新型數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介和數(shù)控機(jī)床編程及加工

第8章新型數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介內(nèi)容提要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)高速高精加工機(jī)床開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)一、高精度、高速度1、足夠高的進(jìn)給加速度

2、高精度插補(bǔ)3、前饋控制

4、連續(xù)輪廓前瞻控制5、必須配備高分辨率的檢測(cè)光柵二、開(kāi)放式體系三、智能化四、網(wǎng)絡(luò)化五、高可靠性六、多軸聯(lián)動(dòng)化8.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)8.2高速高精加工機(jī)床高速、高效率加工是金屬切削行業(yè)的發(fā)展方向。高速切削加工技術(shù)是指采用超硬材料的刀具,通過(guò)極大地提高切削速度和進(jìn)給速度來(lái)提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。高速切削加工是實(shí)現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù),是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，它在汽車(chē)工業(yè)、航空航天、模具制造等行業(yè)中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。目前，高速高精數(shù)控機(jī)床正日益普及，成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的主流1931年德國(guó)CarlSalomon博士首先提出高速切削加工理論：在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而提高。對(duì)于不同的工件材料，存在一個(gè)切削速度范圍，在這個(gè)范圍中由于切削溫度過(guò)高，刀具材料無(wú)法承受而不能進(jìn)行加工，故該速度區(qū)域被稱(chēng)為“死區(qū)”。當(dāng)切削速度超過(guò)“死區(qū)”以后,隨著切削速度的增大切削力會(huì)下降，切削溫度也會(huì)降低。不同的工件材料其切削速度范圍不同，目前,一般認(rèn)為,超高速切削各種材料的切速范圍為:鋁合金已超過(guò)1600m/min,鑄鐵為1500m/min,超耐熱鎳合金達(dá)300m/min,鈦合金達(dá)150～1000m/min,纖維增強(qiáng)塑料為2023～9000m/min。高速切削加工(High-SpeedMachining或HSM)切削效率高。

隨著刀具切削速度的大幅提高,工件進(jìn)給速度亦相應(yīng)提高5～10倍。(2)加工精度高,表面粗糙度低。

高速切削時(shí),機(jī)床的激振頻率相當(dāng)高,遠(yuǎn)離了工藝系統(tǒng)的低階固有頻率,因而工作平穩(wěn),振動(dòng)小。(3)切削力小,變形小。(4）確保零件的使用性能高速切削加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)高速切削不只是切削速度的提高，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它的發(fā)展涉及到機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具、工藝和材料等諸多領(lǐng)域的技術(shù)配合和技術(shù)創(chuàng)新。HSC技術(shù)的影響因素1、高速電主軸2、高速進(jìn)給系統(tǒng)當(dāng)前高定位精度的高速進(jìn)給系統(tǒng)的最佳解決方案：直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)加絕對(duì)式光柵尺。高速切削機(jī)床的主要技術(shù)直線(xiàn)電機(jī)與工作臺(tái)合為一體，電機(jī)輸出的推力直接作用在工作臺(tái)上，省掉了傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的絲桿，從而簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減小了傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差。

直線(xiàn)電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)性能好。由于系統(tǒng)采用直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，機(jī)床實(shí)現(xiàn)“零傳動(dòng)”，故使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)異常靈敏快捷。

速度和加速度高。最大進(jìn)給速度可達(dá)80～180m/min，加速度可高達(dá)2～10g。定位精度高。直線(xiàn)電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用光柵尺作為位置測(cè)量元件，采用閉環(huán)控制，因而定位精度可高達(dá)～mm。非接觸、無(wú)摩擦、無(wú)磨損。3、機(jī)床本體良好的剛性數(shù)控機(jī)床是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機(jī)床的品質(zhì)如加工精度和動(dòng)態(tài)特性，不是僅僅取決于采用什么檔次的數(shù)控系統(tǒng)，更取決于高質(zhì)量的機(jī)械部件和優(yōu)化的裝配工藝，取決于機(jī)電的密切配合，機(jī)床本體的剛性直接影響數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性，優(yōu)良的機(jī)械系統(tǒng)是一臺(tái)高品質(zhì)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)。4、高速切削刀具技術(shù)刀具技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速切削的重要保證。正確選擇刀具材料和設(shè)計(jì)刀具系統(tǒng)對(duì)于提高加工質(zhì)量、延長(zhǎng)刀具壽命和降低加工成本都起著重要作用。

5、高速切削工藝技術(shù)8.3開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)一、數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性1、邏輯控制的開(kāi)放性2、人機(jī)界面的開(kāi)放性3、數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)核的開(kāi)放性二、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)式數(shù)控裝置的概念結(jié)構(gòu)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)具有以下基本特征：

（1）模塊化。

（2）可互換性。

（3）可裁剪性。

（4）可擴(kuò)展性。

（5）接口標(biāo)準(zhǔn)化。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)等的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)正朝高速度化、高精度化、智能化、體系開(kāi)放化、網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性化等方向發(fā)展。高速高精加工機(jī)床是當(dāng)前及最近未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值的發(fā)展方向，它涉及了電主軸、直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)、高精檢測(cè)、高剛性機(jī)床本體等多項(xiàng)技術(shù)，高速/高精/多軸加工機(jī)床代表了一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的水平?！伴_(kāi)放”是數(shù)控和各種控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，它既來(lái)自數(shù)控機(jī)床用戶(hù)和制造廠家的要求，也來(lái)自于數(shù)控系統(tǒng)本身追求高質(zhì)量、低成本的需要。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)具有模塊化、接口標(biāo)準(zhǔn)化、可替換性、可裁剪性以及適于二次開(kāi)發(fā)等基本特點(diǎn)。本章小結(jié)數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過(guò)程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語(yǔ)言記錄在程序單上的全過(guò)程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對(duì)程序經(jīng)過(guò)處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過(guò)程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫(xiě)零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對(duì)程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫(xiě)程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車(chē)床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專(zhuān)用硬件或運(yùn)動(dòng)控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車(chē)床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線(xiàn)性移動(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線(xiàn)插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對(duì)坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時(shí)G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開(kāi)冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開(kāi)關(guān)1有效M20√M21自定義開(kāi)關(guān)1無(wú)效M21√8M22自定義開(kāi)關(guān)2有效M22√M23自定義開(kāi)關(guān)2無(wú)效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√O(píng)penSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進(jìn)行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯(cuò)編譯等。每一個(gè)工件程序由若干個(gè)程序段組成；每一個(gè)程序段完成一個(gè)加工步驟；每一個(gè)程序指令有程序段號(hào)和若干個(gè)指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程序段中不能重復(fù)使用；最后一個(gè)程序段由指令代碼M02作為程序結(jié)束標(biāo)志。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹

在運(yùn)行加工程序之前，必須通過(guò)參數(shù)設(shè)置對(duì)機(jī)床和刀具進(jìn)行調(diào)整，使其與加工要求相符，這樣才能正確地進(jìn)行加工或模擬加工。OpenSoftCNC軟件系統(tǒng)的參數(shù)主要有以下內(nèi)容：①基本設(shè)置設(shè)置可修改的基本參數(shù)。②刀具設(shè)置設(shè)置刀具編號(hào)、類(lèi)型和刀具補(bǔ)償?shù)葏?shù)。③軸參設(shè)置設(shè)置和查看坐標(biāo)軸參數(shù)。④工件坐標(biāo)設(shè)置設(shè)置G54—G59等工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)坐標(biāo)。⑤PLC設(shè)置用于查看PLC緩沖區(qū)配置、PLC程序梯形圖及PLC程序指令流程。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoft