第一章 数控机床概述 §1-1数控机床的产生和发展 一、.ppt

欢迎各位老师光临指导 教学目标 1 了解加工坐标系的概念及确定2 掌握加工坐标系的设定方法3 理解加工坐标系确定的原则4 熟悉机床加工坐标系 FANUC0M 设定的步骤 重点 难点 1 加工坐标系的概念2 加工坐标系的设定方法3 数控铣床 FANUC0M 加工坐标系的设定 教学方法 讲授法 演示法 教具 参考书 实物 挂图 数控机床加工工艺与编程 教学手段 多媒体课件 计算机 上海宇龙仿真软件 一 概念1 数控 NC 机床 采用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的机床 称为数控机床 2 计算机数控 CNC 采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能 则称为计算机数控 第一章数控机床概述 1 1数控机床的产生和发展 二 数控机床的产生和发展1 产生 机械产品的自身要求 单件 多品种小批量零件约占80 以上2 发展1952年美国Parsons公司和MIT三坐标数控立铣床数控机床进入实用化阶段 复杂曲面加工数控系统采用电子管元件 电子管时代 1959年采用晶体管和印制板电路 第二代数控系统1965年出现小规模集成电路 第三代数控系统1970年出现小型计算机代替专用硬接线装置 第四代数控系统 CNC系统 1974年以微处理为核心的数控系统 第五代数控系统 MNC系统 3 我国1958年起步20世纪60年代末70年代初 研制出一些晶体管式数控系统20世纪80年代初1985年进入实用阶段1986 1990年数控机床大发展时期300多种 课堂小结 本次课主要对数控机床的产生和发展进行了学习 这些内容是学习好数控编程这门课的基础 1 2数控机床的工作原理及组成出示挂图 一 数控机床的工作原理数控机床零件加工的步骤 1 分析零件图 确定加工方案 用规定代码编程2 输入数控装置3 数控装置对程序进行译码 运算 向机床各伺服机构和辅助控制装置发信号 驱动 执引 加工零件 二 数控机床的组成1 程序载体程序 包括加工零件所需的全部信息和刀具相对工件的位移信息 载体 穿孔纸带 磁带 磁盘 软盘 硬盘 内存RAM 2 输入装置作用 将程序载体内有关加工的信息读入CNC装置穿孔纸带 光电阅读机磁带 录放机磁盘 驱动器和驱动卡MDI 手动输入 3 CNC装置作用 接收输入装置输入的加工信息 完成数值计算 逻辑判断 输入输出控制等功能 4 伺服系统作用 将数控装置发来的各种动作指令 转化成机床移动部件的运动 5 位置反馈系统6 机床本体 主运动系统 进给运动系统 辅助部分 液压 气动 冷却 润滑 1 数控机床的特点适合加工复杂零件由于数控装置具有高超的运算能力适应性和灵活性强加工精度高 加工质量稳定闭环控制可提高精度 自动加工可避免人为误差生产效率高零件加工时间 机动时间 辅助时间自动化程度高自动换刀 检测 装卸工件经济效益好价格较贵调试和维修较复杂 三 数控机床的特点和适用场合 课堂小结 本次课主要对数控机床的工作原理及组成进行了学习 这些内容是学习好数控编程这门课的基础 作业 P221 3 5 数控机床可以根据不同的方法进行分类 常用的分类方法有按数控机床加工原理分类 按数控机床运动轨迹分类和按进给伺服系统控制方式分类 一 按数控机床加工原理分类按数控机床加工原理可把数控机床分为普通数控机床和特种加工数控机床 1 普通数控机床如数控车床 数控铣床 加工中心 车削中心等各种普通数控机床 其加工原理是用切削刀具对零件进行切削加工 2 特种加工数控机床如线切割数控机床 对硬度很高的工件进行切割加工 如电火花成型加工数控机床 采用电火花原理对工件的形腔进行加工 1 3数控机床分类 数控机床运动轨迹主要有三种形式 点位控制运动 直线控制运动和连续控制运动 1 点位控制运动点位控制运动指刀具相对工件的点定位 一般对刀具运动轨迹无特殊要求 为提高生产效率和保证定位精度 机床设定快速进给 临近终点时自动降速 从而减少运动部件因惯性而引起的定位误差 2 直线控制运动直线控制运动指刀具或工作台以给定的速度按直线运动 3 连续控制运动连续控制运动也称为轮廓控制运动 指刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动 运动轨迹为任意方向的直线 圆弧 抛物线或其它函数关系的曲线 这种数控系统有一个轨迹插补器 根据运动轨迹和速度精确计算并控制各个伺服电机沿轨迹运动 二 按数控机床运动轨迹分类 由数控装置发出脉冲或电压信号 通过伺服系统控制机床各运动部件运动 数控机床按进给伺服系统控制方式分类有三种形式 开环控制系统 闭环控制系统和半闭环控制系统 1 开环控制系统这种控制系统采用步进电机 无位置测量元件 输入数据经过数控系统运算 输出指令脉冲控制步进电机工作 如图1 1所示 这种控制方式对执行机构不检测 无反馈控制信号 因此称之为开环控制系统 开环控制系统的设备成本低 调试方便 操作简单 但控制精度低 工作速度受到步进电机的限制 图1 1开环控制系统 三 按进给伺服系统控制方式分类 图1 2闭环控制系统 图1 2闭环控制系统 3 半闭环控制系统 图1 3 这种控制系统的位置测量元件不是测量工作台的实际位置 而是测量伺服电机的转角 经过推算得出工作台位移值 反馈至位置比较电路 与指令中的位移值相比较 用比较的误差值控制伺服电机工作 这种用推算方法间接测量工作台位移 不能补偿数控机床传动链零件的误差 因此称之为半闭环控制系统 半闭环控制系统的控制精度高于开环控制系统 调试比闭环控制系统容易 设备的成本介于开环与闭环控制系统之间 图1 3半闭环控制系统 1 硬件式数控机床 NC机床 组成 晶体管和集成电路特点 通用性 灵活性差 制造周期长 成本高2 软件式数控机床 CNC机床 组成 采用小型或微型计算机 加上通用或专用大规模集成电路特点 很高柔性 四 按所用数控装置类型分类 1 金属切削类数控机床1 数控车床 NCLathe 2 数控铣床 NCMillingMachine 3 加工中心 MachineCenter 4 数控钻床 NCDrillingMachine 5 数控镗床 NCBoringMachine 6 数控齿轮加工机床 NCGearHollingMachine 7 数控平面磨床 NCSurfaceGrindingMachine 2 金属成型类数控机床3 数控特种加工机床1 数控电火花加工机床 NCDiesinkingElectricDischargeMachine 2 数控线切割机床 NCWireElectricDischargeMachine 3 数控激光加工机床 NCLaserBeamMachine 4 其它类型数控机床 五 按加工方式分类 高 中 低档三类经济型数控 在我国指由单板机 单片机和步进电动机组成数控系统和其它功能简单 价格低的数控系统 课堂小结 六 按功能方式分类 1 4数控技术发展趋势 1 高可靠性 提高元器件和系统的可靠性 采用抗干扰技术 提高数控系统对环境的适应能力 使数控系统模块化 通用化和标准化 提高自诊断及保护功能2 高柔性化柔性 指机床适应加工对象变化的能力3 高精度化 利用数控系统的补偿功能 采用高分辨率 高响应性的绝对位置传感技术 提高数控机床机械本体中基础大件的结构刚性和热稳定 4 高速度化 机械方面 提高切削速度和减少辅助时间 数控系统 CPU5 复合化 工序复合化 功能复合化6 制造系统自动化 课堂小结 本次课主要对数控机床的分类及发展趋势进行了学习 这些内容是进一步学习好数控编程这门课的基础 课题 1 2 3加工坐标系 1 加工坐标系的确定加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系 加工原点也称为程序原点 是指零件被装夹好后 相应的编程原点在机床坐标系中的位置 在加工过程中 数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的 编程人员在编制程序时 只要根据零件图样就可以选定编程原点 建立编程坐标系 计算坐标数值 而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置 对于加工人员来说 则应在装夹工件 调试程序时 将编程原点转换为加工原点 并确定加工原点的位置 在数控系统中给予设定 即给出原点设定值 设定加工坐标系后就可根据刀具当前位置 确定刀具起始点的坐标值 在加工时 工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的 这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工 图1 12中O3为加工原点 方法一 在机床坐标系中直接设定加工原点 例 以图1 12为例 在配置FANUC OM系统的立式数控铣床上设置加工原点03 1 