第一章数控加工与编程技术基础课件.ppt
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- 第一章 数控 加工 编程 技术 基础 课件
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1、Numerical Control Technology 2022-6-6-2-课程的主要结构课程的主要结构第第 一一 章章 数控加工与编程技术基础数控加工与编程技术基础第第 二二 章章 数控铣床和加工中心编程数控铣床和加工中心编程第第 三三 章章 数控车床编程数控车床编程第第 四四 章章 数控编程实例数控编程实例第第 五五 章章 CAD/CAMCAD/CAM技术技术2022-6-6-3-教材和参考书教材和参考书教教 材:材:&李体仁李体仁 数控加工与编程技术数控加工与编程技术,北京:北京大,北京:北京大学出版社,学出版社,2011.1 2011.1 参考书:参考书:&李郝林李郝林 李健,机床
2、数控技术第李健,机床数控技术第2 2版版 北京:机北京:机械工业出版社械工业出版社 , 200 2007.77.7&赵玉刚等赵玉刚等 数控技术第数控技术第4 4版版 北京:机械工业北京:机械工业出版社出版社 , 200 2003.83.8&龚仲华龚仲华 数控技术第数控技术第1 1版版 北京:机械工业出北京:机械工业出版社版社 , 200 2004.24.22022-6-6-4-参考资料网址参考资料网址 中国数控在线:中国数控在线: 中国数控教育网:中国数控教育网: 数控工作室:数控工作室: 数控中国数控中国 西门子:西门子: 发那科发那科FANUC: 2022-6-6-5-教学方法与考核方式
3、教学方法教学方法 课堂教学 实践教学 自 学 考核方式考核方式 考 试(60%) 平时成绩(40%) 出勤(50%) 作业(30%) 实习(20%)2022-6-6-6-数控加工人才市场需求 1 1)数控机床操作)数控机床操作 2 2)数控加工工艺设计及程序编制)数控加工工艺设计及程序编制 3 3)数控机床管理与维修)数控机床管理与维修 4 4)数控加工生产组织管理)数控加工生产组织管理 5 5)销售及技术服务)销售及技术服务2022-6-6-7-数控加工人才市场需求 1 1)机床操作)机床操作 2 2)工艺设计与编程,维修)工艺设计与编程,维修 3 3)机床操作、工艺设计与编程、维修及数控改
4、造、)机床操作、工艺设计与编程、维修及数控改造、管理管理金领银领蓝领2022-6-6-8-第一章第一章 数控加工与编程技数控加工与编程技术基础术基础2022-6-6-9-第一章数控加工与编程技术基础第一章数控加工与编程技术基础 1.11.1 数控加工的基础知识数控加工的基础知识 1.21.2 数控加工坐标系数控加工坐标系 1.31.3 参考点的概念参考点的概念 1.41.4 程序的结构与组成程序的结构与组成 1.5 1.5 数控加工工艺设计数控加工工艺设计2022-6-6-10-目目 标标 及及 要要 求求 了解数控加工技术的主要特点和一般加工步骤了解数控加工技术的主要特点和一般加工步骤 掌握
5、数控机床坐标系的基本规则掌握数控机床坐标系的基本规则 掌握数控加工程序的术语及程序结构掌握数控加工程序的术语及程序结构 了解数控加工工艺的主要特点了解数控加工工艺的主要特点 2022-6-6-11-本本 章章 提提 要要 本章主要介绍数控加工的主要特点和基本方法;数控加工与普通加工的主要区别;数控程序编制的基本要求和规律,在数控加工中如何根据不同类型的零件的加工要求确定相应工艺方案。2022-6-6-12-引 言数控技术数控技术给机械制造业带来了革命性的变化。给机械制造业带来了革命性的变化。现代数控技术现代数控技术成为制造业实现自动化、柔性化、集成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技
6、术。成化生产的基础技术。数控机床数控机床发展现代机械制造技术必需的基础设备。发展现代机械制造技术必需的基础设备。数控技术水平数控技术水平的高低,数控机床拥有量的多少是衡量的高低,数控机床拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。一个国家工业现代化水平的重要标志。2022年6月6日-13-管路设计管路设计强度分析强度分析结构分析结构分析数字预装配数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真装配过程仿真装配过程仿真通过产品设计手段与设计过程的数字化,缩短新产品开发周期,提通过产品设计手段与设计过程的数字化,缩短新产品开发周期,提高企业的产品创新能力高企业的产品创新能力 。2022年6月6日-
