數(shù)控原理與系統(tǒng)-2課件

1、 第二章 數(shù)控系統(tǒng)程序輸入與通信第一節(jié) 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)第三節(jié) 信息輸入第四節(jié) 數(shù)控加工程序的輸入第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理第六節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)的通信接口與網(wǎng)絡(luò) 第一節(jié) 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí)一、數(shù)控編程的概念 編程的內(nèi)容與步驟 數(shù)控編程的過(guò)程可以用流程圖2-1表示。各環(huán)節(jié)簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：確定加工方案工藝處理數(shù)學(xué)處理編寫(xiě)程序清單制備控制介質(zhì)程序檢驗(yàn) 圖2-1 數(shù)控編程過(guò)程 第一節(jié) 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí) 1 確定加工方案 選擇能夠?qū)崿F(xiàn)該方案的適當(dāng)?shù)臋C(jī)床、刀具、夾具和裝夾方法。 2. 工藝處理 工藝處理包括選擇對(duì)刀點(diǎn)，確定加工路線和切削用量。 3. 數(shù)學(xué)處理 數(shù)學(xué)處理的主要任務(wù)就

2、是根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)求出編程所需的數(shù)據(jù)。 4. 編寫(xiě)程序清單 5. 制備介質(zhì)和程序檢驗(yàn) 第一節(jié) 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用描述:a. 明確加工目的,確定工藝參數(shù)b. 算基點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)c. 按規(guī)定的程序格式,逐條寫(xiě)程序d. 程序輸入: 鍵盤(pán)、接口e. 程序校驗(yàn)首件試切 : 空刀運(yùn)動(dòng) 用筆代刀 大批量生產(chǎn)（試切一件） 三維動(dòng)態(tài)顯示 好的編程人員,要熟悉 a. 機(jī)床結(jié)構(gòu)、性能 b. 數(shù)控系統(tǒng) c. 加工工藝充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的功能和數(shù)控機(jī)床本身的能力 第一節(jié) 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí) 編程方法 1. 手工編程 2. 自動(dòng)編程 二、數(shù)控編程的代碼（介紹） 為了滿足設(shè)計(jì)、制造、維修和普及的需要，在輸入代碼、坐標(biāo)系統(tǒng)、加工指令

3、、輔助功能及程序格式方面，國(guó)際上已形成了兩個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)ISOInternational Standard Organization EIAElectronic Industries Association Y 第一節(jié) 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí)XXXYYAAABBB a）方案1 b）方案2 c）方案3 圖2-2 G00指令的運(yùn)動(dòng)軌跡 第一節(jié) 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí) （2） 直線插補(bǔ)指令G01 格式： G01 X Y F； （3） 圓弧插補(bǔ)指令G02、G03 格式：G02（G03）X Y I J F； a）逆圓指令G03 b）順圓指令G02圖2-3 圓弧插補(bǔ)指令 第一節(jié) 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí)四、其他代碼(S、

4、T、F)1 主軸功能2 刀具功能3 進(jìn)給功能4 主軸速度和進(jìn)給速度的其它 表示方法 第一節(jié) 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí) 五、程序結(jié)構(gòu)與格式 例: N3 G00 X10 Z10 M03 S650 ;（1） 程序段號(hào):查找、跳轉(zhuǎn)、注意，程序段標(biāo)號(hào)與程序的執(zhí)行順序無(wú)關(guān)，不管有無(wú)括號(hào)，程序都是按排列的先后次序執(zhí)行。 (2）程序段中的主體部分：主體部分包含了各種控制信息和數(shù)據(jù) （3）結(jié)束符: ；、 LF、* 第二節(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)軸與運(yùn)動(dòng) 直角笛卡爾坐標(biāo)軸 注意右手螺旋定正負(fù) 無(wú)論那一種數(shù)控機(jī)床都規(guī)定：Z軸是 平行于主軸中心線的坐標(biāo)軸。 注意：刀具相對(duì)靜止工件運(yùn)動(dòng)的原則。 第二節(jié) 數(shù)控機(jī)

