《數(shù)控機(jī)床課件》PPT課件.ppt

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1、數(shù)控機(jī)床概述,第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的基本概念,第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系,第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的基本概念,一、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史,二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢,三、數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的優(yōu)勢,四、數(shù)控機(jī)床的組成,五、數(shù)控機(jī)床的加工原理,一、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史 1、1946年世界上誕生了第一臺電子計(jì)算機(jī)。 2、第一臺計(jì)算機(jī)誕生6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上。 1952年美國空軍當(dāng)局委托美國麻省理工大學(xué)與帕森斯公司合作研制了第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床. 此后,英國和日本在1958年、德國在1959年相繼制造出數(shù)控機(jī)床 從此，傳統(tǒng)的機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。,第一臺數(shù)控機(jī)床誕生至今五十年以來，數(shù)控機(jī)床的核心數(shù)控

2、系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了二個(gè)階段和六代的發(fā)展。 1.數(shù)控（NC）階段 2. 計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段,數(shù)控（NC）階段（19521970）,早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù) 處理影響不大，但它不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。 人們不得不采用數(shù)字邏輯電路，搭成機(jī)床專用計(jì)算機(jī) 作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARDWIRED NC）, 簡稱為數(shù)控（NC）。 隨著電子元器件的發(fā)展，這個(gè)階段又歷經(jīng)三代: 1952年的第一代電子管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)； 1959年的第二代晶體管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)； 1965年的第三代小規(guī)模的集成電路計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)。,計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段 這一階段從1

3、970年開始至今。1970年研制成功大規(guī)模 集成電路，并將其用于通用小型計(jì)算機(jī)。此時(shí)的小型計(jì)算 機(jī)，其運(yùn)算速度比五、六十年代的計(jì)算機(jī)有了大幅度的提 高。比專門搭成的專用計(jì)算機(jī)成本低，可靠性高。于是， 小型計(jì)算機(jī)被用作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算 機(jī)數(shù)控（CNC）階段。 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代: 1970年第四代小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)； 1974年第五代微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng) 1990年第六代基于PC的數(shù)控系統(tǒng) 。,19481956年 數(shù)控機(jī)床處于研究試制階段 19561960年 數(shù)控機(jī)床處于工業(yè)應(yīng)用階段 1960年以后 數(shù)控機(jī)床處于高速發(fā)展階段 20世紀(jì)70年代末、80年代初數(shù)控機(jī)床得到

4、廣泛的普及和應(yīng)用,國內(nèi)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況,我國數(shù)控技術(shù)是從1958年開始研制的： 1958年1965年 我國數(shù)控機(jī)床處于研制、開發(fā)時(shí)期，比國外相比起步晚了十年； 1968年 清華大學(xué)研制成功我國第一臺小型數(shù)控立銑； 1980年前 我國數(shù)控機(jī)床80為線切割機(jī)床(低端數(shù)控機(jī)床)； 1980年后 引進(jìn)日、美等國的數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)的技術(shù)，開始合資批量生產(chǎn)一些數(shù)控機(jī)床，數(shù)控裝置的穩(wěn)定性、可靠性有了明顯的改善，開始為用戶所接受； 1985年后 我國已經(jīng)能生產(chǎn)45種各類數(shù)控機(jī)床來滿足工業(yè)發(fā)展的需要，同時(shí)數(shù)控機(jī)床功能部件的專業(yè)廠也逐漸形成規(guī)模； 1990年中期 國產(chǎn)數(shù)控裝置也開始嶄露頭角，進(jìn)入21世紀(jì)，國產(chǎn)

5、的數(shù)控系統(tǒng)才開始形成生產(chǎn)規(guī)模，擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，打破了西方對高端數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。,二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢,1、高速、高精度加工 2、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動(dòng)和 復(fù)合加工的控制功能 3、數(shù)控系統(tǒng)開放化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化,1、 高速、高精度加工 目前加工中心主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)40 000轉(zhuǎn)/分、進(jìn)給速度可達(dá)24米/分-30米/分，定位精度都在幾微米。這就要求數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)采用高速高精度的數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)采用直線電動(dòng)機(jī)作為進(jìn)給伺服系統(tǒng)、采用高速永磁同步電動(dòng)機(jī)。,2、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動(dòng) 和復(fù)合加工的控制功能,理論上數(shù)控機(jī)床只需要3軸聯(lián)動(dòng)，但在實(shí)際加工中3軸聯(lián)動(dòng)對于三維曲面加

6、工很難用上刀具的最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工效率低而且表面粗糙度高，往往采用手動(dòng)進(jìn)行修補(bǔ)，但在修補(bǔ)過程中，已加工的表面也可能喪失精度。5軸聯(lián)動(dòng)除了X、Y、Z這3軸外，主要還有刀具軸旋轉(zhuǎn)、工作臺旋轉(zhuǎn)這兩種方式的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，采用5軸聯(lián)動(dòng)可以使用刀具的最佳幾何形狀對工件進(jìn)行加工。那么5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)的制高點(diǎn)標(biāo)志之一。,3、數(shù)控系統(tǒng)的開放化、智能化 和網(wǎng)絡(luò)化,將來的數(shù)控機(jī)床中的NC系統(tǒng)能部分代替機(jī)床設(shè)計(jì)師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能嵌入NC系統(tǒng)，同時(shí)也具有圖形交互、診斷等功能，也就是說要求CNC控制器透明以使機(jī)床制造商和最終用戶可以自由地實(shí)現(xiàn)自己的思

