數(shù)控銑床及加工中心基礎(chǔ)知識(shí)

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能、結(jié)構(gòu)及形狀在不斷改進(jìn)，對(duì)零件加工質(zhì)量和精度的要求越來(lái)越高，且產(chǎn)品變化頻繁，目前在一般機(jī)械加工中，單件、小批量的產(chǎn)品約占七成以上。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，不僅要求機(jī)床具有較好的通用性和靈活性，而且要求加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而傳統(tǒng)的加工方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需要。使用傳統(tǒng)的加工方法進(jìn)行，不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)，精度也受到影響，數(shù)控機(jī)床就是在這種情況下發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)化機(jī)床，它適用于生產(chǎn)高精度、零件形狀復(fù)雜的單件、小批量產(chǎn)品。& 數(shù)控機(jī)床概述& 數(shù)控機(jī)床分類& 數(shù)控銑床及加工中心的組成及特點(diǎn)& 數(shù)控銑床及加工

2、中心的插補(bǔ)原理& 數(shù)控銑床及加工中心的刀補(bǔ)與實(shí)例本章要點(diǎn)1.1 數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床概述1.1.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工過(guò)程，是嚴(yán)格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動(dòng)作執(zhí)行的。它是一種高效能自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床，與普通機(jī)床相比，具有加工精度高、加工穩(wěn)定可靠、高柔性、高生產(chǎn)率等特點(diǎn)。 相關(guān)知識(shí)1.1.2.1 數(shù)控機(jī)床基本概念1數(shù)字控制數(shù)字控制（Numerical Control，簡(jiǎn)稱NC），就是用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)控就是采用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)裝置進(jìn)行數(shù)字計(jì)算、分析處理、發(fā)出相應(yīng)指令，對(duì)機(jī)床的各個(gè)動(dòng)作及加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的一門技術(shù)。2數(shù)控機(jī)床圖1-

3、1 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床是一種利用信息處理技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)加工控制和金屬切削的機(jī)床，是數(shù)控技術(shù)運(yùn)用的典范。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代化制造技術(shù)的核心設(shè)備，其先進(jìn)程度和擁有數(shù)量代表了一個(gè)國(guó)家制造工業(yè)的現(xiàn)代化水平。數(shù)控機(jī)床如圖1-1所示。3計(jì)算機(jī)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（Computer Numerical Control，簡(jiǎn)稱CNC）是用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制功能，使數(shù)控系統(tǒng)由模擬控制系統(tǒng)發(fā)展為數(shù)字控制系統(tǒng)。對(duì)于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制而言，不論是運(yùn)算速度、精度，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，都比以前的數(shù)控系統(tǒng)有很大的提高，為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的生命力。4數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是指利用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)。它是數(shù)控機(jī)

4、床的核心，可對(duì)NC代碼進(jìn)行識(shí)別、存儲(chǔ)和插補(bǔ)運(yùn)算，并輸出相應(yīng)的脈沖指令經(jīng)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)變換和放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的動(dòng)作。數(shù)控系統(tǒng)主要用于控制對(duì)象的位置、角度、定位精度、定位速度、切削速度、溫度、壓力等。5數(shù)控加工數(shù)控加工是把根據(jù)工件圖樣和工藝要求等原始條件編好的加工程序輸入數(shù)控裝置，數(shù)控裝置再將輸入的信息進(jìn)行運(yùn)算處理后轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)，最后由伺服機(jī)構(gòu)控制機(jī)床刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)加工。6數(shù)控加工的內(nèi)容一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控加工流程如圖1-2所示，主要包括以下幾方面的內(nèi)容。圖1-2 數(shù)控加工流程圖（1）分析圖樣。確定加工方案對(duì)所要加工的零件進(jìn)行技術(shù)要求分析，選擇合適的加工方式，再根

