數(shù)控技術第五章

數(shù)控技術9/21/20231第五章典型數(shù)控機械5-1數(shù)控車床按功能分類：經(jīng)濟型和全功能型經(jīng)濟型：單片機或單板機控制、功率步進電機驅動、功能簡單、價格低廉的數(shù)控車床。全功能型：配有功能齊全的數(shù)控系統(tǒng)、價格相對較高的數(shù)控車床。一、數(shù)控車床的機械結構及原理一）主傳動系統(tǒng)結構特點電機：一般采用直流或交流主軸電機驅動，可實現(xiàn)無級調速。傳動：采用直接傳動、皮帶傳動或齒輪變速組傳動。變速：采用液壓撥叉或電磁離合器自動變速。9/21/202325-1數(shù)控車床

CA6140型車床數(shù)控改裝（經(jīng)濟型手動變速）傳動系統(tǒng)圖9/21/20233采用電磁離合器自動變速的主傳動系統(tǒng)原理圖5-1數(shù)控車床裝配圖9/21/20234C軸坐標功能C軸坐標概念：即繞Z軸的旋轉運動C軸坐標功能：該功能能夠控制主軸繞C軸旋轉的角度，實現(xiàn)主軸定向停車和圓周進給。從而實現(xiàn)C軸、Z軸聯(lián)動插補或C軸、X軸聯(lián)動插補，進行工件任意部位的鉆、銑、攻絲及曲面加工。C軸坐標功能示意圖5-1數(shù)控車床9/21/202355-1數(shù)控車床C軸傳動結構形式(MOC200MS3車削柔性加工單元)9/21/202365-1數(shù)控車床C軸傳動結構形式(CK6114車削中心)9/21/20237二）進給系統(tǒng)結構特點電機：步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機。運動轉換：滾珠絲杠螺母副?？煲扑俣龋航?jīng)濟型數(shù)控車床一般縱向≤6m/min，橫向≤3m/min，全功能型數(shù)控車床一般可達10~15m/min。精度：經(jīng)濟型數(shù)控車床脈沖當量一般縱向0.01mm，橫向0.005mm，全功能型數(shù)控車床一般定位精度0.01mm。進給傳動裝置.傳動：同步齒形帶傳動、錐形環(huán)連接套傳動或降速齒輪傳動。同步齒形帶傳動圖6-8錐形環(huán)連接套傳動圖6-9降速齒輪傳動圖6-10

圖6-115-1數(shù)控車床9/21/20238三）數(shù)控車床的刀架要求：重復定位精度高、剛性好、可靠性好、壽命長。5-1數(shù)控車床自動轉位刀架種類：按工位可分為：四方刀架、五方刀架、六方刀架按工作原理分：螺旋轉位刀架（應用廣泛）、十字槽轉位刀架、凸臺棘爪轉位刀架、電磁式轉位刀架、液壓式轉位刀架。螺旋轉位刀架原理9/21/20239螺旋轉位刀架結構圖5-1數(shù)控車床9/21/2023105-1數(shù)控車床自動轉位刀架編碼：以實現(xiàn)加工所需刀具的選擇。四方刀架編碼：需兩位數(shù)00、01、10、11五方刀架編碼：需三位數(shù)001、010、011、100、101（000一般不用）六方刀架編碼：需三位數(shù)001、010、011、100、101、110轉塔刀架（回轉刀架）刀位數(shù)：最多可達20余種，常用8、10、12、16四種。外形：圓鼓形、星形和傘形，常用圓鼓形。驅動：電機傳動和液壓傳動。動力刀架：用于車削中心，與C軸坐標功能配合，完成聯(lián)動插補加工。9/21/202311轉塔刀架簡圖5-1數(shù)控車床9/21/202312四）床身與導軌床身結構：平床身、斜床身、平床身與斜滑板、立床身。5-1數(shù)控車床平床身：工藝性好、運動精度較高，但排屑困難，一般用于經(jīng)濟形數(shù)控車床。斜床身：排屑方便、占地面積小、外形美觀、便于安裝機械手、可實現(xiàn)單機自動化，一般用于中小型機床導軌

