數(shù)控車床高效培訓(xùn)教案《》

1、數(shù)控車床高效培訓(xùn)教案第1章 數(shù)控加工編程根底數(shù)控機床的基本知識1.1數(shù)控加工編程基礎(chǔ) 1.2數(shù)控機床坐標(biāo)系1.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計1.41.1數(shù)控機床的根本知識1.1.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生和開展歷程 1.數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床 數(shù)控即數(shù)字控制(Numerical Control，簡稱NC，數(shù)控技術(shù)即NC技術(shù)，是用數(shù)字化信號發(fā)出指令并控制機械執(zhí)行預(yù)定動作的技術(shù)。計算機數(shù)控(Computer Numerical Control，簡稱CNC是指用計算機，按照存儲在計算機內(nèi)讀寫存儲器中的控制程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的一局部或全部數(shù)控功能，實現(xiàn)局部或全部的數(shù)控功能。 采用數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字控制的一整套裝置和設(shè)備，稱為

2、數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控機床就是裝備有數(shù)控系統(tǒng)，采用數(shù)字信息進(jìn)行自動控制機床運動及其加工過程的機床。它是用輸入專用或通用計算機中的數(shù)字信息來控制機床的運動，自動將零件加工出來。 2.數(shù)控機床的產(chǎn)生和開展 數(shù)控機床主要是為了實現(xiàn)復(fù)雜多變零件的自動化加工而產(chǎn)生的，數(shù)控機床的開展，依賴于電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制和精密測量技術(shù)的開展，軟件式數(shù)控是采用微處理器及大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路組成的數(shù)控系統(tǒng)，它具有很強的程序存貯能力和控制功能，這些控制功能是由一系列控制程序 (駐留系統(tǒng)內(nèi)來實現(xiàn)的。軟件或數(shù)控系統(tǒng)通用性很強，幾乎只需要改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機床的控制要求，具有很大的柔性。目前微型機數(shù)控系統(tǒng)幾乎

3、完全取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)。 1.1.2數(shù)控機床的組成及加工原理1數(shù)控機床的組成數(shù)控機床主要由以下幾局部組成，如圖1-1所示。1控制介質(zhì)與程序輸入輸出設(shè)備2 數(shù)控裝置3伺服系統(tǒng)4輔助控制裝置5機床本體2.數(shù)控機床的加工原理機床本體 主 進(jìn) 輔運 給 助動 運 動機 動 作構(gòu) 機 機 構(gòu) 構(gòu)電控制裝置輔助控制及強 數(shù) 控 裝 置CNC輸入輸出裝置置檢測裝置伺服驅(qū)動及位圖1-1 數(shù)控機床的組成圖1-2 數(shù)控機床的加工過程1.1.3 數(shù)控機床的分類 1按工藝用途分1金屬切削類數(shù)控機床2金屬成型類數(shù)控機床3特種加工類數(shù)控機床4其他類數(shù)控機床2按控制運動軌跡分類1點位控制數(shù)控機床2直線控制數(shù)控機床3輪

4、廓控制數(shù)控機床3. 按伺服系統(tǒng)的控制方式分類 1開環(huán)伺服系統(tǒng)工作原理：每當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出一個指令脈沖信號，就使步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個固定角度，機床工作臺移動一定的距離。特點： 開環(huán)伺服系統(tǒng)沒有工作臺位移檢測裝置，對機械傳動精度誤差沒有補償和校正，工作臺的位移精度完全取決于步進(jìn)電動機的步距角精度、齒輪箱中齒輪副和絲杠螺母副的精度與傳動間隙等，所以這種系統(tǒng)很難保證較高的位置控制精度。同時由于受步進(jìn)電動機性能的影響，其速度也受到一定的限制。但這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、工作可靠、穩(wěn)定性好、價格低廉，因此被廣泛用于精度要求不太高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床上。2閉環(huán)伺服系統(tǒng)工作原理：數(shù)控裝置發(fā)出位移指令脈沖，經(jīng)