5、據(jù)需要的加工方式，選擇合適的數(shù)控加工機(jī)床。（2）工件的定位與裝夾。根據(jù)零件的加工要求，選擇合理的定位基準(zhǔn)，并根據(jù)零件批量、精度和加工成本選擇合適的夾具，完成工件的裝夾與工件在夾具中的找正。（3）刀具的選擇與安裝。根據(jù)零件的加工工藝性與結(jié)構(gòu)工藝性，選擇合適的刀具材料與刀具種類，完成刀具在機(jī)床中的安裝與對(duì)刀，并將對(duì)刀所得參數(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行正確設(shè)定。（4）編制數(shù)控加工程序。根據(jù)零件的加工要求，對(duì)零件進(jìn)行正確的編程，并將這些程序通過(guò)控制介質(zhì)或以手動(dòng)方式輸入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。（5）試切削、試運(yùn)行并校驗(yàn)數(shù)控加工程序。對(duì)所輸入的程序進(jìn)行試運(yùn)行，并進(jìn)行首件的試切削。試切削一方面用來(lái)校驗(yàn)所編制的數(shù)控程序，另一方面

6、用來(lái)校驗(yàn)工件的加工精度。（6）數(shù)控加工。當(dāng)程序正確無(wú)誤后，便可進(jìn)入數(shù)控加工階段。（7）工件驗(yàn)收和質(zhì)量誤差分析。工件入庫(kù)前，應(yīng)先進(jìn)行工件的檢驗(yàn)，并進(jìn)行質(zhì)量分析，分析誤差產(chǎn)生的原因，找出糾正誤差的方法。1.1.2.2 FANUC數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，數(shù)控機(jī)床也不盡相同，但數(shù)控系統(tǒng)的操作與編程原理基本相同。本書以我國(guó)廣泛使用的FANUC系統(tǒng)為例，有針對(duì)性地講述數(shù)控機(jī)床的操作與編程。在眾多系統(tǒng)中，F(xiàn)ANUC 0i系統(tǒng)得到了各國(guó)用戶的高度評(píng)價(jià)，成為世界范圍內(nèi)用戶最多的數(shù)控系統(tǒng)之一。FANUC 0i系統(tǒng)有彩色圖形顯示、會(huì)話菜單式編程、專用宏功能、多種語(yǔ)言（漢、德、法）顯示、目錄返回等功能

7、。新型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)是在原有型號(hào)后加字母“i”，如FANUC 0i系列、FANUC l8i系列等。FANUC 0i是一種采用高速32位微處理器的高性能數(shù)控系統(tǒng)，其中FANUC 0i-M和FOFANUC 0i-T分別用于數(shù)控鏜銑床和數(shù)控車床。FANUC 0i系列數(shù)控系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。l 該系統(tǒng)是一種小型高精度、高性能的軟件固定型CNC。這不僅提高了系統(tǒng)可靠性，還提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。l 便于進(jìn)行系統(tǒng)維修。系統(tǒng)內(nèi)部具備多種自診斷功能，并能分類顯示CNC內(nèi)部狀態(tài)。一旦發(fā)生故障，報(bào)警指示燈立即發(fā)亮，并使CNC停止工作，同時(shí)在CRT上可分類顯示出故障詳細(xì)內(nèi)容。在CRT顯示器上，可顯示出從CNC輸出或向CNC

8、輸入的接通、關(guān)斷信號(hào)，通過(guò)MDI（手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入），能以“位”為單位接通、關(guān)斷從CNC輸出的接通、關(guān)斷信號(hào)。l 可用CRT顯示檢查數(shù)控系統(tǒng)的快速進(jìn)給速度、加/減速時(shí)間常數(shù)等各種參數(shù)設(shè)定值。l 由于采用了高速微處理器的數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)，無(wú)漂移影響，實(shí)現(xiàn)了高速、高精度的控制。1.2 數(shù)控機(jī)床分類分類概述1.2.1 隨著數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的品種和規(guī)格也越來(lái)越多，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的功能和組成不同，可將其按以下方法分類。1.2.2 相關(guān)知識(shí)1.2.2.1 數(shù)控機(jī)床分類方式1按工藝用途分類（1）一般數(shù)控機(jī)床一般數(shù)控機(jī)床是在普通通用機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，這種類型的數(shù)控機(jī)床工藝用途與普通機(jī)床相似，不同

