第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展一演示文稿

第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展一演示文稿當(dāng)前第1頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)優(yōu)選第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展一ppt當(dāng)前第2頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)【教學(xué)目標(biāo)】1、了解加工坐標(biāo)系的概念及確定2、掌握加工坐標(biāo)系的設(shè)定方法3、理解加工坐標(biāo)系確定的原則4、熟悉機(jī)床加工坐標(biāo)系（FANUC0M）設(shè)定的步驟【重點(diǎn)、難點(diǎn)】1、加工坐標(biāo)系的概念2、加工坐標(biāo)系的設(shè)定方法3、數(shù)控銑床（FANUC0M）加工坐標(biāo)系的設(shè)定【教學(xué)方法】講授法、演示法【教具、參考書】實(shí)物、掛圖《數(shù)控機(jī)床加工工藝與編程》【教學(xué)手段】多媒體課件、計(jì)算機(jī)、上海宇龍仿真軟件當(dāng)前第3頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)一、概念

1、數(shù)控（NC）機(jī)床：采用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床，稱為數(shù)控機(jī)床。

2、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）：采用存儲(chǔ)程序的專用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能，則稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。第一章數(shù)控機(jī)床概述

§1-1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展

當(dāng)前第4頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)二、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展1、產(chǎn)生①機(jī)械產(chǎn)品的自身要求②單件、多品種小批量零件約占80%以上2、發(fā)展1952年美國Parsons公司和MIT三坐標(biāo)數(shù)控立銑床數(shù)控機(jī)床進(jìn)入實(shí)用化階段-復(fù)雜曲面加工數(shù)控系統(tǒng)采用電子管元件-電子管時(shí)代當(dāng)前第5頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)1959年采用晶體管和印制板電路-第二代數(shù)控系統(tǒng)1965年出現(xiàn)小規(guī)模集成電路-第三代數(shù)控系統(tǒng)1970年出現(xiàn)小型計(jì)算機(jī)代替專用硬接線裝置——第四代數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）1974年以微處理為核心的數(shù)控系統(tǒng)——第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC系統(tǒng)）當(dāng)前第6頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)3、我國1958年起步20世紀(jì)60年代末70年代初—研制出一些晶體管式數(shù)控系統(tǒng)20世紀(jì)80年代初1985年進(jìn)入實(shí)用階段1986—1990年數(shù)控機(jī)床大發(fā)展時(shí)期300多種【課堂小結(jié)】本次課主要對(duì)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展進(jìn)行了學(xué)習(xí)，這些內(nèi)容是學(xué)習(xí)好數(shù)控編程這門課的基礎(chǔ)。當(dāng)前第7頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)§1-2數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成出示掛圖：一、數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床零件加工的步驟：1、分析零件圖，確定加工方案，用規(guī)定代碼編程2、輸入數(shù)控裝置3、數(shù)控裝置對(duì)程序進(jìn)行譯碼、運(yùn)算，向機(jī)床各伺服機(jī)構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)信號(hào)—驅(qū)動(dòng)—執(zhí)引—加工零件當(dāng)前第8頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)二、數(shù)控機(jī)床的組成1、程序載體程序—包括加工零件所需的全部信息和刀具相對(duì)工件的位移信息。載體—穿孔紙帶、磁帶、磁盤（軟盤、硬盤、內(nèi)存RAM）2、輸入裝置作用：將程序載體內(nèi)有關(guān)加工的信息讀入CNC裝置穿孔紙帶—光電閱讀機(jī)磁帶—錄放機(jī)磁盤—驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)卡MDI—手動(dòng)輸入當(dāng)前第9頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)3、CNC裝置作用：接收輸入裝置輸入的加工信息，完成數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能。4、伺服系統(tǒng)作用：將數(shù)控裝置發(fā)來的各種動(dòng)作指令，轉(zhuǎn)化成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。5、位置反饋系統(tǒng)6、機(jī)床本體①主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)②進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)③輔助部分（液壓、氣動(dòng)、冷卻、潤(rùn)滑）當(dāng)前第10頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)1、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)適合加工復(fù)雜零件由于數(shù)控裝置具有高超的運(yùn)算能力適應(yīng)性和靈活性強(qiáng)加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定閉環(huán)控制可提高精度，自動(dòng)加工可避免人為誤差生產(chǎn)效率高零件加工時(shí)間=機(jī)動(dòng)時(shí)間+輔助時(shí)間自動(dòng)化程度高自動(dòng)換刀、檢測(cè)、裝卸工件經(jīng)濟(jì)效益好價(jià)格較貴調(diào)試和維修較復(fù)雜三、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合當(dāng)前第11頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)【課堂小結(jié)】本次課主要對(duì)數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成進(jìn)行了學(xué)習(xí)，這些內(nèi)容是學(xué)習(xí)好數(shù)控編程這門課的基礎(chǔ)。【作業(yè)】P221、3、5當(dāng)前第12頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)數(shù)控機(jī)床可以根據(jù)不同的方法進(jìn)行分類，常用的分類方法有按數(shù)控機(jī)床加工原理分類、按數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類和按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類。一、按數(shù)控機(jī)床加工原理分類按數(shù)控機(jī)床加工原理可把數(shù)控機(jī)床分為普通數(shù)控機(jī)床和特種加工數(shù)控機(jī)床。1）普通數(shù)控機(jī)床如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、車削中心等各種普通數(shù)控機(jī)床，其加工原理是用切削刀具對(duì)零件進(jìn)行切削加工。2）特種加工數(shù)控機(jī)床如線切割數(shù)控機(jī)床，對(duì)硬度很高的工件進(jìn)行切割加工；如電火花成型加工數(shù)控機(jī)床，采用電火花原理對(duì)工件的形腔進(jìn)行加工。§1-3數(shù)控機(jī)床分類當(dāng)前第13頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡主要有三種形式：點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)、直線控制運(yùn)動(dòng)和連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)。1）點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)指刀具相對(duì)工件的點(diǎn)定位，一般對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡無特殊要求，為提高生產(chǎn)效率和保證定位精度，機(jī)床設(shè)定快速進(jìn)給，臨近終點(diǎn)時(shí)自動(dòng)降速，從而減少運(yùn)動(dòng)部件因慣性而引起的定位誤差。2）直線控制運(yùn)動(dòng)直線控制運(yùn)動(dòng)指刀具或工作臺(tái)以給定的速度按直線運(yùn)動(dòng)。3）連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)也稱為輪廓控制運(yùn)動(dòng)，指刀具或工作臺(tái)按工件的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其它函數(shù)關(guān)系的曲線。這種數(shù)控系統(tǒng)有一個(gè)軌跡插補(bǔ)器，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度精確計(jì)算并控制各個(gè)伺服電機(jī)沿軌跡運(yùn)動(dòng)。二、按數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類當(dāng)前第14頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號(hào)，通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類有三種形式：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。1）開環(huán)控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)，無位置測(cè)量元件，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算，輸出指令脈沖控制步進(jìn)電機(jī)工作，如圖1-1所示，這種控制方式對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不檢測(cè)，無反饋控制信號(hào)，因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備成本低，調(diào)試方便，操作簡(jiǎn)單，但控制精度低，工作速度受到步進(jìn)電機(jī)的限制。

