模块十 数控加工基础知识

1模块十数控加工基础知识2数控加工基础知识数控机床的分类数控机床及其工作原理数控坐标系数控编程基础知识数控车削编程数控铣削编程编程举例3一

数控机床及其工作原理(一)数控机床的概念

数控又称为数字控制(NumericalControl),是一种利用数字化信息发出指令并实现自动控制的技术。

数控机床是采用了数字控制技术的加工设备,它通过数字化信息对机床的运动方向及加工过程进行控制,实现要求的机械动作,并自动完成加工任务。它是一种典型的技术密集且自动化程度很高的机电一体化产品。(二)数控机床的产生与发展

数控机床诞生于美国。1952年,美国帕森斯公司与麻省理工学院共同研制成功了世界上第一台数控机床,用来加工直升机叶片轮廓检查用样板。半个世纪以来,数控技术得到了迅猛的发展,其加工精度和加工效率不断提高。数控机床发展至今已经历了两个阶段共六个时代.4一.数控机床及其工作原理1.硬件数控阶段:(NC)

早期的计算机运算速度低,不能适应机床实时控制的要求,人们只好用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统,这就是硬件连接数控,简称数控(NC)。这个阶段一共经历了三代,即第一代的电子管数控机床,第二代的晶体管数控机床,第三代的小规模集成电路数控机床。5一.数控机床及其工作原理2.计算机数控阶段:(CNC)

这个阶段也经历了三代:即第四代的小型计算机数控机床,第五代的微型计算机数控机床以及第六代基于PC的数控机床。

前三代数控机床采用专用控制计算机的硬件数控装置,早已被淘汰;后三代的数控机床,则以小型／微型计算机取代硬件控制计算机作为核心部件，数控机床的许多控制功能由专用软件实现,其数控系统被称为软件控制系统,又称CNC系统。6一.数控机床及其工作原理(三)数控机床的特点:1.具有高柔性。2.生产效率高,减少辅助时间和机动时间。3.加工精度高,产品质量稳定。

4.自动化程度高,劳动强度低。

5.能加工形状复杂的零件。7(四)数控机床的工作原理一.数控机床及其工作原理操作面板PLC电气控制装置输入/输出设备计算机数控装置主轴伺服单元检测反馈装置进给伺服单元检测反馈装置主轴伺服单元进给驱动装置机体本体计算机数控系统8二.数控机床的分类(一)按工艺用途分类:（１）金属切削类数控机床:*普通数控机床：如数控车床、数控铣床、数控钻床等。*复合型数控机床:如铣镗加工中心、车铣加工中心等。（２）金属成型类数控机床：如数控折弯机、数控弯管机、数控转头压力机等．（３）数控特种加工机床：如数控线切割机、数控电火花加工机床、数控激光切割机床等．（４）其它类型数控机床：如数控三坐标测量仪等．9二．数控机床分类(二)按运动轨迹分类:A.点位控制数控机床:它控制机床移动部件由一个点准确地移动到另一个点,而对运动轨迹没有严格要求.在移动和定位过程中刀具不进行任何切削加工.如数控钻床等.10二．数控机床分类B.直线控制数控机床:刀具相对于工件的移动轨迹是平行于机床某一坐标轴或者与坐标轴成45度夹角的直线,刀具在移动过程中进行切削。早期的数控车床、数控铣床等使用这类控制系统。11二．数控机床分类C.轮廓控制(连续控制)数控机床:能控制两个或两个以上的坐标轴,对坐标轴的方向、行程、运动速度进行严格连续控制,可加工由任意斜线、曲线和曲面组成的复杂零件。12(三)按可控制联动的坐标轴分类1.两轴联动数控机床:数控机床能同时控制两个坐标轴联动,可用于加工各种回转体零件，如数控车床。2.两轴半联动数控机床:数控机床有三个坐标轴,能做三个方向的运动,但数控装置只能同时控制两个坐标轴,第三轴只能作等距周期运动,可加工空间曲面。13(三)按可控制联动的坐标轴分类3.三轴联动数控机床:数控机床能同时控制三个坐标轴联动,可用于加工曲面零件，如数控铣床。4.多轴联动数控机床:数控机床能同时控制三个以上坐标轴联动,可使刀具轴线方向在一定的空间内任意控制,主要用于加工异形复杂的零件。14(四)按伺服系统类型分类A.开环伺服系统数控机床:它没有位置检测装置和反馈装置,不能对移动工作台实际移动距离进行位置测量和反馈,其移动部件的位移精度主要决定于进给传动系统各有关零件的制造精度。15B.闭环伺服系统数控机床有位置测量和反馈装置,加工中将工作台实际位移量的检测结果反馈给数控装置,并与输入的指令进行比较、校正，直至误差值为零。其特点是加工精度高,但结构复杂,设计和调试较困难。16C.半闭环伺服系统数控机床其位置检测装置不直接测量机床工作台的位移量,而是通过检测丝杆转角,间接地测量工作台的位移量,并反馈给数控装置进行位置校正。在精度要求适中的中小型数控机床上,半闭环控制得到了广泛的应用。17三.数控机床坐标系与工件坐标系1.机床坐标系:为了确定机床的运动方向与运动距离,以描述刀具与工件之间的位置与变化关系,我们需要建立机床坐标系。确认机床坐标系应遵循的基本原则是:(1)刀具相对于静止零件运动原则。(2)机床坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系。18

