数控技术第五章

数控技术2/2/20231第五章典型数控机械5-1数控车床按功能分类：经济型和全功能型经济型：单片机或单板机控制、功率步进电机驱动、功能简单、价格低廉的数控车床。全功能型：配有功能齐全的数控系统、价格相对较高的数控车床。一、数控车床的机械结构及原理一）主传动系统结构特点电机：一般采用直流或交流主轴电机驱动，可实现无级调速。传动：采用直接传动、皮带传动或齿轮变速组传动。变速：采用液压拨叉或电磁离合器自动变速。2/2/202325-1数控车床

CA6140型车床数控改装（经济型手动变速）传动系统图2/2/20233采用电磁离合器自动变速的主传动系统原理图5-1数控车床装配图2/2/20234C轴坐标功能C轴坐标概念：即绕Z轴的旋转运动C轴坐标功能：该功能能够控制主轴绕C轴旋转的角度，实现主轴定向停车和圆周进给。从而实现C轴、Z轴联动插补或C轴、X轴联动插补，进行工件任意部位的钻、铣、攻丝及曲面加工。C轴坐标功能示意图5-1数控车床2/2/202355-1数控车床C轴传动结构形式(MOC200MS3车削柔性加工单元)2/2/202365-1数控车床C轴传动结构形式(CK6114车削中心)2/2/20237二）进给系统结构特点电机：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。运动转换：滚珠丝杠螺母副。快移速度：经济型数控车床一般纵向≤6m/min，横向≤3m/min，全功能型数控车床一般可达10~15m/min。精度：经济型数控车床脉冲当量一般纵向0.01mm，横向0.005mm，全功能型数控车床一般定位精度0.01mm。进给传动装置.传动：同步齿形带传动、锥形环连接套传动或降速齿轮传动。同步齿形带传动图6-8锥形环连接套传动图6-9降速齿轮传动图6-10

图6-115-1数控车床2/2/20238三）数控车床的刀架要求：重复定位精度高、刚性好、可靠性好、寿命长。5-1数控车床自动转位刀架种类：按工位可分为：四方刀架、五方刀架、六方刀架按工作原理分：螺旋转位刀架（应用广泛）、十字槽转位刀架、凸台棘爪转位刀架、电磁式转位刀架、液压式转位刀架。螺旋转位刀架原理2/2/20239螺旋转位刀架结构图5-1数控车床2/2/2023105-1数控车床自动转位刀架编码：以实现加工所需刀具的选择。四方刀架编码：需两位数00、01、10、11五方刀架编码：需三位数001、010、011、100、101（000一般不用）六方刀架编码：需三位数001、010、011、100、101、110转塔刀架（回转刀架）刀位数：最多可达20余种，常用8、10、12、16四种。外形：圆鼓形、星形和伞形，常用圆鼓形。驱动：电机传动和液压传动。动力刀架：用于车削中心，与C轴坐标功能配合，完成联动插补加工。2/2/202311转塔刀架简图5-1数控车床2/2/202312四）床身与导轨床身结构：平床身、斜床身、平床身与斜滑板、立床身。5-1数控车床平床身：工艺性好、运动精度较高，但排屑困难，一般用于经济形数控车床。斜床身：排屑方便、占地面积小、外形美观、便于安装机械手、可实现单机自动化，一般用于中小型机床导轨

支承导轨：一般采用镶钢导轨或铸铁淬火导轨。动导轨：一般采用贴塑或注塑导轨。

直线滚动导轨副：应用日益广泛。2/2/202313二、经济型数控车床的CNC数控系统国内开发并广泛应用的经济型数控系统如：WSQ-80系统：采用单板机控制RC-51系统：采用8031单片机控制JWK系统：采用双8031单片机控制CKL-6132经济型数控车床CNC系统简介：（一）主要技术参数与功能主轴转速级数12级主轴转速范围32-1600rpm进给量及螺距范围(纵向)0.01-10.23mm／r进给量及螺距范围(横向)0.005-5.11mm／r5-1数控车床2/2/202314可装刀具数目4把主电机(直流)功率4kW速度刀架纵向快速移动3m／min刀架横向快速移动速度1.5m／min纵向步进电机静态转矩20N·m横向步进电机静态转矩10N·m2.数控装置控制微机16位(8086)微机控制轴数x、z两轴联动插补方式直线、圆弧插补脉冲当量z向0.01mm脉冲当量x向0.005mm代码ISO标准5-1数控车床2/2/202315最大编程值三字节CRT显示x和z向显示999.99mm显示功能：现在位置、加工程序、主轴转速、加工程序号等操作方式：全程序运行、单程序运行、手动操作、程序工作状态等。3.数控装置的功能准备功能：G00快速定位C01直线插补C02(G03)圆弧插补G04延时指令G25锯齿加工G70圆柱切削循环G71锥度切削循环G72圆柱螺纹切削循环G73锥度螺纹切削循环G92坐标设定5-1数控车床2/2/202316辅助功能：M00程序停止M01计划暂停M02程序终了M03主轴正转M04主轴反转M05主轴停止M08冷却液开M09冷却液关主轴转速选择功能S：S01—S06(低速)2~400r／minS11—S13(中速)500~800r／minS14～S15(高速)1000~1600r／min刀具选择功能：TΔ

ȠΔ表示刀具号码Ƞ表示刀具补偿号5-1数控车床2/2/202317进给速度功能F：F1~F1023种选择坐标与删节指令：x表示横向绝对坐标z表示纵向绝对坐标U表示横向增量坐标W表示纵向增量坐标I圆心坐标和横向进给量K圆心坐标和纵向进给量R圆弧曲线的半径(矢量)值/删节指令4.数控程序输入方式(1)键盘输入方式(2)磁带输入方式(3)固化在ROM存储器中5-1数控车床2/2/202318（二）硬件结构主从控制结构图6-17主机：一台16位的8086构成的工业控制机，担负数据处理、插补控制及一些功能管理等任务。从机：Z-80CPU为核心构成的单板机，担负S、M、T等辅助任务(如调速、换刀等开关量控制)，还担任手动操作方面的控制任务。系统内存为ROM64K、RAMl28K接口电路由8255、8253、8259等芯片组成。8255送数据和扫描开关量，井控制伺服驱动系统。8253主要采集主轴脉冲信号和G00速进给的定时控制可编程中断控制器8259用于中断控制。5-1数控车床2/2/202319（三）软件结构CNC系统是一个实时控制系统，其控制软件由多个功能模块组成，一般都应具备如下一些软件模块：数控语句读人程序；工作状态选择程序；补偿功能程序；如间隙补偿、刀尖半径补偿等；速度控制程序；指进给速度的控制和主轴速度的控制；插补程序；以实现脉冲的各种分配运算；辅助功能控制程序；用于刀具选择、主轴正反转控制等。1．软件的总体结构图6-18框图结构说明如下：5-1数控车床2/2/202320(1)系统初始化

在上电以后系统程序首先使各有关寄存器、存储单元进入初始状态，清零、设置有关常数，对有关接口设置工作状态。初始化工作结束后，系统立即对操作面板进行扫描，区别操作状态为手动还是自动，然后做出相应的响应。

(2)读NC程序一次性将加工程序依次读入源程序区加工时逐条将源程序从源程序区读入工作区进行译码、刀具补偿运算等(3)S、M、T处理

读人程序译码之后，S、M、T强电控制信号送人强电控制装置，使其处于数控程序所规定的工作状态。

5-1数控车床2/2/202321(4)坐标值变换

该机床数控编程时允许绝对值与相对值混合使用，所以必须对每条数控程序的坐标值进行处理。(5)程序检索此项处理是为了在程序调试或机床调整中使用，目的是为了方便地寻到所要求的数控程序段，这对于分析故障亦有许多帮助。

(6)等待强电回答

当主机向机床强电装置发出S、M、T命令之后，它自己就去处理其他有关程序，在它执行完有关程序之后，强电动作还远未完成，这时主机就转入等待状态。(7)G功能分析程序块

由于该系统是一个多功能系统，所以在执行每条数控程序时必须对G指令进行判别，确定是哪一个指令，这样在加工过程中就可以调用相应的G功能子程序。5-1数控车床2/2/202322(8)进给速度处理

加工中一般有两种速度：空行程快速点定位速度(一般在2-4m／min)由F指令确定的加工进给速度。考虑到步进电机启动和制动时的惯性，必须有升降速处理程序。(9)加工（插补）运算

