数控加工工艺概述教学概论PPT.ppt

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1、课程:数控加工工艺,主讲教师：王 振办公室:机电系机制教研室,二、期末成绩评定,熟读公差测量，金属材料及热处理,机械制图等书籍；不得迟到,早退更不能旷课,上课须认真听讲；给定作业须在规定时间内完成；本课程由我与大家共同完成,而非我完成任务；不能在上课期间闲聊或睡觉、耍手机（尽量关机）！,一、“课程”规则,考核：平时30%，考试70%（闭卷）平时成绩：【其中考勤10%、作业10%、学习纪律及态度10%】,凡迟到、早退每次扣1分，旷课每次扣3分，请假每次扣1分，扣完为止。迟到、早退3次算1次旷课，请假超过1/3或旷课累计三次不能参加总评！,考勤,学习纪律及态度,没有按时完成规定的作业量，每次扣2分

2、；迟交或未做作业，每次扣3分，扣完为止。,作业,课程结束后进行，考试低于45分不参加总评,三、课程安排,1.课程名称：数控加工工艺2.课程学时数：本学期总计64学时 数控加工工艺基础、工件的装夹与夹具设计基础、数控切削刀具基础、数控车、铣、加工中心、线切割工艺；,讲授：44学时实训：8学时习题及测验：8学时机动：4学时,3.课时分配（64）,四、教材及参考书,参考书:(1)机械加工工艺师手册杨叔子主编，机械工业出版社(2)韩鸿鸾,刘德成主编，数控加工工艺，北京:中国电力出版社,2008(3)数控加工工艺与设备周晓宏主编，机械工业出版社(4)机械制造工艺学郑焕文 主编，高等教育出版社,教材：杨晓

3、平 主编，数控加工工艺北京理工大学出版社，2012年,五、本节课内容,一、数控加工在制造业中的地位和作用,二、数控加工的发展,四、本课程的特点和学习方法,三、本课程的研究内容和任务,毛坯,零件图,第一章 数控加工工艺概述,一、数控加工在机械制造业中的地位和作用,磨石,直径2丈（6.7米），加工天文仪器上的铜环,图1 1668年的畜力铣磨机,图2 1668年的人力脚踏刃磨机,一、数控加工在机械制造业中的地位和作用,一、数控加工在机械制造业中的地位和作用,一、数控加工在机械制造业中的地位和作用,科学技术的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求，机械加工工艺过程自动化是实

4、现上述目的的最主要措施之一。,使用组合机床或专用机床也不太合理，因为要经常改装与调整设备，其周期长、费用高，不能适应现代加工需要。,机械产品的自身要求,单件、多品种小批量零件约占80%以上,一、数控加工在机械制造业中的地位和作用,日本Fanuc公司研制出由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(1976),1、数控机床的发展,二、数控加工的发展,从NC发展到CNCMC（加工中心）DNC（直接数字控制）FMC（柔性制造单元）FMS（柔性制造系统）,1948年，二战后的美国为加速飞机工业的发展（对于复杂的零件和直升飞机的叶轮等加工），空军委托帕森斯公司（Parsons Co）与麻省理工学院合作研究

5、，于1952年试制成功了世界上第一台三坐标立式数控铣床。,1、数控机床的发展,二、数控加工的发展,二、数控加工的发展,我国从1958年由清华大学和北京机床研究所研制了第一台数控机床以来，也同样经历了六代历史。我国与世界上其他国家机床的发展情况如表1-1所示,二、数控加工的发展,我国第一台数控机床,2、自动编程系统的发展,二、数控加工的发展,20世纪50年代后期，美国首先研制成功语言式自动编程APT(Automatically Programmed Tolls)系统，其语言直观、制带快捷、加工精度高等特点；但其语言系统庞大、需用大型通用计算机、不适宜中小用户；西欧和日本等吸收美国技术，分别开发了

6、各自的自动编程系统，如德国的EXAPT、法国的IFAPT、日本的FAPT等。我国的自动编程系统发展较晚，主要有用于航空零件加工的SKC系统，ZKC、ZBC、SKG系统等。目前采用图形交互式自动编程系统，是一种可以直接将零件的几何图形信息自动转化成为数控加工程序的全新的计算机辅助编程技术。常用自动编程软件有UG、MasterCam、Pro-E、SolidWorks等。,1952年3月，世界上第一台三坐标数控铣床试制成功，可作直线插补，由美国的巴森兹(Parsons)公司和麻省理工学院(MIT)合作研发。,日本 FANUC德国SIEMENS西班牙 FAGOR,1959年，由美国的克耐杜列克(Kea

