机床数控技术及应用7-1和数控机床编程及加工

第七章数控机床的选用、验收与维修由于数控机床具体涉及到微电子、计算机、自动控制、自动检测，以及精密机械等方面最新技术成果．而且各类数控机床之间有较大差别，因此它们的选用、验收与维修也不尽相同。本章只能从原则上作一介绍，更具体的内容可以参考产品说明书及有关使用、维护等技术文档资料。7.1.1数控机床选用的原则按我国的具体情况，数控机床可划分为三个层次：(1)高档型数控机床

指可加工复杂形状具有多轴控制、工序集中、自动化程度高、具有高度柔性的数控机床。一般采用的数控系统具有32位或64位微处理器；机床的进给采用交流伺服驱动；能控制5轴或5轴以上、并实现5轴或5轴以上的联动；μm，快速进给速度可达100m/min；具有通讯联网、监控、管理等功能。这类机床功能齐全，价格昂贵，主要包括5轴以上的数控铣床，大、重型数控机床，五面加立中心，车削中心和柔性加工单元等。7.1.1数控机床选用的原则(2)普及型数控机床

这一档次的数控机床具有人机对话功能，应用较广‘价格适中，也称为全功能数控机床。所配置的数控系统采用16位或32位微处理器；机床的进给多用交流或直流伺服驱动；其控制的轴数和联动轴数在4轴和4轴以下；进给分辨率为1μm，快进给速度为20m/min。这类数控机床的品种门类极多．其总的趋势是趋向简单、实用，不追求过多的功能；进而使机床的价格适当降低。7.1.1数控机床选用的原则(3)经济型数控机床这类档次的数控机床结构简单，精度一般，但价格便宜、能满足一般加工精度的要求，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹的零件等。采用的数控系统是单片机或PC机；机床进给为步进电机开环驱动，控制的轴数和联动轴分别在4轴和4轴以下；进给分辨率为10μm，快速进给速度可达10/min。7.1.1数控机床选用的原则一般在选用数控机床时需遵循以下原则：(1)实用性选用数控机床的目的是为了解决生产中的问题，首要的是为了实用，实用性就是要使所选的数控机床能最大程度地实现预定目标。例如选数控机床时要明确是为了加工复杂的零件，提高加工效率，提高精度，还是为了集中工序、缩短周期，或是实现柔性加工要求。有了明确的目标后有针对性地选用机床，才能以合理的投入获得最佳效果。(2)经济性经济性是指所选用的数控机床在满足加工要求的条件下，投入要经济或较为合理。经济性往往是和实用性相联系的．机床选得实用则经济上也会合理。7.1.1数控机床选用的原则(3)可操作性用户选用的数控机床要与本企业的操作和维修水平相适应。选用了较复杂、功能齐全、较为先进的数控机床，如果没有适当的操作者操作使用，没有熟悉的技工维护修理，那么再好的机床也发挥不了应有的作用。(4)稳定可靠性稳定可靠性既与数控系统有关，也与机械部分有关。要保证数控机床工作时稳定可靠，选用时一定要选择名牌产品(包括主机、系统和配套件)。7.1.2数控机床选用的基本要点7.1.2数控机床选用的基本要点1．确定典型加工对象确定典型加工对象是数控机床选型的基础。考虑到效控机床品种多，而且每一种机床的性能只适用于一定的使用范围，每一种加工机床都有其最佳加工的典型零件。只有在一定的条件下，加工一定的工件才能达到最佳效果．因此选购数控机床首先必须确定用户所要加工的典型工件。如卧式加工中心适用于加工箱体零件—箱体、泵体、阀体和壳体等，立式加工中心适用于加工板类零件——箱盖、盖板、壳体和平面凸轮等单面加工零件。7.1.2数控机床选用的基本要点1．确定典型加工对象若适于卧式加工中心加工的典型零件在立式加工中心上加工，零件的多面加工则需要更换夹具和倒换工艺基准，这就会降低生产效率和加工精度。反之，若适于立式加工中心加工的典型霉件在卧式加工中心上加工则需要增加弯板夹具，这会降低工件加工工艺系统刚性和工效。同类规格的机床，一般卧式机床的价格要比立式机床高80％-100％，所需加工费也高;卧式机床的工艺性比较广泛，据国外资料介绍，在工厂车间设备配置中，卧式机床占60％-70％，而立式机床只占30％-40％。