《计算机辅助设计及制造》课件43

1、14.34.324.3.1 数控加工概述数控加工概述4.34.34.3.1.1 4.3.1.1 数控加工概念数控加工概念( (* *) )4.3.1.2 4.3.1.2 数控加工的发展阶段数控加工的发展阶段4.3.1.3 4.3.1.3 数控未来发展的趋势数控未来发展的趋势4.3.1.4 4.3.1.4 数控装置类型数控装置类型( (* *) )4.3.1.5 4.3.1.5 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理( (* *) )34.3.1.1 4.3.1.1 数控加工概念数控加工概念( (* *) )4.34.3 数控加工数控加工(Numerical Control Machi

2、ne)(Numerical Control Machine)是数控机床应用是数控机床应用数字化信息实现机床控制的一种技术。数控设备的核心是数控系统，数字化信息实现机床控制的一种技术。数控设备的核心是数控系统，就是用一台控制计算机来进行运算，指挥数控设备进行自动控制。就是用一台控制计算机来进行运算，指挥数控设备进行自动控制。下面是下面是数控技术的一些基本概念和常用功能数控技术的一些基本概念和常用功能。1.APT1.APT语言语言2.2.最小设定单位最小设定单位3.3.最小移动单位最小移动单位4.4.程序段格式程序段格式( (数控纸带格式数控纸带格式) )5.ISO5.ISO代码及代码及EIAEI

3、A代码代码6.6.插补插补7.7.工具位置偏移工具位置偏移8.8.刀尖刀尖R R的补偿的补偿9.9.自动加减速自动加减速1010手动数据输入手动数据输入(MDl)(MDl)11.11.通用显示器通用显示器(DPL)(DPL)12.12.视频显示器视频显示器(CRT)(CRT)13.13.进给率数进给率数(FRN)(FRN)14.14.程序中停、重新启动功能程序中停、重新启动功能15.15.进给保持进给保持16.16.程序保护功能程序保护功能17.17.固定循环功能固定循环功能18.18.纸带存储和编辑功能纸带存储和编辑功能19.19.录返功能录返功能44.3.1.2 4.3.1.2 数控加工的

4、发展阶段数控加工的发展阶段4.34.3 数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动控制、自动数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动控制、自动检测和精密加工等新技术的新型机床，就其数控系统而言已经历了检测和精密加工等新技术的新型机床，就其数控系统而言已经历了两个阶段两个阶段( (六代六代) )。 1 1数控数控(NC)(NC)阶段阶段(1952(195219701970年年) ) 1952 1952年，在美国诞生了第一台数控机床，使传统机床发生了质年，在美国诞生了第一台数控机床，使传统机床发生了质的变化。随着元器件的发展，该阶段历经了三代，即的变化。随着元器件的发展，该阶段历经了三代，即1952

5、1952年的第年的第一一代代电子管、电子管、19591959年的第年的第二二代代晶体管和晶体管和19651965年的第年的第三三代代小规模小规模集成电路。集成电路。 2 2计算机数控计算机数控(CNC)(CNC)阶段阶段(1970(1970年年现在现在) ) 计算机数控阶段也经历了三代，即计算机数控阶段也经历了三代，即19701970年的第年的第四四代代小型计算小型计算机、机、19741974年的第年的第五五代代微处理器和微处理器和19901990年的第年的第六六代代微机微机( (国外称国外称为为PC-BASED)PC-BASED)。54.3.1.3 4.3.1.3 数控未来发展的趋势数控未来

6、发展的趋势4.34.31 1向开放式、基于向开放式、基于PCPC的第六代方向发展的第六代方向发展2 2向高速化和高精度化发展向高速化和高精度化发展3 3向智能化方向发展向智能化方向发展4 4柔性化柔性化5 5工艺复合性和多轴化工艺复合性和多轴化64.3.1.4 4.3.1.4 数控装置类型数控装置类型( (* *) )4.34.3 1.1.硬件式数控系统硬件式数控系统(NC(NC系统系统) ) NCNC系统是早期数控系统。在此系统的数控装置中，输入、译系统是早期数控系统。在此系统的数控装置中，输入、译码、插补运算、输出等控制功能均由专门设计的硬件连接的逻辑码、插补运算、输出等控制功能均由专门设