7、ney&Trecker)首次研制开发了具有自动换刀装置和回转工作台的加工中心(Machining Center，MC)。,20世纪60年代末，出现了直接数控系统(Direct NC,DNC)，由一台计算机直接管理和控制一群数控机床。,1967年，英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统，即现在的柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS)的前身。,20世纪末，出现了以数控机床为基本加工单元的计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)。,20世纪80年代初，出现了以加工中心或车削中心

8、为主体，配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell，FMC)。,3、自动化生产系统的发展,二、数控加工的发展,三、本课程研究的内容及任务,数控机床加工工艺是以数控机床中的工艺问题为研究对象的一门专业技术；它以机械制造中的工艺理论为基础，结合数控机床的特点，综合运用多方面的知识解决面临的数控加工中的工艺问题。其主要内容包括金属切削、加工工艺的基本知识和基本理论、金属切削刀具和量具的选择及使用、零件的安装与装夹、典型零件的工艺分析等。通过本课程的学习应掌握：1、金属切削加工的基本知识和基本理论；2、学会选择机床、刀具、夹具及零件表面质量的保

9、证方法；3、能够正确选择有关切削参数；4、掌握数控加工工艺设计方法；5、能够初步制定中等复杂程度零件的数控加工工艺的编排。,本课程是本专业的一门专业技术课，其特点是涉及面广、实践性强、灵活性大。,由于数控加工工艺同生产实际紧密相连，其理论是前人长期生产实践的总结。学习中必须和生产实际相结合，只有通过生产实际和实践性教学环节的配合，才能掌握有关知识，提高解决实际问题的能力。,灵活性大,它不仅包括金属切削原理、刀具、夹具和机械加工工艺等，还要运用到以前学过的机械制图、金属材料与热处理、公差配合、机械设计、机械制造基础和数控机床等有关知识。,同一个问题，加工同一个零件，不同的人、有不同的解决办法；即

10、使是同一个人，随着生产条件的不同，解决问题的方法也不一样。,涉及面广,实践性强,四、本课程的特点和学习方法,借用：“三十字”学习方法：带着问题学，活学活用，学用结合，急用先学，立竿见影，要在“用”字上狠下功夫。林彪,学好数控加工工艺的关键,本课程的所有内容，必须牢固掌握，熟练应用，做到熟能生巧，灵活运用。,.认真整理笔记，复习巩固本节内容；,.预习下节课内容“数控加工与数控工艺”；,感谢听讲，请同学们课后：,第一章 数控加工工艺概述,1.2 数控加工与数控工艺,1.2.1 数控加工的概念,数字控制（NC）简称数控，是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行控制的自

11、动化方法。,数控技术（Numerical Control Technology）是指用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术，它是制造业实现自动化、柔性化和集成化生产的基础技术。由于计算机应用技术的成熟，数控系统均采用了计算机数控（CNC，Computer Numerical Control）以区别于传统的NC。,数控机床：采用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的机床，称为数控机床。,1.2.2 数控加工的基本原理与加工过程,1、数控机床加工的基本原理,数控加工就是根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程并输入到数控机床的数控系统，用以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从

12、而完成零件的加工。总之，数控机床的工作原理为:根据被加工零件图纸进行工艺分析，编程加工程序，将加工程序输入到数控装置中完成轨迹插补运算，控制伺服系统机床本体执行机构的运动轨迹，加工出符合零件图要求的工件。其主要过程为:工艺分析及编制、加工程序编制、程序输入轨迹插补运算、伺服系统控制和机床加工。,1.2.2 数控加工的基本原理与加工过程,1.2.2 数控加工的基本原理与加工过程,2、数控机床的组成,如图所示，数控机床的结构主要由程序载体（输入输出设备）、数控装置、伺服系统、辅助控制装置、测量反馈装置和机床本体几部分组成。,2.数控装置数控装置是数控机床的核心。它根据输入的数据和程序，完成包括数值

