數(shù)控工藝及編程 機(jī)械工程學(xué)院 2015年 3月 主講教師： 客觀方面的原因 第二次世界大戰(zhàn)中體現(xiàn)出來的對武器裝備要求更加精良；計算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生和不斷發(fā)展；機(jī)床技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟等。 1.1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展原因 主觀方面的原因 要求減輕工人的勞動強(qiáng)度；不斷提高勞動效率；工廠實(shí)現(xiàn)自動化的要求等。 第一節(jié) 數(shù)控發(fā)展概述 半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)歷了兩個階段、六代的發(fā)展 硬線數(shù)控階段（ 1952 -1970 年） 。 最初采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬線數(shù)控（ Hardwired Numerical Control ) ，簡稱數(shù)控（ NC ）。 這個階段經(jīng)歷了三代的發(fā)展 1952 年開始的第一代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是以電子管、繼電器、模擬電路元件為主； 1959 年開始的第二代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是以晶體管數(shù)字電路元件為主； 1965 年開始的第三代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是以集成數(shù)字電路器件為主。 1 . 1 . 2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史 計算機(jī)數(shù)控階段（ 1970 年至今） 1970 年開始的第四代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是基于小型計算機(jī)并采用中小規(guī)模集成電路的數(shù)控系統(tǒng)； 1974 年開始的第五代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是基于微處理器并具有數(shù)字顯示、故障自診斷功能的數(shù)控系統(tǒng)； 1990 年開始的第六代數(shù)控系統(tǒng)，其特點(diǎn)是基于 PC 的數(shù)控系統(tǒng)。 1.1.3數(shù)控機(jī)床與數(shù)控加工的基本概念 數(shù)控（ Numerical Control，簡稱 NC）：用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。 數(shù)控機(jī)床：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，機(jī)床的運(yùn)動和動作按照這種程序控制系統(tǒng)發(fā)出的由特定代碼和符號編碼組成的指令進(jìn)行。這種程序控制系統(tǒng)稱之為機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)。 為滿足單件、小批、多品種、自動化生產(chǎn)的需要而研制的一種靈活的、通用的能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機(jī)床，具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。 適應(yīng)能力強(qiáng)，適應(yīng)于多品種、單件小批量零件的加工；加工精度高；工序高度集中，可以大大減輕工人的體力勞動；生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，具有較高的加工生產(chǎn)率和較低的加工成本；能完成復(fù)雜型面的加工；技術(shù)含量高，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的現(xiàn)代化管理。 1.1.4 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn) 數(shù)控技術(shù)由機(jī)床技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)和外圍技術(shù)等三大技術(shù)組成。 機(jī)床技術(shù)包括基礎(chǔ)件（床身、立柱、工作臺）和配套件（刀架、刀庫、絲杠、導(dǎo)軌）等；數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)包括控制系統(tǒng)（硬件、軟件）、驅(qū)動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)、電動機(jī)）和測量與反饋系統(tǒng)（各種傳感器）等；外圍技術(shù)包括工具系統(tǒng)（刀片、刀桿）、編程技術(shù)（編程機(jī)、編程系統(tǒng)）和管理技術(shù)等。 1.2.1 數(shù)控機(jī)床的技術(shù)組成 1. 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成如圖 1 1所示。 1.2.2 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成 各部分的功能及作用分別為： 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接收由輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機(jī)床的各個部分進(jìn)行規(guī)定的、有序的動作； 伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，它由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置（電動機(jī)）組成，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移。 機(jī)床本體包括 主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件、工作臺、刀架及其傳動部件和床身立柱等支撐部件，還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等 。 測量裝置 用來直接或間接測量執(zhí)行部件的實(shí)際位移或轉(zhuǎn)動角度等運(yùn)動情況。是保證機(jī)床精度的信息來源，具有十分重要的作用。 1.2.3 數(shù)控機(jī)床工作過程 數(shù)控程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)，并被調(diào)入執(zhí)行程序緩沖區(qū)以后，一旦操作者按下啟動按鈕，程序就將被逐條逐段的自動執(zhí)行。 