典型數(shù)控機(jī)械課件

1、數(shù)控技術(shù)新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院朱志堅 周建平 陳宏偉 烏爾開西10/17/20221數(shù)控技術(shù)新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院10/15/20221第六章 典型數(shù)控機(jī)械 6-1 數(shù)控車床按功能分類：經(jīng)濟(jì)型和全功能型經(jīng)濟(jì)型：單片機(jī)或單板機(jī)控制、功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、功能簡單、價格低廉的數(shù)控車床。全功能型：配有功能齊全的數(shù)控系統(tǒng)、價格相對較高的數(shù)控車床。一、數(shù)控車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)及原理一）主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點電機(jī)：一般采用直流或交流主軸電機(jī)驅(qū)動，可實現(xiàn)無級調(diào)速。傳動：采用直接傳動、皮帶傳動或齒輪變速組傳動。變速：采用液壓撥叉或電磁離合器自動變速。10/17/20222第六章 典型數(shù)控機(jī)械 6-1 數(shù)控車床10/15/206

2、-1 數(shù)控車床 CA6140型車床數(shù)控改裝（經(jīng)濟(jì)型手動變速）傳動系統(tǒng)圖10/17/202236-1 數(shù)控車床 CA6140型車床數(shù)控改裝（經(jīng)濟(jì)型手動 采用電磁離合器自動變速的主傳動系統(tǒng)原理圖6-1 數(shù)控車床裝配圖10/17/20224 采用電磁離合器自動變速的主傳動系統(tǒng)原理圖6-1 數(shù)控車C軸坐標(biāo)功能C軸坐標(biāo)概念： 即繞Z軸的旋轉(zhuǎn)運動C軸坐標(biāo)功能： 該功能能夠控制主軸繞C軸旋轉(zhuǎn)的角度，實現(xiàn)主軸定向停車和圓周進(jìn)給。從而實現(xiàn)C軸、Z軸聯(lián)動插補或C軸、X軸聯(lián)動插補，進(jìn)行工件任意部位的鉆、銑、攻絲及曲面加工。C軸坐標(biāo)功能示意圖6-1 數(shù)控車床10/17/20225C軸坐標(biāo)功能6-1 數(shù)控車床10/15

3、/202256-1 數(shù)控車床C軸傳動結(jié)構(gòu)形式(MOC200MS3車削柔性加工單元)10/17/202266-1 數(shù)控車床C軸傳動結(jié)構(gòu)形式(MOC200MS3車削柔性6-1 數(shù)控車床C軸傳動結(jié)構(gòu)形式(CK6114車削中心)10/17/202276-1 數(shù)控車床C軸傳動結(jié)構(gòu)形式(CK6114車削中心)10二）進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)。運動轉(zhuǎn)換：滾珠絲杠螺母副?？煲扑俣龋航?jīng)濟(jì)型數(shù)控車床一般縱向6m/min，橫向3m/min ，全功能型數(shù)控車床一般可達(dá)1015m/min。精度：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床脈沖當(dāng)量一般縱向0.01mm，橫向0.005mm ，全功能型數(shù)控車床一般定位精

4、度0.01mm。進(jìn)給傳動裝置.傳動：同步齒形帶傳動、錐形環(huán)連接套傳動或降速齒輪傳動。同步齒形帶傳動 圖6-8錐形環(huán)連接套傳動 圖6-9降速齒輪傳動 圖6-10 圖6-116-1 數(shù)控車床10/17/20228二）進(jìn)給系統(tǒng)6-1 數(shù)控車床10/15/20228三）數(shù)控車床的刀架要求：重復(fù)定位精度高、剛性好、可靠性好、壽命長。6-1 數(shù)控車床自動轉(zhuǎn)位刀架種類：按工位可分為：四方刀架、五方刀架、六方刀架按工作原理分：螺旋轉(zhuǎn)位刀架（應(yīng)用廣泛）、十字槽轉(zhuǎn)位刀架、凸臺棘爪轉(zhuǎn)位刀架、電磁式轉(zhuǎn)位刀架、液壓式轉(zhuǎn)位刀架。螺旋轉(zhuǎn)位刀架原理10/17/20229三）數(shù)控車床的刀架6-1 數(shù)控車床自動轉(zhuǎn)位刀架10/15

