数控机床概述和数控机床编程及加工

自动转位刀架的结构原理及选用图4-1端子盘定位的电动转位刀架结构1、蜗轮2、刀座3、4、鼠齿盘5、粗定位销6、四方刀架体7、刀架螺母8、转动销9、芯轴10、轴套电动机得到转位指令开始旋转，电机通过联轴器带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮逆时针旋转。芯轴9与蜗轮固定联结，所以随同蜗轮逆时针旋转刀架螺母7与四方刀架体固定联结，此时上、下端齿盘联结在一起制约了刀架体的转动迫使螺母上升，直至鼠齿盘3，与鼠齿盘4分离，此时蜗轮同芯轴9带动轴套10转动，轴套10通过转动销8带动刀架体6旋转，完成寻刀运动。此时若某刀位的霍尔管得到信号（寻刀完毕）通知电机反转，此时蜗轮亦反转。刀架体反转粗定位销与被固定鼠齿盘上的爪齿挡住刀架体不能再旋转，转动销子8打滑刀架体向下运动直至端子盘3、4紧密接触，刀架电机电流增大发出信号电机停转，完成刀架整个转位过程。数控机床中常用的齿轮消隙机构及电机轴与丝杠轴的联结方式一、

园柱直齿轮时1、双齿轮片结构2、偏心套1）、齿轮2）、偏心套3）、齿轮3、调节中心距二、双齿轮条消除齿轮间隙机构

1、2为正齿轮与齿条齿合，3、4为左右螺旋齿轮，5上有一对旋向相反的螺旋齿轮，当零件与向前移动是会迫使34齿轮分别向相反的方向旋转，令园柱齿轮1、2左右边贴紧齿条传动齿面固定零件与达到消除齿条间隙的目的。

三电机轴与丝杠轴的联结方式1、无键联结2、应用（在数控机床中）在伺服电机轴上装齿轮，同步带轮，在滚珠丝杠轴端安装齿轮或同步带轮选择胀结套应满足：传递扭矩Mt≥M承受轴向力Ft≥Fx

承受径向力式中M需要传递的扭矩KNmFx：需要承受的轴向力KNMt：胀紧套的额定扭矩KNmFt:胀紧套的额定轴向力KNd﹒l：

胀紧套内径和内环宽度mmPf：胀紧套与轴结合面上的压力N/mm2B：采用n组胀紧套时的额定负荷MmMm=m﹒Mt

式中m负荷系数见表1

c、结合面的表面粗糙度及公差配合，见表2d、拧紧胀紧套螺钉的方法第一步以1/3Mt的值对角拧紧所有螺钉以防偏斜；第二步以1/2Mt对角拧紧全部螺钉加力；第三步以Mt值全部拧紧螺钉。e、结构装配图同步带传动是综合了带传动、链传动和齿轮传动优点的新型带传动。它的传动效率可进99.5﹪，传动功率可从几瓦到数百千瓦，一级带传动速比可达到10，线速度可达到40m/s同步带传动已在各种仪器轻工业以及通用机械中得到广泛的应用。同步带由带背、抗拉层及带齿三部分组成，抗拉层其位置在同步带的节线部位保证带的节矩不变，常用的抗拉元件有钢丝绳及由玻璃纤维组成的绳索。带齿带背有用聚氨脂和氯丁胶材料，它应有良好柔韧性抗弯曲疲劳性能，耐磨损不易老化的性能。同步带按齿形分（梯形齿）周节制同步带、模数制同步带、园弧齿同步带、我国研制同步带的早期由于有齿轮滚刀可加工带轮用得较多，现在已很少应用，目前在机床用得较多的为HTD型园弧齿同步带。园弧齿同步带的齿形图

同步带轮设计与计算园弧齿同步带的规定代号:例：1000——5M——30带宽30mm节距5mm接线长1000mm园弧齿同步带的齿形尺寸，见表1

园弧齿同步带,带轮的设计计算举例例题：某机械中采用园弧齿同步带传动，断续使用，每天平均工作3-4小时，电机为普通三相异步电动机，功率N=22KW，小带轮转速970r/min减速比I=2.5中心距A=750mm，试选择同步带计算带轮1、

