数控机床.pdf
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1、第第1章 概论章 概论 1.1 数控技术的发展过程数控技术的发展过程 1.1.1 数控机床的出现和发展 数控是数字控制 数控机床的出现和发展 数控是数字控制( Numerical control )的简称的简称, 是近代发展起来的用数字化信息进行控制的自动 控制技术 是近代发展起来的用数字化信息进行控制的自动 控制技术.其含义使用以数值和符号构成的数字信 息自动控制机床的运转 其含义使用以数值和符号构成的数字信 息自动控制机床的运转.数控机床也称数控机床也称NC机床机床. 第一代第一代: 1952年年 ,电子管控制的第一台三坐标 联动的铣床; 电子管控制的第一台三坐标 联动的铣床; 第二代第二
2、代:1959年年,出现了晶体管控制的出现了晶体管控制的“加工中 心 加工中 心”; 第三代第三代:1965年年,出现了小规模集成电路出现了小规模集成电路.使数 控系统的可靠性得到了进一步的提高; 以上三代数控系统都是采用专用控制硬件逻 辑数控系统 使数 控系统的可靠性得到了进一步的提高; 以上三代数控系统都是采用专用控制硬件逻 辑数控系统,称为普通数控系统称为普通数控系统,即即NC系统系统. 第四代第四代:1967年以计算机作为控制单元的数控制系:1967年以计算机作为控制单元的数控制系 统.FMS(Flexible Manufacturing System) ,柔性制造系统。统.FMS(Fl
3、exible Manufacturing System) ,柔性制造系统。 第五代第五代:1970年,美国英特尔开发使用了微处理器.CNC。:1970年,美国英特尔开发使用了微处理器.CNC。 1.1.2 我国数控机床发展概况1.1.2 我国数控机床发展概况 1.1.3 数控机床的发展趋势1.1.3 数控机床的发展趋势 1. 数控系统发展趋势1. 数控系统发展趋势 采用开放式结构:进线、联网、专用要求。采用开放式结构:进线、联网、专用要求。 向智能化发展向智能化发展 具有自动编程、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺具有自动编程、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺 参数自动生成、三维刀具补偿
4、、运动参数动态补偿,人机界面参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿,人机界面 极为友好,有故障专家诊断系统。极为友好,有故障专家诊断系统。 2.数控机床发展趋势2.数控机床发展趋势 高速、 高效、高精度、高可靠性高速、 高效、高精度、高可靠性 模块化、专门化、个性化;智能化、柔性化和集成化。模块化、专门化、个性化;智能化、柔性化和集成化。 开放性开放性 1.2 数控机床的基本组成及工作原理数控机床的基本组成及工作原理 1.2.1 数控机床的组成数控机床的组成 数控系统功用:数控系统功用:接受数控装置送来的脉冲信号, 经过数控系统的逻辑电路或系统软件进行编译、 运算和逻辑处理后,输出各种信
5、息和指令,控制 机床各部分进行规定的动作。 接受数控装置送来的脉冲信号, 经过数控系统的逻辑电路或系统软件进行编译、 运算和逻辑处理后,输出各种信息和指令,控制 机床各部分进行规定的动作。 1.2.2 数控机床的数控机床的工作原理工作原理 数控机床加工零件数控机床加工零件,首先要将被加工零件的图 样及工艺信息数字化 首先要将被加工零件的图 样及工艺信息数字化,用规定的代码和程序式编写 加工程序 用规定的代码和程序式编写 加工程序,然后将所编写程序指令输入到机床的数 控装置中 然后将所编写程序指令输入到机床的数 控装置中.数控装置再将程序数控装置再将程序(代码代码)进行译码、运 算,向机床各个坐
6、标的伺服机构和辅助控制装置 发出信号,驱动机床各运动部件,控制所需要的 辅助运动,最后加工出合格零件。 进行译码、运 算,向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置 发出信号,驱动机床各运动部件,控制所需要的 辅助运动,最后加工出合格零件。 1.3 数控机床的分类数控机床的分类 1.3.1 按控制系统按控制系统功能分类功能分类 1. 点位控制数控机床点位控制数控机床 2. 点位直线控制机床点位直线控制机床 3. 轮廓控制机床轮廓控制机床 1.3.2 1.3.2 按加工方式分类按加工方式分类 1. 一般数控机床 2.加工中心 1.3.3 1. 一般数控机床 2.加工中心 1.3.3 按伺服控制分类按
