数控机床编程第2版杜国臣主编第1章xin28220新.ppt
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1、在线教务辅导网:http:/ 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网 2019/5/192019/5/19 1 1 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 教育部高等职业教育示范专业规划教材教育部高等职业教育示范专业规划教材 机械工业出版社精品教材机械工业出版社精品教材 主编主编 杜国臣杜国臣 (第(第2 2版)版) 机械工业出版社机械工业出版社2019/5/19 2019/5/19 2 2 数控机床编程 电子课件(第2版) 主 编:杜国臣 副主编:李传军 李瑞斌 刘秉亮 毕世英 本书第2版是普通高等教育“十一五”国家级规划教材 、机械工业出版社精品教材。本书第
2、2版是在第l版的基础上 ,根据“高等职业教育机械类专业人才培养目标及基本规格 ”的要求,并充分反映近年来数控机床的发展与应用而修订 的。 ISBN 978-7-111-28220-4ISBN 978-7-111-28220-4 机械工业出版社机械工业出版社 杜国臣教授主编的普杜国臣教授主编的普 通高等教育通高等教育“十一五十一五 ”国家级规划教材数国家级规划教材数 控机床编程,自第一控机床编程,自第一 次出版以来,受到广次出版以来,受到广 大师生和企业技术人大师生和企业技术人 员的青睐,先后被百员的青睐,先后被百 余所院校所采用,成余所院校所采用,成 为我国高等职业教育为我国高等职业教育 机械
3、类专业人才培养机械类专业人才培养 的首选教材,并祝贺的首选教材,并祝贺 该教材荣获机械工业该教材荣获机械工业 出版社精品教材出版社精品教材 称称 号!号! 2019/5/192019/5/19 4 4 目 录 第1章 数控机床概述 第2章 数控加工编程基础 第3章 数控加工工艺与图形的数学处理 第4章 数控车床编程 第5章 数控铣床编程 第6章 加工中心编程 第7章 自动编程 2019/5/192019/5/19 5 5 2019/5/192019/5/19 6 6 1.1 1.1 数控机床的基本概念数控机床的基本概念 本章小结本章小结 1.3 1.3 数控机床的产生与发展及技术水平数控机床的
4、产生与发展及技术水平 1.2 1.2 数控机床的分类数控机床的分类 第第1 1章章 数控机床概述数控机床概述 第第1 1章章 数控机床概述数控机床概述 本章学习目标: 数控机床是典型的机电一体化产品,是现代制造数控机床是典型的机电一体化产品,是现代制造 业的关键设备。本章主要讲述数控机床的基本概念和业的关键设备。本章主要讲述数控机床的基本概念和 工作原理、数控机床的分类以及数控机床的技术与发工作原理、数控机床的分类以及数控机床的技术与发 展水平等。本章要求理解并掌握数控机床的基本概念展水平等。本章要求理解并掌握数控机床的基本概念 和分类,了解数控技术的发展趋势以及以数控机床为和分类,了解数控技
5、术的发展趋势以及以数控机床为 基础的自动化生产系统的发展。基础的自动化生产系统的发展。 本章教学学时:4学时 本章教学要求: 第第1 1章章 数控机床概述数控机床概述 重点重点 CC数控机床的基本概念数控机床的基本概念 ; CC数控机床的分类数控机床的分类 。 难点难点 数控机床的工作过程和技术性能指标数控机床的工作过程和技术性能指标 、数控机床按、数控机床按 运动控制的特点和伺服系统的类型分类运动控制的特点和伺服系统的类型分类 。 1.1 数控机床的基本概念 1.1.1 1.1.1 什么是机床的数字控制什么是机床的数字控制 数控数控,即数字控制(,即数字控制(Numerical Contro
6、lNumerical Control,NCNC),在机床),在机床 领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一 种方法。用这种控制技术控制的机床就称为种方法。用这种控制技术控制的机床就称为“数控机床数控机床”( Numerically Controlled Machine ToolNumerically Controlled Machine Tool)或)或“NCNC机床机床”。 例如,要求机床执行如下一条指令程序段 N003 G01 X90 Z-20 F0.2 S1000 T0101 M03 其含义为:第3个程序段,用1号刀具加工
