数控机床加工技术(整体)总结 PPT课件

数控机床 Numericallycontrolledmachines 辽宁省精品课程 辽宁省新民职教中心精品课程 主讲 康君领 机械工程系二零一四年九月 1 课程情况总体简介 授课学时 课程性质 课程任务 1 掌握数控机床的基本原理和基础知识 2 熟悉数控机床的基本结构和工作机理 3 具备数控加工手工编程能力和正确使用数控设备的能力 4 培养选用或设计组成数控机床的计算机数控系统的能力 机械设计制造与自动化专业的一门主干专业技术课 是一门实践性 综合性很强的课程 80学时 2 第一章绪论 目录 章节 第二章数控机床的基础知识 第七章数控机床的选用 安装 调试 保养与维修 第六章数控机床自动编程 第五章数控铣床加工工艺 第四章数控车床加工工艺 第三章数控加工工艺 3 教案一 目录 教案 教案二 教案十 教案九 教案八 教案七 教案六 教案五 教案四 教案三 教案十一 教案十二 教案二十 教案十九 教案十八 教案十七 教案十六 教案十五 教案十四 教案十三 4 第一节数控控制的基本概念 第一章绪论 第二节数控机床的产生和发展趋势 5 第一节数控机床的特点及适用范围 教案1 1 加工精度高 产品质量稳定2 劳动生产率高3 加工零件的适应性强 灵活性好4 减轻工人劳动强度5 生产管理水平提高 一 数控机床应用的特点 二 数控机床适用范围 数控机床适用于品种变换频繁 批量较小 加工方法区别大且复杂程度较高的零件 数控机床适用范围 6 第二节数控机床的基本概念 教案1 2 我国数控机床发展概况北京帝特马 北京凯恩帝 南京华兴 华中数控 广数3 数控技术的基本概念数控技术 用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法 数控系统 采用数控技术的控制系统 数控机床 用数字技术实施加工控制的机床 硬 软件数控 软件数控 第五代 微处理器数控 1974年 第四代 小型机数控 硬件数控 第三代 集成电路式 第二代 晶体管分立元件式 第一代 电子管 继电器式 一 概述 1 数控机床的产生和发展 7 第三节数控技术的发展 教案1 二 先进制造技术简介 一 数控机床的发展趋势 1 高速化与高精度化 2 复合化 3 智能化 4 高柔性化 5 小型化 6 开放式体系结构 8 第一节数控机床的工作原理 组成及数控系统的分类 第二章数控机床的基础知识 第二节编程的基本概念 第三节数控机床的典型结构 教案2 9 第一节数控机床的工作原理 组成和分类 教案1 数控机床一般由输入输出设备 数控装置 伺服系统 测量反馈装置和机床本体组成 1 输入输出设备2 数控装置3 伺服系统4 测量反馈装置5 机床本体 一 数控机床的组成 10 第二节数控机床的组成和分类 教案1 1 按机械加工的运动轨迹分类 1 点位控制数控机床 二 数控机床的分类 11 第二节数控机床的组成和分类 教案1 1 按机械加工的运动轨迹分类 2 直线控制数控机床 二 数控机床的分类 12 第二节数控机床的组成和分类 教案1 1 按机械加工的运动轨迹分类 3 轮廓控制数控机床 二 数控机床的分类 13 第二节数控机床的组成和分类 教案1 2 按伺服系统的控制原理分类1 开环控制数控机床 二 数控机床的分类 14 第二节数控机床的组成和分类 教案1 3 半闭环控制数控机床 15 第二节数控机床的组成和分类 教案1 2 闭环控制数控机床 16 第三节数控编程的基本概念 教案2 数控编程的内容 分析图样并确定加工工艺过程 数值计算 编写零件加工程序 制作控制介质 程序校验和试切削 数控编程的步骤 1 分析图样 确定加工工艺过程2 数值计算3 编写零件加工程序4 制作控制介质5 程序校验和试切削 一 数控编程的基本概念 二 数控编程的内容和步骤 从零件图样到制成控制介质的全部过程称为数控编程 17 第三节编程的基本概念 教案2 1 程序的构成零件加工程序由程序号和若干个程序段组成 每个程序号由程序号地址码和程序的编号组成 每个程序段又由程序段号和若干个指令字组成 每个指令字由字母 符号 数字组成 2 程序段格式程序段的长短 字数和字长都是可变的 字的排列顺序没有严格要求 不需要的字及与上一程序段相同的续效字可以不写 程序段一般格式为 N G X Y