第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念

1、第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念 【教學目標教學目標】 1、了解加工坐標系的概念及確定 2、掌握加工坐標系的設定方法 3、理解加工坐標系確定的原則 4、熟悉機床加工坐標系（FANUC 0M）設定的步驟 【重點、難點重點、難點】 1、加工坐標系的概念 2、加工坐標系的設定方法 3、數(shù)控銑床（ FANUC 0M）加工坐標系的設定 【教學方法教學方法】講授法、演示法 【教具、參考書教具、參考書】實物、掛圖 數(shù)控機床加工工藝與編程 【教學手段教學手段】多媒體課件、計算機、上海宇龍仿真軟件第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念一、

2、概念一、概念1、數(shù)控（NC）機床：采用數(shù)字化信號對機床的運動及加工過程進行控制的機床，稱為數(shù)控機床。2、計算機數(shù)控（CNC）：采用存儲程序的專用計算機來實現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能，則稱為計算機數(shù)控。第一章第一章 數(shù)控機床概述數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念二、數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展二、數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展1、產(chǎn)生 機械產(chǎn)品的自身要求 單件、多品種小批量零件約占80%以上2、發(fā)展1952年 美國Parsons公司和MIT 三坐標數(shù)控立銑床 數(shù)控機床進入實用化階段-復雜曲面加工數(shù)控系統(tǒng)采用電子管元件-電子管時代第一章數(shù)控機床概

3、述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念1959年 采用晶體管和印制板電路-第二代數(shù)控系統(tǒng)1965年 出現(xiàn)小規(guī)模集成電路-第三代數(shù)控系統(tǒng)1970年 出現(xiàn)小型計算機代替專用硬接線裝置第四代數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）1974年 以微處理為核心的數(shù)控系統(tǒng) 第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC系統(tǒng)）第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念3、我國1958年 起步20世紀 60年代末70年代初 研制出一些晶體管式數(shù)控系統(tǒng)20世紀80年代初1985年 進入實用階段19861990年 數(shù)控機床大發(fā)展時期300多種【課堂小結(jié)課堂小結(jié)】本次課主要對數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展進行了學習，這些內(nèi)容是學習好數(shù)控編程這門課的基礎。第一章數(shù)控機

4、床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念1-2數(shù)控機床的工作原理及組成數(shù)控機床的工作原理及組成出示掛圖：一、數(shù)控機床的工作原理一、數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床零件加工的步驟：1、分析零件圖，確定加工方案，用規(guī)定代碼編程2、輸入數(shù)控裝置3、數(shù)控裝置對程序進行譯碼、運算，向機床各伺服機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)信號驅(qū)動執(zhí)引加工零件第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念 二、數(shù)控機床的組成二、數(shù)控機床的組成 1、程序載體 程序包括加工零件所需的全部信息和刀具相對工件的位移信息。 載體穿孔紙帶、磁帶、磁盤（軟盤、硬盤、內(nèi)存RAM） 2、輸入裝置 作用：將程序載體內(nèi)有關加工的信息讀入CNC裝置 穿孔紙帶光電

5、閱讀機 磁帶錄放機 磁盤驅(qū)動器和驅(qū)動卡 MDI手動輸入第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念3、CNC裝置作用：接收輸入裝置輸入的加工信息，完成數(shù)值計算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能。4、伺服系統(tǒng)作用：將數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作指令，轉(zhuǎn)化成機床移動部件的運動。5、位置反饋系統(tǒng)6、機床本體主運動系統(tǒng) 進給運動系統(tǒng) 輔助部分（液壓、氣動、冷卻、潤滑）第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念 1、數(shù)控機床的特點 適合加工復雜零件 由于數(shù)控裝置具有高超的運算能力 適應性和靈活性強 加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定 閉環(huán)控制可提高精度，自動加工可避免人為誤差 生產(chǎn)效率高 零件加工時間=機動時間+

6、輔助時間 自動化程度高 自動換刀、檢測、裝卸工件 經(jīng)濟效益好 價格較貴 調(diào)試和維修較復雜三、數(shù)控機床的特點和適用場合三、數(shù)控機床的特點和適用場合第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念【課堂小結(jié)課堂小結(jié)】本次課主要對數(shù)控機床的工作原理及組成進行了學習，這些內(nèi)容是學習好數(shù)控編程這門課的基礎?！咀鳂I(yè)】P22 1、3、5第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念數(shù)控機床可以根據(jù)不同的方法進行分類，常用的分類方法有按數(shù)控機床加工原理分類、按數(shù)控機床運動軌跡分類和按進給伺服系統(tǒng)控制方式分類。一、按數(shù)控機床加工原理分類一、按數(shù)控機床加工原理分類按數(shù)控機床加工原理可把數(shù)控機床分為普通數(shù)控機床和

7、特種加工數(shù)控機床。1）普通數(shù)控機床 如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、車削中心等各種普通數(shù)控機床，其加工原理是用切削刀具對零件進行切削加工。2）特種加工數(shù)控機床 如線切割數(shù)控機床，對硬度很高的工件進行切割加工；如電火花成型加工數(shù)控機床，采用電火花原理對工件的形腔進行加工。1-3數(shù)控機床分類數(shù)控機床分類第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念 數(shù)控機床運動軌跡主要有三種形式：點位控制運動、直線控制運動和連續(xù)控制運動。 1）點位控制運動 點位控制運動指刀具相對工件的點定位，一般對刀具運動軌跡無特殊要求，為提高生產(chǎn)效率和保證定位精度，機床設定快速進給，臨近終點時自動降速，從而減少運動部件因慣性

8、而引起的定位誤差。 2）直線控制運動 直線控制運動指刀具或工作臺以給定的速度按直線運動。 3）連續(xù)控制運動 連續(xù)控制運動也稱為輪廓控制運動，指刀具或工作臺按工件的輪廓軌跡運動，運動軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其它函數(shù)關系的曲線。這種數(shù)控系統(tǒng)有一個軌跡插補器，根據(jù)運動軌跡和速度精確計算并控制各個伺服電機沿軌跡運動。二、按數(shù)控機床運動軌跡分類二、按數(shù)控機床運動軌跡分類第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號，通過伺服系統(tǒng)控制機床各運動部件運動。數(shù)控機床按進給伺服系統(tǒng)控制方式分類有三種形式：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。1）開環(huán)控制系統(tǒng) 這種

9、控制系統(tǒng)采用步進電機，無位置測量元件，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)運算，輸出指令脈沖控制步進電機工作，如圖1-1所示，這種控制方式對執(zhí)行機構(gòu)不檢測，無反饋控制信號，因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設備成本低，調(diào)試方便，操作簡單，但控制精度低，工作速度受到步進電機的限制。圖1-1 開環(huán)控制系統(tǒng)三、按進給伺服系統(tǒng)控制方式分類三、按進給伺服系統(tǒng)控制方式分類第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念圖1-2 閉環(huán)控制系統(tǒng)第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念圖1-2 閉環(huán)控制系統(tǒng)第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)(圖1-3) 這種控制系統(tǒng)的位置測量元件不是

10、測量工作臺的實際位置，而是測量伺服電機的轉(zhuǎn)角，經(jīng)過推算得出工作臺位移值，反饋至位置比較電路,與指令中的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作。這種用推算方法間接測量工作臺位移，不能補償數(shù)控機床傳動鏈零件的誤差，因此稱之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念圖1-3 半閉環(huán)控制系統(tǒng)第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念1）硬件式數(shù)控機床（NC機床）組成：晶體管和集成電路特點：通用性、靈活性差，制造周期長、成本高2）軟件式數(shù)控機床（CNC機床）組成：采

11、用小型或微型計算機，加上通用或?qū)Ｓ么笠?guī)模集成電路特點：很高柔性四、按所用數(shù)控裝置類型分類四、按所用數(shù)控裝置類型分類第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念 1、金屬切削類數(shù)控機床 1）數(shù)控車床（NC Lathe）。 2）數(shù)控銑床（NC Milling Machine）。 3）加工中心（Machine Center）。 4）數(shù)控鉆床（NC Drilling Machine）。 5）數(shù)控鏜床（NC Boring Machine）。 6）數(shù)控齒輪加工機床（NC Gear Holling Machine）。 7）數(shù)控平面磨床（ NC Surface Grinding Machine）。 2、金

12、屬成型類數(shù)控機床 3、數(shù)控特種加工機床 1）數(shù)控電火花加工機床（NC Diesinking Electric Discharge Machine）。 2）數(shù)控線切割機床（NC Wire Electric Discharge Machine）。 3）數(shù)控激光加工機床（NC Laser Beam Machine）。 4、其它類型數(shù)控機床五、按加工方式分類五、按加工方式分類第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念高、中、低檔三類經(jīng)濟型數(shù)控：在我國指由單板機、單片機和步進電動機組成數(shù)控系統(tǒng)和其它功能簡單、價格低的數(shù)控系統(tǒng)【課堂小結(jié)課堂小結(jié)】六、按功能方式分類六、按功能方式分類第一章數(shù)控機床概述

13、1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念1-4數(shù)控技術發(fā)展趨勢數(shù)控技術發(fā)展趨勢1、高可靠性 提高元器件和系統(tǒng)的可靠性 采用抗干擾技術，提高數(shù)控系統(tǒng)對環(huán)境的適應能力 使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化和標準化 提高自診斷及保護功能 2、高柔性化 柔性：指機床適應加工對象變化的能力 3、高精度化 利用數(shù)控系統(tǒng)的補償功能 采用高分辨率，高響應性的絕對位置傳感技術 提高數(shù)控機床機械本體中基礎大件的結(jié)構(gòu)剛性和熱穩(wěn)定 第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念4、高速度化機械方面：提高切削速度和減少輔助時間數(shù)控系統(tǒng)：CPU5、復合化工序復合化功能復合化6、制造系統(tǒng)自動化第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念【

14、課堂小結(jié)課堂小結(jié)】本次課主要對數(shù)控機床的分類及發(fā)展趨勢進行了學習，這些內(nèi)容是進一步學習好數(shù)控編程這門課的基礎。第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念課課 題題:加工坐標系 1、 加工坐標系的確定 加工坐標系是指以確定的加工原點為基準所建立的坐標系。 加工原點也稱為程序原點，是指零件被裝夾好后，相應的編程原點在機床坐標系中的位置。 在加工過程中，數(shù)控機床是按照工件裝夾好后所確定的加工原點位置和程序要求進行加工的。編程人員在編制程序時，只要根據(jù)零件圖樣就可以選定編程原點、建立編程坐標系、計算坐標數(shù)值，而不必考慮工件毛坯裝夾的實際位置。對于加工人員來說，則應在裝夾工件、調(diào)試程序時，將編程原

15、點轉(zhuǎn)換為加工原點，并確定加工原點的位置，在數(shù)控系統(tǒng)中給予設定（即給出原點設定值），設定加工坐標系后就可根據(jù)刀具當前位置，確定刀具起始點的坐標值。在加工時，工件各尺寸的坐標值都是相對于加工原點而言的 ,這樣數(shù)控機床才能按照準確的加工坐標系位置開始加工。圖1 . 12中O 3 為加工原點。 第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念方法一 ： 在機床坐標系中直接設定加工原點。 例：以圖 1 . 12為例，在配置FANUC-OM系統(tǒng)的立式數(shù)控銑床上設置加工原點0 3 。 （1）加工坐標系的選擇 編程原點設置在工件軸心線與工件底端面的交點上。 設工作臺工作面尺寸為 800mm320mm，若工件裝

