數(shù)控加工技術(shù)課件

第1章概論

1.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程

1.1.1數(shù)控機床的出現(xiàn)和發(fā)展

數(shù)控是數(shù)字控制(Numericalcontrol)的簡稱,是近代發(fā)展起來的用數(shù)位化資訊進行控制的自動控制技術(shù).其含義使用以數(shù)值和符號構(gòu)成的數(shù)字資訊自動控制機床的運轉(zhuǎn).數(shù)控機床也稱NC機床.

第一代:1952年,電子管控制的第一臺三座標聯(lián)動的銑床；

第二代:1959年,出現(xiàn)了電晶體控制的“加工中心”；

第三代:1965年,出現(xiàn)了小規(guī)模積體電路.使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得到了進一步的提高；

以上三代數(shù)控系統(tǒng)都是採用專用控制硬體邏輯數(shù)控系統(tǒng),稱為普通數(shù)控系統(tǒng),即NC系統(tǒng).

第四代:1967年以電腦作為控制單元的數(shù)控制系統(tǒng).FMS(FlexibleManufacturingSystem),柔性製造系統(tǒng)。

第五代:1970年,美國英特爾開發(fā)使用了微處理器.CNC。

1.1.2我國數(shù)控機床發(fā)展概況

1.1.3數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

1.數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

●採用開放式結(jié)構(gòu)：進線、聯(lián)網(wǎng)、專用要求。

●向智能化發(fā)展

具有自動編程、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償，人機介面極為友好，有故障專家診斷系統(tǒng)。

2.數(shù)控機床發(fā)展趨勢

●高速、高效、高精度、高可靠性

●模組化、專門化、個性化；智能化、柔性化和集成化。

●

開放性

1.2數(shù)控機床的基本組成及工作原理

1.2.1數(shù)控機床的組成

數(shù)控系統(tǒng)功用:接受數(shù)控裝置送來的脈衝信號,經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的邏輯電路或系統(tǒng)軟體進行編譯、運算和邏輯處理後，輸出各種資訊和指令，控制機床各部分進行規(guī)定的動作。

1.2.2數(shù)控機床的工作原理

數(shù)控機床加工零件,首先要將被加工零件的圖樣及工藝資訊數(shù)位化,用規(guī)定的代碼和程式式編寫加工程式,然後將所編寫程式指令輸入到機床的數(shù)控裝置中.數(shù)控裝置再將程式(代碼)進行解碼、運算，向機床各個座標的伺服機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出信號，驅(qū)動機床各運動部件，控制所需要的輔助運動，最後加工出合格零件。1.3數(shù)控機床的分類

1.3.1按控制系統(tǒng)功能分類

1.點位控制數(shù)控機床

2.點位直線控制機床

3.輪廓控制機床1.3.2按加工方式分類

1.一般數(shù)控機床

2.加工中心

1.3.3按伺服控制分類

1.開環(huán)控制系統(tǒng)

2.閉換控制系統(tǒng)

3.半閉環(huán)控制系統(tǒng)

1.3.4按數(shù)控系統(tǒng)的功能水準分類

1.4數(shù)控機床的特點

1.4.1數(shù)控機床的加工特點

1.適應性強,適合加工單件小批量複雜零件

2.加工精度高,產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定

3.自動化程度高,勞動強度低

4.生產(chǎn)效率高

減少輔助時間和機動時間

5.良好的經(jīng)濟效率

6.有利於生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化

1.4.2數(shù)控機床的使用特點

1.對維修人員的技術(shù)水準要求較高

2.對夾具和刀具的要求較高

數(shù)控機床對刀具的要求:

●

精度較高、壽命高、尺寸穩(wěn)定、變化?。?/p>

●快速換刀；

●刀柄應為標準系列；

●能很好地控制切屑的折斷、捲曲和排出；

●具有很好的可冷卻性能。

3.數(shù)控機床的應用範圍

●多品種、小批量生產(chǎn)的零件；

●形狀結(jié)構(gòu)比較複雜的零件；

●需要頻繁改型的零件；

●價值昂貴，不允許報廢的關(guān)鍵零件；

●需要最短週期的急需零件；

●批量較大、精度要求高的零件。

習題：

1.什麼是數(shù)控?數(shù)控機床的加工原理是什麼?

2.數(shù)控機床是由哪幾部分組成?各有什麼作用?

3.什么是開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控機床？它們之間有什么區(qū)別？

第2章

零件程式的編制

2.1概述

數(shù)控機床是嚴格按照從外部輸入的程式來自動地對被加工工件進行加工的。為了與數(shù)控系統(tǒng)的的內(nèi)部程式（系統(tǒng)軟體）及自動編程用的零件根源程式相區(qū)別，我們把從外部輸入的直接用於加工的程式稱為數(shù)控加工程式。它是數(shù)控機床的應用軟體。2.1.1數(shù)控機床程式編制的內(nèi)容和步驟

a.

明確加工目的,確定工藝參數(shù)

b.

算基點與節(jié)點

c.

按規(guī)定的程式格式,逐條寫程式

d.

程式輸入:鍵盤、介面

e.

程式校驗首件試切:

●

空刀運動

●用筆代刀

●大批量生產(chǎn)（試切一件）

●三維動態(tài)顯示

好的編程人員,要熟悉

a.

機床結(jié)構(gòu)、性能

b.

數(shù)控系統(tǒng)

c.

