數(shù)控機床與編程技術(shù)和數(shù)控機床編程及加工

數(shù)控機床與編程技術(shù)

主講關(guān)雄飛王麗潔王蓀馨

主編關(guān)雄飛

出版清華大學(xué)出版社?第一章：數(shù)控機床概述第二章：數(shù)控加工編程基礎(chǔ)第三章：數(shù)控車床的編程第四章：數(shù)控銑床的編程第五章：加工中心的編程第六章：自動編程技術(shù)第七章：數(shù)控機床主體結(jié)構(gòu)目錄EXIT?學(xué)習(xí)重點：了解數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展。了解數(shù)控機床的基本構(gòu)成與工作原理、特點、分類及發(fā)展趨勢。第一章數(shù)控機床概述EXIT?一、現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生隨著科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展和市場競爭的日趨激烈,機械制造領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化,機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理,其性能、質(zhì)量、生產(chǎn)率和精度日趨提高,因此對加工機械產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備的性能、精度和自動化提出了更高的要求。數(shù)控機床（numeriacalconctrolmachinetool）就是通過數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制，實現(xiàn)要求的機械動作，自動完成加工任務(wù)。其實質(zhì)就是技術(shù)密集且自動化程度很高的機電一體化加工設(shè)備。數(shù)控控制技術(shù)（numeriacalconctrol簡稱NC）第一臺數(shù)控機床是美國PASONS公司與麻省理工學(xué)院(MIT)于1952年合作研制成功。1959年美國克耐·杜列克公司首次程成功開發(fā)加工中心（簡稱MC）?！?-1數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展EXIT?1959年美國克耐·杜列克公司首次程成功開發(fā)加工中心（簡稱MC）。20世紀(jì)60年代末,出現(xiàn)了直接數(shù)控系統(tǒng)DNC(directNC),即由一臺計算機直接管理和控制一群數(shù)控機床。1967年,英國出現(xiàn)了由多臺數(shù)控機床連接而成的柔性加工系統(tǒng),這便是最初的柔性制造系統(tǒng)簡稱FMS。

20世紀(jì)80年代初,出現(xiàn)了以加工中心或車削中心為主體,配備工件自動裝卸和監(jiān)控檢驗裝置的柔性制造單元,簡稱FMC。近幾年又出現(xiàn)了以數(shù)控機床為基本加工單元的計算機集成制造系統(tǒng)(簡稱CIMS),實現(xiàn)了生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計及制造、經(jīng)營等過程的計算機集成管理和控制。§1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生發(fā)展及構(gòu)成工作原理EXIT?二我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況我國研制數(shù)控機床從1958年開始,上世紀(jì)60年代末,已研制出一些晶體管式數(shù)控線切割機床、數(shù)控機床,自改革開放以來,“七五”期間誕生了一批數(shù)控產(chǎn)品,取得了長足的發(fā)展。此后采取自主開發(fā)中、高檔數(shù)控系統(tǒng)與購買國外先進數(shù)控系統(tǒng)相結(jié)合的方針,我國數(shù)控機床生產(chǎn)和使用水平均取得了很大的提高。目前我國生產(chǎn)的數(shù)控機床產(chǎn)品巳覆蓋了車、銑、鏜、磨、齒輪加工、線切割加工、電火花加工以及加工中心、數(shù)控彎管機、數(shù)控雕刻機等機床,并在有些企業(yè)實施了FMC,FMS,CIMS等制造自動化技術(shù),數(shù)控加工技術(shù)覆蓋了機械制造的各個領(lǐng)域,進入了實用階段?！?-1數(shù)控機床的產(chǎn)生發(fā)展及構(gòu)成工作原理EXIT?§1-2數(shù)控機床的組成及工作原理EXIT

數(shù)控機床的構(gòu)成如圖所示,數(shù)控機床主要由CNC數(shù)控系統(tǒng)和機床主體組成。此外數(shù)控機床還有許多輔助裝置,如自動換刀裝置,自動工作臺交換裝置,自動對刀裝置,自動排屑裝置及電、液、氣、冷卻、潤滑、防護等裝置。?數(shù)控系統(tǒng)包括程序及載體、輸入/輸出裝置、計算機數(shù)控裝置(稱為CNC裝置)、主軸控制系統(tǒng)和進給控制系統(tǒng)等。有時將主軸控制系統(tǒng)和進給控制系統(tǒng)稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)。程序及載體信息載體有穿孔紙帶、磁帶、磁盤等,早期常用的信息載體為穿孔帶,目前常用的為磁盤。輸入/輸出裝置存儲在信息載體上的加工程序需要通過輸入裝置送給CNC裝置。計算機數(shù)控裝置CNC裝置是數(shù)控機床的核心,它是采用存儲程序的專用計算機,由硬件和軟件組成。硬件由各種輸入輸出接口電路、微處理器(CPU)、存儲器等組成。

