数 控 加 工技 术.docx

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数控加工技术

数控加工技术

适用：

钳工高级技师班/技师班

谢归宁

2005-3-13

科目

章节（或课题）

授课日期

7月22

课时

4

机械制图

普通车床的结构原理

班级

钳工技师

授课方式

板书

作业题数

见教案

教学目的

使学员了解机床的结构与原理

选用教具挂图

重点

1、机床的编号

2、车床的工作原理

3、车床的主要结构

难点

1、传动路线的分析

2、主轴箱的主要部件的结构。

内容提要：

金属切削机床的分类和型号编制方法

车床的工作原理

车床的主要结构与原理

课后总结：

第一章机床的基本知识

第一节普通机床的结构和工作原理

一、金属切削机床的分类和型号编制方法

标准：

JB1838-85金属切削机床型号编制方法

1、机床的分类

最基本的分类方法是以机床的加工方法和所用刀具的特征来分，可以分成12类：

车床、钻床、镗床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床、其它机床。

在每类机床中，又按工艺特性和结构特性的不同，细分为若干组，而每一组又细分为系。

按工艺范围可以分通用机床（或称万能机床）、专门化机床、和专用机床。

通用机床有很宽的工艺范围，可完成多种工序，或加工该工序范围内的多种类型零件，如卧式车床、万能外圆磨床及摇臂钻床等。

专门机床的工艺范围较窄，是为加工某种零件或工序而专门设计和制造的，也有一定加工范围，如铲齿车床、丝杠铣床等。

专用机床的工艺范围最窄，一般是为某特定零件的特写工序而设计制造的，如大量生产的洫、拖拉机零件所用的各种钻、镗组合机床。

按重量和尺寸的大小来分：

仪表车床、中型机床、大型机床、重型机床和超重型机床。

按加工精度来分：

普通精度机床、精密机床、高精密机床。

按自动化程度来分：

手动、机动、半自动和自动机床。

按主要工作部件的多少来分：

单轴、多轴或单刀、多刀等。

2、床型号的编制方法

（1）2（3）45（×6）（7）（/8）

1-分类代号，数字，可有可无。

2-类代号，汉语拼音字母大写，必有。

3-通用特性代号或结构特性代号，汉语拼音大写，可有可无，结构特性代号没有统一的规定。

4-组、系代号，数字。

必有

5-主参数或设计顺序号，数字，必有。

6-第二主参数，数字，可有可无。

7-重大改进顺序号，汉语拼音大写，可有可无。

8-同一型号机床的变型代号，数字，可有可无。

通用机床为例：

类代号：

车床：

C；钻床：

Z；镗床：

T；磨床：

M，2M，3M；齿轮加工机床：

Y；螺纹加工机床：

S；铣床：

X；刨插床：

B；拉床：

L；特种加工机床：

D；锯床：

G；其它机床：

Q。

通用特性代号：

高精度：

G；精密：

M；自动：

Z；半自动：

B；数控：

K；加工中心：

H；仿形：

F；轻型：

Q；加重型：

C；简式：

J。

组系代号：

每一类型的机床一般有0-9十个组别；每个组里又有若干个系。

如：

CM6132-表示床身上最大工件回转直径为320mm的精密卧式车床。

C6140A-表示床身上最大工件回转直径为400mm的普通卧式车床，作过一次重大改进。

CK1436-表示床身上最大工件回转直径为360mm的斜床身数控车床。

THK6180-表示工作台面宽度为800mm的自动换刀数控卧式镗铣床。

Z3040-表示最大钻孔直径为40mm的摇臂钻床。

二、普通车床的工作原理

1、在车床上能完成的加工：

钻中心孔、车圆柱面、车端面、钻孔、车内孔、扩孔、车环槽、车螺纹、滚花、车圆锥、车成形面、铰孔等。

2、车床的运动：

（1）工件的旋转运动：

主运动：

n,r/min

（2）刀具的移动：

进给运动,f,mm/r

3、车床的组成：

卧式车床主要是由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架和尾座等部分组成。

4、车床的传动系统

把电动机和运动部件联系起来的系统叫传动系统。

