模塊九(數(shù)控加工)和數(shù)控機床編程及加工

第一節(jié)數(shù)控機床的基本知識一、數(shù)控機床的產(chǎn)生隨著社會生產(chǎn)和科學技術的不斷進步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎，其產(chǎn)品更是日趨精密復雜，特別是在宇航、航海、軍事等領域所需的機械零件，精度要求更高，形狀更為復雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調整設備。?普通機床或專業(yè)化程度高的自動化機床顯然無法適應這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質量及降低生產(chǎn)成本。一種新型的生產(chǎn)設備——數(shù)控機床就應運而生了。?二、數(shù)控機床的發(fā)展簡況

1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床。半個世紀以來，數(shù)控技術得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和五代。?第1代數(shù)控機床：1952年～1959年采用電子管元件構成的專用數(shù)控裝置（NC）。第2代數(shù)控機床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第3代數(shù)控機床：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。以上三代都是采用專用計算機的硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)。裝有這類數(shù)控系統(tǒng)的機床為硬件數(shù)控機床，簡稱NC機床。?第4代數(shù)控機床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)（CNC）。第5代數(shù)控機床：從1974年開始采用微型計算機控制的系統(tǒng)（MNC）。

?三、數(shù)控機床的基本概念（一）數(shù)控機床的概念數(shù)控(NumericalControl，NC)數(shù)控是采用數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的方法，即硬件數(shù)控。2.數(shù)控技術（NumericalControlTechnology）采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術。?3.數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）

是采用數(shù)字控制技術對機床的加工過程進行自動控制的一類機床。它是數(shù)控技術典型應用的例子。國際信息處理聯(lián)盟定義:是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床4.數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5.計算機數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計算機為控制核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，即軟件數(shù)控。6.計算機直接控制技術（DNC）?（二）數(shù)控機床的特點加工精度高生產(chǎn)效率高減輕勞動強度改善勞動條件有利于生產(chǎn)管理?四、數(shù)控機床技術發(fā)展趨勢高速、高效加工高精密、超精密加工高可靠性工序復合化和復合加工智能化、網(wǎng)絡化、柔性化和集成化并聯(lián)機床技術?1.高速、高效加工高速CPU芯片主軸高速化，采用電主軸采用全數(shù)字交流伺服機床動、靜態(tài)性能的改善?在分辨率為1μm時，快進速度達 240m/min，可獲得復雜型面的精確加工加速度達2g主軸轉速已達200,000r/min換刀速度少于1s?2高精密、超精密加工

提高機械的制造和裝配精度；采用高速插補技術，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC控制單位精細化采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本交流伺服電機已有裝上1000000脈沖/轉的內藏位置檢測器，其位置檢測精度能達到0.01μm/脈沖）位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法?采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g

設備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術。研究表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60％～80％。

?5.并聯(lián)機床1）機床結構技術上的突破性進展當屬20世紀90年代中期問世的并聯(lián)機床。并聯(lián)機床是機器人技術、機床結構技術、現(xiàn)代伺服驅動技術和數(shù)控技術相結合的產(chǎn)物，被稱為“21世紀的機床”

?傳統(tǒng)機床基本上都遵循笛卡爾直角坐標系的運動原理被設計制造出來，其結構為串聯(lián)結構，存在懸臂部件，承受很大彎矩和扭矩，不容易獲得高的結構剛度。另外，傳統(tǒng)機床組成環(huán)節(jié)多、結構復雜，形成誤差迭加，限制了加工精度和速度的提高。?2）我國自主研發(fā)的并聯(lián)機床樣機??3）并聯(lián)機床的優(yōu)、缺點及發(fā)展熱點：優(yōu)點：進給速度快；精度高；剛性好；加速度高；安裝、維修方便。局限：工作空間??；姿態(tài)能力差；運動特性和力特性非線性。目前研究熱點：混聯(lián)機床。?五、數(shù)控機床（系統(tǒng)）分類