支承導軌：一般采用鑲鋼導軌或鑄鐵淬火導軌。動導軌：一般采用貼塑或注塑導軌。

直線滾動導軌副：應用日益廣泛。9/21/202313二、經(jīng)濟型數(shù)控車床的CNC數(shù)控系統(tǒng)國內開發(fā)并廣泛應用的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)如：WSQ-80系統(tǒng)：采用單板機控制RC-51系統(tǒng)：采用8031單片機控制JWK系統(tǒng)：采用雙8031單片機控制CKL-6132經(jīng)濟型數(shù)控車床CNC系統(tǒng)簡介：（一）主要技術參數(shù)與功能主軸轉速級數(shù)12級主軸轉速范圍32-1600rpm進給量及螺距范圍(縱向)0.01-10.23mm／r進給量及螺距范圍(橫向)0.005-5.11mm／r5-1數(shù)控車床9/21/202314可裝刀具數(shù)目4把主電機(直流)功率4kW速度刀架縱向快速移動3m／min刀架橫向快速移動速度1.5m／min縱向步進電機靜態(tài)轉矩20N·m橫向步進電機靜態(tài)轉矩10N·m2.數(shù)控裝置控制微機16位(8086)微機控制軸數(shù)x、z兩軸聯(lián)動插補方式直線、圓弧插補脈沖當量z向0.01mm脈沖當量x向0.005mm代碼ISO標準5-1數(shù)控車床9/21/202315最大編程值三字節(jié)CRT顯示x和z向顯示999.99mm顯示功能：現(xiàn)在位置、加工程序、主軸轉速、加工程序號等操作方式：全程序運行、單程序運行、手動操作、程序工作狀態(tài)等。3.數(shù)控裝置的功能準備功能：G00快速定位C01直線插補C02(G03)圓弧插補G04延時指令G25鋸齒加工G70圓柱切削循環(huán)G71錐度切削循環(huán)G72圓柱螺紋切削循環(huán)G73錐度螺紋切削循環(huán)G92坐標設定5-1數(shù)控車床9/21/202316輔助功能：M00程序停止M01計劃暫停M02程序終了M03主軸正轉M04主軸反轉M05主軸停止M08冷卻液開M09冷卻液關主軸轉速選擇功能S：S01—S06(低速)2~400r／minS11—S13(中速)500~800r／minS14～S15(高速)1000~1600r／min刀具選擇功能：TΔ

?Δ表示刀具號碼?表示刀具補償號5-1數(shù)控車床9/21/202317進給速度功能F：F1~F1023種選擇坐標與刪節(jié)指令：x表示橫向絕對坐標z表示縱向絕對坐標U表示橫向增量坐標W表示縱向增量坐標I圓心坐標和橫向進給量K圓心坐標和縱向進給量R圓弧曲線的半徑(矢量)值/刪節(jié)指令4.數(shù)控程序輸入方式(1)鍵盤輸入方式(2)磁帶輸入方式(3)固化在ROM存儲器中5-1數(shù)控車床9/21/202318（二）硬件結構主從控制結構圖6-17主機：一臺16位的8086構成的工業(yè)控制機，擔負數(shù)據(jù)處理、插補控制及一些功能管理等任務。從機：Z-80CPU為核心構成的單板機，擔負S、M、T等輔助任務(如調速、換刀等開關量控制)，還擔任手動操作方面的控制任務。系統(tǒng)內存為ROM64K、RAMl28K接口電路由8255、8253、8259等芯片組成。8255送數(shù)據(jù)和掃描開關量，井控制伺服驅動系統(tǒng)。8253主要采集主軸脈沖信號和G00速進給的定時控制可編程中斷控制器8259用于中斷控制。5-1數(shù)控車床9/21/202319（三）軟件結構CNC系統(tǒng)是一個實時控制系統(tǒng)，其控制軟件由多個功能模塊組成，一般都應具備如下一些軟件模塊：數(shù)控語句讀人程序；工作狀態(tài)選擇程序；補償功能程序；如間隙補償、刀尖半徑補償?shù)?；速度控制程序；指進給速度的控制和主軸速度的控制；插補程序；以實現(xiàn)脈沖的各種分配運算；輔助功能控制程序；用于刀具選擇、主軸正反轉控制等。1．軟件的總體結構圖6-18框圖結構說明如下：5-1數(shù)控車床9/21/202320(1)系統(tǒng)初始化

在上電以后系統(tǒng)程序首先使各有關寄存器、存儲單元進入初始狀態(tài)，清零、設置有關常數(shù)，對有關接口設置工作狀態(tài)。初始化工作結束后，系統(tǒng)立即對操作面板進行掃描，區(qū)別操作狀態(tài)為手動還是自動，然后做出相應的響應。

(2)讀NC程序一次性將加工程序依次讀入源程序區(qū)加工時逐條將源程序從源程序區(qū)讀入工作區(qū)進行譯碼、刀具補償運算等(3)S、M、T處理

讀人程序譯碼之后，S、M、T強電控制信號送人強電控制裝置，使其處于數(shù)控程序所規(guī)定的工作狀態(tài)。

5-1數(shù)控車床9/21/202321(4)坐標值變換

該機床數(shù)控編程時允許絕對值與相對值混合使用，所以必須對每條數(shù)控程序的坐標值進行處理。(5)程序檢索此項處理是為了在程序調試或機床調整中使用，目的是為了方便地尋到所要求的數(shù)控程序段，這對于分析故障亦有許多幫助。

(6)等待強電回答

當主機向機床強電裝置發(fā)出S、M、T命令之后，它自己就去處理其他有關程序，在它執(zhí)行完有關程序之后，強電動作還遠未完成，這時主機就轉入等待狀態(tài)。(7)G功能分析程序塊

由于該系統(tǒng)是一個多功能系統(tǒng)，所以在執(zhí)行每條數(shù)控程序時必須對G指令進行判別，確定是哪一個指令，這樣在加工過程中就可以調用相應的G功能子程序。5-1數(shù)控車床9/21/202322(8)進給速度處理

