數(shù)控技術(shù)第五章

數(shù)控技術(shù)2/2/20231第五章典型數(shù)控機(jī)械5-1數(shù)控車床按功能分類：經(jīng)濟(jì)型和全功能型經(jīng)濟(jì)型：單片機(jī)或單板機(jī)控制、功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、功能簡單、價(jià)格低廉的數(shù)控車床。全功能型：配有功能齊全的數(shù)控系統(tǒng)、價(jià)格相對較高的數(shù)控車床。一、數(shù)控車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)及原理一）主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電機(jī)：一般采用直流或交流主軸電機(jī)驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。傳動：采用直接傳動、皮帶傳動或齒輪變速組傳動。變速：采用液壓撥叉或電磁離合器自動變速。2/2/202325-1數(shù)控車床

CA6140型車床數(shù)控改裝（經(jīng)濟(jì)型手動變速）傳動系統(tǒng)圖2/2/20233采用電磁離合器自動變速的主傳動系統(tǒng)原理圖5-1數(shù)控車床裝配圖2/2/20234C軸坐標(biāo)功能C軸坐標(biāo)概念：即繞Z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動C軸坐標(biāo)功能：該功能能夠控制主軸繞C軸旋轉(zhuǎn)的角度，實(shí)現(xiàn)主軸定向停車和圓周進(jìn)給。從而實(shí)現(xiàn)C軸、Z軸聯(lián)動插補(bǔ)或C軸、X軸聯(lián)動插補(bǔ)，進(jìn)行工件任意部位的鉆、銑、攻絲及曲面加工。C軸坐標(biāo)功能示意圖5-1數(shù)控車床2/2/202355-1數(shù)控車床C軸傳動結(jié)構(gòu)形式(MOC200MS3車削柔性加工單元)2/2/202365-1數(shù)控車床C軸傳動結(jié)構(gòu)形式(CK6114車削中心)2/2/20237二）進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)。運(yùn)動轉(zhuǎn)換：滾珠絲杠螺母副?？煲扑俣龋航?jīng)濟(jì)型數(shù)控車床一般縱向≤6m/min，橫向≤3m/min，全功能型數(shù)控車床一般可達(dá)10~15m/min。精度：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床脈沖當(dāng)量一般縱向0.01mm，橫向0.005mm，全功能型數(shù)控車床一般定位精度0.01mm。進(jìn)給傳動裝置.傳動：同步齒形帶傳動、錐形環(huán)連接套傳動或降速齒輪傳動。同步齒形帶傳動圖6-8錐形環(huán)連接套傳動圖6-9降速齒輪傳動圖6-10

圖6-115-1數(shù)控車床2/2/20238三）數(shù)控車床的刀架要求：重復(fù)定位精度高、剛性好、可靠性好、壽命長。5-1數(shù)控車床自動轉(zhuǎn)位刀架種類：按工位可分為：四方刀架、五方刀架、六方刀架按工作原理分：螺旋轉(zhuǎn)位刀架（應(yīng)用廣泛）、十字槽轉(zhuǎn)位刀架、凸臺棘爪轉(zhuǎn)位刀架、電磁式轉(zhuǎn)位刀架、液壓式轉(zhuǎn)位刀架。螺旋轉(zhuǎn)位刀架原理2/2/20239螺旋轉(zhuǎn)位刀架結(jié)構(gòu)圖5-1數(shù)控車床2/2/2023105-1數(shù)控車床自動轉(zhuǎn)位刀架編碼：以實(shí)現(xiàn)加工所需刀具的選擇。四方刀架編碼：需兩位數(shù)00、01、10、11五方刀架編碼：需三位數(shù)001、010、011、100、101（000一般不用）六方刀架編碼：需三位數(shù)001、010、011、100、101、110轉(zhuǎn)塔刀架（回轉(zhuǎn)刀架）刀位數(shù)：最多可達(dá)20余種，常用8、10、12、16四種。外形：圓鼓形、星形和傘形，常用圓鼓形。驅(qū)動：電機(jī)傳動和液壓傳動。動力刀架：用于車削中心，與C軸坐標(biāo)功能配合，完成聯(lián)動插補(bǔ)加工。2/2/202311轉(zhuǎn)塔刀架簡圖5-1數(shù)控車床2/2/202312四）床身與導(dǎo)軌床身結(jié)構(gòu)：平床身、斜床身、平床身與斜滑板、立床身。5-1數(shù)控車床平床身：工藝性好、運(yùn)動精度較高，但排屑困難，一般用于經(jīng)濟(jì)形數(shù)控車床。斜床身：排屑方便、占地面積小、外形美觀、便于安裝機(jī)械手、可實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化，一般用于中小型機(jī)床導(dǎo)軌

