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数控技术2010-8-30数控机床讲课•第一讲数控机床绪论•第二讲数控机床分类二•第三讲数控机床规定•第四讲数控机床的发展•第五讲数控检测系统•第六讲•第七讲•第八讲•第九讲•第十讲、•第十一讲•第十二讲•第十三讲•第十四讲•第十五讲•第十六讲•第十七讲•第十八讲•第十九讲•第二十讲•第二十一讲•第二十二讲•第二十三讲•第二十四讲•第二十五讲、•第二十六讲•第二十七讲•第二十八讲•第二十九讲•第三十讲2）中档型数控机床采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，能实现4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为1m，进给速度为15-24m／min，一般采用16位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。1.4数控机床的分类之二图24XH714A型立式加工中心1）普通数控机床：采用步进电机伺服的开环控制；实现两轴或三轴的联动控制；一般采用8位或16位处理器，具有RS232C通信接口3）高级数控机床采用交流或直流伺服电机实现闭环驱动，能实现4轴或4轴以上联动控制，脉冲当量为1m，数控机床的规定2010-9-7第三讲（一）坐标轴的确定数控机床的标准坐标系及其运动方向，在国际标准ISO841中有统一规定，我国的标准JB3052-82、JB3501-1999与之等效。1．规定原则（1）右手笛卡尔坐标系标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔坐标系，用右手螺旋法则判定，如图1-13所示。右手的拇指、食指、中指互相垂直，并分别代表+X、+Y、+Z轴。围绕+X、+Y、+Z轴的回转运动分别用+A、+B、+C表示，其正向用右手螺旋定则确定。与+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向用带“′”的+X′、+Y′、+Z′、+A′、+B′、+C′表示。（2）刀具运动坐标与工件运动坐标统一规定：用字母不带“′”的坐标表示刀具相对“静止”工件而运动的刀具运动坐标；用字母带“′”的坐标表示工件相对“静止”刀具而运动的工件运动坐标。（3）运动的正方向规定使刀具与工件距离增大的方向为运动的正方向。2．坐标轴确定的方法及步骤（1）Z轴一般取产生切削力的主轴轴线为Z轴，刀具远离工件的方向为正向。1）当机床有几个主轴时，选一个与工件装夹面垂直的主轴为Z轴。2）当机床无主轴时，选与工件装夹面垂直的方向为Z轴。图1-3立式数控铣床图1-2数控车床坐标系（2）X轴位于平行工件装夹面的水平面内。对于工件作回转切削运动的机床（如车床、磨床等），在水平面内取垂直工件回转轴线（Z轴）的方向为X轴，刀具远离工件的方向为正向，如图1-3所示对于刀具作回转切削运动的机床（如铣床、镗床等），当Z轴垂直时，人面对主轴，向右为正X方向，如图1-4所示；当Z轴水平时，则向左为正X方向，如1-5所示。对于无主轴的机床（如刨床），以切削方向为正X方向。图1-5数控车床的机床坐标系图1-4卧式数控铣床X坐标的确定•书上的几个图例。•工件旋转的机床，如车床、磨床，在水平面内取垂直于工件回转轴线（即z轴）的方向为X轴移动的方向，即工件的径向，离开工件的方向为正。刀具旋转的机床，如铣床、镗床，x轴一般平行于装夹平面。•①立式机床。立式机床Z轴是垂直的，操作者站在机床前（工作位置），面向主轴（单立柱机床）向立柱看，向右方向为X轴的正方向（双柱立式机床面向左立柱）。•②卧式机床。卧式机床Z轴是水平的，对于工件旋转的机床，如车床、磨床，取平行于横向滑座的方向（工件径向）为X坐标，取刀具远离工件中心的方向为正方向；对于刀具旋转的机床，如铣床、镗床，当Z轴为水平时，水平面内垂直Z轴的方向为X轴，操作者站在立柱旁（工作位置）面向工作台，向右方向为X轴的正方向。1）车床的坐标•数控车床（3）Y轴根据已确定的X、Z轴，按右手笛卡尔坐标系确定。