加工中一般有兩種速度：空行程快速點定位速度(一般在2-4m／min)由F指令確定的加工進給速度。考慮到步進電機啟動和制動時的慣性，必須有升降速處理程序。(9)加工（插補）運算

本系統(tǒng)采用逐點比較法進行插補運算(10)終點判別

在加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)每向步進電機發(fā)出一個脈沖信號，都將相對坐標值減去1，并且立即判斷其是否為零，即是否到達終點。(11)其他程序除上述一些程序外，還有系統(tǒng)轉向相應的執(zhí)行程序等。5-1數(shù)控車床9/21/2023232．特殊功能模塊程序設計(1)螺紋切削處理軟件加工螺紋時主軸脈沖發(fā)生器每轉發(fā)出二組脈沖：一組為每轉發(fā)1024個脈沖，通過螺紋切削處理軟件產(chǎn)生F個溢出脈沖，控制Z方向進給F值（螺距值），達到主軸轉一轉刀架移動一個螺距。一組是每轉發(fā)一個同步脈沖，當微機接受到同步脈沖之后就進入加工控制，實現(xiàn)同一切削點切人加工，防止亂扣。生成進給速度F的方法有數(shù)字積分法和CTC常數(shù)設置法5-1數(shù)控車床9/21/202324①數(shù)字積分法：由螺距值F（脈沖數(shù)）寄存器和余數(shù)寄存器構成一個積分器：采用CTC中斷方式：脈沖發(fā)生器每發(fā)一個脈沖，就產(chǎn)生一次中斷，積分器進行一次累加，當余數(shù)寄存器有溢出時，向Z向發(fā)一個進給脈沖。每轉發(fā)1024個脈沖，進行1024次中斷和累加，產(chǎn)生F個溢出脈沖，完成一次螺距進給。5-1數(shù)控車床9/21/202325②CTC常數(shù)設置法：脈沖發(fā)生器所發(fā)脈沖數(shù)為F的整數(shù)倍，則以所發(fā)脈沖數(shù)除以F作為計數(shù)常數(shù)。脈沖發(fā)生器所發(fā)脈沖數(shù)不為F的整數(shù)倍，則一個設置常數(shù)為商數(shù)加1，中斷次數(shù)為余數(shù)次，另一個設置常數(shù)為商數(shù)，中斷次數(shù)為（F-余數(shù)次）。驗證：主軸脈沖數(shù)＝商×(F-余數(shù)次)+(商+1)×余數(shù)例：螺距為1，主軸脈沖數(shù)為1024，脈沖當量為0.01則F＝100，商為10，余數(shù)24帶入上式驗證:5-1數(shù)控車床9/21/202326(2)刀具選擇軟件設計四方刀架控制軟件應該包含下面內容：①讀入當前刀架所處的刀具位置；②與數(shù)控指令所要求的刀位進行比較，并確定所要求轉動的刀位角是90·、180喊是270·；③在要求轉位情況下使刀架轉位電機轉動；·④在電機轉動刀架的時間到了以后，再次讀入刀位值，與指令值進行比較，如果符合則電機反轉，使刀架下落夾緊；⑤關刀架轉位電機，發(fā)出結束信號。5-1數(shù)控車床9/21/202327加工中心與數(shù)控銑床的異同:加工中心是在數(shù)控機床的基礎上發(fā)展起來的，都是通過程序控制多軸聯(lián)動走刀進行加工的數(shù)控機床。不同的是加工中心具有刀庫和自動換刀功能。加工中心適于加工形狀復雜、工序多、精度要求較高，普通機床加工需多次裝夾調整困難的的工件。5-2加工中心常用于加工箱體類零件帶復雜曲面的零件異形件板、套、盤、殼體類零件9/21/2023285-2加工中心臥式加工中心

龍門加工中心

立式加工中心

復合加工中心

按機床主軸布局形式分主軸軸心線設置在豎直狀態(tài)

主軸軸心線設置在水平狀態(tài)

具有可移動的龍門框架、主軸頭裝在龍門框架上、主軸軸心線設置在垂直狀態(tài)

立臥兩用加工中心，具有立式和臥式加工中心的功能

立式、臥式加工中心的結構（單擊觀看錄像）9/21/2023295-2加工中心無機械手的加工中心帶刀庫、機械手的加工中心刀庫轉塔式加工中心按換刀形式分

加工中心的結構及類型9/21/2023305-2加工中心可裝20把刀的無臂式ATC刀具庫9/21/2023315-2加工中心可裝24把刀的有臂式ATC刀具庫9/21/2023325-2加工中心可裝32把刀的有臂式刀具庫9/21/2023335-2加工中心可裝60把刀的刀具庫9/21/2023345-2加工中心

XHK716立式加工中心一、機床的用途與主要技術性能XHK716立式加工中心技術參數(shù)為：工作臺工作面積630x120m2行程：縱向1200mm橫向630mm鉛垂向800mm主軸轉速范圍：25-2500rpm主軸轉速級數(shù)無級（直接編程，增量1r/min）進給速率（x、y、z）2-4000mm/min快速移動（x、y、z）10m／min刀庫容量24把選刀方式任選主電機功率12或15kW進給直流伺服電機38.5N·m機床電源總功率