机械制造工程学 第三章 金属切削机床【高等教学】

1、第 3 章 金属切削机床,1,古柏文书,3-1 金属切削机床概述,金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，是制造机器的机器，因此又称为“工作母机”或“工具机”，通常简称机床,一、机床的分类,机床的传统分类方法主要是按加工性质和所用刀具进行分类。 目前我国将机床分为11大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其他机床。 在每一类机床中，又按工艺范围、布局形势和结构等，分为若干组，每一组又分为若干系（系别,2,古柏文书,3-1 金属切削机床概述,一、机床的分类,1)按照机床的万能性程度，可分为: 普通机床、专门化机床、专用机床 2)按照

2、机床的工作精度，可分为: 普通精度机床、精密机床、高精度机床 3)按照机床具有的数控功能，可分为: 普通机床（非数控机床）、一般数控机床、加工中心等 此外，还可按重量和尺寸，主要部件数目等进行分类,3,古柏文书,3-1 金属切削机床概述,二、机床的型号编制,标准JB1838-85：金属切削机床型号编制方法，适用于各类通用机床和专用机床，由汉语拼音字母和数字按一定规律组合而成,4,古柏文书,3-1 金属切削机床概述,三、机床的技术性能,1）工艺范围 2）主要技术参数 3）加工精度和表面粗糙度 4）生产率和自动化程度 5）人机关系 6）成本,5,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,1.

3、工件表面的成形方法,机器零件上常用的各种表面：平面、圆柱面、圆锥面、成形表面等,6,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,1.工件表面的成形方法,1）零件表面的形成：是一条母线沿一条导线运动而形成,母线和导线 统称为表面发生线,1-母线，2-导线,7,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,1.工件表面的成形方法,2）形成发生线的方法,发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动得到的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为四种：轨迹法、成形法、相切法和展成法,8,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,1.工件表面的成形方法,2）形成发生

4、线的方法,1）轨迹法 是利用刀具做一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法,9,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,1.工件表面的成形方法,2）形成发生线的方法,1）轨迹法 （2）成形法 是利用成形刀具对工件进行加工的方法,10,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,1.工件表面的成形方法,2）形成发生线的方法,1）轨迹法 （2）成形法 （3）相切法 是利用刀具边旋转边做轨迹运动来对工件进行加工的方法,11,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,1.工件表面的成形方法,2）形成发生线的方法,1）轨迹法 （2）成形法 （3）相切法 （4）展成法 是利用工件和刀具做

5、展成切削运动的加工方法,12,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,2.表面成形运动,为获得所需的工件表面形状，机床必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成一定的运动,成形运动：刀具和工件为了形成表面发生线而作的相对运动。 直线运动（用A来表示）或旋转运动（用B来表示）。 成形运动的种类：简单成形运动、复合成形运动,13,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,2.表面成形运动,1）简单成形运动 简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运动关系,例1: 用普通车刀车削外圆 母线-圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。 导线-直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A2,例2: 用

6、成形车刀车削成形回转表面 母线-曲线，由成形法形成，不需要成形运动。 导线-圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1,14,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,2.表面成形运动,2）复合成形运动：一个复合运动可分解为两个或多个直线运动或旋转运动，与简单运动相似，但有本质的区别,组成复合运动的各个部分必须保持严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的,15,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,2.表面成形运动,2）复合成形运动,例3:用螺纹车刀车削螺纹 母线-车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形状一致，故母线由成形法形成，不需要成形运动。 导线-螺旋线，由轨迹法形成，需要

7、一个成形运动。这是一个复合运动，把它分解为工件旋转B11和刀具直线移动A12。B11和A12之间必须保持严格的相对运动关系,16,古柏文书,3-2 机床的运动分析,一、成形运动,2.表面成形运动,2）复合成形运动,例4: 用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面 母线-渐开线，由展成法形成，需要一个成形运动，是复合运动，可分解为滚刀旋转B11和工件旋转B12两部分，B11和B12之间必须保持严格的相对运动关系。 导线-直线，由相切法形成，需要两个独立的成形运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿工件的轴向移动A2。其中滚刀的旋转与复合展成运动的一部分B11重合。 因此，形成表面所需的成形运动的总数只有两个：一个是