9、的是它適合加工單件、小批量和復(fù)雜形狀的零件，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度比普通機(jī)床更高。一般數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床等。XK5040數(shù)控銑床和數(shù)控車床分別如圖1-3和圖1-4所示。 圖1-3 XK5040數(shù)控銑床 圖1-4 數(shù)控車床（2）加工中心圖1-5 立式鏜銑加工中心數(shù)控加工中心機(jī)床，簡(jiǎn)稱加工中心（Machining Centre，簡(jiǎn)稱MC），它是功能較全并具有多種工藝手段的全功能型數(shù)控機(jī)床。最常用的數(shù)控加工中心有數(shù)控鏜銑加工中心和數(shù)控車削加工中心。立式鏜銑加工中心如圖1-5所示。（3）特種數(shù)控機(jī)床特種數(shù)控機(jī)床是配置有專用的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)并自動(dòng)進(jìn)行特種加工的機(jī)

10、床。特種加工的含義主要是指加工手段特殊，工件的加工部位特殊，加工的工藝性能要求特殊等。特種數(shù)控機(jī)床有數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)、數(shù)控沖床等。數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花機(jī)床、多工位數(shù)控沖床和數(shù)控激光切割機(jī)如圖1-6圖1-9所示。 圖1-6 數(shù)控線切割機(jī)床 圖1-7 數(shù)控電火花機(jī)床 圖1-8 多工位數(shù)控沖床 圖1-9 數(shù)控激光切割機(jī)2按通用結(jié)構(gòu)用途分類（1）立式數(shù)控銑床立式數(shù)控銑床的主軸軸線垂直于水平面，它在數(shù)量上一直占據(jù)著數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣，如圖1-10所示。小型數(shù)控立銑一般采用工作臺(tái)移動(dòng)、升降及主軸不動(dòng)方式，與普通立式升降臺(tái)銑床差不多；中型數(shù)控立銑一般采用縱向

11、和橫向工作臺(tái)移動(dòng)方式，且主軸沿垂向溜板上下運(yùn)動(dòng)；大型數(shù)控立銑，因要考慮到擴(kuò)大行程、縮小占地面積及剛性等技術(shù)上的問(wèn)題，往往采用龍門架移動(dòng)式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂向溜板上運(yùn)動(dòng)，而龍門架則沿床身作縱向運(yùn)動(dòng)。從機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來(lái)看，目前3坐標(biāo)數(shù)控立銑仍占大多數(shù)，一般可進(jìn)行3坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，但也有部分機(jī)床只能進(jìn)行3個(gè)坐標(biāo)中的任意兩個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，常稱為2.5坐標(biāo)加工。（2）臥式數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床與通用臥式銑床相同，其主軸軸線平行于水平面，如圖1-11所示。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)充功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤或萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來(lái)實(shí)現(xiàn)4、5坐標(biāo)加工，這樣不但可以把工件側(cè)面上的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪

12、廓加工出來(lái)，而且可以實(shí)現(xiàn)在一次安裝中通過(guò)轉(zhuǎn)盤改變工位，進(jìn)行“四面加工”。尤其是萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)盤（或工作臺(tái)）可以把工件上各種不同角度或空間角度的加工面擺成水平來(lái)加工，這樣，可以省去很多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚毋姷?。?duì)箱體類零件或需要在一次安裝中改變工位的工件來(lái)說(shuō)，選擇帶數(shù)控轉(zhuǎn)盤的臥式數(shù)控銑床進(jìn)行加工是非常合適的。 圖1-10 立式數(shù)控銑床 圖1-11 臥式數(shù)控銑床（3）立臥兩用數(shù)控銑床目前，這類數(shù)控銑床并不少見(jiàn)，這類銑床的主軸方向可以更換，在一臺(tái)機(jī)床上既可以進(jìn)行立式加工，又可以進(jìn)行臥式加工，而同時(shí)具備上述兩類功能的機(jī)床，其使用范圍更廣、功能更全、選擇加工對(duì)象的余地更大，且可以給用戶帶來(lái)不少方便，如圖1