Z F S T M LF程序段号准备功能尺寸进给功能主轴转速刀具功能辅助功能 一 程序的结构 18 第二节编程的基础知识 教案2 1 坐标轴的命名坐标轴采用右手直角笛卡尔坐标系进行命名 1 坐标轴的命名规定 二 数控机床的坐标系 19 第二节编程的基础知识 教案2 2 机床坐标系的确定方法 Z轴 X轴 Y轴 A B C的转向 附加坐标 20 第二节编程的基础知识 教案2 3 主程序和子程序 一 程序的结构 21 第二节编程的基础知识 教案2 2 工件坐标系与编程坐标系 1 机床坐标系与机床原点及机床参考点 2 编程坐标系 3 工件坐标系与工件原点 4 机床坐标系与工件坐标系的关系 22 第二节编程的基础知识 教案2 3 绝对坐标系与相对坐标系 1 绝对坐标系 所有坐标值均从坐标原点计量的坐标系 所用的编程指令称为绝对指令 绝对坐标常用X Y Z代码表示 2 增量坐标系 运动轨迹的终点坐标值相对于起点计量的坐标系 其坐标原点是移动的 所用的编程指令称为增量指令 增量坐标常用U V W代码表示 例 如图加工直线AB 在绝对坐标系中表示B点坐标值 XB 30 YB 50 在增量坐标系中表示B点坐标值为 UB 20 VB 30 23 第二节编程的基础知识 教案2 4 最小设定单位与编程尺寸的表示法 1 最小设定单位 数控系统能实现的最小位移量 又称脉冲当量 0 01 0 0001 编程时 所有的编程尺寸都应转换成与最小设定单位相对应的数量 2 编程尺寸有两种表示法 1 以最小设定单位为最小单位来表示 2 以毫米为单位 以有效位小数来表示 例 X 524 295 Y 36 52 最小设定单位为0 01 则 1 法表示 X52430Z36522 法表示 X524 30Z36 52 24 第二节编程的基础知识 教案3 程序段中的指令字可分为尺寸字和功能字 功能指令 功能指令可分为 准备功能G指令 辅助功能M指令 以及F S T指令 1 准备功能G指令 1 准备功能 指令 使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令 2 模态代码 续效代码 该代码在一个程序段中被使用后就一直有效 直到出现同组中的其它任一G代码时才失效 3 非模态代码 非续效代码 只在有该代码的程序段中有效的代码 G指令通常位于程序段中尺寸字之前 例N010G90G00X16S600T01M03 N020G01X8Y6F100 N030X0Y0 三 功能指令简介 25 第二节编程的基础知识 教案3 2 辅助功能M指令 1 程序停止指令 M00 2 选择停止指令 M01 3 程序结束指令 M02 4 与主轴有关的指令 M03 M04 M05 5 换刀指令 M06 6 与切削液有关的指令 M07 M08 M09 7 运动部件夹紧与松开 M10 M11 8 程序结束指令 M30 3 F S T指令用进给速度指令用字母F及其后面的若干位数字来表示 单位为mm min或mm r 用字母S及其后面的若干位数字来表示 单位为r min在自动换刀的数控机床中 该指令用以选择所需的刀具号和刀补号 1 进给速度指令 2 主轴转速指令 3 刀具号指令 26 第三节常用准备功能指令编程方法 教案3 1 绝对坐标指令与增量坐标指令 G90 G91 G90 绝对坐标指令G91 增量坐标指令例编制图中的移动量 绝对尺寸指令 G90G01X30Y50 增量尺寸指令 G91G01X20Y30 或G01U20V30 2 坐标系设定指令 G50 例设置图中工件坐标系坐标系设定指令 G50X400Z200 3 坐标平面选择指令 G17 G18 G19 G17 G18 G19指令分别表示在XY ZX YZ坐标平面内进行加工 其中 G17可缺省 一 与坐标系有关指令 27 第三节常用准备功能指令编程方法 教案3 1 快速点定位指令 G00 G00使刀具以点位控制方式从其所在点以最快速度移动到坐标系的另一点 书写格式 目标点坐标 2 直线插补指令 G01 G01用以指令两个坐标 或三个坐标 以联动的方式 按程序段中规定的进给速度F 插补加工出任意斜率的直线 书写方式 进给速度目标点坐标 二 运动控制指令 28 第二节圆弧运动控制指令 教案3 3 圆弧插补指令 G02 G03 29 第二节圆弧运动控制指令 