數(shù)控銑床及加工中心基礎(chǔ)知識

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械產(chǎn)品的性能、結(jié)構(gòu)及形狀在不斷改進，對零件加工質(zhì)量和精度的要求越來越高，且產(chǎn)品變化頻繁，目前在一般機械加工中，單件、小批量的產(chǎn)品約占七成以上。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，不僅要求機床具有較好的通用性和靈活性，而且要求加工過程實現(xiàn)自動化，而傳統(tǒng)的加工方法已經(jīng)遠遠不能滿足生產(chǎn)需要。使用傳統(tǒng)的加工方法進行，不僅生產(chǎn)周期長，精度也受到影響，數(shù)控機床就是在這種情況下發(fā)展起來的一種自動化機床，它適用于生產(chǎn)高精度、零件形狀復(fù)雜的單件、小批量產(chǎn)品。& 數(shù)控機床概述& 數(shù)控機床分類& 數(shù)控銑床及加工中心的組成及特點& 數(shù)控銑床及加工

2、中心的插補原理& 數(shù)控銑床及加工中心的刀補與實例本章要點1.1 數(shù)控機床概述數(shù)控機床概述1.1.1 數(shù)控機床對零件的加工過程，是嚴格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動作執(zhí)行的。它是一種高效能自動或半自動機床，與普通機床相比，具有加工精度高、加工穩(wěn)定可靠、高柔性、高生產(chǎn)率等特點。 相關(guān)知識1.1.2.1 數(shù)控機床基本概念1數(shù)字控制數(shù)字控制（Numerical Control，簡稱NC），就是用數(shù)字化的信息對機床的運動及其加工過程進行控制的一種方法。簡單地說，數(shù)控就是采用計算機或?qū)Ｓ糜嬎銠C裝置進行數(shù)字計算、分析處理、發(fā)出相應(yīng)指令，對機床的各個動作及加工過程進行自動控制的一門技術(shù)。2數(shù)控機床圖1-

3、1 數(shù)控機床數(shù)控機床是一種利用信息處理技術(shù)進行自動加工控制和金屬切削的機床，是數(shù)控技術(shù)運用的典范。數(shù)控機床是現(xiàn)代化制造技術(shù)的核心設(shè)備，其先進程度和擁有數(shù)量代表了一個國家制造工業(yè)的現(xiàn)代化水平。數(shù)控機床如圖1-1所示。3計算機數(shù)字控制計算機數(shù)字控制（Computer Numerical Control，簡稱CNC）是用計算機存儲系統(tǒng)軟件實現(xiàn)數(shù)字控制功能，使數(shù)控系統(tǒng)由模擬控制系統(tǒng)發(fā)展為數(shù)字控制系統(tǒng)。對于計算機數(shù)字控制而言，不論是運算速度、精度，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，都比以前的數(shù)控系統(tǒng)有很大的提高，為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提供了強大的生命力。4數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是指利用數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。它是數(shù)控機

4、床的核心，可對NC代碼進行識別、存儲和插補運算，并輸出相應(yīng)的脈沖指令經(jīng)驅(qū)動伺服系統(tǒng)變換和放大，驅(qū)動機床完成相應(yīng)的動作。數(shù)控系統(tǒng)主要用于控制對象的位置、角度、定位精度、定位速度、切削速度、溫度、壓力等。5數(shù)控加工數(shù)控加工是把根據(jù)工件圖樣和工藝要求等原始條件編好的加工程序輸入數(shù)控裝置，數(shù)控裝置再將輸入的信息進行運算處理后轉(zhuǎn)換成驅(qū)動伺服機構(gòu)的指令信號，最后由伺服機構(gòu)控制機床刀具與工件的相對運動，實現(xiàn)工件自動加工。6數(shù)控加工的內(nèi)容一般來說，數(shù)控加工流程如圖1-2所示，主要包括以下幾方面的內(nèi)容。圖1-2 數(shù)控加工流程圖（1）分析圖樣。確定加工方案對所要加工的零件進行技術(shù)要求分析，選擇合適的加工方式，再根

