機床數控技術及應用復習提綱

該復習資料僅供參考數控技術參考復習提綱第一章 數控技術概論什么是機床數控技術 (Numerical Control Technology,NC）?答：用數字化信息對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法。什么是數控機床（Numerical Control Machine Tools）?答：數控機床是采用了數控技術的機床。數控機床是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用代碼，或其它符號編碼指令規(guī)定的程序。機床本體：-主運動部件、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應的傳動機構）-支承件（立柱、床身等）-特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng)、工件自動交換系統(tǒng)）-輔助裝置（如排屑裝置等）什么是數控系統(tǒng)（Numerical Control System）?答：是一種程序控制系統(tǒng)，它能邏輯地處理輸入到系統(tǒng)中的數控加工程序，控制數控機床運動并加工出零件。什么是計算機數控系統(tǒng)（Computer Numerical Control，CNC ）?答：是以計算機為核心的數控系統(tǒng)。該復習資料僅供參考數控技術組成：計算機數控、位置控制板、PLC 接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應的控制軟件。數控機床的特點：適應性、靈活性好；精度高、質量穩(wěn)定；生產效率高；勞動強度低、勞動條件好；有利于現(xiàn)代化生產與管理；使用、維護技術要求高。數控機床的適用范圍：1、當零件不太復雜，生產批量較小時，宜采用通用機床；2、當生產批量較大時，宜采用專用機床；3、當零件復雜程度較高時，宜采用數控機床。數控機床的分類分 類 方 法 數控機床類型按運動控制方式 點位 直線 輪廓按伺服系統(tǒng) 開環(huán) 半閉環(huán) 閉環(huán)按功能水平 經濟型 中檔型 高檔型按工藝方法 金屬切削數控機床 金屬成形數控機床 特種加工數控機床點位控制：僅實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。適用范圍：數控鉆床、數控鏜床、數控沖床和數控測量機。直線控制：不僅要求控制點到點的精確定位，而且要求機床工作臺或刀具（刀架）以給定的進給速度，沿平行于坐標軸的方向或與坐標軸成 45角的方向進行直線移動和切削加工。輪廓控制：對多個坐標軸同時進行控制，使之協(xié)調運動(坐標聯(lián)動)，使刀具相對工件按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工。適用范圍：數控車床、數控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機床。該復習資料僅供參考開環(huán)控制：沒有位置檢測裝置，信號單向；一般以步進電機作為伺服驅動部件；速度、精度低（受步進電動機的步距精度和工作頻率以及傳動機構傳動精度的影響） ；結構簡單、穩(wěn)定、成本低、調試維修方便；適用范圍：精度不高的經濟型、中小型數控機床。閉環(huán)控制：帶有位置檢測裝置,安裝在機床刀架或工作臺等執(zhí)行部件上,隨時檢測執(zhí)行部件的實際位置。差值控制，誤差修正，直到消除。加工精度很高,但由于它將絲杠螺母副及工作臺導軌副這些大慣量環(huán)節(jié)放在閉環(huán)之內,系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響,調試困難,且結構復雜、價格昂貴。半閉環(huán)控制：帶有位置檢測裝置，常安裝在伺服電機上或絲杠的端部；可以獲得穩(wěn)定的控制特性（其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好） ，調試比較方便，價格也較全閉環(huán)系統(tǒng)便宜。適用范圍：廣泛應用。經濟型數控機床：步進電機實現(xiàn)的開環(huán)驅動，功能簡單、價格低廉、精度中等，能滿足加工形狀比較簡單的直線、圓弧及螺紋加工。一般控制軸數在 3 軸以下，脈沖當量（分辨率）多為 0.01mm，快速進給速度在 10mmin 以下。