第二节数控机床的分类与应用和数控机床编程及加工

第二节数控机床的分类与应用一、按工艺用途分类普通数控机床：车、铣、钻、镗、磨等。其工艺性能与通用机床相似，但能自动加工复杂形状零件。

在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置，能连续进行车、铣、镗、钻、铰及攻丝等多工序加工。加工中心机床：有些复杂形状零件需要三个坐标以上的合成运动才能加工。常用的有四个、五个、六个坐标的数控机床。

多坐标数控机床：数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床。数控特种加工机床：16大类数控机床：数控车床（含有铣削功能的车削中心）数控铣床（含铣削中心）数控镗床以铣镗削为主的加工中心数控磨床（含磨削中心）数控钻床（含钻削中心）数控拉床数控刨床数控切割机床数控齿轮加工机床柔性制造单元（FMC——FlexibleManufacturingCell）柔性制造系统

（FMS——FlexibleManufacturingSystem）数控电加工机床（含电加工中心）数控板材成形加工机床数控管料成形加工机床其它数控机床二、按运动方式分类点位控制：特点是机床移动部件只能实现一个位置到另一个位置的精确移动，在移动和定位过程中不进行任何加工，机床移动部件的运动路线并不影响加工的孔距精度。最典型的点位控制数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控点焊机和数控弯管机。特点是能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制，它不仅能控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且要控制整个加工过程每一点的速度与位移量。点位直线控制系统：由于只能作简单的直线运动，因此不能实现任意的轮廓轨迹加工。轮廓控制（连续控制）：特点是能够对两个或两个以上的坐标同时进行控制，它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且要控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要控制移动轨迹，将工件加工成一定的轮廓形状。轮廓控制需要在加工过程中不断进行多坐标轴之间的插补运算，实现相应的速度和位移控制。轮廓控制包含了点位和点位直线控制。三、按控制方式分类开环控制系统：不带反馈装置，CNC系统发出的指令脉冲信号是单方向的，机床没有检测反馈装置，其加工精度取决于伺服系统的性能。步进电机驱动电路功率步进电动机机械传动链机床运动部件输入脉冲闭环控制系统：位置环：机床最终运动部件位置上直接装有直线或回转式检测装置，测得实际位移值后反馈回来与指令值进行比较，所得差值再经数/模（D/A）变换、放大，对伺服电机进行控制，使驱动机构按规定移动，直到其差值趋于0为止。速度环：处于位置环内，其目的是减少因负载等因素而引起进给速度的波动，改善位置环的控制品质。闭环控制将机械传动链的全部环节都包括在闭环之内，因而从理论讲，闭环控制的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动链的误差无关。比较器前置及功率放大电路机械传动链机床运动部件直流或交流伺服电机位置检测装置速度检测装置输入脉冲返回控制方式与闭环系统相同，区别是：检测装置位于伺服电机轴或丝杠端头，检测角位移。由于半闭环控制将运动部件的机械传动链不包括在闭环之内，机械传动链的误差无法得到校正和消除。半闭环控制系统：比较器前置及功率放大电路机械传动链机床运动部件直流或交流伺服电机脉冲编码器输入脉冲开环补偿型控制系统：基本控制为开环控制系统，再附加一个补偿（校正）伺服电路。这样既保留了开环控制的优点，又能较好地解决步进电机丢步和过冲问题，补偿了机械传动系统的误差，使开环控制的控制精度得以提高。半闭环补偿型控制系统：基本控制为半闭环系统，再用装于工作台上的直线位移检测装置实现全闭环，用半闭环和全闭环的差值进行控制，因而既可以快速获得稳定的控制特性，又可以获得高精度。混合控制系统：继续混合电路驱动电路机械传动链机床运动部件步进电机D/A脉冲源指令进给脉冲测量装置校正脉冲系统误差比较单元开环补偿型控制系统框图返回混合控制速度调节机械传动链机床运动部件伺服放大角度检测装置速度检测装置指令位置伺服电机直线检测装置半闭环补偿型控制系统框图返回四、按数控系统的档次分类功能低档中档高档分辨率（mm）1010.1进给速度（m/min）8～1515～2415～100伺服控制类型开环、步进电动机半闭环或闭环的直流或交流伺服系统联动轴数（轴）2～32～43～5以上通讯功能一般无RS-232、DNCRS-232、DNC、MAP显示功能LED或简单的CRT较齐全的CRT显示还有三维图形显示内装PLC无有有强功能的PLC主CPU8位、16位32位或64位的多CPU五、数控机床的精度与应用范围1、数控机床的精度数控机床的精度主要是指加工精度定位精度重复定位精度由于数控机床是以数字的形式给出相应的脉冲指令进行加工，数控机床的脉冲当量与精度有关。按不同精度等级的数控机床的要求，脉冲当量mm/脉冲。一般中小型数控机床（非精密型）的加工精度值约为脉冲当量的10倍，因此数控机床的mm。一般情况下定位精度通常是加工精度的1/2－1/3，因此数控机床的定位精度通常为：mm。而重复定位精度通常是定位精度的1/2-1/3，因此数控机床的重复定位精度通常为：mm。对于较大尺寸的零件加工的数控机床一般注重定位精度，而对中、小型零件在考核加工尺寸的一致性时一般更注重重复定位精度。由于数控机床的传动系统和机床结构具有很高的静、动刚度和热稳定性，机床本身的零部件具有很高的加工精度，特别是机床的自动加工方式避免了操作者人为的误差，因此同一批加工零件的尺寸一致性非常好，加工质量稳定、产品合格率高。在数控机床对复杂零件的轮廓表面进行加工时，由于编程中已考虑到对进给速度进行控制，保证刀具沿轮廓的切向进给的线速度基本不变，因此可以获得较高的精度和表面质量。1）对加工对象改型的适应性强2）加工精度高3）加工生产率高4）减轻操作者的劳动强度5）良好的经济效益6）有利于生产管理的现代化2、数控机床的应用范围（1）数控机床的特点1）多品种小批量生产的零件2）结构比较复杂的零件3）需要频繁改型的零件4）价格昂贵，不允许报废的关键零件5）需要最少生产周期的急需零件（2）数控机床的应用范围数控机床已经不只用于加工多品种、小批量以及结构形状复杂的零件，一些大批量以及结构形状不太复杂的零件在适用数控机床以后也同样能够获得很好的效益。机械工程实验教学中心数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。数控编程的目的机械工程实验教学中心数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。数控编程的内容机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定义开关2有效M22√M23自定义开关2无效M23√9S主轴转速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍在程序管理界面下，可进行有关数控加工程序文件的各种操作，如读入程序、编辑修改及查错编译等。每一个工件程序由若干个程序段组成；每一个程序段完成一个加工步骤；每一个程序指令有程序段号和若干个指令代码组成，指令代码在程序段中的位置可以是任意的，同组指令在同一程序段中不能重复使用；最后一个程序段由指令代码M02作为程序结束标志。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍

在运行加工程序之前，必须通过参数设置对机床和刀具进行调整，使其与加工要求相符，这样才能正确地进行加工或模拟加工。OpenSoftCNC软件系统的参数主要有以下内容：①基本设置设置可修改的基本参数。②刀具设置设置刀具编号、类型和刀具补偿等参数。③轴参设置设置和查看坐标轴参数。④工件坐标设置设置G54—G59等工件坐标系的原点坐标。⑤PLC