【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 寸和刀具壽命的管理及刀具選擇功能。刀具幾何尺寸是指刀具的半徑和長(zhǎng)度，這些參數(shù)供刀具補(bǔ)償功能使用。刀具壽命是指總計(jì)切削時(shí)間，當(dāng)某刀具的時(shí)間壽命到期時(shí)，CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具。另外，CNC系統(tǒng)都具有T功能即刀具號(hào)管理功能，它用于標(biāo)識(shí)刀庫(kù)中的刀具和自動(dòng)選擇加工刀具。10．人機(jī)對(duì)話功能在CNC裝置中配有單色或彩色陰極射線管，俗稱顯示器（CRT），通過軟件可實(shí)現(xiàn)字符和圖形的顯示，以方便用戶操作和使用。主要功能有：菜單結(jié)構(gòu)的操作界面；數(shù)據(jù)及零件加工程序的輸入及環(huán)境編輯；系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢等。11．自診斷功能是指CNC系統(tǒng)防止故障發(fā)生及故障診斷、故障定位和防止故障擴(kuò)大的功能。12．通訊功能通訊功能是指CNC裝置與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能。備注第二節(jié)數(shù)控加工原理與數(shù)控加工工藝概述數(shù)控加工是根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序（簡(jiǎn)稱為數(shù)控程序），輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機(jī)床中刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而完成零件的加工。數(shù)控加工技術(shù)是將普通金屬切削加工、計(jì)算機(jī)數(shù)控、計(jì)算機(jī)輔助制造等技《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容術(shù)綜合的一門先進(jìn)加工技術(shù)。在以上各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步推動(dòng)下，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展下，數(shù)控加工技術(shù)正從深度、廣度上對(duì)機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行革命性的變革。備注一、數(shù)控加工原理1．?dāng)?shù)控加工的過程首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、加工過程中主軸速度和進(jìn)給速度的變換、冷卻液的開關(guān)、工件和刀具的交換等控制和操作，都按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序，然后將該程序送入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動(dòng)作相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成零件的加工。2．?dāng)?shù)控加工中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程（1）譯碼譯碼程序的主要功能是將用文本格式（通常用ASCⅡ碼）表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成刀補(bǔ)處理程序所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式），該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來(lái)描述一個(gè)程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標(biāo)值，進(jìn)給速度，主軸轉(zhuǎn)速，G代碼，M代碼，刀具號(hào)，子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù)或標(biāo)志的存放順序和格式。（2）刀補(bǔ)處理（計(jì)算刀具中心軌跡）為方便編程，零件加工程序通常是按零件輪廓或按工藝要求設(shè)計(jì)的進(jìn)給路線編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過程中控制的是刀具中心（準(zhǔn)確說是刀位點(diǎn)）軌跡，因此在加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡。刀補(bǔ)處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的處理程序。（3）插補(bǔ)計(jì)算數(shù)控編程提供了刀具運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡，而刀具怎么從起點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡走向終點(diǎn)則由數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件來(lái)控制。該程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期DT定時(shí)運(yùn)行，它將由各種線形（直線、圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進(jìn)給速度F，實(shí)時(shí)計(jì)算出各個(gè)進(jìn)給軸在DT內(nèi)的位移指令（DXDY?），并送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)。（4）PLC控制CNC系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的控制分為對(duì)各坐標(biāo)軸的速度和位置的“軌跡控制”和對(duì)機(jī)床動(dòng)作的“順序控制” 或稱“邏輯控制”。后者是指在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開關(guān)信號(hào)狀態(tài)為條件，并按預(yù)先規(guī)定的邏輯關(guān)系對(duì)諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行的控制。PLC控制就是實(shí)現(xiàn)上述功能的功能模塊。