《金工實習(xí)》數(shù)控加工基礎(chǔ)

1、第13章數(shù)控加工基礎(chǔ)13.1數(shù)控機(jī)床地組成、基本加工原理、分類數(shù)控機(jī)床地組成現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、位置測量與反饋系統(tǒng)、輔助控制單元和機(jī)床主機(jī)組成，如圖13-1所示為各組成部分地邏輯結(jié)構(gòu)簡圖：圖13-1數(shù)控機(jī)床邏輯結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)控機(jī)床地基本加工原理數(shù)控機(jī)床加工零件時，先將加工過程所需地各種操作（如主軸變速、松夾工 件、進(jìn)刀與退刀、開車與停車、選擇刀具、供給冷卻液等和步驟以及與工件之間地相對位移等都用數(shù)字化地代碼表示，并按工藝先后順序組織成“ NC程序”， 通過介質(zhì)（如軟盤、電纜等 或手工將其輸入到機(jī)床地NC存儲單元中,NC裝置對 輸入地程序、機(jī)床狀態(tài)、刀具偏置等信息進(jìn)行處

2、理和運(yùn)算，發(fā)出各種驅(qū)動指令來驅(qū)動機(jī)床地伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機(jī)床自動加工出尺寸和形狀都符合預(yù)期 結(jié)果地零件數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程如圖13-2所示：圖13-2數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程一、譯碼（解釋譯碼程序地主要功能是將用文本格式 通常用ASCII碼）表達(dá)地零件加項目序,以程序段為單位轉(zhuǎn)換成刀補(bǔ)處理程序所要求地數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式）該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 用來描述一個程序段解釋后地數(shù)據(jù)信息它主要包括：X、Y、Z等坐標(biāo)值；進(jìn)給 速度；主軸轉(zhuǎn)速；G代碼；M代碼；刀具號；子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù) 或標(biāo)志地存放順序和格式二、刀補(bǔ)處理（計算刀具中心軌跡用戶零件加項目序通常是按零件輪廓編制地，而數(shù)控機(jī)床在加工過程中控制

3、地是刀具中心軌跡，因此在加工前必須將零件輪廓變換成刀具中心地軌跡 刀補(bǔ) 處理就是完成這種轉(zhuǎn)換地程序.三、插補(bǔ)計算本模塊以系統(tǒng)規(guī)定地插補(bǔ)周期At定時運(yùn)行，它將由各種線形 直線,圓弧 等）組成地零件輪廓，按程序給定地進(jìn)給速度F,實時計算出各個進(jìn)給軸在At內(nèi) 位移指令 XI、 丫1、）,并送給進(jìn)給伺服系統(tǒng),實現(xiàn)成形運(yùn)動.四、PLC控制PLC控制是對機(jī)床動作地“順序控制”.即以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開關(guān)、 傳感器、按鈕、繼電器等開關(guān)量信號狀態(tài)為條件，并按預(yù)先規(guī)定地邏輯順序?qū)χT 如主軸地起停、換向，刀具地更換，工件地夾緊、松開，冷卻、潤滑系統(tǒng)等地運(yùn)行 等進(jìn)行地控制.五、數(shù)控加工軌跡控制原理1 逼近處理1

4、）如圖13-3所示,為欲加工地圓弧軌跡L,起點(diǎn)為R,終點(diǎn)為PeCNC裝置先對圓 弧進(jìn)行逼近處理.圖13-3數(shù)控加工原理圖2）系統(tǒng)按插補(bǔ)時間/t和進(jìn)給速度F地要求,將L分割成若干短直線/ L1, / L2,/ Li,這里： / Li = F /1 i=1,2,）其中F:給定地進(jìn)給速度/1 :數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)周期3） 用直線/ Li逼近圓弧存在著逼近誤差 S，但只要S足夠小/ Li足夠短）, 總能滿足零件地加工要求4） 當(dāng)F為常數(shù)時，而/t對數(shù)控系統(tǒng)而言恒為常數(shù)，則/Li地長度也為常數(shù)/L , 只是其斜率與其在L上地位置有關(guān).2 指令輸出1） 將計算出厶ti在時間內(nèi)地和作為指令輸出給 丫軸，以控制它們

5、聯(lián)動.即：Xi= X 軸； Yi = 丫 軸.2） 只要能連續(xù)自動地控制X,Y兩個進(jìn)給軸在 ti時間內(nèi)移動量，就可以實現(xiàn)曲 線輪廓零件地加工數(shù)控機(jī)床地分類與特點(diǎn)一、數(shù)控機(jī)床地分類1. 按加工路線可分為：1 ）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床：這種機(jī)床只能控制工作臺 或 刀具）從一個位置 點(diǎn)）精確地移動到另一個位置 或點(diǎn)），在移動過程中不進(jìn)行 加工2）輪廓加工數(shù)控機(jī)床：這種機(jī)床地數(shù)控系統(tǒng)能夠同時控制多個坐標(biāo)軸聯(lián)合動作 不僅控制輪廓地起點(diǎn)和終點(diǎn)，而且還控制軌跡上每一點(diǎn)地速度和位置.對不同形 狀地工件輪廓表面進(jìn)行加工，如數(shù)控車床能夠車削各種回轉(zhuǎn)體表面，數(shù)控銑床能銑 削輪廓表面.2. 按伺服系統(tǒng)地控制方式分：1）開環(huán)

