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数控机床课程名称:数控技术授课班级:机制101授课内容:第一章数控机床概述&1.1数控机床简介&1.2数控机床的组成授课学时:2学时教学目的:1、掌握数控机床的基本概念/特点/组成/分类2、了解数控技术的产生背景/发展现状及发展趋势教学重点：掌握数控机床的组成、分类、特点、适用范围教学难点：掌握数控机床的组成/分类/特点/适用范围教学过程：第一节数控机床简介一、数字控制：用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种控制方法。数控机床：国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会，对数控机床作了如下定义：一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑的处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。二、数控机床的产生与发展：（一）产生：1、传统的生产方法已满足不了生产需求1)单件小批量生产——占70%，一般用试切法，技术水平要求高，劳动强度大，精度不高，无法实现自动化。如：普通车、铣、刨、磨床等2)工艺流水作业——调整法加工，生产率提高，精度提高，成本低，品种多，采用组合机床，多机床配合，环节出现问题，生产停滞。3)自动机床：用凸轮控制，适于生产简单工件，且改型困难2、社会的需求1)品种多样化2)零件精度和形状复杂程度不断提高3)生产品种的频繁换型3、技术上的可行性1)电子计算机的发明2)电子技术的发展a、现代控制理论的发展b、各种功能优越件的产生c、大规模集成电路的出现3)新颖机械结构的出现a、滚珠丝杠—代替普通丝杠，动作更灵活，间隙更小，精度提高b、滚动导轨—代替滑动导轨，移动灵活，克服爬行和前冲现象4)机床动态特性的研究成果使机床的刚度更好，主轴转速更高，抗振性提高由于生产的发展要求出现新的生产工具，而在技术上又已具备了条件，于是在1948年，美国帕森斯公司提出应用计算机控制机床加工的设想，并与麻省理工学院合作进行研制工作。1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。1958年我国开始研制数控机床。(二)发展：1952——1959年，电子管制成数控机床控制系统1959——1965年，晶体管制成数控机床控制系统1965——1970年，小规模集成电路1970——1974年，大规模集成电路1974——，微型计算机第二节：数控机床的组成：数字控制计算机：处理加工程序，输出各种信号，控制机床完成各种运动。PC控制部分：介于控制计算机和机械、液压部件之间的控制系统，接受计算机输出的指令信号，经过编译、逻辑判断、功率放大后，直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，完成相应的动作。以上两部分加上输入输出设备、驱动装置等可以和称为——计算机数控系统（ComputerizedNumericalControlSystem）也可简称为CNC系统。目前通常所说的数控系统，一般均指计算机数控系统。液压、气动系统：辅助装置，用来实现润滑、冷却、夹紧、转位、排屑等功能。机械部分：包括主运动部件（主轴）、进给运动执行部分（工作台、拖板、床身等）伺服系统：根据CNC发来的速度和位移指令，控制执行部件的进给速度、方向、位移。三、数控机床的加工运动：主运动（控制主运动可以得到合理的切削速度）一般指主轴转速。数控机床需要无级变速，一般采用变频器控制变频电机来实现无级变速。如：XKA714采用日本安川变频器，河北变频电机。进给运动（控制进给运动可以得到不同的加工表面）用伺服电机或步进电机来控制丝杠的转动，从而带动工作台或刀具在二维、三维空间内进行移动，加工出各种曲面。四、数控机床的优缺点：优点：1.精度高，质量稳定传动精度高（滚珠丝杠），摩擦阻力小（滚动导轨），设有检测元件（矫正误差）程序自动加工，避免认为误差。2..生产率高，采用高硬度的硬质合金刀具，因而切削速度提高，可实现自动换刀，空行程速度快：15m/min~240m/min，因而缩短了辅助时间。