项目数控加工工艺基础

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,*,点击此处结束放映,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,*,数控加工工艺与编程基础,项目一 数控加工工艺基础,于万成 王桂莲,项目一 数控加工工艺基础,课题一 数 控 机 床,1.1,1.2,课题三 数控加工工艺基础,1.3,课题二 数控加工的切削基础,课题一 数 控 机 床,任务,1,数控机床的组成与分类,1,数控机床的组成与分类,（,1,）数控机床的组成。,数控机床一般由输入输出装置、数控装置、主轴和进给伺服单元及检测装置、伺服驱动和反馈装置、辅助控制装置、机床本体等部分组成，如图,1.1,所示。,图,1.1,数控机床的组成, 输入输出装置。输入装置的作用是将记录在信息载体（如磁盘）上的数控加工程序和各种参数、数据通过输入设备送到数控装置，输入方式有磁盘、键盘（,MDI,）、手摇脉冲发生器等。,输出装置的作用是使数控系统通过显示器为操作人员提供必要的信息。各种类型数控机床中最直观的输出装置是显示器，显示器有,CRT,显示器或彩色液晶显示器两种。, 数控装置。数控装置是一种专用计算机，一般由中央处理器（,CPU,）、存储器、总线和输入输出接口等构成。数控装置是整个数控机床数控系统的核心，决定了机床数控系统功能的强弱。, 伺服驱动及检测装置。伺服驱动及检测装置是数控机床的关键部分，它影响数控机床的动态特性和轮廓加工精度。伺服系统包括伺服单元、伺服驱动装置（或执行机构）等，是数控系统的执行部分。其作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。, 可编程控制器及电气控制装置。可编程控制器与数控装置协调配合共同完成数控机床的控制，其中数控装置主要完成与数字运算和管理等有关的功能，如零件程序的编辑、插补运算、译码、位置伺服控制等。它接收计算机数控装置的控制代码,M,（辅助功能）、,S,（主轴转速）、,T,（选刀、换刀）等顺序动作信息，对顺序动作信息进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作。它还接收来自机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往数控装置用于加工过程的控制。,数控机床的可编程控制器一般分为两类：一类是内装型可编程控制器，另一类是独立型可编程控制器。,电气控制装置主要安装在电气控制柜中，控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，还在可编程控制器的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起桥梁连接作用 。, 检测反馈系统。检测反馈系统的作用是对机床的实际运动速度、方向、位移量以及加工状态加以检测，把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算出实际位置与指令位置之间的偏差，并发出纠正误差指令。检测反馈系统可分为半闭环和闭环两种。半闭环系统中，位置检测主要使用感应同步器、磁栅、光栅、激光测距仪等。, 机床本体。机床本体包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和底座、立柱、刀架、工作台等基础部件。,（,2,）数控机床的分类。,数控机床的种类较多，一般按照以下几种不同的方法分类。, 按照工艺用途划分。按照工艺的不同，数控机床可分为数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗铣床、齿轮加工机床、数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控冲床、数控剪床、数控液压机等。, 按运动方式划分。按照刀具与工件相对运动方式的不同，数控机床可分为点位控制、直线控制和轮廓控制。, 按伺服系统类型分。按照伺服系统类型不同分为开环伺服系统数控机床、闭环伺服系统数控机床和半闭环伺服系统数控机床。,另外，还有其他的分类方法，例如，按照数控系统的功能水平可分为：低档、中档和高档数控机床；按照轴数和联动轴数可分为几轴联动等多种数控机床；按数控机床功能多少分为经济型数控机床和全功能型数控机床等。