7、一条直线段,起点为刀具当前点或 上一程序段指令点,终点为程序段中给定的点(X90,Z-20);坐标值的计算以 坐标原点为基准;还指明机床主轴需正转且转速为1000 r/min,刀具的进给量为 0.2 mm/r。 1.1 数控机床的基本概念 从上面的程序段可以看出,它由数字09,字母X、 Z、S、F、T、M,符号“+”、“-”、“.”等组成, 而这些都要转换成“二进制”数字代码输入机床的数字 控制装置(即控制机床的专用计算机)中去,经过计算 机的计算处理、伺服控制、驱动机床各部件运动,完成 上述直线段的加工。由于指令运动过程是以二进制数字 代码进行的,所以称这种控制为数字控制。数字控制是 与机床
8、控制密切结合而发展起来的,因此,人们习惯把 “机床数控”简称为“数控”或“NC”, N003 G01 X90 Z-20 F0.2 S1000 T0101 M03 1.1 数控机床的基本概念 数控机床是一种高效、新型的自动化机床,具有广泛的 应用前景。它与普通机床相比具有以下特点: 1适应性、灵活性好; 2精度高、质量稳定; 3生产效率高; 4劳动强度低、劳动条件好; 5有利于现代化生产与管理; 分布式数字控制(Distributed Numerical Control,DNC) 柔性制造系统(Flexible Manufacturing System,FMS) 计算机集成制造系统(Comput
9、er Integrated Manufacturing System,CIMS) 6使用、维护技术要求高。 1.1 数控机床的基本概念 1.1.2 1.1.2 数控机床的组成数控机床的组成 数控机床的种类很多,但任何一种数控机床主要由控制介质、数控机床的种类很多,但任何一种数控机床主要由控制介质、 数控系统、伺服系统和机床主体四部分组成,如图数控系统、伺服系统和机床主体四部分组成,如图1-11-1所示。此外数所示。此外数 控机床还有许多辅助装置。控机床还有许多辅助装置。 图1-1 数控机床的基本组成 (1 1)控制介质)控制介质 指将零件加工信息传送到控制装置中指将零件加工信息传送到控制装置中
10、 去的程序载体。常用的有磁带、磁盘和去的程序载体。常用的有磁带、磁盘和U U盘等。此外,有的盘等。此外,有的 数控机床还采用穿孔带。如果程序简单,可通过编程面板直数控机床还采用穿孔带。如果程序简单,可通过编程面板直 接将程序输入到系统内部。随着接将程序输入到系统内部。随着CAD/CAMCAD/CAM技术的发展,现在技术的发展,现在 大多数控机床都采用大多数控机床都采用CAD/CAMCAD/CAM软件先在个人计算机上进行编软件先在个人计算机上进行编 程,然后通过计算机与数控系统的程,然后通过计算机与数控系统的RS232CRS232C接口进行通信,将接口进行通信,将 程序直接传送给数控装置。程序直
11、接传送给数控装置。 1.1 数控机床的基本概念 磁带、磁盘磁带、磁盘U U 盘盘CF CF 卡卡 穿孔带穿孔带机床传输线机床传输线 1.1 数控机床的基本概念 穿孔带穿孔带 ISOISO标准代码孔标准代码孔 (2)数控系统 数控系统数控机床的核心。现代数控系统由输入装置、 控制运算器和输出装置构成。它将输入装置输入的数字化信 息,经过控制软件或逻辑电路进行编译、运算插补和逻辑处 理后,输出各种信号和指令控制机床的各个部分,进行规定 的、有序的动作。 1.1 数控机床的基本概念 (3)伺服系统 是CNC装置和机床本体的联系环节,它 把来自CNC装置的微弱指令信号通过调解、转换、放大后驱 动伺服电
12、机,通过执行部件驱动机床运动。数控机床的伺服 驱动装置包括主轴控制单元、进给控制单元、可编程控制器 (Programmable Logic Control, PLC)、主轴与进给伺服 电机和测量反馈装置等。 1.1 数控机床的基本概念 面板控制单元 主轴 电机 进给伺服 电机 电子手轮 I/O模块 机床 控制面板 CNC键盘 驱动 系统 直线式光栅传感器直线式光栅传感器 1.1 数控机床的基本概念 AC伺服电机及其驱动器旋转编码器(增值型) 交流直线电机及其驱动器 步进电机及其驱动器 1.1 数控机床的基本概念 (4)机床主体 也称主机,它包括机床的主运动部 件、进给运动部件、执行部件和基础部
