模塊十 數(shù)控加工基礎(chǔ)知識

1模塊十?dāng)?shù)控加工基礎(chǔ)知識2數(shù)控加工基礎(chǔ)知識數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床及其工作原理數(shù)控坐標(biāo)系數(shù)控編程基礎(chǔ)知識數(shù)控車削編程數(shù)控銑削編程編程舉例3一

數(shù)控機(jī)床及其工作原理(一)數(shù)控機(jī)床的概念

數(shù)控又稱為數(shù)字控制(NumericalControl),是一種利用數(shù)字化信息發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動控制的技術(shù)。

數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)字控制技術(shù)的加工設(shè)備,它通過數(shù)字化信息對機(jī)床的運(yùn)動方向及加工過程進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)要求的機(jī)械動作,并自動完成加工任務(wù)。它是一種典型的技術(shù)密集且自動化程度很高的機(jī)電一體化產(chǎn)品。(二)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展

數(shù)控機(jī)床誕生于美國。1952年,美國帕森斯公司與麻省理工學(xué)院共同研制成功了世界上第一臺數(shù)控機(jī)床,用來加工直升機(jī)葉片輪廓檢查用樣板。半個世紀(jì)以來,數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展,其加工精度和加工效率不斷提高。數(shù)控機(jī)床發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段共六個時代.4一.數(shù)控機(jī)床及其工作原理1.硬件數(shù)控階段:(NC)

早期的計算機(jī)運(yùn)算速度低,不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時控制的要求,人們只好用數(shù)字邏輯電路搭成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng),這就是硬件連接數(shù)控,簡稱數(shù)控(NC)。這個階段一共經(jīng)歷了三代,即第一代的電子管數(shù)控機(jī)床,第二代的晶體管數(shù)控機(jī)床,第三代的小規(guī)模集成電路數(shù)控機(jī)床。5一.數(shù)控機(jī)床及其工作原理2.計算機(jī)數(shù)控階段:(CNC)

這個階段也經(jīng)歷了三代:即第四代的小型計算機(jī)數(shù)控機(jī)床,第五代的微型計算機(jī)數(shù)控機(jī)床以及第六代基于PC的數(shù)控機(jī)床。

前三代數(shù)控機(jī)床采用專用控制計算機(jī)的硬件數(shù)控裝置,早已被淘汰;后三代的數(shù)控機(jī)床,則以小型／微型計算機(jī)取代硬件控制計算機(jī)作為核心部件，數(shù)控機(jī)床的許多控制功能由專用軟件實(shí)現(xiàn),其數(shù)控系統(tǒng)被稱為軟件控制系統(tǒng),又稱CNC系統(tǒng)。6一.數(shù)控機(jī)床及其工作原理(三)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn):1.具有高柔性。2.生產(chǎn)效率高,減少輔助時間和機(jī)動時間。3.加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

