【正文】 1 數(shù)控技術(shù)教案講義 （ 1） 第一章 緒論 本章重點(diǎn)： 一般了解：數(shù)控機(jī)床的組成、數(shù)控機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn)、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 一、 數(shù)字控制：用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種控制方法。 數(shù)控機(jī)床 ： 國際信息處理聯(lián)盟（ IFIP）第五技術(shù)委員會(huì)，對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義： 一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能邏輯的處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。 二、 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展： （一） 產(chǎn)生： 傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法已滿足不了生產(chǎn)需求 1) 單件小批量生產(chǎn) —— 占 70%，一般用試切 2 法，技術(shù)水平要求高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，精度不高，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。如：普通車、銑、刨、磨床等 2) 工藝流水作業(yè) —— 調(diào)整法加工，生產(chǎn)率提高，精度提高，成本低，品種多，采用組合機(jī)床，多機(jī)床配合，環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，生產(chǎn)停滯。 3) 自動(dòng)機(jī)床：用凸輪控制，適于生產(chǎn)簡單工件，且改型困難 社會(huì)的需求 1) 品種多樣化 2) 零件精度和形狀復(fù)雜程度不斷提高 3) 生產(chǎn)品種的頻繁換型 技術(shù)上的可行性 1) 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明 2) 電子技術(shù)的發(fā)展 3 a、 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 b、 各種 功能優(yōu)越件的產(chǎn)生 c、 大規(guī)模集成電路的出現(xiàn) 3) 新穎機(jī)械結(jié)構(gòu)的出現(xiàn) a、 滾珠絲杠 — 代替普通絲杠，動(dòng)作更靈活，間隙更小，精度提高 b、 滾動(dòng)導(dǎo)軌 — 代替滑動(dòng)導(dǎo)軌，移動(dòng)靈活，克服爬行和前沖現(xiàn)象 4) 機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的研究成果 使機(jī)床的剛度更好，主軸轉(zhuǎn)速更高，抗振性提高 由于生產(chǎn)的發(fā)展要求出現(xiàn)新的生產(chǎn)工具，而在技術(shù)上又已具備了條件，于是在 1948 年，美國帕森斯公司提出應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制機(jī)床加工的設(shè)想，并與麻省理工學(xué)院合作進(jìn)行研制工作。 1952 年試制成功第一臺(tái)三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床。 1958 年我國開始研制數(shù)控機(jī)床。 (二 ) 發(fā)展： 4 1952—— 1959 年，電子管制成數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng) 1959—— 1965 年，晶體管制成數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng) 1965—— 1970 年，小規(guī)模集成電路 1970—— 1974 年，大規(guī)模集成電路 1974—— ，微型計(jì)算機(jī) 三、 數(shù)控機(jī)床的組成： 數(shù)字控制計(jì)算機(jī)：處理加工程序，輸出各種信號(hào)，控制機(jī)床完成各種運(yùn)動(dòng)。 PC 控制部分：介于控制計(jì)算機(jī)和機(jī)械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)，接受計(jì)算機(jī)輸出的指令信號(hào)，經(jīng) 過編譯、邏輯判斷、功率放大后，直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械部件，完成相應(yīng)的動(dòng)作。 以上兩部分加上輸入輸出設(shè)備、驅(qū)動(dòng)裝置等可以和 稱為 —— 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ Computerized Numerical 數(shù)字控制計(jì)算機(jī) PC控制部分 伺服系統(tǒng) 液壓、氣動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械部分 5 Control System）也可簡稱為 CNC 系統(tǒng) 。 目前通常所 說的數(shù)控系統(tǒng)，一般均指計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。 液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)：輔助裝置，用來實(shí)現(xiàn)潤滑、冷卻、夾緊、轉(zhuǎn)位、排屑等功能。 