機床數(shù)控技術PPT完整全套教學課件

全套PPT課件1.4數(shù)控機床的適用范圍1.5數(shù)控機床的發(fā)展趨勢1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生和特點1.2數(shù)控機床的組成1.3數(shù)控機床的分類1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生和特點1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展過程數(shù)控機床是20世紀40年代后期為適應復雜輪廓零件加工的需要而發(fā)展起來的。半個多世紀以來,數(shù)控技術得到了飛速發(fā)展,其加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段六個時代:1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生和特點早期的計算機運算速度低,不能適應數(shù)控機床實時控制的要求,人們只好用與門、或門、非門等數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng),這就是硬件連接數(shù)控,簡稱數(shù)控(NC)。隨著電子元器件的發(fā)展,硬件連接數(shù)控階段經(jīng)歷了三代:

1952年起的第一代———電子管數(shù)控機床,數(shù)控系統(tǒng)采用玻殼電子管、繼電器等連接;

1960年起的第二代———晶體管數(shù)控機床,數(shù)控系統(tǒng)采用二極管、三極管等半導體分立元件連接;

1965年起的第三代———集成電路數(shù)控機床,數(shù)控系統(tǒng)采用集成電路來替代晶體管分立元件電路;1.硬件連接數(shù)控(NC)階段(1952年~1970年)1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生和特點

1970年,通用小型計算機出現(xiàn)并投入批量生產(chǎn),人們將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件,從此進入了計算機數(shù)控(CNC)階段。這個階段也經(jīng)歷了三代:

1970年起的第四代———小型計算機數(shù)控機床;

1974年起的第五代———微型計算機數(shù)控機床;

1990年起的第六代———基于現(xiàn)代個人計算機(PC)平臺的數(shù)控機床。2.計算機數(shù)控(CNC)階段(1970年~現(xiàn)在)1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生和特點

1.1.2我國數(shù)控機床的概況與特點1.我國數(shù)控機床的概況我國數(shù)控機床的研究開發(fā)工作起步并不晚,從1958年開始至今,50多年的發(fā)展歷程大致可分為三個階段。第一階段從1958年到1979年,即封閉式發(fā)展階段。第二階段是在國家“六五”“七五”期間以及“八五”的前期,這一階段通過引進技術,消化吸收,初步建立起國產(chǎn)化數(shù)控系統(tǒng)體系。第三階段是在國家“八五”的后期開始發(fā)展至今,主要是實施產(chǎn)業(yè)化研究、進入市場競爭階段。1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生和特點2.我國數(shù)控機床的特點(4)發(fā)展數(shù)控機床的關鍵配套產(chǎn)品方面有突破(3)用戶對數(shù)控機床高端產(chǎn)品的需求較為強烈(1)在新產(chǎn)品開發(fā)方面有較大突破,技術含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導地位(2)數(shù)控機床的產(chǎn)量大幅度增長,數(shù)控化率顯著提高1.2數(shù)控機床的組成1.2.1有關數(shù)控機床的基本概念1.數(shù)控(NumericalControl)數(shù)控是指采用數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的方法,簡稱NC。2.數(shù)控機床(NumericallyControlledMachineTools)數(shù)控機床是指裝備了計算機數(shù)控系統(tǒng)的機床,簡稱CNC機床。1.2數(shù)控機床的組成3.數(shù)控技術(NumericalControlTechnology)數(shù)控技術是指用數(shù)字化信息對某一對象進行控制的技術,被控制對象可以是位移、轉角、速度等機械量,也可以是溫度、壓力、流量、顏色等物理量,這些量的量值不僅可以測量,而且可以經(jīng)A/D或D/A轉換,用數(shù)字信號來表達或控制。數(shù)控技術是近代發(fā)展起來的一種自動控制技術,是機械加工現(xiàn)代化的重要基礎與關鍵技術。4.數(shù)控加工(NumericalControlManufacturing)數(shù)控加工是指采用數(shù)字化信息對零件加工過程進行定義,并控制機床進行自動運行的一種自動化加工方法。數(shù)控加工具有高效率、高精度、高柔性、高度自動化的特點,可以有效解決復雜、精密、小批量、多品種零件的加工問題,充分適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。1.2數(shù)控機床的組成1.2.2數(shù)控機床的工作過程1.2數(shù)控機床的組成

1.2.3數(shù)控機床的組成1.2數(shù)控機床的組成1.3數(shù)控機床的分類1.3數(shù)控機床的分類1.3.1按工藝用途分類123金屬切削類數(shù)控機床材料成形類數(shù)控機床特種加工類數(shù)控機床1.3數(shù)控機床的分類

1.3.2按運動方式分類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1.3數(shù)控機床的分類

1.3.3按伺服類型分類1.開環(huán)數(shù)控機床1.3數(shù)控機床的分類2.閉環(huán)數(shù)控機床1.3數(shù)控機床的分類3.半閉環(huán)數(shù)控機床1.3數(shù)控機床的分類1.3.4按功能水平分類按數(shù)控系統(tǒng)功能水平的不同,數(shù)控機床可分為低、中、高三檔,這種分類方式在我國被廣泛使用。低、中、高檔的界線是相對的,不同時期的劃分標準有所不同。就目前的發(fā)展水平來看,可以根據(jù)表1-2所列舉的功能指標進行數(shù)控系統(tǒng)檔次的區(qū)分。其中,中、高檔一般稱為全功能型數(shù)控或標準型數(shù)控。在我國還有經(jīng)濟型數(shù)控的提法,經(jīng)濟型數(shù)控屬于低檔數(shù)控,是由單片機和步進電動機組成的簡易數(shù)控系統(tǒng),或者是其他功能簡單、價格較低廉的數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)主要用于車床、線切割機床以及由用戶自行改造的舊機床等。1.3數(shù)控機床的分類1.3數(shù)控機床的分類

1.3.5按聯(lián)動軸數(shù)分類1.兩軸聯(lián)動數(shù)控機床3.三軸聯(lián)動數(shù)控機床2.兩軸半聯(lián)動數(shù)控機床4.多軸聯(lián)動數(shù)控機床1.3數(shù)控機床的分類圖1-12多軸聯(lián)動加工1.4數(shù)控機床的適用范圍

1.4.1數(shù)控機床的特點1.加工精度高,產(chǎn)品質量穩(wěn)定2.適應性強,可加工多種復雜工件3.生產(chǎn)效率高,勞動條件好4.有利于實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)管理1.4數(shù)控機床的適用范圍1.4.2數(shù)控機床的適用范圍1.4數(shù)控機床的適用范圍數(shù)控機床最適宜加工以下幾種類型的零件:

1.幾何精度要求較高、結構形狀較復雜的零件,如箱體類、曲線/曲面類零件等。

2.生產(chǎn)批量不太大(100件以下)的零件。

3.需要進行多次改型設計的零件。

4.互換性要求嚴格、尺寸一致性要求較高的零件。

5.價值昂貴的關鍵性零件,或者緊急搶修所需的急件。這兩類零件雖然生產(chǎn)批量不大,但如果萬一加工中出現(xiàn)差錯而報廢,可能導致巨大的經(jīng)濟損失,所以必須采用數(shù)控機床加工,確保產(chǎn)品的質量和可靠性。1.5數(shù)控機床的發(fā)展趨勢1.5.1數(shù)控機床的發(fā)展趨勢1.數(shù)控裝置方面(1)CPU功能更強大(2)配置功能強的PLC(3)配置多種接口(4)良好的操作性能(5)可靠性大大提高2.伺服驅動方面(1)提高位置檢測分辨率(2)提高伺服響應速度(3)采用多種誤差補償1.5數(shù)控機床的發(fā)展趨勢3.機床本體結構方面為了適應數(shù)控技術的發(fā)展,在數(shù)控機床本體結構方面采用了自動換刀裝置、自動更換工件機構、數(shù)控卡盤、數(shù)控夾具以及多種自動化機床附件,不斷提高數(shù)控機床的操作方便性、動態(tài)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。4.數(shù)控編程技術方面(1)由脫機編程發(fā)展到在線編程(2)融合特殊工藝方法和編程功能(3)發(fā)展多信息處理功能1.5數(shù)控機床的發(fā)展趨勢5.數(shù)控機床檢測和監(jiān)控方面目前CNC系統(tǒng)都具有很好的故障自診斷功能和自動保護功能、軟件限位和自動復位功能,避免了加工過程中出現(xiàn)特殊情況而造成工件報廢或機床事故。現(xiàn)代數(shù)控機床上裝有工件尺寸在線檢測裝置,可對工件加工尺寸進行定期監(jiān)測,如發(fā)現(xiàn)超差則及時發(fā)出報警信號或進行自動補償;還裝有紅外、超聲發(fā)射等監(jiān)控裝置,可對刀具工況進行監(jiān)控,如遇刀具磨損超標或刀具破損,都能及時報警更換刀具,保證了產(chǎn)品的加工質量。1.5數(shù)控機床的發(fā)展趨勢6.采用自適應控制技術數(shù)控機床增加更完善的自適應控制功能是數(shù)控技術發(fā)展的一個重要方向。自適應控制機床是一種能隨著加工過程中切削條件的變化,自動調整切削用量、使加工過程實現(xiàn)最佳化的自動控制機床。應用自適應控制技術,數(shù)控系統(tǒng)可自動檢測對機床加工有影響的信息,并對數(shù)控系統(tǒng)的有關參數(shù)進行自動連續(xù)調整,從而達到改進數(shù)控系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。如通過監(jiān)控切削加工過程中的刀具磨損、刀具破損、切屑形態(tài)變化、切削力變化、零件加工質量變化等等,向制造系統(tǒng)反饋信息,將過程控制、過程監(jiān)控和過程優(yōu)化結合在一起,實現(xiàn)自適應調節(jié),以提高加工精度和降低工件表面粗糙度。1.5數(shù)控機床的發(fā)展趨勢7.發(fā)展開放式數(shù)控系統(tǒng)新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的。充足的軟件和硬件資源,不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶的系統(tǒng)集成得到了有力的支持,而且給數(shù)控機床最終用戶的二次開發(fā)帶來了極大的方便,促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應用。開放式數(shù)控系統(tǒng)既可通過升擋或剪裁構成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng),又可通過擴展功能構成適用于不同類型數(shù)控機床的專用數(shù)控系統(tǒng),還可以在結構上不必變動而隨CPU的升級而升級,從而使所需數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。1.5數(shù)控機床的發(fā)展趨勢8.研制開發(fā)并聯(lián)數(shù)控機床近年來“并聯(lián)數(shù)控機床”研制開發(fā)成功,這是一種完全新型的數(shù)控機床,打破了傳統(tǒng)數(shù)控機床的結構布局。如圖1-15所示,這種被稱為“六條腿”的虛擬軸加工中心機床,在沒有任何導軌和滑臺的情況下,采用能夠伸縮的“六條腿”(伺服軸)并聯(lián)支撐主軸切削頭,可實現(xiàn)多軸聯(lián)動加工,其加工精度和加工效率比普通數(shù)控機床高2~10倍。這種并聯(lián)數(shù)控機床的出現(xiàn)和發(fā)展,將帶來數(shù)控機床技術的重大變革和創(chuàng)新。1.5數(shù)控機床的發(fā)展趨勢9.發(fā)展柔性自動化制造系統(tǒng)柔性自動化制造可分為單機設備自動化和制造系統(tǒng)自動化兩個層次。數(shù)控機床是單機設備自動化技術的典型產(chǎn)物,它向FMC、FMS和CIMS提供基礎設備,是柔性自動化制造系統(tǒng)的基礎和組成部分。

(1)柔性制造系統(tǒng)(FMS)帶有自動換刀裝置(ATC)的數(shù)控機床稱為數(shù)控加工中心機床(MC)。

(2)計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)2.4常用指令的編程方法2.5數(shù)控車床的程序編制2.1數(shù)控編程的基礎知識2.2數(shù)控機床的坐標系2.3數(shù)控程序代碼結構2.6數(shù)控銑床的程序編制2.7加工中心的程序編制2.8程序編制中的數(shù)學處理2.9自動編程技術概要2.1數(shù)控編程的基礎知識2.1.1數(shù)控編程的內容和步驟數(shù)控加工程序編制的主要內容有圖紙分析、確定加工工藝過程(工藝處理)、數(shù)值計算、編寫零件加工程序(程序編制)、仿真檢查及首件試切。數(shù)控編程的一般步驟如圖2-1所示。2.1數(shù)控編程的基礎知識2.1數(shù)控編程的基礎知識2.1.2數(shù)控程序編制的方法手工編程手工編程是指數(shù)控編程過程中,各個階段的工作主要或全部由人工完成。自動編程自動編程是指借助于計算機大型應用工程軟件進行輔助工作,自動計算和自動生成復雜零件數(shù)控加工程序的方法。212.1數(shù)控編程的基礎知識2.2數(shù)控機床的坐標系