4.自動化程度高,勞動強(qiáng)度低。

5.能加工形狀復(fù)雜的零件。7(四)數(shù)控機(jī)床的工作原理一.數(shù)控機(jī)床及其工作原理操作面板PLC電氣控制裝置輸入/輸出設(shè)備計算機(jī)數(shù)控裝置主軸伺服單元檢測反饋裝置進(jìn)給伺服單元檢測反饋裝置主軸伺服單元進(jìn)給驅(qū)動裝置機(jī)體本體計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)8二.數(shù)控機(jī)床的分類(一)按工藝用途分類:（１）金屬切削類數(shù)控機(jī)床:*普通數(shù)控機(jī)床：如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床等。*復(fù)合型數(shù)控機(jī)床:如銑鏜加工中心、車銑加工中心等。（２）金屬成型類數(shù)控機(jī)床：如數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等．（３）數(shù)控特種加工機(jī)床：如數(shù)控線切割機(jī)、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床等．（４）其它類型數(shù)控機(jī)床：如數(shù)控三坐標(biāo)測量儀等．9二．?dāng)?shù)控機(jī)床分類(二)按運(yùn)動軌跡分類:A.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床:它控制機(jī)床移動部件由一個點(diǎn)準(zhǔn)確地移動到另一個點(diǎn),而對運(yùn)動軌跡沒有嚴(yán)格要求.在移動和定位過程中刀具不進(jìn)行任何切削加工.如數(shù)控鉆床等.10二．?dāng)?shù)控機(jī)床分類B.直線控制數(shù)控機(jī)床:刀具相對于工件的移動軌跡是平行于機(jī)床某一坐標(biāo)軸或者與坐標(biāo)軸成45度夾角的直線,刀具在移動過程中進(jìn)行切削。早期的數(shù)控車床、數(shù)控銑床等使用這類控制系統(tǒng)。11二．?dāng)?shù)控機(jī)床分類C.輪廓控制(連續(xù)控制)數(shù)控機(jī)床:能控制兩個或兩個以上的坐標(biāo)軸,對坐標(biāo)軸的方向、行程、運(yùn)動速度進(jìn)行嚴(yán)格連續(xù)控制,可加工由任意斜線、曲線和曲面組成的復(fù)雜零件。12(三)按可控制聯(lián)動的坐標(biāo)軸分類1.兩軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床:數(shù)控機(jī)床能同時控制兩個坐標(biāo)軸聯(lián)動,可用于加工各種回轉(zhuǎn)體零件，如數(shù)控車床。2.兩軸半聯(lián)動數(shù)控機(jī)床:數(shù)控機(jī)床有三個坐標(biāo)軸,能做三個方向的運(yùn)動,但數(shù)控裝置只能同時控制兩個坐標(biāo)軸,第三軸只能作等距周期運(yùn)動,可加工空間曲面。13(三)按可控制聯(lián)動的坐標(biāo)軸分類3.三軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床:數(shù)控機(jī)床能同時控制三個坐標(biāo)軸聯(lián)動,可用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床。4.多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床:數(shù)控機(jī)床能同時控制三個以上坐標(biāo)軸聯(lián)動,可使刀具軸線方向在一定的空間內(nèi)任意控制,主要用于加工異形復(fù)雜的零件。14(四)按伺服系統(tǒng)類型分類A.開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床:它沒有位置檢測裝置和反饋裝置,不能對移動工作臺實(shí)際移動距離進(jìn)行位置測量和反饋,其移動部件的位移精度主要決定于進(jìn)給傳動系統(tǒng)各有關(guān)零件的制造精度。15B.閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床有位置測量和反饋裝置,加工中將工作臺實(shí)際位移量的檢測結(jié)果反饋給數(shù)控裝置,并與輸入的指令進(jìn)行比較、校正，直至誤差值為零。其特點(diǎn)是加工精度高,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計和調(diào)試較困難。16C.半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床其位置檢測裝置不直接測量機(jī)床工作臺的位移量,而是通過檢測絲桿轉(zhuǎn)角,間接地測量工作臺的位移量,并反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行位置校正。在精度要求適中的中小型數(shù)控機(jī)床上,半閉環(huán)控制得到了廣泛的應(yīng)用。17三.數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系1.機(jī)床坐標(biāo)系:為了確定機(jī)床的運(yùn)動方向與運(yùn)動距離,以描述刀具與工件之間的位置與變化關(guān)系,我們需要建立機(jī)床坐標(biāo)系。確認(rèn)機(jī)床坐標(biāo)系應(yīng)遵循的基本原則是:(1)刀具相對于靜止零件運(yùn)動原則。(2)機(jī)床坐標(biāo)系采用右手直角笛卡爾坐標(biāo)系。18

