第1章數(shù)控加工編程緒論

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,第一章 緒 論,1.1,機床數(shù)控技術(shù)的基本概念,機床數(shù),(,字,),控,(,制,),技術(shù)：,用,數(shù)字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。,數(shù)字量及其字符,控制的量：,位移、角度、速度,溫度、壓力、流量,NC（Numerical Control）,數(shù),(,字,),控,(,制,),機床：,用數(shù)控技術(shù)來實施加工控制的機床,在機床的設(shè)備裝置上：數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控裝置,可編程控制器,主軸驅(qū)動裝置,進給伺服裝置,裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床，稱為,詳細講：,1.1,機床數(shù)控技術(shù)的基本概念,數(shù)控機床：,代碼化的數(shù)字信息,

2、程序介質(zhì),刀具移動軌跡的幾何信息,加工工藝信息,數(shù)控裝置,譯碼,運算,機床,刀具與工件的相對運動,其它各部件的動作,所需工件：,機床,進給速度，主軸轉(zhuǎn)速,主軸啟停、換向、變速,刀具選擇交換，,工件的夾緊、松開，,冷卻、潤滑液開、關(guān),數(shù)控技術(shù)：,金屬切削機床：,數(shù)控車床、銑床、磨床、鉆床、加工中心,其它設(shè)備：,數(shù)控繪圖機、,數(shù)控測量機、,數(shù)控切割機、,焊接機器人,1.2,數(shù)控機床的工作原理和組成,一、數(shù)控機床的工作原理,零件要求,零件的數(shù)控加工程序,數(shù)控裝置,機床主運動啟停、換向、變速,進給運動：速度、方向、位移,其他輔助動作,刀具選擇交換，,工件的夾緊、松開，,冷卻、潤滑液開、關(guān),刀具,工件,

3、輔助裝置,數(shù)控程序,規(guī)定,順序,軌跡,工藝參數(shù),工作,形狀,尺寸,精度,零件,二、數(shù)控機床的工作流程,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,1.,數(shù)控加工程序的編制,2.,輸入處理,3.,程序譯碼,4.,刀具補償,5.,插補運算,6.,位置控制和機床加工,1.,數(shù)控加工程序的編制,零件,:,形狀,尺寸,材料,技術(shù)要求,確定,零件加工,工藝過程,工藝參數(shù),幾何參數(shù),切削用量,按規(guī)定的,代碼和程序格式,零件加工程序單,記錄,程序介質(zhì),穿孔帶,磁帶,磁盤,二、數(shù)控機床的工作流程,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,2.,輸入處理,任務(wù),:,零件的數(shù)控加工程序,控制參數(shù),補償數(shù)據(jù),輸入,數(shù)控裝置,輸入方

4、法,:,程序介質(zhì),穿孔帶,紙帶閱讀機輸入,磁帶,磁帶輸入,磁盤,磁盤輸入,無程序介質(zhì),鍵盤輸入,通訊方式輸入,輸入的 工作方式,:,邊加工邊輸入,一次性輸入,二、數(shù)控機床的工作流程,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,3.,程序譯碼,零件加工程序,:,一個個程序段,文本格式,(,ASCII,碼,),G M F S T,代碼，數(shù)字,譯碼處理,:,按,一定的語法規(guī)則,將上述信息轉(zhuǎn)換成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式,幾何信息、工藝信息,并按,一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的數(shù)控裝置專用的內(nèi)存區(qū)域中。,語法檢查,有錯報警,二、數(shù)控機床的工作流程,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,4.,刀具補償,零件加工程序中的

5、幾何信息：,刀具運動軌跡,按,零件輪廓尺寸給出,刀具有半徑：,刀具中心軌跡,零件輪廓尺寸,不,一致,刀具補償處理,刀具半徑補償,刀具長度補償,二、數(shù)控機床的工作流程,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,5.,插補運算,刀具 按零件輪廓形狀：相對運動,A,B,C,D,E,x,y,插補運算,描述零件輪廓,根據(jù)插補計算結(jié)果，向各坐標軸發(fā)出運動指令,知：,起點、,終點、,曲線種類、,進給速度,求：在曲線的起點、終點之間若干個中間點,“,數(shù)據(jù)點的密化工作”,插補程序,插補周期,微小的直線數(shù)據(jù)段,各,坐標分量,運動指令,許許多多微小直線段,折線：,逼近 零件輪廓曲線,每個微小直線段足夠小,保證輪廓加工精度