7、想。,三、數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的優(yōu)勢,數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用,是因?yàn)樗行У亟鉀Q了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問題，能適應(yīng)各種機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 生產(chǎn)效益一般比普通機(jī)床提高3-5倍，多的可達(dá)8-10倍； 減少刀具和夾具的存儲和花費(fèi)，減少零件的庫存和搬運(yùn)數(shù)； 減少工裝，減少人為誤差，提高加工精度，零件重復(fù)精度高，互換性好； 縮短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期（當(dāng)零件設(shè)計(jì)改變時(shí)，只需要改變零件程序即可），易于組織多品種生產(chǎn)，使企業(yè)能對市場需要迅速做出響應(yīng)； 能加工傳統(tǒng)方法不能加工的大型復(fù)雜零件； 有利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制，生產(chǎn)便于管理； 減

8、輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件，節(jié)省人力，降低了勞動(dòng)花費(fèi)。,四、數(shù)控機(jī)床的組成,CNC（computer Numerical Control）計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、CNC裝置(或稱CNC單元)、伺服單元、驅(qū)動(dòng)單元(或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)) 、可編程控制器及機(jī)床本體等組成。除了機(jī)床本體之外，其他系統(tǒng)都稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)。,圖11,數(shù)控機(jī)床的組成,數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服裝置、輔助控制裝置、檢測裝置和機(jī)床本體組成。如圖11所示。,控制介質(zhì),數(shù)控裝置,伺服機(jī)構(gòu),輔助控制裝置,檢測裝置,機(jī)床本體,主軸箱,立柱,電氣柜,控制面板,主軸,床身,工作臺,冷卻液箱,控制介質(zhì)是指將零件加

9、工信息傳送到數(shù)控裝置去的程序載體。隨數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有磁盤、移動(dòng)硬盤、Flash（U盤）等（見圖12）。,1. 控制介質(zhì),a),b),c),圖12 常用的控制介質(zhì) a) 磁盤 b) 移動(dòng)硬盤 c) U盤,數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。如圖13所示是某數(shù)控車床的數(shù)控裝置。它由輸入裝置（如鍵盤）、控制運(yùn)算器和輸出裝置（如顯示器）等構(gòu)成。,2. 數(shù)控裝置,圖13 數(shù)控裝置,伺服機(jī)構(gòu)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動(dòng)裝置和執(zhí)行部件（如伺服電動(dòng)機(jī)）兩大部分組成，如圖14所示。,a) 驅(qū)動(dòng)裝置,b ) 伺服電動(dòng)機(jī),圖14 伺服機(jī)構(gòu),3. 伺服機(jī)構(gòu),輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的

10、強(qiáng)電控制裝置。由于可編程控制器（PLC）具有響應(yīng)快、性能可靠、易于使用、編程和修改程序，并可直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床電氣等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置。圖15所示為某可編程控制器的外觀圖。,4.輔助控制裝置,圖15 輔助控制裝置,檢測反饋裝置將數(shù)控機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信號，并反饋到機(jī)床的數(shù)控裝置中。 檢測裝置的檢測元件有多種，常用的有直線光柵（見 圖16）、光電編碼器（見圖17）、圓光柵、絕對編碼尺等。,圖17 光電編碼器,5. 檢測裝置,圖16 直線光柵,機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件（如工作臺、

11、滑板及其傳動(dòng)部件）和床身、立柱、支承部件等。,6.機(jī)床本體,五 數(shù)控機(jī)床的工作原理,數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程如圖18所示。加工步驟如下： （1）根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序段格式編寫出加工程序。 （2）將所編寫加工程序指令輸入到機(jī)床數(shù)控裝置中。 （3）數(shù)控裝置對程序（代碼）進(jìn)行處理之后，向機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)的伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出控制信號。,（4）伺服機(jī)構(gòu)接到執(zhí)行信號指令后，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，并控制所需的輔助動(dòng)作。 （5）機(jī)床自動(dòng)加工出合格的零件。,六 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系,數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系通常分為機(jī)床坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系。 （1）機(jī)床坐標(biāo)系 （2）編程坐標(biāo)系 （3）

12、對刀點(diǎn)與換刀點(diǎn),6.1 機(jī)床坐標(biāo)系,（1）機(jī)床相對運(yùn)動(dòng)的規(guī)定 （2）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定 （3）運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定 （4）坐標(biāo)軸方向的確定 （5）機(jī)床原點(diǎn) （6）機(jī)床參考點(diǎn),（1） 機(jī)床相對運(yùn)動(dòng)的規(guī)定 數(shù)控機(jī)床的加工動(dòng)作主要分刀具的動(dòng)作和工件的動(dòng)作兩部分，在確定機(jī)床坐標(biāo)系的方向時(shí)，始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)的。這樣編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機(jī)床的加工過程。,（2） 機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系由右手笛卡兒直角坐標(biāo)系決定，如圖110a 所示。 1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90。大拇指代表X坐標(biāo)，食指代表Y坐標(biāo)

