1、模具數控加工技術第1頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四模具數控加工技術教學單元二：模具數控加工技術基礎第2頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四教學單元2 模具數控加工技術基礎2.1數控機床概述2.2數控編程基礎練習與思考題第3頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.1、數控機床概述2.1.1 數控機床的產生數控機床是為了解決單件、小批量、多品種，特別是復雜型面零件加工的自動化，并保證質量要求而產生的。 1952年美國PARSONS公司與麻省理工學院（MIT）合作研制了第一臺坐標數控銑床，它綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精

2、密檢測與新型機械結構等多方面的技術成果，是一種新型的機床，可用于加工復雜曲面零件。 第4頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.1.2 數控機床的組成、控制原理和特點 數控機床的組成 數控機床的組成第5頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、數控機床的組成程序編制及程序載體 數控程序是數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控代碼變成相應的電脈沖信號，傳送并存人數控裝置內。 第6頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、數控機床的組成數控裝置及強電控制裝置 數控裝置 是數控機床的核心，它接受輸入裝置送來的脈

3、沖信號，經過數控裝置的系統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，進行規定的、有序的動作。 強電控制裝置 是介于數控裝置和機床機械、液壓部件之間的控制系統。第7頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、數控機床的組成伺服驅動系統及位置檢測裝置 伺服驅動系統由伺服驅動電路和伺服驅動裝置（電動機）組成，并與機床上的執行部件和機械傳動部件組成數控機床的進給系統。 機床的機械部件 數控機床的機械部件包括主運動部件、進給運動執行部件、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、轉位和夾緊等輔助裝置。 第8頁，共39頁

4、，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、數控機床的組成第9頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四二、數控機床的控制原理數控機床是用數字化的信息來實現自動控制的，將與加工零件有關的信息工件與刀具相對運動軌跡的尺寸參數（進給執行部件的進給尺寸）、切削加工的工藝參數（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）等加工信息用規定的文字、數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輸入到數控裝置中，由數控裝置經過分析處理后，發出各種與加工程序相對應的信號和指令控制機床進行自動加工。

5、 第10頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、數控機床的特點能適應不同零件的自動加工 生產效率和加工精度高、加工質量穩定 能高效優質完成復雜型面零件的加工 工序集中，一機多用 數控機床是一種高技術的設備 第11頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.1.3 數控機床的分類 一、按數控機床的加工功能分類點位控制數控機床 這類機床主要有數控鉆床、數控鏜床、數控沖床、三坐標測量機等，此外印刷電路板鉆孔機應算是最簡單的點位控制數控機床。 點位控制加工示意圖 第12頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、按數控機床的加工功能分類直線控制數控機

6、床 直線控制數控機床可控制刀具或工作臺以適當的送給速度，沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工，進給速度根據切削條件可在一定范圍內調整。 直線控制加工示意圖 第13頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、按數控機床的加工功能分類輪廓控制數控機床 輪廓控制數控機床分為平面輪廓加工的數控機床和空間輪廓加工的數控機床。 數控加工平面輪廓的成形 第14頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四二、按工藝用途分類一般數控機床 最普通的數控機床有鉆床、車床、銑床、鏜床等。 數控加工中心 這類數控機床是在一般數控機床的基礎上，加裝一個刀庫和自動換刀裝置，構成一種帶自動

7、換刀裝置的數控機床。多坐標軸數控機床 有些復雜的工件，例如螺旋槳，飛機發動機葉片曲面等用三坐標數控機床無法加工，于是出現了多坐標軸的數控機床。 第15頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、按所用進給伺服系統的類型分類開環數控機床 開環數控機床采用開環進給伺服系統，圖2-10所示為典型的開環進給伺服系統。 開環進給伺服系統第16頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、按所用進給伺服系統的類型分類半閉環數控機床 如果將位置檢測裝置安裝在驅動電機的端部，或安裝在傳動絲杠端部，間接測量執行部件的實際位置或位移，這種系統就是半閉環進給系統。 半閉環數控機床第17

8、頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、按所用進給伺服系統的類型分類閉環數控機床 閉環數控機床的進給伺服系統是按閉環原理工作的。閉環數控機床第18頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四四、按所用數控裝置類型分類硬線數控機床 硬線數控機床（NC）使用硬線數控裝置，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，不同功能的機床，其組合邏輯電路也不相同。 計算機數控機床 這類機床使用計算機數控裝置（CNC），即軟線數控裝置。 第19頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.1.4數控機床的發展 一、數控裝置的發展數控裝置的微

