数控多轴联动激光加工设备
《数控加工工艺及设备》教学教案
《数控加工工艺及设备》教案内容欢迎阅读备注欢迎阅读 《数控加工工艺及设备》教案内容第一章数控加工工艺及设备基础备注第一节机床数控技术与数控加工设备概述一、机床中有关数控的基本概念1．数字控制（数控）及数控技术 一般意义的数字控制是指用数字化信息对过程进行的控制，是相对模拟控制 而言的。
机床中的数字控制是专指用数字化信号对机床的工作过程进行的可编程 自动控制，简称为数控（NC）。
这种用数字化信息进行自动控制的技术就叫数控 技术。
2．数控系统 是实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统，是数控技术的载 体，它能自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而使机床运动并 加工零件。
在其发展过程中有硬件数控系统和计算机数控系统两类。
早期的数控系统主要由数控装置、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，数 字信息由数字逻辑电路来处理，数控系统的所有功能都由硬件实现，故又称为硬 件数控系统（NC 系统）。
3．计算机数控系统 是以计算机为核心的数控系统，由装有数控系统程序的专用计算机、输入输 出设备、可编程逻辑控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分 组成，习惯上又称为 CNC 系统。
CNC 系统已基本取代硬件数控系统（NC 系统）。
4．开放式 CNC 系统 国际电子与电气工程师协会提出的开放式 CNC 系统的定义是：一个开放式 CNC 系统应保证使开发的应用软件能在不同厂商提供的不同的软硬件平台上运 行，且能与其它应用软件系统协调工作。
根据这一定义，开放式 CNC 系统至少包括以下五个特征： （1）对使用者是开放的：应可以采用先进的图形交互方式支持下的简易编 程方法，使得数控机床的操作更加容易； （2）对机床制造商是开放的：应允许机床制造商在开放式 CNC 系统软件的 基础上开发专用的功能模块及用户操作界面； （3）对硬件的选择是开放的：即一个开放式 CNC 系统应能在不同的硬件平 台上运行； （4）对主轴及进给驱动系统是开放的：即能控制不同厂商提供的主轴及进 给驱动系统；欢迎阅读 《数控加工工艺及设备》教案内容（5）对数据传输及交换等是开放的。
PMAC运动控制系统
编程语言与开发环境
编程语言
PMAC运动控制系统支持多种编程语 言，如C、C、Python等，方便用户 根据项目需求选择合适的编程语言进 行开发。
开发环境
PMAC提供完整的集成开发环境（IDE ），包括代码编辑器、编译器、调试 器等，方便用户进行软件开发和调试 。
运动控制算法
控制器通常采用高性能的微处理器或专用集成电路（ASIC），具有高速运 算和控制能力。
控制器可以实现多轴联动控制，支持多种运动模式和轨迹规划，满足复杂 运动控制需求。
伺服驱动器
伺服驱动器是连接控制器和 伺服电机的桥梁，负责接收 控制器的控制信号，并将其 转换为适合伺服电机运行的
电压或电流信号。
伺服驱动器具有过载保护、 速度控制、转矩控制等功能 ，能够确保伺服电机在各种
PMAC运动控制系统的应用案例
数控机床的改造
数控机床是现代制造业的重要设备， 通过改造数控机床，使用PMAC运动 控制系统，可以提高加工精度、加工 效率和加工质量。
PMAC运动控制系统能够实现高精度 的位置控制和速度控制，同时具有强 大的编程和调试功能，可以根据不同 的加工需求进行定制化配置。
自动化生产线控制
自动化生产线
用于控制生产线的传送带、机械臂等设备的 运动，实现自动化生产。
机器人
用于控制机器人的关节运动，实现机器人的 精确轨迹跟踪和动作控制。
激光加工
用于控制激光切割、焊接和打标设备的运动 ，实现高精度的激光加工。
PMAC的发展历程
1980年代
PMAC的原型问世，主要用于高 精度机床的控制。
1990年代
工况下的稳定运行。
伺服驱动器还具有多种反馈 接口，可以与传感器配合使 用，实现高精度的位置和速 度控制。
数控切割机
数控切割机数控切割机数控切割机(CNC Cutting Machine )就是用数字程序驱动机床运动，随着机床运动时，随机配带的切割工具对物体进行切割。
这种机电一体化的切割机就称之为数控切割机。
1 一、数控切割机概述 1.1 数控切割机的定义 数控切割机（英文：CNCCuttingMachine）是指利用机械的计算机控制部分以数字形式给定机械部分数字指令，按照给定的数字指令驱动机床运动，根据所绘制的特定图形对金属板材按要求进行切割的程控机械。
数控切割机的数控部分可以分为单片机系统和工控机系统。
一般是将CAD所绘制的电子图像通过移动存储设备（如u盘）赚到数控切 1.2 数控切割机的切割方式分类 数控切割机常用的的切割方式一般有：火焰切割、等离子切割、水切割、线切割、激光切割。
其中火焰和等离子切割，是目前市场应用最为广泛的一种切割方式。
