兰州交通大学：《数控技术及编程》课程教学资源（教案讲义）02.doc_大学文库

数控技术及应用教案及讲稿上部分：数控技术及编程二、讲稿第一章数控机床概述第四节数控机床的特点及应用范围一、数控机宋的特点 1.对加工对象改型的适应性强由于在数控机床上改变加工零件时，只需要重新编制零件加工程序就能实现对零件的加工，它不同于传统的机床，不需要制造、更换许多工具、夹具和检具，更不需要重新调整机床。因此，数控机床可以快速地从加工一种零件转变为加工另一种零件，这就为单件小批量以及试制新产品提供了极大的便利。它不仅缩短了生产准备周期，而且节省了大量制作工艺装备的费用。加工精度高数控机床是按以数字形式给出的指令进行加工的，由于目前数控装置的脉冲当量（即每输出一个脉冲后数控机床移动部件相应的移动量)一般达到了0.001mm,而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到比较高的加工精度。小型数控机床」定位精度普遍。 r女003. 重复定位精度头 0.0lmm 因为数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚度和热稳定性，而且提高了它的制造精度，特别是数控机床的自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，因此，同一批加工零件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量十分稳定在采用点位控制系统的钻孔加工中，由于不需要使用钻模板与钻套，钻模板的坐标误差造成的影也不存在。又由于加工中切屑排除的务件传以改善，可以进行有效地冷却被加工孔的精度及表面质量都有所提高。对于复杂零件的轮廓加工，在编制程序时己考虑到对进给速度的控制，可以做到在曲率变化时，刀具沿轮廓的切向进给速度基本不变，被加工表面就可获得较高的精度和表面质量。 3.加工生产率高零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。数控机床能够有效地减少运两部分时间，因而加工生产率比一般机床高得多。数控机床主轴转速和进给量的范围比普通机床的范围大，每一道工序都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许数控机床进行大切削用量的强力切削，有效地节省了机动时间。数控机床移动部件的快速移动和定位均采用了加速与减速措施，因而选用了很高的空行程运动速度消耗在快进、快退和定位的时间要比一般机床的少得多。数控机床在更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，而零件又都安装在简单的定位夹紧装置中，可以节省用于停机进行零件安装调整的时间。数控机床的加工精度比较稳定，一般只做首件检验或工序间关键尺寸的抽样检验，因而可以减少停机检验的时间。因此，数控机床的利用系数比一般机床的高得多。在使用带有刀库和自动换刀装置的数控加工中心机床时，在台机床上实现了多道工序的连续加工，减少了半成品的周转时间，生产效率的提高就更为明显。 4.减轻操作者的劳动强度数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作劳动强度与紧张程度均可大为诚轻，劳动条件也得到相应的改善 5.良好的经济效益使用数控机床加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的。但在单件、小批量生产情况下，可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用及降低废品率等，兰州交通大学机电工程学院 2