支承導(dǎo)軌：一般采用鑲鋼導(dǎo)軌或鑄鐵淬火導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌：一般采用貼塑或注塑導(dǎo)軌。

直線滾動導(dǎo)軌副：應(yīng)用日益廣泛。2/2/202313二、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的CNC數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)開發(fā)并廣泛應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)如：WSQ-80系統(tǒng)：采用單板機(jī)控制RC-51系統(tǒng)：采用8031單片機(jī)控制JWK系統(tǒng)：采用雙8031單片機(jī)控制CKL-6132經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床CNC系統(tǒng)簡介：（一）主要技術(shù)參數(shù)與功能主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)12級主軸轉(zhuǎn)速范圍32-1600rpm進(jìn)給量及螺距范圍(縱向)0.01-10.23mm／r進(jìn)給量及螺距范圍(橫向)0.005-5.11mm／r5-1數(shù)控車床2/2/202314可裝刀具數(shù)目4把主電機(jī)(直流)功率4kW速度刀架縱向快速移動3m／min刀架橫向快速移動速度1.5m／min縱向步進(jìn)電機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩20N·m橫向步進(jìn)電機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩10N·m2.數(shù)控裝置控制微機(jī)16位(8086)微機(jī)控制軸數(shù)x、z兩軸聯(lián)動插補(bǔ)方式直線、圓弧插補(bǔ)脈沖當(dāng)量z向0.01mm脈沖當(dāng)量x向0.005mm代碼ISO標(biāo)準(zhǔn)5-1數(shù)控車床2/2/202315最大編程值三字節(jié)CRT顯示x和z向顯示999.99mm顯示功能：現(xiàn)在位置、加工程序、主軸轉(zhuǎn)速、加工程序號等操作方式：全程序運(yùn)行、單程序運(yùn)行、手動操作、程序工作狀態(tài)等。3.數(shù)控裝置的功能準(zhǔn)備功能：G00快速定位C01直線插補(bǔ)C02(G03)圓弧插補(bǔ)G04延時(shí)指令G25鋸齒加工G70圓柱切削循環(huán)G71錐度切削循環(huán)G72圓柱螺紋切削循環(huán)G73錐度螺紋切削循環(huán)G92坐標(biāo)設(shè)定5-1數(shù)控車床2/2/202316輔助功能：M00程序停止M01計(jì)劃暫停M02程序終了M03主軸正轉(zhuǎn)M04主軸反轉(zhuǎn)M05主軸停止M08冷卻液開M09冷卻液關(guān)主軸轉(zhuǎn)速選擇功能S：S01—S06(低速)2~400r／minS11—S13(中速)500~800r／minS14～S15(高速)1000~1600r／min刀具選擇功能：TΔ