教案3 一 基础知识回顾 1 辅助功能M指令 M02 程序结束指令 M03 主轴正转指令 M04 主轴反转指令 M08 切削液开指令 2 准备功能G指令 G00 快速移动指令 G01 直线加工指令 G90 绝对坐标编程指令 3 其它指令 F 进给速度指令 S 主轴转速指令 T 刀具指令 30 逆 劣 教案3 圆弧运动控制指令用以控制多个坐标以联动的方式 按程序段中规定的进给速度F 插补加工出任意形状的圆弧 顺 逆 优 优 顺 劣 二 圆弧指令 1 圆弧类别 第二节圆弧运动控制指令 31 教案3 沿垂直于要加工的圆弧所在平面的坐标轴从正向往负向看 刀具相对于工件顺时针转动就是顺圆 用G02 反之用G03 3 程序格式 2 顺 逆圆弧判断 G02 第二节圆弧运动控制指令 轮廓轨迹 终点坐标 进给速度 圆弧半径 32 第三节常用准备功能指令编程方法 教案3 1 XY平面圆弧 2 XZ平面圆弧 3 YZ平面圆弧 2 书写格式为 4 圆心坐标法 G18G02X Z I K F 33 4 举例 编制图示零件加工程序 解 O0010 N0010G90 绝对方式编程 N0020G02X13Y35 2R 20F50 AB N0030G03X23Y29 5F40R30 BC N0040G03X28Y14I 3J 9 5F15 CD N0050G02X0Y0I 28J21F10 DA N0060M02 教案3 第二节圆弧运动控制指令 34 第三节常用准备功能指令编程方法 教案3 例编出加工图所示零件程序 1 使用绝对值且R方式 O0100N0010G50X0Y0 N0020G90G17G00X40Y 40S600T01M03 N0030G01X 80Y 40F200 N0040G01X 80Y 20 N0050G02X 40Y20R40F100 N0060G03X20Y80R60 N0070G01X40Y80F200 N0080Y 40 N0090G00X0Y0M02 35 第三节常用准备功能指令编程方法 教案3 2 使用增量值且I J方式 O0200N0010G50X0Y0 N0020G91G17G00X40Y 40S600T01M03 N0030G01X 120Y0F200 N0040X0Y20 N0050G02X40Y40I40J0F100 N0060G03X60Y60I0J60 N0070G01X20F200 N0080Y 120 N0090G00X 40Y40M02 4 暂停 延迟 指令 G04 书写格式为 G0410 36 第三节常用准备功能指令编程方法 教案4 1 刀具半径补偿指令 G41 G42 G40 1 1刀具半径补偿概念实际的刀具都是有半径的 使刀具的刀尖沿零件轮廓曲线加工 刀位点的运动轨迹即加工路线应该与零件轮廓曲线有一个半径值大小的偏移量 使刀具的刀位点正确运动有两种方式 1 加工前计算出刀位点运动轨迹 再编程加工 2 按零件轮廓的坐标数据编程 由系统根据工件轮廓和刀具半径R自动计算出刀具中心轨迹 三 刀具补偿指令 37 第三节常用准备功能指令编程方法 教案4 1 2刀具半径补偿指令G41为刀具左补偿 指顺着刀具前进方向看 刀具偏在工件轮廓的左边 G42为刀具右补偿 指顺着刀具前进方向看 刀具偏在工件轮廓的右边 G40为取消刀补 书写格式 1 G41 G42与G00 G01配合使用 2 G41 G42与G02 G03配合使用 38 第三节常用准备功能指令编程方法 教案4 1 3刀具半径补偿过程刀具半径补偿执行过程一般分为三步 1 刀具补偿建立 2 刀具补偿进行 3 刀具补偿撤消刀具补偿功能还可以利用同一加工程序去适应不同的情况 如 1 利用刀具补偿功能作粗 精加工余量补偿 2 刀具磨损后 重输刀具半径 不必修改程序 3 利用刀补功能进行凹凸模具的加工 39 第三节常用准备功能指令编程方法 教案4 例铣削加工图所示的轮廓 采用20 的立式铣刀 O0010N010G50X0Y0 N020G91G00G42X70Y40D01S800M03M08 N030G01X80Y0F100 N040G03X40Y40I0J40 N050G01Y60 N060X 20 N070G02X 80I 40 N080G01X 20 N090Y 100 N100G00G40X 70Y 