数控机床与编程技术和数控机床编程及加工

数控机床与编程技术

主讲关雄飞王丽洁王荪馨

主编关雄飞

出版清华大学出版社第一章：数控机床概述第二章：数控加工编程基础第三章：数控车床的编程第四章：数控铣床的编程第五章：加工中心的编程第六章：自动编程技术第七章：数控机床主体结构目录EXIT学习重点：了解数控技术的产生与发展。了解数控机床的基本构成与工作原理、特点、分类及发展趋势。第一章数控机床概述EXIT一、现代数控技术的产生随着科学技术和社会生产的不断发展和市场竞争的日趋激烈,机械制造领域发生了巨大的变化,机械产品的结构越来越合理,其性能、质量、生产率和精度日趋提高,因此对加工机械产品的生产设备的性能、精度和自动化提出了更高的要求。数控机床（numeriacalconctrolmachinetool）就是通过数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制，实现要求的机械动作，自动完成加工任务。其实质就是技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备。数控控制技术（numeriacalconctrol简称NC）第一台数控机床是美国PASONS公司与麻省理工学院(MIT)于1952年合作研制成功。1959年美国克耐·杜列克公司首次程成功开发加工中心（简称MC）。§1-1数控技术的产生及发展EXIT1959年美国克耐·杜列克公司首次程成功开发加工中心（简称MC）。20世纪60年代末,出现了直接数控系统DNC(directNC),即由一台计算机直接管理和控制一群数控机床。1967年,英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统,这便是最初的柔性制造系统简称FMS。

20世纪80年代初,出现了以加工中心或车削中心为主体,配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元,简称FMC。近几年又出现了以数控机床为基本加工单元的计算机集成制造系统(简称CIMS),实现了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管理和控制。§1-1数控机床的产生发展及构成工作原理EXIT二我国数控技术的发展情况我国研制数控机床从1958年开始,上世纪60年代末,已研制出一些晶体管式数控线切割机床、数控机床,自改革开放以来,“七五”期间诞生了一批数控产品,取得了长足的发展。此后采取自主开发中、高档数控系统与购买国外先进数控系统相结合的方针,我国数控机床生产和使用水平均取得了很大的提高。目前我国生产的数控机床产品巳覆盖了车、铣、镗、磨、齿轮加工、线切割加工、电火花加工以及加工中心、数控弯管机、数控雕刻机等机床,并在有些企业实施了FMC,FMS,CIMS等制造自动化技术,数控加工技术覆盖了机械制造的各个领域,进入了实用阶段。§1-1数控机床的产生发展及构成工作原理EXIT§1-2数控机床的组成及工作原理EXIT

数控机床的构成如图所示,数控机床主要由CNC数控系统和机床主体组成。此外数控机床还有许多辅助装置,如自动换刀装置,自动工作台交换装置,自动对刀装置,自动排屑装置及电、液、气、冷却、润滑、防护等装置。数控系统包括程序及载体、输入/输出装置、计算机数控装置(称为CNC装置)、主轴控制系统和进给控制系统等。有时将主轴控制系统和进给控制系统称为伺服驱动系统。程序及载体信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等,早期常用的信息载体为穿孔带,目前常用的为磁盘。输入/输出装置存储在信息载体上的加工程序需要通过输入装置送给CNC装置。计算机数控装置CNC装置是数控机床的核心,它是采用存储程序的专用计算机,由硬件和软件组成。硬件由各种输入输出接口电路、微处理器(CPU)、存储器等组成。

EXIT§1-2数控机床的组成及工作原理伺服驱动系统伺服驱动系统是数控机床的执行机构之一,执行由CNC装置输出的运动指令。检测装置检测装置是采用闭环或半闭环控制系统的数控机床的重要组成部分,其作用是对数控机床的实现位移和速度进行检测,将检测结果转化为电信号反馈给数控装置或伺服控制系统,实现闭环或半闭环控制。机床主体数控机床的主体包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件,用于完成各种切削加工。EXIT§1-2数控机床的组成及工作原理辅助装置数控机床在实现整机的全自动化控制中,为了提高生产率、加工精度等,还需要配备许多辅助装置,如液压和气动装置、自动换刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。

