基本概念、数控机床的组成及特点、数 控加工编程基础知识为先导，以机床数控装置、 伺服装置、检测装置的组成与控制原理、数控 加工工艺设计、数控程序的编制与零件加工方 法为重点。
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组 成与分类 1.3 数控加工技术 的发展
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第一章 数控加工技术概论
• 讲解顺序: • 基本上按教材顺序讲解，但在讲第2章时， 有较大的变动，请同学们在预习时特别留意: • 第2章 • 2.1数控编程的基础知识 • 2.2数控编程的常用指令与格式（2课时） • 第3章 • 3.1数控车削加工工艺设计（ 2课时） • 第2章 • 2.3数控车削加工程序编制（ 6课时） • 第3章 • 3.2数控铣削加工工艺设计（ 2课时） • 第2章 • 2.4数控铣削加工程序编制（ 6课时） • 2.5自学 • 第7章：数控加工自动编程（ 2课时）