13、-12所示。當(dāng)生產(chǎn)批量小、品種多，又需要立、臥兩種方式加工時(shí)，用戶只須購(gòu)買一臺(tái)這樣的機(jī)床就可以解決問(wèn)題。立臥兩用數(shù)控銑床的主軸方向的更換方法有手動(dòng)與自動(dòng)兩種，特別是采用數(shù)控萬(wàn)能主軸頭的立臥兩用數(shù)控銑床，其主軸頭可以任意轉(zhuǎn)換方向，可以加工出與水平面呈不同角度的工件表面。（a）臥式加工狀態(tài) （b）立式加工狀態(tài)圖1-12 立臥兩用數(shù)控銑3按運(yùn)動(dòng)路徑分類（1）點(diǎn)位控制系統(tǒng)R點(diǎn)位控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，其數(shù)控裝置只能控制刀具從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的位置，而不控制移動(dòng)的路徑，因?yàn)辄c(diǎn)位控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床只要求獲得準(zhǔn)確的加工坐標(biāo)點(diǎn)的位置，而對(duì)移動(dòng)路徑?jīng)]有嚴(yán)格要求，并且在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。為了減少移動(dòng)部件的運(yùn)

14、動(dòng)與定位時(shí)間，一般先快速移動(dòng)到終點(diǎn)附近位置，然后以低速準(zhǔn)確移動(dòng)到終點(diǎn)定位位置，以保證良好的定位精度。移動(dòng)過(guò)程中刀具不進(jìn)行切削。常見(jiàn)的點(diǎn)位數(shù)控機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖床等。點(diǎn)位控制系統(tǒng)如圖1-13所示。圖1-13 點(diǎn)位控制系統(tǒng)（2）直線控制直線控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，不但要求刀具或數(shù)控工作臺(tái)從起點(diǎn)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)坐標(biāo)，而且要求刀具或數(shù)控工作臺(tái)在以給定的速度沿平行于某坐標(biāo)軸方向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中進(jìn)行切削加工。該類系統(tǒng)也可以控制刀具或數(shù)控工作臺(tái)同時(shí)在兩個(gè)軸向以相同的速度運(yùn)動(dòng)，從而沿某坐標(biāo)軸成45°的斜線進(jìn)行加工。常見(jiàn)的直線數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控加工中心等。直線控制系

15、統(tǒng)如圖1-14所示。（3）輪廓控制輪廓控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行控制，它不僅能夠控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值，而且能夠控制整個(gè)加工過(guò)程的每一點(diǎn)的速度與位移，既能控制加工路徑又能加工出符合要求的輪廓。其加工工件可以用直線插補(bǔ)或圓弧插補(bǔ)的方法進(jìn)行切削加工。常見(jiàn)的輪廓數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控加工中心、線切割等。輪廓控制系統(tǒng)如圖1-15所示。 圖1-14 直線控制系統(tǒng) 圖1-15 輪廓控制系統(tǒng)4按伺服系統(tǒng)分類（1）全閉環(huán)伺服系統(tǒng)這類系統(tǒng)帶有位置檢測(cè)裝置，能夠直接對(duì)工作臺(tái)的位移量進(jìn)行檢測(cè)，其原理如圖1-16所示。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出位移指令脈沖，經(jīng)伺服電