8、复合运动B11B12；另一个是简单的成形运动A2,17,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链 为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须有执行件、动力源和传动装置三个基本部分。 执行件：执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。 动力源：提供动力的装置，如电动机。 传动装置：将运动和动力从动力源传至执行件，并使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系,18,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,1.传动链,机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的传动件把执行件与动力源（如把主轴和电机），或者把执行件和执行件（例如主轴和刀架）之间联系起来，称为传动联系。 构成一个传动联系

9、的一系列顺序排列的传动件，称为传动链,19,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,1.传动链,根据传动链的性质，可分为如下两种类型,1）外联系传动链 联系动力源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工作台等）之间的传动链，使执行件获得运动（速度和方向）。 保证执行件实现简单运动； 不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系； 如：车床上加工外圆 电机-主轴；主轴-刀架,20,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,1.传动链,2）内联系传动链 当传动链的两个末端件（执行件）之间的相对运动有严格的比例关系要求，该传动链称为内联系传动链。 联系复合运动之内的各个分量，保证执行件

10、实现复合运动； 执行件和执行件之间有严格的传动比关系； 内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦传动、带传动、链传动等,21,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,1.传动链,2）内联系传动链 联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动； 执行件和执行件之间有严格的传动比关系； 内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦传动、带传动、链传动等。 如：车床上加工螺纹 主轴-刀架，主轴1转-刀架移动1个导程 滚切直齿圆柱齿轮 滚刀旋转-工件旋转，滚刀每转1/K转（K滚刀头数）-工件转1/Z转（Z齿轮齿数,22,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床

11、传动链,2.传动原理图,通常传动链中的各种传动机构可分为两类： 传动比不变的“定比机构”，如定比齿轮副、齿轮齿条、蜗轮蜗杆等； 可变换传动比的“变比机构”（“换置器官”），如齿轮变速机构、挂轮、数控机床中的数控系统等。 为了简单明确地反映机床的传动联系，常用一些简单的符号来表示传动原理和传动路线，这就是传动原理图,23,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,2.传动原理图,24,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,2.传动原理图,25,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,2.传动原理图,在卧式车床传动系统中，由于换置器官位置的不同，有如下图所示的三种传动

12、方案，试写出每种传动方案的内、外联系传动链；从中选出最优方案，并说明理由,26,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,2.传动原理图,27,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,2.传动原理图,28,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,2.传动原理图,29,古柏文书,3-2 机床的运动分析,二、机床传动链,2.传动原理图,30,古柏文书,3-3 机床传动系统及典型结构,一、传动系统 传动系统图是表示机床运动传动关系的综合简图，是传动原理图的具体体现。 在图中用简单的符号代表各种传动元件(GB4406-84机构运动简图符号），并按照运动传递的先后顺序，以展开

13、图的形式来表达。图中，通常须注明齿轮及蜗轮的齿数、蜗杆头数、带轮直径、丝杠的螺距和头数、电动机的功率和转速、传动轴的编号等。 传动系统图只表示传动关系，不表示各元件的实际尺寸和空间位置,31,古柏文书,以CA6140型卧式车床为例，进行讨论,32,古柏文书,一、传动系统,传动路线是分析和认识机床的基础，常用的方法是“抓两端，连中间”。 1.主运动传动链,两末端件： 主电机主轴,33,古柏文书,34,古柏文书,1)传动路线 传动路线表达式如下,主电动机三角皮带轴I摩擦离合器M1 轴II 轴III 主轴VI。 高速传动路线： 轴III-滑移齿轮Z50左位 主轴VI。 中低速传动路线 轴III滑移齿

14、轮Z50右位、M2接合轴III、IV、V间的背轮机构和齿轮副主轴VI,35,古柏文书,1)传动路线 传动路线表达式如下,36,古柏文书,2）主轴的转速级数与转速 根据传动系统图和传动路线表达式，主轴正转可获得23(22-1)+23=24级不同转速。同理，主轴反转12级。 主轴的转速可按下列运动平衡式计算： n=1450(130/230)uI-IIuII-IIIuIII-V,37,古柏文书,2.进给运动传动链 （公制螺纹进给传动），两末端件：主轴-刀架,38,古柏文书,2.进给运动传动链 （公制螺纹进给传动），两末端件：主轴-刀架,39,古柏文书,传动路线表达式如下,40,古柏文书,二、典型结构

