2019年上课课件数控机床概述_数控编程与操作.ppt

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1、下午4时35分,数控加工技术,1,数控编程与操作,河南机电高等专科学校机电系 数控教研室,数控编程与操作,2,目 录,单元1 数控机床概述 单元2 数控加工工艺基础（略） 单元3 数控编程基础,单元4 数控车削加工（华中数控） 单元5 数控车削加工（FANUC） 单元6 数控车削加工（SIEMENS）,单元7 数控铣削加工（华中数控） 单元8 数控铣削加工（FANUC） 单元9 数控铣削加工（SIEMENS）,数控宏程序,数控编程与操作,3,单元1 数控机床概述,1.1数控机床简介 数控机床的产生和发展 数控机床的组成 数控机床的工作原理 数控机床的分类 数控机床的性能指标与功能 数控机床的特

2、点 数控机床的本体结构 典型的数控系统简介,1.2 数控机床安全使用 及日常维护 数控机床安全使用 数控机床日常维护,数控编程与操作,4,数控加工：根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序，输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和刀具的相对运动，使之加工出合格零件的方法。,1.1数控机床简介,数控编程与操作,5,一、 数控机床的产生和发展,产生背景 从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：自动机床 、组合机床、专用自动生产线等。它们存在固有的缺点有：初始投资大、准备周期长、柔性差。 数控（Numerically Controlled ）机床是一种装有程序控制系统（

3、数控系统）的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令（刀具移动轨迹信息）规定的程序。具体地讲，把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件的相对运动，加工出所需要的零件的机床，即为数控机床。,数控编程与操作,6,发展沿革 1949年美国帕森斯（Parsons）公司接受美国空军的委托，加工飞机零部件，1952年，Parsons公司和麻省理工学院（MIT）合作研制了世界上第一台数控铣床，加工直升飞机螺旋桨叶片轮廓的检查样板。1955年，在Parsons专利的基础上，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来。（46年第一台计算

4、机诞生）,一、 数控机床的产生和发展,数控编程与操作,7,一、 数控机床的产生和发展,从1952年至今，数控系统经历了两个阶段（NC和CNC阶段）和六代的发展。 第一代：1952-1959年 采用电子管元件构成的专用数控装置，体积大，功耗大。 第二代：1959-1964年 采用晶体管电路的数控装置，广泛采用印刷电路板。 第三代：1965-1970年 采用小、中规模集成电路的数控装置，体积小功耗低可靠性有了提高。 第四代：1970-1974年 采用大规模集成电路的小型通用计算机取代专用计算机。 第五代： 1974-1990年 微处理器应用于数控系统，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正

5、意义上机电一体化成为可能。 第六代： 1990年-现在 进入基于PC（个人计算机）时代 。,数控编程与操作,8,二、 数控机床的组成,图1-1 数控机床的组成,数控编程与操作,9,1、计算机数控装置（CNC装置）,数控装置是数控机床的核心，其主要作用是接受输入的零件加工程序或操作命令，经过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理，向伺服单元、驱动装置、PLC等输出相应的控制命令，并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动，完成零件加工程序或操作所需的工作。,数控编程与操作,10,二、 数控机床的组成,2、伺服单元、驱动装置 和测量装置 伺服单元和驱动装置包括： 主轴伺服驱动装

6、置和主轴电机 进给伺服驱动装置和进给电机 测量装置 是指位置和速度测量装置，以实现进给伺服系统的闭环控制。 作用 保证灵敏、准确地实现CNC装置指令： 主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）； 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。,数控编程与操作,11,二、 数控机床的组成,3、控制面板 又叫操作面板。 它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。 组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。 它是数控机床一个特有的输入输出部件。,数控编程与操作,12,二、 数控机床的组成,4、控制介质与输入输出设备,控制介质是记录零件加工程序的媒介。 输入输