13、，中指代表Z坐標(biāo)。 2） 大拇指的指向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向，食指的指向?yàn)閅坐標(biāo)的正方向，中指的指向?yàn)閆坐標(biāo)的正方向。 3）圍繞X、Y、Z坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向?yàn)閆、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向，如圖110b所示。,圖110 右手直角坐標(biāo)系,a),b),(3) 運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定 對于機(jī)床坐標(biāo)系的方向，均將增大刀具與工件距離的方向確定為各坐標(biāo)軸的正方向，如圖111所示為數(shù)控車床上兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的方向。,（4） 坐標(biāo)軸方向的確定 1）Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向：是由傳遞切削的動(dòng)力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標(biāo)軸發(fā)即為Z坐

14、標(biāo)，Z坐標(biāo)的正向?yàn)榈毒唠x開工件的方向。如圖111所示的數(shù)控車床的Z坐標(biāo)。,2）X坐標(biāo) X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X坐標(biāo)的方向時(shí)，要考慮兩種情況： 如果工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則刀具離開工件回轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。如圖111所示的數(shù)控車床的X坐標(biāo)。 如果刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則分為兩種情況：Z坐標(biāo)水平時(shí)，觀察者沿刀具主軸向工件看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方；Z坐標(biāo)垂直時(shí)，觀察者面對刀具主軸向立柱看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方，如圖112所示的立式數(shù)控銑床的X坐標(biāo)。,圖112 立式數(shù)控銑床的坐標(biāo)系,3） Y坐標(biāo) 在確定X、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來確

15、定Y坐標(biāo)的方向。如圖112所示的Y坐標(biāo)。,廣東省農(nóng)墾湛江技工學(xué)校,（5） 機(jī)床原點(diǎn) 機(jī)床原點(diǎn)又稱為機(jī)床零點(diǎn)，即機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)，是指在機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)固定點(diǎn)，它在機(jī)床裝配、調(diào)試時(shí)就已確定下來，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)參考點(diǎn)。 1）數(shù)控車床的機(jī)床原點(diǎn) 在數(shù)控車床上，機(jī)床原點(diǎn)一般設(shè)在卡盤端面與主軸中心線的交點(diǎn)處，如圖113所示。 2）數(shù)控銑床的原點(diǎn) 在數(shù)控銑床上，機(jī)床原點(diǎn)一般設(shè)在X、Y、Z坐標(biāo)的正方向極限位置上，如圖114所示。,圖113 數(shù)控車床的機(jī)床原點(diǎn),圖114 數(shù)控銑床的機(jī)床原點(diǎn),（6）機(jī)床參考點(diǎn) 機(jī)床參考點(diǎn)是用于對機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測和控制的固定位置點(diǎn)。圖115所示為數(shù)控車床的參考點(diǎn)與機(jī)

16、床原點(diǎn)。,圖115 數(shù)控車床的參考點(diǎn),1.4.2 編程坐標(biāo)系,編程坐標(biāo)系也稱為工件坐標(biāo)系，是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系。 編程坐標(biāo)系一般供編程使用，確定編程坐標(biāo)系時(shí)不必考慮工件毛坯在機(jī)床上的實(shí)際裝夾位置。 編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)（編程原點(diǎn)）應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，編程坐標(biāo)系中各軸的方向應(yīng)該與所使用的數(shù)控機(jī)床相應(yīng)的坐標(biāo)軸方向一致，如圖116所示為車削零件的編程坐標(biāo)系及編程原點(diǎn)。,圖116 編程坐標(biāo)系,1.4.3 對刀點(diǎn)與換刀點(diǎn),對刀點(diǎn)是數(shù)控加工中刀具相對工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，程序也是從這一點(diǎn)開始執(zhí)行，所以對刀點(diǎn)也稱為“起刀點(diǎn)”或“程序起點(diǎn)”。對刀點(diǎn)選擇的原則如下： （1）找

17、正容易。 （2）編程方便。 （3）對刀誤差小。 （4）加工時(shí)檢查方便、可靠。,12 數(shù)控機(jī)床的分類和常見數(shù)控機(jī)床簡介,1.2.1 數(shù)控機(jī)床的分類 按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類 (1) 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 (2) 直線控制數(shù)控機(jī)床 (3) 輪廓控制數(shù)控機(jī)床,(1) 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床,點(diǎn)拉控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是只控制從一點(diǎn)到另一點(diǎn)位置的精確定位,而不控制移動(dòng)軌跡,在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工,如圖119所示。,(2) 直線控制數(shù)控機(jī)床,直線控制數(shù)控機(jī)床也自然數(shù)為點(diǎn)位直線控制機(jī)床。其特點(diǎn)是機(jī)床移動(dòng)部件不僅要實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，而且要控制工作臺以給定的速度，沿平行坐標(biāo)軸方向進(jìn)行直線切削運(yùn)動(dòng)（

