第四章數(shù)控機床的典型結構和數(shù)控機床編程及加工

4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求一、數(shù)控機床機械結構的主要組成數(shù)控機床的機床本體組成部分：1）主傳動系統(tǒng)。2）進給傳動系統(tǒng)。3）機床基礎件。（床身、底座、立柱、滑座、工作臺等）4）實現(xiàn)某些部件動作和某些輔助功能的裝置。（液壓、氣動、潤滑、冷卻、防護、排屑等）4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求5）實現(xiàn)工件回轉、分度定位的裝置和附件。（圓工作臺、分度頭）6）刀庫、刀架和自動換刀裝置。7）自動托盤交換裝置8）特殊功能裝置。（刀具破損檢測、精度檢測、監(jiān)控裝置）4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求二、數(shù)控機床機械結構的主要特點1、結構簡單、操作方便、自動化程度高2、廣泛采用高效、無間隙傳動裝置和新技術、新產(chǎn)品3、具有適應無人化、柔性化加工的特殊部件4、對機械結構、零部件的要求高4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求三、數(shù)控機床對機械結構的基本要求1、提高機床結構的靜剛度提高靜剛度的措施如下：（1）基礎件采用合理的截面形狀和尺寸，以及筋板結構4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求（2）采用合理的結構布局，改善機床的受力狀態(tài)，提高機床的靜剛度4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求（3）補償有關零、部件的靜力變形4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求（4）提高機床各部件的接觸剛度（5）采用鋼板焊接結構4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求2、提高機床結構的抗振性受迫振動、自激振動受迫振動是在各種動態(tài)力作用下被迫產(chǎn)生的振動。自激振動是在沒有外加動態(tài)力的情況下，由切削過程自身所激發(fā)的振動。提高機床的抗振性：提高靜剛度、固有頻率、增加阻尼三個方面。4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求固有頻率（1）基礎件內(nèi)腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求（2）表面采用阻尼涂層（3）采用新材料制造基礎件（人造花崗石）（4）充分利用結合面間的阻尼4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求3、減小機床的熱變形（1）改進機床的布局1）熱對稱結構2）預拉伸的滾珠絲杠結構3）在機床布局時，盡量減小熱變形的影響（2）控制溫升（3）采用熱變形調(diào)節(jié)元件4-1數(shù)控機床機械結構的組成、特點及要求4、改善運動導軌副的摩擦特性4-2數(shù)控機床的整體布局一、數(shù)控車床常見布局形式4-2數(shù)控機床的整體布局二、加工中心常見布局形式1、臥式加工中心的常見布局形式2、立式加工中心的常見布局形式4-2數(shù)控機床的整體布局三、高速數(shù)控機床的布局形式4-2數(shù)控機床的整體布局四、并聯(lián)運動機床的布局形式4-3數(shù)控機床的導軌一、數(shù)控機床對導軌的基本要求1、向精度高導向精度是指運動導軌沿支承導軌運動時，直線運動導軌的直線性及圓周運動導軌的真圓性，以及導軌同其它運動件之間相互位置的準確性。影響導向精度的主要因素有：導軌的幾何精度、導軌的接觸精度及導軌的結構形式、導軌和基礎件結構剛度和熱變形，動壓導軌和靜壓導軌之間油膜的剛度，以及導軌的裝配質(zhì)量等。4-3數(shù)控機床的導軌（2）精度保持性好精度保持性是指導軌能否長期保持原始精度。（3）足夠的剛度導軌的剛度是機床工作質(zhì)量的重要指標，它表示導軌在承受動靜載荷下抵抗變形的能力，若剛度不足，則直接影響部件之間的相對位置精度和導向精度，加重導軌的磨損。（4）良好的摩擦特性摩擦系數(shù)小；動、靜摩擦系數(shù)接近；耐磨。4-3數(shù)控機床的導軌二、數(shù)控機床導軌的種類與特點按導軌的工作性質(zhì)分為：主運動導軌和進給運動導軌；按運動軌跡可分為：直線運動導軌和圓周運動導軌；按受力情況可分為開式導軌和閉式導軌。按摩擦性質(zhì)可分為滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。4-3數(shù)控機床的導軌1、滑動導軌結構簡單、制造方便、剛度好、抗振性好。分為普通滑動導軌和塑料（貼塑）導軌。2、滾動導軌靈敏度高、定位精度高、摩擦阻力小、抗振性較差、對防護要求高。分為滾珠導軌、滾柱導軌、滾針導軌。直線導軌。3、靜壓導軌4-3數(shù)控機床的導軌三、塑料滑動導軌1、滑動導軌的結構4-3數(shù)控機床的導軌2、滑動導軌的材料（1）聚四氟乙烯導軌軟帶（貼塑導軌）1）摩擦特性好2）耐磨性好3）減振性好4）工藝性好4-3數(shù)控機床的導軌4-3數(shù)控機床的導軌4-3數(shù)控機床的導軌（2）環(huán)氧型耐磨涂層（注塑導軌）環(huán)氧樹脂和二硫化鉬，增塑劑一組，固化劑一組。4-3數(shù)控機床的導軌四、滾動導軌在導軌之間增加滾動體。滾動導軌快、直線滾動導軌。（1）滾動導軌塊4-3數(shù)控機床的導軌（2）直線導軌4-3數(shù)控機床的導軌4-3數(shù)控機床的導軌滾動直線導軌的特點1）動靜摩擦力之差很小，靈敏性很好，驅(qū)動信號與機械動作間的滯后時間短，有利于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應速度和靈敏度。2）可以使驅(qū)動電動機的功率大幅度下降。3）適合于高速、高精度加工的機床，它的瞬時速度可以比滑動導軌提高10倍。4）可以實現(xiàn)無間隙運動，提高進給系統(tǒng)的運動精度。4-3數(shù)控機床的導軌5）滾動導軌成對使用，有“誤差均化的效應”，從而降低基礎件的加工精度要求。6）接觸應力小，承載能力比開式導軌高。7）導軌表面耐磨，內(nèi)部具有很好的任性。8）滾動導軌對安裝面的要求較低。4-3數(shù)控機床的導軌4-3數(shù)控機床的導軌4-3數(shù)控機床的導軌五、靜壓導軌六、導軌的潤滑和防護4-4數(shù)控機床的自動換刀裝置一、自動換刀裝置的類型回轉刀架、轉塔式換刀、帶刀庫換刀。1、數(shù)控車床回轉刀架裝置4-4數(shù)控機床的自動換刀裝置2、轉塔式自動換刀裝置4-4數(shù)控機床的自動換刀裝置3、車削中心的動力刀架4-4數(shù)控機床的自動換刀裝置4、帶刀庫式自動換刀裝置刀庫和換刀裝置組成。分為無機械手換刀。機械手換刀。（1）無機械手換刀（2）機械手換刀4-4數(shù)控機床的自動換刀裝置二、刀庫的類型1、刀庫類型（1）鼓輪式刀庫（2）鏈式刀庫2、刀庫容量4-4數(shù)控機床的自動換刀裝置三、換刀時的自動選刀1、順序選刀4-4數(shù)控機床的自動換刀裝置2、任意選刀（軟件選刀）（1）自動換刀控制和刀號數(shù)據(jù)表4-5數(shù)控機床的回轉工作臺一、分度工作臺4-5數(shù)控機床的回轉工作臺1、鼠牙盤式分度工作臺組成：工作臺底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸、鼠牙盤。