一些形状简单、易加工的工件，大批量生产而不费辅助工时的工件，并不能充分发挥数控机床功能多、柔性强、加工精度高、自动化程度高的优势，当工件加工要求比较特殊，而目前的数控技术还不适于它的加工要求时，也不应勉强选用数控机床。7.1.2数控机床选用的基本要点2．数控机床类型的确定要根据典型零件的图纸和加工工艺确定机床的种类。如箱体类零件可采用数控镗铣床、加工中心或柔性加工单元(MC)加工。如轴杆类零件和圆盘类零件的加工，主要涉及车、磨工艺，而常采用数控车床、车削加工中心和数控磨床来完成加工。7.1.2数控机床选用的基本要点3．机床主参数的选择机床主参数的选择主要取决于零件的外廓尺寸和装夹定位方式。在机床的所有参数中。坐标轴的行程是最主要的参数。最基本的坐标轴是X，Y，Z坐标轴，这几个坐标轴的行程尺寸反映了机床的加工能力。对于卧式车床和卧式内外圆磨床，机床的主参数用回转半径和加工长度表示。对平面磨床、铣镗床等机床，用机床工作台尺寸作为机床的主参数。工作台尺寸的大小和坐标轴的行程有着基本对应的关系。一般情况下加工件的轮廓尺寸应在机床的加工空间范围之内，如典型零件是450mmx450mmx450mm的箱体，那么应选取工作台面尺寸为500mmX500mmX500mm的加工中心。7.1.2数控机床选用的基本要点4．机床的精度选择数控机床的定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动元部件的综合精度。尤其是重复定位精度，它反映了该控制轴在行程内任意定位点的定位稳定性。这是衡量该控制轴能否稳定可靠工作的基本指标。7.1.2数控机床选用的基本要点机床选型时必须根据典型加工对象的精度要求，对机床各项精度指标因素作具体分析数控车床一般测量尺寸比较方便，机床系统误差（定位精度）对尺寸精度的影响可以通过更改加工程序而基本予以消除。选用时应考虑随机误差（重复定位精度）对零件精度的影响。镗铣类机床的精度主要影响位置和形状公差，而形位公差的检查比较困难，往往需要先进的设备和仪器才能进行，因此镗铣类机床应以定位精度作为选择机床精度的主要指标。上面只是部分分析了数控机床主要精度对工件加工精度的影响。要想获得合格的加工零件，选取适用的机床设备只解决了问题的一半，另一半必须采取工艺措施来解决。7.1.2数控机床选用的基本要点5．机床刚度的确定对机床的参数和精度进行选择的时候，都包含了对机床刚度的要求，选择用于难切削材料加工的机床时，要特别注意机床的刚性，此时为了获得机床的高刚性，往往选用相对零件尺寸大1-2个档次规格的数控机床6．机床可靠性的确定随着数控技术和FMS系统的发展，对这些系统的主体设备连续运行的可靠性要求越来越高。在现有条件下，用户在选型过程中对机床可靠性的评价一般采取：走访被选择厂家的老用户，了解机床位用情况的方法。多台机床选型时，应尽可能选用同一厂家的数控系统，这样可给备件准备及维修工作带来方便。7.1.2数控机床选用的基本要点7．关于机床的噪声和造型对于机床的噪声，各国的机床厂家都有明确的标准，噪声等级不允许超过标准值。机床造型对工业安全、人体卫生、生产效率等有着潜在而又非常重要的影响。8．关于功能预留功能预留不是一个技术问题，它属于企业的战略决策问题。机床的主要技术规格，应在满足目前产品要求的前提下，以机床的使用年限为基准(约为十年左右)，为可预见的来来留有一定余地，以使机床具有足够的适应性。7.2数控机床的调试和验收7.2.1数控机床的安装调试数控机床的安装与调试工作是指数控机床运到用户后，将它安装到工作现场，直至能正常工作的这一阶段所做的工作。1．数控机床的安装2．通电试车3．机床的水平调整和试运行调试7.2.1数控机床的安装调试1．数控机床的安装(1)做好机床安装基础，并在基础上留出地脚螺栓的孔；以便机床到厂后舱及时就位安装。(2)对于小型数控机床安装与调试工作比较简单。