第一章数控加工技术概述

西工大 考研 机械专业 讲义 田锡天

数控加工技术基础

田锡天11月 2009年11月

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NWPU参 考 书1. 2. 3. 4.

田锡天. 数控加工技术基础(讲义) 田锡天 数控加工技术基础(讲义). 西北工业大学出 版社， 版社，2009 范炳炎. 数控加工程序编制(第2版). 航空工业出版社， 范炳炎 数控加工程序编制( 版 航空工业出版社， 1995 蔡兰. 数控加工工艺学. 化学工业出版社， 蔡兰 数控加工工艺学 化学工业出版社，2005 王爱玲. 现代数控编程技术及应用. 国防工业出版社， 王爱玲 现代数控编程技术及应用 国防工业出版社， 2002

先修课程1. 2. 3.

现代制造工艺基础(含夹具) 现代制造工艺基础(含夹具) 切削加工及刀具技术 机床概论与设计

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内 容

第一章 数控加工技术概述 第二章 数控加工程序编制基础 第三章 数控加工工艺过程设计 第四章 数控铣床的程序编制 第五章 加工中心的程序编制 第六章 数控车床的程序编制 第七章 CAD/CAM软件及其应用 软件及其应用

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第一章 数控加工技术概述

本章内容： 本章内容： 1.1 数控加工的基本概念 1.2 数控机床 1.3 数控系统 1.4 数控机床的发展

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1.1 数控加工的基本概念

1. 数字控制 Numerical Control,NC - 数字控制，简称数控。 数字控制，简称数控。 , 数字控制是用数字信号对控制对象进行自动控制的一种 技术。 技术。 数字控制的优点： 数字控制的优点： 可用不同的字长表示不同精度的信息； 可用不同的字长表示不同精度的信息； 可对数字化信息进行逻辑运算 、 数学运算等复杂的 可对数字化信息进行逻辑运算、 信息处理工作； 信息处理工作； 可用计算机程序来改变信息处理的方式或过程，而 可用计算机程序来改变信息处理的方式或过程， 不用改变电路或机械机构， 不用改变电路或机械机构 ， 从而使机械设备具有很 大的柔性。 大的柔性。

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1.1 数控加工的基本概念

2. 数控机床 数字控制的对象是多种多样的， 数字控制的对象是多种多样的， 但数控机床是最早应 用数控技术的控制对象， 用数控技术的控制对象 ， 也是应用最广泛和最典型的数 控设备。 控设备。 因此，国家标准将数字控制定义为：用数字化信号对 因此， 国家标准将数字控制定义为： 机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。 机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。 数控机床是采用了数控技术的机床 是采用了数控技术的机床， 数控机床 是采用了数控技术的机床， 或者说是装备了 数控系统的机床。 数控系统的机床。 数控系统是数控机床的控制装置 是数控机床的控制装置， 数控系统 是数控机床的控制装置，其作用是处理输入

到系统中具有特定指令代码的程序，控制机床的运动， 到系统中具有特定指令代码的程序 ， 控制机床的运动 ， 实现零件的加工。 实现零件的加工。

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1.1 数控加工的基本概念

3. 数控机床的应用 数控机床是一种新型的自动化机床 数控机床是一种 新型的自动化机床， 具有广泛的通用性 新型 的自动化机床， 和较高的经济加工精度。 和较高的经济加工精度。 适应于单件和中小批量生产的自动化加工。 适应于单件和中小批量生产的自动化加工。 在整个机械 加工生产中，中小批量和单件生产的零件品种， 加工生产中 ， 中小批量和单件生产的零件品种 ， 占 80% 以 % 一般的自动化机床由于准备工作、 上 。 一般的自动化机床由于准备工作 、 调整工作量很大 凸轮，靠模、 挡块、 电器、 液压等) ( 凸轮 ， 靠模 、 挡块 、 电器 、 液压等 ) , 在大批量生产中 使用才是经济合理的， 而对中小批量、 使用才是经济合理的 ， 而对中小批量 、 单件生产是不合理 的。 适应于精密复杂零件的自动化加工。在航空、汽车、 适应于精密复杂零件的自动化加工 。 在航空 、 汽车 、 造 兵器等工业中， 机械产品日趋精密、 复杂， 船 、 兵器等工业中 ， 机械产品日趋精密 、 复杂 ， 而且改型 频繁，一些普通机床加工手段已不能完全适应， 频繁 ， 一些普通机床加工手段已不能完全适应 ， 对于一些 复杂曲线、 曲面零件， 手工操作不仅劳动强度大、 复杂曲线 、 曲面零件 ， 手工操作不仅劳动强度大 、 生产周 期长， 有时甚至无法加工。 期长，精度不易保证 ，有时甚至无法加工。

