【正文】 ed 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) 。 (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，控制機(jī)床完成各種運(yùn)動(dòng)。 1952 年試制成功第一臺(tái)三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床。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。該系統(tǒng)能邏輯的處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。 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)字化信號對機(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。 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。 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。 1958 年我國開始研制數(shù)控機(jī)床。 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，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。 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)。 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。 數(shù)控機(jī)床需要無級變速，一般采用變頻器控制變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)無級變速。 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。 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。如：數(shù)空鏜銑床、縱切機(jī)床。 ，如：螺旋槳面 ，有較高經(jīng)濟(jì)效益。 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。 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。 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)。 程序必須經(jīng)過檢查校驗(yàn)試切后才可使用。 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。 此種方法適用于點(diǎn)位或幾何形狀不太復(fù)雜的零件 。 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。 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。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)。 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、若干代碼字和結(jié)束符號組成； 每個(gè)代碼字，由字母和數(shù)字組 成。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)號字（ N字） +程序主體 +結(jié)束符 15 （ 1）程序標(biāo)號字（ N字）：也成為程序段號，用以識(shí)別和區(qū)分程序段的標(biāo)號，不是所有程序段都要有標(biāo)號，但有標(biāo)號便于查找，對于跳轉(zhuǎn)程序來說，必須有程序段號，程序段號與執(zhí)行順序無關(guān)。（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： （ 1） 準(zhǔn)備功能字（ G字） ：使機(jī)床做某種操作的指令。 非模態(tài) G代碼：只在它所在的程序段內(nèi)有效，如： G0 G9 G0 G09（加、減速） 模態(tài) G代碼：一旦執(zhí)行就一直保持有 16 效，直到被同一模態(tài)組的另一 G代碼替代為止。 X、 Y、 Z， U、 V、 W， P、 Q、 R， A、 B、 C， I、 J、 K （ 3） 進(jìn)給功能字（ F字）： 由地址碼 F和后面表示進(jìn)給速度的若干位數(shù)構(gòu)成。 （ 5） 刀具功能字（ T字） ： T地址字后接若干位數(shù)值，數(shù)值為刀號和刀補(bǔ)號。如 M00、 M0 M0 M04等 （ 7） 刀具偏置字（ D字和 H字） ： D字后接一個(gè)數(shù)值是將規(guī)定在刀具偏置表中的刀具直徑值調(diào)出，當(dāng)程序中有 G41或 G42指令時(shí)，這個(gè)值就是刀具半徑的補(bǔ)償值。 第三節(jié)、坐標(biāo)系 17 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸及其運(yùn)動(dòng)方向a)數(shù)控車床b)立式數(shù)控鏜銑床c)臥式數(shù)控鏜銑床工作臺(tái)本節(jié)重點(diǎn)： 1）數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的確定 2）機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系、參考點(diǎn) 3）工件坐標(biāo)系的設(shè)定 一、坐標(biāo)軸 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系采用直角笛卡爾坐標(biāo)系 ,其基本坐標(biāo)軸為X、 Y、 Z直角坐標(biāo)系。 坐標(biāo)軸方向確定： Z軸：無論哪一種機(jī)床都規(guī)定 Z軸作為平行于主軸中心線的坐標(biāo)軸，如果有多個(gè)主軸，應(yīng)選擇垂直于工件裝夾面的軸為 Z軸。 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) A、 B、 C的方向分別對應(yīng) X、 Y、 Z軸按右手螺旋方向確定。 +X：（ 1） .在刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上（如銑床），如果Z軸水平，當(dāng)從主軸向工件看時(shí)， +X方向指向右方（臥銑）。 （ 2） .在沒有旋轉(zhuǎn)刀具、沒有旋轉(zhuǎn)工件的機(jī)床上（牛頭刨）， X軸平行于主要切削方向。 二、坐標(biāo)原點(diǎn) ：現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般都有一個(gè)基準(zhǔn)位置，稱為機(jī)床原點(diǎn)（ machine origin）或機(jī)床絕對原點(diǎn) (machine absolute origin)。一般用 “M”表示。 ： 與機(jī)床原點(diǎn)相對應(yīng)的還有一個(gè)機(jī)床參考點(diǎn)（ reference point）， 用 “R”表示 ， 或用 表示。 19 ： （ program origin） 編程員在數(shù)控編程過程中定義在工件上的幾何基準(zhǔn)點(diǎn)， 有時(shí)也稱為工件原 點(diǎn) （ part origin），用 “W”表示，或用 表示。 三、坐標(biāo)系 ：機(jī)床原點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)系稱為機(jī)床坐標(biāo)系， 它是固定不變的，是最基本的坐標(biāo)系， 是在機(jī)床返回參考點(diǎn)后建立起來的，一旦建立，除了受斷電影響外，不受程序控制和新設(shè)定坐標(biāo)系影響。 ：程序原點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)系稱為工件坐標(biāo)系， 這個(gè)坐標(biāo)系由編程員自己設(shè)定，只要方便編程即可 。如圖： 例 20 工件x距 離機(jī)床坐標(biāo)系距離xx工件坐標(biāo)系工作臺(tái)工件坐標(biāo)系工件工件距離距離距離刀具機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床參考點(diǎn)建立工件坐標(biāo)系 例 一般數(shù)控系統(tǒng)可以設(shè)定幾個(gè)工件坐標(biāo)系。它們是 G5 G5G5 G5 G5 G5 、 、 。 下面舉例說明機(jī)床參考點(diǎn)、機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系的建立及關(guān)系： 21 基準(zhǔn)點(diǎn)確定工件坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系 如圖： 通過給機(jī)床參考點(diǎn)賦值 X= Y=2，定義了機(jī)床坐標(biāo)系，然后在機(jī)床坐標(biāo)系中用坐標(biāo)值 X= Y=2定義 G54工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)位置。 程序如下： N1 G00 G90 G54 X10 Y10； N2 G01 X30 F100； N3 X10 Y20； N4 G00 G53 X10 Y20； 22 工件坐標(biāo)系 工件坐標(biāo)系N5 X0 Y0； N6 G28 X0 Y0； 舉例說明工件坐標(biāo)系與工 件坐標(biāo)系的關(guān)系 程序如下： G54；