40M05M09M02 40 第三节常用准备功能指令编程方法 教案4 2 刀具长度补偿指令 G43 G44 用于刀具轴向 Z方向 补偿 可使刀具在Z方向上的实际位移大于或小于程序给定值 即 书写格式 执行结果 正偏置G43 Z实际值 Z指令值 H 负偏置G44 Z实际值 Z指令值 H G40为取消刀补 41 第四节数控编程的工艺处理 教案4 1 数控加工工艺的内容十分具体通用机床上由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺问题 在数控加工时转变成为编程人员必须事先具体设计和具体安排的内容 2 数控加工的工艺处理相当严密在进行数控加工的工艺处理时 必须注意到加工过程中的每一个细节 考虑要十分严密 编程人员不仅必须具备较扎实的工艺基础知识和较丰富的工艺设计经验 而且必须具有严谨踏实的工作作风 二 数控编程中工艺处理的内容 一 数控加工工艺特点 数控加工的合理性分析 零件的工艺性分析 工艺过程和工艺路线的确定 零件安装方法的确定 选择刀具和确定切削用量 42 第四节数控编程的工艺处理 教案4 1 合理确定零件的加工路线零件的加工路线 数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向 确定加工路线的原则 1 应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求 2 应尽量缩短加工路线 减少刀具空程移动时间 3 应使数值计算简单 程序段数量少 以减少编程工作量 三 数控编程中工艺处理的几个问题 43 第四节数控编程的工艺处理 教案4 2 合理选择对刀点 换刀点 1 刀位点 用来表示刀具在机床上的位置 如图 立铣刀指刀具轴线与刀具底面的交点 球头铣刀指球头铣刀的球心 车刀和镗刀指刀尖 钻头指钻尖 44 第四节数控编程的工艺处理 教案4 刀架转位换刀时的位置 用符号表示 在数控机床上加工零件时 刀具刀位点相对零件运动的起始点 用符号表示 选择对刀点的原则 1 要便于数学处理和简化编程 2 在机床上找正容易 加工中检查方便 3 引起的加工误差小 2 起刀点 对刀点 程序起点 3 换刀点 45 第四节数控编程的工艺处理 教案4 3 合理选择工件的装夹方法 刀具和切削用量 1 选用和设计夹具应遵循的原则 2 数控加工的刀具要求精度高 刚性好 耐用度高 尺寸稳定 安装调整方便 因而需采用优质材料制造数控加工刀具 并优选刀具参数 3 选择切削用量的原则 四 合理编制工艺文件 数控加工工艺文件主要有 工序卡 刀具调整单 零件的加工程序单等 1 工序卡2 刀具调整单3 机床调整单4 数控加工程序单 46 第五节编程中的数值计算 教案5 1 基点和节点的计算基点 构成零件轮廓的两相邻几何元素的交点或切点 节点 在误差允许范围内 逼近非圆曲线的若干个直线段或圆弧段的交点 2 刀位点轨迹的计算刀位点运动轨迹与零件轮廓曲线不完全重合 对没有刀具半径补偿功能的经济型数控机床 编程时需计算出刀位点运动轨迹 3 辅助计算辅助计算包括 辅助程序计算 脉冲数计算 尖角过渡计算 增量计算 一 数值计算的主要内容 47 第五节编程中的数值计算 教案5 方法 选定零件坐标系 列出各直线和圆弧的解析方程 将两相邻几何元素的方程联立起来 可解出各交点或切点的坐标 若数控机床没有刀具半径补偿功能 由直线和圆弧组成的零件轮廓 需要根据零件轮廓和刀具半径计算出刀位点轨迹上的基点坐标 方法为 选定零件坐标系 列出各直线和圆弧的等距线解析方程 将两相邻几何元素的等距线方程联立起来 可求出刀位点轨迹的基点坐标值 二 直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算 48 第五节编程中的数值计算 教案5 1 以起点A为圆心 以为半径作圆 2 求PT的斜率以下方程联立求 点坐标 则 三 非圆曲线的节点计算 a 基本原理 b 计算步骤 49 第五节编程中的数值计算 教案5 3 过A点与直线PT平行的直线方程为 4 与曲线联立求解B点 5 按以上各步骤依次求得各节点C D c 特点各程序段误差均相等 程序段数目最少 但数值计算过程较复杂 需借助计算机 50 第五节编程中的数值计算 教案5 数控加工误差 