數(shù)控加工教材

數(shù)控加工第一節(jié)根底知識1概述1.1數(shù)控加工在機械制造業(yè)中的地位和作用

隨著科學技術的進步，機械產(chǎn)品構造越來越合理，性能精度和效率日益提高，更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉型，因此，對機械產(chǎn)品的加工相應的提出了高精度與高度自動化的要求。由于數(shù)控加工綜合應用了電子計算機自動控制，伺服驅動，精密檢測與新型機械結構等方面的技術成果，具有高柔性、高精度與高自動化的特點，因此采用的數(shù)控加工手段解決了機械制造業(yè)中常規(guī)加工技術難以解決甚至是無法解決的單件小批量，特別是復雜型面零件的加工。應用數(shù)控加工技術是機械制造業(yè)中的一次技術革命，使機械制造業(yè)的開展進入了一個新的階段，提高了機械制造業(yè)中的制造水平，為社會提供了高質量，多品種及高可靠性的機械產(chǎn)品。目前應用數(shù)控加工技術的領域已從當初的航空工業(yè)部門逐步擴大到汽車、造船機床、建筑等民用機械制造業(yè)，并已取得了巨大的經(jīng)濟效益。

1.2數(shù)控加工技術的開展

數(shù)控技術起源于航空工業(yè)的需要，20世紀40年代后期，美國一家直升機公司提出了。數(shù)控機床的初始設想，1952年美國麻省理工學院研制出三坐標數(shù)控銑床。50年代中期這種數(shù)控銑床已用于加工飛機零件。60年代，數(shù)控系統(tǒng)和程序編制工作日益成熟和完善，數(shù)控機床已被用于各個工業(yè)部門。經(jīng)過幾十年的開展，目前的數(shù)控機床已實現(xiàn)了計算機控制并在工業(yè)界得到廣泛應用，在模具制造行業(yè)的應用尤為普及。1.3數(shù)控加工技術的特點

1、適應性強；2、加工精度高；3、生產(chǎn)效率高；4、勞動強度低；5、良好的經(jīng)濟效益；6、有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。2.數(shù)控設備簡介