3.功能多，一次装夹可完成多种加工，消除因重复定位而带来的误差。如：数空镗铣床、纵切机床。4.适应不同零件的自动加工，要换零件品种，只需改变程序。5.能完成复杂形面的加工，如：螺旋桨面6.减低劳动强度，有较高经济效益。缺点：1.价格昂贵，一次性投资大2.维修和操作较复杂数字控制计算机PC控制部分伺服系统液压、气动系统机械部分数控机床的结构特点：1.增加机床的刚度2.注重散热和排屑3.采用滚珠丝杠和滚动导轨，或塑料贴面导轨4．采取了传动消除间隙机构，提高了传动精度课后总结：数控机床基本概念/组成和适用范围发展趋势要讲清楚。作业布置：P10第1、2题机械手数控机床教案2课程名称:数控技术授课班级:机修101授课内容:第一章数控机床概述&1.3数控机床分类&1.2数控机床的特点和应用授课学时:2学时教学目的:1、掌握数控机床的基本特点、分类2、了解数控技术的产生背景/发展现状及发展趋势教学重点：掌握数控机床的组成、分类、特点、适用范围教学难点：掌握数控机床的组成/分类/特点/适用范围教学过程：第三节数控机床的分类1.按工艺用途分2.按加工路线分点位控制数控教案：孔坐标位置精度要求高，如：钻床、镗床、冲床等.直线控制数控机床：直线不仅要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点轮廓加工控制系统：刀具轨迹运动精度要求高，如铣床3.按有无检测装置分：1）开环系统—无位置检测装置2）闭环系统—检测元件装在床身和移动部件上3）半闭环系统—检测元件装在电机尾部4.按可联动坐标数分：二坐标联动——数控车床三坐标联动——数控铣床在工作台上装数控分度头，即四坐标联动，使工作台沿X轴可转动，即轴联动。第四节数控机床的发展趋势：1.先进的自检能力：提高机床的综合性能2.向高速、高精度发展：分辨率可达0.01微米，进给速度可达400~800mm/min3.更高的生产率，利用率：自动换刀4.单元模块化：控制单元、伺服单元、机械部件已模块化生产，需要时组装，如：XKA714机械部分北京一机床，CNC西门子生产5.更强的通讯、图象编程、显示功能：计算机编程八、单机单机单机...FMS柔性制造系统FMSFML柔性制造生产线FA自动化工厂FMLFMS...FML...九、数控机床加工特点数控机床是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床是实现自动化最重要的环节，是发展柔性生产的基础。数控机床在加工下面一些零件中更能显示优越性：1)批量小（200件以下）而又多次生产的零件2)几何形状复杂的零件3)在加工过程中必须进行多种加工的零件4)切削余量大的零件5)必须严格控制公差（即公差带范围小）的零件6)工艺设计经常变化的零件7)加工过程中的错误会造成严重浪费的贵重零件8)需要全部检验的零件，等课后总结：数控机床基本概念/组成和适用范围发展趋势要讲清楚。作业布置：P10第4、5、6题数控机床教案3课程名称:数控技术授课班级:机修101授课内容:第二章数控加工编程&1.1概述授课学时:学时教学目的:1、掌握数控机床加工的基本概念和基础知识教学重点：机床坐标的规定、程序结构和基本参数教学难点：教学过程：一、数控加工基本原理二、数控机床程序编制的内容和步骤主要内容：分析零件图、确定加工工艺过程、进行数学处理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、程序输入、工件试切步骤：1.分析零件图和工艺处理分析零件图，决定加工方案，确定加工顺序，设计夹具，选择刀具，确定走刀路线，切削用量等。正确选择对刀点、切入方式。2.数学处理建立工件坐标系，确定加工路线，计算出各几何元素的起点、终点、圆心坐标值。（复杂零件或不规则零件坐标点不好找，可以借助CAD画图求出）3.编写程序根据所使用的数控系统指定的代码及格式编写程序。4.程序输入以前用穿孔带作为介质，通过纸带阅读机送入数控系统。现在可以直接用键盘输入，或在计算机中编好后通过相应的软件及接口传入程序。5.