,2,数控车床的组成与分类,（,1,）数控车床的组成。,数控车床一般是由数控车床主体、数控系统、伺服驱动系统和辅助装置组成。即由床身、主轴箱、进给传动系统、刀架、液压系统、冷却系统及润滑系统等部分组成。, 数控车床主体。数控车床主体是数控车床的机械部件，主要包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。, 数控系统。数控系统是数控车床的控制核心，其主体是一台计算机（包括,CPU,、存储器、,CRT,等）。, 伺服驱动系统。伺服驱动系统是数控车床切削加工的动力部分，主要实现主运动和进给运动，由伺服驱动电路和伺服驱动装置两大部分组成。驱动装置主要有主轴电动机、进给系统的步进电动机或交、直流伺服电动机等。, 辅助装置。辅助装置是数控车床中一些为加工服务的配套部分，如液压、气动装置，冷却、照明、润滑、防护、排屑装置等。,数控车床采用伺服电动机经滚珠丝杠传到滑板和刀架，以连续控制刀具实现纵向（,Z,向）和横向（,X,向）进给运动。数控车床主轴安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步齿形带11地传到脉冲编码器。,（,2,）数控车床的分类。,数控车床主要用于车削加工对各种形状不同的轴类或盘类回转表面。在数控车床上可以进行钻中心孔、车内外圆、车端面、钻孔、镗孔、铰孔、切槽、车螺纹、滚花、车锥面、车成形面、攻螺纹以及高精度的曲面及端面螺纹等的加工。, 按数控系统的功能分类。,（,a,）经济型数控车床。一般采用步进电动机驱动的开环伺服系统。,（,b,）全功能型数控车床。全功能型数控车床，一般采用闭环或半闭环控制系统，可以进行多个坐标轴的控制，具有高刚度、高精度、高效率等特点。,（,c,）车削中心。它的主体是全功能型数控车床，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头、机械手等，可实现多工序的车、铣复合加工。,（,d,）,FMC,车床。,FMC,（,Flexible Manufacturing Cell,）车床实际上是一个由数控车床、机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化。,图,1.2,数控车床 图,1.3,车削中心, 按主轴的配置形式分类。,（,a,）卧式数控车床。即主轴轴线处于水平位置的数控车床。,（,b,）立式数控车床。即主轴轴线处于垂直位置的数控车床。,此外，还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。, 按数控系统控制的轴数分类。,（,a,）两轴控制的数控车床。机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴控制。,（,b,）四轴控制的数控车床。机床上有两个独立的回转刀架，可实现四轴控制。, 其他分类方法。,按加工零件的基本类型分为卡盘式数控车床、顶尖式数控车床；按数控系统的不同控制方式分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等；按性能可分为多主轴车床、双主轴车床、纵切式车床、刀塔式车床、排刀式车床等；按刀架数量可分为单刀架数控车床和双刀架数控车床。,3,数控铣床的组成与分类,（,1,）数控铣床的组成。, 铣床主体。铣床主体是数控铣床的机械部件，包括床身、主轴箱、工作台、进给机构等。, 控制部分（,CNC,装置）。控制部分是数控铣床的控制核心，实际上是一台机床专用的计算机，由印刷电路板、各种电器元件、监视器、键盘等组成。, 驱动装置。驱动装置是数控铣床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机、进给伺服电动机等。, 辅助装置。辅助装置是指数控铣床的一些配套部件，包括液压和气动装置、冷却和润滑系统、排屑装置等。,（2）数控铣床的分类。,数控铣床常见的类型主要有数控立式铣床、数控卧式铣床和数控龙门铣床等。, 数控立式铣床。数控立式铣床主轴与机床工作台面垂直，一般采用固定式立柱结构，工作台不升降，主轴箱作上下运动，主轴中心线与立柱导轨面的距离不能太大，以保证机床的刚性。, 数控卧式铣床。数控卧式铣床其主轴与机床工作台面平行。