5、/2螺旋轉(zhuǎn)位刀架結(jié)構(gòu)圖6-1 數(shù)控車床10/17/202210螺旋轉(zhuǎn)位刀架結(jié)構(gòu)圖6-1 數(shù)控車床10/15/2022106-1 數(shù)控車床自動轉(zhuǎn)位刀架編碼：以實現(xiàn)加工所需刀具的選擇。四方刀架編碼：需兩位數(shù) 00、01、10、11五方刀架編碼：需三位數(shù) 001、010、011、100、101 （000一般不用）六方刀架編碼：需三位數(shù) 001、010、011、100、101、110轉(zhuǎn)塔刀架（回轉(zhuǎn)刀架）刀位數(shù)：最多可達(dá)20余種，常用8、10、12、16四種。外形：圓鼓形、星形和傘形，常用圓鼓形。驅(qū)動：電機(jī)傳動和液壓傳動。動力刀架：用于車削中心，與C軸坐標(biāo)功能配合，完成聯(lián)動插補加工。10/17/2022

6、116-1 數(shù)控車床自動轉(zhuǎn)位刀架編碼：以實現(xiàn)加工所需刀具的選擇。轉(zhuǎn)塔刀架簡圖6-1 數(shù)控車床10/17/202212轉(zhuǎn)塔刀架簡圖6-1 數(shù)控車床10/15/202212四）床身與導(dǎo)軌床身 結(jié)構(gòu)：平床身、斜床身、平床身與斜滑板、立床身。6-1 數(shù)控車床 平床身：工藝性好、運動精度較高，但排屑困難，一 般用于經(jīng)濟(jì)形數(shù)控車床。 斜床身：排屑方便、占地面積小、外形美觀、便于安裝機(jī)械手、可實現(xiàn)單機(jī)自動化，一般用于中小型機(jī)床導(dǎo)軌 支承導(dǎo)軌：一般采用鑲鋼導(dǎo)軌或鑄鐵淬火導(dǎo)軌。 動導(dǎo)軌：一般采用貼塑或注塑導(dǎo)軌。 直線滾動導(dǎo)軌副：應(yīng)用日益廣泛。10/17/202213四）床身與導(dǎo)軌6-1 數(shù)控車床 平床身：工藝性

7、好、運動精二、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的CNC數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)開發(fā)并廣泛應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)如：WSQ-80系統(tǒng)：采用單板機(jī)控制RC-51系統(tǒng)：采用8031單片機(jī)控制JWK系統(tǒng)：采用雙8031單片機(jī)控制CKL-6132經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床CNC系統(tǒng)簡介：（一）主要技術(shù)參數(shù)與功能主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 12級主軸轉(zhuǎn)速范圍 32-1600rpm進(jìn)給量及螺距范圍(縱向) 0.01-10.23mmr進(jìn)給量及螺距范圍(橫向) 0.005-5.11mmr6-1 數(shù)控車床10/17/202214二、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的CNC數(shù)控系統(tǒng)6-1 數(shù)控車床10/15可裝刀具數(shù)目 4把主電機(jī)(直流)功率 4kW速度刀架縱向快速移動 3mmin刀架橫向

8、快速移動速度 1.5mmin縱向步進(jìn)電機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 20Nm橫向步進(jìn)電機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 10Nm2.數(shù)控裝置控制微機(jī) 16位(8086)微機(jī)控制軸數(shù) x、z 兩軸聯(lián)動插補方式 直線、圓弧插補脈沖當(dāng)量 z向0.01mm脈沖當(dāng)量 x向0.005mm代碼 ISO標(biāo)準(zhǔn)6-1 數(shù)控車床10/17/202215可裝刀具數(shù)目 最大編程值 三字節(jié)CRT顯示 x和z向顯示999.99mm顯示功能：現(xiàn)在位置、加工程序、主軸轉(zhuǎn)速、加工程序號等操作方式：全程序運行、單程序運行、手動操作、程序工作狀態(tài)等。3. 數(shù)控裝置的功能準(zhǔn)備功能：G00 快速定位 C01 直線插補 C02(G03) 圓弧插補 G04 延時指令 G25 鋸齒

9、加工 G70 圓柱切削循環(huán) G71 錐度切削循環(huán) G72 圓柱螺紋切削循環(huán) G73 錐度螺紋切削循環(huán) G92 坐標(biāo)設(shè)定6-1 數(shù)控車床10/17/202216最大編程值 輔助功能：M00 程序停止 M01 計劃暫停 M02 程序終了 M03 主軸正轉(zhuǎn) M04 主軸反轉(zhuǎn) M05 主軸停止 M08 冷卻液開 M09 冷卻液關(guān)主軸轉(zhuǎn)速選擇功能S： S01S06(低速) 2400rmin S11S13 (中速) 500 800rmin S14S15 (高速) 1000 1600rmin刀具選擇功能： T 表示刀具號碼 表示刀具補償號6-1 數(shù)控車床10/17/202217輔助功能：M00 程序停止6-

10、進(jìn)給速度功能F： F1 F1023種選擇坐標(biāo)與刪節(jié)指令： x 表示橫向絕對坐標(biāo) z 表示縱向絕對坐標(biāo) U 表示橫向增量坐標(biāo) W 表示縱向增量坐標(biāo) I 圓心坐標(biāo)和橫向進(jìn)給量 K 圓心坐標(biāo)和縱向進(jìn)給量 R 圓弧曲線的半徑(矢量)值 / 刪節(jié)指令4.數(shù)控程序輸入方式(1)鍵盤輸入方式(2) 磁帶輸入方式(3)固化在ROM存儲器中6-1 數(shù)控車床10/17/202218進(jìn)給速度功能F： F1 F1023種選擇6（二）硬件結(jié)構(gòu)主從控制結(jié)構(gòu) 圖6-17主機(jī)：一臺16位的8086構(gòu)成的工業(yè)控制機(jī)，擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)處理、插補控制及一些功能管理等任務(wù)。從機(jī)：Z-80CPU為核心構(gòu)成的單板機(jī)，擔(dān)負(fù)S、M、T等輔助任務(wù)(如

11、調(diào)速、換刀等開關(guān)量控制)，還擔(dān)任手動 操作方面的控制任務(wù)。 系統(tǒng)內(nèi)存為ROM64K、RAMl28K 接口電路由8255、8253、 8259等芯片組成。 8255送數(shù)據(jù)和掃描開關(guān)量，井控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 8253主要采集主軸脈沖信號和G00速進(jìn)給的定時控制 可編程中斷控制器8259用于中斷控制。6-1 數(shù)控車床10/17/202219（二）硬件結(jié)構(gòu)6-1 數(shù)控車床10/15/202219（三）軟件結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)是一個實時控制系統(tǒng)，其控制軟件由多個功能模塊組成，一般都應(yīng)具備如下一些軟件模塊：數(shù)控語句讀人程序；工作狀態(tài)選擇程序；補償功能程序；如間隙補償、刀尖半徑補償?shù)?；速度控制程序；指進(jìn)給速度的控