程序校验与首件试切零件图纸工艺分析穿孔带数据计算编程控制机伺服电机伺服电机伺服电机机床部件机床部件机床部件成品分析零件图纸工艺处理数学处理编写程序清单程序输入程序检查数控系统数控机床试切零件毛坯成品零件程序必须经过检查校验试切后才可使用。可以通过空运行程序检查轨迹是否正确，还可以用图形模拟功能。首件试切时，一般单段运行，监视加工状况，随时调整参数，出现问题，立刻停车。三、数控机床编程方法1)手工编程由人工完成零件图纸分析、工艺处理、数值计算、编写程序清单，直到程序输入、校验，称为“手工编程”。此种方法适用于点位或几何形状不太复杂的零件。2）自动编程所谓“自动编程”，就是使用计算机或编程机，完成零件编程的过程，使用规定的语言手工编写一个描述零件加工要求的程序，输入计算机中，计算机自动进行计算并生成程序。PowerMill、Mastercam、CAXA等可先画出零件的三维实体图，设置好加工参数、路径，可以自动生成加工程序。此方法适用于复杂曲面的零件或几何元素不复杂，但程序量很大的零件。手工编程时间：加工时间约为30：1且NC机床不能开动的原因中20%~30%是由于程序不能及时编出造成的，所以必须要求编程自动化。二、数控机床编程的基础知识本节重点：1.程序段格式2.各功能字作用国际上已形成了两个通用标准：国际标准化组织（ISO）标准和美国电子工业学会（EIA）标准。我国根据ISO标准制定了JB3051-82《数字控制机床坐标和运动方向的命名》等国标。由于生产厂家使用标准不完全统一，使用代码、指令含义也不完全相同，因此需参照机床编程手册。1、程序结构与格式一个完整的零件加工程序，由若干程序段组成；一个程序段，序号、若干代码字和结束符号组成；每个代码字，由字母和数字组成。例：（程序段）/N3G00X10Z10M3S650；程序段结束符辅助功能代码坐标值准备功能代码程序段序列号选择程序段跳过符一个程序段包含三部分：程序标号字（N字）+程序主体+结束符（1）程序标号字（N字）：也成为程序段号，用以识别和区分程序段的标号，不是所有程序段都要有标号，但有标号便于查找，对于跳转程序来说，必须有程序段号，程序段号与执行顺序无关。（2）结束符号：用“；”，有些系统用“*”或“LF”，任何程序段都必须有结束符，否则不与执行。（一般情况下，在数控系统中直接编程时，按回车键，可自动生成结束符，但在电脑中编程时，需手工输入结束符）（3）程序段主体部分：一个完整加工过程，包括各种控制信息和数据，由一个以上功能字组成。功能字包括：准备功能字（G），坐标字（X、Y、Z），辅助功能字（M），进给功能字（F），主轴功能字（S），刀具功能字（T）等。2、功能字：（1）准备功能字（G字）：使机床做某种操作的指令。用地址G和两位数字表示，从G00-G99共100种。非模态G代码：只在它所在的程序段内有效，如：G04、G92、G08、G09（加、减速）模态G代码：一旦执行就一直保持有效，直到被同一模态组的另一G代码替代为止。如：G00、G01、G02（2）坐标字：由坐标名、带+/-号的绝对坐标值（或增量值）构成。X、Y、Z，U、V、W，P、Q、R，A、B、C，I、J、K（3）进给功能字（F字）：由地址码F和后面表示进给速度的若干位数构成。（4）主轴转速功能字（S字）：由S字母和后面的若干位数字组成。（5）刀具功能字（T字）：T地址字后接若干位数值，数值为刀号和刀补号。如T3选3号刀具（6）辅助功能字（M字）：M地址字后接2位数值，M00-M99共100种M代码。如M00、M02、M03、M04等（7）刀具偏置字（D字和H字）：D字后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具直径值调出，当程序中有G41或G42指令时，这个值就是刀具半径的补偿值。H字后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具长度度值调出，当Z轴运动时，这个值就是刀具长度偏置值。课后总结：让学生建立起数控编程的基本概念作业布置：P102-12-2数控机床的坐标轴及其运动方向a)数控车床b)立式数控镗铣床c)卧式数控镗铣床工作台数控机床教案4课程名称:数控技术授课班级:机修101授课内容:第二章数控加工编程&1.2数控机床坐标系授课学时:2学时教学目的:1、掌握数控机床加工的基本概念和基础知识教学