7、计的硬件连接的逻辑电路来实现。电路来实现。 2.2.软件式数控系统软件式数控系统(CNC(CNC系统系统) ) CNC CNC系统由大规模及超大规模集成电路组成。在此装置中，系统由大规模及超大规模集成电路组成。在此装置中，采用小型机或微机作为控制单元，其主要功能几乎全由软件来实采用小型机或微机作为控制单元，其主要功能几乎全由软件来实现；对于不同的系统，只需编制不同的软件就可以实现不同的控现；对于不同的系统，只需编制不同的软件就可以实现不同的控制功能，而硬件几乎可以通用。制功能，而硬件几乎可以通用。74.3.1.5 4.3.1.5 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理( (* *)

8、)4.34.3 数控机床通常由以下几部分组成：数控机床通常由以下几部分组成： 程序载体、输入装置、数控装置、伺服驱动系统、强电控制程序载体、输入装置、数控装置、伺服驱动系统、强电控制装置、检测装置、机床装置、检测装置、机床( (主运动，进给运动，辅助操作主运动，进给运动，辅助操作) )。其原理。其原理框图如框图如图图4-24-2所示。所示。图图4-2 4-2 数控机床的组成数控机床的组成8 数控机床主要组成部分数控机床主要组成部分4.34.31.1.程序载体程序载体2.2.输入装置输入装置3.3.数控装置数控装置4.4.强电控制装置强电控制装置5.5.伺服控制系统伺服控制系统6.6.机床机床9

9、4.3.2 数控系统数控系统( (* *) ) 4.34.3 CNCCNC系统的核心是系统的核心是CNCCNC装置。装置。 CNCCNC装置装置主要用于控制机床的运动，完成各种曲线轮廓的主要用于控制机床的运动，完成各种曲线轮廓的加工。不论进行哪种曲线加工，加工。不论进行哪种曲线加工，CNCCNC装置都执行同一基本控制装置都执行同一基本控制流程，即流程，即首先首先读取零件程序读取零件程序( (输人输人) )，再再进行进行程序段的译码和预程序段的译码和预处理处理( (刀具补偿处理和进给速度处理刀具补偿处理和进给速度处理) )，然后然后根据程序段指令，根据程序段指令，进行插补计算和位置伺服控制。进行

10、插补计算和位置伺服控制。 CNCCNC装置除了执行基本控制流程外，还应具有显示、装置除了执行基本控制流程外，还应具有显示、I IO O处理及诊断等功能。处理及诊断等功能。104.3.2.1 4.3.2.1 数控装置硬件结构数控装置硬件结构4.34.31.1.微处理器微处理器CPUCPU2.2.存储器存储器3.3.I IO O设备设备4.4.PLCPLC及开关量及开关量I IO O接口接口5.5.位置控制装置位置控制装置 (1)(1)开环控制开环控制 (2)(2)闭环控制闭环控制 (3)(3)半闭环控制半闭环控制11(1)(1)开环控制开环控制4.34.3 这种控制方式通常不带位置测量元件，伺服

11、驱动元件为这种控制方式通常不带位置测量元件，伺服驱动元件为步进电动机或脉冲电动机。输入的数据经过数控系统的运算，分步进电动机或脉冲电动机。输入的数据经过数控系统的运算，分配出指令脉冲，每一个脉冲送给步进电动机或脉冲电动机，它就配出指令脉冲，每一个脉冲送给步进电动机或脉冲电动机，它就转过一个角度，再通过传动机构使被控制的工作台移动。转过一个角度，再通过传动机构使被控制的工作台移动。图图4-3 4-3 开环控制框图开环控制框图12(2)(2)闭环控制闭环控制4.34.3 这种控制方式这种控制方式必须必须有测量元件。如有测量元件。如图图4-44-4所示，所示，A A为速度测量为速度测量元件，元件，C

