数控机床编程与操作课程

数控机床编程与操作课程认知山东华宇职业技术学院2009.3课程认知安全、纪律、卫生、学习人身安全：实训服穿戴整齐活动范围设备安全：U盘本门课程的性质、任务、时间安排第一节数控与数控机床的基本概念数控机床的产生和发展我要学什么？数控与数控机床的概念NC：数字控制它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术。数控机床：用数字化信号对机床及其加工过程进行控制的机床。CNC：计算机数字控制采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能的数控系统。数控机床的产生与发展原因—社会生产发展（军备竞赛的产物目的—解决单件、中小批量精密复杂零件的加工问题时间—1948195219581959我国第一台数控机床数控机床的产生与发展1952年，美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合作研制了第一台三坐标数控铣床。第一代1952年起由电子管电路构成的专用数控（NC）。第二代1959年起由晶体管数字电路组成的专用数控（NC）。第三代1965年起由中、小规模集成数字电路组成的小型通用计算机数控（NC）。第四代1970年起由大规模集成数字电路组成的小型通用计算机数控（CNC）。第五代1974年开始采用微处理器和半导体存储器的微型计算机数控（MNC）。具有代表性的公司日本：FANUCMAZAKOKUMN德国：SIEMENS美国：A-B西班牙：法格意大利：ABOSZA法国：NUM瑞士：米克朗公司（刀具）国内：广州数控华中（五轴）DASEN数控机床的发展(1)高可靠性(2)高速化(3)高精度化(4)加工高柔性化(5)加工功能复合化(6)通讯网络化(7)系统智能化现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM，FMC(柔性制造单元)FMS(柔性制造系统)CIMS(计算机集成制造系统)、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上。FMC：柔性制造单元FMS：柔性制造系统CIMS：计算机集成制造系统数控机床的组成及工作原理数控机床的加工特点第二节数控机床组成及工作原理数控机床的工作原理编程输入插补译码刀具补偿位置控制和机床加工用户零件加工程序通常是按零件轮廓编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心轨迹，因此在加工前必须将零件轮廓变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的程序。数控机床组成及工作原理机床I/O电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备数控机床的组成及工作原理数控机床的组成输入输出设备数控装置检测反馈装置伺服系统机床本体核心数控机床组成及工作原理插补在逐点比较法中，每进给一步都需要4个节拍：偏差判别—坐标进给—新偏差计算—终点判别。数控机床的加工特点1.加工零件的适应性强，灵活性好（柔性）2.加工精度高3.生产率高4.减少工人劳动强度5.生产管理水平高6.加工质量稳定可靠价格较贵调试维修比较复杂，需要专门的技术人员对编程人员和操作人员的技术水平要求较高数控机床的适用范围多品种，中、小批量零件形状结构比较复杂的零件需要频繁改型设计的零件价格昂贵、不允许报废的关键零件（如飞机大梁零件）必须严格控制位置要求的零件第三节数控机床的分类我要学什么？数控机床的分类按工艺用途分类切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床等。成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机、火焰及等离子切割机床、数控超声波加工机床等。其它类型：数控装配机、数控测量机等数控机床的分类按控制运动轨迹分类数控机床的分类按控制运动轨迹分类点位控制数控系统：仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。数控机床的分类直线控制数控系统：特点是机床移动部件不仅要实现由一个位置到另一个位置的精确移动定位，而且要控制以一定速度沿坐标轴平行方向进行直线切削加工。适用范围：简易数控车床、数控镗铣床等。数控机床的分类轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。数控机床的分类按伺服系统的类型分类按数控系统的进给伺服系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。数控机床的分类开环控制的数控机床这类数控机床不带有检测反馈装置，指令信号的流程是单向的，故系统稳定性好。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。工作台步进电动机脉冲指令步进电机驱动器变速箱数控机床的分类闭环控制的数控机床这类数控机床有检测反馈装置。