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1.1 数控加工的基本概念

4. 数控加工 数控加工是指使用数控机床进行零件加工的方法或技 术 ， 它采用数字信息对零件加工过程进行定义 ( 即程 并控制机床自动运行完成零件的加工。 序),并控制机床自动运行完成零件的加工。

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1.1 数控加工的基本概念

数控加工过程： 数控加工过程： (1) 数控加工程序编制。首先根据零件设计要求制定数 数控加工程序编制。 控加工工艺过程，选择刀具及切削参数， 控加工工艺过程 ， 选择刀具及切削参数 ， 然后按数控机 床规定的编程格式编写零件的数控加工程序。 床规定的编程格式编写零件的数控加工程序。 (2) 数控加工程序输入。根据数控机床的程序输入要求， 数控加工程序输入。根据数控机床的程序输入要求， 通过输入装置将数控加工程序输入到数控机床的数控系 统中。 统中。 (3) 零件加工。数控系统对输入的数控加工程序进行必 零件加工。 要的处理， 生成和发出相应的控制指令， 要的处理

, 生成和发出相应的控制指令 ， 控制机床的各 种运动和动作， 种运动和动作 ， 使刀具与工件严格地按照程序规定的顺 刀具路径和参数运动， 从而加工出符合要求的零件。 序 、 刀具路径和参数运动 ， 从而加工出符合要求的零件 。

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1.1 数控加工的基本概念

数控加工程序 ， 简称为数控程序或零件程序 ( Part Program) , 是用特定格式的一套指令代码编写的控制 ) 数控机床执行一个确定的加工任务的一系列指令。 数控机床执行一个确定的加工任务的一系列指令。 数控加工程序编制是指为零件的数控加工编写加工程 数控加工程序编制 是指为零件的数控加工编写加工程 序的过程。 序的过程。 数控加工技术包括数控加工工艺和数控加工程序编制 技术两大方面。数控机床为数控加工提供了物质基础， 技术两大方面 。 数控机床为数控加工提供了物质基础 ， 但数控机床是按照事先规定的指令信息——数控加工程 但数控机床是按照事先规定的指令信息 数控加工程 序来执行各种运动的。 因此， 序来执行各种运动的 。 因此 ， 数控加工程序的编制是实 现数控加工的重要环节。 对于复杂零件的加工， 现数控加工的重要环节 。 对于复杂零件的加工 ， 其编程 工作显得尤其重要。 工作显得尤其重要。

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1.2 数控机床

一、数控机床的组成数控机床主要由控制介质、数控系统、 数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统和机械 系统等组成。 , 系统等组成。(图1-1,图1-2 ) 控制介质 数控系统 伺服系统 测量装置 机械系统