圖1-1開環(huán)控制系統(tǒng)三、按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類當(dāng)前第15頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)圖1-2閉環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)前第16頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)圖1-2閉環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)前第17頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)(圖1-3)這種控制系統(tǒng)的位置測(cè)量元件不是測(cè)量工作臺(tái)的實(shí)際位置，而是測(cè)量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，經(jīng)過推算得出工作臺(tái)位移值，反饋至位置比較電路,與指令中的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機(jī)工作。這種用推算方法間接測(cè)量工作臺(tái)位移，不能補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)鏈零件的誤差，因此稱之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設(shè)備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。當(dāng)前第18頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)圖1-3半閉環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)前第19頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)1）硬件式數(shù)控機(jī)床（NC機(jī)床）組成：晶體管和集成電路特點(diǎn)：通用性、靈活性差，制造周期長(zhǎng)、成本高2）軟件式數(shù)控機(jī)床（CNC機(jī)床）組成：采用小型或微型計(jì)算機(jī)，加上通用或?qū)Ｓ么笠?guī)模集成電路特點(diǎn)：很高柔性四、按所用數(shù)控裝置類型分類當(dāng)前第20頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)1、金屬切削類數(shù)控機(jī)床1）數(shù)控車床（NCLathe）。2）數(shù)控銑床（NCMillingMachine）。3）加工中心（MachineCenter）。4）數(shù)控鉆床（NCDrillingMachine）。5）數(shù)控鏜床（NCBoringMachine）。6）數(shù)控齒輪加工機(jī)床（NCGearHollingMachine）。7）數(shù)控平面磨床（NCSurfaceGrindingMachine）。2、金屬成型類數(shù)控機(jī)床3、數(shù)控特種加工機(jī)床1）數(shù)控電火花加工機(jī)床（NCDiesinkingElectricDischargeMachine）。2）數(shù)控線切割機(jī)床（NCWireElectricDischargeMachine）。3）數(shù)控激光加工機(jī)床（NCLaserBeamMachine）。4、其它類型數(shù)控機(jī)床五、按加工方式分類當(dāng)前第21頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)高、中、低檔三類經(jīng)濟(jì)型數(shù)控：在我國指由單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成數(shù)控系統(tǒng)和其它功能簡(jiǎn)單、價(jià)格低的數(shù)控系統(tǒng)【課堂小結(jié)】六、按功能方式分類當(dāng)前第22頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)§1-4數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1、高可靠性①提高元器件和系統(tǒng)的可靠性②采用抗干擾技術(shù)，提高數(shù)控系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力③使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化④提高自診斷及保護(hù)功能2、高柔性化柔性：指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力3、高精度化①利用數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能②采用高分辨率，高響應(yīng)性的絕對(duì)位置傳感技術(shù)③提高數(shù)控機(jī)床機(jī)械本體中基礎(chǔ)大件的結(jié)構(gòu)剛性和熱穩(wěn)定當(dāng)前第23頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)4、高速度化①機(jī)械方面：提高切削速度和減少輔助時(shí)間②數(shù)控系統(tǒng)：CPU5、復(fù)合化①工序復(fù)合化②功能復(fù)合化6、制造系統(tǒng)自動(dòng)化當(dāng)前第24頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)【課堂小結(jié)】本次課主要對(duì)數(shù)控機(jī)床的分類及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，這些內(nèi)容是進(jìn)一步學(xué)習(xí)好數(shù)控編程這門課的基礎(chǔ)。當(dāng)前第25頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)課題:§1.2.3加工坐標(biāo)系

