【正文】 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 書(shū)名： 數(shù)控編程與操作 ISBN： 9787111461760 作者： 陳文杰 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社 本書(shū)配有電子課件 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 第 1章 數(shù)控技術(shù)概論 數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ) 加工中心操作工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 數(shù)控機(jī)床的主要功能 常用數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床主要由以下 6部分組成 (如圖 )。 圖 數(shù)控機(jī)床的組成 1．計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置 (CNC裝置 ) 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心，其主要作用是根據(jù)輸入的工件加工程序或操作命令進(jìn)行譯碼、運(yùn)算、控制等相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件 (伺服單元、驅(qū)動(dòng)單元和 PLC等 )，完成工件加工程序或操作者所要求的工作。它主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、 PLC接口板、通信接口板、擴(kuò)展功能模板以及相應(yīng)的控制軟件的模塊組成。 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 2．伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置 伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置、主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。測(cè)量裝置是指位置和速度檢測(cè)裝置，它是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、位置閉環(huán)控制的必要裝置。主軸運(yùn)動(dòng)的伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)工件加工的切削運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度；進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)工件加工的成形運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度和位置，特點(diǎn)是能靈敏、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn) CNC裝置的位置和速度指令。 3．機(jī)床本體 機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)加工工件的執(zhí)行部件。主要組成有：主運(yùn)動(dòng)部件 (主軸、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) )、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件 (工作臺(tái)、拖板及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) )、支撐件 (立柱、床身等 )以及特殊裝置、自動(dòng)工件交換 (APC)系統(tǒng)、自動(dòng)刀具交換 (ATC)系統(tǒng)和輔助裝置 (如冷卻、潤(rùn)滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等 )。 4．控制介質(zhì)與程序 I/O(輸入 /輸出 )設(shè)備 控制介質(zhì)是記錄工件加工程序的媒介，是人與機(jī)床建立聯(lián)系的介質(zhì)。程序I/O(輸入 /輸出 )設(shè)備是 CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質(zhì)上的工件加工程序輸入 CNC系統(tǒng)，或?qū)⒁颜{(diào)試好的工件加工程序通過(guò)輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的介質(zhì)上。目前數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和程序輸入 /輸出設(shè)備是磁盤(pán)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng) 器等。 此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可利用通信方式進(jìn)行信息交換。這種方式是實(shí)現(xiàn)CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) )與 CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造 )的集成， FMS(柔性制造系統(tǒng) )和CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) )應(yīng)用的基本技術(shù)。目前在數(shù)控機(jī)床上常用的通信方式有：串行通信、自動(dòng)控制專(zhuān)用接口、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 5． PLC及機(jī)床 I/O(輸入 /輸出 )電路和裝置 ? PLC是用于進(jìn)行與邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的 I/O控制部件，它由硬件和軟件組成。機(jī)床 I/O電路和裝置是用于實(shí)現(xiàn) I/O控制的執(zhí)行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開(kāi)關(guān)和接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務(wù)。 ? (1) 接受 CNC的 M、 S、 T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。 ? (2) 接受操作面板和機(jī)床側(cè)的 I/O信號(hào)，送給 CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令，控制 CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。 6．控制面板 控制面板又稱(chēng)操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床 (系統(tǒng) )進(jìn)行信息交互的工具。操作人員可以通過(guò)控制面板對(duì)數(shù)控機(jī)床 (系統(tǒng) )進(jìn)行操作、編程、調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，也可以通過(guò)它了解或查詢(xún)數(shù)控機(jī)床 (系統(tǒng) )的運(yùn)行狀態(tài)。它是數(shù)控機(jī)床的一個(gè) I/O部件，主要由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列 (功能與計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)一樣 )和顯示器等部分組成。 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 1．按控制功能分類(lèi) (1)點(diǎn)位控制機(jī)床 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床只控制刀具或工作臺(tái)，從一個(gè)點(diǎn) (坐標(biāo)位置 )準(zhǔn)確、快速地移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn) (坐標(biāo)位置 )，然后控制第 3個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行切削加工。它具有較高的位置定位精度，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削加工，所以對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡沒(méi)有要求。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床主要用于加工平面內(nèi)的孔系，主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。 (2)直線(xiàn)控制數(shù)控機(jī)床 直線(xiàn)控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)，按規(guī)定的進(jìn)給速度，從一個(gè)點(diǎn)以直線(xiàn)方式準(zhǔn)確地移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)。移動(dòng)過(guò)程中能進(jìn)行直線(xiàn)的切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶著多軸箱軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆、鏜等切削加工，它可以算做一種直線(xiàn)控制的數(shù)控機(jī)床。 (3)輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床具有控制幾個(gè)軸同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的能力，即坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，能在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)切削加工。這類(lèi)數(shù)控機(jī)床有用于加工曲線(xiàn)和曲面形狀工件的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等。現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是這種類(lèi)型。若根據(jù)其聯(lián)動(dòng)軸數(shù)還可細(xì)分為 2軸 (X、 Y軸聯(lián)動(dòng)或 X、 Z軸聯(lián)動(dòng) )、 (任意2軸聯(lián)動(dòng)，第 3軸周期進(jìn)給 )、 3軸 (X、 Y、 Z3軸聯(lián)動(dòng) )、 4軸 (X、 Y、 Z和 A或 B4軸聯(lián)動(dòng) )、 5軸 (X、 Y、 Z和 A、 B或 X、 Y、 Z和 A、 C或 X、 Y、 Z和 B、 C5軸聯(lián)動(dòng) )聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多，加工程序的編寫(xiě)越難，通常 3軸聯(lián)動(dòng)以上的工件加工程序只能采用自動(dòng)編程系統(tǒng)編寫(xiě)。 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 2．按進(jìn)給伺服系統(tǒng)類(lèi)型分類(lèi) ? (1) 開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床 ? 開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床采用開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。如圖 簡(jiǎn)圖。由圖可知，開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)沒(méi)有位置反饋裝置，信號(hào)流是單向的 (數(shù)控裝置 → 進(jìn)給系統(tǒng) )，故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。但由于無(wú)位置反饋，精度 (相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng) )不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。該系統(tǒng)一般以步進(jìn)電機(jī)為伺服驅(qū)動(dòng)元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力距不大的場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。 圖 開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 ? (2) 半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 ? 半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)如圖 。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置檢測(cè)點(diǎn)是從驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) (常用交、直流伺服電動(dòng)機(jī) )或絲杠端引出，通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)和絲杠旋轉(zhuǎn)角度來(lái)間接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而不是直接檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置。由于在半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可獲得較穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)穩(wěn)定性雖不如開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。另外，在位置環(huán)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)誤差可得到某種程度的糾正，位置環(huán)外不能直接消除的絲杠螺距誤差、齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差等，可通過(guò)軟件補(bǔ)償來(lái)提高運(yùn)動(dòng)精度，所以在現(xiàn)代 CNC機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 ? (3) 閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 ? 閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng) (如圖 )直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量，具有很高的位置控制精度。但由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線(xiàn)性的，很容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有相當(dāng)?shù)碾y度，對(duì)其環(huán)節(jié)的精度、剛性和傳動(dòng)特性等都有較高的要求，故價(jià)格昂貴。這類(lèi)系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。 圖 閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 數(shù)控編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 ? 3．按工藝用途分類(lèi) ? (1) 切削加工類(lèi) ? 此類(lèi)是指即具有切削加工功能的數(shù)控機(jī)床。在金屬切削機(jī)床常用的車(chē)床、銑床、刨床、磨床、鉆床、鏜床、拉床、切斷機(jī)床、齒輪加工機(jī)床等中，國(guó)內(nèi)外都開(kāi)發(fā)了數(shù)控機(jī)床，而且品種分得越來(lái)越細(xì)。比如，在數(shù)控磨床中不僅有數(shù)控外圓磨床，數(shù)控內(nèi)圓磨床，集磨外圓，內(nèi)圓于一機(jī)的數(shù)控萬(wàn)能磨床，數(shù)控平面磨床，數(shù)控坐標(biāo)磨床，數(shù)控工具磨床，數(shù)控?zé)o心磨床，數(shù)控齒輪磨床，還有專(zhuān)用或?qū)ｉT(mén)化的數(shù)控軸承磨床、數(shù)控外螺紋磨床、數(shù)控內(nèi)螺紋磨床、數(shù)控雙端面磨床、數(shù)控凸輪軸磨床、數(shù)控曲軸磨床，能自動(dòng)換砂輪的數(shù)控導(dǎo)軌磨床等，還有工藝范圍更廣的車(chē)削中心、加工中心和柔性制造單元等。 ? (2) 成型加工類(lèi) ? 此類(lèi)是指具有通過(guò)物理方法改變工件形狀功能的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)控彎管機(jī)和數(shù)控旋壓機(jī)等。 ? (3) 特種加工類(lèi) ? 此類(lèi)是指具有特種加工功能的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控電火花線(xiàn)切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、帶有自動(dòng)換電極功能的 “ 電加工中心 ” 、數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控激光熱處理機(jī)