数加是由编程误差 编 机床误差 机 定位误差 定 对刀误差 刀等误差综合形成 即 数加 f 编 机 定 刀 其中 1 编程误差 编由逼近误差 圆整误差组成 2 机床误差 机由数控系统误差 进给系统误差等原因产生 3 定位误差 定是当工件在夹具上定位 夹具在机床上定位时产生的 4 对刀误差 刀是在确定刀具与工件的相对位置时产生 四 数控加工误差的组成 51 第六节自动编程简介 教案5 1 自动编程的类型及特点 1 语言式自动编程2 自动编程系统的信息处理过程 1 语言式自动编程系统的信息处理过程 2 图形交互式自动编程系统的信息处理过程3 自动编程的发展趋势 1 发展具有完善的工艺处理功能的自动编程 2 实物模型自动编程 4 在线编程 一 数控编程的方法 二 自动编程 1 手工编程 2 自动编程 2 图形交互式自动编程 3 语音式自动编程 5 视觉编程 52 实验一数控机床操作实验 教案6 1 数控机床的组成 特点及分类 1 数控机床的组成 2 数控机床的特点 3 数控机床的分类a 按加工用途分类b 按机械加工的运动轨迹分类c 按伺服系统的控制原理分类2 数控机床加工程序的编制数控编程的一般步骤可用图示来表示 二 实验内容 一 实验目的 53 实验一数控机床操作实验 教案 1 对照数控机床认识机床的各个组成部分1 认识并熟悉数控系统的各个部分 2 认识并熟悉机床本体的各个部分 3 熟悉并掌握整个数控机床的启动和停止 2 启动数控机床认识并熟悉操作系统 三 实验的方法和步骤 四 思考题 1 数控机床的工作原理是什么 2 结合本次实验 谈谈本数控系统刀具参数的设定方法 3 工件坐标系是如何建立的 54 第一节数控车床的程序编制 第三章数控加工编程 第二节数控铣床的程序编制 55 第一节数控车床的程序编制 教案 车削零件编程原点的X向零点应选在零件的回转中心 Z向零点一般应选在零件的右端面 设计基准或对称平面内 二 设定编程原点 一 数控车削加工编程的特点 56 第一节数控车床的程序编制 教案 1 外圆车削循环指令G90书写格式 G90X U Z W F 例1编写车削如图零件程序N0050G90X50Z 30F50 执行结果 刀具从A点快进到B点 再从B点切削到C点 然后从C点退刀至D点 最后刀具又快速返回到A点 三 车削固定循环指令 57 第一节数控车床的程序编制 教案 2 外圆锥面循环指令G90书写格式 G90X U Z W I F X Z为切削终点的坐标值 U W为切削终点相对于循环起点的增量值 I 或R 为锥体两端的半径之差 即 F为进给速度 例2编写车削如图零件程序N0050G90X40Z20I 5F30 N0060X30 N0060X20 执行结果 刀具从A点快进到B点 再从B点切削到C点 然后从C点退刀至D点 最后刀具又快速返回到A点 如此又走刀 每次循环都退回到A点 58 第一节数控车床的程序编制 教案 3 螺纹切削循环指令G92 螺纹切削应注意在两端设切入和切出的空刀行程 用以避免升降速过程对螺纹质量的影响 实际刀具行程 1 书写格式 G92X U Z W F G92X U Z W I F 59 第一节数控车床的程序编制 教案 例在数控机床上加工如图零件的外螺纹 先用1号刀精车螺纹的外表面 再用2号刀加工螺纹 试编写程序 解 1 计算螺纹尺寸螺纹外径 40 0 866 2 4 39 6 螺纹牙深 0 6495 2 1 299 螺纹内径 39 6 2 1 299 37 0 2 螺纹加工尺寸计算螺纹标注为 M40 2令螺纹全高 0 866 螺纹外径 公称直径 螺纹牙深 0 6495 螺纹内径 螺纹外径 2 螺纹牙深 60 第一节数控机床的程序编制 教案7 2 编程如下 螺纹分4次切削 O0010N0010G50X200 0Z100 0 N0020G00X39 6Z2 0S600T0101M03 N0030G01Z 31 5F100 N0040G00X200 0Z100 0 N0050M01 计划停止 停机检查 N0060T0202 N0070G00X41 0Z5 0S200M08M03 N0080G92X38 7Z 31 5F2 0 加工螺纹N0090X37 8 N0100X37 3 N0110X37 0 N0120G00X200 0Z100 0M09 M09关切削液N0130M30 