机床数控技术及应用复习提纲

该复习资料仅供参考数控技术参考复习提纲第一章 数控技术概论什么是机床数控技术 (Numerical Control Technology,NC）?答：用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。什么是数控机床（Numerical Control Machine Tools）?答：数控机床是采用了数控技术的机床。数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码，或其它符号编码指令规定的程序。机床本体：-主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）-支承件（立柱、床身等）-特殊装置（刀具自动交换系统、工件自动交换系统）-辅助装置（如排屑装置等）什么是数控系统（Numerical Control System）?答：是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。什么是计算机数控系统（Computer Numerical Control，CNC ）?答：是以计算机为核心的数控系统。该复习资料仅供参考数控技术组成：计算机数控、位置控制板、PLC 接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。数控机床的特点：适应性、灵活性好；精度高、质量稳定；生产效率高；劳动强度低、劳动条件好；有利于现代化生产与管理；使用、维护技术要求高。数控机床的适用范围：1、当零件不太复杂，生产批量较小时，宜采用通用机床；2、当生产批量较大时，宜采用专用机床；3、当零件复杂程度较高时，宜采用数控机床。数控机床的分类分 类 方 法 数控机床类型按运动控制方式 点位 直线 轮廓按伺服系统 开环 半闭环 闭环按功能水平 经济型 中档型 高档型按工艺方法 金属切削数控机床 金属成形数控机床 特种加工数控机床点位控制：仅实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。直线控制：不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成 45角的方向进行直线移动和切削加工。轮廓控制：对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。该复习资料仅供参考开环控制：没有位置检测装置，信号单向；一般以步进电机作为伺服驱动部件；速度、精度低（受步进电动机的步距精度和工作频率以及传动机构传动精度的影响） ；结构简单、稳定、成本低、调试维修方便；适用范围：精度不高的经济型、中小型数控机床。闭环控制：带有位置检测装置,安装在机床刀架或工作台等执行部件上,随时检测执行部件的实际位置。差值控制，误差修正，直到消除。加工精度很高,但由于它将丝杠螺母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内,系统稳定性受到影响,调试困难,且结构复杂、价格昂贵。半闭环控制：带有位置检测装置，常安装在伺服电机上或丝杠的端部；可以获得稳定的控制特性（其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好） ，调试比较方便，价格也较全闭环系统便宜。适用范围：广泛应用。经济型数控机床：步进电机实现的开环驱动，功能简单、价格低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在 3 轴以下，脉冲当量（分辨率）多为 0.01mm，快速进给速度在 10mmin 以下。中档型数控机床：采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，能实现 4 轴或 4 轴以下联动控制，脉冲当量为 1m，进给速度为 15-24mmin，一般采用 16 位或 32 位处理器，具有RS232C 通信接口、DNC 接口和内装 PLC，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。高档型数控机床：采用交流伺服电机形成闭环驱动，开始采用直线伺服电机，能实现 5 轴以上联动，脉冲当量（分辨率）为 0.1-1m，进给速度可达 100mmin 以上。一般采用 32 位以上微处理器，形成多 CPU 结构。编程功能强，具有智能诊断、联网和通信功能。按工艺方法分类：分为：金属切削数控机床、金属成形数控机床、特种加工数控机床。也可分为：普通数控机床（指加工用途、加工工艺单一的机床）和加工中心（指带有自动换刀装置、能进行多工序加工的机床） 。智能“4M” 系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量( Measurement)、建模(Modeling)、加工(Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者(即 4M)融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。第二章 数控加工程序编制基础数控程编概念：从分析零件图纸开始，经过工艺分析、数学处理到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控程编。该复习资料仅供参考坐标轴的命名及方向：标准规定，在加工过程中无论是刀具移动，工件静止，还是工件移动，刀具静止，一般都假定工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。坐标数：采用数字控制的运动方向的个数联动数：数控系统能同时控制的坐标数（2 坐标联动加工6 坐标联动加工）机床坐标系：是机床上固有的坐标系，用于确定被加工零件在机床中的坐标、机床运动部件的位置（如换刀点、参考点）以及运动范围（如行程范围、保护区机床原点：是机床坐标系的零点, 是机床上固定的点，一般不允许用户改变。数控车一般在卡盘前后端面的中心，数控铣各厂家不一样，有的工作台中心，有的行程终点等。机床参考点：是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点，一般设在机床各轴正向极限的位置。采用增量式测量系统的数控机床开机后，都必须做回零操作，使刀具或工作台回到参考点，将会显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值。