第三章_預(yù)備知識2-數(shù)控機(jī)床及編程基礎(chǔ)

1、IE550發(fā)展歷史發(fā)展歷史 15th 世紀(jì)世紀(jì) 加工板料加工板料. 18th 世紀(jì)世紀(jì) 工業(yè)化工業(yè)化, 出現(xiàn)面向產(chǎn)品制造類型機(jī)床出現(xiàn)面向產(chǎn)品制造類型機(jī)床. 20th 世紀(jì)世紀(jì)- F.W. Taylor 刀具刀具 HSS（高速鋼）（高速鋼）自動生產(chǎn)設(shè)備自動生產(chǎn)設(shè)備 -螺紋加工機(jī)床螺紋加工機(jī)床傳輸線傳輸線裝配線裝配線.使用凸輪和棘輪使用凸輪和棘輪可編程自動機(jī)床可編程自動機(jī)床 -NCPLC機(jī)械手機(jī)械手 IE550新型新型 NC（CNC）高速主軸高速主軸 ( 20,000 rpm)高速進(jìn)給裝置高速進(jìn)給裝置 ( 600 ipm)高精度高精度 ( 0.0001英寸英寸)IE550NC 機(jī)床機(jī)床 計算機(jī)控制

2、計算機(jī)控制 伺服電機(jī)進(jìn)行軸控制伺服電機(jī)進(jìn)行軸控制 自動換刀具自動換刀具 自動切換托盤自動切換托盤 在機(jī)編程在機(jī)編程 數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信 圖形化界面圖形化界面MCU機(jī)床機(jī)床CLUDPUMCU 加工控制單元加工控制單元CLU 控制循環(huán)單元控制循環(huán)單元DPU 數(shù)據(jù)處理單元數(shù)據(jù)處理單元IE550NC 運(yùn)動控制運(yùn)動控制N C P ro g ramE xe cu ti o nS y s te mIn te rp o l a to r &S e rv o -c o n tro lM e c h a n ismC o n tro l L o g i cL i n e ar M o ti o nP o w

3、 e rT ra n s la to rR e la yS o le n o idC o m m a n d sD im e n s io n sIE550NC NC 機(jī)床分類機(jī)床分類1 1、運(yùn)動控制、運(yùn)動控制: : 點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制 (PTP)(PTP)和輪廓控制和輪廓控制2 2、控制循環(huán)、控制循環(huán): : 開環(huán)和閉環(huán)開環(huán)和閉環(huán)3 3、動力驅(qū)動形式、動力驅(qū)動形式: : 液壓液壓, , 電氣或啟動電氣或啟動4 4、定位系統(tǒng)、定位系統(tǒng): : 增量和絕對定位增量和絕對定位5 5、硬聯(lián)、硬聯(lián) NC NC 和軟聯(lián)計算機(jī)數(shù)控和軟聯(lián)計算機(jī)數(shù)控 (CNC)(CNC)IE550點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制l 以最大速度（以

4、最大速度（G00) point to pointG00) point to point移動。移動。l 要求目的點(diǎn)的精度，移動路徑并不重要。要求目的點(diǎn)的精度，移動路徑并不重要。l 例如：鉆孔。例如：鉆孔。IE550輪廓控制輪廓控制l 需要控制位移和速度。需要控制位移和速度。l 加工輪廓。加工輪廓。l 精度控制。精度控制。l 使用直線或圓弧插補(bǔ)。使用直線或圓弧插補(bǔ)。IE550NC機(jī)床的主要部件機(jī)床的主要部件Magnetics control cabinetControllerServo driveMachine tablePosition transducerLeadscrewG ear boxT

5、achometerMotorIE550NC 機(jī)床性能指標(biāo)機(jī)床性能指標(biāo)精度精度重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度主軸和伺服電機(jī)功率主軸和伺服電機(jī)功率控制軸數(shù)量（控制軸數(shù)量（3 3軸、軸、4 4軸和軸和5 5軸等）軸等）工件最大尺寸工件最大尺寸機(jī)床和控制器的特點(diǎn)。機(jī)床和控制器的特點(diǎn)。 IE550NC 精度和重復(fù)定位精度精度和重復(fù)定位精度l NCNC機(jī)床精度機(jī)床精度- - 控制裝置分辨率和硬件精度控制裝置分辨率和硬件精度。l 分辨率分辨率-控制單元控制單元(BLU)(BLU)可識別的最小長度?？勺R別的最小長度。l 硬件誤差硬件誤差-由物理加工誤差引起。由物理加工誤差引起。 IE550硬件誤差硬件誤差l NC部