加工工藝

※充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的功能和數(shù)控機床本身的能力2.1.2數(shù)控機床編程的方法●手工編程手工編程時間：加工時間=30：1●自動編程2.2

數(shù)控機床編程的基礎知識

為了滿足設計、製造、維修和普及的需要，在輸入代碼、坐標系統(tǒng)、加工指令、輔助功能及程式格式方面，國際上已形成了兩個通用的標準ISO—InternationalStandardOrganizationEIA—ElectronicIndustriesAssociation2.2.1程式結(jié)構(gòu)與格式

N3G00X10Z10M03S650;（1）程式段號:查找、跳轉(zhuǎn)注意，程式段標號與程式的執(zhí)行順序無關(guān)，不管有無括弧，程式都是按排列的先後次序執(zhí)行。

（2）結(jié)束符:；、LF、*

（3）程式段中的主體部分：主體部分包含了各種控制資訊和數(shù)據(jù)

2.2.2、功能字

（1）準備功能字G代碼:G00～G99共100種。

G代碼（使機床做某種操作的指令）：

●模態(tài)代碼一旦執(zhí)行就保持有效,直到同組另一代碼出現(xiàn)

●非模態(tài)代碼只有在其他所在的程式段內(nèi)有效

(2)座標字（尺寸字）

XYZUVWIJK

有“+”

“-”之分,“+”可以省略

(3)進給功能字F:F是指各座標方向速度的向量和

G95F5000.5mm/r

G94F200200mm/min

(4)主軸轉(zhuǎn)速功能字S:

主軸轉(zhuǎn)速功能字S:規(guī)定主軸轉(zhuǎn)速：S300300r/min刀具功能字T:T03=T3(6)輔助功能字(M功能)M00～M99:分模態(tài)與非模態(tài)

●

輔助功能代碼與座標代碼同時執(zhí)行G00M08

●

座標移動指令之前執(zhí)行M代碼?！扒爸谩盙00M03

●

反之“後置”G00M02

M00:程式停止M01:可選擇stop

M02:全段程式停止.M30:程式停止.指針指向程式頭(7)刀具偏置字(D和H)G42D012.3、坐標軸2.3.1

坐標軸：直角笛卡爾坐標軸注意右手定正負無論那一種數(shù)控機床都規(guī)定Z軸作為平行於主軸中心線的坐標軸注意刀具相對靜止工件運動的原則2.3.2坐標系機床的座標原點在機床上某一點，是固定不變的，機床出廠已確定。機床的換刀點，托板的交換刀，…這些點在機床上都是固定點（1）機床坐標系（2）工件坐標系：程式編制人員在編制時使用的，在這個坐標系內(nèi)編程可以簡化座標計算，減少錯誤，縮短程式長度。G90G92x-y-

在實際的加工中,操作者在機床上裝好工件之後要測量該工件坐標系的原點和基本機床坐標系原點的距離,並把測得的距離在數(shù)控系統(tǒng)中預先設定,這個設定值叫工件零點偏置。有些數(shù)控系統(tǒng)把選用機床坐標系的指令設定為G54—G59，它是模態(tài)代碼。需要指出的是,現(xiàn)代機床一般既可用預置寄存的方法定坐標系:CRT/MDI(Cathode–reytube/mandatainput)手工輸入方法設置加工坐標系。例P14T2—9

G53非續(xù)效代碼,只有在G90狀態(tài)下才有效.G54續(xù)效代碼

G28X0Y0：X0、Y0是返回的中間點2.4常用編程指令

在數(shù)控機床加工中，常用G、M、T、和S指令來控制各種加操作G00～G99M00～M99

插補:根據(jù)某段輪廓線（曲線或直線）的端點座標值把該輪廓線細分許多小段，根據(jù)加工精度不同，每小段的長度可以是幾微米到幾毫米。

2.4.1快速定位方式：G00G00X_Y_Z_；不能由程式改

變，但可用倍率開關(guān)改變。不同的系統(tǒng)有不同的速度，一般都在10～30m/min之間

2.4.2直線插補方式:G01G90orG01X_Y_Z_F_;

2.4.3圓弧插補方式：

G02G03

（xy）G17or(xz)G18or(yz)G19G02X_Y_I_J_F；

G03

還有R方式:θ≦180°R為正θ＞180°R為負

有些系統(tǒng)不能用R編程，如果圓弧的起點和終點相同，由於數(shù)控系統(tǒng)無法用確定圓弧的中心位置，只能用I、J、K確定圓心的方式來編程2.4.3切削螺旋指令G33（模態(tài)）

eg.(T2-18P24)

2.4.4刀具長度偏置指令

G43.G44.G49.