16、動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝置使機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，安裝在工作臺(tái)上的位置檢測(cè)元件把工作臺(tái)的位移量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，反饋到CNC裝置與給定信號(hào)相比較，得到的差值經(jīng)過(guò)變換處理和放大，最后驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向減少誤差的方向移動(dòng)，直到差值等于零時(shí)為止。圖1-16 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理示意圖這類伺服系統(tǒng)，因?yàn)榘褭C(jī)床工作臺(tái)納入了位置控制環(huán)，故稱為全閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以消除包括工作臺(tái)傳動(dòng)鏈在內(nèi)的誤差，因而定位精度高、調(diào)節(jié)速度快，但由于本系統(tǒng)受進(jìn)給絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙等非線性因素的影響，會(huì)給調(diào)試工作造成很大的困難，而且系統(tǒng)復(fù)雜和成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機(jī)床。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)包括加工中心、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控超精車

17、床、數(shù)控超精銑床等。提示：閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是加工精度高、移動(dòng)速度快，但調(diào)試、維修復(fù)雜，穩(wěn)定性難于控制，成本比較高。（2）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)大多數(shù)控機(jī)床采用的是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用安裝在絲杠軸端或伺服電動(dòng)機(jī)軸端的角位移測(cè)量元件（如旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器、光柵尺等）來(lái)代替安裝在機(jī)床工作臺(tái)上的直線測(cè)量元件，用測(cè)量絲杠或電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)角位移來(lái)代替測(cè)量工作臺(tái)直線位移，其原理示意圖如圖1-17所示。因?yàn)檫@種系統(tǒng)未將絲杠螺母副、齒輪傳動(dòng)副等傳動(dòng)裝置包含在閉環(huán)反饋系統(tǒng)中，因而稱為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。它不能補(bǔ)償由絲杠等傳動(dòng)裝置所帶來(lái)的誤差。半閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度沒(méi)有全閉環(huán)系統(tǒng)高，調(diào)試卻相對(duì)更方便，因而在標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)

18、控機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。提示：半閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是加工精度和穩(wěn)定性較高，價(jià)格適中，調(diào)試比較容易。該系統(tǒng)兼顧開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩者的優(yōu)點(diǎn)。圖1-17 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理示意圖（3）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)這是一種沒(méi)有位置反饋環(huán)節(jié)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)工件的程序進(jìn)行處理并輸出指令脈沖給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，不帶有位置傳感器的反饋信號(hào)。最典型的開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)就是采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)，如圖1-18所示，它一般由環(huán)形分配器、功率放大器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度（即步距角），再經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。這類控制系統(tǒng)的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后

19、，工作臺(tái)的實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來(lái)，所以稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)由于沒(méi)有位置反饋環(huán)節(jié)，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試和成本較低等特點(diǎn)。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是沒(méi)有誤差補(bǔ)償，精度較低。這種系統(tǒng)一般適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和舊機(jī)床改造。圖1-18 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)提示：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距精度和工作頻率以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度影響，速度和精度都較低，但其反應(yīng)速度快，調(diào)試方便，穩(wěn)定性強(qiáng)，維修方便，成本較低。1.2.2.2 數(shù)控銑床及加工中心的分類加工中心和數(shù)控銑床有很多相似之處，都能夠進(jìn)行銑削、鉆削、鏜削及攻螺紋等加工。二者的主要區(qū)別在于刀具庫(kù)和自動(dòng)刀具交換裝置（ATC，Autmatic Too

20、ls Changer），加工中心是一種備有刀庫(kù)并能通過(guò)程序或手動(dòng)控制自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控銑床及加工中心根據(jù)主軸位置、坐標(biāo)軸數(shù)量及換刀方式的不同，可以按以下方法分類。l 數(shù)控銑床按其主軸位置不同可分為立式、臥式、立臥兩用銑床3類。l 數(shù)控銑床按控制系統(tǒng)的坐標(biāo)軸數(shù)量不同可分為軸、3軸、4軸、5軸聯(lián)動(dòng)銑床。l 加工中心按其主軸位置的不同可分為立式、臥式、立臥兩用、龍門加工中心。l 加工中心按換刀方式不同可分為帶機(jī)械手、無(wú)機(jī)械手、轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)加工中心。l 加工中心按工作臺(tái)不同可分為單工作臺(tái)、雙工作臺(tái)、多工作臺(tái)加工中心。l 加工中心按轉(zhuǎn)塔不同可分為立式轉(zhuǎn)塔加工中心、臥式轉(zhuǎn)塔加工中