13、件,如主轴、滚 动导轨、滚珠丝杠、工作台(或刀架)、底座、立柱、 滑鞍等。 1.1 数控机床的基本概念 数数 控控 车车 床床 斜斜 置置 床床 身身 数控车床正置床身数控车床正置床身 数控机床的 床身、立柱 1.1 数控机床的基本概念 卧式加工中心的框架式立柱卧式加工中心的框架式立柱 1.1 数控机床的基本概念 立式加工中心立柱立式加工中心立柱 数控机床的滚珠丝杠 1.1 数控机床的基本概念 滚珠丝杠螺母副的外循环方式滚珠丝杠螺母副的外循环方式 1弯管;2压板;3丝杠;4 滚环;5螺纹管道 1.1 数控机床的基本概念 滚动导轨块的结构滚动导轨块的结构 直线滚动导轨直线滚动导轨 静静 压压 导
14、导 轨轨 工工 作作 原原 理理 1.1 数控机床的基本概念 (5)辅助装置 1)液压和气动装置; 2)自动换刀装置(Automatic Tool Changer, ATC); 3)自动工作台交换装置(Automatic Pallet Changer,APC) 4)自动对刀仪 5)自动排屑装置 6)电、液、气、冷却、润滑、防护装置等 1.1 数控机床的基本概念 数控车床自动换刀装置数控车床自动换刀装置 双刀架双刀架 带动力头卧式回转刀架带动力头卧式回转刀架 卧式回转刀架卧式回转刀架 立式回转方刀架立式回转方刀架 1.1 数控机床的基本概念 斗笠式刀库斗笠式刀库 链式刀库链式刀库 盘式刀库盘式刀
15、库 加工中心自动换刀装置加工中心自动换刀装置 1.1 数控机床的基本概念 加工中心刀具测量、工件测量系统加工中心刀具测量、工件测量系统 加工中心刀具预调仪加工中心刀具预调仪 1.1 数控机床的基本概念 车床用光学对刀仪车床用光学对刀仪 车床用车床用HPAHPA (High Precision ArmHigh Precision Arm) 刀具测量系统刀具测量系统 1.1.3 1.1.3 数控机床的工作过程数控机床的工作过程 如图1-2所示,数控机床的加工,首先要将被加工零件图纸上的 几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序,然后将加 工程序输入到数控系统,在数控系统控制软件的支持下,
16、经过处理与 计算后,发出相应的控制指令,通过伺服系统使机床按预定的轨迹运 动,从而完成零件的加工。 1.1 数控机床的基本概念 图1-2 数控机床的工作原理 1.1 数控机床的基本概念 (1)零件图工艺处理 工件的形状、尺寸、位置关系、 技术要求等进行分析;确定合理的加工方案、加工路线、装夹 方式、刀具及切削参数,同时还要考虑所用数控机床的指令 功能。 (2)数学处理 主要是计算出轮廓轨迹上的坐标值。 (3)数控编程 编写数控加工程序、程序仿真。 (4)程序输入 目前采用的输入方法主要有键盘、软驱 、USB接口、RS232C接口、DNC接口、网络接口等。数控系统 一般有两种不同的输入工作方式:
17、一种是边输入边加工,DNC 即属于此类工作方式;另一种是一次将零件数控加工程序输 入到计算机内部的存储器,加工时再由存储器一段一段地往 外读出,软驱、USB接口即属于此类工作方式。 (5)译码 数控系统按一个程序段为单位,按照一定 的语法规则把数控程序解释、翻译成计算机内部能识别的数 据格式,并以一定的数据格式存放在指定的内存内。同时还 完成对程序段的语法检查。 1.1 数控机床的基本概念 (6)数据处理 一般包括刀具补偿、速度计算以及辅 助功能的处理程序。刀具补偿有刀具半径补偿和刀具长度补 偿。刀具半径补偿的任务是根据刀具半径补偿值和零件轮廓 轨迹计算出刀具中心轨迹。刀具长度补偿的任务是根据
18、刀具 长度补偿值和程序值计算出刀具轴向实际移动值。速度计算 是根据程序中所给的合成进给速度计算出各坐标轴运动方向 的分速度。辅助功能的处理主要完成指令的识别、存储、设 标志等。 (7)插补 数控系统运用一定的算法,完成在轮廓起点 和终点之间的中间点的坐标值计算,即数据点的密化工作。 通常把数控机床上刀具运动轨迹是直线的加工,称为直线插补。如图a所示。 刀具运动轨迹是圆弧的加工,称为圆弧插补。如图b所示。数控系统一般都具有直 线和圆弧插补功能。目前普遍应用的插补算法可分为两大类:一类是基准脉冲插补 ;另一类是数据采样插补。 a)直线插补 1.1 数控机床的基本概念 b)圆弧插补 (8)伺服控制与
19、加工 伺服系统接受插补运算后的脉冲指 令信号或插补周期内的位置增量信号,经放大后驱动伺服电机, 带动机床的执行部件运动。 1.1 数控机床的基本概念 逐点比较法直线插补逐点比较法圆弧插补 数字积分法直线插补 数字积分法圆弧插补 1.1.4 1.1.4 数控机床的技术性能指标数控机床的技术性能指标 1 1数控机床的精度指标数控机床的精度指标 (1 1)定位精度和重复定位精度)定位精度和重复定位精度 定位精度定位精度是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实 际位置的精度。因此移动部件实际位置与理想位置之间的误差称为定位际位置的精度。因此移
