第1章數(shù)控加工編程緒論

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第一章 緒 論,1.1,機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念,機(jī)床數(shù),(,字,),控,(,制,),技術(shù)：,用,數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)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(jī)床：,用數(shù)控技術(shù)來(lái)實(shí)施加工控制的機(jī)床,在機(jī)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(dòng)裝置,進(jìn)給伺服裝置,裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，稱為,詳細(xì)講：,1.1,機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念,數(shù)控機(jī)床：,代碼化的數(shù)字信息,程序介質(zhì),刀具移動(dòng)軌跡的幾何信息,加工工藝信息,數(shù)控裝置,譯碼,運(yùn)算,機(jī)床,刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng),其它各部件的動(dòng)作,所需工件：,機(jī)床,進(jìn)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(kāi)，,冷卻、潤(rùn)滑液開(kāi)、關(guān),數(shù)控技術(shù)：,金屬切削機(jī)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(jī)、,數(shù)控測(cè)量機(jī)、,數(shù)控切割機(jī)、,焊接機(jī)器人,1.2,數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成,一、數(shù)控機(jī)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(jī)床主運(yùn)動(dòng)啟停、換向、變速,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：速度、方向、位移,其他輔助動(dòng)作,刀具選擇交換，,工件的夾緊、松開(kāi)，,冷卻、潤(rùn)滑液開(kāi)、關(guān),刀具,工件,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(jī)床的工作流程,1.2,數(shù)控,機(jī)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(bǔ)償,5.,插補(bǔ)運(yùn)算,6.,位置控制和機(jī)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(guò)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(pán),二、數(shù)控機(jī)床的工作流程,1.2,數(shù)控,機(jī)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(bǔ)償數(shù)據(jù),輸入,數(shù)控裝置,輸入方法,:,程序介質(zhì),穿孔帶,紙帶閱讀機(jī)輸入,磁帶,磁帶輸入,磁盤(pán),磁盤(pán)輸入,無(wú)程序介質(zhì),鍵盤(pán)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(jī)床的工作流程,1.2,數(shù)控,機(jī)床的工作原理和組成,3.,程序譯碼,零件加工程序,:,一個(gè)個(gè)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(yǔ)法規(guī)則,將上述信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)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(yǔ)法檢查,有錯(cuò)報(bào)警,二、數(shù)控機(jī)床的工作流程,1.2,數(shù)控,機(jī)床的工作原理和組成,4.,刀具補(bǔ)償,零件加工程序中的幾何信息：,刀具運(yùn)動(dòng)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(bǔ)償處理,刀具半徑補(bǔ)償,刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償,二、數(shù)控機(jī)床的工作流程,1.2,數(shù)控,機(jī)床的工作原理和組成,5.,插補(bǔ)運(yùn)算,刀具 按零件輪廓形狀：相對(duì)運(yùn)動(dòng),A,B,C,D,E,x,y,插補(bǔ)運(yùn)算,描述零件輪廓,根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果，向各坐標(biāo)軸發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令,知：,起點(diǎn)、,終點(diǎn)、,曲線種類、,進(jìn)給速度,求：在曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)之間若干個(gè)中間點(diǎn),“,數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作”,插補(bǔ)程序,插補(bǔ)周期,微小的直線數(shù)據(jù)段,各,坐標(biāo)分量,運(yùn)動(dòng)指令,許許多多微小直線段,折線：,逼近 零件輪廓曲線,每個(gè)微小直線段足夠小,保證輪廓加工精度,數(shù)控機(jī)床：輪廓控制,插補(bǔ)功能,二、數(shù)控機(jī)床的工作流程,1.2,數(shù)控,機(jī)床的工作原理和組成,6.,位置控制和機(jī)床加工,任務(wù)：,插補(bǔ)計(jì)算的結(jié)果,控制,電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng),刀具 相對(duì)于工件,軌跡速度,加工,提高機(jī)床的定位精度：,位置回路的增益調(diào)整,螺距誤差補(bǔ)償計(jì)算,方向間隙補(bǔ)償計(jì)算,機(jī)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(jī)床自動(dòng)完成,三、數(shù)控機(jī)床的組成,1.2,數(shù)控,機(jī)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(jī)床本體,測(cè)量反饋裝置,三、數(shù)控機(jī)床的組成,1.2,數(shù)控,機(jī)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(chǔ)、打印,紙帶閱讀機(jī),磁帶讀入器,磁盤(pán)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器,操作鍵盤(pán),顯示器（,CRT）,通訊接口，上位機(jī),2,、數(shù)控裝置：,機(jī)床核心,控制任務(wù),專用計(jì)算機(jī),/,通用計(jì)算機(jī),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(yùn)算、邏輯處理,向,機(jī)床各部分發(fā)控制信號(hào),/,指令,三、數(shù)控機(jī)床的組成,1.2,數(shù)控,機(