机床数控系统阶段

第1章：数控技术绪论NC数控机床MC带自动交换刀具的数控机床称为加工中心FMS柔性制造系统FMC柔性制造单元DNC分布式数控CNC计算机数控MNC微机控制的数控系统CIMS规模更大、层次更高的生产自动化系统数控机床的组成数控机床由输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、位置检测装置以及机床本体等部分组成。数控机床的工作原理和工作过程工作原理·用数控机床加工工件时,首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。·数控系统读入加工程序后,将其翻译成机器能够理解的控制指令,再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动,并带动机床的工作台移动,实现加工过程。工作过程1)零件图工艺处理拿到零件加工图纸后,应根据图纸,对工件的形状、尺寸、位置关系、技术要求进行分析,然后确定合理的加工方案、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数、对刀点、换刀点,同时还要考虑所用数控机床的指令功能。2)数学处理在工艺处理后,应根据加工路线、图纸上的几何尺寸,计算刀具中心运动轨迹,获得刀位数据。如果数控系统有刀具补偿功能,则需要计算出轮廓轨迹上的坐标值。3)数控编程○1根据加工路线、工艺参数、刀位数据及数控系统规定的功能指令代码及程序段格式,编写数控加工程序,并进行仿真校验。○2程序编完后,可存放在控制介质(如软盘、磁带,计算机内存)上。根据需求编写数控加工程序，并进行仿真校验。4)程序输入○1数控加工程序通过输入装置输入到数控系统。目前采用的输入方法主要有软驱、USB接口、RS232C接口、MDI手动输入、分布式数字控制(DirectNumericalControl,DNC)接口、网络接口等。○2数控系统一般有两种不同的输入工作方式:一种是边输入边加工,DNC即属于此类工作方式;另一种是一次将零件数控加工程序输入到计算机内部的存储器,加工时再由存储器一段一段地往外读出,软驱、USB接口即属于此类工作方式。5)译码○1数控系统按一个程序段为单位,按照一定的语法规则把数控程序解释、翻译成计算机内部能识别的数据格式,并以一定的数据格式存放在指定的内存区内。○2在译码的同时还完成对程序段的语法检查。一旦有错,立即给出报警信息。6)数据处理数据处理程序一般包括刀具补偿、速度计算以及辅助功能的处理程序。7)插补○1数控加工程序提供了刀具运动的起点、终点和运动轨迹,而刀具从起点沿直线或圆弧运动轨迹走向终点的过程则要通过数控系统的插补软件来控制。○2插补的任务就是通过插补计算程序,根据程序规定的进给速度要求,完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算,也即数据点的密化工作。8)伺服控制与加工伺服系统接受插补运算后的脉冲指令信号或插补周期内的位置增量信号,经放大后驱动伺服电机,带动机床的执行部件运动,从而加工出零件。数控机床的特点1、具有良好的加工柔性2、加工精度高3、加工生产率高4、减轻劳动强度，改善劳动条件5、良好的经济效益6、有利于生产管理的现代化数控机床分类从控制方式、伺服系统类型、功能水平、工艺方法等几个方面进行分类。点位控制数控机床：数控装置只能控制机床移动部件从一个位置(点)精确地移动到另一个位置(点)。直线控制机床：可以沿一个坐标轴的方向(一般地也可以沿45°斜线进行切削，但不能沿任意斜率的直线切削)进行切削加工。轮廓控制机床：在加工过程中，每时每刻都对各坐标的位移和速度进行严格的不间断的控制。开环控制数控机床：在开环控制中，机床没有检测反馈装置闭环控制数控机床：在开环控制数控机床上增加检测反馈装置，在加工中时刻检测机床移动部件的位置，使之和数控装置所要求的位置相符合，以期达到很高的加工精度。半闭环控制数控机床：半闭环控制数控机床也带有位置检测装置，它的检测装置安装在伺服电机上或丝杠的端部，通过检测伺服电机或丝杠的角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置值，然后与指令位置值进行比较，进行差值控制。不适合数控机床加工的零件生产批量的零件装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件加工余量极不稳定，而且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件。必须用特定的工艺装备协调加工的零件适合数控机床加工的零件（1）轮廓形状复杂，加工精度较高的零件。（2）用普通机床加工时，需要制作复杂的工艺装备的零件。（3）用普通机床加工时，工艺路线过长，工装过多的零件。（4）多品种、小批量生产的零件。（5）新产品的试制零件。（6）价值昂贵，加工中不允许报废的零件。（7）生产周期短的零件。（8）集多种工序于一体的箱体零件。第2章：数控加工的程序编制程序编制可分成手工编程和自动编程两类。自动编程软件：CAXA,Mastercam,PRO/E,CIMATRON,Unigraphics,Powermill,CATIA,自动编程可分为以语言数控自动编程(APT)或绘图数控自动编程为基础的自动编程方法。