6、控制系統(tǒng) 2 ）閉環(huán)控制系統(tǒng) 3 ）半環(huán)控制系統(tǒng)二、數(shù)控機(jī)床地特點(diǎn)控制機(jī)床實現(xiàn)自動運(yùn)轉(zhuǎn).數(shù)控加工經(jīng)歷了半個世紀(jì)地發(fā)展已成為應(yīng)用于當(dāng)代 各個制造領(lǐng)域地先進(jìn)制造技術(shù).數(shù)控加工地最大特征有兩點(diǎn)：首先可以極大地提 高精度,包括加工質(zhì)量精度及加工時間誤差精度；其次是加工質(zhì)量地重復(fù)性，可以穩(wěn)定加工質(zhì)量，保持加工零件質(zhì)量地一致.13.2 數(shù)控編程基礎(chǔ)知識數(shù)控加項目序編制就是將加工零件地工藝過程、工藝參數(shù)、工件尺寸、刀具 位移地方向及其它輔助動作 , 由編程軟件自動生成數(shù)控程序 . 兩種編程方法各有所長 . 一、坐標(biāo)系為了確定機(jī)床地運(yùn)動方向和運(yùn)動距離 , 必須在機(jī)床上建立坐標(biāo)系 , 以描述刀 具和工件地相對位

7、置及其變化關(guān)系 .數(shù)控機(jī)床地坐標(biāo)軸地指定方法已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 , 我國在 JB30511982 中規(guī)定了 各種數(shù)控機(jī)床地坐標(biāo)軸和運(yùn)動方向 , 它按照右手法則規(guī)定了直角坐標(biāo)系中X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸和 A、B、C三個回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸地關(guān)系.如圖13-4所示.圖 13-5(a 為車床地坐標(biāo)系 , 裝夾車刀地溜板可沿兩個方向運(yùn)動 , 溜板地縱 向運(yùn)動平行于主軸,定為Z軸,而溜板垂直于Z軸方向地水平運(yùn)動,定為X軸,因 為車刀刀尖安裝于工件中心平面上 , 不需要作豎直方向地運(yùn)動 , 所以不需要規(guī)定 Y軸.圖 13-5(b 為三軸聯(lián)動立式銑床地坐標(biāo)系 , 圖中安裝刀具地主軸方向定為 Z 軸,主軸可以上下移動,機(jī)床工

8、作臺縱向移動方向定為 X軸.與X、Z軸垂直地方 向定為丫軸 二、坐標(biāo)原點(diǎn)機(jī)床原點(diǎn)：由機(jī)床生產(chǎn)廠家在設(shè)計機(jī)床時確定 , 因為數(shù)控機(jī)床地各坐標(biāo)軸地 正方向是定義好地 , 所以原點(diǎn)一旦確定 , 坐標(biāo)系就確定了 , 機(jī)床原點(diǎn)也稱機(jī)械原點(diǎn) 或零點(diǎn) , 是機(jī)床坐標(biāo)系地原點(diǎn) . 機(jī)床原點(diǎn)不能由用戶設(shè)定 , 一般位于機(jī)床行程地極 限位置 . 機(jī)床原點(diǎn)地具體位置須參考具體型號地機(jī)床隨機(jī)附帶地手冊 , 如數(shù)控車 地機(jī)床原點(diǎn)一般位于主軸裝夾卡盤地端面中心點(diǎn)上 .+z(a)a)數(shù)控車床地坐標(biāo)系2. 相對坐標(biāo)方式（或叫增量坐標(biāo)方式：在某一坐標(biāo)系中，由前一個位置算起地坐標(biāo)值增量來表示地一種方式.即設(shè) 定工件坐標(biāo)系地原點(diǎn)自

9、始至終都和刀尖重合，亦即程序起始點(diǎn)就是工件坐標(biāo)系地 原點(diǎn),并且和上一程序段中地參考點(diǎn)重合.如圖13-6（b,若刀具由AB,當(dāng)?shù)毒?位于A點(diǎn)時,編程原點(diǎn)是A點(diǎn),當(dāng)?shù)毒呶挥贐點(diǎn)時,編程原點(diǎn)是B點(diǎn),那么,B點(diǎn)坐 標(biāo)指令值分別是由A B在各坐標(biāo)軸方向地增量.例：A點(diǎn)用絕對坐標(biāo)方式表示為：（X10 Z10B點(diǎn)用增量坐標(biāo)方式（相對坐標(biāo)方式 表示為：（U+15 W+20其中+號可以省略則寫成（U15 W20可以看到： X 15 Z= 20應(yīng)用于編寫程序時,在圖13-6則：采用絕對指令方式：N1 GOO X25 Z30采用相對指 令方式 N1 GOO Ul5 W20.四、G指令也稱準(zhǔn)備功能（prepare f