13、计算、逻辑判断、轨迹插补等功能。数控装置一般由专用工业计算机及可编程控制器组成。可编程控制器主要完成机床辅助功能、主轴选速功能和换刀功能的控制。,1.程序载体（输入输出设备）其主要作用是编制程序、输入数据和程序、输出显示和打印。这一部分的硬件有键盘、显示器、磁盘输入机、打印机等。高性能数控机床还包含自动编程机或CAD/CAM系统。,FANUC 系列 150i B型数控装置,2、数控机床的组成,2、数控机床的组成,PLC(Programmable Logic Controller)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由

14、继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；功能：接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作；接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。,3.伺服系统伺服系统包括伺服电动机、伺服控制线路、驱动电路和执行机构。其主要功能是将数控装置产生的脉冲信号转化为机床执行机构的速度和位移。伺服电动机可以是步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机。伺服控制和驱动电路为各自的相应电路。,2、数控机床的组成,4.测量反馈装置测量反馈装置的主要功能是:将机床本体执行机构的速度和位置信号测

15、量出来反馈到数控装置中。常用的检测装置有:脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅、磁尺等。,2、数控机床的组成,5.机床本体机床本体是被控制的对象，是数控机床的主体，一般都需要对它进行位移、速度和各种开关量的控制。它与普通机床相比较，同样由主传动机构、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分组成，但数控机床的整体布局、外观造型传动机构、刀具系统及操作机构等方面都作了很大改进，具有良好的伺服性能。,2、数控机床的组成,6.辅助控制装置辅助控制装置主要包括自动换刀装置(APC)、工作自动交换装置(APC)、自动排屑装置、冷却装置、工件装夹控制等部分。机床加工功能与类型不同，所包含的辅助控制

16、装置部分一也不同。,(a)刀库;(b)自动换刀装置ATC;(c)自动托盘交换装置APC;(d)回转工作台;(e)中空液压卡盘;(f)铣削用三爪卡盘(g)工件接收器;(h)机械对刀仪;(i)跟刀架,数控加工就是根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程并输入到数控机床的数控系统，用以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。,1.2.2 数控加工的基本原理与加工过程,3、数控机床的加工过程,1.2.3 数控加工的特点,数控加工和传统的切削加工，基本加工方式是类似的。在传统加工中，机床操作员用手操作机床来完成零件的加工，对操作者的操作技能要求较高。而数控加工是一种现代化的自

17、动控制过程，主要依赖各种先进的控制系统和自动检测元件来代替手工操作，加工的精度和工件的一致性在很大程度上取决于机床的精度和程序的正确度。加工程序必须完整而正确的描述整个加工过程，对操作者的机床调整能力和程序编制能力要求较高；而加工过程中，人的参与程度较低。利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。,1.2.3 数控加工的特点,和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下特点：,1）自动化程度高，操作人员劳动强度低；,2）加工精度高；,3）对加工对象适应性强，加工范围广；,4）生产效率高；,5）易于建立计算机通信网络，便于生产管理。,不

18、足之处：设备初期投资大；对工艺和编程要求较高；由于系统本身的复杂性，增加了维修的技术难度和维修费用。,数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和。,数控加工工艺是数控编程的前提和依据；数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。,1.2.4 数控加工工艺,1、数控加工工艺的概念,1.2.4 数控加工工艺,2、数控加工工艺设计的主要内容,选择并确定进行数控加工的内容,数控加工的工艺分析,零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定,制定数控加工工艺方案,确定工步和进给路线,选择数控机床的类型,选择和设计刀具、夹具与量具,确定切削参数,编写、校验和修改加工程序,首件试加工与现场

19、问题处理,数控加工工艺技术文件的定型与归档,2、数控加工工艺设计的主要内容,主要包括以下几方面：,1）、选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容；2）、分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求；3）、设计数控加工工序；4）、调整数控加工工序的程序；5）、分配数控加工中的容差；6）、处理数控机床上部分工艺指令；7）、编制数控加工工艺技术文件。,3、数控加工工艺与普通加工工艺的区别,1.2.4 数控加工工艺,1数控加工的工艺内容十分明确而且具体,编制加工程序之前，需要对影响加工过程的各种工艺因素。对每个问题都要给出确切的答案和选择，而不能像用普加时，在大多数情况下对许多具体的工艺问题，由操作