§1-1数控机床的产生发展及构成工作原理EXIT§1-2数控机床的组成及工作原理一、数控机床加工过程的控制与特点1.数控机床加工零件的控制原理数控机床通过控制刀具相对工件的运动实现对零件的加工。数控装置按加工程序规定的运动轨迹要求,将刀具对工件的运动分割成最小的位移量,通过不断地向各坐标轴方向输出脉冲形式的指令,使刀具沿各坐标移动若干个脉冲当量,实现刀具对工件的相对运动,完成对零件的加工。§1-2数控机床控制与特点分类及发展趋势EXIT零件轮廓加工时,需要在规定的加工轮廓起点和终点之间计算出多个中间点的坐标值,以控制机床各坐标轴的运动,这种计算中间点坐标值的过程常称为插补运算。§1-2数控机床控制与特点分类及发展趋势EXIT插补算法有两大类:脉冲增量插补和数据采样插补。脉冲增量插补主要有两种方法,即逐点比较法和数字积分法。§1-2数控机床控制与特点分类及发展趋势EXIT§1-2数控机床控制与特点分类及发展趋势EXIT数控加工过程中的控制信息流程数控加工是通过CNC装置根据零件的加工程序控制数控机床自动完成的。进行零件加工时,先将编写好的零件程序输入到CNC装置,然后根据输入的程序段插补出理想的轨迹,控制执行部件,加工出需要的零件。下图是直线加工信息转换流程图,框中的变量表示每次进行信息转换后的结果。

二、数控机床加工的功能特点1.可方便加工复杂型面的零件

。2.加工工序相对集中3.可实现高柔性生产§1-2数控机床控制与特点分类及发展趋势EXIT§1-2数控机床控制与特点分类及发展趋势EXITEXIT§1-2数控机床控制与特点分类及发展趋势1.按加工功能分类(1)金属切削类数控机床(2)金属成型类数控机床(3)特种加工机床(4)其他数控机床

2.按控制刀具与工件相对运动的方式分类

(1)点位控制数控机床(2)点位直线控制数控机床(3)连续控制数控机床§1-3数控机床分类EXITEXIT§1-3数控机床分类EXIT§1-3数控机床分类

3.按进给伺服系统的类型分类(1)开环控制系统(2)闭环控制系统(3)半闭环控制系

统

EXIT§1-3数控机床分类随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展,机床数控技术也得到了长足进步，主要表现在以下几点：(1)高可靠性(2)高速化(3)高精度化

(4)加工高柔性化(5)加工功能复合化(6)通讯网络化(7)系统智能化

EXIT§1-4数控机床的技术发展趋势数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。机械工程实验教学中心数控编程的目的数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。机械工程实验教学中心数控编程的内容数控编程的基本原理机械工程实验教学中心数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍机械工程实验教学中心为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定义开关2有效M22√M23自定义开关2无效M23√9S主轴转速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC软件介绍在程序管理界面下，可进行有关数控加工程序文件的各种操作，如读入程序、编辑修改及查错编译等。每一个工件程序由若干个程序段组成；每一个程序段完成一个加工步骤；每一个程序指令有程序段号和若干个指令代码组成，指令代码在程序段中的位置可以是任意的，同组指令在同一程序段中不能重复使用；最后一个程序段由指令代码M02作为程序结束标志。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍

在运行加工程序之前，必须通过参数设置对机床和刀具进行调整，使其与加工要求相符，这样才能正确地进行加工或模拟加工。OpenSoftCNC软件系统的参数主要有以下内容：①基本设置设置可修改的基本参数。②刀具设置设置刀具编号、类型和刀具补偿等参数。③轴参设置设置和查看坐标轴参数。④工件坐标设置设置G54—G59等工件坐标系的原点坐标。