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1.2 数控机床

图1-2 数控机床的组成

数控程序

输 入 装 置 输 出 装 置

PL C 数 控 装 置

主 轴 控 制

主 轴 电 机 伺服电机

位置控制

机 床 本 体

测量装置 伺服系统

存储介质

数控系统

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1.2 数控机床

一、数控机床的组成1. 控制介质 信息载体 控制介质/信息载体 2. 数控系统 3. 伺服系统 4. 机械系统

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1.2 数控机床

1. 控制介质 信息载体 控制介质/信息载体 用于记录零件的数控程序。 用于记录零件的数控程序。

穿孔纸带 磁带 磁盘 网络传送

输入装置

光电阅读机 磁带录音机 磁盘驱动器

图1-3

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NWPU图1-3 穿孔纸带

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1.2 数控机床

一、数控机床的组成1. 控制介质 信息载体 控制介质/信息载体 2. 数控系统 3. 伺服系统 4. 机械系统

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1.2 数控机床

2. 数控系统 数控装置 控制机 数控系统/数控装置 数控装置/控制机数控系统是数控机床的控制系统， 数控系统是数控机床的控制系统 ， 是数控机床的核心组 成部分。它的功能是输入数控加工程序，进行计算和处理后， 成部分。它的功能是输

入数控加工程序，进行计算和处理后， 发出相应的指令，传送给伺服系统，通过伺服系统控制机床 发出相应的指令，传送给伺服系统， 的运动和动作。 的运动和动作。 数控系统控制的机床运动和动作主要包括： 数控系统控制的机床运动和动作主要包括： 机床主轴运动，如主轴的启动、停止、转向和速度； 机床主轴运动，如主轴的启动、停止、转向和速度； 机床进给运动， 如点位、 直线、 圆弧进给运动， 机床进给运动 ， 如点位 、 直线 、 圆弧进给运动 ， 运动方 向和进给速度选择等； 向和进给速度选择等； 刀具选择、换刀和刀具补偿； 刀具选择、换刀和刀具补偿； 其它辅助运动， 如工作台锁紧和松开、 其它辅助运动 ， 如工作台锁紧和松开 、 工作台的旋转与 分度、冷却液的开和关等各种辅助操作。 分度、冷却液的开和关等各种辅助操作。

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1.2 数控机床

一、数控机床的组成1. 控制介质 信息载体 控制介质/信息载体 2. 数控系统 3. 伺服系统 4. 机械系统

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3. 伺服系统

(1) 伺服系统的组成 伺服系统(或称驱动系统) 伺服系统 ( 或称驱动系统) 是数控系统与机床执行机 构的连接环节，是数控机床执行机构的驱动部件。 构的连接环节，是数控机床执行机构的驱动部件。 伺服系统的作用是把来自数控系统的脉冲信号， 伺服系统的作用是把来自数控系统的脉冲信号 ， 经功 率放大和处理后，转换成机床执行部件的运动， 率放大和处理后 ， 转换成机床执行部件的运动 ， 如工作 台的直线运动和主轴的旋转运动。 台的直线运动和主轴的旋转运动。 根据驱动主轴或进给运动，可以将伺服系统划分为主 根据驱动主轴或进给运动，可以将伺服系统划分为主 轴伺服系统和进给伺服系统。 轴伺服系统和进给伺服系统。

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3. 伺服系统

(1) 伺服系统的组成 伺服系统由驱动单元和伺服电动机组成。 伺服系统由驱动单元和伺服电动机组成。 驱动单元包括位置控制单元和速度控制单元。 驱动单元包括位置控制单元和速度控制单元。数控系统 + — 位置控制 单元 速度控制 单元 伺服 电动机 机床

测量反馈 单元

一般情况下，多将位置控制单元与数控系统做在一起， 一般情况下，多将位置控制单元与数控系统做在一起， 所以通常所说的驱动单元是指速度控制单元。 所以通常所说的驱动单元是指速度控制单元。 速度控制单元是一个调速系统，由速度调节器、 速度控制单元是一个调速系统，由速度调节器、电流调 节器、功率驱动放大环节等组成。 节器、功率驱动放大环节等组成。

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3. 伺服系统

常用的伺服电动机：步进电动

机、直流伺服电动机、 常用的伺服电动机：步进电动机、直流伺服电动机、 交流伺服电动机和数字伺服电动机。 交流伺服电动机和数字伺服电动机。

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