7、伺服控制分类 1.开环控制系统 2.闭换控制系统 3.半闭环控制系统 1.开环控制系统 2.闭换控制系统 3.半闭环控制系统 1.3.4 按数控系统的功能水平分类1.3.4 按数控系统的功能水平分类 1.4 数控机床的特点1.4 数控机床的特点 1.4.1 数控机床的加工特点1.4.1 数控机床的加工特点 1. 适应性强,适合加工单件小批量1. 适应性强,适合加工单件小批量 复杂零件复杂零件 2.加工精度高,产品质量稳定2.加工精度高,产品质量稳定 3.自动化程度高,劳动强度低3.自动化程度高,劳动强度低 4.生产效率高4.生产效率高 减少辅助时间和机动时间减少辅助时间和机动时间 5.良好的经
8、济效率5.良好的经济效率 6.有利于生产管理的现代化6.有利于生产管理的现代化 1.4.2 数控机床的使用特点1.4.2 数控机床的使用特点 1.对维修人员的技术水平要求较高1.对维修人员的技术水平要求较高 2.对夹具和刀具的要求较高2.对夹具和刀具的要求较高 数控机床对数控机床对刀具的要求刀具的要求: 精度较高、寿命高、尺寸稳定、变化小;精度较高、寿命高、尺寸稳定、变化小; 快速换刀;快速换刀; 刀柄应为标准系列;刀柄应为标准系列; 能很好地控制切屑的折断、卷曲和排出;能很好地控制切屑的折断、卷曲和排出; 具有很好的可冷却性能。具有很好的可冷却性能。 3. 数控机床的应用范围数控机床的应用范
9、围 多品种、小批量生产的零件;多品种、小批量生产的零件; 形状结构比较复杂的零件;形状结构比较复杂的零件; 需要频繁改型的零件;需要频繁改型的零件; 价值昂贵,不允许报废的关键零件;价值昂贵,不允许报废的关键零件; 需要最短周期的急需零件;需要最短周期的急需零件; 批量较大、精度要求高的零件。批量较大、精度要求高的零件。 习题: 1.什么是数控什么是数控? 数控机床的加工原理是什么数控机床的加工原理是什么? 2.数控机床是由哪几部分组成数控机床是由哪几部分组成?各有什么作用各有什么作用? 3.什么是开环、闭环、半闭环数控机床?它们之间有什么 区别? 什么是开环、闭环、半闭环数控机床?它们之间有
10、什么 区别? 第2章 零件程序的编制第2章 零件程序的编制 2.1 概 述概 述 数控机床是严格按照从外部输入的程序来自动地对被 加工工件进行加工的。为了与数控系统的的内部程序(系 统软件)及自动编程用的零件源程序相区别,我们把从外 部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序。它是数 控机床的应用软件。 数控机床是严格按照从外部输入的程序来自动地对被 加工工件进行加工的。为了与数控系统的的内部程序(系 统软件)及自动编程用的零件源程序相区别,我们把从外 部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序。它是数 控机床的应用软件。 2.1.1 数控机床程序编制的内容和步骤数控机床程序编制的内容和步骤
11、a. 明确加工目的明确加工目的,确定工艺参数确定工艺参数 b. 算基点与节点算基点与节点 c. 按规定的程序格式按规定的程序格式,逐条写程序逐条写程序 d. 程序输入程序输入: 键盘、接口键盘、接口 e. 程序校验首件试切程序校验首件试切 : 空刀运动空刀运动 用笔代刀用笔代刀 大批量生产(试切一件)大批量生产(试切一件) 三维动态显示三维动态显示 好的编程人员好的编程人员,要熟悉要熟悉 a. 机床结构、性能机床结构、性能 b. 数控系统数控系统 c. 加工工艺加工工艺 充分发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力充分发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力 2.1.2数控机床编程的方法数控机床编
12、程的方法 手工编程手工编程手工编程时间:加工时间手工编程时间:加工时间=30:1 自动编程自动编程 2.2数控机床编程的基础知识数控机床编程的基础知识 为了满足设计、制造、维修和普及的需要,在输入代 码、坐标系统、加工指令、辅助功能及程序格式方面,国 际上已形成了两个通用的标准 为了满足设计、制造、维修和普及的需要,在输入代 码、坐标系统、加工指令、辅助功能及程序格式方面,国 际上已形成了两个通用的标准 ISOInternational Standard Organization EIAElectronic Industries Association 2.2.1 程序结构与格式程序结构与格式
