数控技术与数控机床简介

2数控机床的组成加工程序输入输出装置数控装置辅助控制装置伺服驱动装置检测反馈装置机床本体3.数控机床基本工作原理编程手册数控机床的工作原理图机床数控装置输入装置穿孔带随动进给系统穿孔机编程卡片加工图样数控机床的工作原理图编程手册加工图样编程机穿孔机或存储装置穿孔带磁盘等输入装置数控装置进给系统机床数控立式铣床卧式数控铣床4.数控机床的种类车床磨床平面轮廓加工空间曲面零件加工孔系加工轴类零件加工5.数控机床加工特点与应用3轴联动4轴控制5轴联动5轴联动加工第二节数控编程方法零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和尺寸编制程序单制作控制介质程序校检和试切校核校核检验YYYNNN完成1.手工编程2CAD/CAM系统自动编程常用软件：PRO/E，UG，I-DEAS，CATIA，MASTERCAM等。软件系统功能：三轴-五轴加工，车削加工，电火花加工，切割加工，平面加工，板金加工等。编程基本步骤：（1）几何造型（2）加工工艺分析（3）刀具轨迹生成（4）刀位验证与刀具轨迹编辑（5）后置处理（6）数控程序输出3.数控语言自动编程输入编译打印程序单穿制纸带网络传输零件图纸数控语言零件源程序数字处理刀位文件后置处理检验机床加工（1）基本原理（2）程序的组成（APT语言）初始语句几何定义语句刀具形状描述语句刀具起始位置的指定初始运动语句刀具运动语句后置处理语句指定机床与数控系统语句主轴状态语句进给及冷却液语句1.坐标系作用：计算刀具（坐标轴）位置，控制机床的运动轨迹，如下面的轮廓及加工程序。N10G55...N100G00X-5N110G01X200F200N130G01Y100N140X0N150Y-5...坐标系种类：机床坐标系工件坐标系(200,100)OXY第三节数控编程基本概念机床坐标系机床坐标系是指用于确定机床的运动方向和移动距离的坐标系。标准的数控机床坐标系是一个笛卡尔直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。笛卡尔直角坐标系卧式数控车床1）车床坐标系当Z轴水平时，沿主轴向工件看，X轴的正方向指向右边。2）铣、钻、镗床坐标系卧式升降台数控铣床对于单立柱机床，从工作台向立柱方向看，X轴的正方向指向右边。立式升降台数控铣床3）复杂坐标系如果除了第一坐标系外还有坐标系，则与X，Y，Z轴平行的坐标轴依次命名为：P，Q，R；U，V，W！根据机床类型及其结构特点，其坐标系有所不同车床与铣床机床所具有的轴数参考点为建立机床坐标系，在机机床上专门设置的基准点。通过回参考点命令，使机床进行回参考点运动，使机床各坐标轴回到基准点并定位，以参考点为基准建立机床坐标系。几点说明：参考点位置和机床坐标系原点与机床参数有关，一般情况下固定不变，可以在此基础上设置软件限位、加工区域限制等保护措施；为机床的辅助动作提供定位基准点；“参考点到达”信号可以作为机床自动加工的开始条件，对机床动作进行保护和互锁；机床坐标系原点可以和参考点重合，也可以不重合；机床坐标系一旦建立，只要不断电就一直保持不变；对于无“回参考点”功能的机床不能建立机床坐标系，只能建立工件坐标系；工件坐标系坐标轴与机床坐标系相应坐标轴平行，方向一致；工件坐标系的建立应遵循一定的规则；机床零点工作零点y0x0x2y2机床零点与工件零点xyAAA-A一、分析零件图纸1.明确加工内容平面、孔、槽、曲面2.明确加工要求尺寸精度、形位精度、表面质量3.零件的数控加工工艺性分析结构工艺性评价尺寸标注构成轮廓的几何元素的条件是否充分第4节工艺处理零件几何形状和加工精度是进行工艺处理的主要依据。二、数控加工工序的划分工序的划分原则：刀具集中的原则；粗、精分开的原则；先平面，再孔、槽原则；1.对刀点与换刀点对刀点：刀具相对于工件运动的起点，又称起刀点，也就是程序运行的起点。