加工坐标系的选择编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上 设工作台工作面尺寸为800mm 320mm 若工件装夹在接近工作台中间处 则确定了加工坐标系的位置 其加工原点03就在距机床原点O1为X3 Y3 Z3处 并且X3 345 700mm Y3 196 220mm Z3 53 165mm 2 加工坐标系的设定 2 设定加工坐标系指令 1 G54 G59为设定加工坐标系指令 G54对应一号工件坐标系 其余以此类推 可在MDI方式的参数设置页面中 设定加工坐标系 如对已选定的加工原点O3 将其坐标值X3 345 700mmY3 196 220mmZ3 53 165mm设在G54中 则表明在数控系统中设定了1号工件加工坐标 设置页面如图1 14 G54 G59为设定加工坐标系指令 2 G54 G59在加工程序中出现时 即选择了相应的加工坐标系 方法二 通过刀具起始点来设定加工坐标系 1 加工坐标系的选择加工坐标系的原点可设定在相对于刀具起始点的某一符合加工要求的空间点上 应注意的是 当机床开机回参考点之后 无论刀具运动到哪一点 数控系统对其位置都是已知的 也就是说 刀具起始点是一个已知点 2 设定加工坐标系指令图1 15设定加工坐标系 G92为设定加工坐标系指令 在程序中出现G92程序段时 即通过刀具当前所在位置即刀具起始点来设定加工坐标系 G92指令的编程格式 G92XaYbZc该程序段运行后 就根据刀具起始点设定了加工原点 如图1 15所示 从图1 15中可看出 用G92设置加工坐标系 也可看作是 在加工坐标系中 确定刀具起始点的坐标值 并将该坐标值写入G92编程格式中 例题 在图1 16中 当a 50mm b 50mm c 10mm时 试用G92指令设定加工坐标系 设定程序为G92X50Y50Z10 G92为设定加工坐标系指令 1 2 4机床加工坐标系设定的实例下面以数控铣床 FANUC0M 加工坐标系的设定为例 说明工作步骤 图1 17零件图样 在选择了图1 17所示的被加工零件图样 并确定了编程原点位置后 可按以下方法进行加工坐标系设定 1 准备工作机床回参考点 确认机床坐标系 2 装夹工件毛坯通过夹具使零件定位 并使工件定位基准面与机床运动方向一致 3 对刀测量用简易对刀法测量 方法如下 用直径为 10的标准测量棒 塞尺对刀 得到测量值为X 437 726 Y 298 160 如图1 18所示 Z 31 833 如图1 19所示 4 计算设定值按图1 18所示 将前面已测得的各项数据 按设定要求运算 X坐标设定值 X 437 726 5 0 1 40 392 626mm 注 437 726mm为X坐标显示值 5mm为测量棒半径值 0 1mm为塞尺厚度 40 0为编程原点到工件定位基准面在X坐标方向的距离 图1 19Z向对刀方法Y坐标设定值 Y 298 160 5 0 1 46 5 246 46mm注 如图1 18所示 298 160mm为坐标显示值 5mm为测量棒半径值 0 1mm为塞尺厚度 46 5为编程原点到工件定位基准面在Y坐标方向的距离 Z坐标设定值 Z 31 833 0 2 32 033mm 注 31 833为坐标显示值 0 2为塞尺厚度 如图1 19所示 通过计算结果为 X 392 626 Y 246 460 Z 32 033 5 设定加工坐标系将开关放在MDI方式下 进入加工坐标系设定页面 输入数据为 X 392 626Y 246 460Z 32 033表示加工原点设置在机床坐标系的X 392 626 Y 246 460 Z 32 033的位置上 6 校对设定值对于初学者 在进行了加工原点的设定后 应进一步校对设定值 以保证参数的正确性 校对工作的具体过程如下 在设定了G54加工坐标系后 再进行回机床参考点操作 其显示值为 X 392 626 Y 246 460 Z 32 033 这说明在设定了G54加工坐标系后 机床原点在加工坐标系中的位置为 X 392 626 Y 246 460 Z 32 033这反过来也说明G54的设定值是正确的 这种控制系统绝大多数采用伺服电机 有位置测量元件和位置比较电路 如图1 2所示 测量元件安装在工作台上 测出工作台的实际位移值反馈给数控装置 位置比较电路将测量元件反馈的工作台实际位移值与指令的位移值相比较 用比较的误差值控制伺服电机工作 直至到达实际位置 误差值消除 此称之为闭环控制 闭环控制系统的控制精度高 但