jī)床的工作原理和組成,3,、伺服系統(tǒng),伺服驅(qū)動(dòng)電路,伺服電機(jī),步進(jìn)電機(jī),電液馬達(dá),直流伺服電機(jī),交流伺服電機(jī),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(dòng)伺服電機(jī),帶動(dòng)機(jī)床執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng),三、數(shù)控機(jī)床的組成,1.2,數(shù)控,機(jī)床的工作原理和組成,4,、測(cè)量反饋裝置,檢測(cè)機(jī)床移動(dòng)部件位移、速度,反饋,數(shù)控裝置,閉環(huán)控制系統(tǒng),測(cè)量部件,測(cè)量電路,高級(jí)數(shù)控機(jī)床：,溫度、振動(dòng)、切削力,5,、機(jī)床本體,數(shù)控機(jī)床的主體,機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件（主軸）,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件,(,工作臺(tái)、拖板,),基礎(chǔ)部件：,底座、立柱、滑鞍、導(dǎo)軌,輔助動(dòng)作機(jī)構(gòu)：,冷卻、潤(rùn)滑、刀具交換、排屑系統(tǒng)、防護(hù)、對(duì)刀儀,由,單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),傳動(dòng)鏈短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,由,計(jì)算機(jī)來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,新型機(jī)械結(jié)構(gòu),1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,規(guī)格、品種繁多，細(xì)分,500,多種，可根據(jù)其控制原理、功能、組成，從不同角度進(jìn)行分類,一、按加工功能（運(yùn)動(dòng)方式）分類,點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床,直線控制數(shù)控機(jī)床,輪廓控制數(shù)控機(jī)床,1.,點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床,特點(diǎn),:,機(jī)床的移動(dòng)部件只能實(shí)現(xiàn),:,一個(gè)位置點(diǎn) 另一個(gè)位置點(diǎn) 的精確移動(dòng),A B,C,在,移動(dòng)、定位的過(guò)程中，對(duì)軌跡無(wú)要求,不進(jìn)行任何切削運(yùn)動(dòng),機(jī)床的數(shù)控,系統(tǒng)只需,控制機(jī)床移動(dòng)部件在行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值,不控制 起點(diǎn) 終點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡,機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)軸之間,不需要有任何聯(lián)系,（一個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）,（刀具、工作臺(tái)）,為使,機(jī)床移動(dòng)部運(yùn)動(dòng)、定位時(shí)間,先以：快速移動(dòng) 接近 定位終點(diǎn)坐標(biāo),定位時(shí)間,定位精度,數(shù)控鉆床,數(shù)控坐標(biāo)鏜床,數(shù)控沖床,數(shù)控點(diǎn)焊機(jī),點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床主要有,數(shù)控鉆床,點(diǎn)位控制,節(jié)省大量鉆模板，精度,三個(gè)坐標(biāo)軸：三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),X、Y,軸：控制平面內(nèi)孔的加工坐標(biāo)位置,Z,軸：控制鉆削運(yùn)動(dòng),三種刀具路徑,后以：低速準(zhǔn)確移動(dòng) 到達(dá) 定位終點(diǎn)坐標(biāo),1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,一、按加工功能（運(yùn)動(dòng)方式）分類,2.,直線控制數(shù)控機(jī)床,特點(diǎn),:,機(jī)床的移動(dòng)部件能：,直線運(yùn)動(dòng),切削加工運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)平行于坐標(biāo)軸的,適當(dāng)?shù)?進(jìn)給速度,以,（刀具、工作臺(tái)）,（一個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）,主要代表機(jī)床有：,數(shù)控車床：,加工臺(tái)階軸,數(shù)控車床 數(shù)控鏜銑床,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,一、按加工功能（運(yùn)動(dòng)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(tái)階,再鉆孔、鏜孔,生產(chǎn)率 加工精度,工藝范圍比坐標(biāo)鏜床擴(kuò)大,點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床缺點(diǎn)：只能作單坐標(biāo)切削運(yùn)動(dòng)，,不能加工復(fù)雜輪廓,（一個(gè)進(jìn)給方向）,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,一、按加工功能（運(yùn)動(dòng)方式）分類,將,工件加工成一定的輪廓形狀,控制移動(dòng)的軌跡,3.,輪廓控制數(shù)控機(jī)床（連續(xù)控制數(shù)控機(jī)床、多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床）,特點(diǎn),:,能對(duì) 兩個(gè),/,兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸 同時(shí)進(jìn)行控制,（兩個(gè),/,兩個(gè)以上方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）,即,:,對(duì)機(jī)床的移動(dòng)部件,不僅能控制起點(diǎn)、終點(diǎn)的坐標(biāo),而且能控制整個(gè)加工過(guò)程中每一點(diǎn)的速度和位移,即,加工時(shí)要進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算,目的：控制相應(yīng)的速度和位移,單位時(shí)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(jī)床主要有,代替了所有類型的仿型加工機(jī)床,進(jìn)給軸數(shù),兩,坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床,兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)三坐標(biāo)控制數(shù)控機(jī)床,三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床,四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床,五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,一、按加工功能（運(yùn)動(dòng)方式）分類,例：,X,Z,數(shù)控車床：兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng),平面輪廓加工,數(shù)控銑床：,兩軸半聯(lián)動(dòng),X,軸、,Y,軸聯(lián)動(dòng),Z,軸,:,單獨(dú)控制 