中檔型數控機床：采用交流或直流伺服電機實現(xiàn)半閉環(huán)驅動，能實現(xiàn) 4 軸或 4 軸以下聯(lián)動控制，脈沖當量為 1m，進給速度為 15-24mmin，一般采用 16 位或 32 位處理器，具有RS232C 通信接口、DNC 接口和內裝 PLC，具有圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能。高檔型數控機床：采用交流伺服電機形成閉環(huán)驅動，開始采用直線伺服電機，能實現(xiàn) 5 軸以上聯(lián)動，脈沖當量（分辨率）為 0.1-1m，進給速度可達 100mmin 以上。一般采用 32 位以上微處理器，形成多 CPU 結構。編程功能強，具有智能診斷、聯(lián)網和通信功能。按工藝方法分類：分為：金屬切削數控機床、金屬成形數控機床、特種加工數控機床。也可分為：普通數控機床（指加工用途、加工工藝單一的機床）和加工中心（指帶有自動換刀裝置、能進行多工序加工的機床） 。智能“4M” 系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量( Measurement)、建模(Modeling)、加工(Manufacturing)、機器操作(Manipulator)四者(即 4M)融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。第二章 數控加工程序編制基礎數控程編概念：從分析零件圖紙開始，經過工藝分析、數學處理到獲得數控機床所需的數控加工程序的全過程叫做數控程編。該復習資料僅供參考坐標軸的命名及方向：標準規(guī)定，在加工過程中無論是刀具移動，工件靜止，還是工件移動，刀具靜止，一般都假定工件相對靜止不動，而刀具在移動，并同時規(guī)定刀具遠離工件的方向作為坐標軸的正方向。坐標數：采用數字控制的運動方向的個數聯(lián)動數：數控系統(tǒng)能同時控制的坐標數（2 坐標聯(lián)動加工6 坐標聯(lián)動加工）機床坐標系：是機床上固有的坐標系，用于確定被加工零件在機床中的坐標、機床運動部件的位置（如換刀點、參考點）以及運動范圍（如行程范圍、保護區(qū)機床原點：是機床坐標系的零點, 是機床上固定的點，一般不允許用戶改變。數控車一般在卡盤前后端面的中心，數控銑各廠家不一樣，有的工作臺中心，有的行程終點等。機床參考點：是用于對機床工作臺、滑板與刀具相對運動的測量系統(tǒng)進行標定和控制的點，一般設在機床各軸正向極限的位置。采用增量式測量系統(tǒng)的數控機床開機后，都必須做回零操作，使刀具或工作臺回到參考點，將會顯示出機床參考點在機床坐標系中的坐標值。工件坐標系與工件原點1) 由編程人員確定,用于編程；2)工件坐標系的原點稱為工件原點或工件零點，可用程序指令來設置和改變；3)根據編程需要，在一個加工程序中可一次或多次設定或改變工件原點。加工程序結構與格式：O0001；程序名N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ；N110 M30；程序結束指令該復習資料僅供參考宏指令與宏程序把具有某種功能的一組指令，像子程序一樣存儲在存儲器中，并將該組指令用一個指令代表。最大特點：除了使用正常的 CNC 指令外，可以進行變量運算，用宏指令給變量設定實際值。何謂工藝指令？數控加工過程中的各種動作都是事先由程編人員在程序中用指令的方式予以規(guī)定的，主要包括準備功能 G 代碼、輔助功能 M 代碼、進給功能 F 代碼、主軸轉速功能 S 代碼、刀具功能T 代碼等。準備功能 G 代碼和輔助功能 M 代碼統(tǒng)稱為工藝指令，是程序段的主要組成部分。準備功能 G 代碼在插補運算之前需要規(guī)定，為插補運算作好準備的工藝指令。如：G17 、G01 、G02、G81模態(tài)代碼：一經在一個程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同組其它 G 代碼所代替。非模態(tài)代碼：僅在所出現(xiàn)的程序段內有效。數控編程中的常用指令絕對坐標與增量坐標編程指令 G90、G91 快速點定位指令 G00直線插補指令 G01 圓弧插補指令 G02/G03 該復習資料僅供參考刀具半徑補償建立與取消指令 G41/G42、G40刀具長度補償建立與取消指令 G43/G44、G49刀具補償功能應用的優(yōu)點：1)簡化程編工作；2)實現(xiàn)粗、精加工；3)實現(xiàn)內外型面的加工。坐標平面選擇指令 G17(XY 面)、G18(ZX 面)、G19(YZ 面)工件坐標系設定指令 G92用 G54-G59 指令設定工件坐標系操作者在實際加工前，測量工件原點與機床原點之間的偏置值，并在數控系統(tǒng)中預先設定。這個值叫做“工件零點偏置” 。