12、制和主軸速度的控制；插補程序；以實現(xiàn)脈沖的各種分配運算；輔助功能控制程序；用于刀具選擇、主軸正反轉(zhuǎn)控制等。1軟件的總體結(jié)構(gòu) 圖6-18 框圖結(jié)構(gòu)說明如下：6-1 數(shù)控車床10/17/202220（三）軟件結(jié)構(gòu)6-1 數(shù)控車床10/15/202220(1)系統(tǒng)初始化 在上電以后系統(tǒng)程序首先使各有關(guān)寄存器、存儲單元進(jìn)入初始狀態(tài)，清零、設(shè)置有關(guān)常數(shù)，對有關(guān)接口設(shè)置工作狀態(tài)。 初始化工作結(jié)束后，系統(tǒng)立即對操作面板進(jìn)行掃描，區(qū)別操作狀態(tài)為手動還是自動，然后做出相應(yīng)的響應(yīng)。 (2)讀NC程序 一次性將加工程序依次讀入源程序區(qū) 加工時逐條將源程序從源程序區(qū)讀入工作區(qū) 進(jìn)行譯碼、刀具補償運算等(3)S、M、T

13、處理 讀人程序譯碼之后， S、M、T強電控制信號送人強電控制裝置，使其處于數(shù)控程序所規(guī)定的工作狀態(tài)。 6-1 數(shù)控車床10/17/202221(1)系統(tǒng)初始化 6-1 數(shù)控車床10/15/202221(4)坐標(biāo)值變換 該機(jī)床數(shù)控編程時允許絕對值與相對值混合使用，所以必須對每條數(shù)控程序的坐標(biāo)值進(jìn)行處理。(5)程序檢索 此項處理是為了在程序調(diào)試或機(jī)床調(diào)整中使用，目的是為了方便地尋到所要求的數(shù)控程序段，這對于分析故障亦有許多幫助。 (6)等待強電回答 當(dāng)主機(jī)向機(jī)床強電裝置發(fā)出S、M、T命令之后，它自己就去處理其他有關(guān)程序，在它執(zhí)行完有關(guān)程序之后，強電動作還遠(yuǎn)未完成，這時主機(jī)就轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。(7)G功

14、能分析程序塊 由于該系統(tǒng)是一個多功能系統(tǒng)，所以在執(zhí)行每條數(shù)控程序時必須對G指令進(jìn)行判別，確定是哪一個指令，這樣在加工過程中就可以調(diào)用相應(yīng)的G功能子程序。6-1 數(shù)控車床10/17/202222(4)坐標(biāo)值變換 6-1 數(shù)控車床10/15/202222(8)進(jìn)給速度處理 加工中一般有兩種速度： 空行程快速點定位速度(一般在2-4mmin) 由F指令確定的加工進(jìn)給速度。 考慮到步進(jìn)電機(jī)啟動和制動時的慣性，必須有升降速處理程序。(9)加工（插補）運算 本系統(tǒng)采用逐點比較法進(jìn)行插補運算(10)終點判別 在加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)每向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出一個脈沖信號，都將相對坐標(biāo)值減去1，并且立即判斷其是否為零，即

15、是否到達(dá)終點。(11)其他程序 除上述一些程序外，還有系統(tǒng)轉(zhuǎn)向相應(yīng)的執(zhí)行程序等。6-1 數(shù)控車床10/17/202223(8)進(jìn)給速度處理 6-1 數(shù)控車床10/15/202223 2特殊功能模塊程序設(shè)計(1)螺紋切削處理軟件加工螺紋時主軸脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)發(fā)出二組脈沖：一組為每轉(zhuǎn)發(fā)1024個脈沖，通過螺紋切削處理軟件產(chǎn)生F個溢出脈沖，控制Z方向進(jìn)給F值（螺距值），達(dá)到主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀架移動一個螺距。一組是每轉(zhuǎn)發(fā)一個同步脈沖，當(dāng)微機(jī)接受到同步脈沖之后就進(jìn)入加工控制，實現(xiàn)同一切削點切人加工，防止亂扣。生成進(jìn)給速度F的方法有數(shù)字積分法和CTC常數(shù)設(shè)置法6-1 數(shù)控車床10/17/202224 2特殊功能模