数控技术及应用教案及讲稿上部分：数控技术及编程兰州交通大学机电工程学院 2 二、讲稿第一章数控机床概述第四节数控机床的特点及应用范围一、数控机床的特点 1. 对加工对象改型的适应性强由于在数控机床上改变加工零件时，只需要重新编制零件加工程序就能实现对零件的加工，它不同于传统的机床，不需要制造、更换许多工具、夹具和检具，更不需要重新调整机床。因此，数控机床可以快速地从加工一种零件转变为加工另一种零件，这就为单件、小批量以及试制新产品提供了极大的便利。它不仅缩短了生产准备周期，而且节省了大量制作工艺装备的费用。 2. 加工精度高数控机床是按以数字形式给出的指令进行加工的，由于目前数控装置的脉冲当量（即每输出一个脉冲后数控机床移动部件相应的移动量）一般达到了0.001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到比较高的加工精度。对于中、小型数控机床，定位精度普遍可达到0.03mm，重复定位精度为 0.0lmm。因为数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚度和热稳定性，而且提高了它的制造精度，特别是数控机床的自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，因此，同一批加工零件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量十分稳定。在采用点位控制系统的钻孔加工中，由于不需要使用钻模板与钻套，钻模板的坐标误差造成的影响也不复存在。又由于加工中切屑排除的条件得以改善，可以进行有效地冷却，被加工孔的精度及表面质量都有所提高。对于复杂零件的轮廓加工，在编制程序时已考虑到对进给速度的控制，可以做到在曲率变化时，刀具沿轮廓的切向进给速度基本不变，被加工表面就可获得较高的精度和表面质量。 3. 加工生产率高零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。数控机床能够有效地减少这两部分时间，因而加工生产率比一般机床高得多。数控机床主轴转速和进给量的范围比普通机床的范围大，每一道工序都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许数控机床进行大切削用量的强力切削，有效地节省了机动时间。数控机床移动部件的快速移动和定位均采用了加速与减速措施，因而选用了很高的空行程运动速度，消耗在快进、快退和定位的时间要比一般机床的少得多。数控机床在更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，而零件又都安装在简单的定位夹紧装置中，可以节省用于停机进行零件安装调整的时间。数控机床的加工精度比较稳定，一般只做首件检验或工序间关键尺寸的抽样检验，因而可以减少停机检验的时间。因此，数控机床的利用系数比一般机床的高得多。在使用带有刀库和自动换刀装置的数控加工中心机床时，在一台机床上实现了多道工序的连续加工，减少了半成品的周转时间，生产效率的提高就更为明显。 4. 减轻操作者的劳动强度数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到相应的改善。 5. 良好的经济效益使用数控机床加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的。但在单件、小批量生产情况下，可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用及降低废品率等

数控技术及应用教案及讲稿上部分：数控技术及编程因出能够获得良好的经济效盖。 6.有利于生产管理的现代化用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点都有利于使生产管理现代化。 7.数控机床在应用中也有不利的一面如提高了起始阶段的投资，对设备维护的要求较高，对操作人员的技术水平要求较高等。、数控机床的应用范围数控机床确实存在一般机床所不具备的许多优点，但是这些优点都是以一定条件为前提的。数控机床的应用范围正在不断扩大，但它并不能完全代替其它类型的机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件： (1)多品种小批量生产的零件图11表示了三类机床的零件加工批量数与综合费用的关系。从图中看出零件加工批量的增大对于选用数控机床是不利的。原因在于数控机床设备费用高昂，与大批量生产采用的专用机床相比其效率还不够高的缘故。通常，采用数控机床加工的合理生产批量在 10-200件之间。目前有向中批量发展的趋势 (2)结构比较复杂的零件图12表示了三类机床的被加工零件复杂程度与零件批量大小的关系。通常数控机床适宜于加工结构比较复杂。在非数控机床上加工时需要有昂贵的工艺装备的零件。专用机床适机宋数控机毕 0 军作量数图1-1罗件加工批量与综合费用的关系图1-2数控机床适用范围示意图 (3)需要扬繁改型的零件它节省了大量的工艺装备费用，使综合费用下降 (4)价格昂贵、不允许报废的关键零件。 (5)需要最短生产周期的急需零件广泛推广数控机床的最大障碍是设备的初期投资大，由于系统本身的复杂性，又增加了维修费用。如果缺少完善的售后服务，往往不能及时排除设备故障，将会在一定程度上影响机床的利用率，这些因素都会增加综合生费用考虑到以上所述的种种原因，在决定选用数控机床加工时，需要进行反复对比和仔细的经济分析，使数控机床发挥它的最好经济效益。第二章计算机数控系统兰州交通大学机电工程学院

