第1章 数控编程.ppt

数控车床概述 第一章 数控车床概述 1 1数控机床的基本知识1 2数控车床工作原理1 3数控车削加工工艺范围及特点1 4数控机床分类 1 1数控机床的基本知识 1 1 1数控与数控机床的概念数字控制 GB8129 87 用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法 数控机床 装备了数控系统的机床 计算机数控 CNC 系统 数控系统也采用专用或通用计算机及控制软件与相关的电气元部件一起来实现数控功能 1 1数控机床的基本知识 1 1 2数控车床型号及技术参数1 1 2 1数控车床型号根据 金属切削机床型号编制的方法 JB1838 85 中规定 机床均用汉语拼音字母和数字 按一定规律组合进行编号 以表示机床的类型和主要规格 数控车床编号CK6136中 字母与数字含义如下所示 CK6136主参数代号 床身上工件最大回转直径的1 10 单位mm 系代号 卧式车床系 组代号 落地及卧式车床组 特性代号 数控 类代号 车床类 1 1数控机床的基本知识 1 1 2 2数控车床技术参数技术参数是用户购买机床时的主要依据 表1 1为CK6136和CA6140的技术参数 旨在了解数控车床与普通车床在技术参数种类和数值上的不同 数控机床性能指标的含义和对机床的影响见表1 2数控机床性能指标表 表1 1数控车床和普通车床技术参数 1 1数控机床的基本知识 1 1数控机床的基本知识 表1 2数控机床性能指标表 1 1数控机床的基本知识 1 2数控车床工作原理 1 2 1数控车床组成及其作用 图1 1CK6136外形图 图1 1为数控车床CK6136外形图 1 2数控车床工作原理 传统观点 数控机床由程序载体 输入输出设备 数控系统 伺服系统 机床主体等组成 但现代数控机床的数控系统都采用模块化结构 伺服系统中的伺服单元和驱动装置为数控系统中的一个子系统 输入输出装置也为数控系统中的一个功能模块 现在的观点 数控机床主要由计算机数控系统和机床本体组成 如图1 2 其中每一部分的功用如下 1 2数控车床工作原理 1 2 1 1输入装置1 2 1 2计算机数控装置1 2 1 3伺服系统1 2 1 4测量装置1 2 1 5机床本体 1 2数控车床工作原理 1 2 2数控系统的主要功能取决于数控系统硬件和软件的配置 1 2 2 1多轴控制功能1 2 2 2插补功能1 2 2 3进给功能1 2 2 4主轴功能1 2 2 5刀具功能1 2 2 6刀具补偿功能1 2 2 7机械误差补偿功能1 2 2 8操作功能1 2 2 9程序管理功能 1 2 2 10图形显示功能1 2 2 11辅助编程功能1 2 2 12自诊断报警功能1 2 2 13通讯功能 1 2 2 1多轴控制功能 包括平动轴和回转轴 基本平动坐标轴是X Y Z轴 基本回转坐标轴是A B C轴 联动轴 指数控系统按照加工的要求可以控制同时运动的坐标轴的数目 1 2数控车床工作原理 1 2 2 2插补功能指数控机床能够实现的运动轨迹 如直线 圆弧 螺旋线 抛物线 正弦曲线等 数控机床的插补功能越强 说明加工的轮廓种类越多 1 2 2 3进给功能包括快速进给 空行程移动 切削进给 手动连续进给 点动 进给量调整 倍率开关 自动加速减速功能等性能 进给功能与伺服驱动系统的性能有很大的关系 1 2 2 4主轴功能可实现恒转速 恒线速度 定向停车及转速调整 倍率开关 等功能 恒线速度指的是主轴可以自动变速 使得刀具对工件切削点的线速度保持不变 主轴定向停车功能主要用于数控机床在换刀 精镗等工序退刀前 对主轴进行准确定位 以便于退刀 1 2数控车床工作原理 1 2 2 5刀具功能指在数控机床上可以实现刀具的自动选择和自动换刀 1 2 2 6刀具补偿功能包括刀具位置补偿 半径补偿和长度补偿功能 半径补偿中有车刀的刀尖半径 铣刀半径的补偿 长度补偿中有车刀长度变化的补偿 1 2 2 7机械误差补偿功能指系统可以自动补偿机械传动部件因间隙产生的误差的功能 1 2 2 8操作功能数控机床通常有单程序段运行 跳段执行 连续运行 试运行 图形模拟仿真 机械锁住 暂停和急停等功能 有的还有软件操作功能 1 2 2 9程序管理功能指对加工程序的检索 编制 插入 删除 更名 锁住 在线编辑 即后台编辑 在执行自动加工的同时进行编辑 以及程序的存储通信等 1 2数控车床工作原理 1 2 2 10图形显示功能在显示器 CRT 上进行二维或三维 单色或彩色的图形显示 图形可以进行缩放 旋转 还可以进行刀具轨迹动态显示 1 2 2 11辅助编程功能如固定循环 镜像 图形缩放 子程序 宏程序 坐标轴旋转 极坐标等功能 可减少手工编程的工作量和难度 1 2 2 12自诊断报警功能指数控系统对其软件 硬件故障的自我诊断能力 这项功能可以用于监视整个机床和整个加工过程是否正常 并在发生异常时及时报警 1 2 2 13通讯功能现代数控系统中一般到配有RS232接口或DNC接口 可以与上级计算机进行信号的高速传输 高档数控系统还可与MAP或INTERNET相连 以适应FMS CIMS的要求 1 2数控车床工作原理 1 2 3数控机床工作原理数控机床工作原理如图1 3 1 3数控车削加工工艺范围及特点 1 3数控车削加工工艺范围及特点1 3 1数控车削加工工艺范围数控车床是数控机床中应用最广泛的一种 在数控车床上可以加工各种带有复杂母线的回转体零件 高级的数控车床 一般称为车削中心 还能进行铣削 钻削以及加工多边形零件 如图1 4为在数控车床上加工的工艺范围 1 3数控车削加工工艺范围及特点 图1 4车削工艺范围 1 3数控车削加工工艺范围及特点 1 3 2数控车削特点数控车床加工有普通车床无法比拟的特点 主要有以下几点 1 3 2 1数控车床的特点 1 传动链短与普通车床相比 进给驱动不再是电机 皮带 齿轮副机构变速 而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动刀架运动完成 不再使用挂轮 离合器等传动部件 传动链大大缩短 1 3数控车削加工工艺范围及特点 2 刚性高为了与数控系统的高精度相匹配 数控机床的刚性高 以便适应高精度的加工 3 轻拖动刀架移动采用滚珠丝杠副 摩擦小 移动轻便 丝杠两端的支承是专用轴承 其压力角比普通轴承大 在出厂时选配好 数控车床的润滑部分采用油雾自动润滑 这些措施都使得数控车床移动轻便 1 3数控车削加工工艺范围及特点 1 3 2 2数控车床加工特点 1 自动化程度高 可以减轻操作者的体力劳动强度 2 加工的零件质量高且稳定 3 生产效率高 4 便于新产品研制和改型 5 可向更高级的制造系统发展 6 加工成本较高 7 维修要求高 1 3数控车削加工工艺范围及特点 1 3 2 2数控车床加工特点 1 自动化程度高 可以减轻操作者的体力劳动强度数控加工过程是按输入的程序自动完成的 操作者只需开始时对刀 装卸工件 更换刀具 加工过程中 主要是观察和监督机床运行 但是 由于数控机床的技术含量高 操作者的脑力劳动强度相应提高 2 加工的零件质量高且稳定数控机床的定位精度和重复定位精度都很高 较容易保证一批零件尺寸的一致性 只要工艺设计和程序正确合理 加之精心操作 就可以保证零件获得较高的加工精度 也便于对加工过程实行质量控制 1 3数控车削加工工艺范围及特点 3 生产效率高数控机床加工时能在一次装夹中加工多个加工表面 一般只检测首件 所以可以省去普通机床加工时的不少中间工序 如划线 尺寸检测等 减少了辅助时间和机动时间 而且由于数控加工出的零件质量稳定 为后续工序带来方便 其综合效率明显提高 4 便于新产品研制和改型数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备 