5、床的坐標(biāo)系統(tǒng) 圖2-5 圓弧插補(bǔ)指令 第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng) 二.數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系 機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)在機(jī)床上某一點(diǎn)，是固定不變的，機(jī)床出廠已確定。機(jī)床的換刀點(diǎn)，托板的交換點(diǎn)，這些點(diǎn)在機(jī)床上都是固定點(diǎn)。（1）機(jī)床坐標(biāo)系: 在數(shù)控機(jī)床中，為了實(shí)現(xiàn)零件的加工，往往需要控制幾個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，這就需要建立坐標(biāo)系，以便區(qū)別不同運(yùn)動(dòng)方向。（2）工件坐標(biāo)系：程序編制人員在編程時(shí)使用的坐標(biāo)系。在這個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)編程可以簡(jiǎn)化坐標(biāo)計(jì)算，減少錯(cuò)誤，縮短程序長(zhǎng)度。 第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng) 2 對(duì)刀點(diǎn)的確定 對(duì)刀點(diǎn)也稱(chēng)起刀點(diǎn)是數(shù)控加工中刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)。a）對(duì)稱(chēng)零件的對(duì)刀點(diǎn)選擇 b）鉆孔加工時(shí)的對(duì)刀點(diǎn)選擇圖2-6

6、對(duì)刀點(diǎn)的選擇 第三節(jié) 信息輸入 一.數(shù)控系統(tǒng)的信息 數(shù)字量:對(duì)各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)字控制。如對(duì)進(jìn)給各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的控制。 開(kāi)關(guān)量:實(shí)現(xiàn)輔助功能，如主軸的啟停、換向，冷卻、潤(rùn)滑 的啟停等。 二.數(shù)控系統(tǒng)的信息流程 輸入 存儲(chǔ) 譯碼 刀具補(bǔ)償 進(jìn)給速度處理 插補(bǔ) I/O處理 位置控制 第四節(jié) 數(shù)控加工程序的輸入一、數(shù)控加工程序輸入方式及特點(diǎn)： NC 輸入方式：（早期紙帶輸入、內(nèi)存?。?輸入一條就執(zhí)行一條 CNC輸入方式：（磁盤(pán)、DNC接口、內(nèi)存大）-一次性讀入分段執(zhí)行 特點(diǎn)： （P22）二、數(shù)控加工程序的輸入： 1.輸入(MDI、磁盤(pán)、DNC接口) 2.零件加工程序的存放形式（P23） （兩區(qū)： 零

7、件加工程序存儲(chǔ)區(qū)：連續(xù)存儲(chǔ)，不留空隙； 目錄區(qū)：含程序名稱(chēng)、程序首址、程序終址）零件程序的存儲(chǔ)形式系統(tǒng)內(nèi)部代碼(表2-5)例：N05 G90 G01 X106 Y-60 F46 M05 LF（與教材中 X100 Y-50 比較） 加工程序輸入時(shí)完成代碼識(shí)別,形成“數(shù)控加工程序存儲(chǔ)器存放程序段的情況(表2-6)”第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理一.什么是譯碼(P24) 譯碼階段根據(jù)數(shù)控加工程序存儲(chǔ)器內(nèi)容,形成“譯碼結(jié)果緩沖器格式(表2-7)”,即數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別執(zhí)行的代碼形式機(jī)器指令。 其中將M代碼、G代碼按表2-8、表2-9規(guī)定分組（P26） 第四節(jié) 數(shù)控加工程序的輸入 第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處

8、理 表2-5 常用數(shù)控代碼對(duì)應(yīng)關(guān)系 字符EIA碼ISO碼內(nèi)碼字符ELA碼ISO碼內(nèi)碼020H30H00HX37HD8H12H101HB1H01HY38H59H13H202HB2H02HZ29H5AH14H313H33H03HI79HC9H15H404HB4H04HJ51HCAH16H515H35H05HK52H4BH17H616H36H06HF76HC6H18H707HB7H07HM54H4DH19H808HB8H08HLF/CR80H0AH20H919H39H09H_40H2DH21HN45H4EH10HDEL7FHFFHFFHG67H47H11HEOR0BHA5H22H第五節(jié) 數(shù)控加工程序

9、的預(yù)處理 表2-6 數(shù)控加工程序存儲(chǔ)器地址內(nèi)容地址內(nèi)容地址內(nèi)容2000H10H2008H01H2010H00H2001H00H2009H12H2011H18H2002H05H200AH01H2012H04H2003H11H200BH00H2013H06H2004H09H200CH06H2014H19H2005H00H200DH13H2015H00H2006H11H200EH21H2016H05H2007H00H200FH06H2017H20H 第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理單元名地址內(nèi)碼單元名地址內(nèi)碼N4000H05HF400EH00HX4001H6AHS400FH00H4002H00H4010