（模態(tài)）

G43H_Z_；G44H_Z_；（正向偏置，負向偏置）

2.4.5刀具半徑補償指令

數(shù)控系統(tǒng)絕大都具有刀具半徑補償功能，為程式編制提供了方便。當編制零件加工的程式時不需要計算刀具中心運動軌跡，而只需按零件輪廓編程。在控制面板上用（CRT/MDI）方式，人工輸入刀具半徑值，數(shù)控系統(tǒng)便能自動的計算出刀具中心的偏移向量。

刀具位於工件左側(cè)（假設工件不動）G41D01

刀具位于工件右側(cè)（假設工件不動）G42D01

刀具半徑補償?shù)慕?，只能在G00或G01方式下完成，不能G02、G03在或其他曲線插補方式下進行，刀具半徑補償一旦建立，在沒被取消之前一直有效，編程曲線永遠是銑刀回轉(zhuǎn)圓的包絡線。

刀具半徑補償?shù)慕⒑腿∠^程

刀具半徑補償分為A、B類和C類

A、B類：只是能實現(xiàn)在本程式段內(nèi)的刀具補償，而對於程式段間的過渡不予處理。只有B補償功能的數(shù)控系統(tǒng)，在編程時，除了零件輪廓各程式段之外，還應考慮尖角過渡。

C類（C機能）：可以自動地尖角過渡，只要給出零件輪廓的程式數(shù)據(jù)，數(shù)控系統(tǒng)能自動地進行拐角處的刀具軌跡交點的計算。因此，刀具半徑補償C功能可用於內(nèi)、外拐角輪廓的加工，而且在程式中不考慮尖角過渡。分為伸長型、插入型、縮短型插補

注意：現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)可以先讀入幾段甚至全部加工程式，進行分析，在加工之前就能處理完各程式段之間的連接情況和走刀路線。

刀具補償過程的軌跡分三個組成部分：

●形成刀具補償?shù)慕⒀a償程式段

●零件輪廓切削程式段

●補償撤銷程式段2.5副程式和固定迴圈

2.5.1副程式的格式

O****副程式

………..副程式主體

………..

M99；副程式結(jié)束指令

M98P****L:

副程式調(diào)用,L為次數(shù)注意，在副程式中，如果控制系統(tǒng)在讀到M99以前讀到M02或M30，則程式停止。

2.5.2固定迴圈

1.鏜削迴圈的工藝路線

2.

鏜削迴圈程式

格式:●G85X~Y

~Z~R~F

~L:無暫停,工退L:次數(shù)。

●

G89X~Y

~Z~R~P~F

~L:延時,工退●G86:鏜削迴圈,主軸停止,快退.

G86:X~Y

~Z~P~R~F

~L

●G88:鏜削迴圈,主軸停止,手動停止

G88:X~Y

~Z~R~

P

~F

~L

●G76:精鏜迴圈,主軸停止,讓刀,快退

G76X~Y

~Z~I~J(Q)~R~

P

~F

~L

●G87:反鏜迴圈

G87:X~Y

~Z~I~

J~

R

~F

~

●G81:鑽孔迴圈、不延時、快退

G81:X~Y

~Z~R~F

~L

●G82：鑽孔迴圈、延時、快退

G82:X~Y

~Z~P~R~F

~L

●G83：深孔往復排屑鑽孔迴圈、不延時、快退

G83:X~Y

~Z~R~Q~F

~L

●G73：深孔往復排屑鑽孔迴圈、延時、快退

G73:X~Y

~Z~R~Q~P~F

~L

內(nèi)螺紋攻螺絲程式

●

G84：右旋螺絲攻螺紋程式

G84：X~Y

~Z~P~R~F

~L

●G74：左旋螺絲攻螺紋程式G74：X~Y

~Z~P~~F

~L

2.6數(shù)控車床程式編制的基礎

數(shù)控車床按其功能分為簡易數(shù)控車床、經(jīng)濟型數(shù)控車床多功能數(shù)控車床和車削中心等，它們在功能上差很大。

2.6.1數(shù)控車床的主要功能

●簡易數(shù)控車床

這是一種低檔數(shù)控車床，一般用單板機或單片機進行控制。單板機不能存儲程式，所以切斷一次電源就得重新輸入程式，且抗干擾能力差，不便於擴展功能，目前已很少採用。單片機可以存儲程式，它的程式可以使用可變程式格式，這種車床沒有刀尖圓半徑自動補償功能，編程時計算比較繁瑣。

●經(jīng)濟型數(shù)控車床

這是中檔數(shù)控車床，一般具有單色顯示的CRT，程式儲存和編輯功能。它的缺點是沒有恒線速度切削功能，刀尖圓弧半徑自動補償不是它的基本功能，而屬於選擇功能範圍。（n=1000υ/πd）

.

●多功能數(shù)控車床

這是指較高檔次的數(shù)控車床，這類機床一般具備刀尖圓弧半徑自動補償、恒線速度切削、倒角、固定迴圈、螺紋切削、圖形顯示、用戶宏程式等功能。

●車削中心

車削中心的主體是數(shù)控車床，配有刀庫和機械手，與數(shù)控車床單機相比：自動選擇和使用的刀具數(shù)量大大增加，臥式車削中心還具備如下兩種功能：一是動力刀具功能，即刀架上某一刀位或所有刀具可使用回轉(zhuǎn)刀具，如銑刀和鑽頭；另一種是C軸位置控制功能（分度，低速回轉(zhuǎn)）,該功能主軸能達到很高的角度定位解析度（一般0.001°）,還能使主軸和卡盤按進給脈衝作任意低速的回轉(zhuǎn),這樣車床就具有X、Z和C三座標，可實現(xiàn)三座標兩聯(lián)動控制。近年出現(xiàn)的雙軸車削中心，在一個主軸進行加工結(jié)束後，無需停機，零件被轉(zhuǎn)移至另一主軸加工另一端，加工完畢後，零件除了去毛刺以外，不需要其他的補充加工。2.6.2工藝裝備特點