连接两个运动部件的联系叫做传动链。

卧式车床的传动方框图：

电动机换向机构主变速机构主轴

换向机构

挂轮

进给变速机构转换机构

三、车床的主要部件的结构和工作原理

（一）主轴箱

1、主轴箱的传动路线图

齿轮的种类：

固定齿轮、空套齿轮、滑移齿轮

在黑板上画图。

2、主轴箱的传动路线和主轴变速级数的计算

3、主轴箱的结构

（1）双向式多片摩擦离合器及制动器

多片摩擦离合器的作用：

控制主轴的起动和停止，以及正反换向。

制动器：

使主轴运动后停车时克服惯性立即停止转动。

钢带式制动器

（2）传动轴的支承结构：

由于主轴箱中的传动轴转速较高，一般采用深沟球轴承或圆锥滚子轴承，且为双支承结构，长的传动轴，有三个支承结构。

定位有一端定位和两端定位两种方式。

（3）主轴组件：

主轴与支承及传动元件构成了主轴组件。

主轴的旋转精订、刚度和抗振性对加工精度有很大的影响。

主轴支承大多采用滚动轴承，一般为前后两点支承，大型的也有三点支承的。

6140主轴的前后支承处各装有一个双列短圆柱滚子轴承，原因是这种轴承的刚度和在载能力大，旋转精度高，且内圈较薄，内孔锥度为1：

12，可以通过主轴轴颈轴向移动来调整轴承间隙，使主轴有较高的旋转精度和刚度；中间支承处则装有一个单列向心短圆柱滚子轴承，用于承受径向力。

前支承处还装有一个60度的角接触的双列角接触球轴承，用于承受左右两个方向的轴向力。

（4）润滑装置

溅油润滑、液压泵供油循环润滑。

（二）进给箱

作用：

进给箱和挂轮箱一起来保证车削不同螺纹时的传动路线和不车螺纹时的机动进给路线。

1、车削米制螺纹的传动链：

M3和M4脱开，M5接合：

讲解传动链和螺距的计算。

2、机动进给传动路线与进给量的计算

科目

章节（或课题）

授课日期

7月23

课时

4

机械制图

车床的精度与检验

班级

钳工技师

授课方式

板书

作业题数

见教案

教学目的

使学员了解机床的精度与检验方法

选用教具挂图

重点

1、机床精度概念

2、车床的检验标准

3、车床精度的检验方法

难点

车床精度的检验标准

内容提要：

1、加工精度概念

2、影响加工精度的因素

3、提高加工精度的工艺措施

4、机床精度的概念

5、车床的检验标准

6、车床精度的检验方法

课后总结：

第二节加工精度与车床的精度

一、加工精度的概念

机床的加工精度是衡量机床性能的一项重要指标。

什么是加工精度呢？

1、加工精度是指零件在加工以后几何参数（尺寸、形状、位置）的实际值与理想值的符合程度，符合程度越高，加工精度越高。

包括尺寸精度、几何精度、表面相互位置精度。

不符合程度称为加工误差。

2、加工误差的影响因素

（1）在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具构成一个加工系统称为机械加工工艺系统。

（2）由于工艺系统本身的结构和状态操作过程以及加工过程中的物理力学现象而产生的误差称为原始误差。

可以分为：

原理误差、安装误差、机床误差、夹具误差、刀具误差、测量误差、力变形误差、热变形误差、内力变形误差、调整误差等。

归纳起来为四个主要方面：

工艺系统的几何误差、工艺系统受力所引起的误差、工艺系统热变形所引起的误差、工件内应力所引起的误差。

二、影响加工精度的因素

1、工艺系统的几何误差：

是指机床夹具刀具的制造安装误差以及工件毛坯和半成品所存在的误差等。

（1）加工原理误差：

是指由于采用了近似的刀具轮廓或近似的加工运动方式和近似速比的成形运动加工工件而产生的加工误差。

（2）机床的几何误差：

a、主轴的回转误差：

径向跳动、轴向窜动、角度摆动。

造成主轴径向跳动的主要原因是主轴轴颈和轴承的精度误差。

造成角度摆动主要是主轴两端的径向跳动量不等方位相反。

造成轴向窜动的主要原因是滑动轴承是主轴轴颈的轴向承载面和主轴箱体孔的轴承承载面两者的误差，滚动轴承滚道的精度和滚动体的误差。

b、导轨误差：

导轨在水平内的直线度误差会影响刀尖运动轨迹相对于开件的轴心线之间能否保持平行，使工件成鼓形或鞍形；垂直平面内的直线度误差影响刀尖对工件中心线的高度，但是对加工精度影响较小。

