模具數(shù)控加工技術(shù)

1、模具數(shù)控加工技術(shù)第1頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四模具數(shù)控加工技術(shù)教學(xué)單元二：模具數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)第2頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四教學(xué)單元2 模具數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)2.1數(shù)控機(jī)床概述2.2數(shù)控編程基礎(chǔ)練習(xí)與思考題第3頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.1、數(shù)控機(jī)床概述2.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床是為了解決單件、小批量、多品種，特別是復(fù)雜型面零件加工的自動化，并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。 1952年美國PARSONS公司與麻省理工學(xué)院（MIT）合作研制了第一臺坐標(biāo)數(shù)控銑床，它綜合應(yīng)用了電子計算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、精

2、密檢測與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是一種新型的機(jī)床，可用于加工復(fù)雜曲面零件。 第4頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.1.2 數(shù)控機(jī)床的組成、控制原理和特點 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的組成第5頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、數(shù)控機(jī)床的組成程序編制及程序載體 數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動加工零件的工作指令。 輸入裝置 它的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存人數(shù)控裝置內(nèi)。 第6頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控裝置及強(qiáng)電控制裝置 數(shù)控裝置 是數(shù)控機(jī)床的核心，它接受輸入裝置送來的脈

3、沖信號，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機(jī)床的各個部分，進(jìn)行規(guī)定的、有序的動作。 強(qiáng)電控制裝置 是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。第7頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、數(shù)控機(jī)床的組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置檢測裝置 伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置（電動機(jī)）組成，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。 機(jī)床的機(jī)械部件 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件包括主運動部件、進(jìn)給運動執(zhí)行部件、工作臺、拖板及其傳動部件和床身立柱等支撐部件，此外，還有冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。 第8頁，共39頁

4、，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、數(shù)控機(jī)床的組成第9頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四二、數(shù)控機(jī)床的控制原理數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字化的信息來實現(xiàn)自動控制的，將與加工零件有關(guān)的信息工件與刀具相對運動軌跡的尺寸參數(shù)（進(jìn)給執(zhí)行部件的進(jìn)給尺寸）、切削加工的工藝參數(shù)（主運動和進(jìn)給運動的速度、背吃刀量等），以及各種輔助操作（主運動變速、刀具更換、冷卻潤滑液開停、工件夾緊、松開等）等加工信息用規(guī)定的文字、數(shù)字和符號組成的代碼，按一定的格式編寫成加工程序單，將加工程序通過控制介質(zhì)輸入到數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置經(jīng)過分析處理后，發(fā)出各種與加工程序相對應(yīng)的信號和指令控制機(jī)床進(jìn)行自動加工。

5、 第10頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、數(shù)控機(jī)床的特點能適應(yīng)不同零件的自動加工 生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定 能高效優(yōu)質(zhì)完成復(fù)雜型面零件的加工 工序集中，一機(jī)多用 數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備 第11頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.1.3 數(shù)控機(jī)床的分類 一、按數(shù)控機(jī)床的加工功能分類點位控制數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、三坐標(biāo)測量機(jī)等，此外印刷電路板鉆孔機(jī)應(yīng)算是最簡單的點位控制數(shù)控機(jī)床。 點位控制加工示意圖 第12頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、按數(shù)控機(jī)床的加工功能分類直線控制數(shù)控機(jī)

6、床 直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺以適當(dāng)?shù)乃徒o速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。 直線控制加工示意圖 第13頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、按數(shù)控機(jī)床的加工功能分類輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床分為平面輪廓加工的數(shù)控機(jī)床和空間輪廓加工的數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控加工平面輪廓的成形 第14頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四二、按工藝用途分類一般數(shù)控機(jī)床 最普通的數(shù)控機(jī)床有鉆床、車床、銑床、鏜床等。 數(shù)控加工中心 這類數(shù)控機(jī)床是在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，加裝一個刀庫和自動換刀裝置，構(gòu)成一種帶自動

7、換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。多坐標(biāo)軸數(shù)控機(jī)床 有些復(fù)雜的工件，例如螺旋槳，飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片曲面等用三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床無法加工，于是出現(xiàn)了多坐標(biāo)軸的數(shù)控機(jī)床。 第15頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、按所用進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類開環(huán)數(shù)控機(jī)床 開環(huán)數(shù)控機(jī)床采用開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)，圖2-10所示為典型的開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。 開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第16頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、按所用進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 如果將位置檢測裝置安裝在驅(qū)動電機(jī)的端部，或安裝在傳動絲杠端部，間接測量執(zhí)行部件的實際位置或位移，這種系統(tǒng)就是半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。 半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床第17