10、H00HY4003HC4HT4011H00H4004HFFHMX4012H00HZ4005H00HMY4013H05H4006H00HMZ4014H00HI4007H00HGA4015H01H4008H00HGB4016H00HJ4009H00HGC4017H00H400AH00HGD4018H00HK400BH00HGE4019H00H400CH00HGF401AH90HF400DH2EH譯碼結(jié)果緩沖器 第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理二、刀具補(bǔ)償 1 為什么要進(jìn)行刀具補(bǔ)償 如圖2-7所示，在銑床上用半徑為r的刀具加工外形輪廓為A的工件時(shí)，刀具中心沿著與輪廓A距離為r的軌跡B移動(dòng)。我們要根據(jù)輪廓

11、A的坐標(biāo)參數(shù)和刀具半徑r值計(jì)算出刀具中心軌跡B的坐標(biāo)參數(shù)，然后再編制程序進(jìn)行加工，因控制系統(tǒng)控制的是刀具中心的運(yùn)動(dòng)。在輪廓加工中，由于刀具總有一定的半徑，如銑刀半徑或線切割機(jī)的鉬絲半徑等。刀具中心（刀位點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)軌跡并不等于所加工零件的實(shí)際軌跡（直接按零件廓形編程所得軌跡），數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償就是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。 第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理 2 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償及刀具半徑補(bǔ)償 具體應(yīng)用 加工中心：一個(gè)重要組成部分就是自動(dòng)換刀裝置，在一次加 工中使用多把長(zhǎng)度不同的刀具，需要有刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能。 輪廓銑削加工：為刀具中心沿所需軌跡運(yùn)動(dòng)，需要有刀具半 徑補(bǔ)償功能。 車(chē)削加工：可以

12、使用多種刀具，數(shù)控系統(tǒng)具備了刀具長(zhǎng)度和刀具半徑補(bǔ)償功能，使數(shù)控程序與刀具形狀和刀具尺寸盡量無(wú)關(guān)，可大大簡(jiǎn)化編程。 第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理 具有刀具補(bǔ)償功能，在編制加工程序時(shí)，可以按零件實(shí)際輪廓編程，加工前測(cè)量實(shí)際的刀具半徑、長(zhǎng)度等，作為刀具補(bǔ)償參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，可以加工出合乎尺寸要求的零件輪廓。 刀具補(bǔ)償功能還可以滿足加工工藝等其他一些要求，可以通過(guò)逐次改變刀具半徑補(bǔ)償值大小的辦法，調(diào)整每次進(jìn)給量，以達(dá)到利用同一程序?qū)崿F(xiàn)粗、精加工循環(huán)。另外，因刀具磨損、重磨而使刀具尺寸變化時(shí)，若仍用原程序，勢(shì)必造成加工誤差，用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償可以解決這個(gè)問(wèn)題。 第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理三、進(jìn)給速度處理（

13、控制）為什么要控制進(jìn)給速度 對(duì)于任何一個(gè)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，都要求能夠?qū)M(jìn)給速度進(jìn)行控制，它不僅直接影響到加工零件的表面粗糙度和精度，而且與刀具和機(jī)床的壽命和生產(chǎn)效率密切相關(guān)。 按照加工工藝的需要，進(jìn)給速度的給定一般是將所需的進(jìn)給速度用F代碼編入程序。對(duì)于不同材料的零件，需根據(jù)切削速度、切削深度、表面粗糙度和精度的要求，選擇合適的進(jìn)給速度。 在進(jìn)給過(guò)程中，還可能發(fā)生各種不能確定或沒(méi)有意料到的情況，需要隨時(shí)改變進(jìn)給速度，因此還應(yīng)有操作者可以手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)給速度的功能。數(shù)控系統(tǒng)能提供足夠的速度范圍和靈活的指定方法。 第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理 另外，在機(jī)床加工過(guò)程中，由于進(jìn)給狀態(tài)的變化，如起動(dòng)、升速、降速

14、和停止，為了防止產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩等，保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和準(zhǔn)確定位，必須按一定規(guī)律完成升速和降速的過(guò)程。 進(jìn)給速度控制方法和所采用的插補(bǔ)算法有關(guān) 1.開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)-脈沖增量插補(bǔ)方式下進(jìn)給速度控制 以步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，各坐標(biāo)的進(jìn)給速度是通過(guò)控制向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出脈沖的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以進(jìn)給速度處理是根據(jù)程編的進(jìn)給速度值來(lái)確定脈沖源頻率的過(guò)程。進(jìn)給速度F與脈沖源頻率f之間關(guān)系為： 第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理fFd60式中 d為脈沖當(dāng)量(mm/脈沖)； f脈沖源頻率(Hz)； F進(jìn)給速度(mm/min)。脈沖源頻率為： 第五節(jié) 數(shù)控加工程序的預(yù)處理2、閉環(huán)半控制系統(tǒng)-數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)方式下進(jìn)給速度控制 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)