由于它的整体刚性很好，到安装场地后不要组装连接，对机床地基没有什么特殊要求，一般只要通上电源，调整床身水平后就可投入使用。对于大中型数控机床由于机床制造厂发货时已将数控机床解体成几个部分(如数控柜、电气柜、立柱、刀库、机械手等)，到用户后就要进行重新组装和调试，工作就较小型数控机床复杂。7.2.1数控机床的安装调试(3)连接电缆、油管、气管。电、气、油、水等管线的安装—定要符合技术、安全及环保规范的要求；，连接时要注意电缆、管道的标记，以免接错。(4)数控系统的连接数控系统外部电缆的连接；指数控装置与MDI/CRT单元、强电柜、机床操作面板、进给伺服电动机动力线与反馈线、主轴电动机动力线与反馈信号线的连接及与手摇脉冲发生器等的连接。。这些连接必须符合随机提供的手册的规定，最好使用随机配套的电缆。7.2.1数控机床的安装调试数控机床地线的连接十分重要，良好的接地不仅对设备和人身安全十分重要。同时能减少电气干扰，保证机床的正常运行。机床生产厂家对接地线的要求都有明确的要求和规定，一般都采用辐射式接地法，即数控柜中的信号地、强电地、机床地等连接到公共接地点上，公共接地点再与大地连接。7.2.1数控机床的安装调试(5)电源连接一般变压器上设有多个抽头供用户选择使用。检查本厂电源电压的波动范围是否在数控系统允许的范围之内；一般数控系统允许电压的波动范围为额定值的110％一85％，而欧美的一些系统要求更高。如果本厂电源电压的波动范围超过数控系统的要求，就应考惑配备交流稳压器，这样才能保证设备安全可靠地工作。某些伺服系统在连接时还要进行输入电源电压相序的确认。7.2.1数控机床的安装调试（6）参数的设定和确认数控系统的印刷电路板上有许多短路设定点，用以适应各种型号机床的不同要求。对于整机购入的数控机床，一般情况下，机床制造厂已经设定好，用户只需确认即可。如果是单独购进的数控系统，用户必须根据所配机床的需要自行设定。7.2.1数控机床的安装调试2．通电试车试车前准备：首先是按照机床说明书的要求。按机床说明书要求给机床润滑油箱、润滑点灌注规定的油液和油脂．清洗液压油箱及过滤器，灌入规定标号的液压油。液压油事先要经过过滤。接通外界输入的气源；接通电源，机床通电操作可以先分别将各部分通电，没有异常后再全面供电试验，这样虽然时间较长，但比较安全且利于故障排除。7.2.1数控机床的安装调试2．通电试车数控系统第一次接通电源时，一定要做好按紧急停机按钮的准备，以便随时切断电源。（如：伺服电动机的反馈信导线接反了或断线，均会出现机床“飞车”现象，这时就需要立即切断电源．检查接线是否正确。）机床各环节都能正常工作后（如油压、气压正常，无渗漏），调整机床的床身水平，粗调机床的主要几何精度，再调整重新组装的主要运动部件与主机的相对位置，这些工作完成后．就可以用快干水泥灌注主机和各附件的地脚螺拴，把各个预留孔灌平，等水泥完全于固以后，就可进行下一步工作。7.2.1数控机床的安装调试3．机床的水平调整和试运行水平调整在已经干固的地基上用地脚螺栓和垫铁精调机床床身的水干，观察各坐标全行程内机床的水平变化情况，并相应调整机床几何精度。使各轴在全行程上的不平行度均在允许的范围之内，同时要注意所有垫铁都应处于垫紧状态。使用的检测工具有精密水平仪、标准方尺、平尺、平行光管等。在调整时，主要以调整垫铁为主，必要时可稍微改变导轨上的镶条和预紧滚轮等。一般来说，只要机床质量稳定，通过上述调试可将机床调整到出厂精度。7.2.1数控机床的安装调试3．机床的水平调整和试运行试运行数控机床安装调试完毕后，要求整机在带一定负载条件下经过一段较长时间的自动运行较全面地检查机床功能及工作可靠性，这个过程称作安装后的试运行。国家标准GB9061—88中规定了自动运行考验的时间，数控车床为16h，加工中心为32h，井要求连续运转。自动运行考验程序要包括控制系统的主要功能．如主要G指令，M指令，换刀指令，工作台交换指令，主轴的最高、最低和常用转速，轴进给的快速和常用速度等。另外，刀库上应装满刀柄，工作台上员好有一定的负裁。