數(shù)控車床高效培訓(xùn)教案《》

1、數(shù)控車床高效培訓(xùn)教案第1章 數(shù)控加工編程根底數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)1.1數(shù)控加工編程基礎(chǔ) 1.2數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系1.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)1.41.1數(shù)控機(jī)床的根本知識(shí)1.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和開展歷程 1.數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床 數(shù)控即數(shù)字控制(Numerical Control，簡(jiǎn)稱NC，數(shù)控技術(shù)即NC技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)發(fā)出指令并控制機(jī)械執(zhí)行預(yù)定動(dòng)作的技術(shù)。計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computer Numerical Control，簡(jiǎn)稱CNC是指用計(jì)算機(jī)，按照存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)讀寫存儲(chǔ)器中的控制程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的一局部或全部數(shù)控功能，實(shí)現(xiàn)局部或全部的數(shù)控功能。 采用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的一整套裝置和設(shè)備，稱為

2、數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控機(jī)床就是裝備有數(shù)控系統(tǒng)，采用數(shù)字信息進(jìn)行自動(dòng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程的機(jī)床。它是用輸入專用或通用計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信息來控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)將零件加工出來。 2.數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和開展 數(shù)控機(jī)床主要是為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變零件的自動(dòng)化加工而產(chǎn)生的，數(shù)控機(jī)床的開展，依賴于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測(cè)量技術(shù)的開展，軟件式數(shù)控是采用微處理器及大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路組成的數(shù)控系統(tǒng)，它具有很強(qiáng)的程序存貯能力和控制功能，這些控制功能是由一系列控制程序 (駐留系統(tǒng)內(nèi)來實(shí)現(xiàn)的。軟件或數(shù)控系統(tǒng)通用性很強(qiáng)，幾乎只需要改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。目前微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)幾乎

3、完全取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)。 1.1.2數(shù)控機(jī)床的組成及加工原理1數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床主要由以下幾局部組成，如圖1-1所示。1控制介質(zhì)與程序輸入輸出設(shè)備2 數(shù)控裝置3伺服系統(tǒng)4輔助控制裝置5機(jī)床本體2.數(shù)控機(jī)床的加工原理機(jī)床本體 主 進(jìn) 輔運(yùn) 給 助動(dòng) 運(yùn) 動(dòng)機(jī) 動(dòng) 作構(gòu) 機(jī) 機(jī) 構(gòu) 構(gòu)電控制裝置輔助控制及強(qiáng) 數(shù) 控 裝 置CNC輸入輸出裝置置檢測(cè)裝置伺服驅(qū)動(dòng)及位圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成圖1-2 數(shù)控機(jī)床的加工過程1.1.3 數(shù)控機(jī)床的分類 1按工藝用途分1金屬切削類數(shù)控機(jī)床2金屬成型類數(shù)控機(jī)床3特種加工類數(shù)控機(jī)床4其他類數(shù)控機(jī)床2按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類1點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床2直線控制數(shù)控機(jī)床3輪

4、廓控制數(shù)控機(jī)床3. 按伺服系統(tǒng)的控制方式分類 1開環(huán)伺服系統(tǒng)工作原理：每當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出一個(gè)指令脈沖信號(hào)，就使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度，機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。特點(diǎn)： 開環(huán)伺服系統(tǒng)沒有工作臺(tái)位移檢測(cè)裝置，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)精度誤差沒有補(bǔ)償和校正，工作臺(tái)的位移精度完全取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角精度、齒輪箱中齒輪副和絲杠螺母副的精度與傳動(dòng)間隙等，所以這種系統(tǒng)很難保證較高的位置控制精度。同時(shí)由于受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能的影響，其速度也受到一定的限制。但這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、工作可靠、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉，因此被廣泛用于精度要求不太高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。2閉環(huán)伺服系統(tǒng)工作原理：數(shù)控裝置發(fā)出位移指令脈沖，經(jīng)