6、,數(shù)控機床：輪廓控制,插補功能,二、數(shù)控機床的工作流程,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,6.,位置控制和機床加工,任務(wù)：,插補計算的結(jié)果,控制,電動機運動,刀具 相對于工件,軌跡速度,加工,提高機床的定位精度：,位置回路的增益調(diào)整,螺距誤差補償計算,方向間隙補償計算,機床流程的各環(huán)節(jié)中：,數(shù)控加工程序的編制,人工完成,其它各環(huán)節(jié),機床自動完成,三、數(shù)控機床的組成,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,輸入輸出設(shè)備,數(shù)控裝置,伺服系統(tǒng),機床本體,測量反饋裝置,三、數(shù)控機床的組成,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,1,、輸入輸出設(shè)備：,零件程序編制,零件程序和控制數(shù)據(jù)的輸入、顯示、存儲、打印,

7、紙帶閱讀機,磁帶讀入器,磁盤、磁盤驅(qū)動器,操作鍵盤,顯示器（,CRT）,通訊接口，上位機,2,、數(shù)控裝置：,機床核心,控制任務(wù),專用計算機,/,通用計算機,輸入輸出接口板,可編程控制器,相應(yīng)的系統(tǒng)軟件,接受輸入信息,譯碼、數(shù)值運算、邏輯處理,向,機床各部分發(fā)控制信號,/,指令,三、數(shù)控機床的組成,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,3,、伺服系統(tǒng),伺服驅(qū)動電路,伺服電機,步進電機,電液馬達,直流伺服電機,交流伺服電機,作用：,接受數(shù)控裝置發(fā)出的位移、速度指令,調(diào)解、轉(zhuǎn)換、放大,驅(qū)動伺服電機,帶動機床執(zhí)行部件運動,三、數(shù)控機床的組成,1.2,數(shù)控,機床的工作原理和組成,4,、測量反饋裝置,檢測機

8、床移動部件位移、速度,反饋,數(shù)控裝置,閉環(huán)控制系統(tǒng),測量部件,測量電路,高級數(shù)控機床：,溫度、振動、切削力,5,、機床本體,數(shù)控機床的主體,機床的主運動部件（主軸）,進給運動部件,(,工作臺、拖板,),基礎(chǔ)部件：,底座、立柱、滑鞍、導(dǎo)軌,輔助動作機構(gòu)：,冷卻、潤滑、刀具交換、排屑系統(tǒng)、防護、對刀儀,由,單獨的伺服電機驅(qū)動,傳動鏈短，結(jié)構(gòu)簡單,由,計算機來協(xié)調(diào)各個坐標軸之間的運動關(guān)系,新型機械結(jié)構(gòu),1.3,數(shù)控機床的分類,規(guī)格、品種繁多，細分,500,多種，可根據(jù)其控制原理、功能、組成，從不同角度進行分類,一、按加工功能（運動方式）分類,點位控制數(shù)控機床,直線控制數(shù)控機床,輪廓控制數(shù)控機床,1.

