cnc基礎知識

年11月

制模部培訓資料第1頁關鍵詞：模擬信號電路，NC系統，CNC控制器，柔性加工系統，賠償。自適應CNC機床又稱為數控機床（ComputerizedNumericalControl電腦數值控制，簡稱為CNC），它是以數字化信息實現機床控制機電一體化產品，它把刀具和工件之間相對位置，機床開啟和停頓，主軸變速，工件松開夾緊，刀具選擇，冷卻泵起停等各種操作和次序動作等信息用代碼數字統計在控制介質上，然后將數字信息送入數控裝置或計算機，經過譯碼，運算，發出指令控制機床伺服系統或其它執行元件，使機床加工出所需工件。第2頁二戰后，制造業生產大部分是依靠人工操作，工人看懂圖紙后，手工操作機床，加工零件，用這種方式生產產品，成本高，效率低，質量也得不到確保。在20世紀40年代末期，美國有一位工程師帕森斯（JohnParsons）構思了一個方法，在一張硬紙卡上打孔來表示需要加工零件幾何形狀，利用著一張硬卡來控制機床動作，在當初，這只是一個構思。1948年，帕森斯向美國空軍展示了他這種想法，美國空軍看后，表示極大興趣，因為美國空軍正在尋找一個先進加工方法，希望處理飛機外型樣板加工問題，因為樣板形狀復雜，精度要求高，普通設備難以適應，美國空軍馬上委托及贊助美國麻省理工學院（MIT）進行研究，開發這部第3頁硬卡紙來控制機床，終于在1952年，麻省理工學院和帕森斯企業合作，成功研制出了第一臺示范機，到了1960年較為簡單和經濟點位控制鉆床，和直線控制數控銑床得到了較快發展使數控機床在制造業各部門逐步取得推廣。第4頁CNC加工歷史已經經歷了長達半個多世紀，NC系統也由最早模擬信號電路控制發展為極其復雜集成加工系統，編程方式也有手工發展成為智能化、強大CAD/CAM集成系統。就我國而言，數控技術發展是比較遲緩，對于國內大多數車間來說。設備比較落后，人員技術水平和觀念落后表現為加工質量和加工效率低下，經常拖延交貨期。1、第一代NC系統是在1951年引入，其控制單元主要有各種閥門和模擬電路組成，1952年第一臺數控機床誕生，已經從銑床或車床發展到加工中心，成為當代制造業關鍵設備。2、第二代NC系統于1959年產生，其主要有單個晶體管和其它部件組成。第5頁3、1965年引入了第三代NC系統，其首次采取集成電路板。4、實際上，在1964年已經研制出來了第四代NC系統，即我們非常熟悉計算機數字控制系統（CNC控制系統）。5、1975年，NC系統采取了強大微處理器，這就是第五代NC系統。6、第六代NC系統采取了現行集成制造系統（MIS）+DNC+柔性加工系統（FMS）二、NC系統升級過程：點到NC——外形加工——自動換刀功效——計算機數字控制（CNC）——DNC功效——集成加工系統（CAD/CAM集成）第6頁三、CNC機床制造工業中應用，主要有：（1）鉆削（2）沖壓（3）點焊（4）電火花加工（5）鏜削（6）銑削（7）CMM四、CNC機床加工工作原理數控機床是一個利用數控技術、準確按照事先安排工藝流程，實現要求加工動作金屬切削機床。它是由控制介質、計算機數控裝置、伺服驅動系統、輔助裝置、反饋裝置和適應控制裝置部分組成；數控機床加工工件時，完全依據計算機發出指令自動進行加工，不允許頻繁測量和進行手動賠償，這就要求機床含有較高靜剛度和動剛度，同時要提升結構熱穩定性，提升機械進給系統剛度并消除其中間隙，消除爬行。這么能夠有效防止振動，熱變形、爬行和間隙影響加工工件精度。