三、切削加工阶段划分起始运动阶段；接近运动阶段；刀具切入阶段；切削加工阶段；退出切削阶段；返回阶段。换刀点：一把刀具用完后，为防止刀具与工件相碰，刀具要先到工件之外，再进行换刀这个位置就叫换刀点。机床零点对刀点工作零点y0x0x1y1换刀点x2y2对刀点的坐标值xy加工路线的选择原则：保证零件的加工精度和表面租糙度；方便数值计算，减少编程工作量；缩短走刀路线，减少空行程；安全原则；1）刀具切入方向与轮廓相切方向，法线方向，任意方向三种方式。2）轮廓加工切入与切出轮廓加工的起始点和结束点应在工件外部3）顺铣和逆铣4）型腔加工先加工内腔，再加工外轮廓。采用行切或环切方法加工内腔，应根据具体的几何形状选择走刀方式。5）曲面加工行切或环切方式。加工刚度小、容易变形零件时，可以采用由里向外的走刀路线。2.加工路线的选择五、切削用量的确定切削用量：切削深度、切削速度、进给速度从工件材料，刀具材料，加工精度，加工效率等方面综合考虑，并参考切削用量手册和机床说明书四、刀具的选择（1）刀具类型数控加工中所使用的刀具种类多，分为不同的类型。刀具材料：高速钢、硬质合金、PCBN，PCD，陶瓷涂层刀具用途：面铣刀、槽铣刀、立铣刀、球头刀、成形铣刀、丝锥、钻头、各种车刀刀具结构：整体刀具、可转位、镶块刀具；直柄和锥柄（2）刀具选择原则—选择刀具材料，选择刀具尺寸加工精度要求加工效率要求工件材料加工对象六、数控机床的选择1）平面孔系零件的加工这类零件或孔数较多，或孔位置精度要求较高，宜用点位直线控制的数控钻床与镗床加工。2）旋转体类零件的加工此类零件多选用数控车床或数控磨床加工。3）平面轮廓的加工此类零件的轮廓多由直线和圆弧组成，一般选两坐标联动的数控铣床加工。4）立体轮廓表面的加工一般选用具有三轴或三轴以上联动功能的数控铣床加工此类零件。（一）根据零件类型选择（二）根据机床的行程（三）根据机床的加工精度（四）根据机床的结构—工作台形式、坐标轴的多少七、编程计算1.基点与节点基点：构成零件轮廓的直线、曲线相互之间的交点、圆弧中心、孔中心等。节点：用直线段或圆弧段近似曲线时，相邻直线段或相邻圆弧段的交点。xyyx节点基点2.已知方程曲线轮廓（非圆曲线）的数学处理方法•使用直线段逼近曲线•使用圆弧段逼近曲线直线逼近方法等间距法等弦长法等误差法圆弧逼近方法圆弧分割法三点作圆法相切圆法曲率圆法•等间距法原理：将曲线沿着某一坐标轴分割，分割点在坐标轴上的投影等间距，根据曲线方程得到分割点的坐标值。误差控制：调整分割点的个数就可以调整逼近误差。•等弦长法原理：各段长度相等的折线逼近曲线误差控制：以最小曲率半径处的加工精度确定弦长•等误差法原理：以最大允许误差的一半为半径，以曲线的一个端点为圆心作圆，然后再作圆与曲线的公切线，再以曲线端点为起点作一条与公切线平行的直线与曲线相交，交点即是分割点依次类推。3.平面型腔加工刀位点计算4.转角过度处理5.曲面加工刀位计算6.刀具干涉检查基本程序代码与程序结构假设刀具半径为0，工件厚度10毫米N10G55G90G17N20Z150N30T01M06N40Z-15N50X-6Y-5N60Z-5N70G01X180F80N80G03X200Y20I0J20F80N90G01Y130N100G03X180Y150I0J-20N110G01X0N120Y0N130G00Z150N140M02一.程序的组成第六节数控机床编程举例二、功能字1.程序段号功能字—NXXX写在程序段最前边；指明程序段在程序中位置，便于检索和调用；2.坐标字—X，Y，Z，A，B，C指明坐标轴（刀具）要到达的位置或在某方向的移动距离3.进给功能字—FXXX刀具或坐标轴的移动速度，单位可以为mm/min，inch/min，mm/rev作为单位，其中常用单位为mm/min；说明：机床参数指定单位类型直线运动时为个坐标轴的合成速度，圆弧运动时为切向速度在加工过程中，程序中的进给速度可以通过控制面板上的进给倍率开关调整N100G00X-5N110G01X180F200N130G01Y1004.