1.3数控切割机的演变发展 在机械加工过程中，板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。
手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，生产效率低。
半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。
其它类型半自 1.4 切割设备发展过程中存在的优劣 手工切割：基本可以实现切割金属板材的功能，但由于人脑和手部无法很好控制移动的路线和速度，精细程度是所有切割方式中最低的一种。
小车切割：只能走直线，曲线及其他复杂线路都无法很好的完成，相对手工切割，精度有所提高，但无法切割更为复杂的板材工件。
仿行切割：做模型麻烦，但相比之前两种切割方式已有很大进步，可以初步完成一些复杂的工件，对于一些组合图像来讲，仿行切割就无能为力了，应用受到一定的局限。
数控切割：按所绘制电子图像进行切割，只要绘制出CAD图的均可切割；也可多图同时切割，连续切割，无论简单还是复杂。
综上所述，数控切割机经历过手工切割，小车切割，仿行切割后发展为当今的数控切割，对于金属板材加工行业来讲有了质的飞跃，大大提高了经济效益。
飞行器制造过程中的智能化技术应用
飞行器制造过程中的智能化技术应用在现代科技飞速发展的时代，飞行器制造领域正经历着一场深刻的变革，智能化技术的应用成为推动这一行业进步的关键力量。
从设计到生产，从检测到维护，智能化技术贯穿了飞行器制造的全过程，为提高生产效率、保证产品质量、降低成本以及增强安全性发挥着重要作用。
在飞行器的设计阶段，智能化技术的应用带来了显著的改变。
传统的设计方法往往依赖于设计师的经验和手工计算，效率低下且容易出现误差。
而如今，基于计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）的智能化软件，能够实现快速建模、虚拟装配和性能模拟。
通过这些技术，设计师可以在计算机中构建出飞行器的三维模型，并对其结构强度、空气动力学性能、热传递等特性进行精确的分析和优化。
例如，利用有限元分析（FEA）技术，可以模拟飞行器在各种载荷条件下的应力分布，从而提前发现潜在的结构问题并进行改进。
此外，智能化的设计软件还能够根据设定的目标和约束条件，自动生成优化的设计方案，大大缩短了设计周期，提高了设计质量。
材料的选择和制造也是飞行器制造中的关键环节，智能化技术在此方面同样发挥着重要作用。
先进的材料研发和检测手段，使得飞行器能够采用更轻、更强、更耐高温的新型材料。
例如，复合材料在飞行器制造中的应用日益广泛，而智能化的制造工艺，如自动铺丝、自动铺带技术，能够精确控制材料的铺设方向和厚度，提高复合材料构件的性能和质量一致性。
同时，通过智能化的无损检测技术，如超声检测、射线检测和涡流检测等，可以对材料和构件内部的缺陷进行快速、准确的检测，确保飞行器的安全性和可靠性。
在飞行器的生产制造过程中，智能化的数控加工技术和机器人技术极大地提高了生产效率和精度。
数控机床能够根据预先编制的程序，精确地加工出复杂的零部件形状，而且可以实现多轴联动加工，满足飞行器零部件高精度、高复杂度的要求。
机器人则在装配环节发挥着重要作用，它们能够按照预定的程序进行精准的操作，完成诸如部件对接、铆钉安装等工作。
当今机械加工的新趋势——数控技术
中图 分类 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ： Ｈ １ １ Ｔ ６
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：６ ２—４ ２ （０ ８０ １７ ０ Ｘ ２ ０ ）３～０ １ ０ ５—０ ２
１传 统 加 工 制 造 方 式 方 法 面 临 挑 战
随着科学技术 的高速发展 ，特 别是 以电子计 算 机为主要特征 的信 息技术 的发展 ，机械制造 业发生 了翻天覆地 的变化 ， 传统 的加工方法 、 工艺面 临着前 所未有的挑战 。 加工制造业 大力采用新技术 ， 改造传 统制造业是在竞 争中立于不败之 地的关键 。对 于培 养 专 业 技 术 人 才 的 工 科 院 校 而 言 ，准 确 把 握 新 技 术 发展 的趋势 ，及 时调整专业建设 的方 向才 能适 应新 技术发展 的潮 流 ，培养 出符合 现代制造业需要 的专 、 Ｉ 人才 。
运动精确藕合 的场合 等等。这就使得像复杂 的齿 轮
加 工 、 削 大 螺 距 的 螺 纹 、 制 对 称 多 边 形 面 、 削 切 车 磨
作者简 介 ： 张锦 润 （９ ２ ） 男 ， 东技 术 师范 学院 工业 实 训 中心助 理实 验师 。研 究方 向 ： １５一 ， 广 金工 实训 工作 。
过程等等 。这些 无疑都给数控机床 的发展提 出了更 高、 更快 、 更新 的要求 。 如 ： 例 数控机床 的多轴多联动
的 发 展 ， 种 机 床 无 需 重 新 装 夹 ， 可 以进 行 车 、 、 这 便 铣