?Δ表示刀具號碼?表示刀具補(bǔ)償號5-1數(shù)控車床2/2/202317進(jìn)給速度功能F：F1~F1023種選擇坐標(biāo)與刪節(jié)指令：x表示橫向絕對坐標(biāo)z表示縱向絕對坐標(biāo)U表示橫向增量坐標(biāo)W表示縱向增量坐標(biāo)I圓心坐標(biāo)和橫向進(jìn)給量K圓心坐標(biāo)和縱向進(jìn)給量R圓弧曲線的半徑(矢量)值/刪節(jié)指令4.數(shù)控程序輸入方式(1)鍵盤輸入方式(2)磁帶輸入方式(3)固化在ROM存儲器中5-1數(shù)控車床2/2/202318（二）硬件結(jié)構(gòu)主從控制結(jié)構(gòu)圖6-17主機(jī)：一臺16位的8086構(gòu)成的工業(yè)控制機(jī)，擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)控制及一些功能管理等任務(wù)。從機(jī)：Z-80CPU為核心構(gòu)成的單板機(jī)，擔(dān)負(fù)S、M、T等輔助任務(wù)(如調(diào)速、換刀等開關(guān)量控制)，還擔(dān)任手動操作方面的控制任務(wù)。系統(tǒng)內(nèi)存為ROM64K、RAMl28K接口電路由8255、8253、8259等芯片組成。8255送數(shù)據(jù)和掃描開關(guān)量，井控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)。8253主要采集主軸脈沖信號和G00速進(jìn)給的定時(shí)控制可編程中斷控制器8259用于中斷控制。5-1數(shù)控車床2/2/202319（三）軟件結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，其控制軟件由多個(gè)功能模塊組成，一般都應(yīng)具備如下一些軟件模塊：數(shù)控語句讀人程序；工作狀態(tài)選擇程序；補(bǔ)償功能程序；如間隙補(bǔ)償、刀尖半徑補(bǔ)償?shù)龋凰俣瓤刂瞥绦?；指進(jìn)給速度的控制和主軸速度的控制；插補(bǔ)程序；以實(shí)現(xiàn)脈沖的各種分配運(yùn)算；輔助功能控制程序；用于刀具選擇、主軸正反轉(zhuǎn)控制等。1．軟件的總體結(jié)構(gòu)圖6-18框圖結(jié)構(gòu)說明如下：5-1數(shù)控車床2/2/202320(1)系統(tǒng)初始化

在上電以后系統(tǒng)程序首先使各有關(guān)寄存器、存儲單元進(jìn)入初始狀態(tài)，清零、設(shè)置有關(guān)常數(shù)，對有關(guān)接口設(shè)置工作狀態(tài)。初始化工作結(jié)束后，系統(tǒng)立即對操作面板進(jìn)行掃描，區(qū)別操作狀態(tài)為手動還是自動，然后做出相應(yīng)的響應(yīng)。

(2)讀NC程序一次性將加工程序依次讀入源程序區(qū)加工時(shí)逐條將源程序從源程序區(qū)讀入工作區(qū)進(jìn)行譯碼、刀具補(bǔ)償運(yùn)算等(3)S、M、T處理

讀人程序譯碼之后，S、M、T強(qiáng)電控制信號送人強(qiáng)電控制裝置，使其處于數(shù)控程序所規(guī)定的工作狀態(tài)。

5-1數(shù)控車床2/2/202321(4)坐標(biāo)值變換

該機(jī)床數(shù)控編程時(shí)允許絕對值與相對值混合使用，所以必須對每條數(shù)控程序的坐標(biāo)值進(jìn)行處理。(5)程序檢索此項(xiàng)處理是為了在程序調(diào)試或機(jī)床調(diào)整中使用，目的是為了方便地尋到所要求的數(shù)控程序段，這對于分析故障亦有許多幫助。

(6)等待強(qiáng)電回答

當(dāng)主機(jī)向機(jī)床強(qiáng)電裝置發(fā)出S、M、T命令之后，它自己就去處理其他有關(guān)程序，在它執(zhí)行完有關(guān)程序之后，強(qiáng)電動作還遠(yuǎn)未完成，這時(shí)主機(jī)就轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。(7)G功能分析程序塊