通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来 当产品改型 更改设计时 只要改变程序 而不需要重新设计工装 所以 数控加工能大大缩短产品研制周期 为新产品的研制开发 产品的改进 改型提供了捷径 1 3数控车削加工工艺范围及特点 5 可向更高级的制造系统发展数控机床及其加工技术是计算机辅助制造的基础 6 加工成本较高这是由于数控机床设备费用高 首次加工准备周期较长 维修成本高等因素造成 7 维修要求高数控机床是技术密集型的机电一体化的典型产品 需要维修人员既懂机械 又要懂微电子维修方法的知识 同时还要配备较好的维修装备 1 3数控车削加工工艺范围及特点 1 3 2 3适合数控机床加工的零件 1 多品种中小批量零件最合适 2 精度要求高的零件 3 表面粗糙度值小的零件 4 轮廓形状复杂的零件 1 3数控车削加工工艺范围及特点 1 3 2 3适合数控机床加工的零件 1 多品种中小批量零件最合适 随着数控车床制造成本的逐步下降 现在不管是国内还是国外 加工大批量零件的情况也已经出现 加工很小批量和单件生产时 如能缩短程序的调试时间 机外编程与调试 和工装 刀 量 夹具 的准备时间也是可以选用的 2 精度要求高的零件 由于数控车床的刚性好 制造精度高 对刀精确 能方便的进行尺寸补偿 所以能加工尺寸精度要求高的工件 1 3数控车削加工工艺范围及特点 3 表面粗糙度值小的零件 在工件和刀具的材料 精车余量及刀具角度一定的情况下 表面粗糙度取决于切削速度和进给速度 普通车床是恒定转速 直径不同 切削速度 线速度 不同 而数控车床具有恒线速度切削功能 车端面 不同直径外圆时可以用同样的线速度 保证表面粗糙度值既小又一致 在车削表面粗糙度不同的表面时 粗糙度小的表面选用小的进给速度 粗糙度大的表面选用大些的进给速度 可变性很好 这点在普通车床很难做到 4 轮廓形状复杂的零件 任意平面曲线都可用直线或圆弧来逼近 数控车床具有圆弧插补功能 因此数控车床不仅可以加工素线为直线的回转体 也可以加工素线为曲线的回转体 1 3数控车削加工工艺范围及特点 1 3 2 4数控车床所用工艺装备的特点 1 刀架的特点刀架是数控车床的重要部件 它安装各种切削加工刀具 其结构直接影响机床的切削性能和工作效率 转塔式刀架是普遍采用的刀架形式 如图1 5所示 它通过转塔头的旋转 分度 定位来实现机床的自动换刀工作 两轴连续控制的数控车床 一般都采用6 12工位转塔式刀架 排刀式刀架主要用于小型数控车床 适用于短轴或套类零件加工 方刀架在中低档数控车床中也有使用 1 3数控车削加工工艺范围及特点 2 刀具的特点数控机床刀具应满足以下要求 a 精度较高 寿命高 尺寸稳定 变化小 数控车床能兼作粗精车削 为使粗车能大切深 大走刀 要求粗车刀具有强度高 耐用度好 精车则保证加工精度 所以要求刀具锋利 精度高 耐用度好 b 快速换刀 c 刀柄应为标准系列 d 能很好地控制切屑的折断 卷曲和排出 数控车床一般在封闭环境中进行 要求刀具具有良好的断屑性能 断屑范围要宽 一般采用三维断屑槽 其形式很多 选择时应根据零件的材料及精度要求来确定 1 3数控车削加工工艺范围及特点 e 具有很好的可冷却性能 从结构上看 车刀可分为整体式车刀 焊接式车刀和机械夹固式车刀三大类 整体式车刀 高速钢车刀 它具有抗弯强度 冲击韧性好 制造简单和刃磨方便 刃口锋利等优点 焊接式车刀 将硬质合金刀片焊接在刀体上 经刃磨而成 机械夹固式车刀 机械夹固式可重磨车刀和机械夹固式不重磨车刀 数控车床应尽可能使用机夹刀 由于机夹刀在数控车床上安装时 一般不采用垫片调整刀尖高度 所以刀尖高的精度在制造时就得到保证 对于长径比较大的内径刀杆 应具有良好的抗震结构 1 3数控车削加工工艺范围及特点 从刀具的形状看 数控车削加工中常用的车刀如图1 6所示 图1 6数控车床用刀具 