5、據(jù)需要的加工方式，選擇合適的數(shù)控加工機床。（2）工件的定位與裝夾。根據(jù)零件的加工要求，選擇合理的定位基準(zhǔn)，并根據(jù)零件批量、精度和加工成本選擇合適的夾具，完成工件的裝夾與工件在夾具中的找正。（3）刀具的選擇與安裝。根據(jù)零件的加工工藝性與結(jié)構(gòu)工藝性，選擇合適的刀具材料與刀具種類，完成刀具在機床中的安裝與對刀，并將對刀所得參數(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中進行正確設(shè)定。（4）編制數(shù)控加工程序。根據(jù)零件的加工要求，對零件進行正確的編程，并將這些程序通過控制介質(zhì)或以手動方式輸入機床數(shù)控系統(tǒng)。（5）試切削、試運行并校驗數(shù)控加工程序。對所輸入的程序進行試運行，并進行首件的試切削。試切削一方面用來校驗所編制的數(shù)控程序，另一方面

6、用來校驗工件的加工精度。（6）數(shù)控加工。當(dāng)程序正確無誤后，便可進入數(shù)控加工階段。（7）工件驗收和質(zhì)量誤差分析。工件入庫前，應(yīng)先進行工件的檢驗，并進行質(zhì)量分析，分析誤差產(chǎn)生的原因，找出糾正誤差的方法。1.1.2.2 FANUC數(shù)控系統(tǒng)簡介目前國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，數(shù)控機床也不盡相同，但數(shù)控系統(tǒng)的操作與編程原理基本相同。本書以我國廣泛使用的FANUC系統(tǒng)為例，有針對性地講述數(shù)控機床的操作與編程。在眾多系統(tǒng)中，F(xiàn)ANUC 0i系統(tǒng)得到了各國用戶的高度評價，成為世界范圍內(nèi)用戶最多的數(shù)控系統(tǒng)之一。FANUC 0i系統(tǒng)有彩色圖形顯示、會話菜單式編程、專用宏功能、多種語言（漢、德、法）顯示、目錄返回等功能

7、。新型號的數(shù)控系統(tǒng)是在原有型號后加字母“i”，如FANUC 0i系列、FANUC l8i系列等。FANUC 0i是一種采用高速32位微處理器的高性能數(shù)控系統(tǒng)，其中FANUC 0i-M和FOFANUC 0i-T分別用于數(shù)控鏜銑床和數(shù)控車床。FANUC 0i系列數(shù)控系統(tǒng)具有以下特點。l 該系統(tǒng)是一種小型高精度、高性能的軟件固定型CNC。這不僅提高了系統(tǒng)可靠性，還提高了系統(tǒng)的性價比。l 便于進行系統(tǒng)維修。系統(tǒng)內(nèi)部具備多種自診斷功能，并能分類顯示CNC內(nèi)部狀態(tài)。一旦發(fā)生故障，報警指示燈立即發(fā)亮，并使CNC停止工作，同時在CRT上可分類顯示出故障詳細內(nèi)容。在CRT顯示器上，可顯示出從CNC輸出或向CNC

8、輸入的接通、關(guān)斷信號，通過MDI（手動數(shù)據(jù)輸入），能以“位”為單位接通、關(guān)斷從CNC輸出的接通、關(guān)斷信號。l 可用CRT顯示檢查數(shù)控系統(tǒng)的快速進給速度、加/減速時間常數(shù)等各種參數(shù)設(shè)定值。l 由于采用了高速微處理器的數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)，無漂移影響，實現(xiàn)了高速、高精度的控制。1.2 數(shù)控機床分類分類概述1.2.1 隨著數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機床的品種和規(guī)格也越來越多，根據(jù)數(shù)控機床的功能和組成不同，可將其按以下方法分類。1.2.2 相關(guān)知識1.2.2.1 數(shù)控機床分類方式1按工藝用途分類（1）一般數(shù)控機床一般數(shù)控機床是在普通通用機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這種類型的數(shù)控機床工藝用途與普通機床相似，不同