由于該系統(tǒng)是一個(gè)多功能系統(tǒng)，所以在執(zhí)行每條數(shù)控程序時(shí)必須對G指令進(jìn)行判別，確定是哪一個(gè)指令，這樣在加工過程中就可以調(diào)用相應(yīng)的G功能子程序。5-1數(shù)控車床2/2/202322(8)進(jìn)給速度處理

加工中一般有兩種速度：空行程快速點(diǎn)定位速度(一般在2-4m／min)由F指令確定的加工進(jìn)給速度?？紤]到步進(jìn)電機(jī)啟動和制動時(shí)的慣性，必須有升降速處理程序。(9)加工（插補(bǔ)）運(yùn)算

本系統(tǒng)采用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算(10)終點(diǎn)判別

在加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)每向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖信號，都將相對坐標(biāo)值減去1，并且立即判斷其是否為零，即是否到達(dá)終點(diǎn)。(11)其他程序除上述一些程序外，還有系統(tǒng)轉(zhuǎn)向相應(yīng)的執(zhí)行程序等。5-1數(shù)控車床2/2/2023232．特殊功能模塊程序設(shè)計(jì)(1)螺紋切削處理軟件加工螺紋時(shí)主軸脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出二組脈沖：一組為每轉(zhuǎn)發(fā)1024個(gè)脈沖，通過螺紋切削處理軟件產(chǎn)生F個(gè)溢出脈沖，控制Z方向進(jìn)給F值（螺距值），達(dá)到主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀架移動一個(gè)螺距。一組是每轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)同步脈沖，當(dāng)微機(jī)接受到同步脈沖之后就進(jìn)入加工控制，實(shí)現(xiàn)同一切削點(diǎn)切人加工，防止亂扣。生成進(jìn)給速度F的方法有數(shù)字積分法和CTC常數(shù)設(shè)置法5-1數(shù)控車床2/2/202324①數(shù)字積分法：由螺距值F（脈沖數(shù)）寄存器和余數(shù)寄存器構(gòu)成一個(gè)積分器：采用CTC中斷方式：脈沖發(fā)生器每發(fā)一個(gè)脈沖，就產(chǎn)生一次中斷，積分器進(jìn)行一次累加，當(dāng)余數(shù)寄存器有溢出時(shí)，向Z向發(fā)一個(gè)進(jìn)給脈沖。每轉(zhuǎn)發(fā)1024個(gè)脈沖，進(jìn)行1024次中斷和累加，產(chǎn)生F個(gè)溢出脈沖，完成一次螺距進(jìn)給。5-1數(shù)控車床2/2/202325②CTC常數(shù)設(shè)置法：脈沖發(fā)生器所發(fā)脈沖數(shù)為F的整數(shù)倍，則以所發(fā)脈沖數(shù)除以F作為計(jì)數(shù)常數(shù)。脈沖發(fā)生器所發(fā)脈沖數(shù)不為F的整數(shù)倍，則一個(gè)設(shè)置常數(shù)為商數(shù)加1，中斷次數(shù)為余數(shù)次，另一個(gè)設(shè)置常數(shù)為商數(shù)，中斷次數(shù)為（F-余數(shù)次）。驗(yàn)證：主軸脈沖數(shù)＝商×(F-余數(shù)次)+(商+1)×余數(shù)例：螺距為1，主軸脈沖數(shù)為1024，脈沖當(dāng)量為0.01則F＝100，商為10，余數(shù)24帶入上式驗(yàn)證:5-1數(shù)控車床2/2/202326(2)刀具選擇軟件設(shè)計(jì)四方刀架控制軟件應(yīng)該包含下面內(nèi)容：①讀入當(dāng)前刀架所處的刀具位置；②與數(shù)控指令所要求的刀位進(jìn)行比較，并確定所要求轉(zhuǎn)動的刀位角是90·、180喊是270·；③在要求轉(zhuǎn)位情況下使刀架轉(zhuǎn)位電機(jī)轉(zhuǎn)動；·④在電機(jī)轉(zhuǎn)動刀架的時(shí)間到了以后，再次讀入刀位值，與指令值進(jìn)行比較，如果符合則電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下落夾緊；⑤關(guān)刀架轉(zhuǎn)位電機(jī)，發(fā)出結(jié)束信號。5-1數(shù)控車床2/2/202327加工中心與數(shù)控銑床的異同:加工中心是在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，都是通過程序控制多軸聯(lián)動走刀進(jìn)行加工的數(shù)控機(jī)床。不同的是加工中心具有刀庫和自動換刀功能。加工中心適于加工形狀復(fù)雜、工序多、精度要求較高，普通機(jī)床加工需多次裝夾調(diào)整困難的的工件。5-2加工中心常用于加工箱體類零件帶復(fù)雜曲面的零件異形件板、套、盤、殼體類零件2/2/2023285-2加工中心臥式加工中心