16、夾在接近工作臺中間處，則確定了加工坐標系的位置，其加工原點0 3 就在距機床原點 O 1 為 X 3 、 Y 3 、 Z 3 處。并且 。 2、加工坐標系的設定第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念（2）設定加工坐標系指令1）G54G59為設定加工坐標系指令。G54對應一號工件坐標系，其余以此類推?？稍贛DI 方式的參數(shù)設置頁面中，設定加工坐標系。如對已選定的加工原點O 3 ，將其坐標值 X3= -345.700mm Y3= -196.220mm Z3=-53.165mm 設在G54中，則表明在數(shù)控系統(tǒng)中設定了1號工件加工坐標。設置頁面如圖1 . 14。 第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控

17、機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念G54G59為設定加工坐標系指令第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念2）G54G59在加工程序中出現(xiàn)時，即選擇了相應的加工坐標系。 方法二： 通過刀具起始點來設定加工坐標系。 (1)加工坐標系的選擇 加工坐標系的原點可設定在相對于刀具起始點的某一符合加工要求的空間點上。 應注意的是，當機床開機回參考點之后，無論刀具運動到哪一點，數(shù)控系統(tǒng)對其位置都是已知的。也就是說，刀具起始點是一個已知點。 (2)設定加工坐標系指令 圖 1 . 15 設定加工坐標系 第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念 G92為設定加工坐標系指令。在程序中出現(xiàn)G92程序段時，即通過刀

18、具當前所在位置即刀具起始點來設定加工坐標系。 G92指令的編程格式：G92 X a Y b Z c 該程序段運行后，就根據(jù)刀具起始點設定了加工原點，如圖 1 . 15所示。 從圖 1 . 15中可看出，用G92設置加工坐標系，也可看作是：在加工坐標系中，確定刀具起始點的坐標值，并將該坐標值寫入G92編程格式中。 例題： 在圖 1 . 16中，當a=50mm,b=50mm,c=10mm時，試用G92指令設定加工坐標系。 設定程序為 G92 X50 Y50 Z10 第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念G92為設定加工坐標系指令第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念機床加工坐標

19、系設定的實例 下面以數(shù)控銑床（ FANUC 0M）加工坐標系的設定為例，說明工作步驟 第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念圖 1 . 17 零件圖樣 第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念 在選擇了圖 1 . 17所示的被加工零件圖樣，并確定了編程原點位置后，可按以下方法進行加工坐標系設定： 1、準備工作 機床回參考點，確認機床坐標系； 2、裝夾工件毛坯 通過夾具使零件定位，并使工件定位基準面與機床運動方向一致； 3、對刀測量 用簡易對刀法測量 ,方法如下: 用直徑為 10的標準測量棒、塞尺對刀，得到測量值為X = -437

20、.726, Y = -298.160,如圖 1 . 18 所示。 ，如圖 1 . 19 所示。 4、計算設定值 按圖 1 . 18 所示 ,將前面已測得的各項數(shù)據(jù),按設定要求運算。 X坐標設定值 ： X= -437.726+5+0.1+40= -392.626mm 第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念第一章數(shù)控機床概述1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展概念 注： 為X坐標顯示值； +5mm為測量棒半徑值； 為塞尺厚度； 為編程原點到工件定位基準面在X坐標方向的距離。 圖 1 . 19Z向?qū)Φ斗椒?Y坐標設定值： Y= -298.160+5+0.1+46.5= -246.46mm 注：如圖 1 . 18 所示， 為坐標顯示值；+5mm為測量棒半徑值；為塞尺厚度；為編程原點到工件定位基準面在Y坐標方向的距離。 Z坐標設定值： 。 注： 為坐標顯示值；為塞尺厚度,如圖 1 . 19 所示。 通過計算結(jié)果為： ；。 5、設定加工坐標系 將開關放在 MDI 方式下，進入加工坐標系設定頁面。輸入數(shù)據(jù)為: X= -392.626 Y= -246.460 Z= -32.033 表示加工原點設置在機床坐標系的 X= -392.626; Y= -246.460; Z= -32.033 的位置上。 6、校對設定