18、有些機(jī)床還可以進(jìn)行45斜率直線的加工），如圖120所示。,(3) 輪廓控制數(shù)控機(jī)床,輪廓控制數(shù)控機(jī)床是對兩個(gè)或兩個(gè)以上軸同時(shí)進(jìn)行控制。它不僅要控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)，而且要控制加工過程中每一點(diǎn)的速度、方向和位移量，運(yùn)動(dòng)軌跡是任意的直線、圓弧、螺旋線等，將工件加工成一定的輪廓形狀，如圖121所示。,圖120 直線控制加工圖,圖121 輪廓控制加工圖,2. 按伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)分類,（1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是其控制系統(tǒng)不帶反饋裝置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常采用功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或電流脈沖馬達(dá)，如圖122所示。,（2） 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是在機(jī)床移動(dòng)部件上直線安裝直線位

19、移檢測裝置（如直線光柵等），將測量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用比較的差值對機(jī)床進(jìn)行控制，直至差值消除為止，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位，從而使加工精度大大提高。,（3） 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角度檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用比較的差值對機(jī)床進(jìn)行控制。,圖124 半閉環(huán)電路圖,圖123 閉環(huán)電路圖,3. 按數(shù)控機(jī)床的顯示分類,（1）低檔數(shù)控機(jī)床 （2）中檔數(shù)控

20、機(jī)床 （3）高檔數(shù)控機(jī)床,1.2.2 常見數(shù)控機(jī)床簡介,1.數(shù)控車床 數(shù)控車床一般具有兩軸聯(lián)動(dòng)功能，Z軸是與主軸方向平行的運(yùn)動(dòng)軸，X軸是在水平面向內(nèi)與主軸方向垂直的運(yùn)動(dòng)軸。圖125所示為一臺數(shù)控車床的外觀圖。,圖125 數(shù)控車床,2.數(shù)控銑床 世界上第一臺數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控銑床，它適于加工三維復(fù)雜曲面，在汽車、航空航天、模具等行業(yè)被廣泛采用。圖126所示為數(shù)控銑床，隨著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)控銑床趨于加工中心。,圖126 數(shù)控銑床,3. 加工中心,數(shù)控加工中心是具有自動(dòng)刀具交換裝置，并能進(jìn)行多種工序加工的數(shù)控機(jī)床。在其上工件可在一次裝夾中進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻螺紋等多工序的加工。,圖127立式加工中

21、心,4.數(shù)控磨床,數(shù)控磨床主要用于加工高硬度、高精度表面，可分為數(shù)控平面磨床、數(shù)控內(nèi)圓磨床、數(shù)控輪廓磨床等。,5. 數(shù)控鉆床,數(shù)控鉆床主要具備鉆孔、攻螺紋等功能，同時(shí)也具備簡單的銑削功能，刀庫可存放多種刀具。數(shù)控鉆床可分為數(shù)控立式鉆床和數(shù)控臥式鉆床。圖128所示為一臺數(shù)控立式鉆床外觀圖。,圖128 數(shù)控立式鉆床,6. 數(shù)控電火花成形機(jī)床,數(shù)控電火花成形機(jī)床屬于一種特種加工機(jī)床。其工作原理是利用兩個(gè)不同極性的電極在絕緣液體中產(chǎn)生放電現(xiàn)象，去除材料進(jìn)而完成加工。圖129所示為一臺數(shù)控電火花成形機(jī)床的外觀圖。,圖129 數(shù)控電火花成形機(jī)床,7. 數(shù)控線切割機(jī)床,數(shù)控線切割機(jī)床的工作原理與數(shù)控電火花成

22、形機(jī)床一樣，其電極是電極絲，加工液一般采用去離子水。圖130所示為一臺數(shù)控線切割機(jī)床的外觀圖。,圖130 數(shù)控線切割機(jī)床,13 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn),一. 加工精度高 對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng) 自動(dòng)化程度高 生產(chǎn)效率高 良好的經(jīng)濟(jì)效益 有利于現(xiàn)代化管理,七、數(shù)控機(jī)床的加工原理,在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上，操作者在加工零件時(shí)，根據(jù)圖紙的要求，需要不斷改變刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù) ，使刀具對工件進(jìn)行切削加工，最終加工出合格零件。 在數(shù)控機(jī)床上，加工過程中人工操作均被數(shù)控系統(tǒng)所取代,其工作過程如下:首先要將加工圖紙上幾何信息和工藝信息數(shù)字化,即將刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡按規(guī)定的規(guī)則、代碼和格式編寫成加工

