數(shù)控加工基礎(chǔ)知識高效培訓(xùn)教案

1、數(shù)控加工基礎(chǔ)知識高效培訓(xùn)教案第一章 數(shù)控機床根底知識 11 數(shù)控與數(shù)控機床 12 數(shù)控機床的分類和常見數(shù)控機床簡介 13 數(shù)控機床的加工特點引 入 在機械制造工業(yè)中，單件與小批量生產(chǎn)的零件批量在10100件約占機械加工總量的75%80%。尤其是航空航天、造船、機床、重型機械以及國防工業(yè)中使用的零件，精度要求高、形狀復(fù)雜、加工批量小，用普通機床加工這些零件效率低、勞動強度大，有時甚至不能加工。為了解決這些問題，一種具有高精度、高效率、靈活、通用性強的自動化加工設(shè)備數(shù)控機床應(yīng)運而生，它為多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件提供了自動化加工手段。11 數(shù)控與數(shù)控機床 1.1 數(shù)控與數(shù)控機

2、床的概念 數(shù)控即數(shù)字控制Numerical Control，簡稱NC，是20世紀(jì)中期開展起來的一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號進行控制的一種方法。 數(shù)控機床Numerical Control Tool是用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。 計算機數(shù)控Computer Numerical Control系統(tǒng)是采用計算機控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)字控制，并通過接口與外圍設(shè)備連接。簡稱CNC系統(tǒng)。1.2 數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服裝置、輔助控制裝置、檢測裝置和機床本體組成。如圖11所示。圖11控制介質(zhì)數(shù)控裝置伺服機構(gòu)輔助控制裝置檢測

3、裝置機床本體主軸箱立柱電氣柜控制面板主軸床身工作臺冷卻液箱1. 控制介質(zhì) 控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的程序載體。隨數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有磁盤、移動硬盤、FlashU盤等見圖12。a)b)c)圖12 常用的控制介質(zhì)a) 磁盤 b) 移動硬盤 c) U盤2. 數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心。如圖13所示是某數(shù)控車床的數(shù)控裝置。它由輸入裝置如鍵盤、控制運算器和輸出裝置如顯示器等構(gòu)成。圖13 數(shù)控裝置3. 伺服機構(gòu) 伺服機構(gòu)是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，由驅(qū)動裝置和執(zhí)行部件如伺服電動機兩大局部組成，如圖14所示。a) 驅(qū)動裝置b ) 伺服電動機圖14 伺服機構(gòu)4.輔助控制裝置

4、輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的強電控制裝置。由于可編程控制器PLC具有響應(yīng)快、性能可靠、易于使用、編程和修改程序，并可直接驅(qū)動機床電氣等特點，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機床的輔助控制裝置。圖15所示為某可編程控制器的外觀圖。圖15 輔助控制裝置5. 檢測裝置 檢測反響裝置將數(shù)控機床各個坐標(biāo)軸的實際位移量、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信號，并反響到機床的數(shù)控裝置中。 檢測裝置的檢測元件有多種，常用的有直線光柵見 圖16、光電編碼器見圖17、圓光柵、絕對編碼尺等。圖17 光電編碼器圖16 直線光柵6.機床本體 機床本體是數(shù)控機床的主體，是用于完成各種切削加工的機械局部，包括主運動部件、進

5、給運動執(zhí)行部件如工作臺、滑板及其傳動部件和床身、立柱、支承部件等。1.3 數(shù)控機床的工作原理 數(shù)控機床加工零件的工作過程如圖18所示。加工步驟如下： 1根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序段格式編寫出加工程序。 2將所編寫加工程序指令輸入到機床數(shù)控裝置中。 3數(shù)控裝置對程序代碼進行處理之后，向機床各個坐標(biāo)的伺服驅(qū)動機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出控制信號。 數(shù)控裝置伺服機構(gòu)機床本體圖樣程序工件4伺服機構(gòu)接到執(zhí)行信號指令后，驅(qū)動機床的各個運動部件，并控制所需的輔助動作。5機床自動加工出合格的零件。1.4 數(shù)控機床的坐標(biāo)系 數(shù)控機床的坐標(biāo)系通常分為機床坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系。 1機床坐標(biāo)系 2編程

6、坐標(biāo)系 3對刀點與換刀點1.4.1 機床坐標(biāo)系1機床相對運動的規(guī)定2機床坐標(biāo)系的規(guī)定3運動方向的規(guī)定4坐標(biāo)軸方向確實定5機床原點6機床參考點1 機床相對運動的規(guī)定 數(shù)控機床的加工動作主要分刀具的動作和工件的動作兩局部，在確定機床坐標(biāo)系的方向時，始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運動的。這樣編程人員在不考慮機床上工件與刀具具體運動的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機床的加工過程。2 機床坐標(biāo)系的規(guī)定 標(biāo)準(zhǔn)機床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系由右手笛卡兒直角坐標(biāo)系決定，如圖110a 所示。 1伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90。大拇指代表X坐標(biāo)，食指代表Y坐標(biāo)，中指代表Z坐標(biāo)。 2 大拇指的指向為

