模具數(shù)控加工技術(shù)第1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一模具數(shù)控加工技術(shù)教學(xué)單元二：模具數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)第2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一教學(xué)單元2模具數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)2.1數(shù)控機床概述2.2數(shù)控編程基礎(chǔ)練習(xí)與思考題第3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一2.1、數(shù)控機床概述2.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生數(shù)控機床是為了解決單件、小批量、多品種，特別是復(fù)雜型面零件加工的自動化，并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。1952年美國PARSONS公司與麻省理工學(xué)院（MIT）合作研制了第一臺坐標數(shù)控銑床，它綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是一種新型的機床，可用于加工復(fù)雜曲面零件。第4頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的組成、控制原理和特點

數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床的組成第5頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、數(shù)控機床的組成程序編制及程序載體數(shù)控程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令。輸入裝置它的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存人數(shù)控裝置內(nèi)。第6頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、數(shù)控機床的組成數(shù)控裝置及強電控制裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，它接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機床的各個部分，進行規(guī)定的、有序的動作。強電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。第7頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、數(shù)控機床的組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置檢測裝置伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置（電動機）組成，并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。機床的機械部件數(shù)控機床的機械部件包括主運動部件、進給運動執(zhí)行部件、工作臺、拖板及其傳動部件和床身立柱等支撐部件，此外，還有冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。第8頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、數(shù)控機床的組成第9頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、數(shù)控機床的控制原理數(shù)控機床是用數(shù)字化的信息來實現(xiàn)自動控制的，將與加工零件有關(guān)的信息——工件與刀具相對運動軌跡的尺寸參數(shù)（進給執(zhí)行部件的進給尺寸）、切削加工的工藝參數(shù)（主運動和進給運動的速度、背吃刀量等），以及各種輔助操作（主運動變速、刀具更換、冷卻潤滑液開停、工件夾緊、松開等）等加工信息用規(guī)定的文字、數(shù)字和符號組成的代碼，按一定的格式編寫成加工程序單，將加工程序通過控制介質(zhì)輸入到數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置經(jīng)過分析處理后，發(fā)出各種與加工程序相對應(yīng)的信號和指令控制機床進行自動加工。第10頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、數(shù)控機床的特點能適應(yīng)不同零件的自動加工生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定能高效優(yōu)質(zhì)完成復(fù)雜型面零件的加工工序集中，一機多用數(shù)控機床是一種高技術(shù)的設(shè)備第11頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3數(shù)控機床的分類

一、按數(shù)控機床的加工功能分類點位控制數(shù)控機床這類機床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、三坐標測量機等，此外印刷電路板鉆孔機應(yīng)算是最簡單的點位控制數(shù)控機床。

點位控制加工示意圖第12頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、按數(shù)控機床的加工功能分類直線控制數(shù)控機床直線控制數(shù)控機床可控制刀具或工作臺以適當(dāng)?shù)乃徒o速度，沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工，進給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。直線控制加工示意圖第13頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、按數(shù)控機床的加工功能分類輪廓控制數(shù)控機床輪廓控制數(shù)控機床分為平面輪廓加工的數(shù)控機床和空間輪廓加工的數(shù)控機床。數(shù)控加工平面輪廓的成形

第14頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、按工藝用途分類一般數(shù)控機床最普通的數(shù)控機床有鉆床、車床、銑床、鏜床等。數(shù)控加工中心這類數(shù)控機床是在一般數(shù)控機床的基礎(chǔ)上，加裝一個刀庫和自動換刀裝置，構(gòu)成一種帶自動換刀裝置的數(shù)控機床。多坐標軸數(shù)控機床有些復(fù)雜的工件，例如螺旋槳，飛機發(fā)動機葉片曲面等用三坐標數(shù)控機床無法加工，于是出現(xiàn)了多坐標軸的數(shù)控機床。第15頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、按所用進給伺服系統(tǒng)的類型分類開環(huán)數(shù)控機床開環(huán)數(shù)控機床采用開環(huán)進給伺服系統(tǒng)，圖2-10所示為典型的開環(huán)進給伺服系統(tǒng)。開環(huán)進給伺服系統(tǒng)第16頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、按所用進給伺服系統(tǒng)的類型分類半閉環(huán)數(shù)控機床如果將位置檢測裝置安裝在驅(qū)動電機的端部，或安裝在傳動絲杠端部，間接測量執(zhí)行部件的實際位置或位移，這種系統(tǒng)就是半閉環(huán)進給系統(tǒng)。