23、程序，數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動(dòng)作相互協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成零件的加工。,x,y,X,Y,數(shù)控機(jī)床加工原理示意圖,1、逼近處理： 先對曲線進(jìn)行逼近處理，即按系統(tǒng)的插補(bǔ)時(shí)間t和加工所需要的進(jìn)給速度F，將曲線分割成若干小線段，曲線即為所有小線段之和。 2、插補(bǔ)運(yùn)算： 在逼近處理后，將小線段分解為X軸和Y軸移動(dòng)分量，他們的位置將不斷變化。 3、指令輸出： 將算出的t時(shí)間內(nèi)的x 和y 作為指令輸出給X軸和Y軸，控制它們運(yùn)動(dòng)。 由此可見，只要能連續(xù)地自動(dòng)控制X和Y兩個(gè)進(jìn)給軸在t時(shí)間內(nèi)移動(dòng)量，就可以實(shí)現(xiàn)曲線輪廓零件的加

24、工。,數(shù)控機(jī)床的加工原理,第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系,一、機(jī)床坐標(biāo)軸,二、機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床零點(diǎn)與機(jī)床 參考點(diǎn),三、工件坐標(biāo)系和程序原點(diǎn),第二章 數(shù)控加工程序編制的基礎(chǔ),第一節(jié) 數(shù)控編程概述,第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的編程,第一節(jié) 數(shù)控編程概述,一、數(shù)控編程的基本概念,二、數(shù)控編程的方法,三、數(shù)控加工程序的格式與組成,一、數(shù)控?cái)?shù)控編程的基本概念,編程就是將加工零件的加工順序、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的尺寸數(shù)據(jù)（運(yùn)動(dòng)軌跡與方向、位移量）、工藝參數(shù)（主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、切削深度等）以及輔助操作（換刀、主軸控制、冷卻液開關(guān)、刀具夾緊、松開等）等加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼和程序格式，編制成加工程序單（相當(dāng)于普

25、通機(jī)床加工的工藝規(guī)程），再將程序單中的內(nèi)容記錄在磁盤（或紙帶）等控制介質(zhì)上。這一過程，就稱為是編程。,（一） 數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較,圖紙,工藝 分析,工藝卡,數(shù)控加 工程序,人工 操作,輸入 數(shù)控 系統(tǒng),機(jī) 床,零件,傳統(tǒng)加工,數(shù)控加工,（二）數(shù)控編程步驟,數(shù)控編程過程如圖所示:,零件圖紙,工 藝 分 析,數(shù) 學(xué) 處 理,編寫 程序 單,制備 控制 介質(zhì),輸入 數(shù)控 系統(tǒng),校驗(yàn) 和 試切,修改,錯(cuò)誤,二、數(shù)控編程的方法,1、手工編程 手工編程是指編制零件程序加工程序的前幾個(gè)步驟，即從零件圖紙工藝分析、坐標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算直至編寫零件程序單，均由人工完成。 2、自動(dòng)編程 自動(dòng)編程是借助數(shù)控自動(dòng)編程系

26、統(tǒng)由計(jì)算機(jī)來輔助生成零件的程序。此時(shí)，編程人員一般只需要借助數(shù)控編程系統(tǒng)提供的各種功能，對加工對象、工藝參數(shù)及加工過程進(jìn)行較簡單的描述，即可由編程系統(tǒng)自動(dòng)完成數(shù)控加工程序編制的其余內(nèi)容。,三、數(shù)控加工程序的格式與組成,一個(gè)數(shù)控加工零件程序是一組被傳送到數(shù)控裝置中的指令和數(shù)據(jù)組成的。 一個(gè)零件程序是由遵循一定結(jié)構(gòu)、句法和格式規(guī)則的若干個(gè)程序段組成的，而每個(gè)程序段是由若干個(gè)指令字組成的，如圖所示。,程序的結(jié)構(gòu)圖,%1000 N01 G91 G00 X50 Y60 程 N10 G01 X100 Y500 F150 S300 M03 序 N N200 M02,程序段,指令字,（一）程序的文件名,CNC

27、裝置可以裝入許多程序文件，以磁盤文件的方式讀寫。文件名格式為（有別于DOS的其他文件名）：Oxxxx（字母 O后面必須有數(shù)字或字母）。主程序、子程序必須寫在同一個(gè)文件名下。系統(tǒng)通過調(diào)用文件名來調(diào)用程序，進(jìn)行加工或編輯。,（二）程序段格式,（三）指令字符的格式,在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，指令字一般是由地址符（或稱指令字符）和帶符號（如定義尺寸的字）或不帶符號（如準(zhǔn)備功能字G代碼）的數(shù)字組成的，這些指令字在數(shù)控系統(tǒng)中完成特定的功能。,機(jī)能 地址符 意 義 零件程序號 %或O 程序編號：19999 程序段號 N 程序段編號：N19999 準(zhǔn)備機(jī)能 G 指令動(dòng)作方式（直線、圓弧等）G0099 尺寸字 X， Y