7、出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。,数控编程与操作,13,二、 数控机床的组成,通信 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通信方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有： 串行通讯（RS-232等串口） 自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等） 网络技术（internet，LAN等）,数控编程与操作,14,二、 数控机床的组成,5、PLC、机床I/

8、O电路和装置 PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成； 机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等）组成的逻辑电路； 功能： 接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并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 接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。,数控编程与操作,15,二、 数控机床的组成,6、机床本体 机床本体：数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部件。 组成：由主

9、运动部件（主轴、主运动传动机构）、进给运动部件（工作台、拖板及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（工件自动交换系统、自动工作台交换APC系统、自动刀具交换ATC系统）和辅助装置（如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等）。,数控编程与操作,16,数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤： 根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序； 所编写程序指令输入数控装置； 数控装置将程序(代码)进行译码、运算之后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的零件。,三、数控机床的工作原理,仿真演示,

10、数控编程与操作,17,四、 数控机床的分类,数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：,数控编程与操作,18,五坐标的数控机床示意图,数控线切割机床示意图,数控编程与操作,19,数控车床,数控车床加工零件,车削中心加工零件,车削中心,数控编程与操作,20,数控铣床及加工零件,数控编程与操作,21,加工中心及加工零件,数控编程与操作,22,四、 数控机床的分类,1.按控制功能分类 (1) 点位控制数控机床 仅能控制两个坐标轴，实现刀具或工作台从一个点到另一个点的精确定位运动； 对轨迹不作控制要求； 运动过程中不进行任何加工 适用范围：数控钻床、

11、数控镗床、数控冲床和数控测量机,数控编程与操作,23,四、 数控机床的分类,(2) 直线控制数控机床 控制刀具或工作台以给定的速度从一点以直线准确地移动到下一个点 运动过程中不进行任何加工 同时控制的坐标轴只有一个，CNC无插补功能,适用范围：现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带动多轴箱沿工件轴向进给进行钻削、镗削等切削加工，它可以算作这种数控机床。,数控编程与操作,24,四、 数控机床的分类,(3) 轮廓控制（连续控制）数控机床 具有控制25个进给轴同时谐调运动(坐标联动)的能力，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。运动轨迹是任意斜率

12、的直线、圆弧、螺旋线等。,适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。,数控编程与操作,25,四、 数控机床的分类,2. 按进给伺服系统的类型分类 按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。,数控编程与操作,26,四、 数控机床的分类,（1）开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。,图1-3 开环进给伺服系统简图,数控编程与操作,27,四、 数控机床的分类,无位置反馈，精度相对闭环系

13、统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。 这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。,数控编程与操作,28,四、 数控机床的分类,（2）半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采用转角检测元件（旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅直接安装在伺服电机或丝杠端部），采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。,数控编程与操作,29,数控编程与操作,30,四、 数控机床的分类,半闭环环路

14、内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。,数控编程与操作,31,四、 数控机床的分类,（3）全闭环数控系统 全闭环数控系统的位置采样点如图中虚线所示，采用直线位移检测元件（光栅、磁尺、感应同步器等），安装在机床拖板上，直接对运动部件的实际位置进行检测。,图1-5 闭环进给伺服系统简图,数控编程与操作,32,四、 数

15、控机床的分类,从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。,数控编程与操作,33,四、 数控机床的分类,3.按工艺用途分类 切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC等。 成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。 特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。 其它类型：数控装配机、数控测量机、虚拟轴机

16、床等。,数控编程与操作,34,4. 按数控系统的功能水平分类,四、 数控机床的分类,经济型数控机床 又称简易数控机床,这一档次的数控机床仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，具有数码显示，CRT字符显示功能，机床进给由步进电动机实现开环驱动，控制的轴数和联动轴数在3轴或3轴以下。,数控编程与操作,35,这类数控系统功能较多，除了具有一般数控系统的功能以外，还具有一定的图形显示功能及面向用户的宏程序功能等，采用的微机系统为16位或32位微处理机，具有RS-232C通信接口，机床的进给多用交流或直流伺服驱动，一般系统能实现