7、14-制造制造ERPPDMCRMERPPDMSCMERPSCMWCSERPWCSCRM工程工程供应商供应商用户用户 通过企业内外部管理的数字化,通过企业内外部管理的数字化,实现制造资源的最优化配置实现制造资源的最优化配置2022年6月6日-15-通过加工装备的数字化、自动化和精密通过加工装备的数字化、自动化和精密化,提高产品的加工精度和生产效率。化,提高产品的加工精度和生产效率。 车间2022-6-6-17-数控机床是一种高精度、高效率的自数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床,与普通机床相比其机械部动化机床,与普通机床相比其机械部分有:高刚度、高精度、高速度、低分有:高刚度、高精度、高速度
8、、低摩擦、热稳定性等。摩擦、热稳定性等。 机械传动技术;机械传动技术; 功率电子和电机传动技术:功率电子和电机传动技术: 传感器技术;传感器技术; PLCPLC技术技术 刀具、材料、工艺与流程;刀具、材料、工艺与流程; 自动控制、计算机技术;自动控制、计算机技术; 信号处理技术;(误差信号信号处理技术;(误差信号检测与处理)检测与处理) 工业产品设计与可靠性技术工业产品设计与可靠性技术 CAD /CAMCAD /CAM、FMSFMS、CIMSCIMS、网络;网络;2022-6-6-18- 1.1 1.1 数控加工的基础知识数控加工的基础知识2022-6-6-19-1.1.1 1.1.1 概述基
9、本概念概述基本概念数控技术是什么?一、相关概念一、相关概念数控数控即数字控制(即数字控制(Numerical Control NC) 利用(数字、字符或其它符号)对机床的(如加工、测量、装配等)进行(可编程)控制的(自动化)方法。数控技术(数控技术(Numerical Control Technology) 用对进行控制的技术。控制对象可以是位移、角度、速度等机械量,也可以是温度、压力、流量、颜色等物理量,这些量的大小不仅是可以测量的,而且可以经A/D或D/A转换,用数字信号来表示 。2022-6-6-21- 数控系统(数控系统(NC System)实现数字控制的装置。 计算机数控系统(计算机
10、数控系统(Computer Numerical Control CNC )是是以计算机为核心的数控系统。以计算机为核心的数控系统。 数控机床(数控机床(NC机床)机床) 是采用数控技术对机械的工作过程进行是采用数控技术对机械的工作过程进行自动控制的机床。自动控制的机床。 数控加工数控加工 是在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法,用是在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法,用数字化信息控制零件和刀具的移动。数字化信息控制零件和刀具的移动。二、数控机床二、数控机床 产生原因 应对日益复杂的加工工艺即满足工艺生产过程的自动化和智能化。一种灵活,通用,高精度,高效率的“柔性”自动化生产设备-数控机床
11、 应用特点应用特点 高柔性高柔性 高精度高精度 高自动化高自动化 适应性和通用性强适应性和通用性强 发展历程1948年受美国空军委托Parsons公司和M.I.T合作,1952年研制了世界上第一台三座标数控机床(实验性)。1954年11月,第一台工业用数控机床由美国本迪克斯公司(Bendix)生产出来从1952年至今,NC机床按NC系统的发展经历的五代。 第一代:第一代:1955年 NC系统以电子管组成,体积大,功耗大。 第二代:第二代:1959年 NC系统以晶体管组成,采用印刷电路板。 第三代:第三代:1965年 NC系统采用小规模集成电路作为硬件,其特点是体积小,功耗低,可靠性进一步提高。
12、以上三代NC系统,由于其数控功能均由硬件实现,故历史上又称其为“硬线NC” 第四代:第四代:1970年 NC系统采用小型计算机取代专用计算机,其部分功能由软件实现,它具有价格低,可靠性高和功能多等特点。 第五代:第五代:1974年 NC系统以微处理器为核心,不仅价格进一步降低,体积进一步缩小,使实现真正意义上的机电一体化成为可能。这一代又可分为六个发展阶段: 从1960年开始,其他一些工业国家,如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。 数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床,因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。 然而,由于当时的数控系统采用的是电子
13、管,体积庞大,功耗高,因此除了在军事部门使用外,在其他行业没有得到推广使用。 到了1960年以后,点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此,数控钻床、冲床、坐标镗床大量发展,据统计资料表明,到1966年实际使用的约6000台数控机床中,85%是点位控制的机床。 数控机床的发展中,值得一提的是加工中心机床MC (Machining Center) 。这是一种具有自动换刀装置的数控机床,它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月,由美国卡耐特雷克公司(Keaney&Trecker Corp.)开发出来的。这种机床在