8、頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、按所用進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是按閉環(huán)原理工作的。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床第18頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四四、按所用數(shù)控裝置類型分類硬線數(shù)控機(jī)床 硬線數(shù)控機(jī)床（NC）使用硬線數(shù)控裝置，它的輸入處理、插補(bǔ)運算和控制功能，都由專用的固定組合邏輯電路來實現(xiàn)，不同功能的機(jī)床，其組合邏輯電路也不相同。 計算機(jī)數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床使用計算機(jī)數(shù)控裝置（CNC），即軟線數(shù)控裝置。 第19頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 一、數(shù)控裝置的發(fā)展數(shù)控裝置的微

9、處理器 數(shù)控裝置配備有多種遙控和智能接口 數(shù)控裝置具有很好的操作性能 數(shù)控裝置的可靠性大大提高 開放式體系 第20頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四二、進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展永磁同步交流伺服電機(jī)逐漸取代了直流伺服電動機(jī)，提高了電動機(jī)的可靠性，降低了制造成本，基本上無需維修。 組成伺服驅(qū)動電路的位置、速度和電流控制環(huán)節(jié)部分實現(xiàn)數(shù)字化，甚至利用單片微機(jī)或高速數(shù)字信號處理器為硬件基礎(chǔ)進(jìn)行全數(shù)字化控制，與CNC系統(tǒng)的計算機(jī)有雙向通信聯(lián)系。 第21頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四采用高速和高分辨率的位置檢測裝置組成半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。通過進(jìn)給伺服系統(tǒng)實

10、現(xiàn)絲桿螺距誤差補(bǔ)償外，熱變形誤差補(bǔ)償、空間誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究也取得了顯著的成效。 第22頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、程序編制 數(shù)控機(jī)床編程技術(shù)的發(fā)展水平表現(xiàn)在以下幾個方面： 圖形編程了長足的發(fā)展，增加了自動編程的手段。 從脫機(jī)編程逐漸發(fā)展到在線編程。 在線編程過程中不僅可以處理幾何信息，還可以處理工藝信息，數(shù)控裝置內(nèi)設(shè)有與該機(jī)床加工工藝相關(guān)的小型工藝數(shù)據(jù)庫或?qū)＜蚁到y(tǒng)，可以自動選擇最佳的工藝參數(shù)。 第23頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四四、數(shù)控機(jī)床的工況檢測、監(jiān)控和故障診斷現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上裝有工件尺寸檢測裝置，對工件加工尺寸進(jìn)行定期檢測，發(fā)現(xiàn)

11、超差則及時發(fā)出報警或補(bǔ)償信號。還有紅外、超聲發(fā)射等監(jiān)控裝置，對刀具工況進(jìn)行監(jiān)控，遇有刀具磨損超標(biāo)或刀具破損，能及時報警，以便調(diào)換刀具，保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量。目前CNC系統(tǒng)中已經(jīng)采用了開機(jī)診斷、運行診斷、通信診斷和專家診斷系統(tǒng)等故障自診斷技術(shù)，對故障進(jìn)行自動查找、分類、顯示、報警，便于及時發(fā)現(xiàn)和排除系統(tǒng)的故障。 第24頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四五、采用功能很強(qiáng)的可編程控制器現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床廣泛采用內(nèi)裝型或獨立型可編程控制器PC（Programmable Controller），它有專用的32位微處理器，基本指令執(zhí)行時間是0.2s/step，有梯形語言程序16000step

12、以上，可以采用C語言或Pascal語言來編制PC程序，程序容量68256kB以上，在PC與CNC之間有高速窗口。采用C語言編程時，可以在個人計算機(jī)的開發(fā)環(huán)境下工作。利用PC的高速處理功能，使CNC與PC有機(jī)地結(jié)合起來，而且可以利用梯形圖（Ladder）的監(jiān)控功能，使機(jī)床的故障診斷和維修更加方便。 第25頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四六、機(jī)床的主機(jī)數(shù)控機(jī)床的主機(jī)也有很多新的發(fā)展。表現(xiàn)在：主運動部件不斷實現(xiàn)電氣化和高速化 增加加工功能 采用機(jī)電一體化和全封閉式結(jié)構(gòu) 主機(jī)的大件采用焊接結(jié)構(gòu)和合理的結(jié)構(gòu)形式第26頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.2、