對刀具的要求：

●刀具結(jié)構(gòu)：數(shù)控車床應盡可能使用機夾刀。由於機夾刀在數(shù)控車床上安裝時，一般不採用墊片調(diào)整刀尖高度，所以刀尖高的精度在製造時就應得到保證。對於長徑比較大的內(nèi)徑刀桿，應具有良好的抗震結(jié)構(gòu)。

●刀具強度、耐用度：數(shù)控車床能兼作粗精車削，為使粗車能大切深、大走刀，要求粗車刀具強度高、耐用度好；精車則保證加工精度，所以要求刀具鋒利、精度高、耐用度好。

●刀片斷屑槽：數(shù)控車床一般在封閉環(huán)境中進行，要求刀具具有良好的斷屑性能，斷屑範圍要寬，一般採用三維斷屑槽，其形式很多，選擇時應根據(jù)零件的材料及精度要求來確定。

2.7數(shù)控車床的程式編制

車與銑大同小異，基本指令的意義是相同的，但由於二者在切削原理上存在著差異，因此，數(shù)控車床在編程方面有自己的特點。

本節(jié)著重介紹配置FANUC-0TJ數(shù)控系統(tǒng)進行車削加工所特有的程式編制方法。

2.7.1F功能

1、在G95碼狀態(tài)下,F後面的數(shù)值表示的是主軸每轉(zhuǎn)的切削進給量或切螺紋的螺距，在數(shù)控車床上這種進給量指令使用的較多。

例如：G95F0.5表示進給量0.5mm/r

G95F1.0表示進給量1.0mm/r

2、在G94碼狀態(tài)下，表示每分鐘進給量。

例如：G94F200表示進給量200mm/min

2.7.2S功能

1、主軸最高轉(zhuǎn)速限制(G50)

編程格式：G50S～例如：G50S1800表示最高轉(zhuǎn)速為1800r/min

2、恒線速度控制(G96)

指令格式：G96S～例如：G96S150表示控制主軸轉(zhuǎn)速，使切削點的線速度始終保持在150m/min

由線速度υ可求得主軸轉(zhuǎn)速如下：

n=1000υ/（πd）

所示的切削零件，為保持A、B、C各點的線速度一致,則

在每點的主軸轉(zhuǎn)速分別為：

nA=1000×150/（π×40）=1193r/min

nB=1000×150/（π×60）=795r/min

nC=1000×150/（π×70）=682r/min

上述主軸轉(zhuǎn)速的變化是由數(shù)控系統(tǒng)自動控制的。

3、恒線速度取消(G97)

編程格式：G97S～

例如：G97S1000表示主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。

當由G96轉(zhuǎn)為G97時，應對S碼賦值，未指令時將保留G96指令的最終值。當由G97轉(zhuǎn)為G96時，若沒有S指令，則按前一G96所賦S值

進行恒線速度控制。

2.7.3G功能

1、加工坐標系設定

加工坐標系有兩種設定方法。一種是以G50方式，另一種是以G54～G59的方式，G50是車削中常用的方式。

如圖3-6所示，用G50X128.7Z375.1設定了加工坐標系.

2.刀尖圓弧自動補償功能

通常在編程時都將車刀刀尖作為一點考慮的，即所謂假設刀尖。但實際上刀尖是有圓角的(如圖)按刀尖點編出的程式在進行端面、外徑、內(nèi)徑等與軸線平行的表面加工時，是沒有誤差的，但在進行倒角、錐面及圓弧切削時，則會產(chǎn)生少切或過切現(xiàn)象（如圖），具有刀尖圓弧半徑自動補償功能的數(shù)控系統(tǒng)能根據(jù)刀尖圓弧半徑計算出補償量，自動控制刀尖的運動以避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。

為了進行刀尖圓弧半徑補償，需要使用以下指令：

G40：取消刀具補償,G41：左偏刀具補償，G42：右偏刀具補償.

3.單一固定迴圈利用單一固定迴圈可以將一系列連續(xù)的動作，如“切入-切削-退刀-返回”，用一個迴圈指令完成，從而使程式簡化。例如：圖按一般寫法，程式應寫為：N10G00X50N20G01Z-30F～N30X65.0N40G00Z2但用固定迴圈語句只要下麵一句就可以了:G90X50Z-30F～(1)圓柱或圓錐切削迴圈(G90)圓柱切削迴圈指令編程格式為:G90X(U)～Z(W)～F～迴圈過程如圖所示。X、Z為圓柱面切削終點座標值，U、W為圓柱面柱切削終點相對迴圈起點的座標分量。

圓錐切削迴圈指令編程格式為:

G90X(U)～Z(W)～I～F～

循環(huán)過程如圖所示，I為

圓錐面切削始點與切削終點

的半徑差。圖中X軸向切削

始點座標小於切削終點座標，

I的數(shù)值為負；如果I為正，則相反。

（2）端面切削迴圈

G94

格式G94X(U)Z(W)F～

3.複合型固定迴圈（G70～G76）在使用G90、G92、G94時，已經(jīng)使程式簡化了一些，但還有一類被稱為複合型固定迴圈的代碼，能使程式進一步得到簡化。使用這些複合型固定迴圈時，只需指令精加工的形狀，就可以完成從粗加工到精加工的全部過程。（1）

外圓粗切削迴圈（G71）

G71U(△d)R(e)

G71P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F(f)S(s)T(t)