6、件不精確引起部件不精確引起: 包括機(jī)床零部件制造誤差包括機(jī)床零部件制造誤差, , 機(jī)床裝配誤差機(jī)床裝配誤差, ,主軸回主軸回轉(zhuǎn)精度和絲桿間隙。轉(zhuǎn)精度和絲桿間隙。l 加工操作引起加工操作引起: 刀具變形刀具變形 ( (切削力引起切削力引起) )和和 震動引起加工零件的尺震動引起加工零件的尺寸誤差誤差。寸誤差誤差。l 熱誤差熱誤差: 熱源包括電機(jī)、切削過程，導(dǎo)軌與軸承的摩擦等。熱源包括電機(jī)、切削過程，導(dǎo)軌與軸承的摩擦等。 解決方法：使用切削液解決方法：使用切削液, 驅(qū)動電機(jī)安裝遠(yuǎn)離機(jī)床驅(qū)動電機(jī)安裝遠(yuǎn)離機(jī)床, 減少導(dǎo)減少導(dǎo)軌及軸承的摩擦。軌及軸承的摩擦。IE550重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度Avg. e

7、rrorProgrammed positionTest resultRepeatabilityIE550絲桿絲桿絲桿螺距螺母將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動螺距螺距(p): 相鄰牙之間的距離相鄰牙之間的距離 每英寸牙數(shù)每英寸牙數(shù) (n):n = 1 / pBLU: 基本長度單位基本長度單位 (機(jī)床分辨率機(jī)床分辨率)BLU = p / N例如：例如： 一臺數(shù)控機(jī)床適用一臺數(shù)控機(jī)床適用 0.1“ 絲桿絲桿 和和 100 pulse/rev 編碼器編碼器. BLU = p / N = 0.1 (in/rev) /100 (pulses/rev) = 0.001IE550控制方式控制方

8、式 開環(huán)控制開環(huán)控制 無位置反饋無位置反饋. 使用步進(jìn)電機(jī)使用步進(jìn)電機(jī).如：如： 1 臺機(jī)床的臺機(jī)床的BLU = 0.001”，進(jìn)給速度為，進(jìn)給速度為6 ipm. 要將工作臺沿要將工作臺沿X軸移動軸移動 5“. 脈沖速率脈沖速率 = speed/BLU = 6 ipm/0.001 ipp = 6,000 pulse/min 需要發(fā)出脈沖數(shù)需要發(fā)出脈沖數(shù) = distance/BLU = 5/0.001 = 5,000 pulsesmotortablepulsesIE550閉環(huán)控制閉環(huán)控制Reference pulses+DC MotorTacho- meterDifferential ampl

9、ifierEncoderUp-down counterAmpDAC_+Shaft閉環(huán)控制原理圖閉環(huán)控制原理圖IE550插補(bǔ)插補(bǔ)同時控制多軸沿直線、圓弧或曲線運(yùn)動。同時控制多軸沿直線、圓弧或曲線運(yùn)動。(3,2)(10,5)XYPoint-to-point 控制路徑控制路徑(3,2)(10,5)XY直線路徑直線路徑 Vy=6(5-2)(10-3)2+ (5-2)2= 6349+ 9= 2.3635 Vx=6(10-3)(10-3)2+ (5-2)2= 6749+ 9= 5.5149IE550插補(bǔ)器插補(bǔ)器l 通用插補(bǔ)器通用插補(bǔ)器: 直線和圓弧插補(bǔ)直線和圓弧插補(bǔ) 由于插補(bǔ)位于伺服電機(jī)之上，插補(bǔ)速度非常