第7頁計算機逐條執行程序,依據程序給出指令進行運算并把運算結果送給伺服系統或進行對三條軸脈沖馬達開關量控制.簡單地說吧,假設給X馬達輸入一個單位脈沖,X馬達會轉動并帶開工作臺向X軸正向移動0.01mm，給Y馬達輸入十個單位脈沖，工作臺Y軸就會正向移0.1mm,那么計算機運算程序最終目標就是對不一樣馬達在不一樣時間段（微秒算）輸入不一樣脈沖。五、采取NC加工優缺點：1、其優點主要表現在：第8頁（1）零件加工精度高；（2）降低刀具和夾具成本；（3）降低工件搬運成本；（4）縮短加工時間（5）對操作者技能要求降低；（6）提升加工能力：（7）縮短交貨時間（8）使無人加工已經成為可能；其缺點表現為：（1）數控機床費用較高設備精巧、控制系統復雜；（2）有專門三維程序設計軟件，對于編程而言要求有較高敬業精神和技術水平。（3）每小時運做成本較高。到當前為止，數控系統日趨成熟，比較著名數控系統如：FANUC、Siemens、Cincinnati、Maho、Fedio等廠商系統，先進數控機床如瑞士產米克郎（MIKRON），臺灣產永進高速機、新虎將（GENTIGER）大力機、麗偉、日產OKK，牧野（MAKINO），雅士達（YASDA）、FANUC（發那科）、MAZAK（馬扎克）、東芝、森精機、江黑、

第9頁OKUMA、三菱（MITSUBISHI）、弟兄機、德國西門子、必勝佳、羅德斯等一些著名品牌，我國從1958年開始進行數控系統研制和發展，經過“六五”引進國外技術，“七五”消化吸收、“八五”國家組織科學攻關，“九五”產業化攻關，使我國數控技術得到較大發展。不過與國外先進產品相比，依然存在較大差距，這是因為歐美日等先進工業國家于80年代先后完成了數控機床產業化進程，其中一些國家致力于科技創新和新產品研發，引導著數控機床技術發展，如美國英格索爾企業和德國惠勒喜樂企業對與汽車工業和航天工業高速數控銑床發展，日本牧野企業對高效精密加工中心做貢獻，德國瓦德里希企業在重型龍門五面加工銑床方面開發，以及日本馬扎克企業研發車銑中心對高第10頁效復合加工推進等，相比之下，我國大部分機床產品在技術上仍處于跟蹤階段。而加工中心關鍵裝置——控制系統，因為產品市場壟斷所致，當前都是封閉式，用戶不能對系統功效進行維護、修改、增刪，造成功效大量浪費，同時加工中心軟/硬件也是固定，升級和更新成本巨大。這就造成首先功效閑置，另首先新技術無法集成尷尬局面。國內外加工中心主要技術指標對比：第11頁五軸聯動加工中心代表當今世界機床最新水平，當前國內一些企業已研發成功并投入國內市場。其中桂林機床股份有限企業研制成功XK系列五軸聯動五面體加工數控龍門銑床；沈陽數控機床廠SSK280——5/五軸聯動車銑中心。江蘇多棱機床股份有限企業XH2725/5X——10橋式五軸聯動加工中心，濟南第一機床集團企業研制成功MJ——860DT數控車床，采取雙液壓臥式回輪刀架，面對面同軸安裝四軸控制，國內外經典機床聚集：第12頁米克朗---高速銑削領域教授第13頁第14頁第15頁第16頁第17頁第18頁第19頁第20頁第21頁第22頁第23頁第24頁第25頁第26頁第27頁日本牧野第28頁第29頁第30頁德國羅德斯第31頁第32頁第33頁第34頁第35頁第36頁第37頁第38頁第39頁機床和刀具所謂數控加工，主要是指統計在煤體上數字信息對機床實施控制，使它自動實施要求加工任務，所以編制數控加工程序是十分關鍵一環。理想加工程序不但能確保加工出符合設計要求合格零件，同時可使數控機床功效得到合理應用和充分發揮及安全可靠工作。數控技術發展勢必促使CAM技術深入提升，CAM軟件也在不停更新和換代，以適應未來發展趨勢，編程軟件從MASTERCAM、POWERMILL、SOLDWORK、CIMATRON、PRO—ENGINEER、WORKNC、CATIA、UNIGRAPHICS等不停發展和壯大起來。數控編程主要經歷了兩個階段，即從基于點、線、面、體刀軌生成方法向智能化編程。所以數控技術發展離不開數控機床發展。