15、 1.主轴箱,CA6140车床的主轴箱包括：箱体、主轴部件、传动机构、操纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置等,41,古柏文书,1.主轴箱 1)卸荷带轮,42,古柏文书,1.主轴箱 2)摩擦离合器、制动器及其操纵机构,43,古柏文书,1.主轴箱 2) 摩擦离合器、制动器及其操纵机构,44,古柏文书,1.主轴箱 2) 摩擦离合器、制动器及其操纵机构,45,古柏文书,1.主轴箱 3)主轴组件,46,古柏文书,1.主轴箱 4)变速操纵机构,47,古柏文书,二、典型结构 2.溜板箱 溜板箱的功用是：将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给；控制刀架运动的接通、断开和换向；机床过载时控制刀

16、架停止进给；手动操纵刀架移动和实现快速移动,48,古柏文书,二、典型结构 2.溜板箱 1) 开合螺母,49,古柏文书,二、典型结构 2.溜板箱 2)纵、横向进给的操纵机构,50,古柏文书,51,古柏文书,二、典型结构 2.溜板箱 3)互锁机构,52,古柏文书,二、典型结构 2.溜板箱 4)超越离合器和安全离合器,53,古柏文书,二、典型结构 2.溜板箱 4)超越离合器和安全离合器,54,古柏文书,3-4 机床传动设计,主传动设计外联系传动链，保证输出转速、输出功率的要求。 进给传动设计内联系传动链，传动精度的要求,本节主要介绍主传动系统的设计方法,55,古柏文书,机床的主要参数,机床的主要参数

17、包括： 尺寸参数影响机床加工性能的尺寸，如主参数、第二主参数、结构尺寸等； 运动参数主运动参数（如主轴转速）、进给运动参数（进给量及其数列）； 动力参数主运动、进给运动、辅助运动的传动功率,56,古柏文书,一、机床主运动参数的确定,1.主轴最高转速和最低转速,nmax=1000Vmax/(dmin)，r/min nmin=1000Vmin/(dmax)，r/min,Vmax、Vmin典型工序的最大、最小切削速度； dmax、dmin经济加工的最大和最小直径，不是机床可能加工的最大和最小直径,普通车床：dmax(0.50.6)Dmax（床身最大回转直径），dmin(0.50.6)dmax； 摇臂

18、钻床：dmaxDmax，dmin(0.50.6)dmax,57,古柏文书,1.主轴最高转速和最低转速,nmax=1000Vmax/(dmin)，r/min nmin=1000Vmin/(dmax)，r/min,变速范围：Rn=nmax/nmin,58,古柏文书,2.主轴的转速数列,如某变速机构有z级转速，分别是：n1，n2，n3，nz。 若某一工件的最佳切削速度为v，对应的转速为n，而n又处于两极转速nj、nj+1之间，即： nj n nj+1,用高转速nj+1切削，将提高v，降低刀具耐用度； 宜用低转速nj切削，则造成转速损失：nnj,59,古柏文书,2.主轴的转速数列,相对转速损失：A=

19、(nnj)/ n,通常，每个转速的使用机会相等，则应使Amax为一定值,即： Amax=1-(nj/nj+1)常数，或nj/ nj+1常数1/。 nj+1nj 机床转速应按等比数列分级，其公比为,当n趋近于nj+1时，最大相对转速损失： Amax=1-(nj/nj+1,60,古柏文书,2.主轴的转速数列,机床转速应按等比数列分级，其公比为。 nj+1nj,变速范围：Rn=nmax/nmin =（z-1,最大相对转速损失： Amax=1-(nj/nj+1)=1-1,转速级数：z=1+ lgRn/lg,61,古柏文书,2.主轴的转速数列,转速数列采用等比数列的优点： 最大转速损失为常数，转速分布的