28、， Z， 坐標(biāo)軸的移動(dòng)命令99999.999 A， B，C U，V，W R 圓弧的半徑 I，J，K 圓弧中心相對起點(diǎn)的坐標(biāo)位置 進(jìn)給速度 F 進(jìn)給速度的指定 F015000 主軸機(jī)能 S 主軸旋轉(zhuǎn)速度的指定 S09999 刀具機(jī)能 T 刀具編號的指定 T099，T0009999 輔助機(jī)能 M 機(jī)床側(cè)開/關(guān)控制的指定 M099 補(bǔ)償號 H，D 刀具補(bǔ)償號的指定 0099 暫停 P，X 暫停時(shí)間的指定 秒 程序號的指定 P 子程序號的指定 P19999 重復(fù)次數(shù) L 子程序的重復(fù)次數(shù)：L29999,指令字符一覽表,第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的編程,一、輔助功能M代碼 二、主軸功能S、進(jìn)給功能F和刀具功能T

29、三、準(zhǔn)備功能G代碼 四、例題分析,一、輔助功能M代碼,M指令主要用于控制機(jī)床的各種開關(guān)，它有兩種形式，一種是非模態(tài)代碼（它只在書寫了該代碼的程序段中有效），另一種是模態(tài)代碼（它一旦在一個(gè)程序中指定便保持有效），其指令功能如表3-2所示：,輔助功能M代碼及其功能,代 碼,模 態(tài),功能說明,代 碼,模 態(tài),功能說明,M00,非模態(tài),非模態(tài),非模態(tài),非模態(tài),非模態(tài),非模態(tài),模態(tài),模態(tài),模態(tài),模態(tài),模態(tài),M02,M03,M04,M05,M06,M07,M09,M30,M98,M99,程序停止,程序結(jié)束,程序結(jié)束并 返回程序起點(diǎn),調(diào)用子程序,子程序結(jié)束,主軸正轉(zhuǎn)起動(dòng),主軸反轉(zhuǎn)起動(dòng),主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng),換刀,切

30、削液打開,切削液停止,其中： M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是CNC內(nèi)定的輔助功能，與PLC程序無關(guān)。 其余M代碼用于機(jī)床各種輔助功能的開關(guān)動(dòng)作，其功能不由CNC內(nèi)定，而是由PLC程序指定。有可能因機(jī)床制造廠不同而存在差異（表內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)PLC指定的功能。,二、主軸功能S、進(jìn)給功能F和刀具功能T,1、主軸功能S 主軸功能S控制主軸轉(zhuǎn)速其后的數(shù)字表示主軸速度，單位為轉(zhuǎn)/每分鐘（r/min）。 S是模態(tài)指令，只有在主軸速度可調(diào)節(jié)時(shí)有效。機(jī)床主軸調(diào)速是變頻調(diào)速可借助機(jī)床控制面板上的主軸倍率開關(guān)進(jìn)行修調(diào)。,2、進(jìn)給功能F,F指令表示工件被加工時(shí)刀具相對于工件的合成進(jìn)給速度，

31、F的單位取決于G94（每分鐘進(jìn)給量mm/min）或G95（主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具的進(jìn)給量mm/r）。 當(dāng)工作在G01、G02或G03方式下，F(xiàn)指令一直有效，直到被新的F值取代，而在G00工作方式下，快速定位的速度是各軸的最高速度，與所編的F值無關(guān)。,3、刀具功能T,T代碼用于選刀，其后的4位數(shù)字分別表示選擇的刀具號和刀具補(bǔ)償號。 執(zhí)行T指令，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架，選用指定的刀具，同時(shí)調(diào)入刀補(bǔ)寄存器中的補(bǔ)償值（刀具的幾何補(bǔ)償值即偏置補(bǔ)償與磨損補(bǔ)償之和），該值不立即移動(dòng)，而是當(dāng)后面有移動(dòng)指令時(shí)一并執(zhí)行。 當(dāng)一個(gè)程序段同時(shí)包含T代碼與刀具移動(dòng)指令時(shí)，先執(zhí)行T代碼指令，而后再執(zhí)行刀具移動(dòng)指令。,三、準(zhǔn)備功能G代碼,

32、準(zhǔn)備功能G指令是由G后一或二位數(shù)值組成，它用來規(guī)定刀具和工件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡、機(jī)床坐標(biāo)系、坐標(biāo)平面、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)偏置等多種加工操作。 G功能根據(jù)功能的不同分成若干組，其中00組的G功能稱為非模態(tài)G功能，其余組稱為模態(tài)G功能。 非模態(tài)G功能指的是只在所規(guī)定的程序段中有效，程序段結(jié)束時(shí)被注銷；而模態(tài)G功能指的是一組可相互注銷的G功能，這些功能一旦被執(zhí)行，則一直有效，直到被同一組的G功能注銷為止。 模態(tài)G功能組中都包含一個(gè)缺省G功能，上電時(shí)將被初始化為該指令,準(zhǔn)備功能G代碼一覽表,（一）常用準(zhǔn)備功能G代碼的應(yīng)用,1、絕對值編程G90與相對值編程G91,格式：G90 X Y Z G91 X Y Z,說

