1、數(shù)控機床編程與操作,課程標準,課程性質,課程定位,課程目標,教學內容與學時安排,課程標準,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,數(shù)控機床編程與操作是機電一體化專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，通過對本專業(yè)工作崗位充分的調研和分析，借鑒CDIO、項目教學、基于工作過程等先進的教育理念，通過本課程的學習使學生具備相關職業(yè)應用性人才所必需的工藝分析、數(shù)學處理、程序編制、仿真模擬、機床操作、工件加工及創(chuàng)新設計等基本知識與技能，并為后續(xù)的學習準備必要的知識，為今后從事實際工作打下必要的基

2、礎。,課程標準,課程定位,課程在專業(yè)培養(yǎng)中的地位及作用,本課程與其他相關課程的關系,課程面向的職業(yè)崗位,課程標準,數(shù)控機床操作、數(shù)控編程、數(shù)控加工工藝設計與實施。,數(shù)控機床的安裝和調試、數(shù)控機床維護與維修、生產(chǎn)現(xiàn)場管理、零部件質量檢測。,機電產(chǎn)品營銷、機電產(chǎn)品售后服務、機電產(chǎn)品開發(fā),次核心崗位,潛在核心崗位,課程面向的職業(yè)崗位,課程標準,先修課程,本課程需要機械制圖、公差與測量、機械制造技術等課程為基礎，主要為課程的學習提供讀圖與識圖的能力；工藝編制的能力與故障分析能力等。,后續(xù)課程,本課程為后續(xù)課程如數(shù)控維修、復雜零件建模與加工、頂崗實習等提供必須的專業(yè)基礎知識和專業(yè)基本技能，為今后相關工作

3、打下堅實的基礎。,本課程與其他相關課程的關系,課程標準,2,3,1,能根據(jù)零件圖編制機械加工工工藝文件，會查閱相關技術標準及技術資料，會選用工藝裝備并進行加工調整，在普通機床上實現(xiàn)零件的加工，并能對工件進行檢測，并能進行切削用量的優(yōu)化，獲得符合技術要求的產(chǎn)品。,后續(xù)課程主要作用：能針對零件的特點和加工技術要求，進行零件的三維建模，并能根據(jù)數(shù)控加工工藝要求進行工藝參數(shù)、加工路徑等的優(yōu)化，完成零件的數(shù)控加工。獲得符合技術要求的產(chǎn)品。,先修課程主要作用,本課程作用,能根據(jù)零件圖編制數(shù)控加工工藝文件，會查閱相關技術標準及技術資料，會選用數(shù)控車床工藝裝備并進行數(shù)控加工調整，在數(shù)控車床上實現(xiàn)零件的加工，加

4、工完成后能對工件進行檢測，并能進行切削用量的優(yōu)化，獲得符合技術要求的產(chǎn)品。,知識目標,課程標準,1）熟悉掌握數(shù)控加工工藝知識； 2）熟悉掌握數(shù)控車床、數(shù)控銑床或數(shù)控加工中心的數(shù)控加工工藝編制要點及數(shù)控加工程序有關指令； 3）熟練掌握數(shù)控車床、數(shù)控銑床或數(shù)控加工中心的操作要點；,1）熟練操作數(shù)控車床，具有選擇、使用數(shù)控車床常用工藝裝備的能力。 2）具備獨立處理現(xiàn)場常見編程、操作、加工技術問題的基本能力。 3）具備獨立處理數(shù)控車床加工過程中出現(xiàn)的常見故障的基本能力。 4）具有對數(shù)控車床進行日常維護的能力。 5）具有對產(chǎn)品質量進行評價及分析的基本能力。、 6）能測量、繪制、編程與加工一般零件，能創(chuàng)新

5、設計與加工富有創(chuàng)意的零件。,課程目標,知識目標：,技能目標：,課程標準,采用CDIO做中學的教學模式，理實一體化的教學，以項目為導向，引導學生完成工作任務單，完成綜合過程評價，切實提高了學生的動手及創(chuàng)新能力。,教學內容與學時安排,第一章 數(shù)控機床概述,1.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展 1.2 數(shù)控機床的組成結構及工作原理 1.3 數(shù)控機床的分類,1.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展,隨著社會生產(chǎn)和科學技術的不斷進步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎，其產(chǎn)品更是日趨精密復雜，特別是在宇航、航海、軍事等領域所需的機械零件，精度要求更高，形狀更為復雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝

6、或調整設備，,普通機床或專業(yè)化程度高的自動化機床顯然無法適應這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質量及降低生產(chǎn)成本。 一種新型的生產(chǎn)設備數(shù)控機床就應運而生了 。,數(shù)控機床的定義,數(shù)控：（Numerical Control， NC） 是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進行可編程控制的自動化方法。 數(shù)控機床： 用數(shù)控技術控制的機床稱為數(shù)控機床。,數(shù)控機床的一般工作形式為：,1.1.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生 帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學院伺服機構實驗室（Servo Mechanism Laboratory of