半閉環(huán)數(shù)控機床第17頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、按所用進給伺服系統(tǒng)的類型分類閉環(huán)數(shù)控機床閉環(huán)數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)是按閉環(huán)原理工作的。閉環(huán)數(shù)控機床第18頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一四、按所用數(shù)控裝置類型分類硬線數(shù)控機床硬線數(shù)控機床（NC）使用硬線數(shù)控裝置，它的輸入處理、插補運算和控制功能，都由專用的固定組合邏輯電路來實現(xiàn)，不同功能的機床，其組合邏輯電路也不相同。計算機數(shù)控機床這類機床使用計算機數(shù)控裝置（CNC），即軟線數(shù)控裝置。第19頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一2.1.4數(shù)控機床的發(fā)展

一、數(shù)控裝置的發(fā)展數(shù)控裝置的微處理器數(shù)控裝置配備有多種遙控和智能接口數(shù)控裝置具有很好的操作性能數(shù)控裝置的可靠性大大提高開放式體系第20頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展永磁同步交流伺服電機逐漸取代了直流伺服電動機，提高了電動機的可靠性，降低了制造成本，基本上無需維修。

組成伺服驅(qū)動電路的位置、速度和電流控制環(huán)節(jié)部分實現(xiàn)數(shù)字化，甚至利用單片微機或高速數(shù)字信號處理器為硬件基礎(chǔ)進行全數(shù)字化控制，與CNC系統(tǒng)的計算機有雙向通信聯(lián)系。第21頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一采用高速和高分辨率的位置檢測裝置組成半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。通過進給伺服系統(tǒng)實現(xiàn)絲桿螺距誤差補償外，熱變形誤差補償、空間誤差補償技術(shù)的研究也取得了顯著的成效。

第22頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、程序編制

數(shù)控機床編程技術(shù)的發(fā)展水平表現(xiàn)在以下幾個方面：圖形編程了長足的發(fā)展，增加了自動編程的手段。從脫機編程逐漸發(fā)展到在線編程。在線編程過程中不僅可以處理幾何信息，還可以處理工藝信息，數(shù)控裝置內(nèi)設(shè)有與該機床加工工藝相關(guān)的小型工藝數(shù)據(jù)庫或?qū)＜蚁到y(tǒng)，可以自動選擇最佳的工藝參數(shù)。

第23頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一四、數(shù)控機床的工況檢測、監(jiān)控和故障診斷現(xiàn)代數(shù)控機床上裝有工件尺寸檢測裝置，對工件加工尺寸進行定期檢測，發(fā)現(xiàn)超差則及時發(fā)出報警或補償信號。還有紅外、超聲發(fā)射等監(jiān)控裝置，對刀具工況進行監(jiān)控，遇有刀具磨損超標或刀具破損，能及時報警，以便調(diào)換刀具，保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量。目前CNC系統(tǒng)中已經(jīng)采用了開機診斷、運行診斷、通信診斷和專家診斷系統(tǒng)等故障自診斷技術(shù)，對故障進行自動查找、分類、顯示、報警，便于及時發(fā)現(xiàn)和排除系統(tǒng)的故障。第24頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一五、采用功能很強的可編程控制器現(xiàn)代數(shù)控機床廣泛采用內(nèi)裝型或獨立型可編程控制器PC（ProgrammableController），它有專用的32位微處理器，基本指令執(zhí)行時間是0.2s/step，有梯形語言程序16000step以上，可以采用C語言或Pascal語言來編制PC程序，程序容量68～256kB以上，在PC與CNC之間有高速窗口。采用C語言編程時，可以在個人計算機的開發(fā)環(huán)境下工作。利用PC的高速處理功能，使CNC與PC有機地結(jié)合起來，而且可以利用梯形圖（Ladder）的監(jiān)控功能，使機床的故障診斷和維修更加方便。第25頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一六、機床的主機數(shù)控機床的主機也有很多新的發(fā)展。表現(xiàn)在：主運動部件不斷實現(xiàn)電氣化和高速化增加加工功能采用機電一體化和全封閉式結(jié)構(gòu)主機的大件采用焊接結(jié)構(gòu)和合理的結(jié)構(gòu)形式第26頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一2.2、數(shù)控編程基礎(chǔ)2.2.1數(shù)控機床的坐標系一、坐標軸及其運動方向建立機床坐標系是為了確定刀具或工件在機床中的位置，確定機床運動部件的位置及其運動范圍。統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機床坐標系各軸的名稱及其正負方向，可以簡化數(shù)控程序的編制，并使編制的程序?qū)ν愋蜋C床有互換性。機床的運動是指刀具和工件之間的相對運動，一律假定工件是靜止的，刀具在坐標系內(nèi)相對于工件運動。