右手笛卡儿坐标系

右手的大拇指、食指和中指互相垂直时,拇指的方向为X轴的正方向,食指为Y轴的正方向,中指为Z轴的正方向.以X、Y、Z坐标轴线或以与X、Y、Z坐标轴平行的坐标轴线为中心旋转的圆周进给坐标轴分别以A、B、C表示,其正方向由右手螺旋法则确定。19机床坐标系各坐标轴确定的顺序先确定Z轴:与主轴轴线平行或重合的坐标轴为Z轴,以刀具远离工件的方向为正向。再确定X轴:平行于工件装夹面,与Z轴垂直的水平方向的坐标轴为X轴,以刀具远离工件的方向为正向。最后确定Y轴:当X轴和Z轴确定以后,利用右手法则确定Y轴及其正方向。20机床坐标系21机床原点与机床参考点机床坐标系是机床上固有的坐标系,其原点称为机床原点,由厂家设定位置,不允许用户更改。而机床参考点是机床位置测量系统的基准点,一般位于机床各坐标轴正向极限位置的附近,与机床原点的距离是固定的。通常机床原点与参考点重合。每次机床开机后要进行回参考点的操作,目的就是为了确定机床原点的位置,同时建立机床坐标系。222.工件坐标系与工件原点A.工件坐标系:

工件坐标系是由编程者制定的,以工件上某一个固定点为原点的右手直角坐标系,又称为编程坐标系。工件坐标系与机床坐标系之间的差别在于原点的位置不同。由于机床坐标系的原点不在工件上,利用机床坐标系去编程是非常困难的，为了有利于编程,我们需要建立工件坐标系,编程时所有的坐标值都是假设刀具的运动轨迹点在工件坐标系中的位置,而不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。23工件坐标系原点的设置原则(1)设置在工件的工艺基准或设计基准上。(2)设置在尺寸精度高和表面粗糙度低的位置。(3)便于测量和编程。我们利用工件坐标系编程时,不必考虑工件在机床内的安装位置,但在自动加工时则需要确定机床坐标系与工件坐标系之间的相互位置关系。工件装夹到机床上后,可通过对刀操作来确定两者之间的位置关系,加工程序才能够被执行。机床类型工件原点位置数控车床一般设在工件右端面的中心数控铣床一般设在工件上表面的几何中心或四个基准角上．24工件坐标系原点设置XOz数控车床ZXYo数控铣床25四．数控编程基本知识１．数控编程的方法与内容：