33、明：,G90：絕對值編程，每個(gè)編程坐標(biāo)軸上的編程值 是相對于程序原點(diǎn)的。,G91：相對值編程，每個(gè)編程坐標(biāo)軸上的編程值 是相對于前一位置而言的。,例：如下圖所示，使用G90G91編程，要求刀具由原點(diǎn)按順序移動(dòng)到、點(diǎn)。,x,Y,0,1,2,3,20,40,60,15,25,45,、工件坐標(biāo)系設(shè)定G92,格式：G92 X Y 說明：G92通過設(shè)定對刀點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的相對位置建立工件坐標(biāo)系。此坐標(biāo)系一旦建立起來，后序的絕對值指令坐標(biāo)位置都是此工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。 其中：、分別為設(shè)定的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)到對刀點(diǎn)的有向距離。 例：如下圖所示，使用G92編程，建立工件坐標(biāo)系。,+x,+z,右端面 原點(diǎn),

34、左端面 原點(diǎn),44,254, 180,當(dāng)以工件左端面為工件原點(diǎn)時(shí),應(yīng)按下行建立坐標(biāo)系。 G92 X180 Z254 當(dāng)以工件右端面為工件原點(diǎn)時(shí),應(yīng)按下行建立坐標(biāo)系。 G92 X180 Z44,X、Z值的確定，即確定對刀點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。其選擇的一般原則為： 1、方便數(shù)學(xué)計(jì)算和簡化編程； 2、容易找正對刀； 3、便于加工檢查； 4、引起的加工誤差小； 5、不要與機(jī)床、工件發(fā)生碰撞； 6、方便拆卸工件； 7、空行程不要太長。,注意: 1、執(zhí)行此段程序只是建立在工件坐標(biāo)系中刀具起點(diǎn)相對于程序原點(diǎn)的位置，刀具并不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 2、執(zhí)行此段程序之前必須保證刀位點(diǎn)與程序起點(diǎn)（對刀點(diǎn)）符合。 3、G9

35、2指令必須單獨(dú)一個(gè)程序段指定，并放在程序的首段。,3、快速定位G00,格式：G00 X Y Z 說明：X、Z、Y快速定位終點(diǎn)，G90時(shí)為終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；G91時(shí)為終點(diǎn)相對于起點(diǎn)的位移量。 G00指令中的快移速度由機(jī)床參數(shù)“快移進(jìn)給速度”對各軸分別設(shè)定，不能用F 規(guī)定。 G00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。快移速度可由面板上的快速修調(diào)旋扭修正。,4、直線插補(bǔ)G01,格式：G01 X Y Z F 說明： X、Y、Z為線形進(jìn)給終點(diǎn)。在G90時(shí)為終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；在G91時(shí)為終點(diǎn)相對于起點(diǎn)的位移量；F為合成進(jìn)給速度。 G01指令刀具以聯(lián)動(dòng)的方式，按F規(guī)定的合成進(jìn)給速度，從

36、當(dāng)前位置按線性路線（聯(lián)動(dòng)直線軸的合成軌跡為直線）移動(dòng)到程序段指令的終點(diǎn)。,5、圓弧插補(bǔ)G02/G03,格式： X Y Z F 說明： G02/G03指令刀具，按F規(guī)定的和成進(jìn)給速度，從當(dāng)前位置按順時(shí)針/逆時(shí)針進(jìn)行圓弧加工。 圓弧插補(bǔ)G02/G03的判斷，在在加工平面內(nèi)，根據(jù)其插補(bǔ)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針/逆時(shí)針來區(qū)別的。 在G90時(shí)，X、Y、Z為圓弧終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；在G91時(shí)，X、Y、Z為圓弧終點(diǎn)相對于圓弧起點(diǎn)的位移量。,G02 G03,I,J,K,R,數(shù)控車中圓弧插補(bǔ)G02/G03的判斷是以觀察者迎著Y軸的指向所面對的平面。（見下圖所示）,+Z,+X,+Z,G02,G02,G02,G0

37、2,+X,G02,G02,G02,G02,+Y,G03,G03,G03,G03,G03,G03,G03,G03,+Y,數(shù)控銑中圓弧插補(bǔ)G02/G03的判斷是以不同的 平面來選擇的。 （見下圖所示）,0,0,0,G17,G18,G19,X,X,Y,Y,Z,Z,G02,G02,G02,G03,G03,G03,I、J、K分別為圓心相對于圓弧起點(diǎn)的偏移值（等于圓心的坐標(biāo)減去圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)，如圖所 示）在G90/G91時(shí)都是以增量方式來指定。 R為圓弧半徑，當(dāng)圓弧圓心角小于180時(shí)， R為正值，否則R為負(fù)值。 F為被編程的兩個(gè)軸的合成進(jìn)給速度。,圓心,起點(diǎn),終點(diǎn)（X、Y）,圓心,圓心,起點(diǎn),起點(diǎn),終點(diǎn)（