在试运行时间内，除操作失误引起的故障以外，不允许机床有故障出现，否则表明机床的安装调试存在问题。7.2.2数控机床的验收一、验收的基本概念数控机床的验收大致分两大类一类是对于新型数控机床样机的验收，它由国家指定的机床检测中心进行；对于新型数控机床样机的验收，需要使用各种高精度仪器来对机床的机、电、液、气等各部分及整机进行综合性能及单项性能的检测，必须由国家指定的几个机床检测中心进行，才能得出权威性的结论意见。另一类是一般的数控机床用户验收其购置的数控设备。对于一般的数控机床用户，其验收工作主要根据机床出厂检验合格证上规定的验收条件及实际能提供的检测手段来部分地或全部测定机床合格证上的各项技术指标。7.2.2数控机床的验收下面介绍一般数控机床用户在数控机床验收工作中要做的一些主要工作。1．开箱检验2．外观检查3．机床性能及数控功能的检验(1)机床性能的检验(2)数控功能的检验4数控机床精度的验收(1)几何精度的验收(2)定位精度的验收(3)切削精度的验收7.2.2数控机床的验收验收工作贯穿整个安装调试过程1．开箱检验核对随机文件资料（如：操作、维修说明书，图纸资料，合格证等技术文件）和装箱单；清点附件、备件、工具的数量、规格及完好状况；检查主机、数控柜、操作台等有无明显损伤、变形、受期、锈蚀等。2．外观检查外观检查包括机床外观和数控柜外观检查。还需检查所有的连接电缆、屏蔽线有无破损，紧固螺钉是否拧紧，各印刷电路板是否插到位，接线端子或插接件是否松动，凡是需要盖罩的接线端子座(该处电压较高)是否都有盖罩等。7.2.2数控机床的验收3．机床性能及数控功能的检验(1)机床性能的检验数控机床性能试验一般有十几项内容，主要包括主轴系统、进给系统、自动换刀系统、其他电气装置、安全装置、润滑装置、气液装置及各附属装置等的性能。要检验这些装置的工作是否正常可靠。(2)数控功能的检验检验数控系统的功能，用手动方式或程序方式检测该机床应该具备的主要功能。如快速定位、直线插补、圆弧插补、自动加减速、暂停、平面选择、固定循环，单程序段，跳读、条件停止、进给保持、紧急停止、程序结束停止、镜像功能、旋转功能，刀具长度补偿、刀具半径补偿、螺距误差补偿、反向间隙补偿、用户宏程序以及图形显示，检查数控系统提供的诊断功能和报警功能等。7.2.2数控机床的验收4数控机床精度的验收数控机床精度的验收．必须在地基水泥完全干固后，按照JB2670－82《金屑切削机床精度检测通则》进行。精度验收的内容主要包括几何精度、定位精度和切削精度。（1）几何精度的验收数控机床的几何精度，综合反映了该机床关键零部件及其组装后的几何形状误差。其检测的内容和方法与普通机床相似。以一台普通立式加工中心的几何精度检测内容如下页所示7.2.2数控机床的验收①x，y．z坐标的相互垂直度；②工作台面的平行度；③x轴移动工作台面的平行度；④z轴移动工作台面的平行度；⑤主铀回转轴心线对工作台面的平行度⑥主轴在z轴方向移动的直线度‘⑦主轴在y轴方向移动的直线度；⑧主轴在x铀方向移动的直线度；⑨x轴移动工作台边界定位基准面的平行度，⑩工作台中心线到边界定位器基被面之间的距离精度⑩主轴轴向跳动；⑩主轴孔径向跳动。7.2.2数控机床的验收目前，国内检查机床几何精度的常用检测工具有：精密水平仪、直角尺、精密方箱、平尺、平行光管、千分表或测微仪、高精度主轴心棒及一些刚性较好的千分表杆等。每项几何精度的具体检测办法见各机床的检测条件规定。但检测工具的精度等级必须比所测的几何精度要高一个等级。要注意的是：几何精度的检测必须在机床精调后一次完成，不允许调整一项检测一项，因为几何稿度的一些项目是相互联系、相互影响的。7.2.2数控机床的验收(2)定位精度的验收机床定位精度的验收可根据GB10931一89数字控制机床位置精度的评定方法》进行。数控机床的定位精度是指机床各坐标轴在数控装置控制下运动所能达到的位置精度。定位精度主要检测内容如书P264页。