前后导轨在垂直平面内的平行度误差会使溜板沿床身移动时产生倾斜，会使工件产生圆柱度误差。

c、传动链链误差：

是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差，一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。

减少传动链误差的方法有尽可能减少传动链中的元件数目，缩短传动链；提高传动元件特别是末端元件的制造精度和安装精度；消除齿轮传动间隙；采用传动误差校正装置。

（3）刀具、夹具误差及工件的定位误差：

a、刀具误差：

制造、磨损、安装引起。

b、夹具误差：

夹具的制造、磨损、安装

c、工件的定位误差：

2、艺系统热变形所引起的加工误差

（1）机械加工过程中由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统在削力、夹紧力、传动力、重力和惯性力等作用下所产生的弹性或塑性变形。

（2）刚度：

指物体或系统抵抗外力使其变形的能力。

（3）提高系统刚度的措施：

提高接触刚度，合理的结构设计、设置辅助支承、采用合理的安装和加工方法。

3、艺系统热变形所引起的加工误差

（1）工艺系统的热源；切削热、摩擦热、环境温度和辐射热

（2）热变形的控制：

从结构和加工工艺两方面着手。

4、工件内应力所引起的加工误差

（1）内应力的概念及特点：

零件在外载荷去除后，其内部仍存在的应力称为残余内应力，简称为内应力。

（2）应力产生的原因及影响：

热应力、塑变应力、组织应力

（3）少应或消除应力的措施：

进行时效处理、结构设计时注意、尽量不采用冷校直、设法减少切削力和切削热。

三、提高加工精度的工艺措施

1、直接减小或消除误差法

2、补偿或抵消误差法

3、误差转移法

4、就地加工法

5、误差分组法

6、误差平均法

四、机床精度的概念

机床的精度包括几何精度、传动精度、定位精度以及工作精度等。

1、几何精度：

指的是机床在不运动或运动速度较低时的基础零件工作面的几何精度。

2、传动精度：

是指机床内联系传动链两末端件之间的相对运动精度，主要表现为传动误差。

3、定位精度：

是指机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。

即实际位置与预期位置之间的误差。

4、工作精度：

机床在外载荷、温升及振动等工作状态作用下的精度。

五、车床精度的检验方法

1、卧式车床的检验标准：

床身纵向导轨在垂直平面内的直线度和横向导轨应在同一平面内。

溜板移动在水平面内的直线度。

尾座移动对溜板移动的平行度。

主轴的轴向窜动和主轴轴肩支承面的跳动、主轴定心轴颈的径向跳动、主轴轴线的径向跳动，主轴轴线对溜板移动的平行度、尾座套筒轴线对溜之大吉板移动的平行度，顶尖的跳动、刀架对主轴轴线的平行度和垂直度、丝杠的轴向窜动、精车外圆的圆度和圆柱度、精车端面的平面度、精车螺纹的螺距误差

2、检验方法与仪器

（1）身导轨的直线度和导轨在同一平内通常用水平仪检验。

水平仪有条形、框式及合象等几种。

床身导轨在垂直平面内的直线度的检验：

将水平仪纵向放在溜板上靠近前导轨处，将溜板从左向右移动，记录读数。

（气泡移动方向和水平仪移动方向相同为正值，反为负值）画出直线度曲线。

例：

车床的最大工件长度为1000mm，溜板每移动250mm测量一次，水平仪刻度值为0.02/1000；溜板在各个测量位置时水平仪的读数依次为：

+1.5\+1.6\-0.5\-1.1\-1.0，根据这些读数画出导轨在垂直平面内的直线度曲线并计算导轨全长的直线度误差以及第二个测距内的局部误差。

床身导轨在同一平面内的检验：

水平仪横放在溜板上中间位置，纵向移动溜板。

（2）溜板移动在水平面内的直线度

在前后顶尖间顶紧一根检验棒，刀架上装一千分表，使其测头顶在检验棒的侧母线上，调整尾座，使千分表在检验棒两端的读数相等，然后移动溜板检验，千分表在溜板全部行程上读数的最大代数差为溜板移动在水平面内的直线度误差。