38、X、Z）,終點(diǎn)（Y、Z）,K,I,I,K,J,J,0,O,O,X,X,Y,Y,Z,Z,6、直徑編程和半徑編程,格式：G36 G37 說明：G36 直徑編程 G37 半徑編程 G36和G37指令主要用于數(shù)控車床的編程，因車床工件外型通常是旋轉(zhuǎn)體，其X軸尺寸可以用兩種方式加以指定：直徑方式和半徑方式。機(jī)床出廠時(shí)一般設(shè)G36為缺省值。但當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置為半徑時(shí)，則半徑編程為缺省狀態(tài)，但程序中可用G37、G36指令改變編程狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)界面的顯示值為半徑值。,7、刀具半徑補(bǔ)償指令G40，G41，G42,格式： X Y Z D 說明：G40：取消刀具半徑補(bǔ)償； G41：左刀補(bǔ)（在刀具前進(jìn)方向左側(cè)補(bǔ)償）見下

39、圖A； G42：右刀補(bǔ)（在刀具前進(jìn)方向右側(cè)補(bǔ)償）見下圖B； D： 1、刀補(bǔ)表中刀補(bǔ)號碼（D00D99），它代表了刀補(bǔ)表中對應(yīng)的半徑補(bǔ)償值； 2、#100#199全局變量定義的半徑補(bǔ)償量。,G40 G41 G42,G00 G01,左刀補(bǔ)與右刀補(bǔ)的判斷,刀 具 前 進(jìn) 方 向,刀具旋 轉(zhuǎn)方向,在前進(jìn)方向 左刀補(bǔ),補(bǔ)償量,（A）左刀補(bǔ),刀 具 前 進(jìn) 方 向,刀具旋 轉(zhuǎn)方向,補(bǔ)償量,在前進(jìn)方向 右刀補(bǔ),（B）右刀補(bǔ),四、例題分析,1、數(shù)控車床例題分析,%8882 N01 G37 N02 G92 X16 Z1 N03 G00 Z0 N04 M03 S460 N05 M98 P8883 L5 N06 G

40、90 G00 X16 Z1 N07 M05 N08 M02 %8883 N01 G91 G01 X-12 F100 N02 G03 X7.385 Z-4.923 R8 N03 X2.215 Z-39.877 R60 N04 G02 X2.4 Z-28.636 R40 N05 G00 X4 N06 Z73.436 N07 X-5 N08 M99,2、數(shù)控銑床例題分析,%0001 #101=6 G92 X0 Y0 Z50 M03 S800 G41 G00 X60 Y-45 Z5 D101 G01 Z-2 F60 X0 G02 X0 Y45 R45 G02 X16.5 Y34.2 R18 G01 X

41、27.5 Y12 G02 Y-12 R30 G01 X16.5 Y-34.2 G02 X0 Y-45 R18 G01 X-10 Z5 G40 G00 X0 Y0 Z50 M30,第三章 數(shù)控機(jī)床的操作,一、 機(jī)床操作按鍵站,1、工作方式選擇按鍵：,1)數(shù)控系統(tǒng)通過工作方式鍵，對操作機(jī)床的動(dòng)作進(jìn)行分類,2)在選定的工作方式下，只能做相應(yīng) 的操作,作用：,“自動(dòng)”工作方式下： 自動(dòng)連續(xù)加工工件； 模擬加工工件；在MDI模式下運(yùn)行指令。,“單段”工作方式下： 自動(dòng)逐段地加工工件（按一次“循環(huán)啟動(dòng)”鍵，執(zhí)行一個(gè)程序段，只到程序運(yùn)行完成。）； MDI模式下運(yùn)行指令。,“增量”工作方式下： 定量移動(dòng)機(jī)床坐

42、標(biāo)軸，移動(dòng)距離由倍率調(diào)整（可控制機(jī)床精確定位，但不連續(xù)）。 “手搖”工作方式下： 當(dāng)手持盒打開后，“增量”方式變?yōu)椤笆謸u”。倍率仍有效?？蛇B續(xù)精確控制機(jī)床的移動(dòng)。機(jī)床進(jìn)給速度受操作者手動(dòng)速度和倍率控制,“手動(dòng)”工作方式下： 通過機(jī)床操作鍵可手動(dòng)換刀、手動(dòng)移動(dòng)機(jī)床各軸，手動(dòng)松緊卡爪，伸縮尾座、主軸正反轉(zhuǎn)。,“回零”工作方式下： 手動(dòng)返回參考點(diǎn)，建立機(jī)床坐標(biāo)系（機(jī)床開機(jī)后應(yīng)首先進(jìn)行回參考點(diǎn)操作）。,2、 機(jī)床操作按鍵,“手動(dòng)”、“增量”和“回零”工作方式下有效。 “增量”時(shí)：確定機(jī)床定量移動(dòng)的軸和方向； “手動(dòng)”時(shí)：確定機(jī)床移動(dòng)的軸和方向。 通過該類按鍵，可手動(dòng)控制刀具或工作臺移動(dòng)。 移動(dòng)速度由系統(tǒng)最大加工速度和進(jìn)給速度修調(diào)按鍵確定。 當(dāng)同時(shí)按下方向軸和“快進(jìn)”按鍵時(shí)，以系統(tǒng)設(shè)定最大加工速度移動(dòng)。 “回零”時(shí)：確定回參考點(diǎn)的軸和方向。,