1、加工坐標(biāo)系的確定加工坐標(biāo)系是指以確定的加工原點(diǎn)為基準(zhǔn)所建立的坐標(biāo)系。加工原點(diǎn)也稱為程序原點(diǎn)，是指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。在加工過程中，數(shù)控機(jī)床是按照工件裝夾好后所確定的加工原點(diǎn)位置和程序要求進(jìn)行加工的。編程人員在編制程序時(shí)，只要根據(jù)零件圖樣就可以選定編程原點(diǎn)、建立編程坐標(biāo)系、計(jì)算坐標(biāo)數(shù)值，而不必考慮工件毛坯裝夾的實(shí)際位置。對(duì)于加工人員來說，則應(yīng)在裝夾工件、調(diào)試程序時(shí)，將編程原點(diǎn)轉(zhuǎn)換為加工原點(diǎn)，并確定加工原點(diǎn)的位置，在數(shù)控系統(tǒng)中給予設(shè)定（即給出原點(diǎn)設(shè)定值），設(shè)定加工坐標(biāo)系后就可根據(jù)刀具當(dāng)前位置，確定刀具起始點(diǎn)的坐標(biāo)值。在加工時(shí)，工件各尺寸的坐標(biāo)值都是相對(duì)于加工原點(diǎn)而言的,這樣數(shù)控機(jī)床才能按照準(zhǔn)確的加工坐標(biāo)系位置開始加工。圖1.12中O3為加工原點(diǎn)。當(dāng)前第26頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)方法一：在機(jī)床坐標(biāo)系中直接設(shè)定加工原點(diǎn)。例：以圖1.12為例，在配置FANUC-OM系統(tǒng)的立式數(shù)控銑床上設(shè)置加工原點(diǎn)03。（1）加工坐標(biāo)系的選擇編程原點(diǎn)設(shè)置在工件軸心線與工件底端面的交點(diǎn)上。設(shè)工作臺(tái)工作面尺寸為800mm×320mm，若工件裝夾在接近工作臺(tái)中間處，則確定了加工坐標(biāo)系的位置，其加工原點(diǎn)03就在距機(jī)床原點(diǎn)O1為X3、Y3、Z3處。并且X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm。2、加工坐標(biāo)系的設(shè)定當(dāng)前第27頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)（2）設(shè)定加工坐標(biāo)系指令1）G54～G59為設(shè)定加工坐標(biāo)系指令。G54對(duì)應(yīng)一號(hào)工件坐標(biāo)系，其余以此類推?？稍贛DI方式的參數(shù)設(shè)置頁面中，設(shè)定加工坐標(biāo)系。如對(duì)已選定的加工原點(diǎn)O3，將其坐標(biāo)值