9、的是它適合加工單件、小批量和復(fù)雜形狀的零件，生產(chǎn)效率和自動化程度比普通機床更高。一般數(shù)控機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床等。XK5040數(shù)控銑床和數(shù)控車床分別如圖1-3和圖1-4所示。 圖1-3 XK5040數(shù)控銑床 圖1-4 數(shù)控車床（2）加工中心圖1-5 立式鏜銑加工中心數(shù)控加工中心機床，簡稱加工中心（Machining Centre，簡稱MC），它是功能較全并具有多種工藝手段的全功能型數(shù)控機床。最常用的數(shù)控加工中心有數(shù)控鏜銑加工中心和數(shù)控車削加工中心。立式鏜銑加工中心如圖1-5所示。（3）特種數(shù)控機床特種數(shù)控機床是配置有專用的計算機數(shù)控系統(tǒng)并自動進行特種加工的機

10、床。特種加工的含義主要是指加工手段特殊，工件的加工部位特殊，加工的工藝性能要求特殊等。特種數(shù)控機床有數(shù)控電火花機床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控激光切割機、數(shù)控沖床等。數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花機床、多工位數(shù)控沖床和數(shù)控激光切割機如圖1-6圖1-9所示。 圖1-6 數(shù)控線切割機床 圖1-7 數(shù)控電火花機床 圖1-8 多工位數(shù)控沖床 圖1-9 數(shù)控激光切割機2按通用結(jié)構(gòu)用途分類（1）立式數(shù)控銑床立式數(shù)控銑床的主軸軸線垂直于水平面，它在數(shù)量上一直占據(jù)著數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣，如圖1-10所示。小型數(shù)控立銑一般采用工作臺移動、升降及主軸不動方式，與普通立式升降臺銑床差不多；中型數(shù)控立銑一般采用縱向

11、和橫向工作臺移動方式，且主軸沿垂向溜板上下運動；大型數(shù)控立銑，因要考慮到擴大行程、縮小占地面積及剛性等技術(shù)上的問題，往往采用龍門架移動式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂向溜板上運動，而龍門架則沿床身作縱向運動。從機床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來看，目前3坐標(biāo)數(shù)控立銑仍占大多數(shù)，一般可進行3坐標(biāo)聯(lián)動加工，但也有部分機床只能進行3個坐標(biāo)中的任意兩個坐標(biāo)聯(lián)動加工，常稱為2.5坐標(biāo)加工。（2）臥式數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床與通用臥式銑床相同，其主軸軸線平行于水平面，如圖1-11所示。為了擴大加工范圍和擴充功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)4、5坐標(biāo)加工，這樣不但可以把工件側(cè)面上的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪

12、廓加工出來，而且可以實現(xiàn)在一次安裝中通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進行“四面加工”。尤其是萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤（或工作臺）可以把工件上各種不同角度或空間角度的加工面擺成水平來加工，這樣，可以省去很多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚毋姷?。對箱體類零件或需要在一次安裝中改變工位的工件來說，選擇帶數(shù)控轉(zhuǎn)盤的臥式數(shù)控銑床進行加工是非常合適的。 圖1-10 立式數(shù)控銑床 圖1-11 臥式數(shù)控銑床（3）立臥兩用數(shù)控銑床目前，這類數(shù)控銑床并不少見，這類銑床的主軸方向可以更換，在一臺機床上既可以進行立式加工，又可以進行臥式加工，而同時具備上述兩類功能的機床，其使用范圍更廣、功能更全、選擇加工對象的余地更大，且可以給用戶帶來不少方便，如圖1

13、-12所示。當(dāng)生產(chǎn)批量小、品種多，又需要立、臥兩種方式加工時，用戶只須購買一臺這樣的機床就可以解決問題。立臥兩用數(shù)控銑床的主軸方向的更換方法有手動與自動兩種，特別是采用數(shù)控萬能主軸頭的立臥兩用數(shù)控銑床，其主軸頭可以任意轉(zhuǎn)換方向，可以加工出與水平面呈不同角度的工件表面。（a）臥式加工狀態(tài) （b）立式加工狀態(tài)圖1-12 立臥兩用數(shù)控銑3按運動路徑分類（1）點位控制系統(tǒng)R點位控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，其數(shù)控裝置只能控制刀具從一點到另一點的位置，而不控制移動的路徑，因為點位控制系統(tǒng)的數(shù)控機床只要求獲得準(zhǔn)確的加工坐標(biāo)點的位置，而對移動路徑?jīng)]有嚴格要求，并且在移動和定位過程中不進行任何加工。為了減少移動部件的運