21、心。l 加工中心按主軸箱不同可分為單軸、雙軸、三軸可換主軸箱加工中心。1.3 數(shù)控銑床及加工中心的組成及特點(diǎn)組成概述1.3.1 數(shù)控銑床及加工中心是一種利用信息處理技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)加工控制和金屬切削的機(jī)床，主要是用計(jì)算機(jī)程序?qū)Ω黝惪刂菩畔⑦M(jìn)行處理，不僅具有柔性，而且還可處理邏輯電路難以處理的各種復(fù)雜信息。熟悉數(shù)控銑床及加工中心的組成及特點(diǎn)，便于掌握機(jī)床的工作流程及其在各行業(yè)中的應(yīng)用。1.3.2 相關(guān)知識(shí)1.3.2.1 數(shù)控銑床及加工中心組成數(shù)控銑床及加工中心的種類繁多，但從組成一臺(tái)完整的數(shù)控銑床及加工中心的角度講，主要由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)和機(jī)床本體5大部分以及輔助裝置組成，

22、如圖1-19所示。圖1-19 數(shù)控銑床及加工中心組成1輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備是數(shù)控機(jī)床與外部設(shè)備的接口，存儲(chǔ)介質(zhì)的加工信息通過(guò)輸入設(shè)備輸送到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)床內(nèi)存中的加工程序也可以通過(guò)輸出設(shè)備傳送到存儲(chǔ)介質(zhì)上。2數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床及加工中心的核心部分，主要是對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，然后向伺服系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，使設(shè)備按規(guī)定的動(dòng)作執(zhí)行。3伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床本體之間的電傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)，主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及位置檢測(cè)系統(tǒng)組成。其作用是把由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，使機(jī)床的工作臺(tái)按規(guī)定移動(dòng)，精確定位，加工出符合圖紙要求的工件。整個(gè)機(jī)

23、床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。常用的伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、電液伺服電機(jī)等。4反饋系統(tǒng)反饋系統(tǒng)主要是對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度、方向、位移以及加工狀態(tài)加以檢測(cè)并將其結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)反饋回來(lái)的信息調(diào)整機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償。5機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控銑床及加工中心的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，主要包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（如工作臺(tái)、刀架）和支撐部件（如床身、立柱等）。有些數(shù)控機(jī)床還配備特殊部件，如刀庫(kù)、自動(dòng)換刀裝置等。除上述5個(gè)主要部分外，數(shù)控銑床及加工中心還有一些輔助裝置和附屬設(shè)備，如電氣、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)與冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明系統(tǒng)等。1.3.2.

24、2 數(shù)控銑床及加工中心的特點(diǎn)在批量生產(chǎn)條件下，利用數(shù)控銑床或加工中心自動(dòng)化加工，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。與普通機(jī)床加工相比，采用數(shù)控銑床及加工中心加工具有以下特點(diǎn)。1簡(jiǎn)化加工過(guò)程傳統(tǒng)加工需要認(rèn)真編制工藝規(guī)程，嚴(yán)格劃分工序，然后設(shè)計(jì)和制造夾具，確定定位方案。而使用數(shù)控加工可以集中工序，減少零件的裝夾次數(shù)，通過(guò)NC程序可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜三維零件的加工，大大簡(jiǎn)化加工過(guò)程。2加工效率高數(shù)控加工在NC程序引導(dǎo)下有序進(jìn)行，受到的人工干預(yù)少，加工過(guò)程中工件的轉(zhuǎn)位時(shí)間及換刀時(shí)間短，還可以實(shí)現(xiàn)多刀并行加工，大大地提高了加工效率。3加工精度高數(shù)控加工在程序控制下有序進(jìn)行，受到的人工干預(yù)少，具有較小的加工誤差。同時(shí)