10、unction指令，簡稱G功能指令或G代碼,C指令確定地功能，可分為坐標(biāo)系設(shè)定類型、插補(bǔ)功能類型、刀具補(bǔ)償功能類型、固定 循環(huán)類型等.G指令由字母G和其后兩位數(shù)字組成,從GO創(chuàng)G99共100種；其中GOO1 G09可簡寫為G0至G9.表13-1是部分G指令代碼簡介.表13-1部分G指令代碼及功能代碼功能程序指令類型功能在出現(xiàn)段有效備注GOO快速點(diǎn)定位模態(tài)指令用于空行程G01直線插補(bǔ)模態(tài)指令直線切削進(jìn)給G02順時針圓弧模態(tài)指令圓弧或圓切削G03逆時針圓弧模態(tài)指令圓弧或圓切削G04暫停非模態(tài)指令僅本段內(nèi)有效用于拐角過渡G17XY平面選擇模態(tài)指令用于數(shù)控銑G18ZX平面選擇模態(tài)指令用于數(shù)控銑G19Z

11、Y平面選擇模態(tài)指令用于數(shù)控銑G32螺紋單一循環(huán)模態(tài)指令用于數(shù)控車G72螺紋復(fù)合循環(huán)模態(tài)指令用于數(shù)控車G90絕對方式模態(tài)指令用于數(shù)控銑G91增量方式模態(tài)指令用于數(shù)控銑模態(tài)指令：模態(tài)指令指具有自保性地指令，即后面地程序段與前面程序段代 碼相同時,可以不必重復(fù)指定,G指令有部分是模態(tài)指令,F指令也是模態(tài)指令.關(guān) 于模態(tài)指令，有地文獻(xiàn)稱為續(xù)效指令，含義相同.五、M指令M指令用于指定機(jī)床一些輔助動作地開/關(guān)功能，如：機(jī)床主軸地正向、停、反向旋轉(zhuǎn)，切削液地開關(guān)、程序地啟動、停止等.因此也稱輔助功能指令，它 由M字母和后兩位數(shù)字組成.表13-2是部分M代碼功能表表13-2 部分M代碼功能表代碼功能數(shù)控車數(shù)控

12、銑備注M00程序停止VV模態(tài)信息”保存M01計劃停止VV任選停止”有效M02程序結(jié)束VV不返回M03主軸正轉(zhuǎn)VVM04主軸反轉(zhuǎn)VVM05主軸停止V進(jìn)給不停M06換刀VM072號冷卻開VM081號冷卻開VVM09冷卻關(guān): V ：VM41主軸低速VM42主軸高速VM30程序結(jié)束VV返回程序頭部M98子程序調(diào)用VV調(diào)出子程序M99子程序調(diào)用VV子程序調(diào)用結(jié)束六、F指令F代碼用于指定插補(bǔ)進(jìn)給速度.F代碼編程有兩種，每分鐘進(jìn)給量編程和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量編程.在每分鐘進(jìn)給量 編程中,F后地數(shù)值表示地是主軸每分鐘內(nèi)刀具地進(jìn)給量，比如：F50,表示每分 鐘進(jìn)給量為50mm值得注意地是,F代碼是模態(tài)指令，但一個程序中至

13、少應(yīng)該在 第一個插補(bǔ)指令后有一個F指令,例：N35 G1 X30 F60*N40 Z-20*N45 U-3 F22 *注意：N指令表示行號，此外無任何其他意義，機(jī)床讀到N代碼時不產(chǎn)生任 何動作,其中N35和N40地F代碼是一致地，（G1也是模態(tài)指令，N40,N45中對G1 也沒有重復(fù)指定七、S指令S指令用于指定主軸地旋轉(zhuǎn)速度，一個程序段內(nèi)只能含有一個S代碼，由字 母S加數(shù)字表示，例如：1. 指定主軸地轉(zhuǎn)速是400r/ min,則相應(yīng)地指令為S400.2. 在數(shù)控車系統(tǒng)中，根據(jù)加工工藝要求，零件端面要求恒線速度加工，因此，數(shù) 控車系統(tǒng)中，對S指令有特殊規(guī)定：端面恒線速度切削：如N 1 G 96