本系统采用逐点比较法进行插补运算(10)终点判别

在加工过程中，数控系统每向步进电机发出一个脉冲信号，都将相对坐标值减去1，并且立即判断其是否为零，即是否到达终点。(11)其他程序除上述一些程序外，还有系统转向相应的执行程序等。5-1数控车床2/2/2023232．特殊功能模块程序设计(1)螺纹切削处理软件加工螺纹时主轴脉冲发生器每转发出二组脉冲：一组为每转发1024个脉冲，通过螺纹切削处理软件产生F个溢出脉冲，控制Z方向进给F值（螺距值），达到主轴转一转刀架移动一个螺距。一组是每转发一个同步脉冲，当微机接受到同步脉冲之后就进入加工控制，实现同一切削点切人加工，防止乱扣。生成进给速度F的方法有数字积分法和CTC常数设置法5-1数控车床2/2/202324①数字积分法：由螺距值F（脉冲数）寄存器和余数寄存器构成一个积分器：采用CTC中断方式：脉冲发生器每发一个脉冲，就产生一次中断，积分器进行一次累加，当余数寄存器有溢出时，向Z向发一个进给脉冲。每转发1024个脉冲，进行1024次中断和累加，产生F个溢出脉冲，完成一次螺距进给。5-1数控车床2/2/202325②CTC常数设置法：脉冲发生器所发脉冲数为F的整数倍，则以所发脉冲数除以F作为计数常数。脉冲发生器所发脉冲数不为F的整数倍，则一个设置常数为商数加1，中断次数为余数次，另一个设置常数为商数，中断次数为（F-余数次）。验证：主轴脉冲数＝商×(F-余数次)+(商+1)×余数例：螺距为1，主轴脉冲数为1024，脉冲当量为0.01则F＝100，商为10，余数24带入上式验证:5-1数控车床2/2/202326(2)刀具选择软件设计四方刀架控制软件应该包含下面内容：①读入当前刀架所处的刀具位置；②与数控指令所要求的刀位进行比较，并确定所要求转动的刀位角是90·、180喊是270·；③在要求转位情况下使刀架转位电机转动；·④在电机转动刀架的时间到了以后，再次读入刀位值，与指令值进行比较，如果符合则电机反转，使刀架下落夹紧；⑤关刀架转位电机，发出结束信号。5-1数控车床2/2/202327加工中心与数控铣床的异同:加工中心是在数控机床的基础上发展起来的，都是通过程序控制多轴联动走刀进行加工的数控机床。不同的是加工中心具有刀库和自动换刀功能。加工中心适于加工形状复杂、工序多、精度要求较高，普通机床加工需多次装夹调整困难的的工件。5-2加工中心常用于加工箱体类零件带复杂曲面的零件异形件板、套、盘、壳体类零件2/2/2023285-2加工中心卧式加工中心

龙门加工中心

立式加工中心

复合加工中心

按机床主轴布局形式分主轴轴心线设置在竖直状态

主轴轴心线设置在水平状态

具有可移动的龙门框架、主轴头装在龙门框架上、主轴轴心线设置在垂直状态

立卧两用加工中心，具有立式和卧式加工中心的功能

立式、卧式加工中心的结构（单击观看录像）2/2/2023295-2加工中心无机械手的加工中心带刀库、机械手的加工中心刀库转塔式加工中心按换刀形式分

加工中心的结构及类型2/2/2023305-2加工中心可装20把刀的无臂式ATC刀具库2/2/2023315-2加工中心可装24把刀的有臂式ATC刀具库2/2/2023325-2加工中心可装32把刀的有臂式刀具库2/2/2023335-2加工中心可装60把刀的刀具库2/2/2023345-2加工中心

XHK716立式加工中心一、机床的用途与主要技术性能XHK716立式加工中心技术参数为：工作台工作面积630x120m2行程：纵向1200mm横向630mm铅垂向800mm主轴转速范围：25-2500rpm主轴转速级数无级（直接编程，增量1r/min）进给速率（x、y、z）2-4000mm/min快速移动（x、y、z）10m／min刀库容量24把选刀方式任选主电机功率12或15kW进给直流伺服电机38.5N·m机床电源总功率42kW2/2/202335二、机床的组成和传动系统5-2加工中心2/2/202336二、机床的组成和传动系统5-2加工中心2/2/2023371.自动换刀的工作过程5-2加工中心三、机床的自动换刀装置2/2/2023382.刀库5-2加工中心2/2/2023393.机械手5-2加工中心2/2/202340四、FANUC－6MB数控系统的基本功能（略）5-2加工中心2/2/2023415-3数控铣床数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，在数控加工中占据了重要地位。世界上首台数控机床就是一部三坐标铣床，这主要因于铣床具有X、Y、Z三轴向可移动的特性，更加灵活，且可完成较多的加工工序。现在数控铣床已全面向多轴化发展。目前迅速发展的加工中心和柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床的基础上产生的。2/2/2023425-3数控铣床数控铣床是用来加工工件的平面、，内外轮廓、孔、攻螺纹等工序，并可通过两轴联动加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、三轴或多轴联动来加工空间曲面零件。配点位、直线数控装置——用同一刀具进行多道工序的直线切削