7、the Massachusetts Institute of Technology）合作，于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床試驗性樣機。 1959年，美國克耐杜列克公司（Keaney & Trecker）首次成功開發(fā)了加工中心（Machining Center） 。,1.1.2 數(shù)控機床的發(fā)展簡況 第1代數(shù)控機床：1952年1959年采用電子管元件構成的專用數(shù)控裝置（NC）。 第2代數(shù)控機床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。 第3代數(shù)控機床：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。,第4代數(shù)控機床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)（CN

8、C）。 第5代數(shù)控機床：從1974年開始采用微型計算機控制的系統(tǒng)（MNC）。,1計算機直接數(shù)控系統(tǒng) 所謂計算機直接數(shù)控（Direct Numerical Control，DNC）系統(tǒng)，即使用一臺計算機為數(shù)臺數(shù)控機床進行自動編程，編程結果直接通過數(shù)據(jù)線輸送到各臺數(shù)控機床的控制箱。,2柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS）也叫做計算機群控自動線，它是將一群數(shù)控機床用自動傳送系統(tǒng)連接起來，并置于一臺計算機的統(tǒng)一控制之下，形成一個用于制造的整體。,3計算機集成制造系統(tǒng) 計算機集成制造系統(tǒng)（Computer-Integrated Manufact

9、uring System，CIMS），是指用最先進的計算機技術，控制從定貨、設計、工藝、制造到銷售的全過程，以實現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化的高效率的柔性集成制造系統(tǒng)。,1.1.3 我國數(shù)控機床發(fā)展概況 1958年開始并試制成功第一臺電子管數(shù)控機床。1965年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到20世紀60年代末至70年代初成功。從20世紀80年代開始，先后從日本、美國、德國等國家引進先進的數(shù)控技術。如北京機床研究所從日本FANUC公司引進FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列產(chǎn)品的制造技術；上海機床研究所引進美國GE公司的MTC-1數(shù)控系統(tǒng)等。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,隨著計算機技術的

10、發(fā)展，數(shù)控技術不斷采用計算機、控制理論等領域的最新技術成就，使其朝著下述方向發(fā)展。 1. 高速、高效、高精度 2. 控制智能化 3. 網(wǎng)絡化 4. 數(shù)控系統(tǒng)開放化 5. 并聯(lián)機床 6. STEP-NC,1.加工高速化、高精度化 1）加工高速化 高速CPU芯片 主軸高速化，采用電主軸 采用全數(shù)字交流伺服 機床動、靜態(tài)性能的改善,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,在分辨率為1m時，快進速度達 240m/min，可獲得復雜型面的精確加工 加速度達2g 主軸轉速已達200,000rpm 換刀速度少于1 s,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,2）加工高精度化 提高機械的制造和裝配精度； 采用高速插補技術，以微小

11、程序段實現(xiàn)連續(xù) 進給，使CNC控制單位精細化 采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本交流伺服電機已有裝上1000000 脈沖/轉的內藏位置檢測器，其位置檢測精度能達到0.01m/脈沖） 位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g 設備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術。研究表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少6080。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,2. 控制智能化 隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化發(fā)展需求，數(shù)控技術智能化程度不斷提高，體現(xiàn)在： 加工過程自

12、適應控制技術：通過監(jiān)測主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，辯識出刀具的受力、磨損以及破損狀態(tài)，機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并實時修調加工參數(shù)（主軸轉速，進給速度）和加工指令，使設備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及保證設備運行的安全性,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,加工參數(shù)的智能優(yōu)化：將零件加工的一般規(guī)律、特殊工藝經(jīng)驗，用現(xiàn)代智能方法，構造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇”，獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，提高編程效率和加工工藝水平，縮短生產(chǎn)準備時間。使加工系統(tǒng)始終處于較合理和較經(jīng)濟的工作狀態(tài)。 智能化交流伺服驅動裝置：自動識別負載、自動調整控制參數(shù)，包括智能主軸和智

13、能化進給伺服裝置，使驅動系統(tǒng)獲得最佳運行。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,智能故障診斷與自修復技術 智能故障診斷技術：根據(jù)已有的故障信息，應用現(xiàn)代智能方法，實現(xiàn)故障快速準確定位。 智能故障自修復技術：根據(jù)診斷故障原因和部位，以自動排除故障或指導故障的排除技術。集故障自診斷、自排除、自恢復、自調節(jié)于一體，貫穿于全生命周期。 智能故障診斷技術在有些數(shù)控系統(tǒng)中已有應用，智能化自修復技術還在研究之中。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,3. 加工網(wǎng)絡化 數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡化是先進制造模式的要求，數(shù)控機床作為網(wǎng)絡中的一個節(jié)點，有助于解決自動化孤島問題。 支持網(wǎng)絡通訊協(xié)議，既滿足單機DNC需要，又能滿足FMC、FM