式中△d——背吃刀量，吃刀深度

e——退刀量，提刀量

ns——精加工形狀程

序段中的開始程式段號；

nf——精加工形狀程

序段中的結(jié)束程式段號；

△u——X軸方向精加工

餘量；

△w——Z軸方向精加工

餘量；

f，s，t——F，S，T代碼。

在此應注意以下幾點：

●

使用G71進行粗加工迴圈時，只有含在G71程式段中的F、S、T功能才有效而含在nsnf程式段中的F、S、T功能即使被指定對粗迴圈也無效；

●

AB之間必須符合X軸、Z軸方向的共同單調(diào)增大或減少的模式；

●可以進行刀具補償。

例在圖中，試按圖示尺寸編寫粗車迴圈加工程式。

O0001

N10G50X200Z140T0101

N20G90G40G97G95S240M03

N30G00G42D01X120Z12M08

N40G96S120

N50G71U2R0.1

N60G71P70Q130U2W2F0.3

N70G00X40

N80G01Z-30F0.15S150

N90X60Z-60

N100Z-80

N110X100Z-90

N120Z-110

N130X-120Z-130

N140G00X125G40

N150X200Z140

N160M02

（2）

端面粗加工迴圈(G72)G72與G71均為粗加工迴圈指令，而G72是沿著平行於X軸進行切削迴圈加工的，

編程格式為

G72U(△d)R(e)

G72P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F(f)S(s)T(t)

（3）

封閉切削迴圈(G73)所謂封閉切削迴圈就是按一定的切削形狀逐漸地接近最終形狀。這種方式對於鑄造或鍛造毛坯的切削是一種效率很高的方法。G73迴圈方式如圖所示。

編程方式

G73U(i)W(k)R(d)

G73P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F(f)S(s)T(t)

式中i——X軸上總退刀量（半徑值）；

k——Z軸上的總退刀量；

d——重複加工次數(shù)；

執(zhí)行G73功能時，每一刀的加工路線的軌跡形狀是相同的只是位置不同，每走完一刀就把加工軌跡向工件方向移動一個位置。

(4)精加工迴圈（G70）由G71、G72完成粗加工後，可以用G70進行精加工。編程格式G70P(ns)Q(nf)其中ns和nf與前述含義相同。在這裏G71、G72、G73程式段中的F、S、T指令都無效，只有ns-nf在程式段中F、S、T才有效，以下圖的程式為例，在N130程式段之後再加上：

N140G70P70Q130

就完成從粗加工到精加工全過程。

例程式為

N10G50X200Z200T0101

N20G90G97G40S200M03

N30G00G42X140Z40M08

N40G96S120

N50G73U9.5W9.5R3

N60G73P70Q130U1.0

W0.5F0.3

N70G00X20Z0(ns)

N80G01Z-20F0.15S150

N90X40Z-30

N100Z-50

N110G02X80Z-70R20

N120G01X100Z-80

N130X105(nf)

N140G00X200Z200G40

N150M02

精加工迴圈(G70)由G71、G72完成粗加工後，可以用G70精加工。編程格式G70P(ns)Q(nf)

，其中ns和nf與前述含義相同。在這裏G71、G72、G73程式段中的F、S、T的指令都無效，只有在ns-nf程式中的F、S、T才有效，以上圖的程式為例，在N130程式段之後再加上：

N140G70P70Q130就可以完成從粗加工到精加工的全過程。(5)外徑切槽迴圈(G75)其編程格式

G75R(e)G75X(u)P(△i)F(f)式中e——退刀量

u——槽深△i——每次迴圈切削量

f——進給量例切槽（切斷）程式為

N10G50X200Z200T0505

N20G90G97S700M03

N30G00G40X35Z-50M08上冷卻液

N40G96S80

N50G75R1

N60G75X-1P5F0.15此槽超過槽深中心線

N70G00X200Z200T0500

N80M02

5．螺紋切削

(1)螺紋切削(G32)用G32指令進行螺紋切削時需要指出終點座標值及螺紋導程F(單位mm)。編程格式為：

G32X(U)～Z(W)～F～

其中，X(U)省略時為圓柱螺紋切削，Z(W)省略時為端面螺紋切削，X(U)、Z(W)都不省略為錐螺紋切削。螺紋切削應注意在兩端設置足夠的升速進刀段和降速退刀段。G32指令可以執(zhí)行單行程螺紋切削，車刀進給運動嚴格根據(jù)輸入的螺紋導程進行。

例圖3-32圓柱螺紋加工的程式(F=4mm,δ1=3mm,δ2=1.5mm)

……

N100G00U-62

N110G32W-74.5F4δ1+δ2+螺紋總長度=74.5mm

N130G00U62

N140W74.5

N150U-64

N160G32W-74.5

N170G00U64

N180W74.5

(2)螺紋切削迴圈(G92)利用G92，可以將螺紋切削過程中，從始點出發(fā)“切入-切螺紋-讓刀-返回始點”的4個動作作為一個循環(huán)用一個程式段指令。與前面的單一固定迴圈G90用法相同，只是F後邊的進給量改為螺距值即可。編程格式G92X(U)～Z(W)～I～N50G50X270Z260N60G90G97S300N70T0101M03N80G00X35Z104先走到螺紋加工迴圈起點處，編程者定N90G92X29.2Z56F1.5N100X28.6N110X28.2N120X28.04N130G00X270Z260T0100M05N140M02從這裏可以看出，螺紋的總切深t=(30-28.04)÷2=1.96÷2=0.9

(3)複合螺紋切削迴圈(G76)用G76時一段指令就可以完成複合螺紋切削迴圈加工程式。

編程格式G76P(m)(r)(a)Q(△dmin)R(d)