20、动部件实际位置与理想位置之间的误差称为定位 误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统、移动部件导轨的误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统、移动部件导轨的 几何误差等误差等。定位误差将直接影响零件加工的位置精度。几何误差等误差等。定位误差将直接影响零件加工的位置精度。 重复定位精度重复定位精度是指在同一台数控机床上,应用相同程序相同代码加是指在同一台数控机床上,应用相同程序相同代码加 工一批零件,所得到的连续结果的一致程度。重复定位精度受伺服系统工一批零件,所得到的连续结果的一致程度。重复定位精度受伺服系统 特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般重复定特性、进给
21、系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般重复定 位精度是成正态分布的偶然性误差,它影响一批零件加工的一致性。位精度是成正态分布的偶然性误差,它影响一批零件加工的一致性。 对于中小型数控机床,定位精度一般对于中小型数控机床,定位精度一般0.015mm,0.015mm,重复定位精度为重复定位精度为 0.003mm0.003mm。 1.1 数控机床的基本概念 (2 2)分度精度)分度精度 分度精度分度精度是指分度工作台在分度时,理论要求回是指分度工作台在分度时,理论要求回 转的角度值和实际回转的角度值的差值。分度精度既影响零件加工部转的角度值和实际回转的角度值的差值。分度精度既影响零件加工部
22、位在空间的角度位置,也影响孔系加工的同轴度等。位在空间的角度位置,也影响孔系加工的同轴度等。 (3 3)分辨度与脉冲当量)分辨度与脉冲当量 分辨度分辨度是指两个相邻分散细节之间可以是指两个相邻分散细节之间可以 分辨的最小间隔。对测量系统而言,分辨度是可以测量的最小增量;分辨的最小间隔。对测量系统而言,分辨度是可以测量的最小增量; 对控制系统而言,分辨度是可以控制的最小位移增量,即数控装置每对控制系统而言,分辨度是可以控制的最小位移增量,即数控装置每 发出一个脉冲信号,反映到机床移动部件上的移动量,一般称为脉冲发出一个脉冲信号,反映到机床移动部件上的移动量,一般称为脉冲 当量,脉冲当量是设计数控
23、机床的原始数据之一,其数值的大小决定当量,脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一,其数值的大小决定 数控机床的加工精度和表面质量。目前普通数控机床的脉冲当量一般数控机床的加工精度和表面质量。目前普通数控机床的脉冲当量一般 采用采用0.001mm0.001mm,精密或超精密数控机床的脉冲当量采用精密或超精密数控机床的脉冲当量采用0.10.1(甚至(甚至0.010.01 )mm 。脉冲当量越小,数控机床的加工精度和加工表面质量越高。脉冲当量越小,数控机床的加工精度和加工表面质量越高。 1.1 数控机床的基本概念 2 2数控机床的可控轴数与联动轴数数控机床的可控轴数与联动轴数 数控机床的可控轴数数控机
24、床的可控轴数是指机床数控装置能够控制的坐标数目。数是指机床数控装置能够控制的坐标数目。数 控机床可控轴数和数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等控机床可控轴数和数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等 有关。世界上最高级数控装置的可控轴数已达到三十多轴。有关。世界上最高级数控装置的可控轴数已达到三十多轴。 数控机床的联动轴数数控机床的联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空 间某一点的坐标数目。间某一点的坐标数目。 3 3数控机床的运动性能指标数控机床的运动性能指标 数控机床的运动性能指标主要包括主轴转速、进给速度、坐标行数控机床的运动性能
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