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数控铣、加工中心加工基础讲师讲义主讲人：马常芹课时数：4课时编制（修订）日期：年月课程目标1）明确数控机床的概念与分类2）掌握数控机床的坐标系3）掌握常用G功能和M功能代码指令课程结构数控机床的基本概念数控机床的组成和分类数控机床的特点及适用范围数控技术的发展数控编程基础课时引言有个胆小的猎人在森林里碰见一个樵夫。为了表示自己的勇敢，他问樵夫是否看见了狮子的踪迹。樵夫痛快的回答说：“当然知道了，走吧，你只要跟着我，保证你能马上看到狮子。”猎人吓得脸色苍白，牙齿打战，连忙解释说：“我只是随便问问，只想知道他的去向，而不是要找真正的狮子。”感悟：小寓言大智慧：禁得起危险考验的人，才是真正的英雄。第一节数控机床的基本概念一.概述1．数控机床的产生和发展二．数控机床的工作流程1．程序的编制从零件图样到制成控制介质的全部过程。2．输入是把零件程序、控制参数和补偿数据输入到数控装置中去。3．译码将加工信息和其它辅助信息翻译成计算机能识别的数据形式并存在指定的内存专用区域。4．刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。5．插补根据给定速度和轮廓线型的要求，在轮廓之间，确定中间点的方法。6．位置控制和机床加工第二节数控机床的组成和分类一.数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈2.数控技术的基本概念数控技术：用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。数控系统：采用数控技术的控制系统。数控机床：用数字技术实施加工控制的机床。硬、软件数控软件数控第五代：微处理器数控(1974年)第四代：小型机数控硬件数控第三代：集成电路式第二代：晶体管分立元件式第一代：电子管、继电器式装置和机床本体组成。1.输入输出设备2.数控装置3.伺服系统4.测量反馈装置5.机床本体二.数控机床的分类1.按机械加工的运动轨迹分类(1)点位控制数控机床(2)直线控制数控机床(3)轮廓控制数控机床2.按伺服系统的控制原理分类1.开环控制数控机床2.闭环控制数控机床3.半闭环控制数控机床3．脉冲当量、进给速度与速度修调数控机床各轴采用步进电机、伺服电机或直线电机驱动，是用数字脉冲信号进行控制的。每发送一个脉冲，电机就转过一个特定的角度，通过传动系统或直接带动丝杠，从而驱动与螺母副连结的工作台移动一个微小的距离。单位脉冲作用下工作台移动的距离就称之为脉冲当量。手动操作时数控坐标轴的移动通常是采用按键触发或采用手摇脉冲发生器(手轮方式)产生脉冲的，采用倍频技术可以使触发一次的移动量分别为0.001mm、0.01mm、0.1mm、1mm等多种控制方式，相当于触发一次分别产生1、10、100、1000个脉冲。进给速度是指单位时间内坐标轴移动的距离，也即是切削加工时刀具相对于工件的移动速度。如某步进电机驱动的数控轴，其脉冲当量为0.002mm，若数控装置在0.5分钟内发送出20000个进给指令脉冲，那么其进给速度应为：20000×0.002/0.5=80mm/min。加工时的进给速度由程序代码中的F指令控制，但实际进给速度还是可以根据需要作适当调整的，这就是进给速度修调。修调是按倍率来进行计算的，如程序中指令为F80，修调倍率调在80%挡上，则实际进给速度为80×80%=64mm/min。同样地，有些数控机床的主轴转速也可以根据需要进行调整，那就是主轴转速修调。4．插补数控加工直线或圆弧轨迹时，程序中只提供线段的两端点坐标等基本数据，为了控制刀具相对于工件走在这些轨迹上，就必须在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以填补确定一些中间点，如图1-4(a)、(b)所示，各轴就以趋近这些点为目标实施配合移动，这就称之为插补。这种计算插补点的运算称为插补运算。早期NC硬线数控机床的数控装置中是采用专门的逻辑电路器件进行插补运算的，称之为插补器。在现代CNC软线数控机床的数控装置中，则是通过软件来实现插补运算的。现代数控机床大多都具有直线插补和平面圆弧插补的功能，有的机床还具有一些非圆曲线的插补功能。插补是在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以确定一些中间点。将它应用于数控加工中就是：CNC装置根据程序中给定的线段方式和端点信息进行相应的数学计算，以插补运算出的中间密化点为趋近目标，不断地向各个坐标轴发出相互协调的进给脉冲或数据，使被控机械部件按趋近指定的路线移动，从而最大限度地保证加工轨迹与理想轨迹相一致。插补运算可有硬件插补(插补器)和软件插补两种实现方式。而按插补计算方法又可细分为逐点比较法、数字积分法、时间分割法和样条插补法等多种。下面仅以逐点比较法为例简单介绍一下插补运算的原理。