14、動與定位時間，一般先快速移動到終點附近位置，然后以低速準(zhǔn)確移動到終點定位位置，以保證良好的定位精度。移動過程中刀具不進行切削。常見的點位數(shù)控機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖床等。點位控制系統(tǒng)如圖1-13所示。圖1-13 點位控制系統(tǒng)（2）直線控制直線控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，不但要求刀具或數(shù)控工作臺從起點坐標(biāo)運動到終點坐標(biāo)，而且要求刀具或數(shù)控工作臺在以給定的速度沿平行于某坐標(biāo)軸方向運動的過程中進行切削加工。該類系統(tǒng)也可以控制刀具或數(shù)控工作臺同時在兩個軸向以相同的速度運動，從而沿某坐標(biāo)軸成45°的斜線進行加工。常見的直線數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控加工中心等。直線控制系

15、統(tǒng)如圖1-14所示。（3）輪廓控制輪廓控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標(biāo)軸同時進行控制，它不僅能夠控制機床移動部件的起點和終點坐標(biāo)值，而且能夠控制整個加工過程的每一點的速度與位移，既能控制加工路徑又能加工出符合要求的輪廓。其加工工件可以用直線插補或圓弧插補的方法進行切削加工。常見的輪廓數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控加工中心、線切割等。輪廓控制系統(tǒng)如圖1-15所示。 圖1-14 直線控制系統(tǒng) 圖1-15 輪廓控制系統(tǒng)4按伺服系統(tǒng)分類（1）全閉環(huán)伺服系統(tǒng)這類系統(tǒng)帶有位置檢測裝置，能夠直接對工作臺的位移量進行檢測，其原理如圖1-16所示。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出位移指令脈沖，經(jīng)伺服電

16、動機和機械傳動裝置使機床工作臺移動時，安裝在工作臺上的位置檢測元件把工作臺的位移量轉(zhuǎn)換為電信號，反饋到CNC裝置與給定信號相比較，得到的差值經(jīng)過變換處理和放大，最后驅(qū)動工作臺向減少誤差的方向移動，直到差值等于零時為止。圖1-16 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理示意圖這類伺服系統(tǒng)，因為把機床工作臺納入了位置控制環(huán)，故稱為全閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以消除包括工作臺傳動鏈在內(nèi)的誤差，因而定位精度高、調(diào)節(jié)速度快，但由于本系統(tǒng)受進給絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙等非線性因素的影響，會給調(diào)試工作造成很大的困難，而且系統(tǒng)復(fù)雜和成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機床。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)包括加工中心、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控超精車

17、床、數(shù)控超精銑床等。提示：閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是加工精度高、移動速度快，但調(diào)試、維修復(fù)雜，穩(wěn)定性難于控制，成本比較高。（2）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)大多數(shù)控機床采用的是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，這類驅(qū)動系統(tǒng)用安裝在絲杠軸端或伺服電動機軸端的角位移測量元件（如旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器、光柵尺等）來代替安裝在機床工作臺上的直線測量元件，用測量絲杠或電動機軸旋轉(zhuǎn)角位移來代替測量工作臺直線位移，其原理示意圖如圖1-17所示。因為這種系統(tǒng)未將絲杠螺母副、齒輪傳動副等傳動裝置包含在閉環(huán)反饋系統(tǒng)中，因而稱為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。它不能補償由絲杠等傳動裝置所帶來的誤差。半閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度沒有全閉環(huán)系統(tǒng)高，調(diào)試卻相對更方便，因而在標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)

