《數(shù)控車床編程與操作》校本教材案例

《數(shù)控車床編程與操作》校本教材案例項目一數(shù)控車床的基礎(chǔ)知識項目一數(shù)控車床的基礎(chǔ)知識任務(wù)一數(shù)控車床的認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握數(shù)控車床的基本組成2.了解數(shù)控車床的分類3．了解數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點和加工特點任務(wù)描述任務(wù)描述數(shù)控車床作為當(dāng)今使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一，主要用于加工軸類零件、盤類零件等回轉(zhuǎn)體零件的自動切削加工。與普通機(jī)床相比，數(shù)控車床的加工高精度高，生產(chǎn)效率高，并且適合加工形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件，所以，近年來已經(jīng)成為零件加工領(lǐng)域必不可少的加工設(shè)備。為了更好地使用和操作數(shù)控車床，我們必須了解數(shù)控車床的基本組成及其結(jié)構(gòu)關(guān)系，熟悉數(shù)控車床的特點及分類。知識鏈接知識鏈接一、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控車床數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床是利用數(shù)字化信號對機(jī)床的運動及加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。它將加工過程所需的各種操作(如主軸變速、松夾工件、進(jìn)刀與退刀、開車與停車、自動關(guān)停冷卻液等)和步驟以及工件的形狀尺寸用數(shù)字化的代碼表示，通過控制介質(zhì)將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置，數(shù)控裝置對輸入的信息進(jìn)行處理與運算，發(fā)出各種控制信號，控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他驅(qū)動元件，使機(jī)床自動加工出所需要的工件。數(shù)控機(jī)床的誕生與發(fā)展，有效地解決了一系列生產(chǎn)上的矛盾，為單件、小批量精密復(fù)雜工件的加工提供了自動化加工手段。二、數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床主要由輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)、輔助控制裝置、檢測裝置和機(jī)床本體組成（如圖1-1）。1-1數(shù)控車床1.輸入裝置輸入裝置是指編程人員將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置中的程序載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，常用的有磁盤、移動硬盤、Flash(U盤)等，在某些數(shù)控（CNC）設(shè)備上，利用CAD／CAM軟件先在計算機(jī)上編程，然后通過計算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置，也可以通過數(shù)控機(jī)床操作面板上的鍵盤，用手工將工件加工程序輸入到數(shù)控裝置。2.數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。它根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，完成數(shù)值計算、邏輯判斷、輸入輸出控制等。數(shù)控裝置一般由專用(或通用)計算機(jī)、輸入輸出接口板及可編程序控制器(PLC)等組成?？删幊绦蚩刂破髦饕糜趯?shù)控機(jī)床輔助功能、主軸轉(zhuǎn)速功能和刀具功能的控制。3.伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動裝置和執(zhí)行部件(如伺服電動機(jī))兩大部分組成，包括主軸伺服單元、進(jìn)給伺服單元、機(jī)床控制線路、功率放大線路及驅(qū)動裝置，它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作命令，驅(qū)動數(shù)控機(jī)床傳動系統(tǒng)的運動。它的伺服精度和動態(tài)響應(yīng)是影響數(shù)控機(jī)床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。目前數(shù)控機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu)中，常用的位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)有功率步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)等。4.輔助控制裝置輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的強(qiáng)電控制裝置。它接受數(shù)控裝置輸出的主運動變速、刀具選擇和交換、輔助動作等指令信息，經(jīng)過必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后，直接驅(qū)動相應(yīng)的電氣、液壓和機(jī)械部件，以完成各種規(guī)定的動作。此外，有些開關(guān)信號經(jīng)過它送到數(shù)控裝置進(jìn)行處理。由于可編程控制器(PLC)具有響應(yīng)快、性能可靠、易于使用、編程和修改程序，并可直接驅(qū)動機(jī)床電氣等特點，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置。5.檢測反饋裝置檢測反饋裝置將數(shù)控機(jī)床各個坐標(biāo)軸的實際位移量、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信號，并反饋到機(jī)床的數(shù)控裝置中。數(shù)控裝置將反饋回來的實際位移量、速度值與指令設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷是否一致，并發(fā)出相應(yīng)的指令，控制伺服機(jī)構(gòu)按指令設(shè)定值運動，糾正所產(chǎn)生的誤差。檢測反饋裝置安裝在數(shù)控機(jī)床的工作臺或絲杠上。檢測裝置的檢測元件有多種，常用的有直線光柵、光電編碼器、圓光柵、絕對編碼尺等。6.機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。包括主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)以及輔助裝置等。對于數(shù)控加工中心，還有存放刀具的刀庫、自動換刀裝置(ATC)和自動托盤交換裝置等。與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和抗振性，傳動系統(tǒng)和刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)，操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很大的變化，其目的是為了滿足數(shù)控技術(shù)的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能。圖1-2數(shù)控機(jī)床的組成示意圖三、數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床的加工步驟如下1.確定被加工零件的圖樣與工藝方案。2.用規(guī)定的代碼和程序段格式編寫出加工程序。3.將所編寫加工程序指令輸入到機(jī)床數(shù)控裝置中。4.