20、疏密程度比较均匀； 使变速传动系统简化，转速数列可有几个变速组的不同传动比搭配而得； 结构简单，传动系统设计方便。用较少的齿轮实现多级转速,62,古柏文书,3.标准公比和标准数列,为简化机床的设计与使用，规定了标准数值：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2,机床转速数列公比的选择应遵循,机床转速从小到大递增，1， 为使最大相对转速损失不超过50%，即： (-1）/100%50%，则2,12,63,古柏文书,3.标准公比和标准数列,公比的选用,自动、半自动机床，要小些，可取1.12或1.26； 大型机床，要小些，可取1.12或1.26； 通用机床，常取1.25或1.41

21、； 小型机床，常取1.58或1.78,64,古柏文书,二、机床动力参数的确定,主传动功率的确定 近似计算法 统计类比法 试验测试法 进给传动功率的确定 快速移动功率的确定,65,古柏文书,三、分级变速传动链的设计,1.转速图,转速图可直观的表达出传动系统，各传动轴的转速、传动副的速比关系等,66,古柏文书,1.转速图,1)组成：“三线一点,传动轴格线：如,。 转速格线-相邻两极转速相差1格，表示转速相差倍。 传动线-表示相应传动副传动比的大小。 转速点-表示所在轴具有的转速，若转速点不在转速格线上，则应标注其转速值，如电机转速1440r/min。 主轴转速、齿轮齿数或带轮直径的数字,67,古柏

22、文书,1.转速图,2）转速图所表达的内容,1）主轴各级转速的传动路线 如：500r/min，电机（1400r/min）126/25636/3622/62主轴（500r/min,68,古柏文书,1.转速图,2）转速图所表达的内容,2）主轴得到连续等比数列条件下，所需的传动组数、每个传动组的传动副数 12级转速，三个传动组a、b、c，各组传动副数pa=3、pb=2、pc=2,69,古柏文书,1.转速图,2）转速图所表达的内容,3）各传动组的级比指数,级比指数：传动组内相邻两传动比之比值x称为级比，级比的指数x ，称为级比指数,70,古柏文书,1.转速图,2）转速图所表达的内容,4）基本组和扩大组

23、级比指数为1的传动组，称为基本组。 将基本组的变速范围进行扩大的传动组，称为扩大组,71,古柏文书,1.转速图,2）转速图所表达的内容,5）各传动组的变速范围 rn= xn(pn-1,72,古柏文书,2.结构网和结构式,结构网-只表示传动比的相对关系，而不表示转速数值的线图,传动链的组成及传动顺序 各传动组的传动副数和级比指数 传动顺序和扩大顺序,73,古柏文书,2.结构网和结构式,用结构式的形式表示： z=p0 x0p1x1pnxn 12312326,74,古柏文书,2.结构网和结构式,75,古柏文书,3.转速图的拟定,1)拟定变速系统的一般步骤 确定转数数列 选择变速组数及其传动副数，选定

24、合理的结构网或结构式 绘制转速图，合理分配传动比 计算各变速组齿轮的齿数 绘制变速系统的传动系统图,76,古柏文书,3.转速图的拟定,例：已知机床主轴变速范围为31.51400r/min，转速级数z=12级，电机转速nM=1440r/min，试拟定该传动系统的转速图,确定传动顺序方案：传动副的设计应遵守“前多后少”的原则。 确定结构网或结构式：“符合级比规律,77,古柏文书,3.转速图的拟定,78,古柏文书,3.转速图的拟定,确定传动顺序方案：传动副的设计应遵守“前多后少”的原则。 确定结构网或结构式：“符合级比规律”。 确定扩大顺序方案： 传动路线应遵守“前密后疏”的原则； 满足传动副极限传

25、动比的限制,两个限制”： 齿轮极限传动比：imax=22.5, imin=1/4。 齿轮变速组的变速范围：rmax=810,79,古柏文书,3.转速图的拟定,降速比的确定，应遵守“前缓后急”的原则。 若有升速传动，应遵守“先升后降”的原则,80,古柏文书,3.转速图的拟定,2）设计变速系统的一般原则 “一个规律”：符合级比规律 “两个限制”： 齿轮极限传动比：imax=22.5,imin=1/4。 齿轮变速组的变速范围：rmax=810。 “三项原则”：传动副的设计“要前多后少”，传动路线的设计要“前密后疏”，降速比的设计要“前缓后急”。 “四项注意”：传动链要短，齿数和要小，齿轮线速度要小，

