數(shù)控加工原理與加工過程

1、數(shù)控加工原理與加工過程一、實(shí)訓(xùn)目的(1) 了解數(shù)控加工原理與數(shù)控系統(tǒng)的基本組成；(2) 了解數(shù)控機(jī)床加工與普通機(jī)床加工的異同；(3) 了解數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)組成；(4) 了解零件從編程到數(shù)控加工的大致過程；二、預(yù)習(xí)要求認(rèn)真閱讀數(shù)控加工原理，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)組成等資料，了解加工一個(gè)簡(jiǎn)單輪廓形狀軌跡的數(shù)控 程序。三、實(shí)訓(xùn)理論基礎(chǔ)零ftB離舗人援冒f編程部分機(jī)床控制部分圖i-i數(shù)控加工原理框圖i、數(shù)控加工原理CJK6032數(shù)控車床ZJK7532A1數(shù)粗銚床南通XH713A立式加工中心圖1-2數(shù)控加王機(jī)床采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式， 編成程序代碼輸入到機(jī)

2、床控制系統(tǒng)中，再由其進(jìn)行運(yùn)算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)，從而控制機(jī)床各部件協(xié)調(diào)動(dòng)作，自動(dòng)地加工岀零件來。當(dāng)更換加工對(duì)象時(shí)，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機(jī)床，即可由數(shù)控裝置代替人的大腦和雙手的大部分功能，控制加工的全過程， 制造出任意復(fù)雜的零件。2、數(shù)控系統(tǒng)的基本組成（以GSK-980TD數(shù)控車、HNC-21M數(shù)控銑、JM650立式加工中心為例）數(shù)控機(jī)床一般由輸入 /輸岀設(shè)備、CNC數(shù)控裝置、主軸單元、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置、可編程 控制器及電氣控制裝置、機(jī)床本體及位置檢測(cè)裝置（開環(huán)機(jī)床無）等組成。除機(jī)床本體外的部分統(tǒng)稱數(shù)控系統(tǒng)。EPROURAU范卸b DNC A/ 舗H S a乍動(dòng)做書朝入/

3、 顯示殖元萇口鎖置柜羽望冗T-運(yùn)底松用卑元圖1-3數(shù)整系統(tǒng)組成數(shù)控裝置:HNC-21M數(shù)控銑機(jī)床采用華中數(shù)控“世紀(jì)星”HNC -21T/M 數(shù)控裝置，內(nèi)置嵌入式工業(yè) PC機(jī)、配置7.7”彩色液晶顯示屏和通用工程面板，具故障診斷與報(bào)警、多種形式的圖形加工軌 跡顯示。集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、（手持單元接口）、內(nèi)嵌式PLC接口于一體。具直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、螺紋切削、刀具補(bǔ)償、宏程序等功能。由于采用PC機(jī)的管理機(jī)制，可外掛硬盤， 因此程序存貯容量可以非常大，容易實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量程序的“海量”加工。JM650立式加工中心機(jī)床采用 FANUC-Oi數(shù)控系統(tǒng)，能夠控制的主要有X、Y、Z三坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)（包括移動(dòng)

4、量及移動(dòng)速度的控制，能進(jìn)行直線、圓弧的插補(bǔ)加工控制），具有16把刀具的斗笠式刀庫(kù)、采用氣動(dòng)換刀方式。程序存貯容量限制在 200K以內(nèi)，若需要進(jìn)行大數(shù)據(jù)量 程序的加工，應(yīng)采用 DNC連線控制的模式。伺服/變頻調(diào)速主軸單元:現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的主軸大多采用矢量控制的變頻器配三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻無級(jí)調(diào)速或直接將主軸作為電機(jī)轉(zhuǎn)子的“電主軸”形式。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的主軸變速還保留用傳統(tǒng)的齒輪減速箱的手動(dòng)換擋變速形式，這類機(jī)床通常不接受 S指令功能。也有些機(jī)床采用機(jī)械-液壓的自動(dòng)換 擋結(jié)構(gòu)，此時(shí)若用 S指令，其功能僅在于控制吸合的電液閥的序號(hào)。進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)單元：GSK-980TD數(shù)控車（兩軸聯(lián)動(dòng)控制）與 HNC