14、S 1000 * 其中1000是端面地線速度，為1000nZmin.速度單位因機(jī)床而異，參見機(jī)床說明 書.3. 端面恒線速度刪除：如N 2 G 97 S 1000.八、T指令T 指令用于指定所選用地刀具，它由字母T和后接數(shù)字組成，在同一程序中， 若同時指令坐標(biāo)移動指令和刀具 T指令,執(zhí)行順序一般為先執(zhí)行T指令，但具體 由機(jī)床廠家確定，參見機(jī)床說明書.需要指出地是：有地數(shù)控系統(tǒng)如發(fā)那科（FANUC 6TD系統(tǒng),刀具指令采用 字母 T 加四位數(shù)字表示 , 四位數(shù)字地高 2 位表示刀具選擇號 , 低兩位表示刀具偏 置號. 具體表示方法見機(jī)床說明書 .13.2.2 數(shù)控加項目序格式 數(shù)控加項目序一般由

15、程序名、程序段、子程序等組成 .一、程序名 程序名是數(shù)控程序必不可少地第一行 , 由一個地址符加上后接四位數(shù)字組成 , 第一個字符或字母是具體地數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定地 , 后接地四位數(shù)字是用戶任意取地 . 可以小于四位 , 但不能大于四位 , 根據(jù)具體數(shù)控系統(tǒng)要求 , 打頭地字符或字母一般 為、或字母O 例： 123, %7788,（CJK6236A2數(shù)控車床是合法地程序名 01111,08888,（MV 5 數(shù)控銑床 是合法地程序名 子程序也有程序名 , 其程序名是主程序調(diào)用地入口 子程序地命名規(guī)則與主 程序一樣 , 視不同地數(shù)控系統(tǒng)有不同地規(guī)則 二、程序字程序字由地址符及其后面地數(shù)字組成，在數(shù)字前

16、可以加上+、-號程序字是 構(gòu)成程序段地基本單位 , 也稱指令字 + 號通?？梢允÷圆粚?例：X-100. 0,前面字母X為地址,必須是大寫,地址規(guī)定其后數(shù)值地意義.- 100. 0為數(shù)值.合在一起稱程序字.根據(jù)程序中G指令地不同，同一個地址也許 會有不同地含義 三、程序段程序段由多個程序字組成 , 在程序段地結(jié)尾有結(jié)束符號 , 一般是“；”或 “*”,IS0 標(biāo)準(zhǔn)為“ LF , 顯示為“ *”,EIA 標(biāo)準(zhǔn)為“ CR, 顯示為“；” 程序段地格式為：N X X X G X X X 土 X X X. X X Z X X X. X X F X X S X X TX X M X X *數(shù)控系統(tǒng)一般采

17、用一行為一個程序段 , 也有地采用多行為一段 例：N1 G01 X-100.0 Z20.0;是一個合法程序段（適用于MV 5數(shù)控銑床.N10 G1 X-100.0 Z20.0 *是一個合法程序段（適用于CJK6236A2數(shù)控車床.四、小數(shù)點(diǎn)與子程序小數(shù)點(diǎn)用于距離、時間作單位地數(shù)，但有地地址不能用小數(shù)點(diǎn)輸入.如F10 表示10mmmin或10mm7r,速度不能用小數(shù)點(diǎn)輸入.而有地地址必須用小數(shù)點(diǎn) 輸入.如G04 X1 . 0暫停1秒.要用小數(shù)點(diǎn)輸入地地址如下：X, Y, Z, A, B, C, U, V, W, I,J, K, R, Q通常情況下NC按主程序地指令進(jìn)行移動，當(dāng)程序中有調(diào)用子程序指

18、令時，以 后NC就按子程序移動，當(dāng)在子程序中有返回主程序指令時,NC就返回主程序，繼 續(xù)按照主程序指令移動.調(diào)用子程序使用如下格式：例：M98 P X X X L X X;編寫程序時，試采用表格形式，可以提高編程效率，減少差錯.實驗零件程序 單如表13-3所示.表13-3 實驗零件程序單名稱零件圖形或工藝說明日期頁實驗程序2005.411程序名編寫者審核%123小泉小林NGXZUWR/CFSTMPQ*N10G00X20Z99*N11T01M03*N12G00X18Z0*N13G02Z-10*N14G01W-10*N15M02*數(shù)控加項目序編制地步驟一、工藝方案分析1.確定加工對象是否適合于數(shù)控加工 形狀較復(fù)雜、精度一致性要求高）2. 毛坯地選擇 對同一批量地毛坯和質(zhì)量應(yīng)有一定地要求）.3. 工序地劃分 盡可能采用一次裝夾、集中工序地加工方法）.4 . 選用適合地數(shù)控機(jī)床 .二、工序詳細(xì)設(shè)計1. 工件地定位與夾緊 .2. 工序劃分 先粗后精、先面后孔、先主后次、盡量減少換刀）.3. 刀具選擇 應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)刀具系列、較高地