26、空转件要少,81,古柏文书,3.转速图的拟定,82,古柏文书,3.转速图的拟定,83,古柏文书,3.转速图的拟定,3）齿轮齿数的确定 原则： 齿数和不能太大 同一变速组中的各对齿轮，其中心距必须保持相等 最小齿轮的齿数保证不产生根切 保证小齿轮有足够的强度 保证主轴的转速误差在规定范围内，-2%+6% 三联滑移齿轮最大齿轮和次大齿轮的齿数差应大于4,84,古柏文书,3.转速图的拟定,85,古柏文书,4.传动系统图的拟定,86,古柏文书,5.几种特殊的变速方法,增加一个传动组 采用背轮机构 采用分支机构 采用多速电机、交换齿轮、公用齿轮等,87,古柏文书,3-5 数控机床,88,古柏文书,3-5

27、 数控机床,1）机床数控技术 国家标准(GB812987)把机床数控技术定义为“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”，简称数控(Numerical Control，NC)。 2）数控机床 国际信息处理联盟(international federation of information processing)第五技术委员会对数控机床作了如下定义：“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。,89,古柏文书,一、机床数控系统,90,古柏文书,一、机床数控系统,91,古柏文书,二、数控加工零件的过程,92,古柏文书,三、数

28、控机床的特点与分类,1.数控机床的特点方法,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 6）使用、维护技术要求高,93,古柏文书,2.数控机床的特点与分类,1）按运动控制的特点分类 2）按伺服系统的类型分类 3）按工艺方法分类 4） 按功能水平分类,高档 中档 低档,金属切削类数控机床 金属成型类及特种加工类数控机床,开环控制的数控机床 闭环控制的数控机床 半闭环控制的数控机床,点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床,94,古柏文书,三、数控技术的发展,95,古柏文书,三、数控技术的发展,数控技术的发展趋势

29、： 1）向高速度、高精度方向发展 2）向柔性化、功能集成化方向发展 3）向智能化方向发展 4）向高可靠性方向发展 5）向网络化方向发展 6）向标准化方向发展 7）向驱动并联化方向发展,96,古柏文书,三、数控技术的发展,自动对刀,直线电机,自动测量,97,古柏文书,三、数控技术的发展,98,古柏文书,三、数控技术的发展,99,古柏文书,四、机床数控装置的插补原理 1.插补的基本概念 数控系统根据零件轮廓线型的有限信息，计算出刀具的一系列加工点、完成所谓的数据“密化”工作。 插补有二层意思： 一是用小线段逼近产生基本线型（如直线、圆弧等）； 二是用基本线型拟和其它轮廓曲线。 插补原理也叫轨迹控制

30、原理。 下面以基本线型直线、圆弧生成为例，论述插补原理,100,古柏文书,2.插补方法的分类 1）基准脉冲插补 每次插补结束仅向各运动坐标轴输出一个控制脉冲，各坐标仅产生一个脉冲当量或行程的增量。 基准脉冲插补的方法很多，如逐点比较法、数字积分法等。 2）数据采样插补 采用时间分割思想，根据编程的进给速度将轮廓曲线分割为每个插补周期的进给直线段（又称轮廓步长）进行数据密化，以此来逼近轮廓曲线。驱动装置按伺服检测采样周期采集实际位移，并反馈给插补器与指令比较，有误差运动，误差为零停止，从而完成闭环控制。 数据采样插补方法有：直线函数法、扩展DDA、二阶递归算法等,101,古柏文书,3.逐点比较法

31、 早期数控机床广泛采用的方法，又称代数法、醉步伐，适 用于开环系统。 原理：每次仅向一个坐标轴输出一个进给脉冲，而每走一步都要通过偏差函数计算，判断偏差点的瞬时坐标同规定加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方向。每个插补循环由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别四个步骤组成。 逐点比较法可以实现直线插补、圆弧插补及其它曲线插补。 特点：运算直观，插补误差不大于一个脉冲当量，脉冲输出均匀，调节方便,102,古柏文书,1）直线插补 （1）偏差函数构造 对于第一象限直线OA上任一点(X,Y):Y/X = Ye/Xe 若刀具加工点为Pi（Xi，Yi）， 则该点的偏差函数Fi可表示为 若Fi= 0

