数控机床加工

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(二)特点及应用 1.自动化程度高,能适应不同零件的自动加工,生产准备 周期短,利于更新换代; 2.生产率、加工精度高,生产质量稳定 (1)定位精度0.03mm,重复时0.01mm (2)采用较大切削用量,自动换速,自动换刀,无需工序 间检测;较普通机床提高3~4倍 (3)机床本身精度高,可利用软件进行精度校正和补偿 3.工序集中——一机多用 4.能高效、优质完成复杂型面零件的加工, 5.高技术设备
*参考点:为缩短返回原点的时间,根据实际加工需要设 置机床原点。
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(3)工件坐标系 <1> 以工件设计尺寸为依据建立的坐标系,目的是方便编程; <2> 编程尺寸按工件坐标系中的尺寸确定; <3> 工件原点偏置:测得的工件原点与机床原点之间的距离 称为工件原点偏置,加工前预存到数控系统中,加工时,偏 置量自动加到工件坐标上,使机床实现准确的坐标运动 所以:编程人员可以不考虑工件在机床上的安装位置,直接 按图纸尺寸编程。
(3)数控装置,及强电控制装置 ① 核心:接受输入装置的脉冲信号,经系统软件或逻辑电路进 行译码,运算处理或输出各种信号和指令,控制机床各个部分 进行规定有序的动作。 ② 输出信号:由插补运算决定的各坐标轴的进给位移量、进给 方向和速度的指令,伺服系统驱动执行部件 *主轴变速、换向,停启等 *选择、交换刀具,控制冷却,润滑,工件松开夹紧,分度等
40 30
y
u
v
B
C
A
X
30 50
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3.G指令、M指令及其他指令 (1)准备功能G指令 <1> 用来规定刀具和工件的相对运动轨迹(插补功能), 机床坐标系,坐标平面,刀具补偿,坐标偏置等 <2> G00~G99共100种,分模态代码,非模态代码 (2)辅助功能M指令 <1> 作用:控制机床开、关功能的指令,如:开、停冷却, 主轴正反转,程序结束等 <2> M00~M99共100个
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M09
冷却关
序号
代码
功能
9 10 11 12 13 14 15
脉冲 指令
步进电机驱 动电路
步进电机
工作台
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(2)闭环:位置检测器安装在工作台上,可直接测出工作 台的实际位置,故反馈精度高于半闭环控制,但掌握调试的 难度较大,常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所 用伺服马达与半闭环相同,位置检测器则用长光栅、长感应 同步器或长磁栅。
工作台
检测元件
脉冲指令 比较 驱动 执行 环节 电路 元件
4.输入加工程序
5.数控装置进行译码,寄存,运算后,控制伺服机构实现 各功能。
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(四)数控机床的组成


数控


装置


CNC


伺服驱动及 位置检测
辅助控制及 强电控制装 置
机床 主运动 进给运动 辅助动作
控制介质 数控装置 伺服系统 机 床 测量装置
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1.程序编制及程序载体
(1)编程
①对加工零件进行工艺分析,再确定:
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2.运动轨迹的坐标计算
(1)根据零件图样尺寸和所确定的加工路线及设定的坐标系, 计算出数控机床所需输入的参数,如:起点,终点等;圆刀 具:刀具中心轨迹,非圆曲线,进行节点计算。
(2)点位控制的一般只需简单的换算;
(3)对轮廓控制:如形状简单(直线,圆弧),一般只算出 交点,切点;当形状复杂时,通用计算机;
信号处理电路 闭环伺服系统
反馈 信号
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(3)半闭环:位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部, 利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服 马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服 马达。
工作台
脉冲指令 比较 驱动
执行
环节 电路 元件
信号处理电路
反馈 信号
半闭环伺服系统
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二、数控加工程序编制 *什么是数控编程:将从零件图纸到获得数控机床所需的控制 介质的全过程称为数控编程, *程序单:记录工艺过程、工艺参数的表格 *对普通机床:由工艺人员制定零件加工工艺规程 (一)一般方法和步骤 1.分析零件图,确定工艺过程 分析内容:材料,形状,尺寸,精度,毛坯形状及热处理等 确定是否适宜在数控机床上加工,以及哪种(车铣磨等) 确定工艺方法和加工路线,选定刀具和切削用量 基本原则:充分发挥机床功效,加工路线短,减少换刀次数。
②零件坐标系在机床坐标系上的相对位置,即零件安装位置;
③刀具与零件相对运动的尺寸参数
④加工工艺路线或加工顺序。工艺参数,以及辅助动作等。
⑤程序载体
制 零件图 定
工 艺
运 动 轨 迹 计 算
编制 写备 程控 序制 单介