10、重要；因此由于插補(bǔ)位于伺服電機(jī)之上，插補(bǔ)速度非常重要；因此插補(bǔ)過程應(yīng)簡單、不應(yīng)涉及過多運(yùn)算。插補(bǔ)過程應(yīng)簡單、不應(yīng)涉及過多運(yùn)算。l 傳統(tǒng)傳統(tǒng)NC插補(bǔ)器插補(bǔ)器: Digital Differential Analyzer (DDA)l 高級曲線高級曲線, 如如 Bezier曲線曲線, 使用離線近似算法將曲線分使用離線近似算法將曲線分成一系列直線或圓弧段。成一系列直線或圓弧段。IE550機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系 右手法則右手法則 Z axis 沿著主軸方向：沿著主軸方向：+Z 沿遠(yuǎn)離工件或主軸的方向。沿遠(yuǎn)離工件或主軸的方向。 X axis 車床車床: 垂直于主軸垂直于主軸. 臥式車床臥式車床: 平行于工

11、作臺平行于工作臺. 立式車床立式車床: +X 指向朝右指向朝右.xyzxyzIE550機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系XYZX - 主進(jìn)給軸主進(jìn)給軸Z - 主軸主軸Y - 第第2進(jìn)給軸進(jìn)給軸IE550NC程序存儲程序存儲l 紙帶紙帶 普通紙或尼龍涂層紙普通紙或尼龍涂層紙l 磁帶磁帶l 來自其他計算機(jī)來自其他計算機(jī)- RS 232C 或居于網(wǎng)或居于網(wǎng) (LAN)IE550編碼方式編碼方式 ASCII 或或 ISO編碼編碼, 使用偶數(shù)位校驗使用偶數(shù)位校驗 EIA - Binary Coded Decimal (BCD), RS 244A 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn),使使 用奇數(shù)位校驗用奇數(shù)位校驗.IE550磁帶輸入格式磁帶輸入

12、格式l EIA RS-274 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)l 固定序列格式固定序列格式0010 01 07500 06250 00000 00000 612l 使用使用Tab鍵的序列格式鍵的序列格式T0010 T01 T07500 T06250 T T T612l 字字-地址地址 格式格式N0010 G01 X07500 Y06250 S612IE550NC代碼字格式代碼字格式一個一個 G代碼程序代碼程序 由以下符合（字）組成由以下符合（字）組成 :N, G, X, Y, Z, A, B, C, I, J, K, F, S, T, R, M EIA 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn), RS-273 定義了一系列標(biāo)準(zhǔn)編碼定義了一系列標(biāo)準(zhǔn)編

13、碼. IE550NCNC機(jī)床控制的基本規(guī)則機(jī)床控制的基本規(guī)則l準(zhǔn)備函數(shù)（準(zhǔn)備函數(shù)（G G指令）指令）: : 控制單元控制單元, , 插補(bǔ)插補(bǔ), ,絕對絕對/ /相對編程相對編程, , 圓弧插補(bǔ)平面定義圓弧插補(bǔ)平面定義, , 刀具補(bǔ)償?shù)?。刀具補(bǔ)償?shù)?。l坐標(biāo)系坐標(biāo)系: : 三個平移和三個轉(zhuǎn)動軸。三個平移和三個轉(zhuǎn)動軸。l加工參數(shù)加工參數(shù): : 進(jìn)給和主軸速度。進(jìn)給和主軸速度。l刀具控制刀具控制: : 刀具直徑刀具直徑, , 下一個刀號下一個刀號, , 換刀指令。換刀指令。l固定循環(huán)函數(shù)固定循環(huán)函數(shù): : 鉆削循環(huán)鉆削循環(huán), ,鉸削循環(huán)鉸削循環(huán), ,鏜削循環(huán)鏜削循環(huán), ,銑削循銑削循環(huán)環(huán), ,待切削工

14、件安全平面高度定義。待切削工件安全平面高度定義。l冷卻液控制冷卻液控制: :冷卻液冷卻液on/off,on/off,洪水冷卻洪水冷卻, , 霧狀冷卻。霧狀冷卻。l輔助函數(shù)（輔助函數(shù)（PLCPLC實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)): ): 主軸主軸 on/off, on/off, 倒磁帶倒磁帶, , 主軸轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)向向, , 變化托盤變化托盤, , 夾緊控制等。夾緊控制等。l插補(bǔ)器插補(bǔ)器: : 直線直線, , 圓弧插補(bǔ)。圓弧插補(bǔ)。IE550NC 字定義字定義N 指令指令. 序號序號 N0010 G 指令指令. 準(zhǔn)備功能準(zhǔn)備功能.IE550NC 字定義字定義X, Y, Z, A, B, C 指令指令. 刀具坐標(biāo)位置刀具坐標(biāo)