32、，表示加工点位于直线上； 若Fi 0，表示加工点位于直线上方； 若Fi 0，表示加工点位于直线下方。 （2）偏差函数的递推计算 采用偏差函数的递推式（迭代式） 既由前一点计算后一点,103,古柏文书,Fi =Yi Xe -XiYe 若Fi=0，规定向 +X 方向走一步 Xi+1 = Xi +1 Fi+1 = XeYi Ye(Xi +1)=Fi -Ye 若Fi0，规定 +Y 方向走一步，则有 Yi+1 = Yi +1 Fi+1 = Xe(Yi +1)-YeXi =Fi +Xe （3）终点判别 直线插补的终点判别可采用三种方法。 1）判断插补或进给的总步数：； 2）分别判断各坐标轴的进给步数； 3

33、）仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数,104,古柏文书,举例 对于第一象限直线OA，终点坐标Xe=6 ,Ye=4，插补从直线起点O开始，故F0=0 。终点判别是判断进给总步数N=6+4=10，将其存入终点判别计数器中，每进给一步减1，若N=0，则停止插补,105,古柏文书,举例 对于第一象限直线OA，终点坐标Xe=6 ,Ye=4，插补从直线起点O开始，故F0=0 。终点判别是判断进给总步数N=6+4=10，将其存入终点判别计数器中，每进给一步减1，若N=0，则停止插补,106,古柏文书,2)逐点比较法圆弧插补 （1）偏差函数 任意加工点Pi（Xi，Yi），偏差函数Fi可表示为 若Fi=0，表

34、示加工点位于圆上； 若Fi0，表示加工点位于圆外； 若Fi0，表示加工点位于圆内,107,古柏文书,2）偏差函数的递推计算 逆圆插补 若F0，规定向-X方向 走一步 若Fi0，规定向+Y方向 走一步 顺圆插补 若Fi0，规定向-Y方向 走一步 若Fi0，规定向+y方向 走一步 （3）终点判别 1）判断插补或进给的总步数： 2）分别判断各坐标轴的进给步数；,108,古柏文书,举例 对于第一象限圆弧AB， 起点A（4，0），终点B（0，4,109,古柏文书,3）逐点比较法的速度分析 式中：L 直线长度； V 刀具进给速度； N 插补循环数； f 插补脉冲的频率。 所以： 刀具进给速度与插补时钟频率

35、f 和与X轴夹角 有关,110,古柏文书,4）逐点比较法的象限处理 （1）分别处理法 四个象限的直线插补，会有4组计算公式，对于4个象限的逆时针圆弧插补和4个象限的顺时针圆弧插补，会有8组计算公式 （2）坐标变换法 用第一象限逆圆插补的偏差函数进行第三象限逆圆和第二、四象限顺圆插补的偏差计算，用第一象限顺圆插补的偏差函数进行第三象限顺圆和第二、四象限逆圆插补的偏差计算,111,古柏文书,五、数控加工程序编制,1. 数控编程的基本概念 根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制数控加工指令序列,3-5 数控机床,112,古柏文书,2. 数控编

36、程方法 1) 手工编程 2)自动编程 零件造型；确定走刀路线、工艺参数；翻译、计算；后置处理；自动输出特定数控机床的数控指令。 数控编程系统： APT CATIA Pro/E MasterCAM UG I-DEAS Cimatron CAXA制造工程师,113,古柏文书,3. 数控程序编制的内容与步骤,114,古柏文书,4. 数控编程的基础 1）数控机床坐标系的规定 机床上固有的坐标系 数控机床坐标轴和运动方向的命名JB3051-82 假定工件是静止的，而刀具是运动的。 直线运动坐标轴采用右手笛卡尔直角坐标系 旋转运动坐标轴用右手螺旋定则确定 “数控机床的主轴与机床坐标系的Z轴重合或平行,11