2.2.1數(shù)控機床的標準坐標系2.2數(shù)控機床的坐標系2.2.2坐標運動的正方向零件加工時的機床運動因機床的具體結構不同而有兩種方式:可以是刀具移動工件不動(如車床),也可以是工件移動刀具不動(如銑床)。為了消除誤解和歧義,數(shù)控編程時統(tǒng)一規(guī)定:無論加工時是刀具移動還是工件移動,一律以(工件不動)刀具移動的坐標軸x、y、z構成標準坐標系,并以刀具移動遠離工件的方向為各坐標軸的運動正方向。按此規(guī)定并考慮到零件加工時的刀具移動等效于工件反向移動的事實,所以在圖2-3中以虛線所示的坐標軸+x'、+y'、+z'來表示(刀具不動)工件移動的坐標軸。根據(jù)這項統(tǒng)一規(guī)定,各類數(shù)控機床實際運動部件的坐標軸及其正方向的命名規(guī)定如圖2-4~圖2-6所示。2.2數(shù)控機床的坐標系2.2數(shù)控機床的坐標系2.2.3編程用坐標系數(shù)控機床的結構比較復雜,各類數(shù)控機床實際的運動部件坐標系與它的標準坐標系不完全一致,但根據(jù)統(tǒng)一規(guī)定,+x'與+x、+y'與+y、+z'與+z是互為反向且一一對應的,必要時完全可用后者改變符號之后替代前者。因此為了簡化統(tǒng)一,編程時可以在零件圖紙上建立一個與標準坐標系平行的工件坐標系作為編程用坐標系,將圖紙視為靜止不動的工件,假想刀具在圖紙上順序移動進行數(shù)控加工,從而可以很直觀地編制出所需的數(shù)控加工程序。2.2數(shù)控機床的坐標系2.2.4數(shù)控機床坐標軸的確定方法旋轉運動坐標軸的確定方法主軸回轉運動方向的確定方法z軸的確定方法x軸的確定方法y軸的確定方法附加坐標軸的確定方法2.2數(shù)控機床的坐標系2.2.5機床坐標系機床坐標系(G53)是由數(shù)控機床制造廠設定好了的固有坐標系,它的坐標軸及坐標軸正方向與數(shù)控機床標準坐標系保持一致,但有特定的坐標原點,即機床原點(也稱為機械原點)。機床原點是數(shù)控機床各運動部件在移動時退至極限位置的一個固定點(由限位開關精密定位),機床原點在數(shù)控機床的使用說明書上有詳細說明。數(shù)控機床的機床原點在機床出廠前就已經(jīng)設置好了,用戶使用時不必調整,必要時可參照機床使用說明書測定。數(shù)控機床開機上電時必須完成“回參考點”操作,目的就是為了初始化重建和恢復機床坐標系,使數(shù)控機床上的各固有點(如機床的基準點、換刀點、托板的交換點、各限位開關等)準確返回到機床坐標系中特定坐標位置處,以利于后續(xù)數(shù)控加工坐標的協(xié)調統(tǒng)一。2.2數(shù)控機床的坐標系

2.2.6工件坐標系工件坐標系是數(shù)控編程人員根據(jù)被加工零件圖紙所確定的編程用坐標系。在編制零件的數(shù)控加工程序時,編程人員在零件圖紙上選定一個固定點作為工件坐標系原點,通過該點在零件圖紙上建立一個與數(shù)控機床標準坐標系平行的工件坐標系,假想加工時零件不動刀具移動,編程時的尺寸計算都按刀具在工件坐標系中的坐標值變化量來確定。在工件安裝到數(shù)控機床上進行加工之前,首先必須設法測出工件坐標系原點到機床坐標系原點之間的距離x1和y1,并將測得的x1和y1輸入機床數(shù)控系統(tǒng),這項工作稱為“工件原點偏置”(圖2-7),或稱為“工件坐標系設定”。執(zhí)行工件原點偏置指令之后,機床數(shù)控系統(tǒng)會將原點偏置參數(shù)值x1和y1自動疊加到工件坐標系數(shù)值上,確保加工時數(shù)控系統(tǒng)按照機床坐標系中的坐標值進行自動加工。這就是說,“工件原點偏置”功能可以使編程人員在編程時不必考慮工件在數(shù)控機床上的安裝位置和安裝精度,從而降低了編程人員的工作難度。2.2數(shù)控機床的坐標系2.2.7絕對坐標與相對(增量)坐標2.3數(shù)控程序代碼結構

2.3.1數(shù)控程序的組成部分圖2-9為某數(shù)控銑床銑削零件周邊輪廓的加工簡圖,圖中粗實線表示所需加工的零件輪廓,點畫線表示加工時指狀立銑刀的運動中心軌跡。開始加工之前立銑刀位于坐標系原點位置,加工時立銑刀沿圖示箭頭方向移動一周并返回到起點。按照該數(shù)控銑床的編程手冊規(guī)定進行編程,該零件的數(shù)控加工程序如下:2.3數(shù)控程序代碼結構由上述程序可以看出,一個完整的數(shù)控程序,通常由“程序號”“程序主體”和“程序結束”三部分組成。2.3數(shù)控程序代碼結構2.3.2數(shù)控程序段格式2.3數(shù)控程序代碼結構2.3數(shù)控程序代碼結構2.3數(shù)控程序代碼結構2.3.3字地址符的含義2.3數(shù)控程序代碼結構在表2-1中列舉的字地址符,按特點可以分為以下8類:3.坐標字X、Y、Z等1.程序段號N4.進給功能字F7.輔助功能字M6.刀具交換功能字T8.程序段結束字5.主軸功能字S2.準備功能字G2.3數(shù)控程序代碼結構2.3.4字地址可變長度程序段格式的特點字地址可變長度程序段格式的特點是:由字地址符和若干數(shù)字合成字,由若干個字構成程序段,由若干條程序段構成一個完整的數(shù)控加工程序。程序段是數(shù)控加工程序最重要的基本單元,一條程序段中字的數(shù)目與字長(字的位數(shù))可按實際加工需要給定,前面程序段已出現(xiàn)的模態(tài)字可以省略,從而可使程序簡化、縮短。字首為地址符,可以區(qū)分字的功能類型與存儲單元。一條程序段中除程序段號與程序段結束字以外,其余各字的排列順序可先可后,順序要求并不嚴格,但習慣上可按N,G,X,Y,Z,…,F,S,T,M的順序排列。2.3數(shù)控程序代碼結構2.3.5主程序與子程序2.4常用指令的編程方法2.4.1有關坐標系的指令4.返回參考點指令———G28或G303.坐標平面指令———G17、G18、G191.絕對尺寸與增量尺寸指令———G90、G912.工件坐標系設定指令———G92、G54~G592.4常用指令的編程方法2.4.2有關刀具運動的指令1.快速點定位指令———G003.圓弧插補指令———G02、G032.直線插補指令———G014.暫停(延遲)指令———G042.4常用指令的編程方法2.4.3刀具補償指令12刀具半徑補償指令———G41、G42、G40刀具長度補償指令———G43、G44、G492.4常用指令的編程方法

