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数控车床编程与操作1#§1-1数控入门知识随着科学技术和社会生产和迅速发展，机械产品日趋复杂，对机械产品和质量和生产率的要求越来越高。在航天、造船、军工和计算机等工业中，零件精度高、形状复杂、批量小、经常改动、加工困难，生产效率低、劳动强度大，质量难以保证。机械加工工艺过程自动化是适应上述发展特点的最重要手段。为了解决上述问题，一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备------数控机床在这种情况下应运而生。目前数控技术已做逐步普及，数控机床在工业生产中得到了广泛应用，已成为机床自动化的一个重要发展方向。1-1-1数控定义数控即数字控制（NumericalControl），是数字程序控制的简称。数控车床由数字程序控制车床简称；CNC表示计算机数控车床。数控机床加工原理是把刀具与工件的运动坐标分成最小的单位量即最小位移量，由数控系统根据工件的要求，向各坐标轴发出指令脉冲，使各坐标移动若干个最小位移量，从而实现刀具与工件的相对运动，以完成零件的加工。数控的实质是通过特定处理方式下的数字信息（不连续变化的数字量）去自动控制机械装置进行动作，它与通过连续变化的模拟量进行的程序控制（即顺序控制），有着截然不同性质。由于数控中的控制信息是数字化信息，而处理这些信息离不开计算机，因此将通过计算机进行控制的技术通称为数控技术，简称数控。这里所讲的数控，特指用于机床加工的数控（即机床数控）。1-1-2机床数控与数控机床机床数控是指通过加工程序编制工作，将其控制指令以数字信号的方式记录在信息介质上，经输入计算机处理后，对机床各种动作的顺序、位移量和速度实现自动控制的一门技术。数控车床编程与操作2数控机床则是一种通过数字信息控制按给定的运动规律，进行自动加工的机电一体化新型加工装备。§1-2数控机床的用途分类1-2-1数控车床的用途数控车床与卧式车床一样，也是用来加工轴类或盘类的回转体零件。但是由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以数控车床特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，因此被广泛应用于机械制造业，例如，汽车制造厂、发动机制造厂等。数控车床约占数控机床总数的25%。1-2-2数控车床的分类（1）按车床主轴位置分类：1）立式数控车床立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。2）卧式数控车床卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。（2）按加工零件的基本类型分类：1）卡盘式数控车床这类车床未设置尾座，适合车削盘类（含短轴类）零件。其夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪（即软卡爪）。2）顶尖式数控车床这类数控车床配置有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。（3）按刀架数量分类：1)单刀架数控车床普通数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧式自动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。2)双刀架数控车床（4）按数控系统的功能分类：1）经济型数控车床。它一般采用步进电动机驱动形成开环伺服系统，其控制部分采用单板机或单片机来实现。此类车床结构简单，价格低廉，无刀尖圆弧半径自动补偿和恒线速度切削等功能。2）全功能型数控车床。它一般采用闭环或半闭环控制系统，具有高刚度、高精度和高效率等特点。3）车削中心。它是以全功能型数控车床为主体，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，实现多工序复合加工的机床，在工件一次安装后，它可完成回转零件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工序，其功能全面，但价格较高。4）FMC车床。它实际上是一个由数控车床、机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化。（5）其它分类方法数控车床编程与操作3按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可以分很多种类，如直线控制数控车床、两主轴控制数控车床等；按特殊或专门工艺性能可分为螺纹数控车床、活塞数控车床一类的。§1-3数控车床的特点与发展1、高精度数控车床控制系统的性能在不断提高，机械结构在不断完善，机床精度也在日益提高。2、高效率随着新刀具材料的应用和机床结构的完善，数控车床的加工效率、主轴转速、传动功率不断提高，使得新型数控车床的空运行时间大为缩短。其加工效率比卧式车床高2~5倍。加工零件形状复杂，越体现出数控车床的高效率加工特点。3、高柔性数控车床具有高柔性，适应70%以上的多品种、小批量零件的自动加工。4、高可靠性随着数控系统的性能提高，数控机床的无故障时间迅速提高。5、工艺能力强数控车床既能用于粗加工又能用于精加工，可以在一次装夹中完成其全部或大部分工序。6、模块化设计数控车床的制造采用模块化原则设计。现在数控车床的技术还在不断向前发展着。数控车床发展趋势如下：随着数控系统、机床结构和刀具材料的技术发展，数控车床将向高速化发展，进一步提高主轴转速、转位换刀速度以及刀架快速移动；工艺和工序将更加复合化和集中化；数控车床向多主轴、多刀架加工方向发展；为实现长时间无人化全自动操作，数控车床向全自动化方向发展；机床的加工精度向更高方向发展。同时，数控车床也向简易型发展。如表1-1是数控系统发展的六代历史。