14、S、CIMS、敏捷制造對基層設備集成要求。 網(wǎng)絡資源共享。 數(shù)控機床的遠程（網(wǎng)絡）控制。 數(shù)控機床故障的遠程（網(wǎng)絡）診斷。 數(shù)控機床的遠程（網(wǎng)絡）培訓與教學（網(wǎng)絡數(shù)控 ）,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,數(shù)控系統(tǒng)中采用網(wǎng)絡與光纖通訊技術實現(xiàn)運動和I/O的控制是數(shù)控技術的發(fā)展方向。 由于技術封鎖等原因，各系統(tǒng)中光纖通訊采用的協(xié)議沒有兼容性和互換性，要求伺服驅動器以及I/O模塊必須具有相應協(xié)議的光纖通訊接口，這樣的系統(tǒng)軟硬件開放性較差，而且系統(tǒng)的成本也較高。 網(wǎng)絡通訊協(xié)議：德國Intrtamat的SERCOS、美國DELTATAU的Mcro-Link、日本FANUC的SERVO-Link、日本三菱的

15、Tro-Link，還有ARCNET、CAN Bus、Profibus、USB、IEEE1394 。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,4. 數(shù)控系統(tǒng)的開放化 1）傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的特點 由生產(chǎn)廠家支配價格和結構，各種接口不能通用。 功能集成停止在微電子技術的應用上，而不是針對開放式的生產(chǎn)環(huán)境和功能。 對于不同的產(chǎn)品，操作、維護方法都必須進行相應的培訓。 對于使用者，控制器成為黑盒子無法自行修改更新。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,由于傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的局限性，為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，數(shù)控系統(tǒng)需要具有： 開放性：可重構性、可維護性、允許用戶進行二次開發(fā) 模塊化：具有平臺無關性 接口協(xié)議：可傳遞性、可移植性

16、可進化性：智能化 語言統(tǒng)一化：中性語言NML： FADL、OSEL,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,2）開放化數(shù)控系統(tǒng)的概念 數(shù)控系統(tǒng)可以在統(tǒng)一的運行平臺上開發(fā)，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁數(shù)控功能，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明特色的名牌產(chǎn)品。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,3）開放式數(shù)控系統(tǒng) （1）開放式數(shù)控裝置的概念結構,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,（2）開放式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點 數(shù)控系統(tǒng)廠 品種減少、批量增加，易于滿足用戶要求； 開放式的標準框架，促進各行業(yè)的軟件廠商參與； 軟件開發(fā)

17、效率提高，產(chǎn)品更新加快。 機床廠 可使整機具有個性化，降低開發(fā)成本。 減少對系統(tǒng)廠的依賴，保護自己專有技術。 最終用戶 購買機床時的初期成本透明化； 能實現(xiàn)用戶自身獨特的FA系統(tǒng)設計； 用戶界面的一致性，易于使用和培訓；,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,（3）開放式數(shù)控研究狀況 美國在20世紀90年代初提出了開發(fā)下一代控制器的計劃NGC(Next Generation Controller)，以后又提出了OMAC（Open Modular Architecture Control）計劃，重點開發(fā)以PC為平臺的開放式模塊化控制器。 歐洲也在20世紀90年代初開始OSACA(Open System

18、Architecture for Controls within Automation system)計劃，目標是研制出開放式控制系統(tǒng)的體系結構。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,由于技術等方面的限制，要在短期內完全實現(xiàn)這種理想的開放式數(shù)控系統(tǒng)，還有不少困難。 目前開放式數(shù)控的一個具體表現(xiàn)就是發(fā)展基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的PC化正成為開放式數(shù)控系統(tǒng)一個潮流，代表了CNC發(fā)展的主要方向。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)基本有3種結構形式： 嵌入型 CNC嵌入型 全軟件CNC型,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,5. 并聯(lián)機床 1）機床結構技術上的突破性進展當屬20世紀90年

19、代中期問世的并聯(lián)機床。并聯(lián)機床是機器人技術、機床結構技術、現(xiàn)代伺服驅動技術和數(shù)控技術相結合的產(chǎn)物，被稱為“21世紀的機床”,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,傳統(tǒng)機床基本上都遵循笛卡爾直角坐標系的運動原理被設計制造出來，其結構為串聯(lián)結構，存在懸臂部件，承受很大彎矩和扭矩，不容易獲得高的結構剛度。另外，傳統(tǒng)機床組成環(huán)節(jié)多、結構復雜，形成誤差迭加，限制了加工精度和速度的提高。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,2）我國自主研發(fā)的并聯(lián)機床樣機,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,3）并聯(lián)機床的優(yōu)、缺點及發(fā)展熱點： 優(yōu)點： 進給速度快 ；精度高 ；剛性好 ； 加速度高 ；安裝、維修方便