2.4.4輔助功能M代碼1.程序停止指令———M002.計劃停止指令———M013.程序結束指令———M024.主軸正轉、反轉、停止指令———M03、M04、M055.換刀指令———M066.冷卻液控制指令———M07、M08、M09、M13、M147.程序結束指令———M302.5數(shù)控車床的程序編制2.5.1數(shù)控車床工藝分析1.刀具數(shù)控車床常用的刀具有中心鉆、外圓車刀、切槽刀、外螺紋車刀、45°端面車刀、麻花鉆、內孔車刀、切斷刀等。加工時可根據(jù)加工內容、工件材料等選用刀具,力求保證刀具的強度和耐用度。應當盡量使用機夾可轉位不重磨刀具,以減少換刀和縮短對刀時間。2.夾具在數(shù)控車床上,多采用三爪自定心卡盤來夾持工件;軸類零件也常采用兩頂尖方式夾持;為了提高剛度,可采用跟刀架作為輔助支承。為了減少細長軸加工時的受力變形,提高加工精度,以及在加工中空軸類工件的內孔時,可以采用自動定心中心架,以提高工藝系統(tǒng)的剛度和定心精度。2.5數(shù)控車床的程序編制3.合理選擇加工路線在數(shù)控加工中,刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。編程時,加工路線的確定原則主要應保證被加工工件的加工精度和表面粗糙度;同時力求使數(shù)值計算簡便,以減少編程工作量;力求使加工路線最短,以減少程序段和縮短空行程時間。對于普通數(shù)控車削加工,切削起始點的位置取決于毛坯余量的大小,以刀具快速移動到達該點時不發(fā)生剛性碰撞為原則;對于螺紋加工,為了保證螺距精度,應留有一定的切入量和切出量。下面介紹如何實現(xiàn)最短的空行程路線和最短的切削走刀路線。

(1)巧用起刀點

(2)巧設換刀點

(3)合理安排“回零”路線

(4)選擇最短的切削進給路線2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制4.合理選擇切削用量切削速度的提高,會使刀刃的溫度急劇上升,刀具的機械、化學、熱磨損加劇,刀具壽命將大大縮短;增大進給量也會引起切削溫度上升,同樣會造成刀具磨損,但這種磨損對刀具壽命的影響比加大切削速度所造成的影響要小得多。因此,要根據(jù)被加工零件的精度、工件硬度和刀具的硬度、工藝系統(tǒng)的剛性等因素合理選擇切削用量三要素,盡可能使用較大的吃刀深度和進給量,切不可盲目提高切削速度。2.5數(shù)控車床的程序編制

2.5.2數(shù)控車床編程特點1.數(shù)控車床坐標系2.5數(shù)控車床的程序編制2.混合編程3.直徑值編程2.5數(shù)控車床的程序編制4.多種固定循環(huán)5.車削螺紋的編程方法2.5數(shù)控車床的程序編制2.5.3車削常用固定循環(huán)指令2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制

2.5.4其他常用的車床編程指令2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5.5數(shù)控車削編程實例(FANUC系統(tǒng))2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.5數(shù)控車床的程序編制2.6數(shù)控銑床的程序編制2.6.1數(shù)控銑床工藝分析1.確定加工內容確定數(shù)控銑床的加工內容時,應從需要性和經(jīng)濟性兩個方面考慮,通常選擇下列對象為其加工內容:零件上的曲線輪廓,特別是由數(shù)學表達式描述的非圓曲線和列表曲線等復雜輪廓;已給出數(shù)學模型的空間曲面;形狀復雜、尺寸繁多、劃線與檢測較困難的部位;使用普通銑床難以觀察、難以測量和難以控制進給的內外凹槽加工;采用數(shù)控銑削能顯著提高生產(chǎn)率和降低勞動強度的零件加工工作。2.6數(shù)控銑床的程序編制2.選擇加工路線數(shù)控銑床銑削零件的外輪廓時應采用切向切入、切出,盡量采用逆銑,以避免進給停頓。銑削零件的內輪廓時最好采用圓弧切入、切出,盡可能不留刀痕。銑削型腔時可先平行切削,再環(huán)形切削。銑削曲面時常采用行切法(圖2-37)進行加工,盡可能使刀具與被加工表面之間的切點軌跡平行排列,其行距可根據(jù)零件的加工精度來確定。對于某些復雜曲面,可能需要采用三坐標聯(lián)動或多坐標聯(lián)動方式進行加工,如圖2-38所示。3.夾具和刀具數(shù)控銑床的夾具可根據(jù)被加工零件的批量來選擇。對單件、小批量、工件尺寸較大的模具加工來說,一般可將工件直接安裝在機床工作臺臺面上,通過調整法實現(xiàn)定位與夾緊。數(shù)控銑床采用的刀具要根據(jù)被加工零件的材質、尺寸、形狀、表面質量要求、熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量等因素綜合考慮,盡可能選擇剛性好、耐用度高的高速切削刀具。2.6數(shù)控銑床的程序編制2.6數(shù)控銑床的程序編制2.6.2數(shù)控銑床編程基礎1.數(shù)控銑床的主要功能比例及鏡像加工功能旋轉功能點位控制功能連續(xù)輪廓控制功能刀具半徑補償功能刀具長度補償功能2.6數(shù)控銑床的程序編制

(1)絕對編程和相對編程指令———G90、G91

(2)工件坐標系設定指令———G92

(3)刀具快速點定位與插補指令———G00、G01、G02、G03

(4)刀具半徑補償建立與取消指令———G41、G42、G40

(5)刀具長度補償建立與取消指令———G43、G44、G49

(6)比例縮放/取消指令———G51、G50

(7)子程序調用功能2.數(shù)控銑床編程常用指令2.6數(shù)控銑床的程序編制3.銑削編程實例(FANUC系統(tǒng))圖2-41銑削加工零件示例2.6數(shù)控銑床的程序編制2.6數(shù)控銑床的程序編制2.6數(shù)控銑床的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7.1加工中心編程基礎2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7.2加工中心的固定循環(huán)指令2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7.3應用示例圖2-47端蓋零件圖2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.7加工中心的程序編制2.8程序編制中的數(shù)學處理2.8.1直線與圓弧平面輪廓的基點計算基點是指被加工零件輪廓上簡單幾何要素(直線、圓弧等)的交點或切點?；c坐標的計算比較簡單,用普通數(shù)學中的幾何、三角函數(shù)、聯(lián)立方程等方法不難求解。2.8程序編制中的數(shù)學處理