第27頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一笛卡兒右手直角坐標系與右手螺旋法則對數(shù)控機床中的坐標系和運動方向的命名，ISO標準和我國統(tǒng)一規(guī)定采用標準的右手笛卡爾坐標系，并規(guī)定增大刀具與工件之間距離的方向為坐標正方向。第28頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一Z軸的確定機床主軸是傳遞主要切削力的軸，可以表現(xiàn)為加工過程帶動工具旋轉(zhuǎn)，也可以表現(xiàn)為帶動工件旋轉(zhuǎn)。數(shù)控懸臂刨床數(shù)控立式?jīng)_床

第29頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一X軸的確定X軸是水平的，平行于工件的裝夾面。對于加工過程中不產(chǎn)生刀具旋轉(zhuǎn)或工件旋轉(zhuǎn)的機床，X軸平行于主切削方向，坐標軸正方向與切削方向一致，例如前面提到的數(shù)控懸臂刨床。對于加工過程中主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)的機床，例如數(shù)控車床、數(shù)控磨床等，X坐標軸沿工件的徑向，平行于橫向滑座或?qū)к?，刀架上刀具或砂輪離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向為坐標軸正方向；對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床，如果Z軸是水平的，例如數(shù)控臥式鏜銑床，則從與Z平行的主軸向工件看時，X軸的正向（+X）指向右方；如果Z軸是垂直的，對單立柱機床，例如立式數(shù)控銑床和數(shù)控水平轉(zhuǎn)塔立式鉆床，則從與Z軸平行的主軸向立柱看時，X軸的正向指向右方；對于龍門式機床，例如數(shù)控龍門銑床，則從與Z軸平行的主軸向左側(cè)立柱看時，X軸的正向指向右方。第30頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)X、Z軸及其方向，利用右手定則即可確定Y軸的方向；根據(jù)X、Y、Z軸及其方向，利用右手螺旋定側(cè)即可確定軸線平行于X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)運動A、B、C的方向。機床坐標可在機床使用說明書或機床標牌上找到。第31頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、機床原點、機床參考點機床原點機床原點又稱為機械原點，它是機床坐標系的原點。機床參考點機床參考點是機床坐標系中一個固定不變的原點，是用于對機床工作臺、滑板與刀具相對運動的測量系統(tǒng)進行標定和控制的點。第32頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第33頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、工件坐標系為了編程方便，在工件圖樣上設(shè)置一個坐標系，坐標系的原點就是工作原點，也叫做工件零點。選擇工件零點的一般原則是：工件零點選在工件圖樣的基準上，以利于編程。工件零點盡量選在尺寸精度高、粗糙度值小的工件表面上。工件零點最好選在工件的對稱中心上。要便于測量和檢驗。

第34頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一2.2.2數(shù)控程序的格式與編制

一、程序的格式數(shù)控加工程序是由一系列機床數(shù)控系統(tǒng)能辨識的指令有序結(jié)合而構(gòu)成的，可分為程序號、程序段和程序結(jié)束等幾個部分。下面為一數(shù)控加工程序?qū)嵗?/p>

第35頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、程序的格式

程序號每個程序多要進行編號，在編號前面要用程序編號地址碼進行編號指令。程序段的格式和組成程序段的格式可分為地址格式、分隔順序格式、固定程序段格式和可變程序段格式等。最常用的是可變程序段格式。第36頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、程序編制的內(nèi)容和步驟手工編程的主要內(nèi)容有：分析零件圖樣，設(shè)計零件加工工藝路線，決定數(shù)控加工內(nèi)容，設(shè)計數(shù)控加工工藝規(guī)程，編制加工程序單，程序的輸入與校驗等。自動編程加工程序主要由