表1-1数控系统发展的六代历史数控系统发展的历史世界产生年代中国产生年代第一代电子管数控系统（NC）第二代晶体管数控系统（NC）第三代集成电路数控系统（NC）第四代小型计算机数控系统（CNC）第五代微处理器数控系统（MNC）第六代基于工控PC机的通用CNC系统1952年1959年1965年1970年1974年1990年1958年1964年1972年1978年1981年1992年§1-4数控车床的组成与工作原理数控车床由控控制介质、计算机数控装置、伺服驱动系统、辅助装置、机床部件等组成，如图1-4-1所示：数控车床编程与操作4图1-4-1数控机床的组成框图1、控制介质要对数控车床进行控制，就必须在人与数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物质就是控制介质，又称信息载体。在使用数控机床之前，先要根据工件图上规定的尺寸、形状和技术条件，编写出工件的加工程序，将加工时刀具相对工件的位置和机床的全部动作顺序，按照规定的格式和代码记录在信息载体上。需要加工该工件时，把信息（即加工程序）输入计算机数控装置。常用的控制介质有键盘、穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘等。另外，由于计算机编程能力强大，可通过数控机床上的通信接口将计算机内的程序送入数控装置进行加工，也可将数控装置上的加工程序送回计算机保存起来。2、计算机数控装置数控装置是数控机床的中枢，目前绝大部分的数控机床采用微机控制，所以也称为CNC机床。图1-4-2点划线框中所包含部分就是数控装置，它由输入、输出、运算器、控制器、存储器等部分组成。图1-4-2数控装置结构框图输入装置接收控制介质送入的加工信息代码（加工程序）。它们经识别、译码后，送到相应的存储区，作为控制和运算的原始数据运算处理，由输出装置发出相应的控制指令和运动指令。指令以脉冲形式输出。3、伺服驱动系统伺服驱动系统的作用是把来自数控装置的运动指令进行放大，驱动机床的移动部件运动，使工作台按规定轨迹移动或准确定位，加工出符合图纸要求的工件。每个脉冲信号使机数控车床编程与操作5床移动部件的位移量称为脉冲当量，用表示。常用的脉冲当量有0.01毫米/脉冲，0.005毫米/脉冲,0.001毫米/脉冲.伺服系统由伺服驱动电路、功率放大电路、伺服电动机、传动机构和检测反馈装置组成。常用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产效率的主要因素之一。闭环控制的数控机床带有检测反馈系统，如图1-4-1虚线所示。其作用是将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到计算机数控装置中，使数控装置能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出相应指令，修正所产生的偏差，提高加工精度。4、辅助控制装置辅助控制装置的作用是把计算机送来的辅助控制指令经机床接口转换成强电信号，以控制主轴电动机的起停及转速，冷却泵起停及工作台转位和换刀等动作。5、机床高精度和高生产率的自动化加工机床，比普通机床相应具有更好的抗振性和刚度，要求运动部件的摩擦因数要小，进给传动部件之间间隙要小。所以其设计要求比普通机床更严格，加工制造要求更精密，并采用加强刚性、减小热变形、提高精度的设计措施。6、反馈系统在闭环和半闭环数控机床上，都有反馈系统。它的作用是将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到计算机中，使计算机能随时随地判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出指令，作相应的差值控制，补偿误差。§1-5数控机床的特点1、适应性强数控机床在生产过程中是按照数控指令进行工作的，当生产对象改变时，只需改变数控加工的程序并配备所需的生产工具，而无需改变机械部分和控制部分的硬件。这一特点不仅满足了当前产品更新快的市场竞争需要，而且解决了单件、小批量及新产品试制的自动化生产问题。2、能实现复杂工件的加工数控机床几乎可以实现任意轨迹的运动和任何形状的空间曲面的加工，如螺旋桨、汽轮机叶片等空间曲面。3、精度高，质量稳定数控机床是按照预定的程序自动加工的，消除了操作者人为产生的误差，因而产品的生产质量十分稳定；而且数控机床的机械部分具有较高的动态精度，数控装置的脉冲当量可达0.001毫米/脉冲，还可以通过实时检测反馈修正误差或补偿获得更高的精度。4、生产效率高产品的生产时间主要包括工艺时间和辅助时间。数控机床采用大功率高速度切削，缩短工艺时间；还配备自动换刀装置、检测装置及交换工作台，减少了工件的装卸次数和其他辅助时间，从而明显地提高了生产效率。5、减轻劳动强度，改善劳动条件数控机床在生产过程中不需要人工干预，又可在恶劣的环境下自动进行加工，从而降低了工人的劳动强度，极大地改善了劳动条件。数控车床编程与操作66、有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，有利于与计算机连接，构成由计算机控制、管理的生产系统，为产品的设计、制造及管理一体化奠定了基础。习题一1-1什么叫数控？它与其他自动控制有哪些区别？1-2什么叫机床数控？什么叫数控机床？1-3试述数控车床的工作原理？1-4数控车床是怎样分类的？它的结构主要由哪几部分组成？1-5控机床的的特点主要有哪些？数控车床编程与操作7第二章广州数控GSK980T面板操作CRT及键盘操作面板数控车床编程与操作8§2-1操作面版说明整个面版分为三个部分：左上角为液晶画面；右上角为功能操作部分；在此面版下，可以进行程序的编辑、位置的显示、刀补及参数的设置等；下半部分是机床操作画面，此界面用于机床辅助功能设定，诸如主轴正反转、冷却液的开关、进给速率的调整等等一系列的功能。2-1-1键盘的说明图标名称用途复位键解除报警，CNC复位输出（OUT）键从PS232接口输出文件启动地址/数字键输入数字、字母等字符输入键（IN）用于输入参数、补偿量等数据。从PS232接口输入文件的启动。MDI方式下程序段指令的输入。取消（CAN）键消除输入到键入缓冲寄存器中的字符或符号。键缓冲寄存器的内容同CPT显示例如键输入缓冲寄存器的显示为N001时，按（CAN）键，则N0001被取消。光标移动键有四种兴标移动：↓：使光标向下移动一个区分单位。↑：使光标向上移动一个区分单位。持续地按光标上下键时，可使光标连续地移动。W、L：用于设定参数开关的开与关位参数、位诊断详细显示的位选择。页键有两种换页方式：↓：使LCD画面的页顺方向更换。↑：使LCD画面的页逆方向更换。CHG键位参数、位诊断含义显示方式样的切换。数控车床编程与操作92-1