工件坐标系与工件原点1) 由编程人员确定,用于编程；2)工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点，可用程序指令来设置和改变；3)根据编程需要，在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。加工程序结构与格式：O0001；程序名N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ；N110 M30；程序结束指令该复习资料仅供参考宏指令与宏程序把具有某种功能的一组指令，像子程序一样存储在存储器中，并将该组指令用一个指令代表。最大特点：除了使用正常的 CNC 指令外，可以进行变量运算，用宏指令给变量设定实际值。何谓工艺指令？数控加工过程中的各种动作都是事先由程编人员在程序中用指令的方式予以规定的，主要包括准备功能 G 代码、辅助功能 M 代码、进给功能 F 代码、主轴转速功能 S 代码、刀具功能T 代码等。准备功能 G 代码和辅助功能 M 代码统称为工艺指令，是程序段的主要组成部分。准备功能 G 代码在插补运算之前需要规定，为插补运算作好准备的工艺指令。如：G17 、G01 、G02、G81模态代码：一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它 G 代码所代替。非模态代码：仅在所出现的程序段内有效。数控编程中的常用指令绝对坐标与增量坐标编程指令 G90、G91 快速点定位指令 G00直线插补指令 G01 圆弧插补指令 G02/G03 该复习资料仅供参考刀具半径补偿建立与取消指令 G41/G42、G40刀具长度补偿建立与取消指令 G43/G44、G49刀具补偿功能应用的优点：1)简化程编工作；2)实现粗、精加工；3)实现内外型面的加工。坐标平面选择指令 G17(XY 面)、G18(ZX 面)、G19(YZ 面)工件坐标系设定指令 G92用 G54-G59 指令设定工件坐标系操作者在实际加工前，测量工件原点与机床原点之间的偏置值，并在数控系统中预先设定。这个值叫做“工件零点偏置” 。暂停（延迟）指令 G04 G04 指令是根据暂停计时器预先给定的暂停时间停止进给。它的功能是使刀具作短时间（几秒钟）的无进给光整加工，用于车槽、镗孔、锪孔等场合。极坐标指令 G16（建立） 、G15（取消）参考点返回：参考点是机床上的固定点，一般作为换刀和坐标系测量零点等使用，通过参考点返回功能 G28 可以很容易移动到参考点上。G28G91X0Y0Z0；比例缩放（G51、G50) G51 X-Y-Z-P-；X、Y、Y 缩放中心,P 缩放倍数G51X-Y-Z-I-J-K；X、Y、 Z 缩放中心，I、J、K 各轴缩放倍数，倍率为负，实现镜像G50 缩放取消坐标旋转指令（G68，G69) G17/G18/G19 G68 X-Y-Z-R-； 旋转中心（X、Y、Z）,R 旋转角度，逆（正）G69 取消该复习资料仅供参考该复习资料仅供参考该复习资料仅供参考F、S、 T 代码主要内容F模态代码 代码法 直接给定法G94 表示进给速度与主轴速度无关的每分钟进给量（ mm/min） ；G95 表示与主轴转速有关的主轴每转进给量（mm/r） ，如车螺纹、攻丝等。S切削速度G96 S160 表示控制主轴转速，使切削点的线速度始终保持在 160m/min；G97 S1000 表示注销 G96，即主轴不是恒线速度，其转速为 1000r/min。T刀具功能指令T12 表示 12 号刀具；T0101，前两位 01 表示刀具号，后两位 01 表示刀具补偿号。切削三要素：切削速度、进给量、背吃刀量。数控加工工艺的特点：1）工序内容具体；2）工序内容复杂；3）工序内容严密；4）工序集中5)加工精度不仅取决于加工过程，还取决于程编阶段(存在逼近误差、圆整化误差、插补误差)数控加工工艺的内容：1. 数控机床上加工零件的选择；2. 数控工艺性分析；3. 工艺路线制订；4. 工序设计；5. 工艺指令的处理。零件设计及工艺性的要求：1)零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则；2)零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点零件外形、内腔最好采用统一几何类型和尺寸（减少刀具规格和换刀时间）内槽圆角半径不应过小原因：内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，如果太小，刚度不足，影响表面加工质量，工艺性较差。因而内槽圆角半径应大一些。铣削零件底面时，槽底圆角半径 r 不应过大原因：圆角 r 越大，d 越小（d=D-2r，D 为铣刀直径） ，即铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力越差，工艺性也越差。当 r 大到一定程度时，甚至必须用球头刀加工，此时切削性能较差，应尽量避免。该复习资料仅供参考3)定位基准分析：便于定位和夹紧，且装夹次数要少数控机床的夹具与传统夹具结构的差别?答：夹具体定位夹紧，不需要导向和对刀功能，夹具比较简单。设计或选用要求基准重合，以减少定位误差；统一基准，减少重复定位次数，减少重复定位误差；夹紧要可靠，尽量避免振动；夹紧点分布要合理，夹紧力大小要适中且稳定，减少夹紧变形；夹具结构应力求简单，加工部位要敞开 ；一次装夹应尽可能装夹多个工件，以提高加工效率。刀具的选择应满足：安装调整方 便、刚性好、精度高、耐用度高等要求刀具结构：1）整体式；2）机夹式；3）内冷式；4）抗振式；5）特殊型式。铣刀选择： 大平面：面铣刀；加工凹槽、小台阶面及平面轮廓：立铣刀；加工空间曲面、模具型腔等：模具铣刀；加工封闭键槽：键槽铣刀；加工变斜角零件：鼓形铣刀；特殊形状：成形铣刀。切削用量的选择：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本； 大吃刀量半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量：主轴转速（切削速度） 、切削深度、进给量。切削深度（也称背吃刀量）：主要根据工件的加工余量和由工件、刀具、夹具、机床组成的工艺系统刚度所决定，在刚度允许的情况下，最好在留出精加工余量的基础上，一次切净余量，这样可减少走刀次数，提高加工效率，同时又能提高加工精度和改善表面质量。确定进给速度当工件质量能得到保证时，为提高生产效率，可选较高的进给速度。一般在 100-200mm/min 范围内选取。在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 20-50mm/min 范围内选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在 20-50mm/min 范围内选取。刀具空行程时，特别是远距离“回零”时