5、電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝置使機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)，安裝在工作臺(tái)上的位量檢測(cè)器把機(jī)械位移變成電學(xué)量，反響到輸入端與輸入信號(hào)相比較，得到的差值經(jīng)過放大和變換，最后驅(qū)開工作臺(tái)向減少誤差的方向移動(dòng)。如果輸入信號(hào)不斷地產(chǎn)生，那么工作臺(tái)就不斷地跟隨輸入信號(hào)運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，將工作臺(tái)的實(shí)際位置檢測(cè)出來并與CNC裝置的指令進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制，因而可以到達(dá)很高的定位精度，同時(shí)還能到達(dá)較高的速度。在精度要求高的大型和精密機(jī)床上應(yīng)用十分廣泛。由于系統(tǒng)增加了檢測(cè)、比較和反響裝置，所以結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不穩(wěn)定因素多，調(diào)試維修比較困難 .3半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服

6、機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置，通過檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反響到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。特點(diǎn)：半閉環(huán)控制系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)沒有將絲杠螺母機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括在閉環(huán)中，所以這些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差仍然會(huì)影響移動(dòng)部件的位移精度。但半閉環(huán)伺服系統(tǒng)將慣性大的工作臺(tái)安排在閉環(huán)之外，系統(tǒng)調(diào)試較容易，穩(wěn)定性好。所能到達(dá)的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床所采用。4按可控制軸數(shù)與聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類 可控制軸數(shù)是指系統(tǒng)最多可以控制的坐標(biāo)軸數(shù)目，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)是指數(shù)控系統(tǒng)按加工要求

7、控制同時(shí)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸數(shù)目。 多坐標(biāo)軸按照一定的函數(shù)關(guān)系同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，稱為多軸聯(lián)動(dòng)。按照聯(lián)動(dòng)軸數(shù)可以分為：1兩軸聯(lián)動(dòng)2兩軸半聯(lián)動(dòng) 3三軸聯(lián)動(dòng)4多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) 1.1.4 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)1適應(yīng)性強(qiáng)，用于單件小批量和具有復(fù)雜型面的工件的加工.2加工精度高，加工零件質(zhì)量穩(wěn)定.3生產(chǎn)效率高.4能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng).5減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件 .6有利于生產(chǎn)管理.1.3 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系1.3.1標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系及其運(yùn)動(dòng)方向機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定 2坐標(biāo)系的規(guī)定 在數(shù)控機(jī)床上加工零件，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令來控制的，為了確定機(jī)床上運(yùn)動(dòng)的位移和運(yùn)動(dòng)的方向，需要坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)坐標(biāo)系叫標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系，也稱為機(jī)床坐標(biāo)系

8、。 數(shù)控機(jī)床上的坐標(biāo)系采用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系。圍繞X、Y、Z坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定那么，大拇指的指向?yàn)閄、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，那么其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向，圖1-9 右手笛卡爾直角坐標(biāo)系3、運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定JB3051-82中規(guī)定：機(jī)床某一部件運(yùn)動(dòng)的正方向是增大刀具與工件之間距離的方向。1Z坐標(biāo) Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)由傳遞切削力的主軸決定，即平行主軸軸線的坐標(biāo)軸為Z坐標(biāo)。2X坐標(biāo) X坐標(biāo)平行于工件的裝夾面，一般是水平的。對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，X坐標(biāo)的在工件的徑向上，且平行于橫向拖板。刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向，X運(yùn)動(dòng)的正方向指向

9、右，3Y坐標(biāo) Y坐標(biāo)軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸。Y坐標(biāo)的正方向根據(jù)X和Z坐標(biāo)的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標(biāo)系來確定。圖1-10 機(jī)床坐標(biāo)系1.3.2機(jī)床原點(diǎn)與機(jī)床參考點(diǎn)1.機(jī)床原點(diǎn) 機(jī)床原點(diǎn)又稱機(jī)械原點(diǎn)，是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。該點(diǎn)是機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)固定點(diǎn)，它在機(jī)床裝配、調(diào)試時(shí)就已確定下來，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)參考點(diǎn)。 數(shù)控車床的機(jī)床原點(diǎn)一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點(diǎn)處，如圖1-11所示。 數(shù)控銑床的機(jī)床原點(diǎn)一般取在X、Y、Z坐標(biāo)的正方向極限位置上，如圖1-12所示。 2.機(jī)床參考點(diǎn) 機(jī)床參考點(diǎn)的位置是由機(jī)床制造廠家在每個(gè)進(jìn)給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標(biāo)值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。 通常在數(shù)控