25、，現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床還采用了閉環(huán)控制，可以對(duì)出現(xiàn)的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，大大地提高了加工精度。4加工重復(fù)性好數(shù)控加工中編制好的程序可以在加工中重復(fù)使用，還可以對(duì)已有的程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮屯晟?，以適應(yīng)相似的加工對(duì)象，特別是隨著CAD/CAM技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，復(fù)雜數(shù)控程序的編制變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，這為高效地加工出高精度的復(fù)雜零件創(chuàng)造出良好的條件。1.4 數(shù)控銑床及加工中心的插補(bǔ)原理插補(bǔ)概述1.4.1 在輪廓控制加工中，刀具路徑必須嚴(yán)格按零件輪廓曲線運(yùn)動(dòng)。插補(bǔ)運(yùn)算的作用是按一定的關(guān)系向機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)軸的驅(qū)動(dòng)控制器分配進(jìn)給脈沖，使伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)相對(duì)主軸的運(yùn)動(dòng)路徑以一定精度要求逼近于所加工零件的外形

26、輪廓尺寸。1.4.2 相關(guān)知識(shí)1.4.2.1 插補(bǔ)概念在實(shí)際編程加工中，被加工工件的輪廓形狀千差萬(wàn)別。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心路徑應(yīng)該準(zhǔn)確地依照工件的輪廓形狀來(lái)生成，對(duì)于簡(jiǎn)單的曲線，數(shù)控系統(tǒng)可以比較容易地實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于較復(fù)雜的形狀，若直接生成會(huì)使算法變得很復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的工作量也相應(yīng)地大大增加，因此，實(shí)際應(yīng)用中，常采用一小段直線或圓弧去進(jìn)行擬合以滿足精度要求（也有需要拋物線和高次曲線擬合的情況），這種擬合方法就是“插補(bǔ)”，實(shí)質(zhì)上插補(bǔ)就是數(shù)據(jù)密化的過(guò)程。1.4.2.2 逐點(diǎn)插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法的一個(gè)插補(bǔ)循環(huán)包括偏差判斷、加工進(jìn)給、偏差計(jì)算、終點(diǎn)判斷4個(gè)環(huán)節(jié)。l 偏差計(jì)算：根據(jù)

27、加工點(diǎn)的當(dāng)前位置，計(jì)算偏差函數(shù)值。l 偏差判斷：判別偏差函數(shù)的正、負(fù)，以確定加工點(diǎn)相對(duì)曲線的位置。l 加工進(jìn)給：根據(jù)偏差的情況，朝偏向曲線的方向進(jìn)給一步。l 終點(diǎn)判斷：判斷加工點(diǎn)是否已經(jīng)達(dá)到曲線的終點(diǎn)，以確定是否結(jié)束插補(bǔ)。1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)時(shí)，以直線起點(diǎn)為原點(diǎn)，給出終點(diǎn)坐標(biāo)（x4，y4），則直線方程為y=kx。y=改寫為： =yx4-xy4=0以第一象限直線插補(bǔ)為例，如圖1-20所示，插補(bǔ)偏差可能有3種情況，即當(dāng)前加工點(diǎn)位于直線上方、直線上和下方。l 位于直線上方的1點(diǎn)，則y1x4-x1y4>0；l 位于直線上的2點(diǎn)，則y2x4-x2y4=0；l 位于直線下的3點(diǎn)，則y3x4-