程首 序件 校试 核切
机床加工
修改
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(2)输入装置:数控代码转化成电脉冲并送存在数控装置中, 光电阅读机,录放机,软盘驱动器,键盘输入等
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③ 强电控制装置:介于数控装置和机床机械、液压部件之 间的控制系统
主要作用:主运动变速,刀具选择交换,辅助动作等指令, 经编译、判断、功率放大后,直接驱动相应电器,液压,
气动机械部件,完成动作 (4)伺服驱动系统及位置检测: ①由伺服驱动电路和伺服驱动电机组成,与执行部件和传 动部件组成进给系统 ②由指令控制执行部件的进给速度,方向,位移 ③伺服系统有开环、闭环和半闭环之分 (5)机床的机械部分,刀库,机械手
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*Z轴坐标:规定平行于主轴轴线的坐标为Z坐标 无主轴时,规定平行与工件装夹表面的方向为Z坐标方向; 正方向位刀具离开工件方向。
*X轴坐标:如刀具旋转,Z轴水平,则从刀具(主轴)向工件 看时,X轴的正方向指向右边;
Z轴垂直,则从主轴向立柱看:单柱,X轴正向指向右 双柱:从主轴向左立柱看,X正向指向右边 若工件旋转机床:X轴的运动方向是工件的径向并平行于 横向拖板,刀具离开工件旋转中心的方向是X轴正向。 *Y轴坐标:由右手坐标系定
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Z轴垂直,则从主轴向立柱看:单柱,X轴正向指向右 双柱:从主轴向左立柱看,X正向指向右边 若工件旋转机床:X轴的运动方向是工件的径向并平行
于横向拖板,刀具离开工件旋转中心的方向是X轴正向。 *Y轴坐标:由右手坐标系定
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Z X
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Z
x
Y
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(2)机床坐标系及机床原点 <1> 机床坐标系是机床上固有的坐标系,有固定的原点 <2> 基准线;基准面 <3> 目的:确定机床的运动方向和移动距离,确定工件位置, 机床运动部件的特殊位置,(换刀点,参考点等)以及运动 范围; <4> 机床原点:由厂商确定
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(3)EIA (Electronics Industries Association) 和ISO (International Organization for Standardization)的主要区别: (4)代码规律:
所有数字符在b5和b6有孔;字母字符A-O在b7上有孔;
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2.数控机床的坐标 (1)右手直角坐标系 *常以刀具移动时坐标正向为程序编制正向
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序 号
代码
组 别


1
*G00
快速定位
2 3
G01 G02
01
直线差补 圆弧差补(顺时针)
4
G03
圆弧差补(逆时针)
5 6
G04 G10
00
暂停 数据设定
7 8
G20 *G21
06
英制输入 公制输入
主轴速度波动检测
9 10
*G25 G26
08
断 主轴速度波动检测
11 12
G27 G28
00
通 参考点返回检查
参考点返回
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G32
01
螺纹切削
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*G40
取消刀尖半径补偿
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G41
07
刀尖半径左补偿
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G42
刀尖半径右补偿
序号
代码
组别