數(shù)控程序的執(zhí)行，實(shí)際上是不斷地向伺服系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動指令。數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行數(shù)控程序的同時，還要實(shí)時地進(jìn)行各種運(yùn)算，來決定機(jī)床運(yùn)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律和速度。伺服系統(tǒng)在接收到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的運(yùn)動指令后，經(jīng)過信號放大和位置、速度比較，控制機(jī)床運(yùn)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動元件（如主軸回轉(zhuǎn)電動機(jī)和進(jìn)給伺服電動機(jī)）運(yùn)動。機(jī)床運(yùn)動機(jī)構(gòu)（如主軸和絲杠螺母機(jī)構(gòu)）的運(yùn)動結(jié)果是刀具與工件產(chǎn)生相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)切削加工，最終加工出所需要的零件。 目前，數(shù)控機(jī)床品種非常之多，可以從不同的角度、按照多種原則進(jìn)行分類。 按工藝用途分類 金屬切削類數(shù)控機(jī)床 數(shù)控車、銑、鉆、磨、鏜和加工中心等。 金屬成形類數(shù)控機(jī)床 數(shù)控折彎機(jī)、彎管機(jī)、回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。 數(shù)控特種加工及其他類型數(shù)控機(jī)床 數(shù)控線切割、電火花、激光切割和火焰切割機(jī)床等。 1.3 數(shù)控機(jī)床的分類 按運(yùn)動軌跡分類 1點(diǎn)位控制系統(tǒng) 僅控制機(jī)床運(yùn)動部件從一點(diǎn)準(zhǔn)確地移動到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，在移動過程中不進(jìn)行加工， 在移動過程中不進(jìn)行加工。（如圖 1-2 ） 1 2 3 刀具 工件 2 直線控制系統(tǒng) 除了控制機(jī)床運(yùn)動部件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動速度和運(yùn)動軌跡（如圖 1-3）。 工件 刀具 軌跡 圖 1-3 數(shù)控車床的直線控制 3 輪廓控制系統(tǒng) 能夠?qū)蓚€以上機(jī)床坐標(biāo)軸的移動速度和運(yùn)動軌跡同時進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制。 插補(bǔ)結(jié)果向坐標(biāo)軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標(biāo)軸聯(lián)動，進(jìn)行各種斜線、圓弧、曲線的加工，實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。 （如圖 1-4所示） 兩軸聯(lián)動 圖 1-4 數(shù)控線切割機(jī)床加工示意圖 按伺服系統(tǒng)的類型分類 按照數(shù)控機(jī)床有無反饋及反饋的位置不同可以分為開環(huán)伺服、閉環(huán)伺服、半閉環(huán)伺服三種： 開環(huán)數(shù)控機(jī)床 系統(tǒng)無反饋 無檢測裝置 若有反饋，而且反饋環(huán)提供的信號來自機(jī)床的最后一個移動部件則系統(tǒng)為閉環(huán)數(shù)控機(jī)床。 直線位移檢測裝置 若數(shù)控機(jī)床有反饋，但信號來自中間環(huán)節(jié)則為半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床。 - 角位移檢測 按功能水平分類 可將數(shù)控機(jī)床分為高、中、低檔三類，但是這種分類方法沒有一個確切定義。數(shù)控機(jī)床水平高低由主要技術(shù)參數(shù)、功能指標(biāo)和關(guān)鍵部件的功能水平?jīng)Q定。 還可以按數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動軸數(shù)來分類，這樣可以分為 2 軸聯(lián)動， 2.5 軸聯(lián)動、 3 軸聯(lián)動、 4 軸聯(lián)動、 5 軸聯(lián)動等數(shù)控機(jī)床。其中，2.5 軸聯(lián)動是三個坐標(biāo)軸中任意兩軸聯(lián)動，第三軸點(diǎn)位或直線控制。 輪廓控制系統(tǒng)按所控制的聯(lián)動軸數(shù)不同，可以分為下面幾種主要形式： （ 1）二軸聯(lián)動 主要用于數(shù)控車床加工曲線旋轉(zhuǎn)面或數(shù)控銑床加工曲線柱面 兩軸聯(lián)動 （ 2）二軸半聯(lián)動 主要用于控制三軸以上的機(jī)床，其中二個軸互為聯(lián)動，而另一個軸作周期進(jìn)給，如在數(shù)控銑床上用球頭銑刀采用行切法加工三維空間曲面。 兩軸半聯(lián)動 （ 3）三軸聯(lián)動 一般分為兩類，一類就是 X、 Y、 Z三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動，比較多地用于數(shù)控銑床、加工中心等，如用球頭銑刀銑切三維空間曲面（如圖 1-7所示）。另一類是除了同時控制 X、 Y、 Z其中兩個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。 三軸聯(lián)動 （ 4）四軸聯(lián)動 即同時控制 X、 Y、 Z三個直線坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動（回轉(zhuǎn)工作臺）。 四軸聯(lián)動 （ 5）五軸聯(lián)動 除了同時控制 X、 Y、 Z三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞這些直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的 A、B、 C坐標(biāo)軸中的兩個坐標(biāo)，即形成同時控制五個軸聯(lián)動。 五軸聯(lián)動 a） b） 數(shù)控系統(tǒng) 國外數(shù)控系統(tǒng) FUNUC數(shù)控系統(tǒng) SIEMENS數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng) 國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng) 華 中數(shù)控 廣州數(shù)控 藍(lán)天數(shù)控 1.4 數(shù)控編程的分類 （一）手工直接編程 手工直接編程是用數(shù)控機(jī)床提供的指令直接編寫出零件加工程序的過程。手工直接編程又稱手工編程，主要用于幾何造型比較簡單或有某種規(guī)律的曲線、曲面零件的數(shù)控編程，是目前數(shù)控機(jī)床操作人員和車間級編程人員較多使用的方法。