項(xiàng)目一數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)控機(jī)床編程及加工

項(xiàng)目一數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)一學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床的概念及組成任務(wù)二認(rèn)識(shí)不同種類的數(shù)控機(jī)床任務(wù)三數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用任務(wù)四數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)拓展實(shí)訓(xùn)本章難點(diǎn)回顧項(xiàng)目要點(diǎn)：1.掌握數(shù)控機(jī)床的概念及組成；2.掌握數(shù)控機(jī)床的分類；3.理解數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用；4.了解數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。任務(wù)一學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床的概念及組成一、任務(wù)引入二、任務(wù)分析三、知識(shí)準(zhǔn)備四、任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述：

本任務(wù)以最新的FANUC

Oi－Mate

TD型數(shù)控車床為例，介紹數(shù)控機(jī)床的一些基礎(chǔ)知識(shí)，包括數(shù)控的概念及數(shù)控機(jī)床的主要組成。2.知識(shí)目標(biāo)（1）了解數(shù)控機(jī)床的概念；（2）掌握數(shù)控機(jī)床的組成。3.技能目標(biāo)能夠熟練識(shí)別數(shù)控機(jī)床的組成部件。二、任務(wù)分析1.數(shù)控及數(shù)控機(jī)床的概念；2.數(shù)控機(jī)床的組成；3.各部分的作用。三、知識(shí)準(zhǔn)備

(一)

數(shù)控機(jī)床的概念1.數(shù)控

用數(shù)字信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。2.數(shù)控機(jī)床

用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。3.數(shù)控加工

數(shù)控加工是指在數(shù)控機(jī)床上加工零部件的一種工藝方法。

(二)

數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般由輸入/輸出設(shè)備、數(shù)控裝置(或稱CNC單元)、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置(或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu))、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測(cè)量裝置組成。四、任務(wù)實(shí)施認(rèn)識(shí)CK6152數(shù)控車床的組成。任務(wù)二認(rèn)識(shí)不同種類的數(shù)控機(jī)床一、任務(wù)引入二、任務(wù)分析三、知識(shí)準(zhǔn)備一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述從不同的角度出發(fā)，數(shù)控機(jī)床可分為多種類型。2.知識(shí)目標(biāo)（1）了解數(shù)控機(jī)床的原則；（2）理解按照工藝用途、控制軸數(shù)分類特點(diǎn)；（3）掌握數(shù)控機(jī)床按照伺服系統(tǒng)的控制方式、控制運(yùn)動(dòng)的軌跡分類類型。二、任務(wù)分析

數(shù)控機(jī)床的種類、規(guī)格繁多，從不同的技術(shù)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)，可以對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行各種不同的分類，一般可以按下面幾種原則進(jìn)行分類。本任務(wù)介紹數(shù)控機(jī)床按五種情況分類，主要討論按伺服系統(tǒng)的類型、控制運(yùn)動(dòng)的軌跡分類。三、知識(shí)準(zhǔn)備

(一)

按控制運(yùn)動(dòng)的軌跡劃分

數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡主要有3種形式:點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)、直線控制運(yùn)動(dòng)和連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)。

1.點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)

點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)是指刀具相對(duì)工件的點(diǎn)定位,一般對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)特殊要求。即只控制從一點(diǎn)到另一點(diǎn)位置的精確定位，而不控制移動(dòng)軌跡，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。2.直線控制運(yùn)動(dòng)

直線控制運(yùn)動(dòng)是指刀具或工作臺(tái)以給定的速度按直線運(yùn)動(dòng)。圖1-6點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)

圖1-7直線控制運(yùn)動(dòng)

圖1-8連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)2.連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)也稱輪廓控制運(yùn)動(dòng),是指刀具或工作臺(tái)按工件的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其他函數(shù)關(guān)系的曲線。即對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行控制。

(二)按伺服系統(tǒng)的類型劃分開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)（根據(jù)位置測(cè)量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)）開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置→進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。減速器數(shù)控裝置控制電路步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)輸入開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖特性：無(wú)位置反饋，精度低。其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。伺服驅(qū)動(dòng)元件：一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為。優(yōu)缺點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及普通機(jī)床的數(shù)控改造。例如：CJK6125B、J1BNC320等。

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動(dòng)裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺(tái)輸入半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度檢測(cè)元件速度反饋位置反饋轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開(kāi)環(huán)好。但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較高。是現(xiàn)代CNC機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的一種伺服系統(tǒng)形式。

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺(tái)輸入閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖位置檢測(cè)元件

速度檢測(cè)元件速度反饋位置反饋從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量。具有最高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。

(三)

按工藝用途劃分

(三)

按控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)劃分

2軸聯(lián)動(dòng)（平面曲線）3軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面）5軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面）。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)？指數(shù)控機(jī)床的幾個(gè)坐標(biāo)軸能夠同時(shí)進(jìn)行移動(dòng)，從而獲得平面直線、平面圓弧、空間直線和空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡的能力。數(shù)控車床是兩坐標(biāo)控制的，數(shù)控銑床是三坐標(biāo)控制的，早期的數(shù)控機(jī)床盡管具有三個(gè)坐標(biāo)軸，但能夠同時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制的可能只是其中兩個(gè)坐標(biāo)軸，那就屬于兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的三坐標(biāo)機(jī)床－稱為兩軸半。像這類機(jī)床無(wú)法獲得空間直線、空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡。