17、4轴或4轴以下联动控制。,四、 数控机床的分类,普及型数控机床 又称全功能数控机床,数控编程与操作,36,采用的微机系统为32位以上微处理机系统，机床的进给大多采用交流伺服驱动，除了具有一般数控系统的功能以外，应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制。具有三维动画图形功能和宜人的图形用户界面，同时还具有丰富的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现与计算机的联网和通信。,四、 数控机床的分类,高档数控系统,数控编程与操作,37,基于PC的开放式数控系统 用通用微机技术开发数控系统可以得到强有力

18、的硬件与软件支持，这些软件和硬件的技术是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具备了全功能数控系统的所有功能。,四、 数控机床的分类,数控编程与操作,38,四、 数控机床的分类,按联动轴数分， 2轴联动（平面曲线） 3轴联动（空间曲面，球头刀） 4轴联动（空间曲面） 5轴联动及6轴联动（空间曲面） 。 联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。,数控编程与操作,39,五、数控机床的性能指标与功能,1. 数控机床的主要性能指标 1）数控机床的主要技术规格：数控车床有床身规格尺寸、刀架最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等；数控铣床有工作台、工作台T形槽、工作台行程等。 2）数控机床运

19、动指标：主轴采用直流或交流伺服电动机驱动。 3）数控机床的精度指标： （1） 脉冲当量（分辨率）；（2） 定位精度； （3） 重复定位精度。 4）刀具系统 5）其他指标,数控编程与操作,40,五、数控机床的性能指标与功能,插补功能：数据密化 进给功能 主轴功能 刀具补偿功能 操作功能,2. 数控机床的主要功能,程序管理功能 图形显示功能 辅助编程功能 自诊断报警功能 通信功能,数控编程与操作,41,数控机床的加工特点 对加工对象的适应性强 加工精度高 自动化程度高，劳动强度低 生产效率高 良好的经济效益 有利于现代化的生产管理,六、 数控机床的特点,数控编程与操作,42,六、 数控机床的特点,

20、2.数控机床的使用特点 对操作维修人员的技术水平要求高 对夹具和刀具的要求较高 数控机床的应用范围 多品种小批量生产的零件 形状结构比较复杂的零件 需要频繁改型的零件 价格昂贵，不允许报废的零件 需要最少周期的急需零件 批量较大、精度要求高的零件,数控编程与操作,43,数 控 车 床,七、数控机床的本体结构,数控编程与操作,44,数 控 铣 床,数控编程与操作,45,立式加工中心,数控编程与操作,46,卧式加工中心,数控编程与操作,47,快走丝线切割机床,数控编程与操作,48,慢走丝线切割机床,数控编程与操作,49,虚拟轴机床,虚拟轴机床自其1994年在美国芝加哥机床展上首次面世即被誉为是“2

21、1世纪的机床”，成为数控机床家族中最有生命力新成员，是世界上近年来逐渐兴起的一种并联机构机床，实质上是机器人与机床技术相结合的产物。 6自由度并联机床由固定平台及通过球铰链连接两平台的6根变长杆组成，当分别改变变长杆的长度时，活动平台即可实现6个自由度的运动，从而使安装在活动平台上刀具，达到任意位置和姿态。,数控编程与操作,50,三坐标测量机,三坐标测量机在模具行业中的应用相当广泛，它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具，更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。 模具的型芯型腔与导柱导套的匹配如果出现偏差，可以通过三坐标测量机找出偏差值以便纠正。在模具的型芯型腔轮廓加工成型后