37、5,古柏文书,116,古柏文书,2）机床原点（机床零点）与参考点 机床原点：机床坐标系的原点。（基准点） 参考点：由挡铁和限位开关预先确定好的点。 通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的； 而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点,117,古柏文书,3）工件坐标系（编程坐标系）与工件原点 工件坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。 工件坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置,4)加工坐标系 加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。 加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。加工

38、坐标系原点可由程序指令来设置和改变,118,古柏文书,5) “刀位点”与“对刀点,在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。 所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。 每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。“刀位点”是指刀具的定位基准点,119,古柏文书,6）换刀点,换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具， 换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量,120,古柏文书,7）程序结

39、构与程序段格式 加工程序的结构 加工程序 主程序和子程序 程序段(block) 字(word) 地址和数据 程序段格式,NGX.Y.FSTMLF,程序段序号,准备机能字,坐标字,进给功能字,主轴转速功能字,刀具功能字,辅助功能字,结束符,ISO6938-I-1982 GB8870-88,121,古柏文书,常用地址字符 地址字意 义 N程序段序号 G准备机能 M辅助机能 X 、Y、 Z主坐标轴X、Y、Z移动坐标尺寸字 U、V 、W与X、Y、Z轴平行的第2移动坐标尺寸字 A 、B、 C围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴角度尺寸字 F 、S、T进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能 I、J、K圆弧圆心相

40、对起点坐标 R 圆弧半径,122,古柏文书,5. 数控系统的指令代码 JB3203-83 1)准备功能G代码 G00G99 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：功能仅在所出现的程序段内有效 同组的两个代码不能出现在一个程序段中(如G00,G01) 不同组的G代码根据需要可以在一个程序段中出现 2)辅助功能M代码 M00M99,123,古柏文书,6. 常用 G代码功能 1）绝对坐标与增量坐标编程指令（G90，G91） G90 G01 X40.0 Y70.0； G91 G01 X60.0 Y40.0,124,古柏文书,6. 常用 G代码功能

41、 2)插补功能G代码 快速点定位指令（G00） 直线插补指令（G01） 例：直线轴插补：（G91）G01 X200.0 Y100.0 F200.0； 旋转轴插补： G91 G01 C 90.0 F300.0,125,古柏文书,6. 常用 G代码功能 2)插补功能G代码 圆弧插补指令 顺时针圆弧插补指令（G02） 逆时针圆弧插补指令（G03） 方向：从XY平面（ZX平面，YZ平面）的Z轴（Y轴，X轴）的正向往负向观察,Y,126,古柏文书,格式： G03 Xx Yy Ii Jj Ff 或 G03 Xx Yy Rr Ff x,y-终点坐标(与G90和G91有关 ) I,j-圆心坐标(增量值，与G9

42、0和G91无关 ) r-圆弧半径(负值表示大于180度圆弧) f-切向速度 例：G03 X100 Y100 I50 J50 F100 或 G03 X100 Y100 R50 F100,127,古柏文书,圆弧插补示例，加工轨迹如图 绝对编程方式： G92 X200.0 Y40.0 Z0； G90 G03 X140.0 Y100.0 I-60.0 F300； G02 X120.0 Y60.0 I-50.0； 或 G92 X200.0 Y40.0 Z0； G90 G03 X140.0 Y100.0 R60.0 F300； G02 X120.0 Y60.0 R5 0.0； 增量编程方式： G91 G0

43、3 X-60.0 Y60.0 I-60.0 F300； G02 X-20.0 Y-40.0 I-50.0； 或 G91 G03 X-60.0 Y60.0 R60.0 F300； G02 X-20.0 Y-40.0 R50.0,128,古柏文书,6. 常用 G代码功能 3)与坐标系有关的G代码 坐标平面设定指令（G17，G18，G19） G17-xy平面; G18-zx平面; G19-yz平面,129,古柏文书,工件坐标系设定指令 G92 X400 Z250,6. 常用 G代码功能 3)与坐标系有关的G代码,130,古柏文书,G92 X180. Y150. 选择工件坐标系指令（G54G59,13

44、1,古柏文书,1）返回参考点指令（G28） （2）从参考点返回指令（G29,6. 常用 G代码功能 4).关于参考点的G代码,G28 X1000.0 Y700.0；返回参考点（ABR） T1111； 在参考点换刀 G29 X1500.0 Y200.0； 从参考点返回（RBC,132,古柏文书,6. 常用 G代码功能 5)进给功能G代码 （1）每分进给量指令（G94） G94；每分进给G代码 F_；进给速度指令（mm/min或inch/min） （2）每转进给量指令（G95） G95；每转进给G代码 F_；进给速度指令（mm/rev或inch/ren,6)暂停指令G代码 G04 P_ ; （0.