EXIT§1-2數(shù)控機床的組成及工作原理?伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)之一,執(zhí)行由CNC裝置輸出的運動指令。檢測裝置檢測裝置是采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床的重要組成部分,其作用是對數(shù)控機床的實現(xiàn)位移和速度進行檢測,將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號反饋給數(shù)控裝置或伺服控制系統(tǒng),實現(xiàn)閉環(huán)或半閉環(huán)控制。機床主體數(shù)控機床的主體包括床身、立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件,用于完成各種切削加工。EXIT§1-2數(shù)控機床的組成及工作原理?輔助裝置數(shù)控機床在實現(xiàn)整機的全自動化控制中,為了提高生產(chǎn)率、加工精度等,還需要配備許多輔助裝置,如液壓和氣動裝置、自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置、自動對刀裝置、自動排屑裝置等。

§1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生發(fā)展及構(gòu)成工作原理EXIT§1-2數(shù)控機床的組成及工作原理?一、數(shù)控機床加工過程的控制與特點1.數(shù)控機床加工零件的控制原理數(shù)控機床通過控制刀具相對工件的運動實現(xiàn)對零件的加工。數(shù)控裝置按加工程序規(guī)定的運動軌跡要求,將刀具對工件的運動分割成最小的位移量,通過不斷地向各坐標(biāo)軸方向輸出脈沖形式的指令,使刀具沿各坐標(biāo)移動若干個脈沖當(dāng)量,實現(xiàn)刀具對工件的相對運動,完成對零件的加工?！?-2數(shù)控機床控制與特點分類及發(fā)展趨勢EXIT?零件輪廓加工時,需要在規(guī)定的加工輪廓起點和終點之間計算出多個中間點的坐標(biāo)值,以控制機床各坐標(biāo)軸的運動,這種計算中間點坐標(biāo)值的過程常稱為插補運算。§1-2數(shù)控機床控制與特點分類及發(fā)展趨勢EXIT?插補算法有兩大類:脈沖增量插補和數(shù)據(jù)采樣插補。脈沖增量插補主要有兩種方法,即逐點比較法和數(shù)字積分法。§1-2數(shù)控機床控制與特點分類及發(fā)展趨勢EXIT?§1-2數(shù)控機床控制與特點分類及發(fā)展趨勢EXIT數(shù)控加工過程中的控制信息流程數(shù)控加工是通過CNC裝置根據(jù)零件的加工程序控制數(shù)控機床自動完成的。進行零件加工時,先將編寫好的零件程序輸入到CNC裝置,然后根據(jù)輸入的程序段插補出理想的軌跡,控制執(zhí)行部件,加工出需要的零件。下圖是直線加工信息轉(zhuǎn)換流程圖,框中的變量表示每次進行信息轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。

?二、數(shù)控機床加工的功能特點1.可方便加工復(fù)雜型面的零件

。2.加工工序相對集中3.可實現(xiàn)高柔性生產(chǎn)§1-2數(shù)控機床控制與特點分類及發(fā)展趨勢EXIT?§1-2數(shù)控機床控制與特點分類及發(fā)展趨勢EXIT?EXIT§1-2數(shù)控機床控制與特點分類及發(fā)展趨勢?1.按加工功能分類(1)金屬切削類數(shù)控機床(2)金屬成型類數(shù)控機床(3)特種加工機床(4)其他數(shù)控機床

2.按控制刀具與工件相對運動的方式分類

(1)點位控制數(shù)控機床(2)點位直線控制數(shù)控機床(3)連續(xù)控制數(shù)控機床§1-3數(shù)控機床分類EXIT?EXIT§1-3數(shù)控機床分類?EXIT§1-3數(shù)控機床分類?

3.按進給伺服系統(tǒng)的類型分類(1)開環(huán)控制系統(tǒng)(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)(3)半閉環(huán)控制系

統(tǒng)

EXIT§1-3數(shù)控機床分類?隨著計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術(shù)的高速發(fā)展,機床數(shù)控技術(shù)也得到了長足進步，主要表現(xiàn)在以下幾點：(1)高可靠性(2)高速化(3)高精度化

(4)加工高柔性化(5)加工功能復(fù)合化(6)通訊網(wǎng)絡(luò)化(7)系統(tǒng)智能化

EXIT§1-4數(shù)控機床的技術(shù)發(fā)展趨勢?數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學(xué)中心實驗?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結(jié)合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應(yīng)的運動。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯編譯等。每一個工件程序由若干個程序段組成；每一個程序段完成一個加工步驟；每一個程序指令有程序段號和若干個指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程序段中不能重復(fù)使用；最后一個程序段由指令代碼M02作為程序結(jié)束標(biāo)志。機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹

在運行加工程序之前，必須通過參數(shù)設(shè)置對機床和刀具進行調(diào)整，使其與加工要求相符，這樣才能正確地進行加工或模擬加工。OpenSoftCNC軟件系統(tǒng)的參數(shù)主要有以下內(nèi)容：①基本設(shè)置設(shè)置可修改的基本參數(shù)。②刀具設(shè)置設(shè)置刀具編號、類型和刀具補償?shù)葏?shù)。③軸參設(shè)置設(shè)置和查看坐標(biāo)軸參數(shù)。④工件坐標(biāo)設(shè)置設(shè)置G54—G59等工件坐標(biāo)系的原點坐標(biāo)。