14、刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具,根据指令自动选择刀具,并通过机械手将刀具装在主轴上,对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。 加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种,不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心,还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。 1967年,英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统,这就是所谓的柔性制造系统(Flexible Manufacturing SystemFMS)之后,美、欧、日等也相继进行开发及应用。1974年以后,随着微电子技术的迅速发展,微处理器直接用于数控机床,使数控的软件软件功能加强,发展成
15、计算机数字控制机床(简称为CNC机床),进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。80年代,国际上出现了14台加工中心或车削中心为主体,再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元(Flexible Manufacturing CellFMC)。这种单元投资少,见效快,既可单独长时间少人看管运行,也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。目前,FMS也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展,从中小批量加工向大批量加工发展。 数控机床适用范围(零件)p 多种类小批量零件多种类小批量零件p 结构较复杂结构较复杂 精度要求较高的零件精度要求较高的零件p 需要频繁改型的零件需要频繁改型的零件
16、p 价格昂贵价格昂贵 不允许报废的关键零件不允许报废的关键零件p 最小生产周期的急需零件最小生产周期的急需零件2. 传动预测量系統3. 数控装置4. 伺服控制器5. 控制器软件6. 机床本体 数控机床的组成1. 主轴系統 数控机床的分类金属切削加工类:金属切削加工类:如数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床等。金属成型加工类:金属成型加工类:数控板料折弯机、数控直角剪板机、数控冲床、数控弯管机、数控压力机等。特种加工类:特种加工类:数控线切割机、电火花加工机、激光加工机、数控激光热处理机床、数控激光板材成型机床、数控等离子切割机床、数控火焰切割机等。其它类型:其它类型:数控装
17、配机、数控测量机、机器人等。刀具移动过刀具移动过程中不加工程中不加工刀具移动过程中加工刀具移动过程中加工按联动轴数分 2轴联动(平面曲线)轴联动(平面曲线) 3轴联动(空间曲面,球头刀)轴联动(空间曲面,球头刀) 4轴联动(空间曲面)轴联动(空间曲面) 5轴联动(空间曲面)轴联动(空间曲面) 。按数控系统的进给伺服系统有无位置测量装置有无位置测量装置可分为: 开环数控系统开环数控系统 闭环数控系统闭环数控系统(根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环全闭环和半闭环半闭环)按控制系统的功能和档次,把数控机床分为: 1低档(经济型)(经济型)数控机床 2中档数控机床 3高档数控机床 根据被加工零件
18、和工艺要求编制成以数码表示的程序输入到数控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,使之加工出符合设计要求的零件。 首先要将被加工零件的图样及工艺信息数字化首先要将被加工零件的图样及工艺信息数字化, ,用规定的代码和程序用规定的代码和程序格式编写加工程序;格式编写加工程序;将所编写程序指令输入到机床的数控装置中;将所编写程序指令输入到机床的数控装置中;数控装置再将程序数控装置再将程序( (代码代码) )进行译码、运算,向机床各个坐标的伺服机进行译码、运算,向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号,驱动机床各运动部件,控制所需要的构和辅助控制装置发出信号,驱动机床各运动部件
19、,控制所需要的辅助运动;辅助运动;最后加工出合格零件。最后加工出合格零件。三、三、 数控加工过程数控加工中数据转换过程数控加工中数据转换过程译译 码码刀补处理刀补处理插补处理插补处理PLC控制控制进给伺服系统进给伺服系统切削运动、机床切削运动、机床I/O装置装置成形运动成形运动加工程序加工程序1.1.2 数控技术的优点 与传统加工方式的区别(主要在于数据输入方式的不同) 零件图的工艺分析 加工方法的选择 零件的装夹及切削刀具的选择 切削用量的确定 切削工件 实际生产中采用传统加工与数控加工相结合的方式 数控加工的特点优点优点: 1.缩短加工准备时间 2.缩短零件装夹时间,简化安装 3.提高零件
