模塊十 數控加工基礎知識

1模塊十數控加工基礎知識2數控加工基礎知識數控機床的分類數控機床及其工作原理數控坐標系數控編程基礎知識數控車削編程數控銑削編程編程舉例3一

數控機床及其工作原理(一)數控機床的概念

數控又稱為數字控制(NumericalControl),是一種利用數字化信息發(fā)出指令并實現(xiàn)自動控制的技術。

數控機床是采用了數字控制技術的加工設備,它通過數字化信息對機床的運動方向及加工過程進行控制,實現(xiàn)要求的機械動作,并自動完成加工任務。它是一種典型的技術密集且自動化程度很高的機電一體化產品。(二)數控機床的產生與發(fā)展

數控機床誕生于美國。1952年,美國帕森斯公司與麻省理工學院共同研制成功了世界上第一臺數控機床,用來加工直升機葉片輪廓檢查用樣板。半個世紀以來,數控技術得到了迅猛的發(fā)展,其加工精度和加工效率不斷提高。數控機床發(fā)展至今已經歷了兩個階段共六個時代.4一.數控機床及其工作原理1.硬件數控階段:(NC)

早期的計算機運算速度低,不能適應機床實時控制的要求,人們只好用數字邏輯電路搭成一臺機床專用計算機作為數控系統(tǒng),這就是硬件連接數控,簡稱數控(NC)。這個階段一共經歷了三代,即第一代的電子管數控機床,第二代的晶體管數控機床,第三代的小規(guī)模集成電路數控機床。5一.數控機床及其工作原理2.計算機數控階段:(CNC)

這個階段也經歷了三代:即第四代的小型計算機數控機床,第五代的微型計算機數控機床以及第六代基于PC的數控機床。

前三代數控機床采用專用控制計算機的硬件數控裝置,早已被淘汰;后三代的數控機床,則以小型／微型計算機取代硬件控制計算機作為核心部件，數控機床的許多控制功能由專用軟件實現(xiàn),其數控系統(tǒng)被稱為軟件控制系統(tǒng),又稱CNC系統(tǒng)。6一.數控機床及其工作原理(三)數控機床的特點:1.具有高柔性。2.生產效率高,減少輔助時間和機動時間。3.加工精度高,產品質量穩(wěn)定。

4.自動化程度高,勞動強度低。

5.能加工形狀復雜的零件。7(四)數控機床的工作原理一.數控機床及其工作原理操作面板PLC電氣控制裝置輸入/輸出設備計算機數控裝置主軸伺服單元檢測反饋裝置進給伺服單元檢測反饋裝置主軸伺服單元進給驅動裝置機體本體計算機數控系統(tǒng)8二.數控機床的分類(一)按工藝用途分類:（１）金屬切削類數控機床:*普通數控機床：如數控車床、數控銑床、數控鉆床等。*復合型數控機床:如銑鏜加工中心、車銑加工中心等。（２）金屬成型類數控機床：如數控折彎機、數控彎管機、數控轉頭壓力機等．（３）數控特種加工機床：如數控線切割機、數控電火花加工機床、數控激光切割機床等．（４）其它類型數控機床：如數控三坐標測量儀等．9二．數控機床分類(二)按運動軌跡分類:A.點位控制數控機床:它控制機床移動部件由一個點準確地移動到另一個點,而對運動軌跡沒有嚴格要求.在移動和定位過程中刀具不進行任何切削加工.如數控鉆床等.10二．數控機床分類B.直線控制數控機床:刀具相對于工件的移動軌跡是平行于機床某一坐標軸或者與坐標軸成45度夾角的直線,刀具在移動過程中進行切削。早期的數控車床、數控銑床等使用這類控制系統(tǒng)。11二．數控機床分類C.輪廓控制(連續(xù)控制)數控機床:能控制兩個或兩個以上的坐標軸,對坐標軸的方向、行程、運動速度進行嚴格連續(xù)控制,可加工由任意斜線、曲線和曲面組成的復雜零件。12(三)按可控制聯(lián)動的坐標軸分類1.兩軸聯(lián)動數控機床:數控機床能同時控制兩個坐標軸聯(lián)動,可用于加工各種回轉體零件，如數控車床。2.兩軸半聯(lián)動數控機床:數控機床有三個坐標軸,能做三個方向的運動,但數控裝置只能同時控制兩個坐標軸,第三軸只能作等距周期運動,可加工空間曲面。13(三)按可控制聯(lián)動的坐標軸分類3.三軸聯(lián)動數控機床:數控機床能同時控制三個坐標軸聯(lián)動,可用于加工曲面零件，如數控銑床。4.多軸聯(lián)動數控機床:數控機床能同時控制三個以上坐標軸聯(lián)動,可使刀具軸線方向在一定的空間內任意控制,主要用于加工異形復雜的零件。14(四)按伺服系統(tǒng)類型分類A.開環(huán)伺服系統(tǒng)數控機床:它沒有位置檢測裝置和反饋裝置,不能對移動工作臺實際移動距離進行位置測量和反饋,其移動部件的位移精度主要決定于進給傳動系統(tǒng)各有關零件的制造精度。15B.閉環(huán)伺服系統(tǒng)數控機床有位置測量和反饋裝置,加工中將工作臺實際位移量的檢測結果反饋給數控裝置,并與輸入的指令進行比較、校正，直至誤差值為零。其特點是加工精度高,但結構復雜,設計和調試較困難。16C.半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數控機床其位置檢測裝置不直接測量機床工作臺的位移量,而是通過檢測絲桿轉角,間接地測量工作臺的位移量,并反饋給數控裝置進行位置校正。在精度要求適中的中小型數控機床上,半閉環(huán)控制得到了廣泛的應用。17三.數控機床坐標系與工件坐標系1.機床坐標系:為了確定機床的運動方向與運動距離,以描述刀具與工件之間的位置與變化關系,我們需要建立機床坐標系。確認機床坐標系應遵循的基本原則是:(1)刀具相對于靜止零件運動原則。(2)機床坐標系采用右手直角笛卡爾坐標系。18