G76X(U)Z(W)R(i)P(k)Q(△d)F(f)

式中m——精加工最終重複次數(shù)；

r——倒角量；

α——刀尖的角度，可以選擇80°，60°，55°，30°，29°，0°六種，其角度數(shù)值用2位數(shù)指定；

△dmin——最小切入量；

d——精加工餘量；

X(U)Z(W)——終點座標；

i——螺紋部分半徑差(i=0時為圓柱螺紋)；

k——螺牙的高度(用半徑值指令X軸方向的距離)；

(根據(jù)GB192～197-81國標規(guī)定，普通螺紋的牙型理論高度H=0.866P，實際高度h=0.6495P，P為螺紋螺距)

△d——第一次的切入量(用半徑值指定)；

f——螺紋的導程(與螺紋切削時相同)；

螺紋切削方式如圖

本章小結(jié):

本章是本課程的重點章節(jié),必須熟練掌握數(shù)控編程的基本知識,能夠編制一般複雜程度工件的數(shù)控程式。

●數(shù)控程式的編制過程就是把工件加工所需的數(shù)據(jù)和資訊，編寫成加工程式；

●一個完整的加工程式有程式號、程式的內(nèi)容和程式結(jié)束三部分組成。程式段由程式字組成，程式字由地址符、正負號和數(shù)字組成；

●熟記常用的準備功能G代碼和M代碼格式和含義；

●熟記刀具半徑補償和刀具長度補償；

●瞭解線段和線段、線段和圓弧轉(zhuǎn)接的方法；

●數(shù)控編程過程中工件坐標系的含義和制定；

●數(shù)控編程要考慮比較廣泛的工藝問題。

作業(yè)：

1.簡述數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟。

2.說明數(shù)控車床和銑床刀具半徑補償?shù)囊狻?/p>

3.說明數(shù)控車床加工過程中恒切速的意義，何時考慮使用恒切速？

4.什麼是模態(tài)代碼和非模態(tài)代碼，舉例之。

第3章

輪廓加工的數(shù)學基礎

在CNC數(shù)控機床上，各種輪廓加工都是通過插補計算實現(xiàn)的，插補的任務就是對輪廓線的起點到終點之間，再密集的計算出有限個座標點，刀具沿著這些座標點移動，來逼近理論輪廓。

插補方法分為兩大類：

1、脈衝增量插補：每輸出一個脈沖,座標移動一個距離

脈衝增量插補用於步進電機控制系統(tǒng)

2、數(shù)據(jù)採樣插補（數(shù)字增量插補）

數(shù)據(jù)採樣法適用於直流伺服電機和交流伺服電機。

3.1逐點比較法的直線和圓弧插補法

逐點比較法的基本原理，在刀具按要求的軌跡運動加工零件時，不斷比較刀具與被加工零件之間的相對位置，根據(jù)比較結(jié)果決定下一步進給方向，使刀具向誤差減小的方向進給。

因為有大量的數(shù)學推導，本章主要以板書為主。第5章數(shù)控機床的位置檢測裝置

5.1概述

位置檢測裝置是數(shù)控機床的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移量，併發(fā)出回饋信號和數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相比較，若有偏差，經(jīng)放大後控制執(zhí)行部件，使著向消除偏差的方向運動直至偏差等於零為止。

5.1.1要求：

●

受溫度、濕度影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強;

●在機床執(zhí)行部件工作範圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求；進給速度20—30m/min，轉(zhuǎn)速高達100000r/min。

●使用維護方便，適應機床工作環(huán)境；

●成本低。

5.1.2位置檢測裝置的分類

數(shù)字式測量

模擬量測量

數(shù)字式測量：被測的量以數(shù)字的形式來表示。測量信號為電脈衝，可以直接把它們送入數(shù)控裝置進行比較、處理。

特點：

●被測的量轉(zhuǎn)換為脈衝個數(shù)，便於顯示和處理；

●測量精度取決於測量單位，和量程基本無關(guān)；

●測量裝置比較簡單，脈衝信號抗干擾能力較強。

模擬式測量：

模擬式測量是將被測量用連續(xù)變數(shù)來表示，如電壓變化、相位變化等。數(shù)控機床所用模擬式測量主要用於小量程的測量，如感應同步器的一個線距（2mm）內(nèi)的信號相位變化等。

特點：

●直接測量被測的量，無需變換；

●在小量程內(nèi)實現(xiàn)較高精度的測量，技術(shù)成熟。

.增量式測量

絕對式測量

增量式

：只測量位移量。eg.測量單位為0.01mm每移動0.01mm發(fā)出一個脈衝信號。

優(yōu)點：

裝置簡單，任何一個對中點都可作為測量的起點。在輪廓控制的數(shù)控機床上大都采用這種方式。

缺點：在增量式檢測系統(tǒng)中，移距是由測量信號計數(shù)讀出，一旦計數(shù)有誤，以後的測量結(jié)果則完全錯誤。如出某種事故，無法恢復。

絕對式：

對于被測量的任意一點位置均由固定的零點標起。每一個被測點都有一個相應的測量值。

eg.用編碼器裝置的結(jié)構(gòu)較為複雜

5.2增量式光電編碼器和絕對式編碼器

5.2.1增量式光電編碼器

1、工作原理

2、位置和轉(zhuǎn)速測量

5.2.2編碼盤測量裝置

十六個二進位數(shù)