, 数控龙门铣床。对于大尺寸的数控铣床，一般采用对称的双立柱结构龙门铣床，它适用于加工整体结构零件、大型箱体零件、大型模具等。,图,1.4,数控铣床 图,1.5,加工中心,4,加工中心的组成与分类,（,1,）加工中心的组成。,加工中心由基础部件、主轴部件、数控系统、自动换刀装置（,ATC,）几大部分组成。加工中心具有对零件进行多工序加工的能力，有一套自动换刀装置。有些加工中心除配有刀库外，还有主轴头库，可自动更换主轴头进行卧铣、立铣、磨削和转位铣削等。,（,2,）加工中心的分类。,按照换刀的形式可分为带刀库、机械手的加工中心，无机械手的加工中心和回转刀架式的加工中心。按其运动坐标数和控制坐标的联动数可分为三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动和六轴五联动加工中心等。常用分类方法是按机床结构分，一般可分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心和万能加工中心。, 立式加工中心。立式加工中心是指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心。其结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，主要适合加工板材类、壳体类工件，也可用于模具加工。, 卧式加工中心。卧式加工中心是指主轴轴心线为水平状态设置的加工中心。一般具有,3,5,个运动坐标，常见的是,3,个直线运动坐标加一个回转运动坐标。, 龙门式加工中心。龙门式加工中心主轴多为垂直设置，除带有自动换刀装置以外，还带有可更换的主轴头附件，数控装置的软件功能比较齐全，能够一机多用，尤其适用于大型或形状复杂的工件。,图,1.6,龙门式加工中心 图,1.7,五面体加工中心, 万能加工中心（复合加工中心）。万能加工中心又叫五面体加工中心，工件一次安装后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等,5,个面的加工。常见的五面加工中心有两种形式：一种是主轴可以旋转,90,，既可以像立式加工中心那样工作，也可以像卧式加工中心那样工作；另一种是主轴不改变方向，而工作台可以带着工件旋转,90,，完成对工件,5,个表面的加工，如图,1.7,所示。,任务,2,数控加工技术,1,数控加工的特点,数控机床加工与传统机床加工相比，具有以下特点。,（,1,）数控加工的优点。, 自动化程度高。, 加工精度高，质量稳定。, 生产效率高。, 适应性强。, 便于实现计算机辅助设计与计算机辅助制造。,（,2,）数控加工的缺点。, 加工成本一般较高。, 只适宜于多品种小批量或中批量生产。, 加工过程中难以调整。, 维修困难。,2,数控加工的对象,一般可按被加工零件的特点分为以下,3,类加工对象。,（,1,）最适应类。, 加工精度要求高，形状、结构复杂，尤其是用数学模型描述的具有复杂曲线、曲面轮廓用普通机床无法加工或虽能加工但很难保证产品质量的零件。, 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件。, 必须在一次装夹中完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多道工序的零件。,（,2,）较适应类。, 价格昂贵，毛坯获得困难，不允许报废的零件。这类零件在普通机床上加工时有一定的难度，容易产生次品或废品。, 在普通机床上加工时，生产效率很低或劳动强度很大的零件，质量难以稳定控制的零件。, 用于改型比较、提供性能或功能测试的零件；多品种、多规格、单件小批量生产的零件。, 在普通机床上加工需要作长时间调整的零件。,（,3,）不适应类。, 生产批量大的零件。, 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。, 加工余量很不稳定，且数控机床没有在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件。, 必须用特定的工装协调加工的零件。,3,数控加工的步骤,数控机床加工零件的工作过程如图,1.8,所示，主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数值处理、编写程序单、制作控制介质、程序校验、首件试切等。