数控编程的内容主要包括：分析零件图、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切等。坐标系P31规定直线进给坐标轴用X、Y、Z表示，常称基本坐标轴。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定，如图大拇指指向X轴的正方向，食指指向Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，以大拇指指向+X，+Y，+Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动+A，+B，+C方向。数控机床的进给运动是相对运动,有的是刀具相对于工件的运动(如车床),有的是工件相对于刀具的运动(如铣床)。标准统一规定:上述坐标系是假定工件不动,刀具相对于工件作进给运动的坐标系。如果是刀具不动,工件运动的坐标则用加’的字母表示。显然,工件运动坐标的正方向与刀具运动坐标的正方向相反。标准统一规定,以增大工件与刀具之间距离的方向(即增大工件尺寸的方向)为坐标轴的正方向。机床原点与机床坐标系机床原点也称为机床零点，它的位置通常由机床制造厂确定。它是固定的点。以机床原点作为坐标系原点建立的坐标系就是机床坐标系，它是制造和调整机床的基础，一般不允许随意变动。参考点与参考坐标系机床起动时，通常要进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。以参考点为原点，坐标方向与机床坐标方向相同建立的坐标系叫做参考坐标系，在实际使用中通常以参考坐标系计算坐标值。工件原点与工件坐标系工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为工件原点，建立一个新的坐标系，称为工件坐标系。编程原点与编程坐标系编制程序时，为了编程方便，需要在图纸上选择一个适当的位置作为编程原点，即程序原点或程序零点。一般对于简单零件，工件零点就是编程零点，这时的编程坐标系就是工件坐标系。机床坐标系与编程坐标系一般说来,编程坐标系的坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴相平行,方向也相同,但原点不同。对刀点和换刀点的选择1.刀位点：刀具在机床上的位置,是由刀位点的位置来表示的，它是在刀具上用于表现刀具位置的参照点。•立铣刀、端铣刀的刀位点：刀具轴线与刀具底面的交点；•球头铣刀刀位点：球心；•镗刀、车刀刀位点：刀尖或刀尖圆弧中心；•钻头：是钻尖或钻头底面中心；•线切割的刀位点：是线电极的轴心与零件面的交点。2.换刀点是指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。换刀点往往设在工件的外部，以能顺利换刀、不碰撞工件及其其它部件为准。•如在铣床上，常以机床参考点为换刀点；加工中心上，以换刀机械手的固定位置点为换刀点;在车床上，则以刀架远离工件的行程极限点为换刀点。3.起刀点（对刀点）在数控机床上加工零件时,刀具相对与工件运动的起点，在数控加工开始时，需先确定刀具与工件的相对位置，对刀操作就是测定出起刀点在机床坐标系中的位置以建立工件坐标系。。应正确地选择“对刀点”的位置。其大致选择原则是：1便于用数学处理和简化程序编制；2在机床上找正容易，加工中便于检查；3引起的加工误差小。常见对刀方法1、试切对刀（手动对刀）2、机外对刀仪对刀3、ATC机内对刀4、自动对刀切入和切出路线的确定切入和切出路线的确定考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。刀具路径的确定N10.G50.X200.Z100N20.M03.S600.T0101N30.G00.X14.Z1N40.G01.X20.Z-2.F0.15()N50.Z-26()N60.X24.Z-28N70.Z-38N80.G02.X24.Z-48.R5N90.G01.X30.Z-83N100.G03.X35.Z-103.R18N110.G01.X35.W-5N120.X40N130.Z-135N140.G00.X200N150.G00.Z100N160.T0100N170.S500.T0202N180.G00.X200.Z-128N190.X44N200.G01.X0.F0.15N210.G00.X200N220.Z100.T0200N230.M05N240.M30N1G50X200Z350N2M03S630T0101M08N3G00X41.8Z292N4G01X47.8Z289F0.15（倒角）N5U0W--59N6X50W0（车台阶）N7G01X62W--60（车锥面）N8U0Z155(φ62外圆))N9X78W0N10G01X80W--1（倒角）N11U0W--19(φ80外圆))N12G02U0W--60R70(圆弧）N13G01U0Z65(φ80外圆))N14X90N15G00X200Z350T0100M09N16M03S315T0202M08N17G00X51Z230N18G01X45F0.16(切槽）N19G04X5N20G00X51(退刀）N21G00X200Z350T0200M09N22M03S200T0303M08N23G00X52Z296N24G92X47.2Z231F1.5N25X46.6N26X46.2N27X46.04N28G00X200Z350T0300M09N29M05M30