13、 N3 G00 X10 Z10 M03 S650; (1) 程序段号) 程序段号:查找、跳转注意,程序段标号与程 序的执行顺序无关,不管有无括号,程序都是按排列的先 后次序执行。 查找、跳转注意,程序段标号与程 序的执行顺序无关,不管有无括号,程序都是按排列的先 后次序执行。 (2)结束符: ;、 LF、*(2)结束符: ;、 LF、* (3)程序段中的主体部分:主体部分包含了各种控制信息(3)程序段中的主体部分:主体部分包含了各种控制信息 和数据和数据 2.2.2、功能字2.2.2、功能字 (1)准备功能字G代码: G00G99共100种。(1)准备功能字G代码: G00G99共100种。
14、G代码(使机床做某种操作的指令):G代码(使机床做某种操作的指令): 模态代码一旦执行就保持有效,直到同组另一代码出现模态代码一旦执行就保持有效,直到同组另一代码出现 非模态代码只有在其它所在的程序段内有效非模态代码只有在其它所在的程序段内有效 (2) 坐标字(尺寸字)(2) 坐标字(尺寸字) X Y Z U V W I J KX Y Z U V W I J K 有有“+ +” “- -”之分, 之分, “+ +”可以省略可以省略 (3) 进给功能字F: F是指各坐标方向速度的矢量和(3) 进给功能字F: F是指各坐标方向速度的矢量和 G95 F500 0.5mm/rG95 F500 0.5m
15、m/r G94 F200 200mm/min G94 F200 200mm/min (4)主轴转速功能字S: (4)主轴转速功能字S: (4) 主轴转速功能字主轴转速功能字S: 规定主轴转速:规定主轴转速:S300 300r/min (5) 刀具功能字刀具功能字T: T03 = T3 (6) 辅助功能字辅助功能字(M功能功能) M00M99 : 分模态与非模态分模态与非模态 辅助功能代码与坐标代码同时执行辅助功能代码与坐标代码同时执行G00 M08 坐标移动指令之前执行坐标移动指令之前执行M代码。代码。“前置前置” G00 M03 反之反之“后置后置” G00 M02 M00: 程序停止程序停
16、止 M01: 可选择可选择stop M02 :全段程序停止全段程序停止. M30 : 程序停止程序停止.指针指向程序头指针指向程序头 (7) 刀具偏置字刀具偏置字( D和和H ) G42 D01 2.3 、坐标轴、坐标轴 2.3.1 坐标轴:坐标轴:直角笛卡尔坐标轴直角笛卡尔坐标轴注意右手定正负注意右手定正负 无论那一种数控机床都规定无论那一种数控机床都规定Z轴作为平行于主轴中心线的 坐标轴 注意刀具相对静止工件运动的原则 轴作为平行于主轴中心线的 坐标轴 注意刀具相对静止工件运动的原则 2.3.2 坐标系坐标系 机床的坐标原点在机床上某一点,是固定不变的,机床出厂已 确定。机床的换刀点,托板
17、的交换刀,这些点在机床上都是固定 点 (1)机床坐标系 (2)工件坐标系:程序编制人员在编制时使用的,在这个坐标 系内编程可以简化坐标计算,减少错误,缩短程序长度。 机床的坐标原点在机床上某一点,是固定不变的,机床出厂已 确定。机床的换刀点,托板的交换刀,这些点在机床上都是固定 点 (1)机床坐标系 (2)工件坐标系:程序编制人员在编制时使用的,在这个坐标 系内编程可以简化坐标计算,减少错误,缩短程序长度。 G90 G92 x-y- G90 G92 x-y- 在实际的加工中,操作者在机床上装好工件之后要测量该工件 坐标系的原点和基本机床坐标系原点的距离,并把测得的距离在数 控系统中预先设定,这
18、个设定值叫工件零点偏置。 有些数控系统把选用机床坐标系的指令设定为 在实际的加工中,操作者在机床上装好工件之后要测量该工件 坐标系的原点和基本机床坐标系原点的距离,并把测得的距离在数 控系统中预先设定,这个设定值叫工件零点偏置。 有些数控系统把选用机床坐标系的指令设定为G54G59,它 是模态代码。需要指出的是 ,它 是模态代码。需要指出的是,现代机床一般既可用预置寄存的方法定 坐标系 现代机床一般既可用预置寄存的方法定 坐标系:CRT/MDI(Cathode reytube/man data input)手工输入方法设 置加工坐标系。 手工输入方法设 置加工坐标系。 例例P14 T29 G5