22、，很多镶件和局部的曲面要通过电极在电脉冲上加工成形，从而电极加工的质量和非标准的曲面质量成为模具质量的关键。因此，用三坐标测量机测量电极的形状必不可少。 三坐标测量机可以应用3D数模的输入，将成品模具与数模上的定位、尺寸、相关的形位公差、曲线、曲面进行测量比较，输出图形化报告，直观清晰的反映模具质量，从而形成完整的模具成品检测报告。 在某些模具使用了一段时间出现磨损要进行修正，但又无原始设计数据（即数模）的情况下，可以用截面法采集点云，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，从而达到完好如初的修复效果。 当一些曲面轮廓既非圆弧，又非抛物线，而是一些不规则的曲面时，可用油泥或石膏手工做出曲面作为底胚

23、。然后用三坐标测量机测出各个截面上的截线、特征线和分型线，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，在造型过程中圆滑曲线，从而设计制造出全新的模具。,数控编程与操作,51,八、典型的数控系统简介,FAGOR（发格）,SIEMENS,FANUC,华中HNC,此外还有天津大学数控系统等,数控编程与操作,52,1.2 数控机床安全使用及日常维护,一、数控机床安全使用 1.敬业爱岗 兴趣是最好的老师，只有热爱数控岗位，才能刻苦钻研技术，不断积累实践经验，熟悉并爱护操作对象， 保证数控机床的安全、稳定、高效运行。 2.熟练掌握机床操作及编程 对操作对象的操作方法的熟悉，是防止出现操作失误造成事故的基本要求。大

24、部分事故是由于操作失误或程序错误造成的，只有熟练掌握了数控机床的操作方法及编程知识，才能正确操作数空机床，正确编制加工程序，防止和杜绝事故的发生。,数控编程与操作,53,3.熟悉机床特性，掌握机床运行规律 各类数控机床都有其各自的特性，尤其是使用了一段时间的机床，做到了解它继而熟悉它，总结其运行规律，发现其特性，预见其可能出现的故障，是保证机床安全运行的有效手段。,数控编程与操作,54,4.遵循机床操作规程 违规操作是酿成重大事故的罪魁祸首。数控机床都有一套严格的安全操作规程，作为操作者，操作之前的首要任务是阅读并理解这些安全操作规程，同时在日后的操作中认真贯彻执行。操作规程因机床而异，但有一

25、些共性的内容需熟知。 开机前先进行常规检查，检查机床各部位是否正常，开关、按钮是否在合理位置。 机床通电后检查电、气、液系统是否正常。 机床空运转15分钟以上，使机床达到热平衡状态。 执行机床各坐标轴回参考点操作，以确立机床坐标系。 保持机床运动部分良好的润滑状态，尤其是需手动润滑的部位，要定期加注润滑油。 机床运行过程中要坚守岗位，出现异常及时采取应急措施。 机床运行过程中不得随意开启电气柜门。 工件装夹要准确可靠。 程序需经校验无误后方可自动运行。,数控编程与操作,55,5.做好机床日常记录 机床运行过程中发现的不正常情况须认真做好记录，以便分析故障原因，为维修提供第一手资料。 6.严格遵

26、守劳动保护制度 虽然设备安全是数控操作人员的岗位职责，但人生安全更是第一位的。在操作数控机床时，一定要遵守劳动保护制度，正确着装，穿收袖束腰的工作服，戴工作帽，禁穿高跟鞋、拖鞋上岗，禁止戴手套操作数控机床，长发要盘起收于工作帽内。,数控编程与操作,56,7.冷静处理机床故障 机床在使用中不可避免地会出现一些故障，此时操作者要冷静对待，不可盲目处理，切忌惊慌失措，以免产生更为严重的后果，要注意保留现场，待维修人员来后如实说明故障前后的情况，并参与共同分析问题，尽早排除故障。若故障是由于操作失误所致，操作人员要及时吸取经验教训，避免下次犯同样的错误。,数控编程与操作,57,二、数控机床的日常维护保