钻 、 等加工 ， 镗 完成 多种加工工序 的加 工及三维 以上
复杂型面 的加工等等 。 ２３数控 系统的分析计算 功能 ： ． 计算机 的使用使 整 个 数 控 系 统 装 置 的 功 能 日益 增 强 并 不 断 在 扩 展 。 目前 的数 控 系统 完全 能 执 行计 算 机控 制 的插补 过 程 ， 将 若 干 轨 迹 段 连 接 起 来 形 成 一 个 封 闭 曲线 ， 既 保
先进制造工艺开发实验报告
先进制造工艺开发实验报告一、实验目的随着制造业的不断发展，先进制造工艺的研发成为提高产品质量、降低生产成本、增强企业竞争力的关键。
本次实验旨在探索和开发一种新的先进制造工艺，以满足特定产品的生产需求，并对其性能和可行性进行评估。
二、实验背景在当今竞争激烈的市场环境下，传统制造工艺在生产效率、产品精度和质量稳定性等方面逐渐显露出局限性。
为了适应市场对高品质、高性能产品的需求，开发先进制造工艺成为制造业企业的当务之急。
本次实验所针对的产品是一种复杂的机械零部件，其对尺寸精度、表面质量和力学性能有着较高的要求。
三、实验材料与设备（一）实验材料本次实验选用了高强度合金钢作为主要材料，其化学成分和力学性能经过严格检测和筛选，以确保符合产品的设计要求。
（二）实验设备1、高精度数控加工中心：用于零部件的切削加工，具备多轴联动和高速切削功能。
2、激光加工设备：用于对零部件进行表面处理和精细加工。
3、三坐标测量机：用于对加工后的零部件进行尺寸和形位精度检测。
4、材料性能测试设备：包括拉伸试验机、硬度计等，用于检测材料的力学性能。
四、实验方法与步骤（一）工艺设计1、根据产品的设计要求和材料特性，制定了详细的加工工艺流程，包括毛坯制备、粗加工、半精加工、精加工和表面处理等环节。
2、运用计算机辅助工艺设计（CAPP）软件对工艺过程进行模拟和优化，以确保工艺的合理性和可行性。
（二）毛坯制备采用锻造工艺制备毛坯，通过控制锻造温度、变形量和冷却速度等参数，获得了具有良好组织和性能的毛坯。
（三）加工过程1、粗加工：在数控加工中心上，采用较大的切削用量去除大部分余量，保证加工效率。
2、半精加工：适当减小切削用量，提高加工精度，为精加工做好准备。
3、精加工：采用高速切削技术和精密刀具，保证零部件的尺寸精度和表面质量。
4、表面处理：利用激光加工设备对零部件表面进行淬火处理，提高表面硬度和耐磨性。
（四）检测与分析1、在加工过程中，定期使用三坐标测量机对零部件进行尺寸检测，及时发现并纠正加工误差。
第三节 数控机床分类与型号识读
第一章 数控机床总览
第三节 数控机床分类与型号识读
第三节 数控机床分类与型号识读
1.按加工工艺方法分类 2. 按控制运动轨迹分类 3. 按驱动装置的特点分类
一、按加工工艺方法分类
1.普通数控机床 普通数控机床是在通用机床分类的基础上加上 数控功能而成。如：
数控车床，数控铣床 数控钻床，数控磨床
一、按加工工艺方法分类 1. 普通数控机床
数控平面磨床
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浙江机电职业技术学院 徐晓风
一、按加工工艺方法分类 1. 普通数控机床
卧式 数控 镗床
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浙江机电职业技术学院 徐晓风
一、按加工工艺方法分类 1. 普通数控机床
立式数控钻床
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浙江机电职业技术学院 徐晓风
一、按加工工艺方法分类 2. 加工中心
4.特种加工类数控机床
数控电火花成型机床
浙江机电职业技术学院 徐晓风
一、按加工工艺方法分类
4.特种加工类数控机床 数控快走丝线切割机
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浙江机电职业技术学院 徐晓风
一、按加工工艺方法分类
4.特种加工 类数控机床
数控慢走丝 线切割机
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浙江机电职业技术学院 徐晓风
一、按加工工艺方法分类 5. 成型类数控机床
例：杭州友佳精机数控机床型号识读：
FV800(A)
F:——友佳公司FEELER，V：——立式布局
（Vertical），800——X轴行程800mm，
A——机械臂式换刀 ARM
浙江机电职业技术学院 徐晓风
四、数控机床型号识读
2.数控机床型号
例：杭州友佳精机数控机床型号识读： VM32 –SA V——立式，M——加工中心，32——X轴行
数控机床在军事工业中的应用
数控机床在军事工业中的应用近年来，数控机床在军事工业中的应用越来越广泛。
由于其高精度、高效率和高灵活性，数控机床成为了军事装备制造的重要工具。
本文将从数控机床在军事工业中的应用领域、优势和发展趋势等方面进行探讨。
一、数控机床在军事装备制造中的应用领域1. 精密零部件制造军事装备的精密零部件对尺寸和形状的要求极高，传统加工方式往往无法满足这些高精度的要求。