①各直线运动轴的定位精度和重复定位精度；②直线运动各轴机械原点的复归精度；③直线运动各轴的反向误差；④回转运动(回转工作台)的定位精度和重复定位精度⑤回转运动的反向误差：⑥回转轴原点的复归精度。7.2.2数控机床的验收主要检测工具有测微仪和成组块规、标准刻度尺、光学读数显微镜、双频激光干涉仪等。按国家标准和国际标准化组织的规定，对数控机床的检测，应以激光测量为准。但目前国内激光测量仪较少的情况下，大部分数控机床生产厂的出厂检测及用户验收检测还是采用标准尺进行比较测量。7.2.2数控机床的验收（a）直线运动的定位精度7.2.2数控机床的验收（b）直线运动的重复定位精度重复定位精度是反映轴运动稳定性的一个基本指标。机床运动精度的稳定性决定着加工零件质量的稳定性和误差的一致性。重复定位R为标准偏差中最大值的6倍，即（c）直线运动的反向误差直线运动的反向误差包括传动链的反向死区、反向间隙以及弹性变形等产生的误差。测量方法是分别对各目标位置从正、负两个方向进行5次定位，测出实际到达位置与目标位置之差，算出正、负向定位时的平均位置偏差之差值，反向误差为各目标位置反向偏差中的最大值，即7.2.2数控机床的验收（d）直线运动原点的复归精度检测方法是对于每个直线运动轴，从不同位置进行7次原点返回，测出其停止位置，以读出的最大差值作为测定值。7.2.2数控机床的验收(3)切削精度的验收机床的切削精度是一项综合精度指标，它不仅反映了机床的几何精度和定位精度，同时还反映了试件的材料，环境温度、刀具性能以及切削条件等各种因意造成的误差。机床切削精度检查实质是对机床的几何精度和定位精度在切削和加工条件下的一项综合考核。卧式加工中心切削检验的主要内容是形状精度和位置精度。具体项目有：(a)镗孔精度检查(b)端铣刀铣削平面精度检查(c)直线铣削精度检查(d)斜线铣削精度检查(e)圆弧铣削精度检查(F)对加工中心还要进行镗孔的孔距精度和孔径分散度测验7.2.2数控机床的验收(a)镗孔精度检查主要是考核机床主轴的运动精度及低速走刀时的平稳性。在现代数控机床中，主轴都装配有高精度带预负荷的成组滚动轴承，进给伺服系统采用摩擦因数小和灵敏度高的导轨副及高灵敏度的驱动部件，所以这项精度一般都不成问题。7.2.2数控机床的验收(b)端铣刀铣削平面精度检查端面铣刀铣削平面精度主要反映X轴和y轴两轴运动的平面度及主轴中心线对x—y运动平面的垂直度(直接在阶梯上表现)。铣削后在图示8个点上进行测量，普通精度的加工中心其平面度和阶梯差要在0.01mm左右。7.2.2数控机床的验收(c)直线铣削精度检查直线性铣削精度的检查，可按左图所示那样由X坐标及Y坐标分别进结，用立铣刀侧刃精铣工件周边。测量各边的垂直度，对边平行度、邻边垂直度和对边距离尺寸差。这项精度主要考核机床各向导执运动的几何精度。7.2.2数控机床的验收(d)斜线铣削精度检查斜线铣削精度检查是用立铣刀侧刃精铣左图所示的工件周边。它是用同时控制x和y两坐标来实现的。所以该精度可以反映两轴直线插补运动的品质特性。斜线铣削时x，y轴各自以一定的速度进行恒速度运动，当某一轴的进给速度不均匀时，会使斜边上产生有规律的锯齿状条纹，条纹多为该铀的速度控制回路和位置控制回路末调整好产生的，少数情况下是由于机械负载变化不均匀等产生的需综合分折加以解决。7.2.2数控机床的验收(e)圆弧铣削精度检查μm左右。7.2.2数控机床的验收有质量问题的圆图形对两半圆错位的图形一般都由一个坐标或两个坐标的反向失动量造成的。这可以通过当改变数控系统的失动量补偿值或修调该坐标传动链来解决。出现斜椭圆是由于两坐标实际的系统误差不一致造成。此时，可适当调整速度反馈增益，位置环增益来改善。7.2.2数控机床的验收(F)镗孔的孔距精度和孔径分散度测验以快速度移动进给定位精镗四个孔．测量各孔孔距，以实测值和指令值之差的最大值作为孔距精度测量值。而孔径分散度则是由在同一深度上测量各孔x坐标方向和y坐标方向的直径的最大差值求得。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

4M0