機(jī)械部分：包括主運(yùn)動(dòng)部件（主軸）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部分（工作臺(tái)、拖板、床身等） 伺服系統(tǒng)：根據(jù) CNC 發(fā)來 的速度和位移指令，控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向、位移。 四、 數(shù)控機(jī)床的加工運(yùn)動(dòng)： 主運(yùn)動(dòng)（ 控制主運(yùn)動(dòng)可以得到合理的切削速度 ）一般指主軸轉(zhuǎn)速。 數(shù)控機(jī)床需要無級(jí)變速，一般采用變頻器控制變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。如： XKA714 采用日本安川變頻器，河北變頻電機(jī)。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（ 控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以得到不同的加工表面 ）用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)來控制絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)或刀具在二維、三維空間內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)，加工出各種曲面。 6 五、 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： ，質(zhì)量穩(wěn)定 傳動(dòng)精度高（滾珠絲杠），摩擦阻力小 （滾動(dòng)導(dǎo)軌），設(shè)有檢測元件（矯正誤差）程序自動(dòng)加工，避免認(rèn)為誤差。 2..生產(chǎn)率高，采用高硬度的硬質(zhì)合金刀具，因而切削速度提高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，空行程速度快：15m/min~240m/min，因而縮短了輔助時(shí)間。 ，一次裝夾可完成多種加工，消除因重復(fù)定位而帶來的誤差。如：數(shù)空鏜銑床、縱切機(jī)床。 ，要換零件品種，只需改變程序。 ，如：螺旋槳面 ，有較高經(jīng)濟(jì)效益。 缺點(diǎn) ： 格昂貴，一次性投資大 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 7 ，或塑料貼面導(dǎo)軌 4．采取了傳動(dòng)消除間隙機(jī)構(gòu)，提高了傳動(dòng)精度 六、 分類： 點(diǎn)位控制系統(tǒng)：孔坐標(biāo)位置精度要求高，如：鉆床、鏜床、沖床等 . 輪廓加工控制系統(tǒng)：刀具軌跡運(yùn)動(dòng)精度要求高，如銑床 ： 1）開環(huán)系統(tǒng) — 無位置檢測裝置 2）閉環(huán)系統(tǒng) — 檢測元件裝在床身和移動(dòng)部件上 3）半閉環(huán)系統(tǒng) — 檢測元件裝在電機(jī)尾部 ： 二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) —— 數(shù)控車床 三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) —— 數(shù)控銑床 在工作臺(tái)上裝數(shù)控分度頭，即四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，使工作臺(tái)沿 X 軸可轉(zhuǎn)動(dòng)，即軸聯(lián)動(dòng)。 8 機(jī)械手 七、 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢： ：提高機(jī)床的綜合性能 、高精度發(fā)展：分辨率可達(dá) 微米，進(jìn)給速度可達(dá) 400~800mm/min ，利用率：自動(dòng)換刀 塊化：控制單元、伺服單元、機(jī)械部件已模塊化生產(chǎn)，需要時(shí)組裝，如： XKA714 機(jī)械部分北京一機(jī)床， CNC 西門子生產(chǎn) 、圖象編程、顯示功能：計(jì)算機(jī)編程 八、 九、數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn) 單機(jī) 單機(jī) 單機(jī) ... FMS 柔性制造系統(tǒng) FMS FML 柔性制造生產(chǎn)線 FA 自動(dòng)化工廠 FML FMS... FML... 9 數(shù)控機(jī)床是新型的自動(dòng)化機(jī)床，它具有廣泛通用性和很高的自動(dòng)化程度。數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化最重要的環(huán)節(jié)，是發(fā)展柔性生產(chǎn)的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床在加工下面一些零件中更能顯示優(yōu)越性： 1) 批量?。?200 件以下）而又多次生產(chǎn)的零件 2) 幾何形狀復(fù)雜的零件 3) 在加工過程 中必須進(jìn)行多種加工的零件 4) 切削余量大的零件 5) 必須嚴(yán)格控制公差（即公差帶范圍?。┑牧慵? 6) 工藝設(shè)計(jì)經(jīng)常變化的零件 7) 加工過程中的錯(cuò)誤會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重零件 8) 需要全部檢驗(yàn)的零件，等 10 第二章零件加工程序的編制 第一節(jié) 概述 本節(jié)重點(diǎn)： 一、數(shù)控加工基本原理 二、數(shù)控機(jī)床程序編制的內(nèi)容和步驟 主要內(nèi)容：分析零件圖、確定加工工藝過程、進(jìn)行數(shù)學(xué)處理、編寫程序清單、制作控制介質(zhì)、進(jìn)行程序檢查、程序輸 入、工件試切 步驟： 零件圖紙 工藝分析 穿孔帶 數(shù)據(jù)計(jì)算 編程 控制機(jī) 伺服電機(jī) 伺服電機(jī) 伺服電機(jī) 機(jī)床部件 機(jī)床部件 機(jī)床部件 成品 分析零件圖紙 工藝處理 數(shù)學(xué)處理 編寫程序清單 程序輸入 程序檢查 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床試切 零件毛坯 成品零件 11 分析零件圖，決定加工方案，確定加工順序，設(shè)計(jì)夾具，選擇刀具，確定走刀路線，切削用量等。