5、電動機和機械傳動裝置使機床工作臺移動，安裝在工作臺上的位量檢測器把機械位移變成電學(xué)量，反響到輸入端與輸入信號相比較，得到的差值經(jīng)過放大和變換，最后驅(qū)開工作臺向減少誤差的方向移動。如果輸入信號不斷地產(chǎn)生，那么工作臺就不斷地跟隨輸入信號運動。特點：閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，將工作臺的實際位置檢測出來并與CNC裝置的指令進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制，因而可以到達(dá)很高的定位精度，同時還能到達(dá)較高的速度。在精度要求高的大型和精密機床上應(yīng)用十分廣泛。由于系統(tǒng)增加了檢測、比較和反響裝置，所以結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不穩(wěn)定因素多，調(diào)試維修比較困難 .3半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服

6、機構(gòu)中裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服機構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角間接檢測移動部件的位移，然后反響到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。特點：半閉環(huán)控制系統(tǒng)伺服機構(gòu)沒有將絲杠螺母機構(gòu)齒輪機構(gòu)等傳動機構(gòu)包括在閉環(huán)中，所以這些傳動機構(gòu)的傳動誤差仍然會影響移動部件的位移精度。但半閉環(huán)伺服系統(tǒng)將慣性大的工作臺安排在閉環(huán)之外，系統(tǒng)調(diào)試較容易，穩(wěn)定性好。所能到達(dá)的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機床所采用。4按可控制軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù)分類 可控制軸數(shù)是指系統(tǒng)最多可以控制的坐標(biāo)軸數(shù)目，聯(lián)動軸數(shù)是指數(shù)控系統(tǒng)按加工要求

7、控制同時運動的坐標(biāo)軸數(shù)目。 多坐標(biāo)軸按照一定的函數(shù)關(guān)系同時協(xié)調(diào)運動，稱為多軸聯(lián)動。按照聯(lián)動軸數(shù)可以分為：1兩軸聯(lián)動2兩軸半聯(lián)動 3三軸聯(lián)動4多坐標(biāo)聯(lián)動 1.1.4 數(shù)控機床的加工特點1適應(yīng)性強，用于單件小批量和具有復(fù)雜型面的工件的加工.2加工精度高，加工零件質(zhì)量穩(wěn)定.3生產(chǎn)效率高.4能實現(xiàn)復(fù)雜的運動.5減輕勞動強度，改善勞動條件 .6有利于生產(chǎn)管理.1.3 數(shù)控機床坐標(biāo)系1.3.1標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系及其運動方向機床相對運動的規(guī)定 2坐標(biāo)系的規(guī)定 在數(shù)控機床上加工零件，機床的動作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令來控制的，為了確定機床上運動的位移和運動的方向，需要坐標(biāo)系來實現(xiàn)，這個坐標(biāo)系叫標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系，也稱為機床坐標(biāo)系

8、。 數(shù)控機床上的坐標(biāo)系采用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系。圍繞X、Y、Z坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定那么，大拇指的指向為X、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，那么其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向，圖1-9 右手笛卡爾直角坐標(biāo)系3、運動方向的規(guī)定JB3051-82中規(guī)定：機床某一部件運動的正方向是增大刀具與工件之間距離的方向。1Z坐標(biāo) Z坐標(biāo)的運動由傳遞切削力的主軸決定，即平行主軸軸線的坐標(biāo)軸為Z坐標(biāo)。2X坐標(biāo) X坐標(biāo)平行于工件的裝夾面，一般是水平的。對于工件旋轉(zhuǎn)的機床，X坐標(biāo)的在工件的徑向上，且平行于橫向拖板。刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向為X坐標(biāo)的正方向，X運動的正方向指向