18、控機床上得到廣泛應(yīng)用。提示：半閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是加工精度和穩(wěn)定性較高，價格適中，調(diào)試比較容易。該系統(tǒng)兼顧開環(huán)和閉環(huán)兩者的優(yōu)點。圖1-17 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理示意圖（3）開環(huán)伺服系統(tǒng)這是一種沒有位置反饋環(huán)節(jié)的驅(qū)動系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)對工件的程序進行處理并輸出指令脈沖給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動機床運動，不帶有位置傳感器的反饋信號。最典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)就是采用步進電動機的伺服系統(tǒng)，如圖1-18所示，它一般由環(huán)形分配器、功率放大器和步進電動機組成。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路功率放大后，驅(qū)動步進電動機旋轉(zhuǎn)一個固定角度（即步距角），再經(jīng)傳動機構(gòu)帶動工作臺移動。這類控制系統(tǒng)的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去后

19、，工作臺的實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)由于沒有位置反饋環(huán)節(jié)，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試和成本較低等特點。該系統(tǒng)的缺點是沒有誤差補償，精度較低。這種系統(tǒng)一般適用于經(jīng)濟型數(shù)控機床和舊機床改造。圖1-18 開環(huán)伺服系統(tǒng)提示：開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是受步進電動機的步距精度和工作頻率以及傳動機構(gòu)的傳動精度影響，速度和精度都較低，但其反應(yīng)速度快，調(diào)試方便，穩(wěn)定性強，維修方便，成本較低。1.2.2.2 數(shù)控銑床及加工中心的分類加工中心和數(shù)控銑床有很多相似之處，都能夠進行銑削、鉆削、鏜削及攻螺紋等加工。二者的主要區(qū)別在于刀具庫和自動刀具交換裝置（ATC，Autmatic Too

20、ls Changer），加工中心是一種備有刀庫并能通過程序或手動控制自動更換刀具對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。數(shù)控銑床及加工中心根據(jù)主軸位置、坐標(biāo)軸數(shù)量及換刀方式的不同，可以按以下方法分類。l 數(shù)控銑床按其主軸位置不同可分為立式、臥式、立臥兩用銑床3類。l 數(shù)控銑床按控制系統(tǒng)的坐標(biāo)軸數(shù)量不同可分為軸、3軸、4軸、5軸聯(lián)動銑床。l 加工中心按其主軸位置的不同可分為立式、臥式、立臥兩用、龍門加工中心。l 加工中心按換刀方式不同可分為帶機械手、無機械手、轉(zhuǎn)塔刀庫加工中心。l 加工中心按工作臺不同可分為單工作臺、雙工作臺、多工作臺加工中心。l 加工中心按轉(zhuǎn)塔不同可分為立式轉(zhuǎn)塔加工中心、臥式轉(zhuǎn)塔加工中

21、心。l 加工中心按主軸箱不同可分為單軸、雙軸、三軸可換主軸箱加工中心。1.3 數(shù)控銑床及加工中心的組成及特點組成概述1.3.1 數(shù)控銑床及加工中心是一種利用信息處理技術(shù)進行自動加工控制和金屬切削的機床，主要是用計算機程序?qū)Ω黝惪刂菩畔⑦M行處理，不僅具有柔性，而且還可處理邏輯電路難以處理的各種復(fù)雜信息。熟悉數(shù)控銑床及加工中心的組成及特點，便于掌握機床的工作流程及其在各行業(yè)中的應(yīng)用。1.3.2 相關(guān)知識1.3.2.1 數(shù)控銑床及加工中心組成數(shù)控銑床及加工中心的種類繁多，但從組成一臺完整的數(shù)控銑床及加工中心的角度講，主要由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)和機床本體5大部分以及輔助裝置組成，

22、如圖1-19所示。圖1-19 數(shù)控銑床及加工中心組成1輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備是數(shù)控機床與外部設(shè)備的接口，存儲介質(zhì)的加工信息通過輸入設(shè)備輸送到機床的數(shù)控系統(tǒng)，機床內(nèi)存中的加工程序也可以通過輸出設(shè)備傳送到存儲介質(zhì)上。2數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床及加工中心的核心部分，主要是對輸入的加工程序進行數(shù)字運算和邏輯運算，然后向伺服系統(tǒng)發(fā)出控制信號，使設(shè)備按規(guī)定的動作執(zhí)行。3伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)與機床本體之間的電傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)，主要由伺服電動機、驅(qū)動控制系統(tǒng)及位置檢測系統(tǒng)組成。其作用是把由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動，使機床的工作臺按規(guī)定移動，精確定位，加工出符合圖紙要求的工件。整個機