13、數(shù)控編程基礎(chǔ)2.2.1 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系一、坐標(biāo)軸及其運動方向建立機(jī)床坐標(biāo)系是為了確定刀具或工件在機(jī)床中的位置，確定機(jī)床運動部件的位置及其運動范圍。統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系各軸的名稱及其正負(fù)方向，可以簡化數(shù)控程序的編制，并使編制的程序?qū)ν愋蜋C(jī)床有互換性。 機(jī)床的運動是指刀具和工件之間的相對運動，一律假定工件是靜止的，刀具在坐標(biāo)系內(nèi)相對于工件運動。 第27頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四笛卡兒右手直角坐標(biāo)系與右手螺旋法則 對數(shù)控機(jī)床中的坐標(biāo)系和運動方向的命名，ISO標(biāo)準(zhǔn)和我國統(tǒng)一規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)的右手笛卡爾坐標(biāo)系，并規(guī)定增大刀具與工件之間距離的方向為坐標(biāo)正方向。 第28頁，共

14、39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四Z軸的確定 機(jī)床主軸是傳遞主要切削力的軸，可以表現(xiàn)為加工過程帶動工具旋轉(zhuǎn)，也可以表現(xiàn)為帶動工件旋轉(zhuǎn)。 數(shù)控懸臂刨床 數(shù)控立式?jīng)_床 第29頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四X軸的確定 X軸是水平的，平行于工件的裝夾面。對于加工過程中不產(chǎn)生刀具旋轉(zhuǎn)或工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，X軸平行于主切削方向，坐標(biāo)軸正方向與切削方向一致，例如前面提到的數(shù)控懸臂刨床。對于加工過程中主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，例如數(shù)控車床、數(shù)控磨床等，X坐標(biāo)軸沿工件的徑向，平行于橫向滑座或?qū)к?，刀架上刀具或砂輪離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向為坐標(biāo)軸正方向；對于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如果Z

15、軸是水平的，例如數(shù)控臥式鏜銑床，則從與Z平行的主軸向工件看時，X軸的正向（+X）指向右方；如果Z軸是垂直的，對單立柱機(jī)床，例如立式數(shù)控銑床和數(shù)控水平轉(zhuǎn)塔立式鉆床，則從與Z軸平行的主軸向立柱看時，X軸的正向指向右方；對于龍門式機(jī)床，例如數(shù)控龍門銑床，則從與Z軸平行的主軸向左側(cè)立柱看時，X軸的正向指向右方。 第30頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四根據(jù)X、Z軸及其方向，利用右手定則即可確定Y軸的方向；根據(jù)X、Y、Z軸及其方向，利用右手螺旋定側(cè)即可確定軸線平行于X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)運動A、B、C的方向。機(jī)床坐標(biāo)可在機(jī)床使用說明書或機(jī)床標(biāo)牌上找到。第31頁，共39頁，2022年，5

16、月20日，6點15分，星期四二、機(jī)床原點、機(jī)床參考點機(jī)床原點 機(jī)床原點又稱為機(jī)械原點，它是機(jī)床坐標(biāo)系的原點。 機(jī)床參考點 機(jī)床參考點是機(jī)床坐標(biāo)系中一個固定不變的原點，是用于對機(jī)床工作臺、滑板與刀具相對運動的測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定和控制的點。 第32頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四第33頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四三、工件坐標(biāo)系為了編程方便，在工件圖樣上設(shè)置一個坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的原點就是工作原點，也叫做工件零點。 選擇工件零點的一般原則是： 工件零點選在工件圖樣的基準(zhǔn)上，以利于編程。 工件零點盡量選在尺寸精度高、粗糙度值小的工件表面上。 工件零點最好選

17、在工件的對稱中心上。 要便于測量和檢驗。 第34頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四2.2.2 數(shù)控程序的格式與編制 一、程序的格式數(shù)控加工程序是由一系列機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)能辨識的指令有序結(jié)合而構(gòu)成的，可分為程序號、程序段和程序結(jié)束等幾個部分。下面為一數(shù)控加工程序?qū)嵗?第35頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四一、程序的格式程序號 每個程序多要進(jìn)行編號，在編號前面要用程序編號地址碼進(jìn)行編號指令。 程序段的格式和組成 程序段的格式可分為地址格式、分隔順序格式、固定程序段格式和可變程序段格式等。最常用的是可變程序段格式。 第36頁，共39頁，2022年，5月20日，6點15分，星期四二、程序編制的內(nèi)容和步驟手工編程的主要內(nèi)容有：分析零件圖樣，設(shè)計零件加工工藝路線，決定數(shù)控加工內(nèi)容，設(shè)計數(shù)控加工工藝規(guī)程 ，編制加工程序單，程序的輸入與校驗等。 自動編程 加工程序主要由計算機(jī)完成的方