2.8.2非圓曲線的節(jié)點計算生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到阿基米德螺線、拋物線、橢圓、雙曲線等由非圓曲線輪廓構成的零件,由于大多數(shù)數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)只具有直線插補與圓弧插補的功能,無法使用基本指令直接編程,故常用多條微小的直線段或圓弧段去逼近非圓曲線。非圓曲線與逼近線段的交點稱為節(jié)點。在進行非圓曲線輪廓編程時,通常按節(jié)點劃分程序段。逼近線段的近似區(qū)間愈大,則誤差δ愈大,節(jié)點數(shù)愈少,相應地程序段也就愈少。但逼近線段的逼近誤差δ不得大于加工方法所允許的最大逼近誤差δ允。一般情況下,δ允取被加工零件公差的1/10~1/5。2.8程序編制中的數(shù)學處理2.8程序編制中的數(shù)學處理2.8程序編制中的數(shù)學處理2.8程序編制中的數(shù)學處理2.8程序編制中的數(shù)學處理2.8程序編制中的數(shù)學處理2.8.3列表曲線的擬合方法1.牛頓插值法3.雙圓弧樣條法2.三次參數(shù)樣條法4.圓弧樣條法2.8程序編制中的數(shù)學處理2.8.4列表曲面數(shù)學處理簡介2.9自動編程技術概要2.9.1自動編程原理2.9自動編程技術概要2.9.2基于APT語言的自動編程2.9自動編程技術概要2.9自動編程技術概要2.9自動編程技術概要2.9自動編程技術概要2.9自動編程技術概要2.9自動編程技術概要2.9自動編程技術概要2.9.3圖形交互式自動編程(基于CAD/CAM技術的自動編程)1.基本原理圖形交互式自動編程以CAD技術為前提,編程的核心是刀位點的計算?；贑AD/CAM技術的自動編程采用人機對話方式通過屏幕菜單驅動,具有形象、直觀、高效及容易掌握等優(yōu)點。2.工作內容與步驟(1)幾何造型(2)刀具軌跡生成

(前置處理)(3)后置處理(4)數(shù)控加工仿真(5)數(shù)控程序輸出2.9自動編程技術概要2.9.4自動編程的主要特點數(shù)學處理能力強1快速、自動生成數(shù)控加工程序2后置處理程序簡單靈活3程序自檢、糾錯能力強4便于實現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)的通信52.9自動編程技術概要2.9.5常用自動編程軟件簡介1.Pro/Engineer2.Unigraphics3.Mastercam4.Cimatron5.CATIA6.PowerMILL7.CAXA-ME制造工程師2.9自動編程技術概要2.9.6自動編程技術的新進展1.在線自動編程2.實物自動編程3.語音自動編程4.視覺自動編程5.模塊化的多功能自動編程系統(tǒng)3.4插補原理與計算3.5刀具補償原理3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.1概述3.2

CNC系統(tǒng)的硬件結構3.3

CNC系統(tǒng)的軟件結構3.1概述3.1.1CNC系統(tǒng)的組成圖3-1CNC系統(tǒng)的結構框圖3.1概述3.1.2CNC系統(tǒng)的功能和工作過程1.CNC系統(tǒng)的功能(1)控制功能(2)G功能(3)插補功能(4)進給功能(5)主軸功能(6)M功能(7)刀具功能(8)補償功能(9)字符、圖形顯示功能(10)自診斷功能(11)通信功能(12)人機交互圖形編程功能3.1概述2.CNC系統(tǒng)的工作過程圖3-3CNC系統(tǒng)的工作流程3.2

CNC系統(tǒng)的硬件結構3.2.1單微處理器硬件結構圖3-4單微處理器硬件結構框圖在單微處理器硬件結構中,整個CNC裝置只有一個CPU,通過總線與存儲器、輸入/輸出(I/O)接口及其他接口與機床本體相連,對存儲、插補運算、輸入/輸出、CRT顯示等功能進行集中控制和處理,構成一個完整的CNC裝置。單微處理器硬件結構框圖如圖3-4所示。3.2

CNC系統(tǒng)的硬件結構3.2.2多微處理器硬件結構1.典型多微處理器硬件結構3.2

CNC系統(tǒng)的硬件結構3.2

CNC系統(tǒng)的硬件結構2.多微處理器硬件結構的基本功能模塊命令與數(shù)據(jù)輸入/輸出模塊存儲器模塊管理模塊插補模塊位置控制模塊PLC模塊3.2

CNC系統(tǒng)的硬件結構

3.2.3開放式數(shù)控系統(tǒng)1.開放式數(shù)控系統(tǒng)的由來傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)大多以專用計算機為基礎,其軟件和硬件對用戶都是封閉的。為了適應現(xiàn)代化制造系統(tǒng)進步和發(fā)展的需要,克服封閉式數(shù)控系統(tǒng)所暴露出來的弊端,20世紀80年代末人們開始進行開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究。我國于20世紀90年代初開始著手研究上述問題,2002年6月正式頒布了《機械電氣設備開放式數(shù)控系統(tǒng)第1部分:總則》(GB/T18759.1-2002)國家標準,并于2003年1月1日正式生效。雖然這僅僅是ONC(開放式數(shù)控)標準的總則,遠沒有達到真正意義上全部ONC標準的制訂,但它已經(jīng)是一個具有較為完整系統(tǒng)框架的體系標準。3.2

CNC系統(tǒng)的硬件結構2.開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要優(yōu)點(1)面向未來開放(2)應用軟件移植性好(3)網(wǎng)絡集成便捷(4)人/機界面友好(5)編程語言標準化(6)系統(tǒng)靈活性強(7)可增強市場競爭力3.3