2.1數(shù)控車床數(shù)控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機床。配備多工位刀塔或動力刀塔，機床就具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復雜工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮了良好的經(jīng)濟效果。2.1.1數(shù)控車的機床結構及類型1、臥式數(shù)控車床，臥式數(shù)控車床是主軸軸線處于水平位置的數(shù)控車床如圖1—1所示。臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導軌臥式車床和數(shù)控傾斜導軌臥式車床。其傾斜導軌結構可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切削。圖1—1臥式車床2、立式數(shù)控車床，立式數(shù)控車床是主軸軸線處于垂直位置的數(shù)控車床，如圖1－2所示。立式數(shù)控車床有一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件。圖1—2數(shù)控立式車床2.1.2數(shù)控車床根本工作過程機床主軸帶開工件的旋轉做主運動，車刀作進給運動，主要用來加工回轉外表。工作過程：開機，預熱，編程，裝夾工件，裝夾刀具，對刀，關門，開始加工，加工完畢，開門，松開夾具，拿下工件；再裝工件。2.1.3數(shù)控車床的加工對象與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床比擬適合于車削具有以下要求和特點的回轉體零件：1、形狀復雜，加工精度要求高，普通機床無法加工或可加工但經(jīng)濟性差的零件；2、加工輪廓雖不復雜，但要求同批產(chǎn)品一致性較高的，或要求一次性裝夾后完成多工序加工的零件；3、用普通機床加工時，需要復雜工裝保證的或檢測部位多、檢測費用高的零件；4、在普通機床上加工時，需要做反復調整，或需要反復修改設計參數(shù)后才能定型的零件；5、用普通機床加工時，加工結果極易受到人為因素〔心理、生理及技能等〕影響的大型或貴重的零件；6、用普通機床加工生產(chǎn)效率很低或勞動強度很大時。2.2數(shù)控銑床數(shù)控銑床是在一般銑床的根底上開展起來的,兩者的加工工藝根本相同，結構也有些相似，但數(shù)控銑床是靠程序控制的自動加工機床，所以其結構也與普通銑床有很大區(qū)別。數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)等幾大局部組成。2.2.1數(shù)控銑床的機床結構及類型1、數(shù)控立式銑床，如圖2—1所示，數(shù)控立式銑床在數(shù)量上一直占據(jù)數(shù)控銑床的大多數(shù)，應用范圍也最廣。從機床數(shù)控系繞控制的坐標數(shù)量來看，目前3坐標數(shù)控立銑仍占大多數(shù)；一般可進行3坐標聯(lián)動加工，但也有局部機床只能進行3個坐標中的任意兩個坐標聯(lián)動加工(常稱為2.5坐標加工)。此外，還有機床主軸可以繞X、Y、Z坐標軸中的其中一個或兩個軸作數(shù)控擺角運動的4坐標和5坐標數(shù)控立銑。圖2—1數(shù)控立式銑床2、數(shù)控臥式銑床，如圖2—2所示。與通用臥式銑床相同，其主軸軸線平行于水平面。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)控轉盤或萬能數(shù)控轉盤來實現(xiàn)4、5坐標加工。這樣，不但工件側面上的連續(xù)回轉輪廓可以加工出來，而且可以實現(xiàn)在一次安裝中，通過轉盤改變工位，進行“四面加工”。圖2—2數(shù)控臥式銑床2.2.2數(shù)控銑床根本工作過程根據(jù)零件形狀、尺寸、精度和外表粗糙度等技術要求制定加工工藝，選擇加工參數(shù)。通過手工編程或利用CAM軟件自動編程，將編好的加工程序輸入到控制器?？刂破鲗庸こ绦蛱幚砗?，向伺服裝置傳送指令。伺服裝置向伺服電機發(fā)出控制信號。主軸電機使刀具旋轉，X、Y和Z向的伺服電機控制刀具和工件按一定的軌跡相對運動，從而實現(xiàn)工件的切削。2.2.3數(shù)控銑床的加工對象1、零件加工的適應性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等；2、能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如用數(shù)學模型描述的復雜曲線零件以及三維空間曲面類零件；3、能加工一次裝夾定位后，需進行多道工序加工的零件；2.3加工中心加工中心是從數(shù)控銑床開展而來的。與數(shù)控銑床的最大區(qū)別在于加工中心具有自動交換加工刀具的能力，通過在刀庫上安裝不同用途的刀具，可在一次裝夾中通過自動換刀裝置改變主軸上的加工刀具，實現(xiàn)多種加工功能。2.3.1加工中心的機床結構及類型加工中心常按主軸在空間所處的狀態(tài)分為立式加工中心和臥式加工中心，加工中心的主軸在空間處于垂直狀態(tài)的稱為立式加工中心，主軸在空間處于水平狀態(tài)的稱為臥式加工中心。主軸可作垂直和水平轉換的，稱為立臥式加工中心或五面加工中心，也稱復合加工中心。按加工中心立柱的數(shù)量分；有單柱式和雙柱式(龍門式)。按加工中心運動坐標數(shù)和同時控制的坐標數(shù)分：有三軸二聯(lián)動、三軸三聯(lián)動、四軸三聯(lián)動、五軸四聯(lián)動、六軸五聯(lián)動等。三軸、四軸是指加工中心具有的運動坐標數(shù)，聯(lián)動是指控制系統(tǒng)可以同時控制運動的坐標數(shù)，從而實現(xiàn)刀具相對工件的位置和速度控制。按工作臺的數(shù)量和功能分：有單工作臺加工中心、雙工作臺加工中心，和多工作臺加工中心。按加工精度分：有普通加工中心和高精度加工中心。普通加工中心，分辨率為1μm，最大進給速度15～25m/min，定位精度l0μm左右。高精度加工中心、分辨率為0.1μm，最大進給速度為15～100m/min，定位精度為2μm左右。介于2～l0μm之間的，以±5μm較多，可稱精密級。2.3.2加工中心根本工作過程被加工零件經(jīng)過一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同的工序自動選擇和更換刀具；自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其它輔助功能，連續(xù)地對工件各加工面自動地進行鉆孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序加工。2.3.3加工中心的加工對象除了可以加工數(shù)控銑床的所有零件之外，它的綜合加工能力較強，工件一次裝夾后能完成較多的加工內(nèi)容，加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設備的5～10倍，特別是它能完成許多普通設備不能完成的加工，對形狀較復雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為適用。2.4特種加工機床特種加工機床是利用電能、電化學能、光能及聲能等進行加工的方法。以以下舉出局部特種加工機床：1、電火花成形加工機床：主要由脈沖電源箱、工作液箱和機床本體組成。其中機床主體由主軸頭、工作臺、床身和立柱組成。主軸頭是電火花成型加工機床的關鍵部件，它與間隙自動調節(jié)裝置組成一體。主軸頭的性能直接影響電火花成型加工的加工精度和外表質量。2、超聲波加工(1)超聲波加工原理：學習比照電火花加工，以便于區(qū)分不同點。(2)超聲波加工機床的組成：超聲波加工機床主要包括超聲電源(超聲發(fā)生器)、超聲振動系統(tǒng)及加工機床本體三局部。(3)超聲波加工特點：適用于加工各種不同不導電的硬脆材料；由于在加工過程中不需要旋轉，因此易于加工出各種復雜形狀的型孔、型腔、成型外表等；加工過程受力很小，適于加工薄壁、薄片等不能承受較大機械應力的零件。3、激光加工(1)加工原理：主要用于打孔和切割。(2)激光加工裝置：主要由激光器、電源、光學系統(tǒng)和機械系統(tǒng)四局部組成。3.數(shù)控編程根底知識3.1數(shù)控加工程序編制的內(nèi)容與方法