20、加工精度和重复精度 ,实现高精度化 4.复杂零件加工 5.提高切削有效时间一致性 6.高生产率; 7.有利于管理现代化缺点:缺点: 1.1.投资大,使用费用高投资大,使用费用高 2.2.生产准备工作复杂;生产准备工作复杂; 3.3.维修困难;维修困难;1.1.3 数控编程方法数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程具体体现:具体体现:从零件图纸到数控加工指令的有序排列(制从零件图纸到数控加工指令的有序排列(制成控制介质)的全过程。成控制介质)的全过程。将零件加工的工艺分析、加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、将零件加工的工艺分析、加工顺序、零件轮廓轨
21、迹尺寸、工艺参数工艺参数(f(f、s s、t)t)及辅助动作(变速、换刀、冷却液启停、及辅助动作(变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等)等,用规定的文字、数字、符号组成的工件夹紧松开等)等,用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单,并将程序单的信息变代码按一定的格式编写加工程序单,并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。成控制介质的整个过程。零零件件图图样样工工艺艺人人员员工工艺艺规规程程编编程程人人员员加加工工程程序序初初稿稿加加工工程程序序 编程手册编程手册一、手工编程、手工编程 就是指从工艺分析、数值计算直到数控程序的试切和修改等过程全部或主要由人工完成,是数控编程
22、中最常见的方法对编程人员的要求高(熟悉数控代码功能、编程规则,具备机械加工工艺知识和数值计算能力)。 适用范围:点位加工或几何形状不太复杂的零件 几何形状不太复杂的零件 三坐标联动以下加工程序在对图纸工艺分析(与普通加工的图纸分析相似)的基础上确定: 工件技术要求工件技术要求 加工机床、刀具与夹具加工机床、刀具与夹具 零件加工的工艺线路、工步顺序;零件加工的工艺线路、工步顺序; 切削用量切削用量(f、s、t)等工艺参数。等工艺参数。 根据图纸尺寸及工艺线路的要求: 选定工件坐标系; 计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值; 将坐标值按NC机床规定编程单位(脉冲当量)换算为相应的编程尺寸。 根据制定
23、的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作,按照数控系统规定指令代码及程序格式,编写零件加工程序,并进行校核、检查上述两个步骤的错误。 将程序单上的内容,经转换记录在控制介质上(如存储在磁盘上),作为数控系统的输入信息,若程序较简单,也可直接通过键盘输入(MDI)。 所制备的控制介质,必须经过进一步的校验和试切削,证明是正确无误,才能用于正式加工。如有错误,应分析错误产生的原因,进行相应的修改。 常用的校验和试切方法:阅读阅读法、模拟法、试切法法、模拟法、试切法等。等。二、数控语言自动编程、数控语言自动编程 自动编程是用计算机把人工输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序,各种数据
24、的处理、计算和编程均由计算机来完成 常用APT语言自动编程(早期较多使用) 缺点:无法和CAD CAPP系统有效连接,不易实 现高度的自动化和集成化 三、CAD/CAM系统自动编程系统自动编程 人机交互实时对话,形象高效直观。 以待加工零件CAD模型为基础的集加工工艺规划与数控编程为一体 主流CAM软件功能强大,CAD与CAM的集成 交互工艺参数输入模块 刀具路径生成模块 刀具路径编辑模块 三维动态仿真模块 后置处理模块 基本功能包含如下: 三维造型建模方便快捷 参数管理完善 刀位点计算准确 动态仿真直观形象 刀具轨迹编辑快捷方便 后置处理完善 工艺文件生成编程基本步骤如下:u 三维造型建模u
25、 加工工艺分析与规划 确定加工对象 工艺规划 模型修改 参数设置 刀具轨迹 刀位验证及编辑修改 后置处理u刀具轨迹基于人机交互方式生成 u刀位检验及编辑修改u后置处理形成具体机床数控加工文件 CAD/CAM系统编程特点:u与手工编程相比u与ATP相比 1.2&1.3 1.2&1.3 数控加工坐标系数控加工坐标系统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向,可统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向,可使编程方便,并使编出的程序对同类型机床有通用使编程方便,并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给性。同时也给 维修和使用带来极大的方便。维修和使用带来极大的方便。ISO和和我国都拟定了命名的标准。我国都拟
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