纸带结束 61 第一节数控机床的程序编制 教案 4 端面切削循环指令G94书写格式 G94X U Z W F 平端面 G94X U Z W I F 带锥度端 5 复合固定循环指令G71 G701 直径粗车循环指令G71如图 A点是粗加工循环起始点 加工路线为 A B C D E A 书写格式 G71U d R e G71P ns Q nf U u W w F S T 2 精车循环指令G70书写格式 G70P ns Q nf 62 第一节数控机床的程序编制 教案 例加工如图的零件 试编写程序清单 O0010N0010G50X200Z220 N0020G00X160Z180S600M03 N0030G71U7R1 N0040G71P0050Q0110U4W2F30 N0050G00X40S800 N0060G01W 40F15 N0070U20W 30 N0080X60W 20 N0090X100W 10 N0100W 20 N0110X140W 20 N0120G70P0050Q0110 N0130G00X200Z220M02 63 第一节数控机床的程序编制 教案 例加工如图零件 要求精车所有外形 不留加工余量 解 1 分析零件图纸 确定加工工艺过程1 选择刀具并画出刀具布置图根据要求选用三把刀 1号刀车外圆 2号刀切槽 刀刃宽4mm 3号刀车螺纹 换刀点 起刀点在 200 300 四 车削加工编程实例 64 第一节数控机床的程序编制 教案 2 工艺路线首先车削外形 再切槽 最后车螺纹 3 确定切削用量车外圆 主轴转速为S600r min 进给速度为F150 min 切槽 主轴转速为S300r min 进给速度为F100 min 车螺纹 主轴转速为S200r min 进给速度为F1 0 r 2 数值计算螺纹外径 12 0 866 1 4 11 8 螺纹牙深 0 6495 1 0 6495 螺纹内径 螺纹外径 2 螺纹牙深 11 8 2 0 6495 10 5 65 第一节数控机床的程序编制 教案 3 编写程序O0010N0010G50X200 0Z300 0 建立工件坐标系 N0020G00X0Z2 0S600T0101M03M08 快进到接近点 N0030G01Z0 0F150 工进到 N0040X10 0 车端面 N0050X11 8Z 0 9 倒角 N0060Z 14 0 车螺纹外表面 N0070X16 0Z 18 0 车锥面 N0080X10 0Z 38 0 车倒锥面 66 第一节数控机床的程序编制 教案 N0090G02X18 0Z 42 0I4 0K0 0 顺圆加工 N0100G03X24 0Z 45 0I0 0K 3 0 逆圆加工 N0110G01Z 52 0 车大外径 N0120G00X200 0Z300 0T0100M05M09 快回到换刀点 N0130X16 0Z 14 0S300T0202M03M08 N0140G01X9 0F100 切槽 N0150G04P5 0 延时5s N0160G00X200 0 径向退刀 67 第一节数控机床的程序编制 教案 N0170Z300 0T0200M05M09 快回到换刀点 N0180X16 0Z3 0S200T0303M03M08 N0190G92X11 3Z 12 0F1 0 以下分三刀切削螺纹 N0200X10 9 N0210X10 6 N0220G00X200 0Z300 0T0300M05M09 快回到换刀点 N0230X30 0Z 54 0S300T0202M03M08 N0240G01X0 0F100 切断 N0250G00X200 0Z300 0T0200M02 结束 68 第二节数控铣床的程序编制 教案 铣削零件的编程原点 X Y向零点一般可选在设计基准或工艺基准的端面或孔的中心线上 对于有对称部分的工件 可以选在对称面上 以便用镜像等指令来简化编程 Z向的编程原点 习惯选在工件上表面 这样当刀具切入工件后Z向尺寸字均为负值 以便于检查程序 二 设定编程原点 一 数控铣削加工编程的特点 69 第二节数控铣床的程序编制 教案 1 工件坐标系设定指令 G54 G59 如图零件 下面两种代码是等效的 1 N0010G50X100Y200 N0020G00X10Y30 2 预先设置G54原点偏置寄存器 