數(shù)控加工原理就是將預(yù)先編好的加工程序以數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過譯碼、刀補(bǔ)處理、插補(bǔ)計(jì)算等數(shù)據(jù)處理和PLC協(xié)調(diào)控制，最終實(shí)現(xiàn)零件《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容 的自動(dòng)化加工。備注二、數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的概念、主要內(nèi)容及特點(diǎn)（一）數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的概念1．?dāng)?shù)控加工工藝是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)所運(yùn)用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個(gè)數(shù)控加工工藝過程。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來(lái)的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。2．?dāng)?shù)控加工工藝過程是利用切削工具在數(shù)控機(jī)床上直接改變加工對(duì)象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。（二）數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的主要內(nèi)容（1）選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容；（2）對(duì)零件圖紙進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析；（3）零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定值的確定；（4）數(shù)控加工工藝方案的制定；（5）工步、進(jìn)給路線的確定；（6）選擇數(shù)控機(jī)床的類型；（7）刀具、夾具、量具的選擇和設(shè)計(jì)；（8）切削參數(shù)的確定；（9）加工程序的編寫、校驗(yàn)與修改；（10）首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問題處理；（11）數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔。（三）數(shù)控加工工藝的特點(diǎn) 1．?dāng)?shù)控加工工藝內(nèi)容要求具體、詳細(xì) 2．?dāng)?shù)控加工工藝要求更嚴(yán)密、精確3．制定數(shù)控加工工藝要進(jìn)行零件圖形的數(shù)學(xué)處理和編程尺寸設(shè)定值的計(jì)算 4．制定數(shù)控加工工藝選擇切削用量時(shí)要考慮進(jìn)給速度對(duì)加工零件形狀精度的影響5．制定數(shù)控加工工藝時(shí)要特殊強(qiáng)調(diào)刀具選擇的重要性 6．?dāng)?shù)控加工工藝的特殊要求7．?dāng)?shù)控加工程序的編寫、校驗(yàn)與修改是數(shù)控加工工藝的一項(xiàng)特殊內(nèi)容三、數(shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系1．?dāng)?shù)控程序輸入數(shù)控機(jī)床，執(zhí)行一個(gè)確定的加工任務(wù)的一系列指令，稱為數(shù)控程序或零件程序。2．?dāng)?shù)控編程即把零件的工藝過程、工藝參數(shù)及其它輔助動(dòng)作，按動(dòng)作順序和數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令、格式，編成加工程序，再記錄于控制介質(zhì)即程序載體（磁盤等），輸入數(shù)控裝置，從而指揮機(jī)床加工并根據(jù)加工結(jié)果加以修正的過程。3．?dāng)?shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系數(shù)控加工工藝分析與處理是數(shù)控編程《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容 的前提和依據(jù)，沒有符合實(shí)際的、科學(xué)合理的數(shù)控加工工藝，就不可能有真正可行的數(shù)控加工程序。而數(shù)控編程就是將制定的數(shù)控加工工藝內(nèi)容程序化。備注第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系1．標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方向標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系采用右手直角笛卡兒定則。基本坐標(biāo)軸為X、Y、Z并構(gòu)成直角坐標(biāo)系，相應(yīng)每個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別為A、B、C?；咀鴺?biāo)軸X、Y、Z的關(guān)系及其正方向用右手直角定則判定，拇指為X軸，食指為Y軸，中指為Z軸，圍繞X、Y、Z各軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋定則判定，拇指為X、Y、Z的正向，四指彎曲的方向?yàn)閷?duì)應(yīng)的A、B、C的正向。與+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向相應(yīng)用帶“′”的+X′、+Y′、+Z′、+A′、+B′、+C′表示。注意，+X′、+Y′、+Z′之間不符合右手直角笛卡兒定則。由于數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸既可以是刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)，也可以是反之，所以ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：（l）不論機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)是工件靜止、刀具運(yùn)動(dòng)，或是工件運(yùn)動(dòng)、刀具靜止，在確定坐標(biāo)系時(shí)，一律看作是刀具相對(duì)靜止的工件運(yùn)動(dòng)。