5.3光柵位置檢測裝置

光柵用於數(shù)控機床作為檢測裝置，已有幾十年的歷史，用以測量長度、角度、速度、加速度、振動和爬行等。它是數(shù)控機床閉環(huán)系統(tǒng)用得較多的一種檢測裝置。

5.3.1光柵檢測的工作原理

尺規(guī)光柵和指示光柵分別安裝在機床的移動部件及固定部件上，兩者相互平行，它們之間保持0.05mm或0.1mm的間隙。

根據(jù)製造方法和光學原理不同，光柵可分:

透射光柵

反射光柵

透射光柵：採用經(jīng)磨制的光學玻璃或在玻璃表面感光材料的塗層上刻成光柵線紋。

特點：光源可以採用垂直入射光，光電元件直接接受光照。因此信號幅值比較大，信噪比好。光電轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡單，如線性密度200線/mm。缺點：玻璃易破裂，熱脹係數(shù)與金屬部件不一致，影響測量精度。

反射光柵：光柵和機床金屬部件的線膨脹係數(shù)一致，接長方便。也可用鋼帶做成長達數(shù)米的長光柵。缺點：為了使反射後的莫爾係數(shù)反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜多，常用4、10、25、40、50線/mm。

光柵線紋是光柵的光學結(jié)構(gòu)，相鄰兩線紋之間的距離稱為柵距P（

）可根據(jù)所需精度確定，單位長度上的刻線數(shù)目稱為線紋密度

4、10、25、50、100、200、250線/mm。

若尺規(guī)光柵和指示光柵的柵距相等，指示光柵在其自身平面內(nèi)相對於尺規(guī)光柵傾斜一個很小的角度，兩塊光柵的刻線就會相交。當燈光通過聚光鏡呈平行光線垂直照射在尺規(guī)光柵上，在兩塊光柵線相交的鈍角平分線上，出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗短條紋，稱之為橫向莫爾條紋。

原因：擋光積分效應

原理：由於兩光柵間有一個微小的傾斜角，使其線紋相互交叉，在交叉近旁墨線重疊，減少了擋光面積，擋光效應弱，在這個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)亮帶，光強最大。相反，離交叉點遠的地方，兩光柵不透明墨線重疊部分減少，擋光面積增大，擋光效應增強，由光源發(fā)出的光幾乎全被擋住而出現(xiàn)暗帶，光強為0，這就形成了粗光柵的橫向莫爾條紋節(jié)距W。

當指示光柵沿尺規(guī)光柵連續(xù)移動時，莫爾條紋光強變化規(guī)律近似正弦曲線，光電元件所感應的光電流變化規(guī)律也近似正弦曲線。

每移動一個（柵距），莫爾條紋就上下移動一個節(jié)距，光電流就變化一次。

2、橫向莫爾條紋有以下特點：

a.

放大作用

W=≈若=0.01通過減小角，得到大的節(jié)距W

，從而大大簡化了電子放大線路。這是光柵技術(shù)獨有的特點。

b.平均效應

莫爾條紋是由若干線紋組成，eg:100線/mm，10毫米的莫爾條紋，等亮帶由2000根刻線交叉而成。因而對各別柵線的間距誤差就平均化了。莫爾條紋的節(jié)距誤差取決於光柵刻線的平均誤差。

3、直線光柵檢測的辨向

採用一個光電元件所得到光柵信號只能計數(shù)，但不能辯識運動的方向。為了確定運動，至少需要兩個光電元件。因此通過S1和S2的光束分別為兩個光電元件所接受。當光柵移動時，莫爾條紋通過兩個隙縫的時間不同。所以兩個光電元件所獲得的電信號相同，但相位相差90°。

4、提高光柵檢測裝置的精度的措施

可以提高刻線精度和增強刻線密度。但刻線密度達200線/mm以上的細光柵刻線製造較困難，成本也高，因此，通常採用倍頻的方法來提高光柵的解析度精度。

50線/mm200線/mm

具體：採用4個光電元件和4個隙縫，每個光柵節(jié)距產(chǎn)生4個脈衝，解析度提高4倍。

5、特點：

●由於光柵的刻線可以製作十分精確，同時莫爾條紋對刻線局部誤差有均化作用，因此，柵距誤差對測量精度影響較小。也可採用信號。

●在檢測過程中，尺規(guī)光柵與指示光柵不直接接觸，沒有磨損，因而精度可以長期保持。

●光線刻線要求很精確，兩光柵之間的間隙及傾斜角都要求保持不變，製造調(diào)試比較困難。光學系統(tǒng)易受外界的影響產(chǎn)生誤差，同時又有灰塵、油、冷卻液等汙物的侵入，易使光學系統(tǒng)變質(zhì)。5.4磁尺測量裝置

磁尺位置檢測裝置是由磁性尺規(guī)、磁頭和檢測電路組成。

利用錄磁的原理將一定周期變化的方法，正弦波或脈沖電信號，用錄磁磁頭記錄在磁性標尺的磁膜上，作為測量的基準。檢測時，用拾磁磁頭將磁性標尺上的磁信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過檢測電路處理后，用以計量磁頭相對磁尺之間的位移量。