为消除检验棒误差的影响，将检验旋转180度再取多次读数，取平均值。

（3）主轴的径向跳动、轴向窜动和轴肩支承面的跳动

a、主轴的径向跳动：

在主轴锥孔中紧密地插入一根检验棒，将千分表固定在机床上，使其测头顶在检验棒表面上。

旋转主轴，在两处分别读数。

最大差值为径向跳动量。

b、主轴定心轴颈的径向跳动：

c、主轴的轴向窜动

d、主轴轴肩支承面的窜动

（4）主轴轴线对溜板移动的平行度

（5）床头和尾座两顶尖的等高度

（6）工作精度

六、机床误差对加工精度的影响

1、床身导轨在垂直平面内的直线度误差：

影响母线的直线度，不是很大。

2、导轨在同一平面内的误码差：

影响母线的直线度，影响较大。

3、溜板移动在水平面内的直线度误差：

影响母线的直线度，影响较大。

4、主轴轴线的径向跳动：

影响工件截面的圆度、加工表面与顶尖孔的同轴度、多次装夹中加工出和各表面的同轴度。

5、主轴定心轴颈的径向跳动：

影响工件截面的圆度、加工表面与夹持面的同轴度、多次装夹中加工出和各表面的同轴度。

钻、扩、铰时引起孔扩大。

6、主轴的轴向窜动：

车削端面时影响工件端面的平面度；车削螺纹是影响螺距精度、精车外圆时影响表面粗糙度。

7、主轴轴肩支承面的跳动：

影响加工表面与基准面的相互位置精度。

8、主轴轴线对溜板移动的平行度误差：

水平面的平行度误差会使工件成锥形，垂直面内会影响工件母线的直线度。

9、小刀架移动对主轴轴线的平行度：

影响工件母线的直线度

10、床头和尾座两顶尖的等高度误差：

孔加时产生同轴度误差并使孔径扩大

科目

章节（或课题）

授课日期

7月23

课时

4

机械制图

数控机床与工作原理

班级

钳工技师

授课方式

板书

作业题数

见教案

教学目的

使学员了解数控机床的特点和组成

选用教具挂图

重点

1、机床精度概念

2、车床的检验标准

3、车床精度的检验方法

难点

车床精度的检验标准

内容提要：

1、机床精度概念

2、车床的检验标准

3、车床精度的检验方法

课后总结：

第三节数控机床与工作原理

自从1952年在美国帕森斯公司和麻省理工大学合作，研制出了第一台三坐标数控铣床以来，数控加工技术发展非常迅速。

一、数控机床的特点

1、柔性高：

灵活、通用、万能，可以适应加工不同形状的零件。

2、精度高：

由计算机控制，避免了人为误差，且传动系统和结构都具有较高的精度和刚度，重复精度高。

3、效率高：

自动换刀和在不停车下能自动变速，空行程快速，节省了时间；工件只要作首件检验，是普能车床的几倍甚至几十倍。

4、劳动强度低：

由程序控制自动加工，工人的工作量大大减少。

二、数控机床的组成

1、主机：

是数控机床的主体，主要由各种机械部件组成。

包括底座床身、主轴箱、进给机构等。

2、数控装置：

是数控机床的控制核心，一般由一台专用计算机组成。

3、驱动装置：

是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴电动电动机、进给伺服电动机

4、辅助装置：

是数控机床的一些配套部件如自动排屑装置，自动对刀装置等。

三、什么是数控机床？

是用电子计算机数字化指令控制机床各运动部件的动作，从而实现机床加工过程的自动化。

四、数控装置的工作原理

1、数控装置由零件加工程序，输入输出设备，计算机数字控制装置，可编程序控制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。