（2）機(jī)床的直線坐標(biāo)軸X、Y、Z的判定順序是：先Z軸，再X軸，最后按右手定則判定Y軸。（3）坐標(biāo)軸名（X、Y、Z、A、B、C）不帶“′”的表示刀具運(yùn)動(dòng)；帶“′”的表示工件運(yùn)動(dòng)，如圖116所示。（4）增大工件與刀具之間距離的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸正方向。2．坐標(biāo)軸判定的方法和步驟（1）Z軸規(guī)定平行于機(jī)床主軸軸線的坐標(biāo)軸為Z軸。對(duì)于有多個(gè)主軸或沒有主軸的機(jī)床（如刨床），標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定垂直于工件裝夾面的軸為Z軸。對(duì)于能擺動(dòng)的主軸，若在擺動(dòng)范圍內(nèi)僅有一個(gè)坐標(biāo)軸平行主軸軸線，則該軸即為Z軸，若在擺動(dòng)范圍內(nèi)有多個(gè)坐標(biāo)軸平行主軸軸線，則規(guī)定其中垂直于工件裝夾面的坐標(biāo)軸為Z軸。規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸的正方向（+Z）。（2）X軸對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座，刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)閄軸正方向；對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的立式機(jī)床，規(guī)定水平方向?yàn)閄軸方向，且當(dāng)從刀具（主軸）向立柱看時(shí)，X正向在右邊；對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的臥式機(jī)床，規(guī)定水平方向仍為X軸方向，且從刀具（主軸）尾端向工件看時(shí)，右手所在方向?yàn)閄軸正方向。（3）Y軸《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容Y軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸。Y軸的正方向根據(jù)X和Z坐標(biāo)軸的正方向按照右備注手直角笛卡兒定則來(lái)判斷。（4）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)A、B和CA、B和C表示其軸線分別平行于X、Y和Z坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。A、B和C的正方向可按右手螺旋定則確定。（5）附加坐標(biāo)軸的定義如果在X、Y、Z坐標(biāo)以外，還有平行于它們的坐標(biāo)，可分別指定為U、V、W。若還有第三組運(yùn)動(dòng)，則分別指定為P、Q和R。（6）主軸正旋轉(zhuǎn)方向與C軸正方向的關(guān)系主軸正旋轉(zhuǎn)方向從主軸尾端向前端（裝刀具或工件端）看順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為主軸正旋轉(zhuǎn)方向。對(duì)于普通臥式數(shù)控車床，主軸的正旋轉(zhuǎn)方向與C軸正方向相同。對(duì)于鉆、鏜、銑、加工中心機(jī)床，主軸的正旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橛倚菁y進(jìn)入工件的方向，與C軸正方向相反。所以不能誤認(rèn)為C軸正方向即為主軸正旋轉(zhuǎn)方向。二、機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系1．機(jī)床坐標(biāo)系與機(jī)床原點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn)（1）機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，是用來(lái)確定工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系，是確定刀具（刀架）或工件（工作臺(tái)）位置的參考系，并建立在機(jī)床原點(diǎn)上。機(jī)床坐標(biāo)系各坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)正方向按前述標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系規(guī)定設(shè)定。（2）機(jī)床原點(diǎn)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都有一個(gè)基準(zhǔn)位置，稱為機(jī)床原點(diǎn)，是機(jī)床制造商設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)物理位置，其作用是使機(jī)床與控制系統(tǒng)同步，建立測(cè)量機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的起始點(diǎn)。（3）機(jī)床參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的還有一個(gè)機(jī)床參考點(diǎn)，它也是機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，通常不同于機(jī)床原點(diǎn)。一般來(lái)說，加工中心的參考點(diǎn)設(shè)在工作臺(tái)位于負(fù)極限位置時(shí)的一基準(zhǔn)點(diǎn)上。2．工件坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)（1）工件坐標(biāo)系編程人員在編程時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系，也稱為編程坐標(biāo)系。（2）工件坐標(biāo)系原點(diǎn)也稱為工件原點(diǎn)或編程原點(diǎn)，一般用G92或G54~G59指令指定。（3）工件坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的確定坐標(biāo)原點(diǎn)選定后，接著就是坐標(biāo)軸的確定。工件坐標(biāo)系坐標(biāo)軸確定的原則為：根據(jù)工件在機(jī)床上的安放方向與位置決定Z軸方向，即工件安放在數(shù)控機(jī)床上時(shí)，工件坐標(biāo)系的Z軸與機(jī)床坐標(biāo)系Z軸平行，正方向一致，在工件上通常與工件主要定位支撐面垂直；然后，選擇零件尺寸較長(zhǎng)方向或切削時(shí)的主要進(jìn)給方向《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容為X軸方向，在機(jī)床上安放后，其方位與機(jī)床坐標(biāo)系X軸方位平行，正向一致；過原點(diǎn)與X、Z軸垂直為Y軸，根據(jù)右手定則，確定Y軸的正方向。