右手笛卡兒坐標(biāo)系

右手的大拇指、食指和中指互相垂直時,拇指的方向?yàn)閄軸的正方向,食指為Y軸的正方向,中指為Z軸的正方向.以X、Y、Z坐標(biāo)軸線或以與X、Y、Z坐標(biāo)軸平行的坐標(biāo)軸線為中心旋轉(zhuǎn)的圓周進(jìn)給坐標(biāo)軸分別以A、B、C表示,其正方向由右手螺旋法則確定。19機(jī)床坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸確定的順序先確定Z軸:與主軸軸線平行或重合的坐標(biāo)軸為Z軸,以刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎颉Ｔ俅_定X軸:平行于工件裝夾面,與Z軸垂直的水平方向的坐標(biāo)軸為X軸,以刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎?。最后確定Y軸:當(dāng)X軸和Z軸確定以后,利用右手法則確定Y軸及其正方向。20機(jī)床坐標(biāo)系21機(jī)床原點(diǎn)與機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系,其原點(diǎn)稱為機(jī)床原點(diǎn),由廠家設(shè)定位置,不允許用戶更改。而機(jī)床參考點(diǎn)是機(jī)床位置測量系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn),一般位于機(jī)床各坐標(biāo)軸正向極限位置的附近,與機(jī)床原點(diǎn)的距離是固定的。通常機(jī)床原點(diǎn)與參考點(diǎn)重合。每次機(jī)床開機(jī)后要進(jìn)行回參考點(diǎn)的操作,目的就是為了確定機(jī)床原點(diǎn)的位置,同時建立機(jī)床坐標(biāo)系。222.工件坐標(biāo)系與工件原點(diǎn)A.工件坐標(biāo)系:

工件坐標(biāo)系是由編程者制定的,以工件上某一個固定點(diǎn)為原點(diǎn)的右手直角坐標(biāo)系,又稱為編程坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的差別在于原點(diǎn)的位置不同。由于機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)不在工件上,利用機(jī)床坐標(biāo)系去編程是非常困難的，為了有利于編程,我們需要建立工件坐標(biāo)系,編程時所有的坐標(biāo)值都是假設(shè)刀具的運(yùn)動軌跡點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的位置,而不必考慮工件毛坯在機(jī)床上的實(shí)際裝夾位置。23工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的設(shè)置原則(1)設(shè)置在工件的工藝基準(zhǔn)或設(shè)計基準(zhǔn)上。(2)設(shè)置在尺寸精度高和表面粗糙度低的位置。(3)便于測量和編程。我們利用工件坐標(biāo)系編程時,不必考慮工件在機(jī)床內(nèi)的安裝位置,但在自動加工時則需要確定機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系之間的相互位置關(guān)系。工件裝夾到機(jī)床上后,可通過對刀操作來確定兩者之間的位置關(guān)系,加工程序才能夠被執(zhí)行。機(jī)床類型工件原點(diǎn)位置數(shù)控車床一般設(shè)在工件右端面的中心數(shù)控銑床一般設(shè)在工件上表面的幾何中心或四個基準(zhǔn)角上．24工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置XOz數(shù)控車床ZXYo數(shù)控銑床25四．?dāng)?shù)控編程基本知識１．?dāng)?shù)控編程的方法與內(nèi)容：

所謂編程，就是綜合零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床運(yùn)動以及刀具位移等因素，按照數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的代碼和格式編寫成加工指令單的過程，數(shù)控編程的方法分為手工編程和自動編程。

＊手工編程：加工程序的編寫及校驗(yàn)主要是由手工完成稱為手工編程。

26手工編程的步驟零件圖分析確定加工工藝數(shù)值計算編寫程序單程序輸入程序校驗(yàn)和首件試切正式加工27＊自動編程：自動編程也稱為計算機(jī)輔助編程，即程序編制的工作大部分或全部是由計算機(jī)通過專門的編程軟件完成的。自動編程大大減輕了編程人員的勞動強(qiáng)度，同時解決了手工編程無法解決的許多復(fù)雜零件的編程難題。自動編程的主要類型有：數(shù)控語言編程（如ＡＰＴ語言）、圖形交互式編程（如ＣＡＤ／ＣＡＭ軟件）和實(shí)物模型式自動編程。28２．?dāng)?shù)控程序的結(jié)構(gòu)數(shù)控程序由三個部分組成：程序名、程序內(nèi)容和程序結(jié)束．例如：Ｏ００１１程序名Ｎ１０Ｔ０１０１；Ｎ２０Ｍ０３Ｓ４００；程序內(nèi)容Ｎ３０Ｇ００Ｘ４０Ｚ２；Ｎ４０Ｍ３０；程序結(jié)束