9、處理器 數控裝置配備有多種遙控和智能接口 數控裝置具有很好的操作性能 數控裝置的可靠性大大提高 開放式體系 第20頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四二、進給伺服驅動系統的發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。 組成伺服驅動電路的位置、速度和電流控制環節部分實現數字化，甚至利用單片微機或高速數字信號處理器為硬件基礎進行全數字化控制，與CNC系統的計算機有雙向通信聯系。 第21頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四采用高速和高分辨率的位置檢測裝置組成半閉環和閉環位置控制系統。通過進給伺服系統實

10、現絲桿螺距誤差補償外，熱變形誤差補償、空間誤差補償技術的研究也取得了顯著的成效。 第22頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、程序編制 數控機床編程技術的發展水平表現在以下幾個方面： 圖形編程了長足的發展，增加了自動編程的手段。 從脫機編程逐漸發展到在線編程。 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，數控裝置內設有與該機床加工工藝相關的小型工藝數據庫或專家系統，可以自動選擇最佳的工藝參數。 第23頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四四、數控機床的工況檢測、監控和故障診斷現代數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，發現

11、超差則及時發出報警或補償信號。還有紅外、超聲發射等監控裝置，對刀具工況進行監控，遇有刀具磨損超標或刀具破損，能及時報警，以便調換刀具，保證加工產品的質量。目前CNC系統中已經采用了開機診斷、運行診斷、通信診斷和專家診斷系統等故障自診斷技術，對故障進行自動查找、分類、顯示、報警，便于及時發現和排除系統的故障。 第24頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四五、采用功能很強的可編程控制器現代數控機床廣泛采用內裝型或獨立型可編程控制器PC（Programmable Controller），它有專用的32位微處理器，基本指令執行時間是0.2s/step，有梯形語言程序16000step

12、以上，可以采用C語言或Pascal語言來編制PC程序，程序容量68256kB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環境下工作。利用PC的高速處理功能，使CNC與PC有機地結合起來，而且可以利用梯形圖（Ladder）的監控功能，使機床的故障診斷和維修更加方便。 第25頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四六、機床的主機數控機床的主機也有很多新的發展。表現在：主運動部件不斷實現電氣化和高速化 增加加工功能 采用機電一體化和全封閉式結構 主機的大件采用焊接結構和合理的結構形式第26頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.2、

13、數控編程基礎2.2.1 數控機床的坐標系一、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。統一規定數控機床坐標系各軸的名稱及其正負方向，可以簡化數控程序的編制，并使編制的程序對同類型機床有互換性。 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，刀具在坐標系內相對于工件運動。 第27頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四笛卡兒右手直角坐標系與右手螺旋法則 對數控機床中的坐標系和運動方向的命名，ISO標準和我國統一規定采用標準的右手笛卡爾坐標系，并規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

14、39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四Z軸的確定 機床主軸是傳遞主要切削力的軸，可以表現為加工過程帶動工具旋轉，也可以表現為帶動工件旋轉。 數控懸臂刨床 數控立式沖床 第29頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四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生刀具旋轉或工件旋轉的機床，X軸平行于主切削方向，坐標軸正方向與切削方向一致，例如前面提到的數控懸臂刨床。對于加工過程中主軸帶動工件旋轉的機床，例如數控車床、數控磨床等，X坐標軸沿工件的徑向，平行于橫向滑座或導軌，刀架上刀具或砂輪離開工件旋轉中心的方向為坐標軸正方向；對于刀具旋轉的機床，如果Z

15、軸是水平的，例如數控臥式鏜銑床，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，例如立式數控銑床和數控水平轉塔立式鉆床，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，例如數控龍門銑床，則從與Z軸平行的主軸向左側立柱看時，X軸的正向指向右方。 第30頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四根據X、Z軸及其方向，利用右手定則即可確定Y軸的方向；根據X、Y、Z軸及其方向，利用右手螺旋定側即可確定軸線平行于X、Y、Z軸的旋轉運動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，2022年，5

16、月20日，6點15分，星期四二、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進行標定和控制的點。 第32頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四第33頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、工件坐標系為了編程方便，在工件圖樣上設置一個坐標系，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

17、在工件的對稱中心上。 要便于測量和檢驗。 第34頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.2.2 數控程序的格式與編制 一、程序的格式數控加工程序是由一系列機床數控系統能辨識的指令有序結合而構成的，可分為程序號、程序段和程序結束等幾個部分。下面為一數控加工程序實例： 第35頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、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，2022年，5月20日，6點15分，星期四二、程序編制的內容和步驟手工編程的主要內容有：分析零件圖樣，設計零件加工工藝路線，決定數控加工內容，設計數控加工工藝規程 ，編制加工程序單，程序的輸入與校驗等。 自動編程 加工程序主要由計算機完成的方