X3=-345.700mm

Y3=-196.220mm

Z3=-53.165mm

設(shè)在G54中，則表明在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)定了1號(hào)工件加工坐標(biāo)。設(shè)置頁面如圖1.14。當(dāng)前第28頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)G54～G59為設(shè)定加工坐標(biāo)系指令當(dāng)前第29頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)2）G54～G59在加工程序中出現(xiàn)時(shí)，即選擇了相應(yīng)的加工坐標(biāo)系。方法二：通過刀具起始點(diǎn)來設(shè)定加工坐標(biāo)系。(1)加工坐標(biāo)系的選擇加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)可設(shè)定在相對(duì)于刀具起始點(diǎn)的某一符合加工要求的空間點(diǎn)上。應(yīng)注意的是，當(dāng)機(jī)床開機(jī)回參考點(diǎn)之后，無論刀具運(yùn)動(dòng)到哪一點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)其位置都是已知的。也就是說，刀具起始點(diǎn)是一個(gè)已知點(diǎn)。(2)設(shè)定加工坐標(biāo)系指令圖1.15設(shè)定加工坐標(biāo)系

當(dāng)前第30頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)G92為設(shè)定加工坐標(biāo)系指令。在程序中出現(xiàn)G92程序段時(shí)，即通過刀具當(dāng)前所在位置即刀具起始點(diǎn)來設(shè)定加工坐標(biāo)系。G92指令的編程格式：G92XaYbZc該程序段運(yùn)行后，就根據(jù)刀具起始點(diǎn)設(shè)定了加工原點(diǎn)，如圖1.15所示。從圖1.15中可看出，用G92設(shè)置加工坐標(biāo)系，也可看作是：在加工坐標(biāo)系中，確定刀具起始點(diǎn)的坐標(biāo)值，并將該坐標(biāo)值寫入G92編程格式中。例題：在圖1.16中，當(dāng)a=50mm,b=50mm,c=10mm時(shí)，試用G92指令設(shè)定加工坐標(biāo)系。設(shè)定程序?yàn)镚92X50Y50Z10當(dāng)前第31頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)G92為設(shè)定加工坐標(biāo)系指令當(dāng)前第32頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)1.2.4機(jī)床加工坐標(biāo)系設(shè)定的實(shí)例下面以數(shù)控銑床（FANUC0M）加工坐標(biāo)系的設(shè)定為例，說明工作步驟當(dāng)前第33頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)圖1.17零件圖樣當(dāng)前第34頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)當(dāng)前第35頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)在選擇了圖1.17所示的被加工零件圖樣，并確定了編程原點(diǎn)位置后，可按以下方法進(jìn)行加工坐標(biāo)系設(shè)定：1、準(zhǔn)備工作機(jī)床回參考點(diǎn)，確認(rèn)機(jī)床坐標(biāo)系；2、裝夾工件毛坯通過夾具使零件定位，并使工件定位基準(zhǔn)面與機(jī)床運(yùn)動(dòng)方向一致；3、對(duì)刀測(cè)量用簡(jiǎn)易對(duì)刀法測(cè)量,方法如下:用直徑為φ10的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量棒、塞尺對(duì)刀，得到測(cè)量值為X=-437.726,Y=-298.160,如圖1.18所示。Z=-31.833，如圖1.19所示。4、計(jì)算設(shè)定值按圖1.18所示,將前面已測(cè)得的各項(xiàng)數(shù)據(jù),按設(shè)定要求運(yùn)算。X坐標(biāo)設(shè)定值：X=-437.726+5+0.1+40=-392.626mm當(dāng)前第36頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)當(dāng)前第37頁\共有41頁\編于星期六\13點(diǎn)注：-437.726mm為X坐標(biāo)顯示值；+5mm為測(cè)量棒半徑值；+0.1mm為塞尺厚度；+40.0為編程原點(diǎn)到工件定位基準(zhǔn)面在X坐標(biāo)方向的距離。圖1.19Z向?qū)Φ斗椒╕坐標(biāo)設(shè)定值：Y=-298.160+5+0.1+46.5=-246.46mm注：如圖1.18所示，-298.160mm為坐標(biāo)顯示值；+5mm為測(cè)量棒半徑值；+0.1mm為塞尺厚度；+46.5為編程原點(diǎn)到工件定位基準(zhǔn)面在Y坐標(biāo)方向的距離。Z坐標(biāo)設(shè)定值：Z=-31.833-0.2=-32.033mm。注：-31.833為坐標(biāo)顯示值；-0.2為塞尺厚度,如圖1.19所示。通過計(jì)算結(jié)果為：X-392.626；Y-246.460；Z-32.033。5、設(shè)定加工坐標(biāo)系將開關(guān)放在MDI方式下，進(jìn)入加工坐標(biāo)系設(shè)定頁面。輸入數(shù)據(jù)為:X=-392.626