20、 。 局限： 工作空間小 ；姿態(tài)能力差 ； 運動特性和力特性非線性。 目前研究熱點： 混聯(lián)機床 。,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,6. STEP-NC 1）目前CNC系統(tǒng)的局限： 數(shù)控代碼只定義了機床的運動和動作，丟失了尺寸公差、精度要求、表面光潔度等大量信息 生成G代碼的過程單向不可逆，在加工車間做出的修改無法反饋到設計部門 各廠商開發(fā)的宏和擴展EIA代碼，使系統(tǒng)間語言不具通用性，對G、M代碼的解釋也不盡相同 不支持5軸銑、樣條數(shù)據(jù)、高速切削等功能,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,2）STEP-NC的出現(xiàn) STEP (Standard for the Exchange of Product m

21、odel data) 即產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉換標準 STEP-NC是STEP向數(shù)控領域的擴展，它在STEP的基礎上以面向對象的形式將產(chǎn)品的設計信息與制造信息聯(lián)系起來，拋棄了傳統(tǒng)數(shù)控程序中直接對坐標軸和刀具動作進行編碼的做法，采用了新的數(shù)據(jù)格式和面向特征的編程原則,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,日本 FANUC,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,德國肖特,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,美國哈挺,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,瑞士米克朗,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,德國斯賓納TC系列,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,韓國現(xiàn)代,1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,1-2 數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展,日本東芝,數(shù)控機床的發(fā)

22、展,美國新新那提,1.2 數(shù)控機床的組成結構及工作原理,1.2.1 數(shù)控機床的組成 1控制介質 數(shù)控機床工作時，不需要操作工人直接操縱機床，但機床又必須執(zhí)行人的意圖，這就需要在人與機床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中間媒介物即稱為控制介質。,2數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控裝置是一種控制系統(tǒng)，是數(shù)控機床的中心環(huán)節(jié)。它能自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機床進給并加工零件，數(shù)控系統(tǒng)通常由輸入裝置、控制器、運算器和輸出裝置4大部分組成 。,3伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)由伺服驅動電動機和伺服驅動裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動機床的移動部件運動或使執(zhí)

23、行部分動作，以加工出符合要求的工件。每一個脈沖使機床移動部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當量。目前所使用的數(shù)控系統(tǒng)脈沖當量通常為0.001mm/脈沖。,4輔助控制系統(tǒng) 輔助控制系統(tǒng)是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的強電控制裝置。 5機床本體 機床本體是數(shù)控機床的主體，由機床的基礎大件（如床身、底座）和各運動部件（如工作臺、床鞍、主軸等）所組成。,1.2.3 數(shù)控機床的工作原理 數(shù)控系統(tǒng)的主要任務之一就是控制執(zhí)行機構按預定的軌跡運動。一般情況是已知運動軌跡的起點坐標、終點坐標和曲線方程，由數(shù)控系統(tǒng)實時地算出各個中間點的坐標。即需要“插入、補上”運動軌跡各個中間點的坐標，通常這個過程就稱為“插補”。

24、,1.3 數(shù)控機床的分類,1.3.1 按運動軌跡分類 1點位控制數(shù)控機床 點點位置精確控制，保證的是定位精度，以慢快慢的運動方式。 這類機床主要有數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控點焊機和數(shù)控折彎機等，其相應的數(shù)控裝置稱為點位控制數(shù)控裝置。,2直線控制數(shù)控機床 位置控制+速度和路線控制，只能沿某個坐標軸方向（平行或45）切削加工。 這類機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控磨床和數(shù)控鏜銑床等，相應的數(shù)控裝置稱為直線控制裝置。,3輪廓控制數(shù)控機床 每點的位置+速度+路線控制，可對2坐標或2坐標以上坐標軸進行控制。 屬于這類機床的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。其相應的數(shù)控裝置稱為輪廓控制裝置。輪廓數(shù)控裝置比點位、直線控制裝置結構復雜得多，功能齊全得多。,按運動軌跡分類,按運動軌跡分類,按運動軌跡分類,1.3.2 按進給伺服系統(tǒng)的類型分類 1開環(huán)進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)通常不帶有位置檢測元件，伺服驅動元件一般為步進電動機。,開環(huán)控制數(shù)控機床,2閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 閉環(huán)進給控制系統(tǒng)帶有位置檢測元件