9、右，3Y坐標(biāo) Y坐標(biāo)軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸。Y坐標(biāo)的正方向根據(jù)X和Z坐標(biāo)的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標(biāo)系來確定。圖1-10 機床坐標(biāo)系1.3.2機床原點與機床參考點1.機床原點 機床原點又稱機械原點，是機床坐標(biāo)系的原點。該點是機床上設(shè)置的一個固定點，它在機床裝配、調(diào)試時就已確定下來，是數(shù)控機床進(jìn)行加工運動的基準(zhǔn)參考點。 數(shù)控車床的機床原點一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點處，如圖1-11所示。 數(shù)控銑床的機床原點一般取在X、Y、Z坐標(biāo)的正方向極限位置上，如圖1-12所示。 2.機床參考點 機床參考點的位置是由機床制造廠家在每個進(jìn)給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標(biāo)值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。 通常在數(shù)控

10、銑床上機床原點和機床參考點是重合的；而在數(shù)控車床上機床參考點是離機床原點最遠(yuǎn)的極限點。圖1-13所示為數(shù)控車床的參考點與機床原點。圖1-11 車床的機床原點圖1-12 銑床的機床原點圖1-13 數(shù)控車床的參考點1.3.3編程坐標(biāo)系 編程坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系。 編程坐標(biāo)系一般供編程使用，確定編程坐標(biāo)系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置。如圖1-14所示，其中O2即為編程坐標(biāo)系原點 圖1-14 編程坐標(biāo)系1.3.4加工坐標(biāo)系 加工坐標(biāo)系是指以確定的加工原點為基準(zhǔn)所建立的坐標(biāo)系。 加工原點也稱為編程原點，是指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點在機床坐標(biāo)系中的位置。

11、加工原點一般按如下原那么選?。?1) 加工原點應(yīng)選在工件圖樣的尺寸基準(zhǔn)上。 (2) 能使工件方便地裝夾、測量和檢驗。(3) 盡量選在尺寸精度、光潔度比較高的工件外表上，這樣可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。(4) 對于有對稱幾何形狀的零件，加工原點最好選在對稱中心點上。 1.4 數(shù)控加工的工藝設(shè)計1.4.1數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇 1.適于數(shù)控加工的內(nèi)容1通用機床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容； 2通用機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點選擇內(nèi)容； 3通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容。 2.不適于數(shù)控加工的內(nèi)容1占機調(diào)整時間長。2加工部位分散，需要屢次安裝、設(shè)置

12、原點。3按某些特定的制造依據(jù)如樣板等加工的型面輪廓。1.4.2 數(shù)控加工零件圖的工藝性分析 被加工零件的數(shù)控加工工藝性問題涉及面很廣，下面結(jié)合編程的可能性和方便性提出一些必須分析和審查的主要內(nèi)容。1.尺寸標(biāo)注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點 2.幾何要素的條件應(yīng)完整、準(zhǔn)確3.定位基準(zhǔn)可靠4.統(tǒng)一幾何類型及尺寸1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計1加工方法的選擇 一般地，數(shù)控車床適合于加工形狀比較復(fù)雜的軸類零件和由復(fù)雜曲線回轉(zhuǎn)形成的模具內(nèi)型腔；立式數(shù)控銑床適合于加工平面凸輪、樣板、形狀復(fù)雜的平面或立體零件，以及模具的內(nèi)、外型腔等；臥式數(shù)控銑床那么適合于加工箱體、泵體和殼體類零件；多坐標(biāo)聯(lián)動的加工中心還可以用于加工各

13、種復(fù)雜的曲線、曲面、葉輪和模具等。2工序的劃分1工序的劃分的原那么工序的劃分原那么有工序集中原那么和工序分散原那么兩種。 2工序劃分方法 按零件裝夾定位方式劃分 按所用刀具劃分 按粗、精加工劃分 按加工部位劃分3加工順序的安排 基面先行原那么 先粗后精原那么 先面后孔原那么 先主后次原那么 4零件的定位與夾具的選擇1定位與夾緊方案的選擇 盡可能使設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計算基準(zhǔn)統(tǒng)一。 減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次裝夾后能加工出全部待加工外表。 防止采用占機人工調(diào)整時間長的裝夾方案。 夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計2選擇夾具的根本原那么 數(shù)控加工的特點對夾具提