10、銑床上機(jī)床原點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)是重合的；而在數(shù)控車床上機(jī)床參考點(diǎn)是離機(jī)床原點(diǎn)最遠(yuǎn)的極限點(diǎn)。圖1-13所示為數(shù)控車床的參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)。圖1-11 車床的機(jī)床原點(diǎn)圖1-12 銑床的機(jī)床原點(diǎn)圖1-13 數(shù)控車床的參考點(diǎn)1.3.3編程坐標(biāo)系 編程坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系。 編程坐標(biāo)系一般供編程使用，確定編程坐標(biāo)系時(shí)不必考慮工件毛坯在機(jī)床上的實(shí)際裝夾位置。如圖1-14所示，其中O2即為編程坐標(biāo)系原點(diǎn) 圖1-14 編程坐標(biāo)系1.3.4加工坐標(biāo)系 加工坐標(biāo)系是指以確定的加工原點(diǎn)為基準(zhǔn)所建立的坐標(biāo)系。 加工原點(diǎn)也稱為編程原點(diǎn)，是指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。

11、加工原點(diǎn)一般按如下原那么選?。?1) 加工原點(diǎn)應(yīng)選在工件圖樣的尺寸基準(zhǔn)上。 (2) 能使工件方便地裝夾、測(cè)量和檢驗(yàn)。(3) 盡量選在尺寸精度、光潔度比較高的工件外表上，這樣可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。(4) 對(duì)于有對(duì)稱幾何形狀的零件，加工原點(diǎn)最好選在對(duì)稱中心點(diǎn)上。 1.4 數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)1.4.1數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇 1.適于數(shù)控加工的內(nèi)容1通用機(jī)床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容； 2通用機(jī)床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點(diǎn)選擇內(nèi)容； 3通用機(jī)床加工效率低、工人手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大的內(nèi)容。 2.不適于數(shù)控加工的內(nèi)容1占機(jī)調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)。2加工部位分散，需要屢次安裝、設(shè)置

12、原點(diǎn)。3按某些特定的制造依據(jù)如樣板等加工的型面輪廓。1.4.2 數(shù)控加工零件圖的工藝性分析 被加工零件的數(shù)控加工工藝性問題涉及面很廣，下面結(jié)合編程的可能性和方便性提出一些必須分析和審查的主要內(nèi)容。1.尺寸標(biāo)注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn) 2.幾何要素的條件應(yīng)完整、準(zhǔn)確3.定位基準(zhǔn)可靠4.統(tǒng)一幾何類型及尺寸1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)1加工方法的選擇 一般地，數(shù)控車床適合于加工形狀比較復(fù)雜的軸類零件和由復(fù)雜曲線回轉(zhuǎn)形成的模具內(nèi)型腔；立式數(shù)控銑床適合于加工平面凸輪、樣板、形狀復(fù)雜的平面或立體零件，以及模具的內(nèi)、外型腔等；臥式數(shù)控銑床那么適合于加工箱體、泵體和殼體類零件；多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的加工中心還可以用于加工各

13、種復(fù)雜的曲線、曲面、葉輪和模具等。2工序的劃分1工序的劃分的原那么工序的劃分原那么有工序集中原那么和工序分散原那么兩種。 2工序劃分方法 按零件裝夾定位方式劃分 按所用刀具劃分 按粗、精加工劃分 按加工部位劃分3加工順序的安排 基面先行原那么 先粗后精原那么 先面后孔原那么 先主后次原那么 4零件的定位與夾具的選擇1定位與夾緊方案的選擇 盡可能使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計(jì)算基準(zhǔn)統(tǒng)一。 減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次裝夾后能加工出全部待加工外表。 防止采用占機(jī)人工調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)的裝夾方案。 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)2選擇夾具的根本原那么 數(shù)控加工的特點(diǎn)對(duì)夾具提