5、-21M數(shù)控銑（三軸聯(lián)動(dòng)控制）的進(jìn)給軸采用雷 塞M535細(xì)分型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和四相混合式步進(jìn)電機(jī)，采用先進(jìn)的雙極性等角度恒力矩技術(shù)?？梢酝ㄟ^驅(qū)動(dòng)器側(cè)邊的一排撥碼開關(guān)選擇細(xì)分精度，以及設(shè)置動(dòng)、靜態(tài)工作電流。由于沒有位置傳感檢測(cè)，各進(jìn)給軸都是開環(huán)控制的，而工業(yè)生產(chǎn)型數(shù)控車（如濟(jì)南一機(jī)的CK616 ）和數(shù)控銑（如大連數(shù)控的XD40）則采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)控制。JM650型加工中心機(jī)床的進(jìn)給軸亦采用半閉環(huán)控制，通過交流伺服電機(jī)上帶的脈沖編碼器進(jìn)行角位移檢測(cè)和反饋。輸入/輸出裝置：開關(guān)量輸入/輸出裝置通過輸入接線端子板和繼電器板，作輸入/輸出接口的轉(zhuǎn)接單元用，以方便連接及提高可靠性。開關(guān)量控制是用于

6、主軸啟停、正反轉(zhuǎn)、冷卻液?jiǎn)⑼?、刀架（刀?kù)）換刀等的信號(hào)開關(guān)控制。按下操作面板上的“循環(huán)啟動(dòng)”按鈕后，就向CNC裝置發(fā)岀中斷請(qǐng)求。 一旦CNC裝置所處狀態(tài)符合啟動(dòng)條件，則 CNC裝置就響應(yīng)中斷，控制程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的中斷服務(wù)程 序。進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，逐段計(jì)算出各軸的進(jìn)給速度，插補(bǔ)軌跡等。并將結(jié)果輸出到進(jìn)給伺服控制接口及其它輸岀接口，控制工作臺(tái)（或刀具）的位移和其它輔助動(dòng)作。這樣機(jī)床就自動(dòng)地按照零件 加工程序的要求進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)。0）兩坐標(biāo)數(shù)控車床（b）三坐標(biāo)數(shù)控銃床圖1-4機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)3、機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)及聯(lián)動(dòng)加工兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工圖1-5聯(lián)動(dòng)加工形式數(shù)控機(jī)床加工時(shí)的橫向、縱向等進(jìn)給量

7、都是以坐標(biāo)數(shù)據(jù)來進(jìn)行控制的。象數(shù)控車床、數(shù)控線切割機(jī)床等是屬于兩坐標(biāo)控制的，數(shù)控銑床則是三坐標(biāo)控制的，還有四坐標(biāo)軸、 五坐標(biāo)軸甚至更多的坐標(biāo)軸控制的加工中心機(jī)床等。坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工是指數(shù)控機(jī)床的幾個(gè)坐標(biāo)軸能夠同時(shí)進(jìn)行移 動(dòng)，從而獲得平面直線、平面圓弧、空間直線、空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡的能力。當(dāng)然也有一 些早期的數(shù)控機(jī)床盡管具有三個(gè)坐標(biāo)軸，但能夠同時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制的可能只是其中兩個(gè)坐標(biāo)軸， 那就屬于兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的三坐標(biāo)機(jī)床。象這類機(jī)床就不能獲得空間直線、空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡。要想加工復(fù)雜的曲面，只能采用在某平面內(nèi)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，第三軸作單獨(dú)周期性進(jìn)給的“兩維半”加工方式。數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸及其正方向的

8、確定原則是：（1 ）先確定Z軸。以平行于機(jī)床主軸的刀具運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)為Z軸，Z軸正方向是使刀具遠(yuǎn)離工件的方向。如立銑類，主軸箱的上、下或主軸本身的上、下即可定為Z軸，且是向上為正，若主軸不能上下動(dòng)作，則工作臺(tái)的上、下便為Z軸，此時(shí)工作臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)的方向定為正向；對(duì)于臥銑類，一般是工作臺(tái)離開主軸前移為+Z方向；對(duì)于臥式車床，刀架拖板遠(yuǎn)離主軸朝尾座移動(dòng)為+Z方向。（2 ）再確定X軸X軸為水平方向且垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面對(duì)于立銑或立式加工中心，工作臺(tái)往左（刀具相對(duì)向右）移動(dòng)為X正向?qū)τ谂P銑或臥式加工中心，工作臺(tái)往右（刀具相對(duì)向左）移動(dòng)為X正向?qū)τ跀?shù)控車床， 視刀架前后放置方式不同，其X正向亦不相同，