12、 C为位置测量元件。当指令值发送到位置比较电路时，此为位置测量元件。当指令值发送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动、没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，时若工作台没有移动、没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过通过A A将速度反馈信号送到速度控制电路，通过将速度反馈信号送到速度控制电路，通过C C将工作实际位移将工作实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与指令值进行比较，用比较的差量反馈回去，在位置比较电路中与指令值进行比较，用比较的差值进行控制，直到差值消除为止，即为闭环控制。值进行控制，直到差值消除为止，即为闭环控制。图图4-4 4-4 闭环控制框图闭环控制框图13(3)(3)半闭

13、环控制半闭环控制4.34.3 这种控制方式对这种控制方式对工作台的实际位置不进行检测工作台的实际位置不进行检测，而是由，而是由与伺服电动机有联系的测量元件与伺服电动机有联系的测量元件( (如测速发电机如测速发电机A A和光电编码器或和光电编码器或分解器分解器B B等等) )间接检测出伺服电动机的转角，推算出工作台的实际间接检测出伺服电动机的转角，推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。图图4-5 4-5 半闭环控制框图半闭环控制框图144.3.2.2 CNC4.3.2.2 CNC装置的主要功用装置的主要功用4.34.

14、31.1.输入输入2.2.译码译码3.3.刀具补偿刀具补偿4.4.进给速度处理进给速度处理5.5.插补插补6.6.位置控制位置控制7.7.开关量处理开关量处理8.8.显示显示9.9.诊断诊断154.3.2.3 4.3.2.3 数控系统软件数控系统软件( (* *) ) 4.34.3 数控系统软件由管理软件和控制软件两个部分组成。数控系统软件由管理软件和控制软件两个部分组成。 管理软件管理软件是监测系统状态并提供基本操作管理；是监测系统状态并提供基本操作管理；控制软件控制软件是根据是根据用户编制的加工程序，控制机床运行。用户编制的加工程序，控制机床运行。 1 1管理模块程序设计管理模块程序设计

15、该模块应根据软件总体设计方案来安排，一般包括：系统的初该模块应根据软件总体设计方案来安排，一般包括：系统的初始化、键盘分析与显示、数控程序读人、指令分析、编辑修改和系始化、键盘分析与显示、数控程序读人、指令分析、编辑修改和系统诊断等。这些程序用来实现人机对话、系统监控和指挥整个系统统诊断等。这些程序用来实现人机对话、系统监控和指挥整个系统软件协调工作，以完成程序规定的功能。软件协调工作，以完成程序规定的功能。 2 2控制软件控制软件 (1)(1)插补软件插补软件 (2)(2)升降速处理软件升降速处理软件164.3.3 数控插补技术数控插补技术( (* *) ) 4.34.3 数控机床按加工路线

16、可分为点位控制、点位直线控制数控机床按加工路线可分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制三类。和轮廓控制三类。 1 1点位控制系统与点位直线切削控制系统点位控制系统与点位直线切削控制系统 2 2轮廓控制系统轮廓控制系统 3 3插补方法插补方法图图4-6 4-6 插补原理插补原理174.3.4 数控机床数控机床( (* *) ) 4.34.3 数控机床是把对机床的各种控制、操作要求、动作等，用数控机床是把对机床的各种控制、操作要求、动作等，用数字和文字编码的形式表示出来，再通过信息载体数字和文字编码的形式表示出来，再通过信息载体( (如穿孔纸带如穿孔纸带) )送给专用电子计算机或数控装置，经过计算机

17、的变换处理，发出送给专用电子计算机或数控装置，经过计算机的变换处理，发出各种指令，控制机床按照预先要求的操作顺序依次动作，自动进各种指令，控制机床按照预先要求的操作顺序依次动作，自动进行加工。行加工。 数控机床的数控机床的优点优点是：对零件的适应性强、生产率较高、加工是：对零件的适应性强、生产率较高、加工精度较高、加工质量稳定、劳动强度低和生产准备时间短。精度较高、加工质量稳定、劳动强度低和生产准备时间短。 1.1.数控机床的工作原理数控机床的工作原理 2.2.数控机床的分类数控机床的分类 3.3.简易数控机床简易数控机床18 简易数控机床简易数控机床4.34.3 图图4-74-7所示为简易数