数控技术及应用教案及讲稿上部分：数控技术及编程兰州交通大学机电工程学院 3 因此能够获得良好的经济效益。 6. 有利于生产管理的现代化用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点都有利于使生产管理现代化。 7. 数控机床在应用中也有不利的一面如提高了起始阶段的投资，对设备维护的要求较高，对操作人员的技术水平要求较高等。二、数控机床的应用范围数控机床确实存在一般机床所不具备的许多优点，但是这些优点都是以一定条件为前提的。数控机床的应用范围正在不断扩大，但它并不能完全代替其它类型的机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件：（1）多品种小批量生产的零件图1-1表示了三类机床的零件加工批量数与综合费用的关系。从图中看出零件加工批量的增大对于选用数控机床是不利的。原因在于数控机床设备费用高昂，与大批量生产采用的专用机床相比其效率还不够高的缘故。通常，采用数控机床加工的合理生产批量在 10-200 件之间。目前有向中批量发展的趋势。（2）结构比较复杂的零件图1-2表示了三类机床的被加工零件复杂程度与零件批量大小的关系。通常数控机床适宜于加工结构比较复杂。在非数控机床上加工时需要有昂贵的工艺装备的零件。（3）需要频繁改型的零件它节省了大量的工艺装备费用，使综合费用下降。（4）价格昂贵、不允许报废的关键零件。（5）需要最短生产周期的急需零件广泛推广数控机床的最大障碍是设备的初期投资大，由于系统本身的复杂性，又增加了维修费用。如果缺少完善的售后服务，往往不能及时排除设备故障，将会在一定程度上影响机床的利用率，这些因素都会增加综合生产费用。考虑到以上所述的种种原因，在决定选用数控机床加工时，需要进行反复对比和仔细的经济分析，使数控机床发挥它的最好经济效益。第二章计算机数控系统

数控技术及应用教案及讲稿上部分：数控技术及编程第一节概述计算机数控系统（简称CNC系统）是20世纪70年代发展起来的机床数控系统，它是靠计算机运行控制软件来替代先前的硬件数控系统（简称C系统）完成对机床的控制一、CNC系统的组成 CNC数控系统由程序、输入输出设备、CNC装置、可编程控制器(PLC)、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，如图2-1所示为CNC系统的控制框图微机基本系线同服电动机 TM) 模拟量速度何输出接口服单元一⊙ 是示器接光电编码器一⊙ 十致器按口给轴位置控到口平摇脉冲模拟量输出接口动装置发生溶接▣ 人机界接口计数器接光电⊙ 主抽控制接口算材及外设人通信接口开关量输人接口 MST控接口图2- CNC系统的组成框图数控系统严格按照数控程序对工件进行自动加工的。数控加工程序按零件加工顺序记载机床加工所需的各种信息，如零件加工的轨迹信息、工艺信息及开关命令等。二、CNC装置的结构数控系统的核心是CNC装置，CC装置由软件和硬件组成。它的主要功能是，正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入输出任务。其数控功能由硬件和软件共同完成。数控装置将数控加工信息按两类控制量分别输出：类是连续控制量，送往驱动控制装置：另一类是离散的开关控制量，送往机床逻辑控制装置，控制机床各个组成部分实现各种数控功能。 CNC装置的软件部分又包括管理软件和控制软件两大类：管理软件由零件程序的输入输出程序、显示程序和诊断程序等组成：控制软件有译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成。硬件部分包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出接口部分，如图2-2所示。兰州交通大学机电工程学院