數(shù)控裝置對程序(代碼)進(jìn)行處理之后，向機(jī)床各個坐標(biāo)的伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出控制信號，顯示刀具加工路徑。5.伺服機(jī)構(gòu)接到執(zhí)行信號指令后，驅(qū)動機(jī)床的各個運動部件，并控制所需的輔助動作。6.機(jī)床自動加工出合格的零件。數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程如下圖。圖1-3數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程四、數(shù)控車床的分類1.按主軸的布置形式分類(1)臥式數(shù)控車床臥式數(shù)控車床主軸軸線是水平布置的。(2)立式數(shù)控車床立式數(shù)控車床主軸軸線是垂直布置的。圖1-4臥式數(shù)控車床圖1-5立式數(shù)控車床2.按照數(shù)控系統(tǒng)的功能分類(1)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床數(shù)控機(jī)床的一種，又稱簡易數(shù)控機(jī)床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床采用步進(jìn)電動機(jī)和單片機(jī)對普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造后形成的簡易型數(shù)控車床，成本較低，但自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。(2)全功能數(shù)控車床全功能型數(shù)控車床：是根據(jù)\t"_blank"車削加工要求在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行專門設(shè)計并配備通用\t"_blank"數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)控車床，其數(shù)控系統(tǒng)功能強(qiáng)大，自動化程度和加工精度也比較高一般\t"_blank"重復(fù)定位精度都可以達(dá)到0.005或更高，適用于一般回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。這種數(shù)控車床可同時控制兩個坐標(biāo)軸，即X軸和Z軸。是如今使用比較廣泛的數(shù)控車床。(3)車削中心\t"_blank"車削加工中心在普通數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，增加了C軸和動力頭，更高級的數(shù)控車床帶有刀庫，可控制X、Z和C三個坐標(biāo)軸，聯(lián)動控制軸可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C軸和\t"_blank"銑削動力頭，這種數(shù)控車床的加工功能大大增強(qiáng)，除可以進(jìn)行一般車削外可以進(jìn)行徑向和軸向銑削、\t"_blank"曲面銑削、中心線不在零件回轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工，三、按車床刀架數(shù)量分類1.單刀架數(shù)控車床單刀架數(shù)控車床數(shù)控車床一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥動轉(zhuǎn)位刀架或多工位轉(zhuǎn)塔式自動轉(zhuǎn)位刀架。2.雙刀架數(shù)控車床雙刀架數(shù)控車床這類車床的雙刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。四、機(jī)床按控制方式分類1.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床開環(huán)控制系統(tǒng)的特征是系統(tǒng)中沒有檢測反饋裝置，指令信息單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱開環(huán)控制。受步進(jìn)電動機(jī)的步距精度和工作頻率以及傳動機(jī)構(gòu)的傳動精度影響，開環(huán)系統(tǒng)的速度和精度都較低。但由于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，容易維修，成本較低，仍被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。典型的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)如下圖所示（如圖0-6）。圖0-6開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)2.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如下圖所示。半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床不是直接檢測工作臺的位移量，而是采用轉(zhuǎn)角位移檢測元件，測出伺服電動機(jī)或絲杠的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際位移量，反饋到計算機(jī)中進(jìn)行位置比較，用比較的差值進(jìn)行控制。由于反饋環(huán)內(nèi)沒有包含工作臺，故稱半閉環(huán)控制（如圖0-7）。圖0-7半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制精度較閉環(huán)控制差，但穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試維修也較容易，兼顧了開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩者的特點，因此應(yīng)用比較普通。3.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如下圖所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是利用安裝在工作臺上的檢測元件將工作臺實際位移量反饋到計算機(jī)中，與所要求的位置指令進(jìn)行比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止。可見，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動部件的各種誤差和工件加工過程中產(chǎn)生的干擾的影響，從而使加工精度大大提高。速度檢測元件的作用是將伺服電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速變換成電信號送到速度控制電路中，進(jìn)行反饋校正，保證電動機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定不變。常用速度檢測元件是測速電動機(jī)（如圖0-8）。圖0-8閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制的特點是加工精度高，移動速度快。這類數(shù)控機(jī)床采用直流伺服電動機(jī)或交流伺服電動機(jī)作為驅(qū)動元件，電動機(jī)的控制電路比較復(fù)雜，檢測元件價格昂貴。因而調(diào)試和維修比較復(fù)雜，成本高。五、數(shù)控車床有如下特點：1、加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；2、可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；3、加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間；HYPERLINK"/s?wd=%E6%95%B0%E6%8E%A7%E6%8A%98%E5%BC%AF%E6%9C%BA&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1Y4nvcYuWPWPW9bPW6kPWc30Z