18、控机床闭环控制系统。这是一台完成直所示为简易数控机床闭环控制系统。这是一台完成直线运动切削功能的机床控制系统。工件放在工作台上，由电动机线运动切削功能的机床控制系统。工件放在工作台上，由电动机通过齿轮传动使进给丝杠转动，带动工作台向右移动，将工件的通过齿轮传动使进给丝杠转动，带动工作台向右移动，将工件的斜线部分切削掉。斜线部分切削掉。图图4-7 4-7 简易数控机床闭环控制系统简易数控机床闭环控制系统194.3.5 数控编程基础数控编程基础( (* *) ) 4.34.31 1数控编程的内容数控编程的内容2 2数控编程的步骤数控编程的步骤(1)(1)分析零件图样分析零件图样 (2)(2)工艺处

19、理阶段工艺处理阶段(3)(3)数学处理阶段数学处理阶段(4)(4)编写程序单编写程序单(5)(5)制作控制介质制作控制介质(6)(6)程序校验和首件试加工程序校验和首件试加工3 3数控编程的方法数控编程的方法(1)(1)手工编程手工编程(Manual Programming)(Manual Programming)(2)(2)自动编程自动编程(Automatic Programming) (Automatic Programming) 4 4数控编程的有关标准数控编程的有关标准20 数控编程方法数控编程方法4.34.3 任何一台数控机床，都必须将动作的顺序编成有规律的加工任何一台数控机床，都必

20、须将动作的顺序编成有规律的加工程序，然后输入数控机床去控制加工。对于比较复杂的工件，程序，然后输入数控机床去控制加工。对于比较复杂的工件，需要进行计算或借助于计算机处理，然后输出必要的数据。我需要进行计算或借助于计算机处理，然后输出必要的数据。我们把从零件图纸到制成数控系统输入纸带数据处理的全部过程，们把从零件图纸到制成数控系统输入纸带数据处理的全部过程，称之为程序编制。称之为程序编制。 程序编制分为手工编程和自动编程两大类。程序编制分为手工编程和自动编程两大类。图图4-84-8所示是从所示是从一张零件图到加工的两种程序编制的处理流程图。一张零件图到加工的两种程序编制的处理流程图。图图4-8

21、4-8 程序编制的流程程序编制的流程21(1)(1)手工编程手工编程4.34.3手工编程的过程如下：手工编程的过程如下： 1)1)计算刀具的位置。求出每一线段相交点的坐标值，按照计算刀具的位置。求出每一线段相交点的坐标值，按照数控系统的规定字长，将长线分段，并得到数据值。数控系统的规定字长，将长线分段，并得到数据值。 2)2)列出程序单。列出程序单。 3)3)按程序单进行纸带穿孔。按程序单进行纸带穿孔。 4)4)对穿孔的纸带进行检查。对穿孔的纸带进行检查。图图4-9 4-9 手工编程顺序手工编程顺序22(2)(2)自动编程自动编程4.34.3自动编程的过程如下：自动编程的过程如下： 1)1)计

22、算数据的给出、定义和预处理，把输入的原始数计算数据的给出、定义和预处理，把输入的原始数据翻译成机器语言。据翻译成机器语言。 2)2)计算机进行计算和数据处理。计算机进行计算和数据处理。 3)3)将计算结果按照某系统给定的后置处理程序，变成将计算结果按照某系统给定的后置处理程序，变成适用的数字程序控制适用的数字程序控制( (简称简称NC)NC)能识别的程序格式。能识别的程序格式。 4)4)穿孔输出及打印程序单。穿孔输出及打印程序单。图图4-10 4-10 自动编程的顺序自动编程的顺序234.3.6 数控机床坐标系数控机床坐标系( (* *) ) 4.34.34.3.6.1 4.3.6.1 坐标轴

23、的运动方向及命名坐标轴的运动方向及命名4.3.6.2 4.3.6.2 机床坐标系与工件坐标系机床坐标系与工件坐标系图图4-11 4-11 数控机床坐标系数控机床坐标系图图4-12 4-12 工作原点偏置工作原点偏置244.3.7 数控编程基本指令数控编程基本指令( (* *) ) 4.34.3 手工编程中使用的工艺指令可分为两类：手工编程中使用的工艺指令可分为两类：一类一类是准备性是准备性工艺指令，是在数控系统插补运算之前需要预先规定，为插补工艺指令，是在数控系统插补运算之前需要预先规定，为插补运算作好准备的工艺指令。运算作好准备的工艺指令。另一类另一类是辅助性工艺指令，这类指是辅助性工艺指令