23、床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。常用的伺服電機有直流伺服電機、交流伺服電機、電液伺服電機等。4反饋系統(tǒng)反饋系統(tǒng)主要是對機床的運動速度、方向、位移以及加工狀態(tài)加以檢測并將其結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)反饋回來的信息調(diào)整機床的運動，實現(xiàn)誤差補償。5機床本體機床本體是數(shù)控銑床及加工中心的主體，是用于完成各種切削加工的機械部分，主要包括主運動部件、進給運動部件（如工作臺、刀架）和支撐部件（如床身、立柱等）。有些數(shù)控機床還配備特殊部件，如刀庫、自動換刀裝置等。除上述5個主要部分外，數(shù)控銑床及加工中心還有一些輔助裝置和附屬設(shè)備，如電氣、液壓、氣動系統(tǒng)與冷卻、排屑、潤滑、照明系統(tǒng)等。1.3.2.

24、2 數(shù)控銑床及加工中心的特點在批量生產(chǎn)條件下，利用數(shù)控銑床或加工中心自動化加工，可以取得良好的經(jīng)濟效益。與普通機床加工相比，采用數(shù)控銑床及加工中心加工具有以下特點。1簡化加工過程傳統(tǒng)加工需要認真編制工藝規(guī)程，嚴格劃分工序，然后設(shè)計和制造夾具，確定定位方案。而使用數(shù)控加工可以集中工序，減少零件的裝夾次數(shù)，通過NC程序可以輕松實現(xiàn)對復(fù)雜三維零件的加工，大大簡化加工過程。2加工效率高數(shù)控加工在NC程序引導(dǎo)下有序進行，受到的人工干預(yù)少，加工過程中工件的轉(zhuǎn)位時間及換刀時間短，還可以實現(xiàn)多刀并行加工，大大地提高了加工效率。3加工精度高數(shù)控加工在程序控制下有序進行，受到的人工干預(yù)少，具有較小的加工誤差。同時

25、，現(xiàn)在的數(shù)控機床還采用了閉環(huán)控制，可以對出現(xiàn)的誤差進行補償，大大地提高了加工精度。4加工重復(fù)性好數(shù)控加工中編制好的程序可以在加工中重復(fù)使用，還可以對已有的程序進行適當(dāng)?shù)男薷暮屯晟?，以適應(yīng)相似的加工對象，特別是隨著CAD/CAM技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，復(fù)雜數(shù)控程序的編制變得越來越簡單，這為高效地加工出高精度的復(fù)雜零件創(chuàng)造出良好的條件。1.4 數(shù)控銑床及加工中心的插補原理插補概述1.4.1 在輪廓控制加工中，刀具路徑必須嚴格按零件輪廓曲線運動。插補運算的作用是按一定的關(guān)系向機床各個坐標(biāo)軸的驅(qū)動控制器分配進給脈沖，使伺服電動機驅(qū)動工作臺運動，工作臺相對主軸的運動路徑以一定精度要求逼近于所加工零件的外形

26、輪廓尺寸。1.4.2 相關(guān)知識1.4.2.1 插補概念在實際編程加工中，被加工工件的輪廓形狀千差萬別。嚴格說來，為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心路徑應(yīng)該準(zhǔn)確地依照工件的輪廓形狀來生成，對于簡單的曲線，數(shù)控系統(tǒng)可以比較容易地實現(xiàn)，但對于較復(fù)雜的形狀，若直接生成會使算法變得很復(fù)雜，計算機的工作量也相應(yīng)地大大增加，因此，實際應(yīng)用中，常采用一小段直線或圓弧去進行擬合以滿足精度要求（也有需要拋物線和高次曲線擬合的情況），這種擬合方法就是“插補”，實質(zhì)上插補就是數(shù)據(jù)密化的過程。1.4.2.2 逐點插補原理逐點比較插補法的一個插補循環(huán)包括偏差判斷、加工進給、偏差計算、終點判斷4個環(huán)節(jié)。l 偏差計算：根據(jù)