图1.1数控装置的组成

2、CNC装置的组成及其工作过程

CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。

图1.2CNC的组成

六、数控机床的分类

（一）按加工路线的不同，可以分为：

1、点位控制系统：

控制刀具相对于工件的定位，由某一定位点向另一定位点运动时不进行切削，在相关点之间的移动先是以快速移动到接近新的位置，然后降速，使之慢速趋近定位点，以保证需要其定位精度。

比如数控钻床等。

2、点位直线控制系统：

不仅控制刀具从一个点准确地移动到另一个点，而且还需要保证在两点之间的运动轨迹是一条直线，移动部件在移动过程中进行切削，比如数控铣床等。

3、轮廓控制系统：

是对刀具相对于工件运动的轨迹进行控制的系统，如数控车床，加工中心等。

（二）、按测量装置的有无及位置可分为：

1、开环系统：

结构比较简单、容易调试、造价低廉，所以精度不高，一般精度为0.01mm。

2、全闭环系统：

利用测量元件检测出溜板的实际位移量反馈给数控系统，所以可得到很高的精度，但其造成直接经济损失价较高、安装和调整较复杂、维护费用也较高，测量装置一般为光栅、磁尺等。

3、半闭环系统：

自用装在电动机上或丝杠上的测量旋转角度的测量元件获得反馈量，其测量元件比直线位移测量元件简单，所以其可得到较高的精度，成本比较适中，安装和调整也不困难，测量装置一般为光电脉管炎冲圆编码器等