15、位置. 坐標(biāo)可以給定浮點(diǎn)數(shù)坐標(biāo)可以給定浮點(diǎn)數(shù) (Decimal Programming), 或整型或整型 (in BLU Programming). BLU programming: leading zero, trailing zero. In the leading zero format: X00112 Y002275 Z001In the trailing zero format, the program looks like: X11200 Y22750 Z10000IE550NC 字定義字定義圓弧插值圓弧插值:(5.000,2.000)(7.000,2.000)N0100 G02

16、X7.000 Y2.000 I5.000 J2.000Cut from (5.000,4.000) to(7.000,2.000) CW(5.000,4.000)Full circle ONIE550NC 字定義字定義F 指令指令. 進(jìn)給速度進(jìn)給速度. 默認(rèn)單位：默認(rèn)單位：inch/min (ipm),或或 ipr. F指令應(yīng)放在指令應(yīng)放在 G01, G02, 或或 G03 被給定之后被給定之后. N0100 G02 X7.000 Y2.000 I5.000 J2.000 F6.00 S 指令指令. 切削速度切削速度. 默認(rèn)單位：默認(rèn)單位： rpm. S指令并不能啟動機(jī)床主軸指令并不能啟動機(jī)床

17、主軸, 主軸由主軸由M 指令控制指令控制. N0010 S1000IE550NC 字定義字定義T 指令指令. 刀具序列號刀具序列號. 注意：實(shí)際換刀在刀具的注意：實(shí)際換刀在刀具的M指令被給定之后指令被給定之后. R 指令指令. 循環(huán)參數(shù)定義循環(huán)參數(shù)定義. R plane Z pointInitial height12345(1,2,2)0.310.7 循環(huán)可以被給定在一條語句中，如：循環(huán)可以被給定在一條語句中，如： N0010 G81 X1.000 Y2.000 Z0.000 R 1.300IE550NC 字定義字定義M 指令，輔助功能定義指令，輔助功能定義. IE550手工編程手工編程例如：

18、例如： 加工一個外形尺寸加工一個外形尺寸 5“ x 4” x 2“ 的工件的工件. 材料：低碳鋼材料：低碳鋼. 工藝規(guī)劃工藝規(guī)劃:1. 設(shè)置零件左下角為機(jī)床零點(diǎn)設(shè)置零件左下角為機(jī)床零點(diǎn) (floating zero programming).2. 用老虎鉗夾持工件用老虎鉗夾持工件. 用直徑用直徑3/4“的帶四槽的端銑刀（碳鋼）銑槽的帶四槽的端銑刀（碳鋼）銑槽. 從加工手冊查知從加工手冊查知, 推薦的進(jìn)給速度是推薦的進(jìn)給速度是 0.005 inch/tooth/rev,推薦推薦的切削速度是的切削速度是 620 fpm.4. 用直徑用直徑0.75“ 麻花鉆鉆兩個孔麻花鉆鉆兩個孔. 用用 0.18

19、ipr進(jìn)給速度和進(jìn)給速度和 100 fpm切切削速度削速度.1 .7 53 .0 0 05 .0 0 01 .0 0 03 .0 0 04 .0 0 0.7 5R 1 .0 0 02 h oles 0 .7 5 0 .0 0 1AB 0 .0 0 1 M A B2 .0 0 0CMIE550零件圖零件圖All dimension in inches. All tolerance 0.0011.753.0005.0001.0003.0004.000.75R1.0002 holes 0.75 0.0012.000.500AB 0.001 M A B2.000CMCIE550計算相關(guān)參數(shù)計算相關(guān)參數(shù)