X 100 Y 200 代码 N0010G54G00X10Y30 2 镜像加工指令 G11 G12 G13 书写格式 G11N Y轴G12N X轴G13N 原点O 三 数控铣床编程中的特殊功能指令 70 第二节数控铣床的程序编制 教案 3 固定循环指令 孔加工 1 孔加工循环的组成动作2 孔加工循环指令格式 书写格式 G98 G99 G X Y Z R Q P F L 1 2 3 4 5 R A B z 快速退回 快速定位到空上方 快速退回 初始平面 初始平面 安全高度平面 z 71 第二节数控铣床的程序编制 教案 3 部分固定循环指令简介 1 高速深孔加工往复排屑钻循环指令G73书写格式 G98 G99 G73X Y Z R Q F 2 左旋攻螺纹循环G74书写格式 G98 G99 G74X Y Z R P F 72 第二节数控铣床的程序编制 教案 3 精镗循环G76书写格式 G98 G99 G76X Y Z R Q P F 4 背镗循环G87书写格式 G98G87X Y Z R Q F 73 第二节数控铣床的程序编制 教案 例试采用固定循环方式精加工图示各孔 使用刀具T01为镗孔刀 T02为13钻头 T03为锪钻 O0010N0010G90G50X0Y0Z 100 0T01 N0020G00Z 50 0M03S600 N0030G43H01 N0040G99G85X0Y0Z45 0R 3 0F30 N0050G43G00X 180 0Y0T02H02 N0060G91G98G73X120 0Y0Z28 0R18 0Q5 0F40L2 N0070G43G00X120 0Y0T03H03 N0080G91G98G82X 120 0Y0Z15 0R18 0P100F30L2 N0090G00X0Y0Z 100 0M02 结束 四 孔加工编程实例 74 第二节数控铣床的程序编制 教案 例精加工图示的零件 其厚度为20 粗线为零件轮廓 解 1 建立工件坐标系 标明编程原点2 确定加工路线沿o a b c d e a O的方向加工 3 增量值方式编制程序O020N0010G92X0Y0Z10 N0020G91G17G00Z 35 0S300M03 N0030G41G01Y20F100D01M08 N0040Y40 N0050X40Y20 N0060G02X40Y 40I0J 40 N0070X 20Y 20I 20J0 N0080G01X 60Y0 N0090G40G00X0Y 20Z35M02 五 铣削加工编程实例 75 实验二数控车床加工实验 教案10 掌握数控车床的加工特点 掌握数控车床加工程序的结构特点及编制方法 掌握数控车床程序的输入 编辑 修改 调试 示教 运行等方法 二 实验内容 一 实验目的 1 毛坯准备2 刀具准备3 系统软件介绍4 车加工程序的编制零件加工程序的编制过程 包括分析零件图纸 进行工艺处理 数值计算 走刀过程中各个点的计算 曲线与曲面坐标的运算 编制程序清单 程序的输入等五个步骤 76 实验二数控车床加工实验 教案10 分别编制如图所示的四个零件数控加工程序 毛坯材料为铜棒 四 思考题 三 实验步骤 77 实验三数控铣床加工实验 教案11 掌握数控铣床的加工特点 掌握数控铣床加工程序的结构特点及编制方法 掌握数控铣床程序的输入 编辑 修改 调试 示教 运行等方法 二 实验内容 一 实验目的 实验内容为 1 毛坯准备 2 刀具准备 3 系统软件介绍 4 铣加工程序的编制 零件加工程序的编制过程 包括分析零件图纸 进行工艺处理 选走刀路线 数值计算 走刀过程中各个点的计算 曲线与曲面坐标的运算 编制程序清单 程序的输入等五个步骤 78 实验三数控铣床加工实验 教案11 编制如图所示零件的数控加工程序 四 思考题 三 实验步骤 79 第一节概述 第四章计算机数控装置 第二节 装置硬件结构 第三节 装置软件结构 80 第一节概述 教案12 CNC系统是由程序 输入输出设备 CNC装置 可编程序控制器 PLC 主轴驱动装置和进给驱动装置等组成 一 CNC系统的组成 81 第一节概述 教案12 CNC装置是CNC系统的核心 由硬件和软件两大部分组成 二 CNC装置的组成 82 第一节概述 教案12 1 控制功能2 准备功能3 插补功能4 