图1.3开环控制系统

图1.4全闭环控制系统

图1.5半闭环控制系统

七、插补的基本原理

在轮廓控制系统中，坐标轴运动轨迹是靠插补计算得出的。

所谓插补计算就是对加工程序段输入的工件轮廓上的某起始点和终点的坐标数据进行计算，将起始点与终点之间进行数据密化，并将密化数据送给各坐标轴位置控制器。

图1.6插补原理

第四节数控车床

数控车床又称CNC车床，是用电子计算机数字化指令控制车床各运动部件的动作，从而实现车床加工过程的自动化。

可完成加工形状复杂的轴类或盘类的回转体零件。

一、数控车床的组成

底坐床身、主轴箱、刀架、进给传动系统、冷却系统、液压系统及润滑系统等组成。

与普通车床有什么区别？

在结构上。

（学生思考）

二、数控车床的床身和导轨布局

1、平床身：

工艺性好，便于导轨面的加工。

运动精

精度高，一般用于大型数控车床或小型精密数控车床的布局。

但是床身下的空间小，排屑困难，由于刀架水平放置使得滑板横向尺寸长，从而加在了车床宽度方向的结构尺寸。

2、平床身斜滑板：

工艺性好，排屑方便，车床宽度方向尺寸小，一般被中小型数控车床采用。

3、斜床身：

有30，45，60，75，90度几种，倾斜角度小排屑不便，倾斜角度大，导轨的导向性差。

三、数控车床的刀架

回转刀架有两种：

刀架回转轴垂直于主轴，平行于主轴。

第五节加工中心机床

加工中心机床又称多工序自动换刀数控机床。

特征是具有自动换刀及自动改变工件加工位置功能的数控机床

一、加工中心的特点

1、具有至少三个轴的轮廓控制的能力。

2、具有自动刀具交换装置。

3、具有分度工作台或数控转台。

4、除自动换刀功能外，有自动选择进给速度和主轴转速的能力。

5、若配有交换工作台的能力，能在加工同时，可以装夹工件

二、加工中心的组成

1、基础部件：

床身、立柱、工作台等。

2、主轴部件：

主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等

3、自动换刀系统

4、数控系统

5、辅助装置

三、加工中心的分类

1、按机床形态分类

（1）卧式加工中心：

主轴轴线水平设置。

（2）立式加工中心：

主轴轴线垂直设置。

（3）龙门加工中心：

一般带有自动换刀装置。

（4）万能加工中心：

有回转工作台。

2、按换刀形式分类

（1）带刀库机械手的加工中心。

（2）无机械手的加工中心。

（3）转塔刀库式加工中心

第一章学完了，回忆一下我们学了些什么东西？

1、什么是数控机床？

它的特点是什么？

2、数控机床的组成如何？

3、数控系统的组成和工作原理

4、数控系统的分类

5、数控车床的结构

6、加工中心的特点和分类

作业同上。

科目

章节（或课题）

授课日期

7月23

课时

4

机械制图

数控车编程

班级

钳工技师

授课方式

板书

作业题数

见教案

教学目的

使学员了解数控车编程的方法和命令

选用教具挂图

重点

1、机床精度概念

2、车床的检验标准

3、车床精度的检验方法

难点

车床精度的检验标准

内容提要：

1、机床精度概念

2、车床的检验标准

3、车床精度的检验方法

课后总结：

第二章：

FANUC0I数控车编程

第一节编程基础知识

一、编程的步骤

1、分析零件图样

2、确定工艺过程

3、数值计算

4、编写程序

5、校对程序和首件加工

二、数控机床的坐标系

右手笛卡尔坐标系

1、数控车床坐标系的判定

Z轴：

工件旋转轴。

远离主轴方向为正方向。

X轴：

平行于横向导轨的半径方向。

远离工件的旋转中心为正。

定好了这两轴按右手坐标系可以定Y轴

2、铣床坐标系的判定

Z轴：

主轴方向，远离工件方向为正

X轴：

水平方向，一般取右为正。

Y轴：

横向方向，一般向里为正

图2.1坐标系的确定

3、坐标零点：

机床坐标系零点：

由厂家给定。

用M表示。

工件坐标零点：

编程时设定的原点。

车削工件一般设在右端面的中心点，铣削和加工中心一般设在工件表面上的左下角或中心点。

计算机识别工件原点通过对刀来完成。

图2.2机床坐标原点

第二节FANUC0I数控车编程

一、复习常用功能指令字

1、刀具功能指令T

“T0101”：

T表示指令，前面的01表示调用的刀具号，与数控车床刀架上的号一致；后面的01表示刀具补偿号。

前后的数字可以相同，也可以不同，但尽量要相同，以防搞误：

图2.3刀补的输入

如上图表示了刀补号，如果刀架上的第一把刀的刀补号填在02栏，则写成“T0102”

什么是“刀具补偿”？

简称为“刀补”。

一是因为每把刀的刀杆长度不相同，二是刀尖圆弧半径不同（在车削圆弧时接触点不同，影响精度），还有刀具有磨损。

前面两者合称形状补偿。

刀杆长度补偿在前图中填入相应的数值，调用就可以。

刀

尖圆弧半径补偿用“Ｇ40，G41，G42”

应用时要注意：

1、在编程时最好用G40退出刀补。

以便刀补量累加影响。

2、要与G01、G00组合使用。

3、后面用“D××”表示刀尖圆弧半径值代号。

如G00G41D01X24Z2

图2.4刀具的调用

2、主轴旋转

（1）转速控制：

S，后面直接接数据。

如S800

（2）转向控制：

M03，正转；M04，反转；M05，停转。

（3）旋转性质控制：

G96，恒线速；G97，恒转速。

后默认

3、进给速度控制：

F0.1，两种单位，G98，每分钟移动量,mm/min；G99，每转进给量，mm/r。

4、程序的开始和结束

开始：

用O××××；结束用M02或M30。

二、编程初步

1、在FANUC0I车床中要注意所有的数据都要带小数点，否则计算机自动以千分之毫米表示。

2、编程中的数据引用有绝对编程和相对编程两种方法，要灵活运用。

1、在FANUC0I车床中要注意所有的数据都要带小数点，否则计算机自动以千分之毫米表示。

2、编程中的数据引用有绝对编程和相对编程两种方法，要灵活运用。

（一）、G00点定位

格式G00X_Z_

这个命令把刀具从当前位置移动到命令指定的位置（在绝对坐标方式下），或者移动到某个距离处（在增量坐标方式下）。

如:

G00X100Z65

（二）、G01直线插补

格式

G01X（U）_Z（W）_F_;

直线插补以直线方式和命令给定的移动速率从当前位置移动到命令位置

G01X50.