45、00199,999.999ms） G04 P3000; 暂停3秒,133,古柏文书,7. 辅助功能指令M代码 M代码指令主要用于数控机床开、关量的控制。如程序结束，主轴的正、反转，冷却液的开、停等。 M00 程序停止。 M02 程序结束，系统复位。 M30 程序结束，程序返回到开始状态。 M03、M04和M05主轴正转、反转和停止。 M06 换刀 M08和M09冷却液开、关指令。 M98、M99子程序调用和返回指令,134,古柏文书,主程序与子程序 子程序调出的形式： M98 P ； 子程序号 重复调用次数（最大999,135,古柏文书,例:如图所示零件，进行打中心孔、钻孔、攻螺纹等加工。 主

46、程序为O0003；钻中心孔、钻孔、倒角、攻螺纹和钻孔位置子程序分别为O0100、O0200、O0300、O0400和O0500号。工件坐标系的原点为W，固定循环的初始平面为Z=250，R点平面为Z=2，钻通孔钻头伸出量为2，中心孔的孔深为1.5，倒角深度为1，其它尺寸如图。 刀具:T01（中心钻） T02（8.5钻头） T03（倒角钻头） T04（M10丝锥,136,古柏文书,O0003 ； 主程序 N10 G54 G90 G00X0 Y0 Z250.0 ；选择工件坐标系，快进到换刀点 N15 T01 M06 ；换上01号刀具中心钻 N20 S1500 M03 M08 ；启动主轴，开冷却液 N

47、25 M98 P0100 ；在四个孔中心孔位置打中心孔 N30 T02 M06 ；换02号刀具8.5钻头 N35 S1000 M03 M08 ；启动主轴，开冷却液 N40 M98 P0200 ；钻四个孔 N45 T03 M06 ；换03号刀具倒角 N50 S1500 M03 M08 ；启动主轴，开冷却液 N55 M98 P0300 ；给每个孔倒角 N60 T04 M06 ；换04号刀具M10丝锥 N65 S200 M03 M08 ；启动主轴，开冷却液 N70 M98 P0400 ；对四个孔攻丝 N75 G28 ；返回参考点主程序结束 N80 M30 ；主程序结束,137,古柏文书,O0100；

48、钻中心孔子程序 N85G99G81X-40.0Y0R2.0Z-1.5F10.0；钻中心孔循环，钻第1个孔的中心孔 N90 M98 P0500 ；调用孔位置子程序（二级调用），钻2、3、4孔的中心孔 N95 M99 ； O0200 ；钻孔子程序 N100G99G81X-40.0Y0R2.0Z-17.0F10.0 ；钻第1个孔 N105 M98 P0500 ；调用孔位置子程序，钻2、3、4孔 N110 M99 ； O0300 ；倒角子程序 N115 G99G81X-40.0Y0.R2.0Z-1.0F20.0 ；第1个孔倒角 N120 M98 P0500 ；调用孔位置子程序， 对2、3、4孔倒角 N

49、125 M99 ； O0400 ；攻丝子程序 N130 G99G84X-40.0Y0R2.0Z-17.0F10.0 ；攻第1个孔 N135 M98 P0500；调用孔位置子程序， 对2、3、4孔攻丝 N140 M99 ； O0500 ；位置子程序 N150 X0 Y40.0 ； 第2个孔的位置 N155 X40.0 Y0 ； 第3个孔的位置 N160 X0.0 Y-40.0 ；第4个孔的位置 N165 M99,138,古柏文书,六、数控加工工艺特点,3-5 数控机床,在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。 1.数控加工工艺内容的选择 对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序,139,古柏文书,六、数控加工工艺