14、出了兩個根本要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機床的坐標(biāo)方向相對固定；二是要能協(xié)調(diào)零件和機床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。同時考慮以下幾點： 單件小批量生產(chǎn)時優(yōu)先選用組合夾具、可調(diào)夾具和其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和節(jié)省生產(chǎn)費用。 零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間，減少輔助時間。 夾具上各零部件應(yīng)不阻礙機床對零件各外表的加工。即夾具要開敞，其定位夾緊機構(gòu)元件不能影響加工中的走刀如產(chǎn)生碰撞等。 為提高數(shù)控加工效率，批量較大的零件加工可采用氣動或液壓夾具、多工位夾具。 為滿足數(shù)控加工精度，要求夾具定位、夾具精度高。 1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計5.確定走刀路線和工步順序 走刀路線是刀具在整

15、個加工工序中相對于工件的運動軌跡，它不但包括了工步的內(nèi)容，而且也反映出工步的順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。走刀路線確實定在數(shù)控車削編程和數(shù)控銑削編程的對應(yīng)章節(jié)中作具體介紹。 6.刀具與切削用量的選擇1刀具的選擇 選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內(nèi)容和工件材料等因素。數(shù)控加工不僅要求刀具的精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計2切削用量的選擇3切削用量的選擇原那么 粗加工時切削用量的選擇原那么 首先選取盡可能大的背吃刀量；其次要根據(jù)機床動力和剛性的限制條件等，選取盡可能大的進(jìn)給量；最后根據(jù)刀具耐用度確定最正確的切削速度。 精加工時切削用

16、量的選擇原那么 首先根據(jù)粗加工后的余量確定背吃刀量；其次根據(jù)已加工外表的粗糙度要求，選取較小的進(jìn)給量；最后在保證刀具耐用度的前提下，盡可能選取較高的切削速度。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計7.對刀點與換刀點確實定1對刀點 對刀點是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準(zhǔn)點。對于數(shù)控機床來說，在加工開始時，確定刀具與工件的相對位置是很重要的，這一相對位置是通過確認(rèn)對刀點來實現(xiàn)的。對刀點可以設(shè)置在被加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上與零件定位基準(zhǔn)有一定尺寸聯(lián)系的某一位置，有時對刀點就選擇在零件的加工原點。對刀點的選擇原那么如下。 所選的對刀點應(yīng)使程序編制簡單。 對刀點應(yīng)選擇在容易找正、便于確定零件加工原點

17、的位置。 對刀點應(yīng)選在加工時檢驗方便、可靠的位置。 對刀點的選擇應(yīng)有利于提高加工精度。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計7.對刀點與換刀點確實定2刀位點刀位點是指刀具的定位基準(zhǔn)點。在進(jìn)行數(shù)控加工編程時，往往是將整個刀具濃縮視為一個點，那就是刀位點。它是在刀具上用于表現(xiàn)刀具位置的參照點。一般來說，立銑刀、端銑刀的刀位點是刀具軸線與刀具底面的交點；球頭銑刀的刀位點是球頭的球心點或球頭頂點；鏜刀、車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭是鉆尖或鉆頭底面中心；線切割的刀位點那么是線電極的軸心與零件面的交點。常見刀具的刀位點如圖1-15所示。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計圖1-15 刀位點1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計1.4.4 數(shù)控編程中的數(shù)值計算1.基點和節(jié)點的坐標(biāo)計算2.刀位點軌跡的計算 刀位點時標(biāo)志刀具所處不同位置的坐標(biāo)點，不同類型的刀具其刀位點不同，數(shù)控系統(tǒng)就是從對刀點開始控制刀位點運動，并由刀具的切削刃加工出所要求的零件輪廓，零件的輪廓形狀是通過刀具切削刃進(jìn)行切削形成的。1.4.5 數(shù)控加工的工藝文件編制1數(shù)控編程任務(wù)書2數(shù)控加工工件安裝和原點設(shè)定卡片3數(shù)控加工工序卡片4數(shù)控加工走刀路線圖5數(shù)