它随时接受在工作台端测得的实际位置反馈信号，将其与数控装置发来的指令位置信号相比较，由其差值控制进给轴运动，直到差值为零时，进给轴停止运动。数控机床的分类变速箱伺服放大器伺服电动机工作台进给脉冲比较环节检测装置反馈脉冲直线位移检测器数控机床的分类角位移检测器反馈脉冲检测装置比较环节进给脉冲工作台伺服电动机伺服放大器变速箱数控机床的分类半闭环控制的数控机床机床与闭环控制的数控机床的区别在于检测反馈信号不是来自工作台，而是来自电动机端或丝杠端连接的测量元件，实际位置的反馈值是通过测得的伺服电动机的角位移算出来的。半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。数控机床的分类系统精度稳定性结构检测反馈装置位置伺服电机开环较低好简单无步进电机闭环较高差复杂机床移动部件直、交流伺服电机半闭环一般一般一般主轴电机或丝杠直、交流伺服电机数控机床的分类按功能水平分类按数控机床的功能与性能，可以分为高、中、低三类。数控机床性能指标精度指标定位精度、重复定位精度、分辨率、脉冲当量等坐标轴指标可控轴数、联动轴数运动性能指标主轴转速、进给速度、行程、换刀时间等加工能力指标每分钟最大金属切除率数控机床的分类按坐标轴数分类两轴数控机床三轴数控机床两轴半数控机床（三轴控制两轴联动）五轴数控机床第四节数控机床坐标系我要学什么？数控机床坐标系在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，个坐标系被称之为机床坐标系。数控机床坐标系数控机床坐标系的目的为了确定刀具或工件在机床中的位置，确定机床运动部件的位置及其运动范围，即描述机床运动，产生数据信息而建立的几何坐标系保证机床的正确运动，简化程序的编制方法，并使所编制的程序具有互换性。数控机床坐标系标准右手笛卡尔坐标系数控机床坐标系基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。回转座标：A.B.C方向判定：右手螺旋法则数控机床坐标系数控机床坐标系数控机床坐标系的确定原则假定刀具相对于固定的工件运动增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向数控机床坐标系Z轴平行于主轴轴线的坐标轴数控机床坐标系若有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。数控机床坐标系X轴水平方向，平行与工件的装夹面+Z+X+Y+X+Z数控机床坐标系数控机床坐标系如果工件做旋转运动，则刀具远离工件旋转中心的方向为X坐标的正方向。如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。数控机床坐标系Y轴根据X.Z坐标的正方向，按笛卡尔坐标系判断数控机床坐标系机床原点：机床坐标系的零点。这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。在各个坐标轴的最大极限处。机床原点的建立：用回零方式建立。机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程。数控机床坐标系机床坐标系：以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。机床参考点：机床上的一个固定点，用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制。数控机床坐标系机床坐标系与机床参考点的联系数控机床坐标系工件原点与工件坐标系工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。称为工件原点或编程原点。工件坐标系：以工件原点为零点建立的坐标系，编程时所有的尺寸都基于此坐标系计算。可设置多个工件坐标系。数控机床坐标系工件坐标系与机床坐标系的联系坐标轴相平行、方向相同、原点不同。原点也可以相同。工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离称为工件原点偏置。第六节数控机床的结构我要学什么？数控机床结构数控机床性能指标精度指标定位精度、重复定位精度、分辨率、脉冲当量等坐标轴指标可控轴数、联动轴数运动性能指标主轴转速、进给速度、行程、换刀时间等加工能力指标每分钟最大金属切除率数控机床结构1.数控机床应具有更高的静、动刚度提高静刚度的措施基础大件采用封闭整体箱形结构合理布置加强筋提高部件之间的接触刚度。数控机床结构封闭整体箱形结构数控机床结构提高动刚度的措施改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）床身表面喷涂阻尼涂层充分利用结合面的摩擦阻尼采用新材料，提高抗震性数控机床结构人造大理石床身（混凝土聚合物）数控机床结构2.数控机床应有更小的热变形控制热变形的措施：对机床热源进行强制冷却，采用热对称结构。数控机床结构对机床热源进行强制冷却数控机床结构热对称结构（立柱导轨）数控机床结构3.数控机床运动件之间的摩擦要小，要消除传动系统的间隙，达到低速时无爬行，高速时快速响应。4.数控机床应有更好的宜人性。（人机关系及环保）数控机床结构