要想加工復(fù)雜的曲面，只能采用三軸以上的聯(lián)動(dòng)控制。兩軸半坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)

機(jī)床本身有三個(gè)坐標(biāo)能作三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，但控制裝置只能同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)，而第三個(gè)坐標(biāo)只能作等距周期移動(dòng)。任務(wù)三數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用一、任務(wù)引入二、任務(wù)分析三、知識(shí)準(zhǔn)備一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述機(jī)械零件多種多樣，完成一個(gè)零件的加工需要多道工序，我們?cè)诒救蝿?wù)中了解數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)及其在零件加工中的應(yīng)用。2.知識(shí)目標(biāo)（1）了解數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用；（2）掌握數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)。二、任務(wù)分析

本任務(wù)通過(guò)分析數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)，能根據(jù)工件合理的選擇數(shù)控機(jī)床。三、知識(shí)準(zhǔn)備

（一）數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)

1.自動(dòng)化程度高，減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度2.柔性加工程度高，適應(yīng)性強(qiáng)3.加工精度高,加工質(zhì)量穩(wěn)定4.生產(chǎn)效率高5.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化6.良好的經(jīng)濟(jì)效益（二）數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用1.最適應(yīng)數(shù)控加工零件類（1）形狀復(fù)雜,加工精度要求高,用通用機(jī)床很難加工或雖然能加工但很難保證加工質(zhì)量的零件。（2）用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件。（3）具有難測(cè)量,難控制進(jìn)給,難控制尺寸的不開(kāi)敞內(nèi)腔的殼體或盒形零件。（4）必須在一次裝夾中完成銑、鏜、锪、鉸或攻螺紋等多工序的零件。2.不適應(yīng)數(shù)控加工零件類（1）生產(chǎn)批量大的零件(當(dāng)然不排除其中個(gè)別工序用數(shù)控機(jī)床加工)。（2）裝夾困難或完全靠找正定位來(lái)保證加工精度的零件。（3）加工余量很不穩(wěn)定,且在數(shù)控機(jī)床上無(wú)在線檢測(cè)系統(tǒng)用于自動(dòng)調(diào)整零件坐標(biāo)位置的零件。（4）必須用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件。任務(wù)四數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)一、任務(wù)引入二、任務(wù)分析三、知識(shí)準(zhǔn)備一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述

能夠講述數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。2.知識(shí)目標(biāo)了解數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用；二、任務(wù)分析

機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床也不斷發(fā)展。本任務(wù)介紹數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展，以及數(shù)控機(jī)床未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。三、知識(shí)準(zhǔn)備

（一）

數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展

1948年受美國(guó)空軍委托Parsons公司和M.I.T合作，1952年研制了世界上第一臺(tái)三座標(biāo)數(shù)控機(jī)床（實(shí)驗(yàn)性）。1954年11月，第一臺(tái)工業(yè)用數(shù)控機(jī)床由美國(guó)本迪克斯公司（Bendix）生產(chǎn)出來(lái)。從1952年至今，NC機(jī)床按NC系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷的五代。

第一代：1955年NC系統(tǒng)以電子管組成，體積大，功耗大。第二代：1959年NC系統(tǒng)以晶體管組成，采用印刷電路板。第三代：1965年NC系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路作為硬件，其特點(diǎn)是體積小，功耗低，可靠性進(jìn)一步提高。以上三代NC系統(tǒng)，由于其數(shù)控功能均由硬件實(shí)現(xiàn)，故歷史上又稱其為“硬線NC”第四代：1970年NC系統(tǒng)采用小型計(jì)算機(jī)取代專用計(jì)算機(jī)，其部分功能由軟件實(shí)現(xiàn)，它具有價(jià)格低，可靠性高和功能多等特點(diǎn)。第五代：1974年NC系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價(jià)格進(jìn)一步降低，體積進(jìn)一步縮小，使實(shí)現(xiàn)真正意義上的機(jī)電一體化成為可能。這一代又可分為六個(gè)發(fā)展階段：

（二）數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控機(jī)床總的發(fā)展趨勢(shì)是工序集中、高速、高效、高精度、高可靠性以及方便使用。拓展實(shí)訓(xùn)數(shù)控機(jī)床安全操作規(guī)程。本章難點(diǎn)回顧1、概念（1）數(shù)控技術(shù)（2）數(shù)控機(jī)床（3）數(shù)控加工2、數(shù)控機(jī)床的分類（1）按照伺服系統(tǒng)分類（2）按照運(yùn)動(dòng)軌跡分類（3）按照聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類（4）按照工藝用途分類數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過(guò)程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語(yǔ)言記錄在程序單上的全過(guò)程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對(duì)程序經(jīng)過(guò)處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過(guò)程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫(xiě)零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對(duì)程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫(xiě)程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運(yùn)動(dòng)控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對(duì)坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時(shí)G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開(kāi)冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開(kāi)關(guān)1有效M20√M21自定義開(kāi)關(guān)1無(wú)效M21√8M22自定義開(kāi)關(guān)2有效M22√M23自定義開(kāi)關(guān)2無(wú)效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進(jìn)行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯(cuò)編譯等。每一個(gè)工件程序由若干個(gè)程序段組成；每一個(gè)程序段完成一個(gè)加工步驟；每一個(gè)程序指