1 3数控车削加工工艺范围及特点 从刀具的材料看 由于在数控加工中 速度要远高于普通加工 为适合因高速而带来的高切削温度及严重摩擦 而不致使刀具磨损过于迅速 数控加工刀具以硬质合金为主 一般采用YT YW类硬质合金加工钢料 YG类硬质合金加工铸铁 为不断提高刀具切削性能 数控刀具中 越来越多地采用涂层硬质合金 涂层材料及涂层技术的迅猛发展 为数控刀具的性能提高提供了良好的条件 除此以外 数控刀具中 亦有采用CBN 金属复合陶瓷等特硬材料的 立方氮化硼 CBN 六方氮化硼 白石墨 高温高压下转化而成 硬度与耐磨性仅次于金刚石 一般用于高硬度 难加工材料的精加工 1 3数控车削加工工艺范围及特点 3 夹具的特点在经济型数控车床中 考虑成本的因素 一般使用与普通车床一样的手动自定心卡盘 在全功能型数控车床中使用自定心液压或气动卡盘 1 4数控机床分类 1 4 1根据机床加工特性和主要加工工序分与普通机床一样 数控机床根据加工特性和主要加工工序可分成数控车床 含车削中心 数控铣床 含铣削中心 数控镗床 以铣镗削为主带刀库的加工中心 型号用TH 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 数控切断机床 数控齿轮加工机床 数控电火花加工机床 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 柔性加工单元 FMC 柔性制造系统 FMS 等 1 4数控机床分类 1 4 2根据数控系统的技术水平分1 4 2 1运动方式 1 点位控制数控机床只控制刀具从一点到另一点的准确定位 在移动过程中不进行加工 对两点间的移动速度及运动轨迹没有严格的要求 如图1 8所示 起点到终点的运动轨迹可以是1轨迹或2轨迹种的任意一种 这类数控机床主要有数控钻床 数控冲剪床 数控镗床和数控测量机等 1 4数控机床分类 2 直线控制数控机床这类数控机床的数控装置除了控制点与点之间的准确位置以外 还要保证两点之间移动的轨迹是一条直线 而且对移动的速度也要进行控制 以便适应随工艺因素变化的不同需要 这类数控机床主要有简易数控车床 数控镗铣床等 如图1 9所示 1 4数控机床分类 3 轮廓控制数控机床能同时对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制 它不仅要控制移动的起点与终点 而且要控制整个加工过程每一点的速度 方向和位移量 使合成的平面或空间的运动轨迹能满足加工的要求 由于同时控制两个或更多的坐标运动 数据处理的速度比点位控制要高 因此 要求具有较高速度的运算和信息处理能力 主要有数控铣床 数控车床等 要增加轮廓控制功能 只需增加插补运算软件即可 1 4数控机床分类 1 4 2 2伺服系统的控制方式 1 开环控制系统的数控机床开环控制系统的数控机床通常不带位置检测元件 使用功率步进电动机作为执行元件 开环控制系统的数控机床受步进电动机的步距精度和传动机构的传动精度的影响 难于实现高精度加工 但由于系统结构简单 成本较低 技术容易掌握 所以目前仍有应用 普通机床的数控化改造大多采用开环控制系统 1 4数控机床分类 2 闭环控制系统的数控机床闭环控制系统 将位移指令信号与位置元件检测测得的工作台实际位置反馈信号随时进行比较 根据其差值及指令进给速度的要求 按一定的规律进行转换后 得到进给伺服系统的速度指令信号 1 4数控机床分类 3 半闭环控制系统的数控机床如果将位置检测元件安装在驱动电动机的端部 或安装在传动丝杠端部 间接测量执行部件的实际位置或位移 就是半闭环控制系统 它可以获得比开环系统更高的精度 但它的位移精度比闭环系统的要低 由于位置检测元件安装方便 调试容易 现在大多数数控机床多采用半闭环控制系统 1 4数控机床分类 1 4 2 3功能水平 1 经济型数控机床经济型数控机床大多指采用开环