7、X坐標(biāo)的正方向，食指的指向為Y坐標(biāo)的正方向，中指的指向為Z坐標(biāo)的正方向。 3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Z、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，如圖110b所示。圖110 右手直角坐標(biāo)系a)b)(3) 運動方向的規(guī)定 對于機床坐標(biāo)系的方向，均將增大刀具與工件距離的方向確定為各坐標(biāo)軸的正方向，如圖111所示為數(shù)控車床上兩個運動的方向。4 坐標(biāo)軸方向確實定 1Z坐標(biāo)的運動方向：是由傳遞切削的動力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標(biāo)軸發(fā)即為Z坐標(biāo)，Z坐標(biāo)的正向為刀具離開工件的方向。如圖111所示的

8、數(shù)控車床的Z坐標(biāo)。 2X坐標(biāo) X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X坐標(biāo)的方向時，要考慮兩種情況： 如果工件做旋轉(zhuǎn)運動，那么刀具離開工件回轉(zhuǎn)中心的方向為X坐標(biāo)的正方向。如圖111所示的數(shù)控車床的X坐標(biāo)。 如果刀具做旋轉(zhuǎn)運動，那么分為兩種情況：Z坐標(biāo)水平時，觀察者沿刀具主軸向工件看時，+X運動方向指向右方；Z坐標(biāo)垂直時，觀察者面對刀具主軸向立柱看時，+X運動方向指向右方，如圖112所示的立式數(shù)控銑床的X坐標(biāo)。圖112 立式數(shù)控銑床的坐標(biāo)系3 Y坐標(biāo) 在確定X、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來確定Y坐標(biāo)的方向。如圖112所示的Y坐標(biāo)。5 機床原點 機床

9、原點又稱為機床零點，即機床坐標(biāo)系的原點，是指在機床上設(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)控機床進行加工運動的基準(zhǔn)參考點。 1數(shù)控車床的機床原點 在數(shù)控車床上，機床原點一般設(shè)在卡盤端面與主軸中心線的交點處，如圖113所示。 2數(shù)控銑床的原點 在數(shù)控銑床上，機床原點一般設(shè)在X、Y、Z坐標(biāo)的正方向極限位置上，如圖114所示。圖113 數(shù)控車床的機床原點圖114 數(shù)控銑床的機床原點6機床參考點 機床參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。圖115所示為數(shù)控車床的參考點與機床原點。圖115 數(shù)控車床的參考點1.4.2 編程坐標(biāo)系 編程坐標(biāo)系也稱為工件坐標(biāo)系，是編程人員根據(jù)零

10、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。 編程坐標(biāo)系的原點編程原點應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，編程坐標(biāo)系中各軸的方向應(yīng)該與所使用的數(shù)控機床相應(yīng)的坐標(biāo)軸方向一致，如圖116所示為車削零件的編程坐標(biāo)系及編程原點。圖116 編程坐標(biāo)系1.4.3 對刀點與換刀點 對刀點是數(shù)控加工中刀具相對工件運動的起點，程序也是從這一點開始執(zhí)行，所以對刀點也稱為“起刀點或“程序起點。對刀點選擇的原那么如下： 1找正容易。 2編程方便。 3對刀誤差小。 4加工時檢查方便、可靠。12 數(shù)控機床的分類和常見數(shù)控機床簡介1.2.1 數(shù)控機

11、床的分類按控制運動的方式分類 (1) 點位控制數(shù)控機床 (2) 直線控制數(shù)控機床 (3) 輪廓控制數(shù)控機床(1) 點位控制數(shù)控機床 點拉控制數(shù)控機床的特點是只控制從一點到另一點位置的精確定位,而不控制移動軌跡,在移動和定位過程中不進行任何加工,如圖119所示。 (2) 直線控制數(shù)控機床 直線控制數(shù)控機床也自然數(shù)為點位直線控制機床。其特點是機床移動部件不僅要實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確定位，而且要控制工作臺以給定的速度，沿平行坐標(biāo)軸方向進行直線切削運動有些機床還可以進行45斜率直線的加工，如圖120所示。圖120 直線控制加工圖(3) 輪廓控制數(shù)控機床 輪廓控制數(shù)控機床是對兩個或兩個以上軸同時進行控制。它不僅要控制機床移動部件的起點和終點，而且要控制加工過程中每一點的速度、方向和位移量，運動軌跡是任意的直線、圓弧、螺旋線等，將工件加工成一定的輪廓形狀，如圖121所示。圖121 輪廓控制加工圖2.數(shù)控