（4）A、B、C轴此三轴为回转进给运动坐标。根据已确定的X、Y、Z轴，用右手螺旋定则确定。•5）附加坐标。如果在机床上除了X、Y、Z主要坐标外，还有：•第二组平行于它们的坐标，可用U、V、W命名；•第三组坐标可用P、Q、R命名。•同样，除了A、B、C旋转组外，还有附加旋转运动可用D、E命名。•6）刀具固定、工件移动时机床坐标轴正方向的确定。•上述机床的坐标轴正方向是在假定刀具移动的情况下确定的，如果机床实际上是刀具固定、工件移动，•则取相反的方向作为正方向，并用+x’、+y’、+z’等表示。•根据上述规定，对实际工作中常用的几种数控机床的坐标系统进行了定义，如图1-13所示。•7）编制零件加工程序时的坐标。编制零件加工程序时，可以选择绝对坐标也可以选择相对坐标。•①所有坐标点均以某一固定原点计量的坐标系称为绝对坐标系，用第一坐标系X、Y、Z表示。•②运动轨迹的终点作为新轨迹的起点的坐标系称为相对（增量）坐标系，常用代码中的第二坐标系U、V、W表示。•③工件坐标系是用于确定工件几何图形上几个几何要素的位置而建立的坐标系。工件坐标系的原点是工件零点，因此在选择工件零件时，最好把它放在工件图形的尺寸能够方便地转换成坐标值的地方。•④工件坐标系的选用原则是：•·选在工件图样的尺寸基准上，减小工件计算量。•·能使工件方便地测量、装夹和检验。•·尽量选在尺寸精度高，表面粗糙度比较低的工件表面上。•·对于有对称形状的几何零件，工件零点最好选在对称中心上。•如设定：G54X20Y30，即可完成工件坐标系的设定。•⑤机床原点与参考点。机床原点是机床坐标系的原点，是机床的最基本点，是所有其他坐标（工件坐标系、编程坐标系、机床参考点等）的基准点。机床参考点是用于对机床工作台、滑板及刀具相对运动的测量系统进行定位和控制的点，有时也称机床零点。它是在加工前和加工后，用控制面板上的回零按钮使移动部件退回到机床坐标系中的一个固定不变的极限点。•在工作前数控机床移动部件必须首先返回到参考点。测量系统置零之后测量系统即可以参考点作为基准，随时测量运动部件的位置。•⑥编程原点。为了编程方便，编制程序时需要在图样上选择一个适当的位置作为编程原点，即程序原点或程序零点。对于简单零件，工件零点就是编程零点，编程坐标系就是工件坐标系；对于复杂的零件，需要编制几个程序或子程序，这就要求设定几个不同的编程坐标系。•⑦对刀点。在数控加工时刀具相对工件运动的起点为对刀点，程序就是从这一点开始的，也叫“程序起点”或“起刀点”。•编制程序时首先应考虑对刀点的位置选择。它可以设在被加工的零件上也可以设在夹具上，但必须与零件的基准定位有一定的坐标尺寸联系。•对刀点的选定原则是：•·选定的对刀点位置应使编程简单。•·对刀点在机床上找正容易。•·加工过程中检查方便，引起的加工误差小。•为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。对刀点不仅是程序的起点，往往也是程序的终点。•⑧局部参考点。•机床原点、机床零点、工件零点、编程原点和对刀点都是在经过全面考虑后选定的参考点。除此之外还可以设定局部参考点，即建立局部坐标系。（二）数控机床的两种坐标系-P21数控机床的坐标系包括机床坐标系和编程坐标系两种：1．机床坐标系又称机械坐标系，其坐标和运动方向视机床的种类和结构而定。当数控车床配置后置式刀架时，其机床坐标系如图1-5所示，Z轴与车床导轨平行（取卡盘中心线），正方向是离开卡盘的方向；X轴与Z轴垂直，正方向为刀架远离主轴轴线的方向。机床坐标系的原点也称机床原点或机械原点，如图1-5、图1-6（a）所示的O点，从机床设计的角度来看，该点位置可任选，但从使用某一具体机床来看，这点却是机床上一个固定的点。数控铣床的机床坐标系数控铣床的坐标系（XYZ）的原点O和机床零点是重合的，如图1-16(a)所示。图1-16立式数控铣床坐标系和机床原点、工件原点2.编程坐标系1)又称工件坐标系，是编程时用来定义工件形状和刀具相对工件运动的坐标系。2)为保证编程与机床加工的一致性，工件坐标系也应是右手笛卡尔坐标系。