17 18
G50 G65
坐标系设定,主轴最大速度设
00

调用宏指令
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G70
20
G71
21
G72
22
G73
00
23
G74
24
G75
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G76
精车循环 外圆粗车循环 端面粗车循环 固定形状粗车循环 端面钻孔循环 外圆车槽循环 多头螺纹循环
60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台 机床的直接数控系统(简称DNC),又称群控系统;采用 小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装 置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
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1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型 计算机数控装置(简称MNC),这是第五代数控系统。第五代 与第三代相比,数控装置的功能扩大了一倍,而体积则缩小 为原来的1/20,价格降低了3/4
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(三)程序编制的有关指令代码 *一般以机床说明书为准 1.早期使用穿孔纸带,另有磁带,磁盘(或MDI) (1)优点:能清楚的反应数字,文字,符号,最终变成二 进制的数字指令
机械式代码,便于长期保存 存储的程序量大 (2)标准纸带 五孔(宽17.5mm),用于线切割;八孔(25.4mm),用于 数控机床 根据孔道上有孔、无孔的不同组合表示各种代码
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(4)绝对坐标与增量坐标
<1> 绝对坐标系:所有坐标点 均以某一固定原点计量的坐标 系;
增量坐标系:以运动轨迹 的终点为起点计量的坐标系
<0 Y40
<3> 相对坐标:零件上后一点 的坐标相对于前一点的增量
G91 G01 X-20 Y-10
(3)连续控制系统连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控 制两个或两个以上坐标方向的联合运动。
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2.按检测及反馈分:
(1)开环:开环伺服机构是由步进电机驱动线路,和步进电 机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度,通过滚 珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单, 工作稳定,容易掌握使用,但精度和速度的提高受到限制。
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(五)数控机床分类
1.按控制刀具相对工件移动的轨迹分
(1)点位控制系统:点位控制是只控制刀具或工作台从一 点移至另一点的准确定位,然后进行定点加工,而点与点之 间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床 和数控坐标镗床等。
(2)直线控制系统:直线控制是除控制直线轨迹的起点和 终点的准确定位外,还要控制在这两点之间以指定的进给速 度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床, 以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。
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1959年,制成了晶体管元件和印刷电路板,使数控 装置进入了第二代,体积缩小,成本有所下降;
1960年以后,较为简单和经济的点位控制数控钻床, 和直线控制数控铣床得到较快发展,使数控机床在机械 制造业各部门逐步获得推广
1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅 体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降, 促进了数控机床品种和产量的发展。
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(三)基本工作原理
1.工艺与表面成型方法与普通机床相同,关键是自动控制 原理与方法;
2.数控机床使以数字化信息实现控制的;
3.加工程序:与加工零件有关的信息,如工件与刀具运动 规机的尺寸参数(进给尺寸);切削加工工艺参数(主轴 变速,刀具更换,冷却开停,工件夹紧、松开等)加工信 息;用规范的文字、数字和符号组成的代码,按一定格式 编写成的加工程序单。
一、概述
(一)数控机床的产生
1.结构日趋复杂、精度、性能日趋提高,→效率、精度、 自动化↑
2.自动生产线,专用机床的出现:生产周期,准备时间长, 产品更新慢;
3.70~80%为单件、小批生产,一般用通用机床加工,对曲 面、曲线或复杂零件靠样板或划线加工,或用靠模,精度和 效率低;
4.1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制飞机 螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。 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:电子计算机,自动控制,伺服驱动,精密检测,新型 结构等新技术成果,主要加工曲面零件
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G90
27
G92
01
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G94
外圆车削循环 螺纹车削循环 端面车削循环
29
G96
30
*G97
31
G98
32
*G99
主轴恒线速控制 取消主轴恒线速控制
每分钟进给 每转进给
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序号
代码
功能
1
M00
程序停止
2
M01
选择停止
3
M02
程序结束
4
M03
主轴正转
5
M04
主轴反转
6
M05
主轴停止
7
M08
冷却开
3.编写加工程序单:根据计算出的加工路线数据和一确定的 工艺参数,刀位参数,结合数控系统对输入信息的要求,按 规定的功能指令代码及程序段格式,逐段编写加工程序单。
4.程序输入:手动输入,介质输入,通信输入
5.程序校验
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(二)编程方法 1.手工编程:全部由人工完成,运用 于形状简单的零件,坐标计算简单, 主要直线,圆弧组成的轮廓; 2.自动编程:复杂零件,非圆曲线, 曲面的表面,或程序量大,或进型复 杂的工步与工艺处理的零件(如数控 车削,加工中心等)(通用计算机+ 自动穿孔机)
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