数控技术及应用教案及讲稿上部分：数控技术及编程主轴电动机 CNC装机床输出设各速度控制单元选给电动机位置检测器图2-2 数控系统硬件组成示意图 C「实施对数格系统的运算和管理，它由运算器和这制器两部分组成。运管器是对数据进行算术和逻辑运算的部件，控制器是统指挥和控制数控系统各部分的中央机。存储器用于存储系统软件和零件并将运第间结果以及处后的结果存储起来。输入输出接口是计算机与机床之间联系的桥梁和通道，典型的输入输出接部件有：磁盘输入接口、数控操作面板接口、显示器CRT接口、进給伺服控制接口、252 接口等。位置控制是数控系统一个主要组成部分，它主要是指对进给坐标轴的控制。三、CNC装置的工作过程 CC装置的工作过程是在硬件的支持下，执行软件的过程。CNC装置的工作原理是通过输入输出设备输入机床加工零件所需的各种数据信息（数控加工程序）刀具半补偿、加减速控制、插补等处理和运算，将个坐标轴的移动分量送的相应的驱动电路，经过装换、改大动同服电动机，动型标箱运动，同时进实时反馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要求的位置。从而实现刀具与工件的相对运动，自动完成对零件的加工。四、CNC系统的特点与 CNC系统之所以取代以前的NC系统，是因为CNC系统具有NC系统无法比拟的优点。灵活性 C系统是用硬件逻辑线路来实现对机床的控制功能。这种固定接线的电路一旦制成后就很难改变，而CC系统的数控功能大部分由软件在通用硬件的支持下来实现的，其功能的改变、扩充和适应性方面都具有较大的灵活性，如果要改变、扩充其功能，只需通过对软件的修改和扩充便可实现。 2.通用性强 CNC系统的硬件和软件大多采用模块化的结构。按模块化的结构组成的CNC系统基本配置部分是通用的数控机床如数控车、数控铣床中心等) 点能HM门海y。a目「H后1世膜评料得中I9四群温理修都十分方便。 3.数控功能主富 CC系统利用计算机的高度计算能力，可实现许多复杂的数控功能，如高次曲线插补、动静态图形显示、多种功能补偿、数字伺服控制功能等。 C小C装置的加工零件程序在加工前一次送入存储器 ,并经过检查后方可被调用，这就避免了在加工过程中程序输入带来的故障。同时许多功能由软件来实现，硬件结构大大地简化，采用大规模和超大规模集成电路，是可靠性进一步提高。 5.易于实现机电一体化由于采用计算机，使硬件数量相应减少，加之电子元件的集成度越来越高，是硬件的体积不断减小。因此，数控系统的结构非常紧凑，使其与机床结合在一起成为可能兰州交通大学机电工程学院

数控技术及应用教案及讲稿上部分：数控技术及编程兰州交通大学机电工程学院 5 图2-2 数控系统硬件组成示意图 CPU实施对数控系统的运算和管理，它由运算器和控制器两部分组成。运算器是对数据进行算术和逻辑运算的部件；控制器是统一指挥和控制数控系统各部分的中央机构。存储器用于存储系统软件和零件加工程序，并将运算的中间结果以及处理后的结果存储起来。输入输出接口是计算机与机床之间联系的桥梁和通道，典型的输入输出接口部件有：磁盘输入接口、数控操作面板接口、显示器CRT接口、进給伺服控制接口、252 接口等。位置控制是数控系统一个主要组成部分，它主要是指对进给坐标轴的控制。三、CNC装置的工作过程 CNC装置的工作过程是在硬件的支持下，执行软件的过程。CNC装置的工作原理是通过输入输出设备输入机床加工零件所需的各种数据信息（数控加工程序），经过计算机的译码、刀具半径补偿、加减速控制、插补等处理和运算，将每个坐标轴的移动分量送到其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时反馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要求的位置。从而实现刀具与工件的相对运动，自动完成对零件的加工。四、CNC系统的特点 CNC系统之所以取代以前的NC系统，是因为CNC系统具有NC系统无法比拟的优点。 1. 灵活性大 NC系统是用硬件逻辑线路来实现对机床的控制功能。这种固定接线的电路一旦制成后就很难改变，而CNC系统的数控功能大部分由软件在通用硬件的支持下来实现的，其功能的改变、扩充和适应性方面都具有较大的灵活性，如果要改变、扩充其功能，只需通过对软件的修改和扩充便可实现。 2. 通用性强 CNC系统的硬件和软件大多采用模块化的结构。按模块化的结构组成的CNC系统基本配置部分是通用的，不同的数控机床（如数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等），只需要配置相应的功能模块，就可以满足这些机床特定的功能。这对数控机床的维护维修都十分方便。 3. 数控功能丰富 CNC系统利用计算机的高度计算能力，可实现许多复杂的数控功能，如高次曲线插补、动静态图形显示、多种功能补偿、数字伺服控制功能等。 4. 可靠性高 CNC装置的加工零件程序在加工前一次送入存储器，并经过检查后方可被调用，这就避免了在加工过程中程序输入带来的故障。同时许多功能由软件来实现，硬件结构大大地简化，采用大规模和超大规模集成电路，是可靠性进一步提高。 5. 易于实现机电一体化由于采用计算机，使硬件数量相应减少，加之电子元件的集成度越来越高，是硬件的体积不断减小。因此，数控系统的结构非常紧凑，使其与机床结合在一起成为可能