周期進(jìn)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(jī)床的分類,一、按加工功能（運(yùn)動(dòng)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(dòng),Y,軸,:,單獨(dú)控制 周期進(jìn)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,SS(,空間曲線,),數(shù)控銑床：,三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng),把,空間曲線分成很多小曲線段,:,空間直線段,逼近,三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)運(yùn)算,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,一、按加工功能（運(yùn)動(dòng)方式）分類,飛機(jī)大梁 側(cè)面：,直紋,扭曲面,四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)床 圓柱銑刀,周邊銑削,X、Y、Z,三個(gè)直線進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng),刀具繞旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸,A,軸擺動(dòng),刀具與工件型面 在全長(zhǎng)上始終貼合,加工效率,零件光潔度,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,一、按加工功能（運(yùn)動(dòng)方式）分類,很大的 球面零件：,端銑刀,五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)床,加工效率,零件光潔度,對(duì)于工件輪廓上的任意一個(gè)切削點(diǎn)：,刀具的端面,切削點(diǎn)處的切平面,相,重合,刀具的軸線,工件輪廓在切削點(diǎn)處的法線,n,相平行,切削點(diǎn)變化,切削點(diǎn)的坐標(biāo),工件輪廓在切削點(diǎn)處的法線,n,變化,刀具刀位點(diǎn)坐標(biāo),刀具的軸線方向,變化,X、Y、Z,三個(gè)直線進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng),兩個(gè)繞旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng),潛水艇螺旋槳,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,一、按加工功能（運(yùn)動(dòng)方式）分類,二、按數(shù)控裝置類型分類,1.,硬線數(shù)控機(jī)床：,NC,機(jī)床,使用的是硬線（件）數(shù)控裝置,各項(xiàng)功能,輸入處理插補(bǔ)運(yùn)算控制功能邏輯運(yùn)算,機(jī)床功能,專用的、固定的組合邏輯電路,2.,計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床：,CNC,機(jī)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(shí)現(xiàn),使用的是計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（軟件數(shù)控裝置）,其,硬件,各項(xiàng)功能,小型、微型計(jì)算機(jī),輸入處理插補(bǔ)運(yùn)算控制功能邏輯運(yùn)算,通用,/,專用大規(guī)模集成電路,機(jī)床功能,系統(tǒng)軟件,不同改變,硬件基本不變,不同改變,實(shí)現(xiàn),（Computer）,和,（現(xiàn)普遍采用）,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,三、按進(jìn)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(dāng)量直線位移,經(jīng),功率步進(jìn)電機(jī),驅(qū)動(dòng)裝置,齒輪減速,按,要求的進(jìn)給速度,/,進(jìn)給位移發(fā)相應(yīng)頻率、數(shù)量,轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的步距角,功率放大,驅(qū)動(dòng),絲杠螺母副,對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)：蝸輪蝸桿副,1.,開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床：沒(méi)有反饋系統(tǒng),開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng),伺服驅(qū)動(dòng)電路,伺服驅(qū)動(dòng)裝置,作用,功率放大,指,步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī),1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；精度低,系統(tǒng)不能檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移速度，,更不能進(jìn)行誤差 校正,步進(jìn)電機(jī)步距誤差，齒輪副、絲杠螺母副的傳動(dòng)誤差,都會(huì)反映在零件上，影響零件的精度,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,三、按進(jìn)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(jī)床：有反饋控制系統(tǒng),能得到更高的速度、精度和驅(qū)動(dòng)功率,指令進(jìn)給速度,1,伺服電機(jī),聯(lián)軸器,2,工作臺(tái),(,進(jìn)給系統(tǒng)末端的執(zhí)行部件,),絲杠螺母,測(cè)速元件,差值 速度指令 速度誤差信號(hào),轉(zhuǎn)速校正,從理論上講，運(yùn)動(dòng)精度只取決于檢測(cè)裝置的精度，與傳動(dòng)鏈誤差無(wú)關(guān)。但實(shí)際對(duì)傳動(dòng)鏈和機(jī)床結(jié)構(gòu)仍有嚴(yán)格要求。,缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝調(diào)試?yán)щy，成本高,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,三、按進(jìn)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(jī)床：也有反饋控制系統(tǒng)，但檢測(cè)裝置位置不同,優(yōu)點(diǎn)：閉環(huán)中不包含慣性較大的機(jī)床移動(dòng)部件，因此穩(wěn)定性好,安裝調(diào)試方便,1.3,數(shù)控機(jī)床的分類,三、按進(jìn)給伺服系統(tǒng)類型分類（按控制方式不同,）,