而数控机床具备高精度控制和自动化加工能力，可以实现对军事装备的精密零部件进行高精度加工，保证装备的性能和可靠性。
2. 武器系统集成数控机床可以通过编程实现多轴联动控制，使得不同零部件之间的尺寸和配合精度得以保证。
在武器系统集成过程中，数控机床可以用来加工和组装大型零部件，确保武器系统的稳定性和一体化效果。
3. 航天器件制造航天器件对材料的要求严苛，尺寸和形状复杂，需要高精度的加工和成型。
数控机床可以在高速旋转和严苛工况下完成对航天器件的加工，保证其在极端环境下的正常运行和可靠性。
二、数控机床在军事工业中的优势1. 提高生产效率数控机床采用自动化控制系统，可以通过编程实现连续和高速加工，从而有效提高生产效率。
与传统机床相比，数控机床具备更高的运行速度和更短的切削周期，大大缩短了物料的加工时间。
2. 提高产品质量数控机床通过自动化控制和高精度传感器，可以实现对加工过程的精确控制和实时监测。
这样可以避免人为因素带来的误差，保证产品的尺寸精度和表面质量，提高了产品的可靠性和性能。
3. 降低成本数控机床具备高度自动化的特点，减少了人工干预的需要，降低了人力成本。
此外，由于数控机床的高加工精度和可靠性，减少了因产品次品率而带来的废品和材料损失，从而降低了生产成本。
三、数控机床在军事工业中的发展趋势1. 智能化发展随着人工智能技术的不断发展，数控机床也正在向智能化方向发展。
智能数控机床具备自主调整和优化加工方案的能力，能够通过学习和分析实现对加工过程的智能控制，从而提高加工效率和质量。
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三、数控激光切割机床（1）
机床的主要构成（1） 激光切割机床大都采用CO2激光器，从大
的方面来说主要由激光器、导光系统、数 控系统、伺服系统、割炬、操作台、气源、 水源及抽烟系统构成。典型的CO2激光切 割设备的基本构成如图所示。
CO2激光切割机床基本构成图例
三、数控激光切割机床（2）
机床的主要构成（2）
激光切割的分类（1）
激光汽化切割 利用高能量密度的激光束加热 工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内 达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸汽。 这些蒸汽喷出速度很大，在蒸汽喷出的同时， 在材料上形成了切口。材料的汽化热一般很 大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和 功率密度。
一、激光切割的原理、分类及特点（3）
控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭温度分布， 在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。
一、激光切割的原理、分类及特点（6）
激光切割特点（1）
切割质量好 激光切割切口细窄，切缝两边平行并且 与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05㎜。切 口表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激 光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部 件可直接使用。材料经过激光切割后，热影响区宽度 很小，切缝附近材料的性质几乎不受影响，并且工件 变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横断 面呈规则的长方形。
二、激光切割的应用范围
大多数激光切割机床都是数控机床。激光切割 作为一种精密加工方法，几乎可以切割所有材 料，包括薄金属板的二维切割和三维切割。
激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较 为广泛的应用。不仅可以切割高硬度、脆性大 的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等，还能切割 加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶 板等。服装业用激光进行服装裁剪，可节省衣 料10%~12%，并可将工效提高3倍以上。
第十一章 数控多轴联动激光加工设备
数控激光切割设备 数控五轴联动激光加工机床
学习导论
数控激光加工设备是集光、机、电技术于 一体的先进加工设备，适合于加工和处理 多种材料并能对加工过程进行自动控制， 具有广泛的用途。要求掌握数控激光切割 设备和数控多轴联动激光加工设备的基本 构成、激光器的工作原理和类型、存在的 基本运动和典型设备的基本结构及工作原 理。