刀具功能字—TXX（TXXXX）指定刀具说明：TXXXX：前两位为刀具的序号，后两位为刀具补偿号，多用于车床TXX：指出刀具的序号，多用于钻、铣床。在不同数控系统中可能有不同的意义。5.主轴功能字—SXXX规定了主轴转速；单位一般为转/min6.M功能字—辅助功能字1）功能：规定机床完成加工辅助动作，如换刀，开、关冷却液，主轴转向及停止等2）代码种类与功能M02,M30—程序停止，写在程序末尾M03,M04,M05—主轴旋转及停止M07,M08,M09—冷却液类型及开、关M13,M14—复合指令，规定主轴旋转及冷却液类型M98,M99—子程序M00—程序暂停N100T01M06N110S500M137.G功能字—准备功能字1）功能：对加工环境进行设置—加工平面，进给速度与主轴转速的单位，坐标系的建立与选择等；规定基本运动—直线运动、圆弧运动、螺旋线运动；固定循环运动；刀具补偿—长度补偿，半径补偿，位置补偿；2）基本G代码与功能G00,G01—直线运动G02,G03—圆弧运动G17,G18,G19—指定加工平面G73,G74—固定循环指令G91,G92—坐标类型G54-G59—工件坐标系选择G27,G28,G29—回参考点G代码是衡量数控系统和数控机床性能的一个主要指标对于不同的数控系统，G代码的种类可能不同，相同G代码可能有不同功能N80G03X200Y20I0J20F80N90G01Y130N100G03X180Y150I0J-20N110G01X0一基本移动指令G00-快速运动（G00XYZABC）进给速度功能字不起作用，运动速度由机床参数设定可以用进给倍率开关控制速度分为直线型定位与折线型定位两种方式开机默认，模态G01-直线进给运动指令（G01XYZABCF）必须指明相应的进给速度可以用进给倍率开关控制速度模态，与可以和G00等运动G代码互相替换注意G00与G01的互相替换圆弧运动指令—G02、G03格式•指定圆心•指定半径G02(G03)XxYyIiJjG02(G03)XxZzIiKkG02(G03)YyZzJjKkG02(G03)XxYyRrG02(G03)XxZzRrG02(G03)YyZzRr圆弧180，r0；圆弧180，r0说明：1)指定加工平面•G17-XOY;•G18-XOZ;•G19-YOZ;加工平面变化后要用代码重新指定新的加工平面2)圆弧顺、逆的判断•根据加工平面;•根据圆弧起点与终点;•假定刀具运动，工件静止;3)不同数控系统中对圆心的坐标指定方法不同1.代码分组M代码与G代码分组，同组代码可以替换2.模态与非模态代码非模态代码：当前程序段有效模态代码：续效指令，可以被同组代码替换或取消（用专门代码）S,F,X,Y,Z,A,B,C,T为模态代码；M代码与G代码分为模态和非模态；3.开机默认代码•G90,G17,G00；•M09,M05；•S0；•T00；！关于代码的几点说明三、程序的基本结构1.加工初始化设置2.换刀点3.指定刀具与换刀指令4.主轴旋转速度与旋转方向，冷却液5.对刀点—加工平面内进给加工起点6.深度方向加工起点7.进给运动8.退刀到换刀点9.重复3-8动作N10G55G90G17N20Z150N30T01M06N40Z-15N50G01G42X-1Y0D01F200N60Z-15N70X180F80N80G03X200Y20I0J20F80N90G01Y130N100G03X180Y150I0J-20N110G01X0N120Y-1N130G00G40X-20Y-20N140Z150N150M021.刀具中心轨迹法零件轮廓与刀具中心轨迹程序中的坐标值—刀具中心坐标值—刀具中心零件轮廓与刀具中心轨迹编程计算编程举例2.绝对坐标与相对坐标G90—绝对坐标：相对与坐标原点的坐标G91—相对坐标：相对于刀具前一位置的坐标A点、B点、C点的绝对坐标分别是：(4,0)、(43,0