9、,點位控制數(shù)控機床,特點,:,機床的移動部件只能實現(xiàn),:,一個位置點 另一個位置點 的精確移動,A B,C,在,移動、定位的過程中，對軌跡無要求,不進行任何切削運動,機床的數(shù)控,系統(tǒng)只需,控制機床移動部件在行程終點的坐標值,不控制 起點 終點之間的運動軌跡,機床各個坐標軸之間,不需要有任何聯(lián)系,（一個方向的進給運動）,（刀具、工作臺）,為使,機床移動部運動、定位時間,先以：快速移動 接近 定位終點坐標,定位時間,定位精度,數(shù)控鉆床,數(shù)控坐標鏜床,數(shù)控沖床,數(shù)控點焊機,點位控制數(shù)控機床主要有,數(shù)控鉆床,點位控制,節(jié)省大量鉆模板，精度,三個坐標軸：三個方向的進給運動,X、Y,軸：控制平面內(nèi)孔的加工

10、坐標位置,Z,軸：控制鉆削運動,三種刀具路徑,后以：低速準確移動 到達 定位終點坐標,1.3,數(shù)控機床的分類,一、按加工功能（運動方式）分類,2.,直線控制數(shù)控機床,特點,:,機床的移動部件能：,直線運動,切削加工運動,實現(xiàn)平行于坐標軸的,適當?shù)?進給速度,以,（刀具、工作臺）,（一個方向的進給運動）,主要代表機床有：,數(shù)控車床：,加工臺階軸,數(shù)控車床 數(shù)控鏜銑床,1.3,數(shù)控機床的分類,一、按加工功能（運動方式）分類,數(shù)控鏜銑床：,采用直線控制,一次裝夾：,先銑削箱體平面、臺階,再鉆孔、鏜孔,生產(chǎn)率 加工精度,工藝范圍比坐標鏜床擴大,點位控制數(shù)控機床缺點：只能作單坐標切削運動，,不能加工復(fù)雜

11、輪廓,（一個進給方向）,1.3,數(shù)控機床的分類,一、按加工功能（運動方式）分類,將,工件加工成一定的輪廓形狀,控制移動的軌跡,3.,輪廓控制數(shù)控機床（連續(xù)控制數(shù)控機床、多坐標聯(lián)動數(shù)控機床）,特點,:,能對 兩個,/,兩個以上的坐標軸 同時進行控制,（兩個,/,兩個以上方向的進給運動）,即,:,對機床的移動部件,不僅能控制起點、終點的坐標,而且能控制整個加工過程中每一點的速度和位移,即,加工時要進行插補運算,目的：控制相應(yīng)的速度和位移,單位時間,放大,A,起,B,終,V,Y,X,L,數(shù)控車床,數(shù)控銑床,數(shù)控磨床,加工中心,輪廓控制數(shù)控機床主要有,代替了所有類型的仿型加工機床,進給軸數(shù),兩,坐標聯(lián)

12、動數(shù)控機床,兩坐標聯(lián)動三坐標控制數(shù)控機床,三坐標聯(lián)動數(shù)控機床,四坐標聯(lián)動數(shù)控機床,五坐標聯(lián)動數(shù)控機床,1.3,數(shù)控機床的分類,一、按加工功能（運動方式）分類,例：,X,Z,數(shù)控車床：兩坐標聯(lián)動,平面輪廓加工,數(shù)控銑床：,兩軸半聯(lián)動,X,軸、,Y,軸聯(lián)動,Z,軸,:,單獨控制 周期進給,平面輪廓加工,平底,圓柱銑刀：周邊銑削,手柄零件,平面凸輪,1.3,數(shù)控機床的分類,一、按加工功能（運動方式）分類,空間輪廓曲面,兩軸半數(shù)控銑床,球頭銑刀,X,軸、,Z,軸聯(lián)動,Y,軸,:,單獨控制 周期進給,“,行切法”加工,Y,取值：,零件表面光潔度要求,銑刀的刀頭半徑,內(nèi),循環(huán)滾珠螺母反向器：,滾道母線,S

13、S(,空間曲線,),數(shù)控銑床：,三坐標聯(lián)動,把,空間曲線分成很多小曲線段,:,空間直線段,逼近,三坐標聯(lián)動插補運算,1.3,數(shù)控機床的分類,一、按加工功能（運動方式）分類,飛機大梁 側(cè)面：,直紋,扭曲面,四坐標聯(lián)動機床 圓柱銑刀,周邊銑削,X、Y、Z,三個直線進給軸聯(lián)動,刀具繞旋轉(zhuǎn)坐標軸,A,軸擺動,刀具與工件型面 在全長上始終貼合,加工效率,零件光潔度,1.3,數(shù)控機床的分類,一、按加工功能（運動方式）分類,很大的 球面零件：,端銑刀,五坐標聯(lián)動機床,加工效率,零件光潔度,對于工件輪廓上的任意一個切削點：,刀具的端面,切削點處的切平面,相,重合,刀具的軸線,工件輪廓在切削點處的法線,n,相平