CNC系統(tǒng)的軟件結構

3.3.1CNC系統(tǒng)軟件結構的特點1.軟、硬件邏輯功能的等價性3.多任務并行處理2.CNC系統(tǒng)的多任務性4.實時中斷處理3.3

CNC系統(tǒng)的軟件結構3.3.2CNC系統(tǒng)的軟件結構模式1.前后臺型軟件結構圖3-12前后臺型軟件結構的原理框圖3.3

CNC系統(tǒng)的軟件結構2.中斷驅動型軟件結構3.3

CNC系統(tǒng)的軟件結構3.3

CNC系統(tǒng)的軟件結構3.功能模塊化軟件結構3.3

CNC系統(tǒng)的軟件結構3.4插補原理與計算3.4.1概述3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4.2逐點比較插補法3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算圖3-20逐點比較法直線插補的計算機程序框圖3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算圖3-23逆圓插補的進給方向3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算圖3-25逐點比較法的圓弧插補計算機程序框圖3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4.3數(shù)字積分插補法1.數(shù)字積分插補法的原理3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算2.數(shù)字積分法直線插補3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算綜上,得到如圖3-31所示的數(shù)字積分法直線插補器原理圖。3.4插補原理與計算數(shù)字積分法直線插補器由兩個數(shù)字積分舉組成,每個坐標軸需要一個積分器,每個積分器都包括累加器和被積函數(shù)寄存器兩部分。兩個被積的數(shù)寄存器中分別存放終點坐標值Xe和Ye。Δt相當于插補控制脈沖源發(fā)出的控制信號,每隔一個時間間隔Δt,發(fā)出一個插補控制脈沖,控制被積函數(shù)的值Xe和Ye向各自的累加器中累加一次、設果加器為N位,則累加器容量為2N,累加器最大存數(shù)為2N-1。當計滿2N時,累加器必然發(fā)生溢出,即產(chǎn)生一個溢出脈沖。X軸和Y軸溢出的脈沖分別作為驅動X軸和Y軸的進給脈沖。剩余在累加器中的存數(shù)總是小于2N,稱之為積分加器。經(jīng)過m次累加后,X和Y的積分值(累加值)為3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.數(shù)字積分法圓弧插補3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4.4數(shù)據(jù)采樣插補法1.數(shù)據(jù)采樣插補法的原理3.4插補原理與計算2.數(shù)據(jù)采樣法直線插補3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.數(shù)據(jù)采樣法圓弧插補3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算4.數(shù)據(jù)采樣法的粗插補與精插補3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.4插補原理與計算3.5刀具補償原理3.5.1刀具半徑補償?shù)母拍钤跀?shù)控機床輪廓加工過程中,由于刀具總有一定的半徑(如銑刀半徑或線切割鉬絲半徑等),刀具中心軌跡并不等于零件實際輪廓軌跡。切削加工過程中應使刀具的中心軌跡偏離輪廓軌跡一個刀具半徑值,這種刀具偏移習慣上稱為刀具半徑補償。這就是說,數(shù)控機床進行輪廓加工編程時,必須考慮刀具半徑尺寸的大小。刀具半徑補償?shù)淖饔镁褪?借助計算機把數(shù)控加工程序中的零件輪廓軌跡,自動轉換成加工現(xiàn)場所需的刀具中心軌跡。以圖3-40所示的輪廓銑削加工為例,若在數(shù)控銑床上采用半徑為r的圓柱立銑刀周銑輪廓為A的工件,刀具中心需要偏向外方沿著輪廓的等距軌跡線B移動。當數(shù)控機床不具備刀具半徑補償功能時,需要人工根據(jù)工件A的輪廓參數(shù)和刀具的半徑r值計算出刀具中心軌跡B,然后再編制程序進行加工,這項工作將是十分繁瑣復雜的。3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理在現(xiàn)代CNC裝置中,一般都具備刀具半徑補償功能?，F(xiàn)代數(shù)控機床加工編程時,編程員可以僅根據(jù)零件的實際輪廓尺寸編程,而將加工余量、刀具長度、刀具半徑等參數(shù)值改由操作者現(xiàn)場輸入存儲器中,供計算機在數(shù)控加工過程中調用,由CNC系統(tǒng)自動控制補償,從而正確地加工出所需零件輪廓。這種以零件輪廓加工程序和現(xiàn)場輸入的偏置值為依據(jù),自動生成所需刀具中心軌跡的功能稱為刀具半徑補償功能。刀具半徑補償功能可以大大簡化數(shù)控編程工作,在刀具耗損、重磨、換新之后尺寸改變時,不必修改數(shù)控加工程序,只需在刀具補償參數(shù)存儲器中輸入變化后的相應刀具值即可。另外,刀具半徑補償功能還可以滿足機械加工工藝的某些特殊要求。例如,為了達到一定的加工精度,加工零件需要多次加工循環(huán)完成,這時可以通過逐次改變刀具半徑補償值的辦法,調整每次的進給量,以達到利用同一程序實現(xiàn)粗、精加工循環(huán)的目的。在加工中心機床和數(shù)控車床等多刀機床上,加工一個零件往往要更換好幾把刀具。由于每把刀具的長度不同,需要編制不同的加工程序,增加了編程的困難。為了簡化零件的數(shù)控編程,應當使數(shù)控程序與刀具形狀、刀具尺寸盡量無關,因此CNC裝置除了具有刀具半徑補償功能外,還具有刀具長度補償功能。諸如多刀具長度尺寸的自動協(xié)調、刀具長度方向的磨耗修正等等,都可以利用刀具長度補償功能加以自動補償。3.5刀具補償原理3.5.2刀具半徑補償?shù)墓ぷ鬟^程3.5刀具補償原理

3.5.3數(shù)控加工刀具補償實用方法3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5.4兩種不同的刀具半徑補償功能3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5.4兩種不同的刀具半徑補償功能1.直線與直線轉接圖3-47直線與直線轉接進行左刀補3.5刀具補償原理圖3-48直線與直線轉接進行右刀補3.5刀具補償原理2.圓弧與圓弧轉接3.5刀具補償原理圖3-49圓弧或直線與圓弧轉接3.5刀具補償原理3.直線與圓弧轉接3.5刀具補償原理3.5.6C刀補工作過程示例3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理

3.5.7數(shù)控加工過程中的過切判別原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.5刀具補償原理3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6.1PLC在數(shù)控機床中的作用3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6.2數(shù)控機床常用的PLC類型1.內嵌型PLC3.6數(shù)控機床中常用的PLC內嵌型PLC的特點如下:(1)內嵌型PLC實際上是CNC裝置帶有的PLC功能,一般是作為一種基本的或可選擇的功能提供給用戶。內嵌型PLC的性能指標(如:輸入/輸出點數(shù)、程序最大步數(shù)、每步執(zhí)行時間、程序掃描周期、功能指令數(shù)目等)是根據(jù)所從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機床的類型等確定,其硬件和軟件部分都是作為CNC系統(tǒng)的基本功能或附加功能與CNC系統(tǒng)其他功能統(tǒng)一設計、制造的。

(2)在系統(tǒng)的具體結構上,內嵌型PLC可與CNC計算機共用CPU,也可以單獨使用一個CPU;硬件控制電路可與CNC計算機其他電路制作在同一塊印刷板上,也可以單獨制成一塊附加板,當CNC裝置需要附加PLC功能時,再將此附加板插裝到CNC裝置上;內嵌PLC一般不單獨配置輸入/輸出接口電路,而是使用CNC系統(tǒng)本身的輸入/輸出電路;內嵌型PLC的控制電路及部分輸入/輸出電路所用電源由CNC裝置提供,不需另備電源。