29（１）程序名系統(tǒng)可以存儲多個程序，為相互區(qū)分，在程序的開始必須冠以程序名：ＦＡＮＵＣ系統(tǒng)：Ｏ＊＊＊＊（字母Ｏ加四個數(shù)字）ＳＩＥＭＥＮＳ系統(tǒng)：ＡＢ＊＊＊＊＊＊（程序開始兩個字符必須是字母）ＨＮＣ系統(tǒng)：Ｏ＊＊＊＊＊＊（字母Ｏ加若干個字母或數(shù)字）

30（２）程序內(nèi)容程序內(nèi)容由若干個程序段組成，用來描述整個加工過程。程序段=段號+程序字+結(jié)束符“；”。（西門子系統(tǒng)程序段結(jié)束符為“ＬＦ”)程序段號用Ｎ表示，段號可以不寫并不影響程序的執(zhí)行。系統(tǒng)在執(zhí)行程序時，是按照程序段的先后順序依次執(zhí)行，而不是按照段號的大小順序執(zhí)行的。N10……;N20……;程序內(nèi)容

N30……;……31（２）程序內(nèi)容（續(xù)）程序字是由地址符（英文字母）和數(shù)字組成，一個程序字表示機(jī)床的一個動作或功能。例如：M03S50其中M、S為地址，數(shù)字03、50與前面的地址相結(jié)合成為一個程序字，代表著不同的功能．（３）程序結(jié)束：程序的最后必須用“M3０/M02”等指令結(jié)束，否則系統(tǒng)報警．N10M03S50;

程序字

……

N100M30；

程序結(jié)束指令

32３．?dāng)?shù)控編程的特點(diǎn)１．直徑編程：數(shù)控車床中，有兩種編程方式：直徑編程和半徑編程，我們可以通過系統(tǒng)參數(shù)或者指令進(jìn)行設(shè)置．但為方便起見，一般都采用直徑編程方式，即其X坐標(biāo)一般表示工件直徑２．絕對坐標(biāo)與相對（增量）坐標(biāo)：Ａ絕對坐標(biāo):刀具的位置坐標(biāo)都是以固定的坐標(biāo)原點(diǎn)為基準(zhǔn)計算的，用G90代碼指定。33３．?dāng)?shù)控編程的特點(diǎn)（續(xù)）Ｂ相對坐標(biāo)：刀具的位置坐標(biāo)都是相對于其前一位置坐標(biāo)的實(shí)際位移量，方向與機(jī)床坐標(biāo)系相同，用G91代碼指定。３．模態(tài)指令與非模態(tài)指令：＊模態(tài)指令：只要指定一次便一直有效，直到被同組的其它指令取代．＊非模態(tài)指令：這種指令只在被指定的程序段中才有效．34絕對坐標(biāo)與相對坐標(biāo)示意圖XYOAB10301237XYOAB12251020絕對坐標(biāo)相對坐標(biāo)35七.編程舉例

數(shù)控車削編程36臺階軸車削

O0009;T0101;M03S400;G00X40Z0;G01X0Z0F0.3;G00X0Z2;G00X34Z2;G01X34Z-20F0.3;G01X40Z-20F1;Φ３７Φ３４Φ３１２０１０零件毛坯：ZOX37臺階軸車削G00X40Z2;G00X31Z2;G01X31Z-10F0.3;G01X40Z-10F1;G00X100Z100;M05;M30;Φ３７Φ３４Φ３１２０１０零件毛坯：OXZ38七.編程舉例(續(xù))