27、加工點的當(dāng)前位置，計算偏差函數(shù)值。l 偏差判斷：判別偏差函數(shù)的正、負，以確定加工點相對曲線的位置。l 加工進給：根據(jù)偏差的情況，朝偏向曲線的方向進給一步。l 終點判斷：判斷加工點是否已經(jīng)達到曲線的終點，以確定是否結(jié)束插補。1逐點比較法直線插補直線插補時，以直線起點為原點，給出終點坐標(biāo)（x4，y4），則直線方程為y=kx。y=改寫為： =yx4-xy4=0以第一象限直線插補為例，如圖1-20所示，插補偏差可能有3種情況，即當(dāng)前加工點位于直線上方、直線上和下方。l 位于直線上方的1點，則y1x4-x1y4>0；l 位于直線上的2點，則y2x4-x2y4=0；l 位于直線下的3點，則y3x4-

28、x3y4<0。因此，可取判別函數(shù)F為F=yjxe-xiye，可用來判別當(dāng)前的加工點相對于直線的偏差。當(dāng)F>0時，應(yīng)向+X方向走一步，可接近直線；當(dāng)F<0時，應(yīng)向+Y方向走一步，可接近直線；當(dāng)F=0時，可歸入F>0的情況。整個插補的過程，由原點開始，判一次偏差，走一步，計算一次，周而復(fù)始，直到終點。2逐點比較法圓弧插補圓弧插補分為順時針圓弧插補和逆時針圓弧插補兩種。當(dāng)加工圓弧時，可以聯(lián)想到將加工點到圓心的距離和該圓的半徑相比較，來反映加工時的偏差。仍以第一象限逆圓弧為例，推導(dǎo)出圓弧插補的偏差計算公式。要加工如圖1-21所示的圓弧AE，圓弧AE位于第一象限，逆時針走向，半徑

29、為R，以原點為圓心，起點坐標(biāo)為A（x0，y0），對于圓弧上任一加工點的坐標(biāo)設(shè)為P（xi，yj），P點與圓心的距離RP的平方為RP2=xi2+yj2。 圖1-20 第一象限直線 圖1-21 圓弧插補過程l 若xi2+yj2=x02+y02=R2成立，則P（xi，yj）剛好落在圓弧上；l 若xi2+yj2>x02+y02，則P（xi，yj）在圓弧外側(cè)，即RP>R；l 若xi2+yj2<x02+y02，則P（xi，yj）在圓弧內(nèi)側(cè)，即RP<R。根據(jù)以上可取偏差判別式為：F=(xi2-x02)+(yj2-y02)。運用上述法則，使用偏差公式，便可加工出圖1-21所示折線的近似圓

30、弧。1.5 刀具半徑補償原理及實例刀補概述1.5.1 在數(shù)控編程過程中，為使編程工作更加方便，通常將數(shù)控刀具的刀尖假想成一個點，該點稱為刀位點或刀尖點。在編程時，一般不考慮刀具半徑，只需考慮刀位點與編程路徑重合。但在實際加工過程中，由于不同刀具的半徑各不相同，在加工中會產(chǎn)生很大的加工誤差。因此，實際加工時必須通過刀具補償指令，使數(shù)控機床根據(jù)實際使用的刀具尺寸，自動調(diào)整各坐標(biāo)軸的移動量，確保實際加工輪廓和編程路徑完全一致。1.5.2 相關(guān)知識1.5.2.1 刀具半徑補償?shù)母拍顢?shù)控機床根據(jù)刀具實際尺寸，自動改變機床坐標(biāo)軸或刀具刀位點位置。使編程路徑加上一個半徑補償值后和實際加工輪廓完全一致的功能，稱為刀具補償，如圖1-22所示。圖1-22 半徑補償1.5.2.2 刀具半徑補償?shù)淖饔迷跀?shù)控編程時，可以不考慮刀具半徑，直接按圖樣所給的尺寸進行編程，實際加工時輸入刀具半徑補償值即可，數(shù)控機床會自動改變刀具刀位點位置，使實際加工輪廓和編程路徑一致。當(dāng)?shù)毒吣p引起刀具半徑變化時，也可以使用刀具補償值進行修正，使實際加工輪廓和編程路徑一致