数控车床培训课件《》

授课内容《数控机床的编程与操作》授课老师：刁燕聊城市交通技工学校第1章数控加工编程基础数控机床的基本知识1.1数控加工编程基础1.2数控机床坐标系1.3数控加工的工艺设计1.41.1数控机床的基本知识1.1.1数控机床的产生和发展历程1.数控技术与数控机床数控即数字控制(NumericalControl，简称NC），数控技术即NC技术，是用数字化信号发出指令并控制机械执行预定动作的技术。计算机数控(ComputerNumericalControl，简称CNC）是指用计算机，按照存储在计算机内读写存储器中的控制程序去执行数控装置的一部分或全部数控功能，实现部分或全部的数控功能。采用数控技术实现数字控制的一整套装置和设备，称为数控系统。数控机床就是装备有数控系统，采用数字信息进行自动控制机床运动及其加工过程的机床。它是用输入专用或通用计算机中的数字信息来控制机床的运动，自动将零件加工出来。2.数控机床的产生和发展数控机床主要是为了实现复杂多变零件的自动化加工而产生的，数控机床的发展，依赖于电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的发展，软件式数控是采用微处理器及大规模或超大规模集成电路组成的数控系统，它具有很强的程序存贮能力和控制功能，这些控制功能是由一系列控制程序(驻留系统内）来实现的。软件或数控系统通用性很强，几乎只需要改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。目前微型机数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统。1.1.2数控机床的组成及加工原理1数控机床的组成数控机床主要由以下几部分组成，如图1-1所示。（1）控制介质与程序输入输出设备（2）数控装置（3）伺服系统（4）辅助控制装置（5）机床本体2.数控机床的加工原理机床本体主进辅运给助动运动机动作构机机构构电控制装置辅助控制及强数控装置CNC输入输出装置置检测装置伺服驱动及位图1-1数控机床的组成零件图工艺分析刀具方案夹具方案工艺设计刀辅具选择刀具确定刀具调整卡手工编程自动编程组合夹具通用夹具程序单刀具调整手动输入纸带输入夹具调整数控机床通讯传输(R232C)合格零件图1-2数控机床的加工过程1.1.3数控机床的分类1．按工艺用途分（1）金属切削类数控机床（2）金属成型类数控机床（3）特种加工类数控机床（4）其他类数控机床2．按控制运动轨迹分类（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3.按伺服系统的控制方式分类（1）开环伺服系统工作原理：每当数控装置发出一个指令脉冲信号，就使步进电动机的转子旋转一个固定角度，机床工作台移动一定的距离。特点：开环伺服系统没有工作台位移检测装置，对机械传动精度误差没有补偿和校正，工作台的位移精度完全取决于步进电动机的步距角精度、齿轮箱中齿轮副和丝杠螺母副的精度与传动间隙等，所以这种系统很难保证较高的位置控制精度。同时由于受步进电动机性能的影响，其速度也受到一定的限制。但这种系统的结构简单、调试方便、工作可靠、稳定性好、价格低廉，因此被广泛用于精度要求不太高的经济型数控机床上。（2）闭环伺服系统工作原理：数控装置发出位移指令脉冲，经电动机和机械传动装置使机床工作台移动，安装在工作台上的位量检测器把机械位移变成电学量，反馈到输入端与输入信号相比较，得到的差值经过放大和变换，最后驱动工作台向减少误差的方向移动。如果输入信号不断地产生，则工作台就不断地跟随输入信号运动。特点：闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床工作台上，将工作台的实际位置检测出来并与CNC装置的指令进行比较，用差值进行控制，因而可以达到很高的定位精度，同时还能达到较高的速度。在精度要求高的大型和精密机床上应用十分广泛。由于系统增加了检测、比较和反馈装置，所以结构比较复杂，不稳定因素多，调试维修比较困难.（3）半闭环伺服系统半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。特点：半闭环控制系统伺服机构没有将丝杠螺母机构齿轮机构等传动机构包括在闭环中，所以这些传动机构的传动误差仍然会影响移动部件的位移精度。但半闭环伺服系统将惯性大的工作台安排在闭环之外，系统调试较容易，稳定性好。所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。4．按可控制轴数与联动轴数分类可控制轴数是指系统最多可以控制的坐标轴数目，联动轴数是指数控系统按加工要求控制同时运动的坐标轴数目。多坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动，称为多轴联动。按照联动轴数可以分为：（1）两轴联动（2）两轴半联动（3）三轴联动（4）多坐标联动1.1.4数控机床的加工特点1．适应性强，用于单件小批量和具有复杂型面的工件的加工.2．加工精度高，加工零件质量稳定.3．生产效率高.4．能实现复杂的运动.5．减轻劳动强度，改善劳动条件.6．有利于生产管理.1.3数控机床坐标系1.3.1标准坐标系及其运动方向１．机床相对运动的规定2．坐标系的规定在数控机床上加工零件，机床的动作是由数控系统发出指令来控制的，为了确定机床上运动的位移和运动的方向，需要坐标系来实现，这个坐标系叫标准坐标系，也称为机床坐标系。数控机床上的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向，+Z+Y+Z+C+X+Y+B+X+A+A、+B或+C+X、+Y或+Z图1-9右手笛卡尔直角坐标系3、运动方向的规定JB3051-82中规定：机床某一部件运动的正方向是增大刀具与工件之间距离的方向。（1）Z坐标Z坐标的运动由传递切削力的主轴决定，即平行主轴轴线的坐标轴为Z坐标。（2）X坐标X坐标平行于工件的装夹面，一般是水平的。对于工件旋转的机床，X坐标的在工件的径向上，且平行于横向拖板。刀具离开工件旋转中心的方向为X坐标的正方向，X运动的正方向指向右，（3）Y坐标Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。