20、工人依据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定。,3、数控加工工艺与普通加工工艺的区别,2数控加工的工艺工作相当准确而且严密,普加时可以根据加工过程中出现的问题由操作者自由地进行调整，而数控加工不能。,以加工内螺纹为例！,3数控加工的工序相对集中,数控机床上加工往往是在工件的一次装夹中完成工件的钻、扩、铰、铣、螳、攻螺纹等多工序的加工。这种“多序合一”现象也属于“工序集中”的范畴，极端情况下，在一台加工中心上可以完成工件的全部加工内容。,3、数控加工工艺与普通加工工艺的区别,3、数控加工工艺与普通加工工艺的区别,5数控工艺比普通工艺更注重加工的适应性，要根据数控加工工艺的特点正确选择加工方法和加工

21、对象。,4数控工艺在设计时对于时间定额的要求比较灵活；,数控加工工艺过程与普通加工工艺过程之间应做好相互的衔接，数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，要注意其衔接。,第一章 数控加工工艺概述,1.3 数控加工工艺技术的新发展,在整个生产过程中，工艺工作贯穿其中。工艺设计工作不仅涉及到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产技术水平等，甚至还要受到工艺人员实际经验和生产管理体制的制约，其中的任何一个因素发生变化，都可能导致工艺设计方案的变化。因此说工艺设计是企业生产活动中最活跃的因素，工艺设计对其使用环境的依赖就必然导致工艺设计的动态性和经验性。随着计算机在制造型企业中的应用，通过计算机

22、进行工艺的辅助设计已成为可能，CAPP的应用将为提高工艺文件的质量，缩短生产准备周期，并为广大工艺人员从繁琐、重复的劳动中解放出来提供一条切实可行的途径。应用计算机辅助工艺设计的必要性已被越来越多的企业所认识，选取一个适宜本企业生产及管理环境的CAPP系统不但能充分发挥计算机辅助工艺设计的优越性，更能为企业数据信息的集成及管理打下良好的基础。,CAPP的开发、研制是从20世纪60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS

23、系统。在CAPP发展史上具有里程碑意义的是CAM-于1976年推出的CAM-S Automated Process Planning系统。取其字首的第一个字母，称为CAPP系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解释，但把CAPP称为计算机辅助工艺设计已经成为公认的释义。,1、CAPP技术发展简介,1.3 数控加工工艺技术的新发展,1.3 数控加工工艺技术的新发展,2、CAPP技术工作原理,用计算机生成工艺的基本原理是：将经过标准化或优化的工艺以及编制工艺的逻辑思维通过CAPP系统存入计算机。在计算机生成工艺时，CAPP软件首先读取有关零件的信息，然后识别并检索一个零件族的复合工艺和有关工

24、序，经过删减和编辑或按工艺决策逻辑进行推理自动生成具体零件的工艺。,1.3 数控加工工艺技术的新发展,3、CAPP系统的基本结构,1.3 数控加工工艺技术的新发展,4、CAPP的基础（关键）技术,1.成组技术(GT,Group Technology)，早期的CAPP系统的开发一般多为以GT为基础的变异式CAPP系统。2.零件信息的描述与获取 零件信息(几何拓扑及工艺信息)的输入3.工艺设计决策机制 其核心为特征型面加工方法的选择，零件加工工序及工步的安排及组合，故其主要决策内容如下:（1）工艺流程的决策;（2）工序决策;（3）工步决策;（4）工艺参数决策。为保证工艺设计达到全局最优化，系统把这

25、些内容集成在一起，进行综合分析，动态优化，交叉设计。4.工艺知识的获取及表示 工艺设计是随设计人员、资源条件、技术水平、工艺习惯而变。要使工艺设计在企业内得到广泛有效的应用，必须总结出适应本企业的零件加工的典型工艺及工艺决策的方法，按所开发CAPP系统的要求，用不同的形式表示这些经验及决策逻辑。选择性知识、决策性知识、控制性知识5.工序图及其它文档的自动生成。6.NC加工指令的自动生成及加工过程仿真。7.工艺数据库的建立。,高速切削,高精度控制,高度柔性化,资源网络化,系统智能化,高速切削可通过高速运算、快速查补运算、超高速通信和高速主轴等技术来实现。,高主轴转速可减少切削力，有利于克服机床振动，传入零件中的热量大大降低，排屑加快，热变形减小，加工精度和表面质量可得到显著改善。,21世纪的CNC系统将是一个高度智能化的系统，可在局部或全局实现加工过程的自适应、自诊断和自调节；智能编程、智能监控；专家系统可降低对操作者的要求。,前 景,.认真整理笔记，复习巩固本节内容；,.预习下节课内容“数控加工工艺基础”；,感谢听讲，请同学们课后：,