14、行,切削點變化,切削點的坐標,工件輪廓在切削點處的法線,n,變化,刀具刀位點坐標,刀具的軸線方向,變化,X、Y、Z,三個直線進給軸聯(lián)動,兩個繞旋轉(zhuǎn)坐標軸聯(lián)動,潛水艇螺旋槳,1.3,數(shù)控機床的分類,一、按加工功能（運動方式）分類,二、按數(shù)控裝置類型分類,1.,硬線數(shù)控機床：,NC,機床,使用的是硬線（件）數(shù)控裝置,各項功能,輸入處理插補運算控制功能邏輯運算,機床功能,專用的、固定的組合邏輯電路,2.,計算機數(shù)控機床：,CNC,機床,不同改變,（現(xiàn),已,基本不用了）,通用性 靈活性 成本,不同改變,實現(xiàn),使用的是計算機數(shù)控裝置（軟件數(shù)控裝置）,其,硬件,各項功能,小型、微型計算機,輸入處理插補運算

15、控制功能邏輯運算,通用,/,專用大規(guī)模集成電路,機床功能,系統(tǒng)軟件,不同改變,硬件基本不變,不同改變,實現(xiàn),（Computer）,和,（現(xiàn)普遍采用）,1.3,數(shù)控機床的分類,三、按進給伺服系統(tǒng)類型分類（按控制方式不同）,數(shù)控裝置,相應(yīng)的當量直線位移,經(jīng),功率步進電機,驅(qū)動裝置,齒輪減速,按,要求的進給速度,/,進給位移發(fā)相應(yīng)頻率、數(shù)量,轉(zhuǎn)動相應(yīng)的步距角,功率放大,驅(qū)動,絲杠螺母副,對圓周運動：蝸輪蝸桿副,1.,開環(huán)數(shù)控機床：沒有反饋系統(tǒng),開環(huán)伺服系統(tǒng),伺服驅(qū)動電路,伺服驅(qū)動裝置,作用,功率放大,指,步進電機、伺服電機,1.3,數(shù)控機床的分類,特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低；精度低,系統(tǒng)不能檢測移動部件

16、的實際位移速度，,更不能進行誤差 校正,步進電機步距誤差，齒輪副、絲杠螺母副的傳動誤差,都會反映在零件上，影響零件的精度,1.3,數(shù)控機床的分類,三、按進給伺服系統(tǒng)類型分類（按控制方式不同,）,2,閉環(huán)數(shù)控機床：有反饋控制系統(tǒng),能得到更高的速度、精度和驅(qū)動功率,指令進給速度,1,伺服電機,聯(lián)軸器,2,工作臺,(,進給系統(tǒng)末端的執(zhí)行部件,),絲杠螺母,測速元件,差值 速度指令 速度誤差信號,轉(zhuǎn)速校正,從理論上講，運動精度只取決于檢測裝置的精度，與傳動鏈誤差無關(guān)。但實際對傳動鏈和機床結(jié)構(gòu)仍有嚴格要求。,缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝調(diào)試困難，成本高,1.3,數(shù)控機床的分類,三、按進給伺服系統(tǒng)類型分類（按控制方式不同,）,3,半 閉環(huán)數(shù)控機床：也有反饋控制系統(tǒng)，但檢測裝置位置不同,優(yōu)點：閉環(huán)中不包含慣性較大的機床移動部件，因此穩(wěn)定性好,安裝調(diào)試方便,1.3,數(shù)控機床的分類,三、按進給伺服系統(tǒng)類型分類（按控制方式不同,）,