特點：對使用環(huán)境的條件要求較低，對周圍磁場的抗干擾能力較強，在油污、粉塵較多的地方使用有較好的穩(wěn)定性。

磁尺測量裝置的組成和工作原理：

磁性標尺是在非導磁材料如銅、不銹鋼、玻璃或其他合金材料的基體上，用涂敷、化學沉積或電鍍的一層10～20um的導磁材料（Ni-Co或Fe-Co合金），在它的表面上錄製相等節(jié)距週期變化的磁信號。磁信號的節(jié)距一般為0.05、0.1、0.2、1mm。為了防止磁頭對磁性膜的磨損，通常在磁性膜上塗一層厚1～2mm的耐磨塑膠保護層。磁頭是進行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把反映空間位置的磁信號輸送到檢測電路中去。

普通答錄機上的磁頭輸出電壓幅值與磁通變化率成比例，屬於速度回應型磁頭。根據(jù)數(shù)控機床的要求，為了在低速運動和靜止時也能進行位置檢測，必須採用磁通響應型磁頭。

5.5旋轉(zhuǎn)變壓器位移檢測裝置

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測量元件，它是一種小型交流電機。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式非同步電動機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊。激磁電壓接到定子繞組上，激磁頻率通常為400H、500H、1000H、3000H、5000H，其結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏，對環(huán)境無特殊要求，維護方便，輸出信號幅度大，抗干擾性強，工作可靠。

工作原理：

當激磁電壓U1加到定子繞組時，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感生電壓，由於轉(zhuǎn)子是可以旋轉(zhuǎn)的，當轉(zhuǎn)子繞組磁軸轉(zhuǎn)到與定子繞組磁軸垂直時，如圖（a）所示，激磁磁通不穿過轉(zhuǎn)子繞組的橫截面，因此，感應電壓U2為0。當轉(zhuǎn)子繞組磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過任意角度時，轉(zhuǎn)子繞組的產(chǎn)生的感應電壓U2為

：

U1==UmsintU2=kU1sin=ksintsin

5.6感應同步器測量裝置

5.6.1感應同步器測量裝置的組成及工作原理

工作原理：利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)角變成電信號（極為普遍）。即使滑尺與定尺相互平行，並保持一定的間距。向滑尺通以交流激磁電壓，則在滑尺中產(chǎn)生激磁電流，繞組周圍產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的磁場，由電磁感應，在定尺上感出感應電壓，當滑尺與定尺間產(chǎn)生相對位移時，由於電磁耦合的變化，使定尺上感應電壓隨位移的變化而變化（相同頻率）。

按工作方式不同，感應同步器分為：

相位工作方式（鑒相型系統(tǒng)）

幅值工作方式（鑒幅型系統(tǒng)）。

●相位工作方式：前提供給滑尺的激磁信號為頻率、幅值相同，相位角相差90°的交流電壓。

●幅值工作方式：前提給滑尺繞組通入相位相同、頻率相同，但幅值不同的勵磁電壓。

5.6.2感應同步器測量系統(tǒng)

1.鑒相測量系統(tǒng)

討論題

1.數(shù)控機床對位置檢測裝置有何要求？

2.從指令控制的角度看，開環(huán)伺服系統(tǒng)控制精度的基本原因是什麼？半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，位置回饋信號不能包含哪一部分的位置誤差？

3.試述感應同步器的工作原理，並說明相位工作方式。

4.在逐點比較圓弧插補中，若偏差函數(shù)小於零，則刀具在（）。

A、圓內(nèi)B、圓外C、圓上D、圓心

5.數(shù)控機床採用刀具補償後的優(yōu)點有（）等。

A、可減少刀具磨損對加工精度的影響B(tài)、方便編程和選擇刀具

C、方便機床操作D、提高加工速度

6、光柵尺是（）。

A、一種能夠準確地直接測量位移的工具

B、一種數(shù)控系統(tǒng)的功能模組

C、一種能夠間接檢測直線位移或角位移的伺服系統(tǒng)回饋元件

D、一種能夠間接檢測直線位移的伺服系統(tǒng)回饋元件

7.通常情況下，平行於機床主軸的坐標軸是（）

A、X軸B、Z軸C、Y軸D、不確定

8.用逐點比較法插補出直線A（0，0），B（6，5）的插補軌跡，並畫圖示意之.

討論題

1.目前應用較多的塑膠導軌的複合材料是（）。

A、尼龍B、環(huán)氧樹脂

C、聚乙烯D、聚四氟乙烯

2.數(shù)控機床的總體設計要求是什麼？

3.插補方法可分為幾類？各有何特點？

4.一臺五相電機，五拍運動時，其步距角是1.5°，此電機轉(zhuǎn)子有多少齒？齒距角是多少？此電機按十拍運行，步距角應是多少度？

第6章數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)

6.1數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)要求

伺服系統(tǒng)完成機床移動部件的位置和速度控制。它接收電腦的插補命令，將插補脈衝轉(zhuǎn)換為機械位移。

基本要求：

1.精度高

2.快速相應特性好

3.調(diào)速範圍大

4.系統(tǒng)可靠性要好

5.較強得超載能力

6.2步進電動機伺服系統(tǒng)

步進電動機是一種將電脈衝信號轉(zhuǎn)變成機械角位移的

特殊電機。按其輸出扭矩的大小,分為:快速步進電動機和功率步進電動機按其勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等；

按其工作原理可分為磁電式和反應式步進電動機

1.步進電動機工作原理

2.步進電動機主要特性參數(shù)

(1)步距角:α=360°/mkz

步進電動機運行k拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距角；

(2)最大啟動力矩：步進