激光切割加工的适应范围广 与氧乙炔切割和等离子 切割比较，激光切割材料种类多，包括金属、非金属、 金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。 但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激 光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。
激光切割由于受激光器功率和体积的限制，激光切 割只能切割中小厚度的板材和管材，而随着工件厚 度的增加，切割速度显著降低。
一、激光切割的原理、分类及特点（7）
激光切割特点（2）
切割效率高 由于激光的传输特性，激光切割机床上 一般配有多方向的进给运动，整个切割过程可以全部 实现数控。操作时，只需改变数控加工程序，就可以 适用不同工件、不同形状零件的切割。
切割速度快 用功率1200W的激光束切割2㎜厚的低碳 钢板，切割速度可达600cm/min；切割5㎜厚的娶丙烯 树脂板，切割速度可达1200cm/min。材料在激光设备 上切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节 省了上、下料的辅助时间。
一、激光切割的原理、分类及特点（8）
激光切割特点（3）
非接触式切割 激光切割时割炬与工件无接触， 不存在工具的磨损问题。加工不同形状的工 件，不需要更换“刀具”，只需要改变加工 程序和改变激光器输出的参数。激光切割过 程噪声低，振动小，无污染。
一、激光切割的原理、分类及特点（9）
激光切割特点（4）
数控激光切割设备ຫໍສະໝຸດ 、激光切割的原理、分类及特点（1）
激光切割的原理
如图所示，激光切割是利用经聚焦的高功率 密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速 熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与 光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实 现将工件割开。
激光切割原理示意图例
一、激光切割的原理、分类及特点（2）
激光切割的分类（2）
激光熔化切割 激光熔化切割时，用激光加热使金属 材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性 气体（Ar、He、N等），依靠气体的强大压力使液态 金属排出，形成切口。激光熔化切不需要使金属完全 汽化，因此所需要能量只有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金 属材料的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金材料等。
的共同运动实现的。割炬驱动装置由伺服电动机和丝杠等传动 件组成。
三、数控激光切割机床（3）
机床的主要构成（3）
激光电源 供给激光振荡用的高压电源。 激光振荡器 产生激光的主要设备。 折射反射镜 用于改变激光的传输方向。为使光束通路不发生故
障，所有反射镜都要用保护罩加以保护。 割炬 主要包括枪体、聚焦透镜、辅助气体喷嘴等。 切割工作平台 用于安装被切割的板材或工件，能够按照数控指
令进行运动，工作台各个方向的运动通常由伺服电动机驱动。 割炬驱动装置 二维或三维曲线或曲面的加工是由工作台和割炬
一、激光切割的原理、分类及特点（4）
激光切割的分类（3）
激光氧气切割 激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。 它是利用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为 切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发 生氧化反应，放出大量的氧化热；另一方面把熔融的 氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。 由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激 光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切 割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易 氧化的金属材料。
一、激光切割的原理、分类及特点（5）
激光切割的分类（4）
激光划片与控制断裂 激光划片是利用高能量密度的 激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出 一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小 槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器 和CO2激光器。