24、，这类指令与数控系统插补运算无关，而是根据操作机床的需要予以规令与数控系统插补运算无关，而是根据操作机床的需要予以规定的工艺指令。定的工艺指令。图图4-13 4-13 程序段的格式程序段的格式25 地址字符意义地址字符意义4.34.3表表4-1 4-1 地址字符表地址字符表264.3.7.1 4.3.7.1 准备功能准备功能G G指令指令( (* *) ) 4.34.31 1快速点定位指令快速点定位指令GOOGOO 格式：格式：GOO GOO * *2 2直线插补指令直线插补指令G01G01 格式：格式：G01 G01 F F * *3 3圆弧插补指令圆弧插补指令G02G02和和G03G034

25、 4刀具半径补偿指令刀具半径补偿指令G40G40、G41G41、G42G42 G41 G41左偏刀具半径补偿。左偏刀具半径补偿。 G42G42右偏刀具半径补偿。右偏刀具半径补偿。 G40G40刀具补偿刀具偏置注销。刀具补偿刀具偏置注销。5 5工件坐标系设定指令工件坐标系设定指令G92G92 格式：格式：G92 XG92 XY YZ Z* *6 6绝对尺寸及增量尺寸编程指令绝对尺寸及增量尺寸编程指令G90G90、G9lG9l27 准备功能准备功能G G指令指令4.34.3 表表4-2 4-2 准备功能准备功能G G指令指令28 准备功能准备功能G G指令（续）指令（续）4.34.3表表4-2 4

26、-2 准备功能准备功能G G指令（续）指令（续）29 常用的准备功能常用的准备功能G G指令指令 4.34.3常用的常用的G G功能指令代码功能指令代码304.3.7.2 4.3.7.2 辅助功能辅助功能M M指令指令( (* *) ) 4.34.31. 1. 程序停止指令程序停止指令M00M002 2程序结束指令程序结束指令M02M023 3换刀指令换刀指令M06M064 4主轴定向停止指令主轴定向停止指令M19M195 5主轴正转、反转和停止指令主轴正转、反转和停止指令M03M03、M04M04、M05 M05 31 辅助功能辅助功能M M指令指令 4.34.3表表4-3 4-3 辅助功能

27、辅助功能M M指令指令32 辅助功能辅助功能M M指令（续）指令（续） 4.34.3表表4-3 4-3 辅助功能辅助功能M M指令（续）指令（续）33常用的辅助功能常用的辅助功能M M指令代码指令代码( (* *) ) 4.34.3 表表4-3 4-3 常用的辅助功能常用的辅助功能M M指令代码指令代码344.3.8 4.3.8 数控编程实例数控编程实例( (* *) ) 4.34.3 本节以轮廓铣削加工为例介绍铣削数控加工程序编制。本节以轮廓铣削加工为例介绍铣削数控加工程序编制。 在立式数控铣床上加工图在立式数控铣床上加工图4-144-14所示的零件轮廓外形，写出数控加工所示的零件轮廓外形，

28、写出数控加工程序单，并给出刀具中心轨迹图。程序单，并给出刀具中心轨迹图。图图4-14 4-14 数控铣削零件图数控铣削零件图35 数控加工程序单数控加工程序单4.34.3 分析图分析图4-144-14所示的零件，可以选择刀具的直径为所示的零件，可以选择刀具的直径为10mm10mm，偏置号，偏置号为为H01H01，偏置量为，偏置量为+5.0mm.+5.0mm.偏置指令为非模态，仅在制定程序段有效。加偏置指令为非模态，仅在制定程序段有效。加工路线从工路线从O O点开始，经过点开始，经过A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G、H H、HH、II、I I、J J、A A，又回到又回到O O点。点。数控程序如下数控程序如下： N01 G91 G46 GOO X35.0 Y18.0 H01 N01 G91 G46 GOO X35.0 Y18.0 H01 刀具快速到刀具快速到A A点点 N02 G47 G01 X22.0 F120 N02 G47