右手笛卡兒坐標系

右手的大拇指、食指和中指互相垂直時,拇指的方向為X軸的正方向,食指為Y軸的正方向,中指為Z軸的正方向.以X、Y、Z坐標軸線或以與X、Y、Z坐標軸平行的坐標軸線為中心旋轉的圓周進給坐標軸分別以A、B、C表示,其正方向由右手螺旋法則確定。19機床坐標系各坐標軸確定的順序先確定Z軸:與主軸軸線平行或重合的坐標軸為Z軸,以刀具遠離工件的方向為正向。再確定X軸:平行于工件裝夾面,與Z軸垂直的水平方向的坐標軸為X軸,以刀具遠離工件的方向為正向。最后確定Y軸:當X軸和Z軸確定以后,利用右手法則確定Y軸及其正方向。20機床坐標系21機床原點與機床參考點機床坐標系是機床上固有的坐標系,其原點稱為機床原點,由廠家設定位置,不允許用戶更改。而機床參考點是機床位置測量系統(tǒng)的基準點,一般位于機床各坐標軸正向極限位置的附近,與機床原點的距離是固定的。通常機床原點與參考點重合。每次機床開機后要進行回參考點的操作,目的就是為了確定機床原點的位置,同時建立機床坐標系。222.工件坐標系與工件原點A.工件坐標系:

工件坐標系是由編程者制定的,以工件上某一個固定點為原點的右手直角坐標系,又稱為編程坐標系。工件坐標系與機床坐標系之間的差別在于原點的位置不同。由于機床坐標系的原點不在工件上,利用機床坐標系去編程是非常困難的，為了有利于編程,我們需要建立工件坐標系,編程時所有的坐標值都是假設刀具的運動軌跡點在工件坐標系中的位置,而不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置。23工件坐標系原點的設置原則(1)設置在工件的工藝基準或設計基準上。(2)設置在尺寸精度高和表面粗糙度低的位置。(3)便于測量和編程。我們利用工件坐標系編程時,不必考慮工件在機床內的安裝位置,但在自動加工時則需要確定機床坐標系與工件坐標系之間的相互位置關系。工件裝夾到機床上后,可通過對刀操作來確定兩者之間的位置關系,加工程序才能夠被執(zhí)行。機床類型工件原點位置數控車床一般設在工件右端面的中心數控銑床一般設在工件上表面的幾何中心或四個基準角上．24工件坐標系原點設置XOz數控車床ZXYo數控銑床25四．數控編程基本知識１．數控編程的方法與內容：