19、3 非续效代码非续效代码,只有在只有在G90状态下才有效状态下才有效. G54续效代码续效代码 G28 X0 Y0 : X0、Y0是返回的中间点是返回的中间点 2.4 常用编程指令常用编程指令 在数控机床加工中,常用在数控机床加工中,常用G、M、T、和、和S指令来控制指令来控制 各种加操作各种加操作G00G99 M00M99 插补插补:根据某段轮廓线(曲线或直线)的端点坐标值把根据某段轮廓线(曲线或直线)的端点坐标值把 该轮廓线细分许多小段,根据加工精度不同,每小段的长该轮廓线细分许多小段,根据加工精度不同,每小段的长 度可以是几微米到几毫米。度可以是几微米到几毫米。 2.4.1 快速定位方式
20、:快速定位方式:G00 G00X_Y_Z_;不能由程序改;不能由程序改 变,但可用倍率开关改变。不同的系统有不同的速度,一变,但可用倍率开关改变。不同的系统有不同的速度,一 般都在般都在1030m/min之间之间 2.4.2 直线插补方式直线插补方式: G01 G90 or G01 X_Y_Z_F_; 2.4.3 圆弧插补方式:圆弧插补方式: G02 G03 (xy)G17 or (xz) G18 or (yz) G19 G02 X_Y_I_J_F; G03 还有还有R方式方式: 180 R 为正为正180 R 为负为负 有些系统不能用有些系统不能用R编程,如果圆弧的起点和终 点相同,由于数控
21、系统无法用确定圆弧的中心位 置,只能用 编程,如果圆弧的起点和终 点相同,由于数控系统无法用确定圆弧的中心位 置,只能用I、J、K确定圆心的方式来编程确定圆心的方式来编程 2.4.3切削螺旋指令切削螺旋指令G33(模态)(模态) eg.(T2-18 P24) 2.4.4 刀具长度偏置指令刀具长度偏置指令 G43. G44. G49. (模态)(模态) G43 H_Z_;G44 H_Z_;(;(正向偏置,负向偏置)正向偏置,负向偏置) 2.4.5 刀具半径补偿指令刀具半径补偿指令 数控系统绝大都具有刀具半径补偿功能,为程序编制提供了 方便。当编制零件加工的程序时不需要计算刀具中心运动轨迹, 而只
22、需按零件轮廓编程。在控制面板上用( 数控系统绝大都具有刀具半径补偿功能,为程序编制提供了 方便。当编制零件加工的程序时不需要计算刀具中心运动轨迹, 而只需按零件轮廓编程。在控制面板上用(CRT/MDI)方式, 人工输入刀具半径值,数控系统便能自动的计算出刀具中心的偏 移向量。 刀具位于工件左侧(假设工件不动) )方式, 人工输入刀具半径值,数控系统便能自动的计算出刀具中心的偏 移向量。 刀具位于工件左侧(假设工件不动) G41 D01 刀具位于工件右侧(假设工件不动)刀具位于工件右侧(假设工件不动) G42 D01 刀具半径补偿的建立,只能在刀具半径补偿的建立,只能在G00或或G01方式下完成
23、,不能方式下完成,不能 G02、G03在或其他曲线插补方式下进行,刀具半径补偿一旦建 立,在没被取消之前一直有效,编程曲线永远是铣刀回转圆的包 络线。 在或其他曲线插补方式下进行,刀具半径补偿一旦建 立,在没被取消之前一直有效,编程曲线永远是铣刀回转圆的包 络线。 刀刀具半径补偿的建立和取消过程具半径补偿的建立和取消过程 刀具半径补偿分为刀具半径补偿分为A、B类和类和C类类 A、B类:类:只是能实现在本程序段内的刀具补偿,而对于程序段间只是能实现在本程序段内的刀具补偿,而对于程序段间 的过渡不予处理。只有的过渡不予处理。只有B补偿功能的数控系统,在编程时,除了补偿功能的数控系统,在编程时,除了
24、 零件轮廓各程序段之外,还应考虑尖角过渡。零件轮廓各程序段之外,还应考虑尖角过渡。 C类(类(C机能)机能):可以自动地尖角过渡,只要给出零件轮廓的程序:可以自动地尖角过渡,只要给出零件轮廓的程序 数据,数控系统能自动地进行拐角处的刀具轨迹交点的计算。因数据,数控系统能自动地进行拐角处的刀具轨迹交点的计算。因 此,刀具半径补偿此,刀具半径补偿C功能可用于内、外拐角轮廓的加工,而且在功能可用于内、外拐角轮廓的加工,而且在 程序中不考虑尖角过渡。分为程序中不考虑尖角过渡。分为伸长型、插入型、缩短型插补伸长型、插入型、缩短型插补 注意注意:现代数控系统可以先读入几段甚至全部加工程序,进行分:现代数控
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