1927年德國首先研制出硬質合金刀具，切削速度比高速刀具提升了2~5倍，為了適應切削速度提升需要，機床主軸速度、功率、剛性也隨之增大，制造技術向前飛速發展，制造業巨大改變，產品更新換代，生產方式從大批量生產多品種、小批量生產方式轉移，要求開發各種適應不一樣加工需要、高速高效、低成本數控機床，第40頁并大幅度地降低維護費用，同時要求開發出新一代數控系統，含有強大數控功效和方便網絡通訊功效，以適應未來車間面向任務和定單生產組織和管理模式，高速切削技術是當前加工技術新發展方向之一，高速加工機床與普通機床相比，有：（1）高速回轉主軸：采取主軸——電機一體化主軸部件，實現無中間步驟直接傳動，每分鐘可達數萬轉，技術重點是在應用各種不一樣主軸軸承及主軸冷卻和潤滑方式來到達更高載荷值；（2）高速直線移動部件：采取直線電機，取消中間運動步驟，到達較高進給和較高進給加速度（3）高速刀具系統。主軸和刀具連接，要保持較高剛度和精度（4）高速控制器系統。（5）高速加工機床主軸功率特征第41頁何為高速加工？起源（1）60多年前，德國一位金屬切削學家Salomon博士，發表了一則相關高速加工論文，內容提到：（2）伴隨切削線速度增加，溫度及刀具磨損會猛烈增加(這便是傳統加工加工理念)（3）當切削線速度到達某臨界值時，切削溫度及切削力會減小，后又伴隨切削速度增加而急劇增加。(這便是高速加工加工理念)第42頁傳統加工區DeathValley死區高速加工區T=切削應力 To=刀具應力上限 V=切削速度第43頁高速加工定義依據1992年國際生產工程研究會(CIRP)年會主題匯報定義，高速切削通常指切削速度超出傳統切削速度5－10倍切削加工。所以，依據加工材料不一樣和加工方式不一樣，高速切削切削速度范圍也不一樣。1050200切削速度vc[m/min]青銅,紅銅鑄鐵鋼鈦鎳合金鋁合金纖維,塑料轉變HSMSource:PTW,TechnicalUniversityDarmstadt第44頁為何刀具熱應力在高速加工時會下降？在高速加工時，因切削速度快，切削時切削區會產生高溫，使鐵屑溫度上升，造成切削阻力下降切削時高溫會快速經過鐵屑帶離工件及刀具第45頁第46頁第47頁高速加工有著不一樣于傳統加工特殊加工工藝要求，而數控加工數控指令包含了全部工藝過程，故應用于高速加工數控自動編程系統--CAM系統必須能夠滿足對應特殊要求。（1）CAM系統應含有很高計算編程速度高速加工中采取非常小進給量與切深，故對NC程序要求比對傳統系統NC程序要求要嚴格得多，要求計算速度要快且方便、節約編程時間等。另外，快編程速度使操作人員能夠對各種加工工藝策略進行比較，方便采取最正確工藝方案，并對刀具軌跡進行編輯、優化，以到達最正確加工效率。（2）

全程自動防過切處理能力及自動刀柄干涉檢驗高速加工以高出傳統加工近10倍切削速度加工，一旦發生過切,

其后果不堪構想，故CAM系統必須含有全程自動防過切處理能力。傳統曲面CAM系統是局部加工概念，極輕易發生過切現象，普通都是靠人工選擇干預方法來預防，

極難確保過切防護安全性，只有經過新一代、智能化、面向對象CAM系統，才能實現防過切處理全部由系統自動完成，才能真正確保其安全性。

高速加工主要特征之一就是能夠使用較小直徑刀具加工模具細節結構。系統能夠自動提醒最短夾刀長度并自動進行刀具干涉檢驗，這對于高速加工非常主要。（3）進給率優化處理功效為了能夠確保最大切削效率，并確保在高速切削時加工安全性，應依據加工瞬時余量大小，由CAM系統自動對進給率進行優化處理。（4）符合高速加工要求豐富加工策略與傳統方式相比，高速加工對加工工藝走刀方式有著特殊要求，因而要求CAM系統能夠滿足這些特定工藝要求。第48頁A、應防止刀具軌跡中走刀方向突然改變，以防止因局部過切而造成刀具或設備損壞。B、

應保持刀具軌跡平穩，防止突然加速或減速。C、下刀或行間過渡部分最好采取斜式下刀或圓弧下刀，防止垂直下刀直接靠近工件材料。D、行切端點采取圓弧連接，防止直線連接。E、除非情況必須如此，不然仍應防止全力寬切削。F、殘余量加工或清根加工是提升加工效率主要伎倆，普通應采取屢次加工或采取系列刀具從大到小分次加工，直至到達所需尺寸，防止用小刀一次加工完成。