14、出了兩個(gè)根本要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對(duì)固定；二是要能協(xié)調(diào)零件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。同時(shí)考慮以下幾點(diǎn)： 單件小批量生產(chǎn)時(shí)優(yōu)先選用組合夾具、可調(diào)夾具和其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用。 零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機(jī)床的停頓時(shí)間，減少輔助時(shí)間。 夾具上各零部件應(yīng)不阻礙機(jī)床對(duì)零件各外表的加工。即夾具要開敞，其定位夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加工中的走刀如產(chǎn)生碰撞等。 為提高數(shù)控加工效率，批量較大的零件加工可采用氣動(dòng)或液壓夾具、多工位夾具。 為滿足數(shù)控加工精度，要求夾具定位、夾具精度高。 1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)5.確定走刀路線和工步順序 走刀路線是刀具在整

15、個(gè)加工工序中相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，它不但包括了工步的內(nèi)容，而且也反映出工步的順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。走刀路線確實(shí)定在數(shù)控車削編程和數(shù)控銑削編程的對(duì)應(yīng)章節(jié)中作具體介紹。 6.刀具與切削用量的選擇1刀具的選擇 選擇刀具通常要考慮機(jī)床的加工能力、工序內(nèi)容和工件材料等因素。數(shù)控加工不僅要求刀具的精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)2切削用量的選擇3切削用量的選擇原那么 粗加工時(shí)切削用量的選擇原那么 首先選取盡可能大的背吃刀量；其次要根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性的限制條件等，選取盡可能大的進(jìn)給量；最后根據(jù)刀具耐用度確定最正確的切削速度。 精加工時(shí)切削用

16、量的選擇原那么 首先根據(jù)粗加工后的余量確定背吃刀量；其次根據(jù)已加工外表的粗糙度要求，選取較小的進(jìn)給量；最后在保證刀具耐用度的前提下，盡可能選取較高的切削速度。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)7.對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)確實(shí)定1對(duì)刀點(diǎn) 對(duì)刀點(diǎn)是指通過對(duì)刀確定刀具與工件相對(duì)位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，在加工開始時(shí)，確定刀具與工件的相對(duì)位置是很重要的，這一相對(duì)位置是通過確認(rèn)對(duì)刀點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)置在被加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上與零件定位基準(zhǔn)有一定尺寸聯(lián)系的某一位置，有時(shí)對(duì)刀點(diǎn)就選擇在零件的加工原點(diǎn)。對(duì)刀點(diǎn)的選擇原那么如下。 所選的對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)使程序編制簡(jiǎn)單。 對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選擇在容易找正、便于確定零件加工原點(diǎn)

17、的位置。 對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選在加工時(shí)檢驗(yàn)方便、可靠的位置。 對(duì)刀點(diǎn)的選擇應(yīng)有利于提高加工精度。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)7.對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)確實(shí)定2刀位點(diǎn)刀位點(diǎn)是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn)。在進(jìn)行數(shù)控加工編程時(shí)，往往是將整個(gè)刀具濃縮視為一個(gè)點(diǎn)，那就是刀位點(diǎn)。它是在刀具上用于表現(xiàn)刀具位置的參照點(diǎn)。一般來說，立銑刀、端銑刀的刀位點(diǎn)是刀具軸線與刀具底面的交點(diǎn)；球頭銑刀的刀位點(diǎn)是球頭的球心點(diǎn)或球頭頂點(diǎn)；鏜刀、車刀的刀位點(diǎn)為刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭是鉆尖或鉆頭底面中心；線切割的刀位點(diǎn)那么是線電極的軸心與零件面的交點(diǎn)。常見刀具的刀位點(diǎn)如圖1-15所示。1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)圖1-15 刀位點(diǎn)1.4.3數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)1.4.4 數(shù)控編程中的數(shù)值計(jì)算1.基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算2.刀位點(diǎn)軌跡的計(jì)算 刀位點(diǎn)時(shí)標(biāo)志刀具所處不同位置的坐標(biāo)點(diǎn)，不同類型的刀具其刀位點(diǎn)不同，數(shù)控系統(tǒng)就是從對(duì)刀點(diǎn)開始控制刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并由刀具的切削刃加工出所要求的零件輪廓，零件的輪廓形狀是通過刀具切削刃進(jìn)行切削形成的。1.4.5 數(shù)控加工的工藝文件編制1數(shù)控編程任務(wù)書2數(shù)控加工工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡片3數(shù)控加工工序卡片4數(shù)控加工走刀路線圖5數(shù)