數(shù)控機床規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計已有400多個品種規(guī)格?？梢园凑斩喾N原則來進行分類。但歸納起來，常見的是以下面4種方法來分類的。1.按工藝用途分類2.按運動軌跡分類3.按伺服系統(tǒng)的控制方式分類4.按數(shù)控裝置分類?1.按工藝用途分類一般數(shù)控機床：車銑鏜鉆磨等，功能與通用機床相似；但是可以加工復雜形狀的零件。數(shù)控加工中心：在數(shù)控銑、鏜、鉆床的基礎上增加了自動換刀裝置。帶刀庫，一次裝夾后可完成多工序加工。?多坐標數(shù)控機床：坐標軸大于3，能加工復雜形狀零件。線切割機床電火花機床?2.按運動軌跡分類點位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機。?點位控制鉆孔加工工件刀具AB?直線控制數(shù)控系統(tǒng)能實現(xiàn)點位控制數(shù)控系統(tǒng)的功能能實現(xiàn)沿平行某個坐標軸（如X、Y、Z）或兩軸等速的方向進行加工；適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控加工中心等。?直線控制切削加工?輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制(連續(xù)控制)系統(tǒng)：具有控制幾個進給軸同時諧調運動(坐標聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機床?，F(xiàn)代的數(shù)控機床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。?工件刀具輪廓控制加工?3.按聯(lián)動軸數(shù)分，2軸聯(lián)動（平面曲線）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動（空間曲面）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面）。聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復雜。?

4.按進給伺服系統(tǒng)的類型分類按數(shù)控系統(tǒng)的進給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。?第二節(jié)數(shù)控機床的有關功能規(guī)定一、數(shù)控機床技術術語（一）DNC（計算機直接控制技術）由一臺計算機控制一臺或多臺數(shù)控機床。（二）FMS（柔性制造系統(tǒng)）1.柔性制造單元FMC：由加工中心（MC）與自動交換工件（AW、APC）的裝置所組成。2.核心：柔性，并不事先固定哪一臺機床加工什么零件，而是根據(jù)需要，由系統(tǒng)調度由哪一臺機床加工某一零件。?二、數(shù)控機床的坐標的運動方向的規(guī)定

統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機床坐標軸及其運動的方向，可使編程方便，并使編出的程序對同類型機床有通用性。同時也給

維修和使用帶來極大的方便。ISO和我國都擬定了命名的標準。?+Z?立、臥式數(shù)控銑床+Z+X+Z+X+Y+Y?+Z+X+Y立式5軸聯(lián)動數(shù)控銑床+Z+X+Y龍門數(shù)控銑床?數(shù)控車床數(shù)控機床例圖?數(shù)控銑床?數(shù)控鉆床?加工中心?數(shù)控雕刻機床?三座標測量機?數(shù)控電火花成型機?快速成型設備?數(shù)控彎管機?數(shù)控卷簧機?機械工程實驗教學中心數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。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)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅動機床完成相應的運動。數(shù)控編程的目的機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質；⑤校對程序及首件試加工。數(shù)控編程的內容機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理數(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)學處理編寫程序文件制作控制介質程序校驗及試切數(shù)控機床機械工程實驗教學中心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+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，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)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹為例，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G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結束M02

4M03主軸正轉M03√M04主軸反轉M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關冷卻液M09√

6M97程序跳轉M97P_

M98子程序調用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關1有效M20√M21自定義開關1無效M21√8M22自定義開關2有效M22√M23自定義開關2無效M23√9S主軸轉速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進行有關數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯編譯等。每一個工件程序由若干個程序段組成；每一個程序段完成一個加工步驟；每一個程序指令有程序段號和若干個指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程序段中不能重復使用；最后一個程序段由指令代碼M02作為程序結束標志。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹

在運行加工程序之前，必須通過參數(shù)設置對機床和刀具進行調整，使其與加工要求相符，這樣才能正確地進行加工或模擬加工。OpenSoftCNC軟件系統(tǒng)的參數(shù)主要有以下內容：①基本設置設置可修改的基本參數(shù)。②刀具設置設置刀具編號、類型和刀具補償?shù)葏?shù)。③軸參設置設置和查看坐標軸參數(shù)。④工件坐標設置設置G54—G59等工件坐標系的原點坐標。