龍門加工中心

立式加工中心

復(fù)合加工中心

按機(jī)床主軸布局形式分主軸軸心線設(shè)置在豎直狀態(tài)

主軸軸心線設(shè)置在水平狀態(tài)

具有可移動的龍門框架、主軸頭裝在龍門框架上、主軸軸心線設(shè)置在垂直狀態(tài)

立臥兩用加工中心，具有立式和臥式加工中心的功能

立式、臥式加工中心的結(jié)構(gòu)（單擊觀看錄像）2/2/2023295-2加工中心無機(jī)械手的加工中心帶刀庫、機(jī)械手的加工中心刀庫轉(zhuǎn)塔式加工中心按換刀形式分

加工中心的結(jié)構(gòu)及類型2/2/2023305-2加工中心可裝20把刀的無臂式ATC刀具庫2/2/2023315-2加工中心可裝24把刀的有臂式ATC刀具庫2/2/2023325-2加工中心可裝32把刀的有臂式刀具庫2/2/2023335-2加工中心可裝60把刀的刀具庫2/2/2023345-2加工中心

XHK716立式加工中心一、機(jī)床的用途與主要技術(shù)性能XHK716立式加工中心技術(shù)參數(shù)為：工作臺工作面積630x120m2行程：縱向1200mm橫向630mm鉛垂向800mm主軸轉(zhuǎn)速范圍：25-2500rpm主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)無級（直接編程，增量1r/min）進(jìn)給速率（x、y、z）2-4000mm/min快速移動（x、y、z）10m／min刀庫容量24把選刀方式任選主電機(jī)功率12或15kW進(jìn)給直流伺服電機(jī)38.5N·m機(jī)床電源總功率42kW2/2/202335二、機(jī)床的組成和傳動系統(tǒng)5-2加工中心2/2/202336二、機(jī)床的組成和傳動系統(tǒng)5-2加工中心2/2/2023371.自動換刀的工作過程5-2加工中心三、機(jī)床的自動換刀裝置2/2/2023382.刀庫5-2加工中心2/2/2023393.機(jī)械手5-2加工中心2/2/202340四、FANUC－6MB數(shù)控系統(tǒng)的基本功能（略）5-2加工中心2/2/2023415-3數(shù)控銑床數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，在數(shù)控加工中占據(jù)了重要地位。世界上首臺數(shù)控機(jī)床就是一部三坐標(biāo)銑床，這主要因于銑床具有X、Y、Z三軸向可移動的特性，更加靈活，且可完成較多的加工工序?，F(xiàn)在數(shù)控銑床已全面向多軸化發(fā)展。目前迅速發(fā)展的加工中心和柔性制造單元也是在數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。2/2/2023425-3數(shù)控銑床數(shù)控銑床是用來加工工件的平面、，內(nèi)外輪廓、孔、攻螺紋等工序，并可通過兩軸聯(lián)動加工零件的平面輪廓，通過兩軸半控制、三軸或多軸聯(lián)動來加工空間曲面零件。配點(diǎn)位、直線數(shù)控裝置——用同一刀具進(jìn)行多道工序的直線切削