9、 但都是由軸心沿徑向朝外的。（3 ）最后確定丫軸。在確定了 X、Z軸的正方向后，即可按右手定則定岀丫軸正方向丫正向?qū)τ诹娀蛄⑹郊庸ぶ行?，工作臺(tái)往前（刀具相對(duì)向后）為（a ）刀架后置式圖1-6車床坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)于臥銑或臥式加工中心，主軸箱帶動(dòng)刀具向上移動(dòng)為丫正向機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)是由廠家確定的，用戶一般不可更改，它是由回參考點(diǎn)操作建立起來的。很多機(jī)床都將參考點(diǎn)和機(jī)床原點(diǎn)設(shè)為同一點(diǎn)，所以回參考點(diǎn)也叫“回零”。參考點(diǎn)的位置通常都設(shè)在各軸的正向行程極限附近，也有廠家將個(gè)別軸設(shè)在負(fù)向極限附近。圖1-7機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)與參考點(diǎn)GSK-980TD數(shù)控車（兩軸聯(lián)動(dòng)控制）與 HNC-21M數(shù)控銑（三軸聯(lián)動(dòng)控制）及型加工

10、中心機(jī) 床的機(jī)床原點(diǎn)和參考點(diǎn)重合，都是設(shè)在各軸的正向行程極限附近，其位置是通過檔鐵和行程開關(guān)來確定。由于自動(dòng)換刀位置調(diào)整的需要，加工中心機(jī)床（如JM650 ）還設(shè)有第二參考點(diǎn)作為換刀要求位置。四、實(shí)訓(xùn)儀器及設(shè)備GSK-980TD 數(shù)控車床1臺(tái)XK712 數(shù)控銑床1臺(tái)HNC-21M 數(shù)控銑床1臺(tái)JM650立式加工中心 1臺(tái)(5) 120x100x20加工毛坯料 2 塊40x200 圓形棒料2根(7)壓板螺釘?shù)然狙b夾工具、刀具1套五、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟(1) 數(shù)控車削加工過程的認(rèn)識(shí)(2) 數(shù)控銑削加工過程的認(rèn)識(shí) 加工中心加工過程的認(rèn)識(shí)加工中心換刀過程的認(rèn)識(shí)步驟：(1) 針對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的階梯軸零件，先進(jìn)

11、行編程、程序輸入，然后利用數(shù)控車床將其加工岀來。 了解數(shù)控車床的控制軸數(shù)、手動(dòng)操作和自動(dòng)運(yùn)行的過程。(2) 針對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的矩形輪廓零件，先進(jìn)行編程、程序輸入，然后利用數(shù)控銑床將其加工岀來。了解數(shù)控銑床的控制軸數(shù)，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，走直線、圓弧的指令，主軸啟停等的控制代碼。(3) 針對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的矩形帶孔零件，先進(jìn)行編程、程序輸入，然后利用加工中心機(jī)床將其加工岀來。了解加工中心的控制軸數(shù)、聯(lián)動(dòng)軸數(shù)、自動(dòng)換刀方法、切削液的指令控制代碼等。性能特征機(jī)床類型型號(hào)控制 軸數(shù)聯(lián)動(dòng) 軸數(shù)主軸 變速換刀 方式數(shù)控 系統(tǒng)插補(bǔ) 能力加工 適應(yīng)性常用指令 代碼數(shù)控車床直線順圓逆圓數(shù)控銑床正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)加工中心冷卻開冷卻關(guān)換刀普

12、通機(jī)床進(jìn)給速 度六、注意事項(xiàng)：(1)數(shù)控機(jī)床加工時(shí)操作面板端和機(jī)床主軸端的操作盡量由一人進(jìn)行操作，以避免發(fā)生多人操作 時(shí)相互間配合失誤而引起事故。多人操作時(shí)一定要注意相互間的配合。機(jī)床自動(dòng)加工時(shí)要注意安全，最好把防護(hù)門關(guān)上。(3) 注意操作規(guī)程和先后操作順序。七、實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求：(1) 對(duì)觀察到的機(jī)床型號(hào)作記錄，說明它們所代表的意義。(2) 對(duì)了解到的數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)及工作臺(tái)拖板的運(yùn)動(dòng)控制和普通機(jī)床進(jìn)行比較。寫出所了解到的直線、圓弧控制，主軸啟停和切削液?jiǎn)⑼＃詣?dòng)換刀的基本指令代碼。(4) 根據(jù)所了解知識(shí)，認(rèn)真填寫上表。(5) 簡(jiǎn)要說明用數(shù)控機(jī)床加工一個(gè)零件的大致過程。出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未

13、半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠(chéng)危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠(chéng)宜開張圣聽，以光 先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其 刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡(jiǎn)拔以遺陛下：愚 以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰能”是以眾議舉寵為督：愚以為營(yíng)中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也； 親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。 先帝在時(shí), 每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、 靈也。侍中、尚書、長(zhǎng)史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣， 愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也 譏口臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉 屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于 敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。先帝知臣謹(jǐn)慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來