(3)采用內嵌型PLC,擴大了CNC系統(tǒng)內部直接處理的窗口通信功能,可以使用梯形圖編輯和傳送等高級控制功能且造價低,提高了CNC裝置的性價比。

(4)一般來說,采用內嵌型PLC省去了PLC與CNC計算機之間的連線,具有結構緊湊、可靠性好、安裝和操作方便等優(yōu)點,相對于在擁有CNC裝置后另行配購一臺通用型PLC作為控制器的情況而言,無論在技術上還是經(jīng)濟上對用戶來說都是有利的,尤其適用于單機數(shù)控設備的應用場合。3.6數(shù)控機床中常用的PLC2.獨立型PLC3.6數(shù)控機床中常用的PLC獨立型PLC的特點如下:

(1)獨立型PLC一般采用積木式模塊化結構或插板式結構,各功能電路多做成獨立的模塊或印刷電路插板,具有安裝方便、功能易于擴展和變更等優(yōu)點,可根據(jù)數(shù)控機床對控制功能的要求靈活選購或自行開發(fā)。

(2)獨立型PLC的輸入、輸出點數(shù)可以通過I/O模塊或插板的增減靈活配置。有的獨立型PLC還可通過多個遠程終端連接器構成有大量輸入、輸出點的網(wǎng)絡,以實現(xiàn)大范圍的集中控制。

(3)在性價比方面,獨立型PLC比不上內嵌型PLC?？傮w來講,內嵌型PLC價格低廉性能尚好,單微處理器的CNC系統(tǒng)采用居多;而獨立型PLC因為具有較強的數(shù)據(jù)處理、通信和自診斷功能,成為CNC計算機與上級計算機聯(lián)網(wǎng)的重要設備,所以在整體性能要求較高的多微處理器CNC系統(tǒng)、FMS系統(tǒng)、FA系統(tǒng)和CIMS系統(tǒng)中廣泛采用。3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6.3PLC的基本結構1.PLC的硬件結構3.6數(shù)控機床中常用的PLC2.PLC的軟件系統(tǒng)

PLC軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合,它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。

(1)系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。由PLC生產(chǎn)廠家固化在EPROM中,用戶不能干預。

(2)用戶程序。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要,用PLC的程序語言編制的應用程序,用以實現(xiàn)各種控制要求。對于數(shù)控機床來說,PLC中的用戶已由機床制造廠固化到用戶EPROM中,機床用戶不需進行寫人和修改,只是當機床發(fā)生故障時,根據(jù)機床廠提供的梯形圖和電氣原理圖,來查找故障點,進行維修。3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6.4PLC用戶程序的編制方法圖3-56PLC的梯形圖3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6.5PLC的工作方式3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6.6PLC控制數(shù)控機床M、S、T功能的實現(xiàn)3.6數(shù)控機床中常用的PLC3.6數(shù)控機床中常用的PLC4.1數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.1數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)4.1.1伺服系統(tǒng)的概念伺服(Servo)系統(tǒng)又叫隨動系統(tǒng),是以機床運動部件(如工作臺、主軸和刀具等)的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。根據(jù)實現(xiàn)方法的不同,可以分為機械隨動(仿形)系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、電氣伺服系統(tǒng)等。目前的數(shù)控機床均采用電氣伺服系統(tǒng)。4.1數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中,伺服系統(tǒng)的作用在于接收來自數(shù)控裝置的進給脈沖信號,經(jīng)過一定的信號變換及電壓、功率放大,驅動機床運動部件實現(xiàn)運動,并保證動作的快速性和準確性。如果將CNC裝置比作是發(fā)布命令的“大腦”,伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機床的“四肢”,它能夠準確地執(zhí)行來自CNC裝置的運動指令。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)包括進給伺服系統(tǒng)和主軸伺服(驅動)系統(tǒng)。進給伺服系統(tǒng)是以機械位移(位置控制)為直接控制目標的自動控制系統(tǒng),用來保證加工輪廓。主軸伺服系統(tǒng)則以速度控制為主,一般只滿足主軸調速及正、反轉功能,提供切削過程中需要的轉矩和功率。當要求機床有螺紋加工、準停和恒線速度加工等功能時,還需要對主軸提出相應的位置控制要求。伺服系統(tǒng)由伺服電動機、伺服驅動裝置、位置檢測裝置等組成。伺服驅動裝置的主要功能是功率放大和速度調節(jié),將弱信號轉換為強信號,并保證系統(tǒng)的動態(tài)性能。伺服電動機用來將電能轉換為機械能,拖動機械部件移動或轉動。本章主要介紹伺服電動機、伺服驅動裝置的基本原理。4.1數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

4.1.2數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求1.精度高3.調速范圍寬2.響應快4.負載特性硬4.1數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)4.1.3進給伺服系統(tǒng)的分類1.開環(huán)伺服系統(tǒng)4.1數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)2.閉環(huán)伺服系統(tǒng)4.1數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)4.2數(shù)控機床的驅動電動機驅動電動機是數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的動力部件,它根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)來的進給指令信號,產(chǎn)生相應的角位移或直線位移,驅動數(shù)控機床的執(zhí)行部件實現(xiàn)所需的運動。用于驅動數(shù)控機床各坐標軸進給運動的稱為進給電動機;用于驅動機床主運動的稱為主軸電動機。圖4-4所示為數(shù)控機床驅動常用電動機的種類。4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2.1步進電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機圖4-6三相反應式步進電動機三相單三拍工作原理4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機圖4-9步進電動機的靜態(tài)矩角特性4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2.2伺服電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2.3主軸電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.2數(shù)控機床的驅動電動機4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3.1步進驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置圖4-23查表法程序流程4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置圖4-25高低壓切換驅動電路原理圖和電流波形圖4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3.2直流伺服驅動裝置圖4-27直流伺服驅動系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制原理4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置圖4-29整流電路波形圖4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置晶閘管雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)指標,其啟、制動過程快,可以最大限度地利用電動機的過載能力。其缺點是:在低速過載時,電動機電流出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象,機械特性變軟。為此可采取電樞電流自適應調節(jié)方案。4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置圖4-32H型驅動回路的電路原理4.3數(shù)控機床的驅動裝置圖4-33H型驅動回路工作電壓與電流的波形4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3.3交流電動機驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置圖4-37三角波調制法原理4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置圖4-38單極性SPWM的調制原理4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置圖4-39雙極性SPWM的調制原理4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置圖4-41通用變頻器的組成框圖4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置4.3數(shù)控機床的驅動裝置5.4數(shù)控機床的導軌5.5刀庫及自動換刀裝置5.6數(shù)控機床的其他常用機構5.1概述5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.1概述