正確選擇對(duì)刀點(diǎn)、切入方式。 建立工件坐標(biāo)系，確定加工路線，計(jì)算出各幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓心坐標(biāo)值。（復(fù)雜零件或不規(guī)則零件坐標(biāo)點(diǎn)不好找，可以借助 CAD 畫圖求出） 根據(jù)所使用的數(shù)控系統(tǒng)指定的代碼及格式編寫程序。 以前用穿孔帶 作為介質(zhì)，通過紙帶閱讀機(jī)送入數(shù)控系統(tǒng)?，F(xiàn)在可以直接用鍵盤輸入，或在計(jì)算機(jī)中編好后通過相應(yīng)的軟件及接口傳入程序。 程序必須經(jīng)過檢查校驗(yàn)試切后才可使用。 12 可以通過空運(yùn)行程序檢查軌跡是否正確，還可以用圖形模擬功能。 首件試切時(shí)，一般單段運(yùn)行，監(jiān)視加工狀況，隨時(shí)調(diào)整參數(shù)，出現(xiàn)問題，立刻停車。 三、數(shù)控機(jī)床編程方法 1) 手工編程 由人工完成零件圖紙分析、工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編寫程序清單，直到程序輸入、校驗(yàn)，稱為“手工編程”。 此種方法適用于點(diǎn)位或幾何形狀不太復(fù)雜的零件 。 2）自動(dòng)編程 所謂“自動(dòng)編程”，就是使用計(jì)算機(jī)或編程機(jī)，完成零件編程的過程，使用規(guī)定的語言手工編寫一個(gè)描述零件加工要求的程序，輸入計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算并生成程序。 PowerMill、 Mastercam、 CAXA 等可先畫出零件的三維實(shí)體圖，設(shè)置好加工參數(shù)、路徑，可以自動(dòng)生成加工程序。 此方法適用于復(fù)雜曲面的零件或幾何元素不復(fù)雜，但程序量很大的零件。 手工編程時(shí)間：加工時(shí)間約為 30： 1 且 NC 機(jī)床不能開動(dòng)的 13 原因中 20%~30%是由于程序不能及時(shí)編出造成的，所以必須要求編程自動(dòng)化。 第二節(jié)、數(shù)控機(jī)床編程的基礎(chǔ)知識(shí) 本節(jié)重點(diǎn)： 國際上已形成了兩個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）標(biāo)準(zhǔn)和美國電子工業(yè)學(xué)會(huì)（ EIA）標(biāo)準(zhǔn)。我國根據(jù) ISO標(biāo)準(zhǔn)制定了JB305182《數(shù)字控制機(jī)床坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向的命名》等國標(biāo)。由于生產(chǎn)廠家使用標(biāo)準(zhǔn)不完全統(tǒng)一，使用代碼、指令含義也不完全相同，因此需參照機(jī)床編程手冊(cè)。 程序結(jié)構(gòu)與格式 一個(gè)完整的零件加工程序，由若干程序段組成； 一個(gè)程序段，序號(hào)、若干代碼字和結(jié)束符號(hào)組成； 每個(gè)代碼字，由字母和數(shù)字組 成。 例：（程序段） / N3 G00 X10 Z10 M3 S650 ； 程序段結(jié)束符 輔助功能代碼 坐標(biāo)值 14 刀具初始位置 準(zhǔn)備功能代碼 程序段序列號(hào) 選擇程序段跳過符 例：設(shè) X0=0 Y0=0 Z0=100 Xi=100 Yi=80 Zi=35 用同一把鉆頭加工 A、 B兩孔，加工程序如下： O2020（程序名，一個(gè)完整程序存放在內(nèi)存中的首地址表識(shí)符。西門子 用 “%”， FANUC用 “O”） N001 G91 G00 M03 S650； 快速定位到 A點(diǎn) ， 主軸正 轉(zhuǎn) ， 轉(zhuǎn)速 650 N002 ； 刀具下降 33mm， 距工件 2mm N003 G01 F100； 直線插補(bǔ) ， 刀具向下工進(jìn) 26mm穿透工件 N004 G00 ； 快速返回 N005 ； 快速定位到 B點(diǎn) N006 G01 ； 刀具向下工進(jìn) 17mm，進(jìn)入到工件內(nèi) 15mm N007 G04 F2； 暫停 2秒 N008 G00 ； 刀具快速上移 50mm N009 ；返回起始點(diǎn) N010 M02； 程序結(jié)束 一個(gè)程序段包含三部分： 程序標(biāo)號(hào)字（ N字） +程序主體 +結(jié)束符 15 （ 1）程序標(biāo)號(hào)字（ N字）：也成為程序段號(hào)，用以識(shí)別和區(qū)分程序段的標(biāo)號(hào)，不是所有程序段都要有標(biāo)號(hào)，但有標(biāo)號(hào)便于查找，對(duì)于跳轉(zhuǎn)程序來說，必須有程序段號(hào)，程序段號(hào)與執(zhí)行順序無關(guān)。 （ 2）結(jié)束符號(hào)：用 “； ”，有些系統(tǒng)用 “*”或 “LF”，任何程序段都必須有結(jié)束符，否則不與執(zhí)行。（一般情況下，在數(shù)控系統(tǒng)中直接編程時(shí) ，按回車鍵，可自動(dòng)生成結(jié)束符，但在電腦中編程時(shí)，需手工輸入結(jié)束符） （ 3）程序段主體部分：一個(gè)完整加工過程，包括各種控制信息和數(shù)據(jù)，由一個(gè)以上功能字組成。功能字包括：準(zhǔn)備功能字（ G），坐標(biāo)字（ X、 Y、 Z），輔助功能字（ M），進(jìn)給功能