所谓编程，就是综合零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床运动以及刀具位移等因素，按照数控系统规定的代码和格式编写成加工指令单的过程，数控编程的方法分为手工编程和自动编程。

＊手工编程：加工程序的编写及校验主要是由手工完成称为手工编程。

26手工编程的步骤零件图分析确定加工工艺数值计算编写程序单程序输入程序校验和首件试切正式加工27＊自动编程：自动编程也称为计算机辅助编程，即程序编制的工作大部分或全部是由计算机通过专门的编程软件完成的。自动编程大大减轻了编程人员的劳动强度，同时解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。自动编程的主要类型有：数控语言编程（如ＡＰＴ语言）、图形交互式编程（如ＣＡＤ／ＣＡＭ软件）和实物模型式自动编程。28２．数控程序的结构数控程序由三个部分组成：程序名、程序内容和程序结束．例如：Ｏ００１１程序名Ｎ１０Ｔ０１０１；Ｎ２０Ｍ０３Ｓ４００；程序内容Ｎ３０Ｇ００Ｘ４０Ｚ２；Ｎ４０Ｍ３０；程序结束

29（１）程序名系统可以存储多个程序，为相互区分，在程序的开始必须冠以程序名：ＦＡＮＵＣ系统：Ｏ＊＊＊＊（字母Ｏ加四个数字）ＳＩＥＭＥＮＳ系统：ＡＢ＊＊＊＊＊＊（程序开始两个字符必须是字母）ＨＮＣ系统：Ｏ＊＊＊＊＊＊（字母Ｏ加若干个字母或数字）

30（２）程序内容程序内容由若干个程序段组成，用来描述整个加工过程。程序段=段号+程序字+结束符“；”。（西门子系统程序段结束符为“ＬＦ”)程序段号用Ｎ表示，段号可以不写并不影响程序的执行。系统在执行程序时，是按照程序段的先后顺序依次执行，而不是按照段号的大小顺序执行的。N10……;N20……;程序内容

N30……;……31（２）程序内容（续）程序字是由地址符（英文字母）和数字组成，一个程序字表示机床的一个动作或功能。例如：M03S50其中M、S为地址，数字03、50与前面的地址相结合成为一个程序字，代表着不同的功能．（３）程序结束：程序的最后必须用“M3０/M02”等指令结束，否则系统报警．N10M03S50;

程序字

……

N100M30；

程序结束指令

32３．数控编程的特点１．直径编程：数控车床中，有两种编程方式：直径编程和半径编程，我们可以通过系统参数或者指令进行设置．但为方便起见，一般都采用直径编程方式，即其X坐标一般表示工件直径２．绝对坐标与相对（增量）坐标：Ａ绝对坐标:刀具的位置坐标都是以固定的坐标原点为基准计算的，用G90代码指定。33３．数控编程的特点（续）Ｂ相对坐标：刀具的位置坐标都是相对于其前一位置坐标的实际位移量，方向与机床坐标系相同，用G91代码指定。３．模态指令与非模态指令：＊模态指令：只要指定一次便一直有效，直到被同组的其它指令取代．＊非模态指令：这种指令只在被指定的程序段中才有效．34绝对坐标与相对坐标示意图XYOAB10301237XYOAB12251020绝对坐标相对坐标35七.编程举例

数控车削编程36台阶轴车削

O0009;T0101;M03S400;G00X40Z0;G01X0Z0F0.3;G00X0Z2;G00X34Z2;G01X34Z-20F0.3;G01X40Z-20F1;Φ３７Φ３４Φ３１２０１０零件毛坯：ZOX37台阶轴车削G00X40Z2;G00X31Z2;G01X31Z-10F0.3;G01X40Z-10F1;G00X100Z100;M05;M30;Φ３７Φ３４Φ３１２０１０零件毛坯：OXZ38七.编程举例(续)