數(shù)控編程是將加工零件的加工順序、工件與刀具相對運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)〔主運動、進給運動、進給量等〕以及輔助操作〔換刀、冷卻液開關、工件加緊松開〕等加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字及符號等組成的代碼，按一定格式編寫成加工序單的過程。編程的方法絕對編程法、增量編程法、和混合編程法。3.2數(shù)控機床坐標系和運動方向的規(guī)定

機床坐標系，工件坐標系，機床運動方向確實定，右手笛卡爾3.3程序結構和程序段格式

數(shù)控編程是將加工零件的加工順序、工件與刀具相對運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)〔主運動、進給運動、進給量等〕以及輔助操作〔換刀、冷卻液開關、工件加緊松開〕等加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字及符號等組成的代碼，按一定格式編寫成加工序單的過程。3.4

數(shù)控程序編制的工藝指令

1、程序名每個程序都需要有一個程序名，程序名有程序號地址碼和程序編號組成，如O0001程序號地址碼與用戶所使用的數(shù)控系統(tǒng)相對應，不同的數(shù)控系統(tǒng)采用不同的程序號地址碼〔通常為O、P、％等〕，自動編程時系統(tǒng)會自動給出程序號地址碼。手動編程時，那么要查閱機床編程手冊，根據(jù)規(guī)定去指定：否那么，系統(tǒng)不會執(zhí)行程序，而程序編號那么可由用戶自定。2、程序段程序段可分為地址格式、分隔順序格式、固定程序段格式和可變程序段格式，其中最常用的是可變程序段格式，即程序的長短、字數(shù)和字長均可變。程序段由程序段序號、地址、數(shù)字等組成，如下面的程序段：N10G01X60Z-55F100。程序名和假設干個程序段組成了一個完整的程序。3.4.1準備功能G指令

準備功能也稱“G功能”或“G代碼”。它的作用是指定數(shù)控機床的運動方式、定位方式、插補方式、坐標平面選擇、進給方式以及刀具補償方式等，并為數(shù)控系統(tǒng)的插補運算做準備。準備功能通常位于坐標指令前，由字母G和后面的兩位數(shù)字組成，從G00至G99有100種。由于用戶所使用的數(shù)控系統(tǒng)不同，G代碼會有一定的差異，編程時用戶應根據(jù)編程手冊熟悉所使用的機床的G功能。在后面的章節(jié)中我們將使用華中世紀星數(shù)控系統(tǒng)的G代碼M代碼進行編程。〔G代碼表格〕準備功能—覽表G代碼組功能參數(shù)〔后續(xù)地址字0G00G01G02G0301快速定位直線插補順園插補逆園插補X,Z同上X,Z,I,K,R同上G0400暫停PG20G2108英寸輸入毫米輸入X,Z同上G28G2900返回刀參考點由參考點返回G3201螺紋切削X,Z,R,E,P,FG36G3717直徑編程半徑編程G40G41G4209刀尖半徑補償取消左刀補右刀補TTG54G55G56G5711坐標系選擇G58G59G65宏指令簡單調用P,A—ZG71G72G73G76G80G81G8206外徑/內(nèi)徑車削復合循環(huán)端面車削復合循環(huán)閉環(huán)車削復合循環(huán)螺紋切削復合循環(huán)外徑/內(nèi)徑車削固定循環(huán)端面車削固定循環(huán)螺紋切削固定循環(huán)X,Z,U,W,C,PQ,Z,I,K,C,PX,Z,I,K,C,P,R,EG90G9113絕對編程相對編程X,ZG9200工件坐標系設定G94G9514每分鐘進給每轉進給G96G9716恒線速度切削S3.4.2輔助功能M指令輔助功能也稱“M功能”或“M代碼”。它的作用是指定數(shù)控機床的輔助動作及狀態(tài)，如主軸的啟動、停止，冷卻液開、關等。M代碼由字母M和后面的兩位數(shù)字組成?！睲功能表格〕M代碼及功能代碼模態(tài)功能說明代碼模態(tài)功能說明M00非模態(tài)程序停止M03模態(tài)主軸正轉啟動M02非模態(tài)程序結束M04模態(tài)主軸反轉啟動M30非模態(tài)程序結束并返回起點M05模態(tài)主軸停止轉動M07模態(tài)切削液翻開M98非模態(tài)調用子程序M08模態(tài)切削液停止M99非模態(tài)子程序結束M09模態(tài)切削液翻開3.4.3其他功能指令

1、主軸功能也稱主軸轉速功能或“S功能”。它的作用是指定數(shù)控機床的主軸轉速。S功能由字母S和后面的數(shù)字組成，其單位為r。在程序中S功能還要結合M功能中的主軸旋轉方向指令來應用，例如下面的表達式：S600M03：表示主軸正轉〔順時針〕，轉速為600r。S600M04：表示主軸反轉〔逆