20、 問題問題:切削參數(shù)需要轉(zhuǎn)換成切削參數(shù)需要轉(zhuǎn)換成 rpm 和和 ipm.銑削銑削: 鉆削鉆削: RPM = 12 VB D = 12 x 620 fpmB 0.75 inch = 3,157 rpmRPM = 12 VB D = 12 x 100 fpmB 0.75 inch = 509 rpmVf = f RPM = 0.018 ipr x 509 rpm = 9.16 ipmIE550安裝工件和刀具路徑安裝工件和刀具路徑Drill End millVise jawH1H2p1p8p7p6p5p4p3p2(0,0,0)(0,0,0)p9IE550計算刀具位置計算刀具位置 刀具每點(diǎn)的位置計算為

21、刀具每點(diǎn)的位置計算為:p1: ( 1.75+0.375, -0.1-0.375, 4.00) = (2.125, -0.475, 4.000)p1: (2.125,-0.475, 2.000-0.500) = (2.125,-0.475,1.500)p2: (2.125,4.000+0.100,1.500) = (2.125,4.100,1.500)p3: (3.000-0.375,4.100,1.500) = (2.625,4.100,1.500)p4: (2.625,1.375,1.500)p5: (3.000,2.000-1.000+0.375,1.500) = (3.000,1.375

22、,1.500)p6: (3.000,2.625,1.500)p7: (3.000,2.000,1.500)p8: (2.625,2.000,1.500)p9: (2.625,-0.100,1.500)p9: (2.625,-0.100,4.000)IE550零件程序零件程序 Part program ExplanationN0010 G70 G 90 T08 M06Set the machine to inch format and absolute dimension programming.N0020 G00 X2.125 Y-0.475 Z4.000 S3157 Rapid to p1.

23、N0030 G01 Z1.500 F63 M03Down feed to p1, spindle CW.N0040 G01 Y4.100Feed to p2.N0050 G01 X2.625To p3.N0060 G01 Y1.375To p4.N0070 G01 X3.000To p5.N0080 G03 Y2.625 I3.000 J2.000Circular interpolation to p6.N0090 G01 Y2.000To p7.N0100 G01 X2.625To p8.N0110 G01 Y-0.100To p9N0120 G00 Z4.000 T02 M05To p9,

24、 spindle off, tool #2.N0130 F9.16 S509 M06Tool change, set new feed and speed.N0140 G81 X0.750 Y1.000 Z-0.1 R2.100 M03Drill hole 1.N0150 G81 X0.750 Y3.000 Z-0.1 R2.100 Drill hole 2.N0160 G00 X-1.000 Y-1.000 M30Move to home position, stop the machine.IE550CNCS 仿真驗證仿真驗證IE550CNCS 3D 圖圖IE550刀具半徑補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償

25、Start of Compensation. G41 (or G42) and G01 in the same block ramp takes place at block N0010.N0010 G01 G42 X0.500 Y1.700N0020 G01 X1.500G41 (or G42) and G01 in separate blocks the compensation is effective from the start.N0010 G41N0020 G01 X0.500 Y1.700N0030 G01 X1.500(a) G41 (b) G42G41G42G41G42(0.

26、5, 1.7)(1.5, 1.7)IE550刀具半徑補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償Inside Corner. Cutter path is inside a corner, stops at the inside cutting pointN0010 G41N0020 G01 X1.500 Y2.000N0030 G01 X0.000 Y1.600Use of M96 and M97. Cutting tool that is larger than the height of the step, M97 must be usedN0010 G41N0020 G01 X1.000 Y1.000N0030

27、G01 Y0.800 M97N0040 G01 X2.000 G42G41M96G41M97(1.5, 2.0)(0, 1.6)IE550刀具半徑補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償Cancel Tool Compensation. G40 in the same block ramp off block. N0060 G40 X2.000 Y1.700 M02G40 in a block following the last motion, the compensation is effective to the end point (2.000,1.700).N0060 X2.000 Y1.700N0070

28、G40 M02G41G42G40G41G42G40(2.000, 1.700)(2.000, 1.700)IE550刀具半徑補(bǔ)償實(shí)例刀具半徑補(bǔ)償實(shí)例A square 2.0 in. x 2.0 in. is to be milled using a 1/2 in. end milling cutter. Write an NC part program to make the square.SolutionLet us set up the lower left corner of the square at (6.0,6.0). Using tool-radius compensation, the square can be produced.2.0002.000(6,6)IE550PART PROGRAMPart ProgramN0010 G41