所謂編程，就是綜合零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數、機床運動以及刀具位移等因素，按照數控系統(tǒng)規(guī)定的代碼和格式編寫成加工指令單的過程，數控編程的方法分為手工編程和自動編程。

＊手工編程：加工程序的編寫及校驗主要是由手工完成稱為手工編程。

26手工編程的步驟零件圖分析確定加工工藝數值計算編寫程序單程序輸入程序校驗和首件試切正式加工27＊自動編程：自動編程也稱為計算機輔助編程，即程序編制的工作大部分或全部是由計算機通過專門的編程軟件完成的。自動編程大大減輕了編程人員的勞動強度，同時解決了手工編程無法解決的許多復雜零件的編程難題。自動編程的主要類型有：數控語言編程（如ＡＰＴ語言）、圖形交互式編程（如ＣＡＤ／ＣＡＭ軟件）和實物模型式自動編程。28２．數控程序的結構數控程序由三個部分組成：程序名、程序內容和程序結束．例如：Ｏ００１１程序名Ｎ１０Ｔ０１０１；Ｎ２０Ｍ０３Ｓ４００；程序內容Ｎ３０Ｇ００Ｘ４０Ｚ２；Ｎ４０Ｍ３０；程序結束

29（１）程序名系統(tǒng)可以存儲多個程序，為相互區(qū)分，在程序的開始必須冠以程序名：ＦＡＮＵＣ系統(tǒng)：Ｏ＊＊＊＊（字母Ｏ加四個數字）ＳＩＥＭＥＮＳ系統(tǒng)：ＡＢ＊＊＊＊＊＊（程序開始兩個字符必須是字母）ＨＮＣ系統(tǒng)：Ｏ＊＊＊＊＊＊（字母Ｏ加若干個字母或數字）

30（２）程序內容程序內容由若干個程序段組成，用來描述整個加工過程。程序段=段號+程序字+結束符“；”。（西門子系統(tǒng)程序段結束符為“ＬＦ”)程序段號用Ｎ表示，段號可以不寫并不影響程序的執(zhí)行。系統(tǒng)在執(zhí)行程序時，是按照程序段的先后順序依次執(zhí)行，而不是按照段號的大小順序執(zhí)行的。N10……;N20……;程序內容

N30……;……31（２）程序內容（續(xù)）程序字是由地址符（英文字母）和數字組成，一個程序字表示機床的一個動作或功能。例如：M03S50其中M、S為地址，數字03、50與前面的地址相結合成為一個程序字，代表著不同的功能．（３）程序結束：程序的最后必須用“M3０/M02”等指令結束，否則系統(tǒng)報警．N10M03S50;

程序字

……

N100M30；

程序結束指令

32３．數控編程的特點１．直徑編程：數控車床中，有兩種編程方式：直徑編程和半徑編程，我們可以通過系統(tǒng)參數或者指令進行設置．但為方便起見，一般都采用直徑編程方式，即其X坐標一般表示工件直徑２．絕對坐標與相對（增量）坐標：Ａ絕對坐標:刀具的位置坐標都是以固定的坐標原點為基準計算的，用G90代碼指定。33３．數控編程的特點（續(xù)）Ｂ相對坐標：刀具的位置坐標都是相對于其前一位置坐標的實際位移量，方向與機床坐標系相同，用G91代碼指定。３．模態(tài)指令與非模態(tài)指令：＊模態(tài)指令：只要指定一次便一直有效，直到被同組的其它指令取代．＊非模態(tài)指令：這種指令只在被指定的程序段中才有效．34絕對坐標與相對坐標示意圖XYOAB10301237XYOAB12251020絕對坐標相對坐標35七.編程舉例

數控車削編程36臺階軸車削

O0009;T0101;M03S400;G00X40Z0;G01X0Z0F0.3;G00X0Z2;G00X34Z2;G01X34Z-20F0.3;G01X40Z-20F1;Φ３７Φ３４Φ３１２０１０零件毛坯：ZOX37臺階軸車削G00X40Z2;G00X31Z2;G01X31Z-10F0.3;G01X40Z-10F1;G00X100Z100;M05;M30;Φ３７Φ３４Φ３１２０１０零件毛坯：OXZ38七.編程舉例(續(xù))