16、塊程序設(shè)計6-1 數(shù)控車床10/15/202數(shù)字積分法：由螺距值F（脈沖數(shù)）寄存器和余數(shù)寄存器構(gòu)成一個積分器：采用CTC中斷方式：脈沖發(fā)生器每發(fā)一個脈沖，就產(chǎn)生一次中斷，積分器進(jìn)行一次累加，當(dāng)余數(shù)寄存器有溢出時，向Z向發(fā)一個進(jìn)給脈沖。每轉(zhuǎn)發(fā)1024個脈沖，進(jìn)行1024次中斷和累加，產(chǎn)生F個溢出脈沖，完成一次螺距進(jìn)給。6-1 數(shù)控車床10/17/202225數(shù)字積分法：6-1 數(shù)控車床10/15/202225 CTC常數(shù)設(shè)置法：脈沖發(fā)生器所發(fā)脈沖數(shù)為F的整數(shù)倍，則以所發(fā)脈沖數(shù)除以F作為計數(shù)常數(shù)。脈沖發(fā)生器所發(fā)脈沖數(shù)不為F的整數(shù)倍，則一個設(shè)置常數(shù)為商數(shù)加1，中斷次數(shù)為余數(shù)次，另一個設(shè)置常數(shù)為商數(shù)，

17、中斷次數(shù)為（F-余數(shù)次）。驗證：主軸脈沖數(shù)商 (F-余數(shù)次)+(商+1)余數(shù)例：螺距為1，主軸脈沖數(shù)為1024，脈沖當(dāng)量為0.01則F100，商為10，余數(shù)24帶入上式驗證: 6-1 數(shù)控車床10/17/202226 CTC常數(shù)設(shè)置法：6-1 數(shù)控車床10/15/20222(2)刀具選擇軟件設(shè)計四方刀架控制軟件應(yīng)該包含下面內(nèi)容： 讀入當(dāng)前刀架所處的刀具位置； 與數(shù)控指令所要求的刀位進(jìn)行比較，并確定所要求轉(zhuǎn) 動的刀位角是90、180喊是270； 在要求轉(zhuǎn)位情況下使刀架轉(zhuǎn)位電機(jī)轉(zhuǎn)動； 在電機(jī)轉(zhuǎn)動刀架的時間到了以后，再次讀入刀位值，與指令值進(jìn)行比較，如果符合則電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下落夾緊； 關(guān)刀架轉(zhuǎn)位電

18、機(jī)，發(fā)出結(jié)束信號。6-1 數(shù)控車床10/17/202227(2)刀具選擇軟件設(shè)計6-1 數(shù)控車床10/15/20222一、機(jī)床的用途與主要技術(shù)性能XHK716立式加工中心技術(shù)參數(shù)為：工作臺工作面積 630 x120m2行程：縱向 1200mm 橫向 630mm 鉛垂向 800mm主軸轉(zhuǎn)速范圍： 25-2500rpm 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 無級（直接編程，增量1r/min）進(jìn)給速率（x、y、z） 2-4000mm/min快速移動 （x、y、z） 10mmin刀庫容量 24把選刀方式 任選主電機(jī)功率 12或15kW進(jìn)給直流伺服電機(jī) 38.5Nm機(jī)床電源總功率 42kW6-2 立式加工中心10/17/202228一、機(jī)床的用途與主要技術(shù)性能6-2 立式加工中心10/15/二、機(jī)床的組成和傳動系統(tǒng)6-2 立式加工中心10/17/202229二、機(jī)床的組成和傳動系統(tǒng)6-2 立式加工中心10/15/20二、機(jī)床的組成和傳動系統(tǒng)6-2 立式加工中心10/17/202230二、機(jī)床的組成和傳動系統(tǒng)6-2 立式加工中心10/15/201.自動換刀的工作過程6-2 立式加工中心三、機(jī)床的自動換刀裝置10/17/2022311.自動換刀的工作過程6-2 立式加工中心三、機(jī)床的自動換刀2.刀庫6-2 立式加工中心10/17/2022322.刀庫6-2 立式加工中心10/15/2022323.機(jī)械手6-2 立式加