3)工件装夹到机床上时，应使工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。4)编程坐标系的原点，也称编程原点或工件原点，其位置由编程者确定，如图1-6（b）所示的o2点，（四）数控程序编制P234．1数控编程的方法常见的数控编程方法有：1）手工编程：编程的过程全部由人工完成的方法称为手工编程。对于点位加工或几何形状简单的工件，不需要经过复杂的计算，加工程序段不多，此时使用手工编程的方法较为合适。但对于形状复杂、工序（或工步）较多的工件，需要进行繁琐的计算，程序段很多，出错也难以校核，此时应尽可能采用自动编程。2）计算机自动编程编程的过程全部或部分地由计算机来完成的方法称为自动编程。目前应用较多的软件有MasterCAM、ProE、UG、CAXA等，这些软件不仅能完成CAD实体造型，而且可以对实体进行应力分析及自动生成工艺卡片，如图1-16所示。•MasterCAM、ProE、UG、CAXA4．2数控加工程序编制的步骤（1）确定工艺过程（2）计算刀具轨迹的坐标值（3）编写加工程序（4）将程序输入数控机床（5）程序检验1．分析并熟悉工件图纸•（1）对工件的投影、形状、尺寸和加工精度、表面粗糙度、技术条件、材料毛坯情况和热处理要求等进行分析，确定该工件是否适合于在数控机床上加工。•（2）由设计基准找出该工件的工艺基准以及确定夹紧的方式和方法，若要设计夹具，则必须进行夹具的设计。•（3）确定该零件的加工方法和加工路线。•（4）选择每一道工序（或工步）所需要的刀具和刀柄的类型、规格。对某些有特殊要求的刀具应有详细的说明，以便及时地购买。•（5）选择每一道工序（或工步）较为合理的切削用量。主要是主轴转速S（r／rain）、进给速度F（mm／min）和切深厂（ram）。2．数值计算•主要是计算基点（各几何元素的交点）和节点（刀具中心轨迹的转接点）的坐标值。•对于有刀补功能的机床，通常计算基点坐标值．而没有刀补功能的机床则计算工件轮廓的等距线的转接点（即节点）的坐标值。•计算时编程误差△P=（0．1～0．2）倍的零件允差。而△P=f（△a、△b、△c），也就是说，它与逼近误差△a、插补误差△b和圆整误差△c密切相关，因此应该特别注意。3．编写加工程序•程序员根据工艺过程、数字计算结果以及辅助操作要求，按照数控系统规定的指令及程序段格式来编写加工程序。4．试切•编写好的加工程序输人到计算机数控装置后，首先进行模拟仿真，校核通过后，只是表示所编写的加工程序在语法、结构和格式上没有错误。而试切则是检验加工程序正确是否的唯一依据。•通常情况下，在首次加工或加工的毛坯少且较贵重（如模具）的情况下要进行试切。验证已经符合要求后，即可投入使用。•4.3程序编制中的工艺处理••无论是手工编程还是自动编程，编程前都需要对所加工的零件进行工艺过程分析，拟定加工方案，确定加工路线和加工内容．选择合适的刀具和切削用量，设计合适的夹具及装夹方法等。在编程过程中，对一些特殊的工艺问题（如对刀点、刀具轨迹路线设计等）也应做一些处理。•1．数控加工工艺分析•数控加工工艺设计是工件进行数控加工的前期工艺准备工作。普通机床上用工艺规程、工艺卡片来规定每一道工序的操作程序．按步骤加工；数控机床上把工艺过程、工艺参数和规定以数字符号信息的形式记录下来，用它来控制驱动机床进行加工。•不管在普通机床上还是在数控机床上，加工工艺在原则上基本相同，但是在数控机床上是自动进行。与普通机床相比，数控机床的加工工艺具有如下特点：•（1）工序内容复杂。•（2）加工工艺规程编制复杂。•数控加工工艺的主要内容如下：•（1）选择并确定零件适合在数控机床上加工的内容。•（2）对零件图样进行数控加工工艺分析，明确加工内容及技术要求•（3）具体设计加工工序，选择刀具、夹具及切削用量。•（4）处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点的确定，加工路线的确定、刀具补偿、分配加工误差等。•（5）处理数控机床上部分工艺指令，编制工艺文件。•零件图样上尺寸数据的标注原则是：•（1）应适应数控加工的特点。•（2）构成零件轮廓的几何元素的条件充分。•（3）审查与分析定位基准的可靠性。