,数控机床加工具体步骤如下,:,（,1,）分析图样、确定加工工艺。, 确定加工方案。, 夹具的设计和选择, 加工余量的选择。数控机床加工余量的大小等于每个中间工序加工余量的总和。,图,1.8,数控机床加工零件的工作过程,（,a,）尽量采用最小的加工余量总和，以便缩短加工时间，降低零件加工费用。,（,b,）要留有足够的加工余量，保证最后工序的加工余量能得到图纸上所规定的精度和表面粗糙度要求。,（,c,）加工余量要与加工零件的尺寸大小相适应， 一般来说零件越大加工余量也相应大些。,（,d,）决定加工余量时应考虑到零件热处理引起的变化，以免产生废品。,（,e,）决定加工余量时应考虑加工方法和加工设备的刚性，以免零件发生变形。, 合理选择加工路线。所谓加工路线，就是指数控机床在加工过程中刀具中心运动的轨迹和方向。确定加工路线，就是确定刀具运动的轨迹和方向，也就是编程的轨迹和运动方向。加工路线的选择一般应遵循以下原则。,（,a,）保证所加工零件的精度和表面粗糙度的要求。,（,b,）尽量缩短加工路线，尽量减少换刀次数和空行程，提高生产效率。,（,c,）有利于简化数值计算，减少程序段数和降低编程复杂程度。, 选择合适的刀具。, 确定合理的切削用量。,（,2,）数值计算。,根据零件的几何尺寸设定好坐标系，确定加工路线，计算零件粗、精加工时刀具中心运动轨迹，得到刀位数据。对于点位控制的数控机床，如数控钻床，一般不需要计算。只有当零件图样坐标系与所编程序的工件坐标系不一致时，才需要进行相应的换算。对于由直线和圆弧组成的比较简单的零件加工，要计算出零件轮廓相邻几何元素的切点或交点（统称为基点）的坐标系，从而获得各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值。,（,3,）程序编制和程序输入。,加工路线、工艺参数（如切削用量等）以及刀位数据确定后，按数控系统规定的功能指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并记录在控制介质上作为输入信息，或把程序单内容直接通过数控系统上的键盘逐段输入。,（,4,）程序校验与首件试切。,编制好的程序必须经过校验和试切才能用于正式加工。可采用关闭伺服驱动功能开关，在带有刀具轨迹动态模拟显示功能的数控系统上，切换到,CRT,图形显示状态下运行所编程序，根据报警内容及所显示的刀具轨迹或零件图形是否正确来调试、修改。还可采用不装刀具、工件，开车空运行来检查、判断程序执行中机床运动是否符合要求。对于较复杂的零件，可先采用塑料或铝等易切削材料进行首件试切。当首件试切有误差时，应分析产生原因，加以修改。,（,5,）批量生产。,零件程序通过校验和首件试切合格后，可进行正式批量加工生产。操作者一般只要进行工件上下料，再按自动循环按钮，就可实现自动循环加工。由于刀具磨损等原因，要适时检测所加工零件尺寸，进行刀具补偿。操作者还要注意观察运行情况，以免发生意外。,知识拓展：,数控技术的发展方向主要体现在以下几个方面。,（,1,）高速化。高速化是指数控机床的高速切削和高速插补进给 。,（,2,）数控功能的扩展。, 数控系统插补和联动轴数的增加，有的数控系统能同时控制几十根轴。, 数控系统中微处理器处理字长的增加，目前广泛采用,64,位微处理器。, 数控系统中可实现人机对话、进行交互式图形编程。, 基于个人计算机的开放式数控系统的发展，使数控系统得到更多硬件和软件的支持。,（,3,）数控伺服系统的发展。, 交流伺服系统替代直流伺服系统。, 反馈控制技术的发展增加了速度指令控制，使跟踪滞后误差减小。, 高速电主轴和程序段超前处理技术使高速小线段加工得以实现。, 多种补偿技术的发展与应用，如机械静摩擦与滑动摩擦非线性补偿，机床精度误差的补偿和切削热膨胀误差的补偿。, 位置检测装置检测精度的提高，大大提高了检测装置的分辨率。,4,）编程方法的发展。, 在线编程技术的发展，实现前台加工操作，后台同时编程。, 面向车间编程方法的发展，即输入加工对象的加工轨迹，数控系统自动生成加工程序。,CAD/CAM,技术的发展，可实现计算机辅助设计与制造。,（,5,）数控机床的智能化。,现代数控系统智能化的发展，主要体现在以下几个方面。, 工件自动检测、自动定心。, 刀具破损检测及自动更换备用刀具。, 刀具寿命及刀具收存情况管理。, 负载监控。, 数据管理。, 维修管理。,再见！,