工作過程。特點：定位剛度好，重復定位精度高。鼠齒盤制造精度要求高，且不能任意分度。4-5數(shù)控機床的回轉工作臺2、定位銷式分度工作臺4-5數(shù)控機床的回轉工作臺二、數(shù)控回轉工作臺4-5數(shù)控機床的回轉工作臺4-5數(shù)控機床的回轉工作臺數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應的運動。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結束M02

4M03主軸正轉M03√M04主軸反轉M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關冷卻液M09√

6M97程序跳轉M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關1有效M20√M21自定義開關1無效M21√8M22自定義開關2有效M22√M23自定義開關2無效M23√9S主軸轉速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進行有關數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯編譯等。每一個工件程序由若干個程序段組成；每一個程序段完成一個加工步驟；每一個程序指令有程序段號和若干個指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程序段中不能重復使用；最后一個程序段由指令代碼M02作為程序結束標志。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹

在運行加工程序之前，必須通過參數(shù)設置對機床和刀具進行調(diào)整，使其與加工要求相符，這樣才能正確地進行加工或模擬加工。OpenSoftCNC軟件系統(tǒng)的參數(shù)主要有以下內(nèi)容：①基本設置設置可修改的基本參數(shù)。②刀具設置設置刀具編號、類型和刀具補償?shù)葏?shù)。③軸參設置設置和查看坐標軸參數(shù)。④工件坐標設置設置G54—G59等工件坐標系的原點坐標。⑤PLC設置用于