3．裝夾原點(diǎn)有的機(jī)床還有一個(gè)重要的原點(diǎn)，即裝夾原點(diǎn)，是工件在機(jī)床上安放時(shí)的一個(gè)重要參考點(diǎn)。備注第四節(jié)插補(bǔ)原理及與加工精度和加工效率的關(guān)系一、數(shù)控加工軌跡控制原理——插補(bǔ)原理插補(bǔ)的任務(wù)就是要根據(jù)進(jìn)給速度的要求，完成在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算。目前常用的插補(bǔ)方法有兩類：脈沖增量插補(bǔ)法和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法。（一）脈沖增量插補(bǔ)脈沖增量插補(bǔ)是模擬硬件插補(bǔ)的原理，把計(jì)算機(jī)每次插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生的指令輸出到伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)給脈沖進(jìn)給，以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)每發(fā)出一個(gè)脈沖，工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)基本長(zhǎng)度單位（脈沖當(dāng)量），并且每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)行程增量，每進(jìn)給一步（一個(gè)脈沖當(dāng)量），計(jì)算機(jī)就要進(jìn)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，進(jìn)給速度受計(jì)算機(jī)插補(bǔ)速度的限制，因此很難滿足現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床高速度的要求。（二）數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)原理是將加工一段直線或圓弧的時(shí)間劃分為若干相等的插補(bǔ)周期，每經(jīng)過一個(gè)插補(bǔ)周期就進(jìn)行一次插補(bǔ)計(jì)算，算出在該插補(bǔ)周期內(nèi)各坐標(biāo)軸的進(jìn)給量，邊計(jì)算邊加工，若干次插補(bǔ)周期后完成一個(gè)曲線段的加工，即從曲線段的起點(diǎn)走到終點(diǎn)。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是根據(jù)用戶程序的進(jìn)給速度，將給定輪廓曲線分割為每一插補(bǔ)周期的進(jìn)給段，即輪廓步長(zhǎng)。每一個(gè)插補(bǔ)周期，執(zhí)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，計(jì)算出下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)（動(dòng)點(diǎn)）坐標(biāo)，從而計(jì)算出下一周期各個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給量，如DX、DY等，進(jìn)而得出下一插補(bǔ)點(diǎn)的指令位置。插補(bǔ)周期可以等于采樣周期，也可以是采樣周期的整倍數(shù)。對(duì)于直線插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)的直線段與給定直線重合。對(duì)于圓弧插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)的直線段以弦線（或切線、割線）逼近圓弧。圓弧插補(bǔ)常用弦線逼近的方法。如圖125所示，用弦線逼近圓弧，會(huì)產(chǎn)生逼近誤差er。設(shè)d為在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)逼近弦所對(duì)應(yīng)的圓心角、r為圓弧半徑，則d246。230。er=r231。1cos247。（114）2248。232。230。d246。將上式中的cos231。247。用冪級(jí)數(shù)展開，得232。2248?！稊?shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容d246。230。er=r231。1cos247。2248。232。2236。249。252。(d2)4239。233。(d2)239。=r237。1234。1+L253。2!4!239。235。239。238。234。254。備注=d28r（115）設(shè)T為插補(bǔ)周期，F(xiàn)為刀具進(jìn)給速度，則進(jìn)給步長(zhǎng)（或插補(bǔ)步長(zhǎng)）l為 l=TF 用進(jìn)給步長(zhǎng)l代替弦長(zhǎng)，有d187。lr=TFr將上式代入式（115），得l21(TF) er==（116）8r8r式（116）反映了逼近誤差er與插補(bǔ)周期T、進(jìn)給速度F和圓弧半徑r的關(guān)系。根據(jù)式116，可以得到一個(gè)關(guān)系式：l163。8er允r（117）式中er允——輪廓曲線允許的逼近誤差；r——圓弧半徑；l——輪廓步長(zhǎng)，即單位時(shí)間（插補(bǔ)周期）內(nèi)的進(jìn)給量。二、插補(bǔ)原理、進(jìn)給速度與加工精度和加工效率的關(guān)系從式116可以看出，逼近誤差與進(jìn)給速度、插補(bǔ)周期的平方成正比，與圓弧半徑成反比。較小的插補(bǔ)周期，可以在小半徑圓弧插補(bǔ)時(shí)允許較大的進(jìn)給速度。從另一角度講，進(jìn)給速度、圓弧半徑一定的條件下，插補(bǔ)周期越短，逼近誤差就越小。對(duì)于一個(gè)確定的數(shù)控系統(tǒng)，插補(bǔ)周期一般是固定的，插補(bǔ)周期確定之后，一定的圓弧半徑，應(yīng)有與之對(duì)應(yīng)的最大進(jìn)給速度限定，以保證逼近誤差er不超過允許值。對(duì)脈沖增量插補(bǔ)，進(jìn)給速度越快，則脈沖當(dāng)量值越大，加工誤差也就越大，插補(bǔ)周期越短，插補(bǔ)精度越高；進(jìn)給速度越快，插補(bǔ)精度越低，但效率越高。當(dāng)加工精度要求很高（如微米級(jí)）時(shí)，在數(shù)控系統(tǒng)一定的情況下，進(jìn)給速度的快慢將影響工件的形狀精度，同時(shí)自然影響加工效率。