28、x3y4<0。因此，可取判別函數(shù)F為F=yjxe-xiye，可用來(lái)判別當(dāng)前的加工點(diǎn)相對(duì)于直線的偏差。當(dāng)F>0時(shí)，應(yīng)向+X方向走一步，可接近直線；當(dāng)F<0時(shí)，應(yīng)向+Y方向走一步，可接近直線；當(dāng)F=0時(shí)，可歸入F>0的情況。整個(gè)插補(bǔ)的過(guò)程，由原點(diǎn)開(kāi)始，判一次偏差，走一步，計(jì)算一次，周而復(fù)始，直到終點(diǎn)。2逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)分為順時(shí)針圓弧插補(bǔ)和逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)兩種。當(dāng)加工圓弧時(shí)，可以聯(lián)想到將加工點(diǎn)到圓心的距離和該圓的半徑相比較，來(lái)反映加工時(shí)的偏差。仍以第一象限逆圓弧為例，推導(dǎo)出圓弧插補(bǔ)的偏差計(jì)算公式。要加工如圖1-21所示的圓弧AE，圓弧AE位于第一象限，逆時(shí)針走向，半徑

29、為R，以原點(diǎn)為圓心，起點(diǎn)坐標(biāo)為A（x0，y0），對(duì)于圓弧上任一加工點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)為P（xi，yj），P點(diǎn)與圓心的距離RP的平方為RP2=xi2+yj2。 圖1-20 第一象限直線 圖1-21 圓弧插補(bǔ)過(guò)程l 若xi2+yj2=x02+y02=R2成立，則P（xi，yj）剛好落在圓弧上；l 若xi2+yj2>x02+y02，則P（xi，yj）在圓弧外側(cè)，即RP>R；l 若xi2+yj2<x02+y02，則P（xi，yj）在圓弧內(nèi)側(cè)，即RP<R。根據(jù)以上可取偏差判別式為：F=(xi2-x02)+(yj2-y02)。運(yùn)用上述法則，使用偏差公式，便可加工出圖1-21所示折線的近似圓

30、弧。1.5 刀具半徑補(bǔ)償原理及實(shí)例刀補(bǔ)概述1.5.1 在數(shù)控編程過(guò)程中，為使編程工作更加方便，通常將數(shù)控刀具的刀尖假想成一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)稱為刀位點(diǎn)或刀尖點(diǎn)。在編程時(shí)，一般不考慮刀具半徑，只需考慮刀位點(diǎn)與編程路徑重合。但在實(shí)際加工過(guò)程中，由于不同刀具的半徑各不相同，在加工中會(huì)產(chǎn)生很大的加工誤差。因此，實(shí)際加工時(shí)必須通過(guò)刀具補(bǔ)償指令，使數(shù)控機(jī)床根據(jù)實(shí)際使用的刀具尺寸，自動(dòng)調(diào)整各坐標(biāo)軸的移動(dòng)量，確保實(shí)際加工輪廓和編程路徑完全一致。1.5.2 相關(guān)知識(shí)1.5.2.1 刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍顢?shù)控機(jī)床根據(jù)刀具實(shí)際尺寸，自動(dòng)改變機(jī)床坐標(biāo)軸或刀具刀位點(diǎn)位置。使編程路徑加上一個(gè)半徑補(bǔ)償值后和實(shí)際加工輪廓完全一致的功能，稱為刀具補(bǔ)償，如圖1-22所示。圖1-22 半徑補(bǔ)償1.5.2.2 刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔迷跀?shù)控編程時(shí)，可以不考慮刀具半徑，直接按圖樣所給的尺寸進(jìn)行編程，實(shí)際加工時(shí)輸入刀具半徑補(bǔ)償值即可，數(shù)控機(jī)床會(huì)自動(dòng)改變刀具刀位點(diǎn)位置，使實(shí)際加工輪廓和編程路徑一致。當(dāng)?shù)毒吣p引起刀具半徑變化時(shí)，也可以使用刀具補(bǔ)償值進(jìn)行修正，使實(shí)際加工輪廓和編程路徑一致