逐点比较法是以区域判别为特征，每走一步都要将加工点的瞬时坐标与相应给定的图形上的点相比较，判别一下偏差，然后决定下一步的走向。如果加工点走到图形外面去了，那么下一步就要向图形里面走；如果加工点已在图形里面，则下一步就要向图形外面走，以缩小偏差，这样就能得到一个接近给定图形的轨迹，其最大偏差不超过一个脉冲当量(一个进给脉冲驱动下工作台所走过的距离)。第三节数控机床的特点及适用范围一．数控机床应用的特点1.加工精度高，产品质量稳定2.劳动生产率高3.加工零件的适应性强，灵活性好4.减轻工人劳动强度5.生产管理水平提高二．数控机床适用范围数控机床适用于品种变换频繁、批量较小，加工方法区别大且复杂程度较高的零件。第四节数控技术的发展一.数控机床的发展趋势(1)高速化与高精度化(2)复合化(3)智能化(4)高柔性化(5)小型化(6)开放式体系结构二.先进制造技术简介1、计算机直接数控系统：用一台中央计算机直接控制和管理一群数控设备进行零件加工或装配的系统。2、柔性制造单元和柔性制造系统：由加工中心与工件自动交换装置组成，同时，增加了自动检测与工况自动监控等功能。3、计算机集成制造系统：其核心是一个公用的数据库，对信息资源进行存储与管理，并与各个计算机系统进行通信。第五节数控编程基础一.数控编程的基本概念从零件图样到制成控制介质的全部过程称为数控编程。二.数控编程的内容和步骤数控编程的内容：分析图样并确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削。数控编程的步骤：1.分析图样、确定加工工艺过程2.数值计算3.编写零件加工程序4.制作控制介质5.程序校验和试切削三.程序的结构1．程序的构成零件加工程序由程序号和若干个程序段组成。每个程序号由程序号地址码和程序的编号组成；每个程序段又由程序段号和若干个指令字组成，每个指令字由字母、符号、数字组成。2．程序段格式程序段的长短、字数和字长都是可变的，字的排列顺序没有严格要求，不需要的字及与上一程序段相同的续效字可以不写。程序段一般格式为：N-G-X-Y-Z-…F-S-T-M-；程序段号准备功能尺寸进给功能主轴转速刀具功能辅助功能四.数控机床的坐标系1.坐标轴的命名坐标轴采用右手直角笛卡尔坐标系进行命名。1）坐标轴的命名规定2）机床坐标系的确定方法（１）Z轴（２）X轴（３）Y轴（４）A、B、C的转向（５）附加坐标3.绝对坐标系与相对坐标系（1）绝对坐标系：所有坐标值均从坐标原点计量的坐标系。所用的编程指令称为绝对指令。绝对坐标常用X、Y、Z代码表示。（2）增量坐标系：运动轨迹的终点坐标值相对于起点计量的坐标系，其坐标原点是移动的。所用的编程指令称为增量指令。增量坐标常用U、V、W代码表示。例：如图加工直线AB，在绝对坐标系中表示B点坐标值：XB＝30，YB＝50；在增量坐标系中表示B点坐标值为：UB＝20，VB＝304.最小设定单位与编程尺寸的表示法（1）最小设定单位：数控系统能实现的最小位移量，又称脉冲当量（0.01～0.0001㎜）。编程时，所有的编程尺寸都应转换成与最小设定单位相对应的数量。（2）编程尺寸有两种表示法：1）以最小设定单位为最小单位来表示；2）以毫米为单位，以有效位小数来表示。例：X=524.295㎜，Y=36.52㎜，最小设定单位为0.01㎜，则：1）法表示：X52430Z36522）法表示：X524.30Z36.52五.功能指令简介程序段中的指令字可分为尺寸字和功能字（功能指令），功能指令可分为：准备功能G指令、辅助功能M指令，以及F、S、T指令。1.准备功能G指令（1）准备功能Ｇ指令：使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。（2）模态代码（续效代码）：该代码在一个程序段中被使用后就一直有效，直到出现同组中的其它任一G代码时才失效。（3）非模态代码（非续效代码）：只在有该代码的程序段中有效的代码。G指令通常位于程序段中尺寸字之前。例N010G90G00X16S600T01M03；N020G01X8Y6F100；N030X0Y0；2.辅助功能M指令（1）程序停止指令（M00）（2）选择停止指令（M01）（3）程序结束指令（M02）（4）与主轴有关的指令（M03、M04、M05）（5）换刀指令（M06）（6）与切削液有关的指令（M07、M08、M09）（7）运动部件夹紧与松开（M10、M11）（8）程序结束指令（M30）3.F、S、T指令（1）进给速度指令用进给速度指令用字母F及其后面的若干位数字来表示，单位为mm/min或mm/r。（2）主轴转速指令用字母S及其后面的若干位数字来表示，单位为r/min（3）刀具号指令在自动换刀的数控机床中，该指令用以选择所需的刀具号和刀补号。课后作业1．数控机床与普通机床加工的过程有什么区别？2．数控系统主要组成部分有哪些？功用如何？3．数控加工机床按使用的进给伺服系统不同应分为哪几类？哪类的控制质量高，为什么？