27、养,数控机床使用寿命的长短和故障率的高低，不仅取决于机床自身的质量与性能，在很大程度上也取决于对其正确的使用和维护保养。正确使用能防止意外损坏和突发故障，日常精心维护保养可使设备保持良好的技术状态，延长使用期限，降低故障发生率。另外，在维护保养过程中，可及时发现和消除隐患，保证设备的安全正常运行。 数控机床的维护保养主要内容如下： 1.保持环境整洁 数控机床对使用环境有一定的要求，环境保持干净整洁，避免太潮湿，粉尘过多，特别要避免腐蚀性气体。这样对减轻机床导轨面的磨损及腐蚀，防止电气元器件的损坏，延长机床无故障运行时间有明显的作用。,数控编程与操作,58,2.保持机床清洁 对于数控机床操作人员

28、来讲，随时做好机床清洁工作，也是岗位职责中很重要的一部分。要坚持对主要部位如工作台、裸露的导轨、操作面板等每班擦一次，尤其是导轨面在下班前用软棉纱擦拭干净，涂上润滑油，防止导轨面的腐蚀。每周对整机进行一次彻底的清扫与擦拭，如电气柜冷却装置的防尘网、压缩空气系统的过滤器，冷却液中的切屑等，都要清理干净。另外，机床使用说明书对特定的机床还有一些其他的清洁要求，应参考执行。,数控编程与操作,59,3.定期对机床各部位进行检查 数控机床的液压系统、润滑系统、冷却系统、急停按钮、行程限位开关等与设备安全相关的部位需经常进行检查，以便及时发现问题，消除隐患。 传动带的磨损及松紧情况；液压油、润滑油及冷却液

29、的洁净程度；电动机及测速发电机电刷的磨损情况；断路器、接触器、继电器、单相灭弧器、三相灭弧器等需定期进行检查。 数控系统和电气柜的散热通风装置需定时检查，一旦这些装置不能正常工作，便会导致电气元器件的工作环境恶化，造成设备运行故障。,数控编程与操作,60,4.杜绝机床带故障运行 数控机床一旦出现故障，尤其是机械部分的故障应停止加工，分析找出故障原因并加以解决，才能继续运行。禁止机床在有故障的情况下运行，否则可能造成设备的严重损坏。 5.及时调整 当机床长期工作后，由于种种原因而使机床丝杠的反向间隙，机床的定位精度，重复定位精度超差，导轨与镶条间产生较大的间隙等，都会导致机床精度下降。出现上述问

30、题时，应及时调整。,数控编程与操作,61,6.及时更换易损件 对于象传动带、轴承等出现损坏后，应及时更换，防止造成设备和人生事故。 7.经常注意电网电压 数控装置通常允许电网电压在10%的范围内波动，若超出此范围会造成系统不能正常工作，甚至会损坏系统。如果电网电压波动较大，最好不要启动数控机床，采取措施后（如安装稳压电源等）方可使用数控机床。另外机床接地要可靠，以保证操作人员和设备的安全。,数控编程与操作,62,8.定期更换存储器电池 绝大部分数控系统都装有电池，在系统断电期间，作为RAM保持或刷新的电源。一般电池电压不足时，系统会有报警提示，此时应及时更换电池，以防止断电期间系统数据丢失。更

31、换电池应在系统通电的状态下进行并注意安全。 9.尽可能提高机床的开动率 新购置的数控机床应尽快投入使用，设备在使用初期故障率相对来说往往大一些，用户应在保修期内充分利用机床，使其薄弱环节尽早暴露出来，在保修期内得以解决。在缺少生产任务时，也不能空闲不用，要定期通电，每次空运行 1 小时左右，利用机床运行时的发热量来去除或降低机内的湿度。,数控编程与操作,63,本章小结,数控机床的基本组成及工作原理 数控机床的发展、工作原理和组成 数控机床的分类 分类标准：工艺用途、控制功能、联动轴数和进给伺服系统的类型 数控机床的特点 数控机床的加工特点和应用范围 数控机床的安全使用及日常维护保养 数控机床的安全操作规程和劳动保护制度,