Y坐标的正方向根据X和Z坐标的正方向，按照右手笛卡尔直角坐标系来确定。图1-10机床坐标系1.3.2机床原点与机床参考点1.机床原点机床原点又称机械原点，是机床坐标系的原点。该点是机床上设置的一个固定点，它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。数控车床的机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，如图1-11所示。数控铣床的机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，如图1-12所示。2.机床参考点机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。图1-13所示为数控车床的参考点与机床原点。图1-11车床的机床原点图1-12铣床的机床原点图1-13数控车床的参考点1.3.3编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如图1-14所示，其中O2即为编程坐标系原点图1-14编程坐标系1.3.4加工坐标系加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称为编程原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。加工原点一般按如下原则选取：(1)加工原点应选在工件图样的尺寸基准上。(2)能使工件方便地装夹、测量和检验。(3)尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面上，这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。(4)对于有对称几何形状的零件，加工原点最好选在对称中心点上。1.4数控加工的工艺设计1.4.1数控加工工艺内容的选择1.适于数控加工的内容（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容。2.不适于数控加工的内容（1）占机调整时间长。（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。1.4.2数控加工零件图的工艺性分析被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。1.尺寸标注应符合数控加工的特点2.几何要素的条件应完整、准确3.定位基准可靠4.统一几何类型及尺寸1.4.3数控加工的工艺设计1．加工方法的选择一般地，数控车床适合于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔；立式数控铣床适合于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等；卧式数控铣床则适合于加工箱体、泵体和壳体类零件；多坐标联动的加工中心还可以用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮和模具等。2．工序的划分（1）工序的划分的原则工序的划分原则有工序集中原则和工序分散原则两种。（2）工序划分方法①按零件装夹定位方式划分②按所用刀具划分③按粗、精加工划分④按加工部位划分3．加工顺序的安排①基面先行原则②先粗后精原则④先面后孔原则③先主后次原则4．零件的定位与夹具的选择（1）定位与夹紧方案的选择①尽可能使设计基准、工艺基准与编程计算基准统一。②减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面。③避免采用占机人工调整时间长的装夹方案。④夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。1.4.3数控加工的工艺设计（2）选择夹具的基本原则数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件和机床坐标系的尺寸关系。同时考虑以下几点：①单件小批量生产时优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。②零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间，减少辅助时间。③夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。即夹具要开敞，其定位夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。④为提高数控加工效率，批量较大的零件加工可采用气动或液压夹具、多工位夹具。⑤为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹具精度高。1.4.3数控加工的工艺设计5.确定走刀路线和工步顺序走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，而且也反映出工步的顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。走刀路线的确定在数控车削编程和数控铣削编程的对应章节中作具体介绍。6.刀具与切削用量的选择（1）刀具的选择选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容和工件材料等因素。数控加工不仅要求刀具的精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。1.4.3数控加工的工艺设计（2）切削用量的选择（3）切削用量的选择原则①粗加工时切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。②精加工时切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。1.4.3数控加工的工艺设计7.对刀点与换刀点的确定（1）对刀点对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，有时对刀点就选择在零件