决定计算功率Nj=N﹒K=N﹒(K0+K1+K2)计算功率Nj为给定功率乘以功率修正系数K，K由三部分即工作情况系数K0,张紧轮影响系数K1和增速传动系数K2组成根据手册查K0=1.7K1=0K2=02、

选择园弧齿轮同步带的节距Pb根据Nj和小轮N1查手册的诺模图选节距代为14M，Pb=14MM

3、

确定主从动轮的齿数和节园直径取小带轮齿数Z1=38小带轮的节园直径大带轮齿数大带轮齿数带轮的节园直径验算线速度vmax

v＜vmax=40m/s

4、

确定同步带的节长lp齿数Zb和中心距A按求节长的近似公式计算：代入按园弧齿节线系列尺寸选定lp=2450，Zb=175，重算中心距A=748.7mm,5、小带轮齿合齿数Zm代入6、确定同步带的宽度bs确定齿宽系数KwKz小带轮齿合齿数系数依据Zm=17由表得Kz=1KL带长系数，Lp=2450，Pb=14，KL=1N0基准传动功率，依据Z1=38，N1=970r/mm,Pb=14,查表得N0代入按Kw查表取bs=85mm同步带规格为：2450-14M-85园弧带轮齿形尺寸14M节距的标准带宽与带轮宽的关系,其余节距均可查设计手册同步带轮的公差与表面粗糙度齿顶园跳动:d顶≤120δ=0.13d顶＞130

δ=0.13+0.0005（d节-180）齿顶园端面跳动:d顶≤80δ=0.18＜d顶＜200δd节

d顶＞200

δ=0.25+0.0005（d节-250）齿向公差:δ=0.001bf（带宽）带轮孔直径公差:H7带轮齿面粗糙度:Ra0.0025-0.005（▽6）一般推荐在小带轮的两侧装上挡图，大带轮可不装挡图。根据工作状况及有关参数画出带轮工作图。（d节、d顶、z、孔径、齿宽）

阻尼，刚度，惯量，固有频率对伺服进给系统的影响

伺服进给系统是由电器，液压机械等环节组成的一个复杂系统。影响伺服系统的因素非常之多。从理论上说完全可以根据系统的要求提出一系列的假定来建立数学模型及其相应的传递函数，从而计算出系统的有关参数。但到目前为止，理论计算往往不能作为最后的根据。所以在设计进给伺服系统时要辅以必要的实验分析，特别是现有的进给伺服系统的结构参数与经验数据是非常有价值的实用数据。

一、阻尼对数控进给系统的影响伺服系统的阻尼包括伺服驱动装置的电感、电阻、电动机的机械部件，以及机械传动机构的磨擦阻尼及导轨的粘性阻尼。阻尼在伺服系统中的作用。①、阻尼大的系统抗扰动的能力强，换句话说就是伺服刚度高难度。②、阻尼大的系统定位精度低，也就是说它定位的离散度大，这也可以从上一节所讲的公式中得到验证

（F0↑δk↑）δk：定位误差F0：静磨擦力K：传动系统的刚度F0↑失动量↑

它的作用是互相矛盾的，必须加以辩证的使用。

一、刚度对伺服系统的影响系统的刚度低除了可引起定位误差和失动量的增加之外，还会降低系统的固有频率。在设计伺服进给系统时必须综合地考虑刚度和惯量对固有频率的影响，必要时还要做实验分析：当采用伺服电机时其固有频率一般都低于机械传动的固有频率。为了避免产生共振，一般要求机械传动的固有频率高于伺服驱动系统的固有频率2-3倍。二、惯性对伺服系统的影响在数控系中滚珠丝杠往往要频繁地启动、变速、停止制动。如果动态响应不快往往会影响生产效率。而转动惯量在物体的旋转运动中，它是惯性的度量，也就是说转动惯量大的物体改变运动状态困难，也就是说会增大时间常数，系统的灵敏度下降。另外，机械零件的惯量增加会降低机械部件的固有频率容易产生共振。所以一般要求计算到电机轴上的转动惯量JL要小于伺服电机的转动惯量。JL≤(1/4～1/2)JmJL值取得过大系统的灵敏度会过低。X轴总装图总装图Z丝杠丝杠丝杠螺母座从动带轮主动带轮C650实例总装图Z丝杠Z丝杠928-1Z丝杠928-2总装图总装图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