5.1.1數(shù)控機床的加工特點數(shù)控機床是高精度、高自動化、高效率的加工機床,數(shù)控加工過程中的一切動作、運動以及各種輔助功能,都嚴格按照預先編制的數(shù)控加工程序自動進行,操作者不可能像普通機床操作那樣對加工過程進行靈活的人工干預和隨機調整。此外,數(shù)控機床的轉速范圍寬廣,加工精度與切削效率都很高,既可以進行大切削量的高效、高速切削,又可以根據(jù)各種需要進行高質量精細切削。所以數(shù)控機床的機械結構,在各方面均要求比普通機床設計得更為完善,制造得更為精密。5.1概述5.1.2數(shù)控機床機械結構的特點1.結構剛度高,抗振性能好2.熱穩(wěn)定性較好3.低速運動平穩(wěn),運動精度較高4.滿足人機工程學的要求5.1概述5.1.3數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的特點數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的轉速高、功率大、能進行大功率切削和高速切削;數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的變速范圍寬廣(調速范圍Rn>100),可以保證加工時選用最合理的切削速度,充分發(fā)揮高速刀具的最佳切削性能;數(shù)控機床通常按照控制指令自動進行主軸的變速,因此變速機構必須迅速可靠,還要能夠適應自動操作的要求;數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)應當具有長期精度保持性,在軸頸、錐孔等有機械摩擦的部位應有足夠的硬度,軸承部位還應保持良好的潤滑,從而提高主軸組件的耐磨性。1.主傳動系統(tǒng)的特點5.1概述數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)必須滿足對進給運動的位置和速度同時實現(xiàn)自動控制的要求,除了要具有較高的定位精度外,還應具有良好的動態(tài)響應特性。為了確保數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性,應注意盡可能做到無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度以及具有適當?shù)淖枘岜?。為了滿足這些要求,在數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)中,主要采取如下措施:

(1)盡量采用貼塑導軌、靜壓導軌、滾動導軌和滾珠絲杠螺母副等低摩擦的傳動副,以減小運動副之間的摩擦力和獲得較為理想的摩擦特性。

(2)盡量減小傳動系統(tǒng)折算到驅動軸上的轉動慣量之和,以提高工作臺跟蹤指令的快速反應能力。

(3)盡量縮短傳動鏈,并采用預緊和預拉伸的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度。

(4)采取多種措施消除傳動間隙,以減小反向行程誤差,提高跟隨精度。2.進給傳動系統(tǒng)的特點5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)5.2.1數(shù)控機床主軸調速方法1.齒輪變速主傳動3.雙電動機主傳動2.帶輪變速主傳動4.內裝電主軸主傳動5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)5.2.2數(shù)控機床的主軸部件結構1.主軸的支承與潤滑5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)2.卡盤5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)3.刀具自動裝卸裝置和自動吹屑裝置5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)4.主軸準停裝置5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)5.2.3高速精密電主軸的結構5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)

5.2.4同步帶傳動簡介1.同步帶傳動的特點

(1)傳動過程中,同步帶與帶輪之間無相對滑動,可以保持較恒定的傳動比,因而傳動精度高。

(2)同步帶傳動的結構緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、無須潤滑,具有良好的減振性和使用方便性。

(3)同步帶不需要采取特別的張緊措施,因此作用在軸和軸承上的徑向載荷較小,傳動效率高達98%以上,有明顯的節(jié)能效果。

(4)同步帶傳遞的功率由數(shù)瓦至數(shù)千瓦,傳動速度可達50m/s,傳動速比可達10左右,使用范圍較廣。

(5)同步帶傳動的缺點是帶與帶輪的制造工藝比較復雜,所傳遞的功率不能太大,傳動帶的使用壽命不太長。5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)2.同步帶的結構和規(guī)格5.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)3.帶輪的結構5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.3.1數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的要求1.較高的傳動剛度3.較小的運動慣量2.較低的摩擦阻力4.消除傳動間隙5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.3.2滾珠絲杠螺母副傳動1.滾珠絲杠螺母副的工作原理5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)2.滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)3.滾珠絲杠螺母副的預緊為了保證滾珠絲杠螺母副反向時的傳動精度和傳動剛度,必須消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動間隙,這項工作稱為“預緊”。預緊消除軸向傳動間隙的基本原理是:將滾珠絲杠螺母副的螺母分為兩段,用強迫外力使兩段螺母產(chǎn)生軸向位移,使?jié)L珠呈輕微過盈狀態(tài)緊壓在兩螺母滾道的不同側面上,從而使絲杠的軸向傳動間隙消除。采用這種預緊方法時應注意預緊量不宜過大,否則會使空載力矩增大,降低傳動效率,縮短滾珠絲杠螺母副的使用壽命。5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)常用的消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙的方法有:5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)4.滾珠絲杠的支承方式5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.滾珠絲杠的預拉伸5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)預拉伸的安裝調試過程如下:

(1)按圖5-20所示結構將滾珠絲杠組件安裝在床身上。

(2)調整各部位,使絲杠轉動自如,沒有明顯間隙,然后用螺栓把支座1、7緊固在床身上,并打好定位銷。

(3)拆出調整套,精確測量它的長度。

(4)測量絲杠兩個支承間的距離,計算出正常工作條件下絲杠的最大熱伸長量。

(5)另做一個加長調整套,使加長調整套的長度等于(3)、(4)兩項測得的數(shù)值之和。

(6)稍稍擰松某一端支座上的螺栓,拔出兩個定位銷。

(7)用加長調整套替換原來的調整套,然后重新將滾珠絲杠組件安裝好,并調整到(2)的狀態(tài)。

(8)打入定位銷,擰緊螺栓即可。5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)6.中空強冷滾珠絲杠為了減小滾珠絲杠的受熱變形,可以將絲杠制成空心,在支承法蘭處通入恒溫油強行冷卻循環(huán),以保持滾珠絲杠在恒溫狀態(tài)下工作。這種方法可以有效地散發(fā)絲杠傳動時產(chǎn)生的熱量,對提高定位精度有益,可以獲得較高的進給速度。據(jù)介紹,國外在鋁合金端銑加工時采用這種措施,絲杠的進給速度已經(jīng)達到70m/min,這在一般的普通滾珠絲杠傳動方式中是難以實現(xiàn)的。5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)5.3.3靜壓絲杠螺母副簡介靜壓絲杠螺母副是指在絲杠和螺母的螺旋工作面之間通入壓力油,使其間保持具有一定厚度、一定剛度的壓力油膜,從而在絲杠和螺母之間形成純液體摩擦的傳動副。1.靜壓絲杠螺母副的工作原理5.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)

(1)摩擦因數(shù)很小,僅為0.0005,因此摩擦損失小、啟動力矩小、傳動靈敏,有效地避免了爬行。

(2)油膜層可以吸振,提高了運動的平穩(wěn)性,又由于油液不斷流動,有利于散熱和減小熱變形,提高了機床的加工精度和光潔度。

(3)油膜層具有一定的剛度,大大減小了反向間隙,同時油膜層介于螺母與絲杠之間