暫停（延遲）指令 G04 G04 指令是根據暫停計時器預先給定的暫停時間停止進給。它的功能是使刀具作短時間（幾秒鐘）的無進給光整加工，用于車槽、鏜孔、锪孔等場合。極坐標指令 G16（建立） 、G15（取消）參考點返回：參考點是機床上的固定點，一般作為換刀和坐標系測量零點等使用，通過參考點返回功能 G28 可以很容易移動到參考點上。G28G91X0Y0Z0；比例縮放（G51、G50) G51 X-Y-Z-P-；X、Y、Y 縮放中心,P 縮放倍數G51X-Y-Z-I-J-K；X、Y、 Z 縮放中心，I、J、K 各軸縮放倍數，倍率為負，實現(xiàn)鏡像G50 縮放取消坐標旋轉指令（G68，G69) G17/G18/G19 G68 X-Y-Z-R-； 旋轉中心（X、Y、Z）,R 旋轉角度，逆（正）G69 取消該復習資料僅供參考該復習資料僅供參考該復習資料僅供參考F、S、 T 代碼主要內容F模態(tài)代碼 代碼法 直接給定法G94 表示進給速度與主軸速度無關的每分鐘進給量（ mm/min） ；G95 表示與主軸轉速有關的主軸每轉進給量（mm/r） ，如車螺紋、攻絲等。S切削速度G96 S160 表示控制主軸轉速，使切削點的線速度始終保持在 160m/min；G97 S1000 表示注銷 G96，即主軸不是恒線速度，其轉速為 1000r/min。T刀具功能指令T12 表示 12 號刀具；T0101，前兩位 01 表示刀具號，后兩位 01 表示刀具補償號。切削三要素：切削速度、進給量、背吃刀量。數控加工工藝的特點：1）工序內容具體；2）工序內容復雜；3）工序內容嚴密；4）工序集中5)加工精度不僅取決于加工過程，還取決于程編階段(存在逼近誤差、圓整化誤差、插補誤差)數控加工工藝的內容：1. 數控機床上加工零件的選擇；2. 數控工藝性分析；3. 工藝路線制訂；4. 工序設計；5. 工藝指令的處理。零件設計及工藝性的要求：1)零件圖樣上尺寸數據的給出應符合編程方便的原則；2)零件各加工部位的結構工藝性應符合數控加工的特點零件外形、內腔最好采用統(tǒng)一幾何類型和尺寸（減少刀具規(guī)格和換刀時間）內槽圓角半徑不應過小原因：內槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，如果太小，剛度不足，影響表面加工質量，工藝性較差。因而內槽圓角半徑應大一些。銑削零件底面時，槽底圓角半徑 r 不應過大原因：圓角 r 越大，d 越?。╠=D-2r，D 為銑刀直徑） ，即銑刀端刃銑削平面的面積越小，加工表面的能力越差，工藝性也越差。當 r 大到一定程度時，甚至必須用球頭刀加工，此時切削性能較差，應盡量避免。該復習資料僅供參考3)定位基準分析：便于定位和夾緊，且裝夾次數要少數控機床的夾具與傳統(tǒng)夾具結構的差別?答：夾具體定位夾緊，不需要導向和對刀功能，夾具比較簡單。設計或選用要求基準重合，以減少定位誤差；統(tǒng)一基準，減少重復定位次數，減少重復定位誤差；夾緊要可靠，盡量避免振動；夾緊點分布要合理，夾緊力大小要適中且穩(wěn)定，減少夾緊變形；夾具結構應力求簡單，加工部位要敞開 ；一次裝夾應盡可能裝夾多個工件，以提高加工效率。刀具的選擇應滿足：安裝調整方 便、剛性好、精度高、耐用度高等要求刀具結構：1）整體式；2）機夾式；3）內冷式；4）抗振式；5）特殊型式。銑刀選擇： 大平面：面銑刀；加工凹槽、小臺階面及平面輪廓：立銑刀；加工空間曲面、模具型腔等：模具銑刀；加工封閉鍵槽：鍵槽銑刀；加工變斜角零件：鼓形銑刀；特殊形狀：成形銑刀。切削用量的選擇：粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本； 大吃刀量半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。切削用量：主軸轉速（切削速度） 、切削深度、進給量。切削深度（也稱背吃刀量）：主要根據工件的加工余量和由工件、刀具、夾具、機床組成的工藝系統(tǒng)剛度所決定，在剛度允許的情況下，最好在留出精加工余量的基礎上，一次切凈余量，這樣可減少走刀次數，提高加工效率，同時又能提高加工精度和改善表面質量。確定進給速度當工件質量能得到保證時，為提高生產效率，可選較高的進給速度。一般在 100-200mm/min 范圍內選取。在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在 20-50mm/min 范圍內選取。當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在 20-50mm/min 范圍內選取。刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時