固定循环加工功能5 进给功能6 主轴功能7 辅助功能8 刀具功能9 补偿功能10 显示功能11 自诊断功能12 通信功能 三 CNC装置的功能 83 第二节 装置硬件结构 教案12 1 微处理器和总线2 存储器3 I O接口4 MDI CRT接口5 位置控制器6 可编程序控制器 PLC 二 单微处理器结构的CNC系统特点 一 单微处理器结构 1 CNC系统中只有一个微处理器 对各种实现集中控制分时处理 2 微处理器通过总线与存储器 输入输出控制等接口电路相连 构成CNC系统 3 结构简单 容易实现 4 单微处理器结构因为只有一个微处理器集中控制 84 第三节CNC装置软件结构 教案12 CNC系统的软件是为了完成数控机床的各项功能专门设计和编制的专用软件 是系统软件 由管理软件和控制软件组成 一 CNC装置软件组成 85 第三节CNC装置软件结构 教案12 1 多任务并行处理2 实时中断处理CNC系统的中断类型有以下四种 1 外部中断2 内部定时中断3 硬件故障中断4 程序性中断 二 CNC装置软件结构的特点 86 第三节CNC装置软件结构 教案12 CNC软件结构模式有两种 前后台型软件结构和中断型软件结构 1 前后台型软件结构前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器CNC系统 前台程序为实时中断程序 后台程序主要用来完成准备工作和管理工作 2 中断型软件结构中断型软件结构没有前后台之别 除初始化程序外 根据各控制模块实时要求不同 将控制程序安排成不同级别的中断服务程序 三 CNC系统的软件结构 87 第一节插补原理 第五章数控插补控制原理 第二节脉冲增量插补 第四节数控系统的进给速度控制与刀具半径补偿 第三节数据采样插补 88 第一节插补原理 教案13 插补就是根据给定速度和给定轮廓线形的要求 在轮廓的已知点之间 确定一些中间点的方法 即 数据密化的过程 三 软件插补方法 二 插补的实现 一 插补的概念 硬件插补 采用硬件的数字逻辑电路来完成插补工作 软件插补 由软件完成插补工作 按输出驱动信号方式的不同 软件插补方法可分为两大类 89 第二节逐点比较法插补 教案13 2 工作节拍逐点比较法一个插补循环有四个节拍 1 偏差判别2 进给3 偏差计算4 终点判别工作循环图如右 基本原理每给x或y坐标方向一个脉冲 加工点沿相应方向产生位移 然后对新点所在的位置与要求加工的曲线进行比较 根据偏离情况决定下一步该移动的方向 以缩小偏离距离 使实际加工出的曲线与要求的加工曲线的误差为最小 90 第二节逐点比较法插补 教案13 3 直线插补 1 偏差计算公式如图 点 有 即 点 有 即 点 有 即 令为偏差判别函数 由即可判别刀位点与直线的位置关系 判别方法如下 91 第二节脉冲增量插补 教案13 2 进给 的符号判别进给方向 3 偏差计算公式简化 其F值为 a 若 b 若 0 则 设某时第一象限中某点为 由 则 0 92 第二节脉冲增量插补 教案13 93 第二节逐点比较法插补 教案13 例第一象限直线OE 起点为O 0 0 终点为E 5 3 请写出用逐点比较法插补此直线的过程并画出运动轨迹图 脉冲当量为1 解 插补完这段直线刀具沿 和 轴应走的总步数为 5 3 8 刀具的运动轨迹如图 4 插补举例 94 第二节逐点比较法插补 教案13 插补运算过程见表 95 第二节逐点比较法插补 教案13 P72 3 13 编制铣削如图5 4所示零件轮廓的精加工程序 订正作业 解 1 分析零件图纸 确定加工工艺过程 1 选择刀具T01 刀铣外轮廓T02 刀钻12的孔 2 工艺路线 3 确定切削用量2 数值计算各基点和圆心点的坐标为 A 0 0 B 28 0 50 0 C 82 0 50 0 D 82 0 12 0 E 62 0 12 0 F 56 0 6 0 G 56 0 0 H 20 0 0 M 82 0 19 0 96 第二节逐点比较法插补 教案13 O0010N0010G50X 25 0Y 20 0Z40 0 N0020G90G00G43Z 15 0T01H01 N0030G41G01X0Y0D02F150S300M03M08 N0040X28 0Y50 0 N0050X82 0Y50 0 N0060G02X82 0Y 12 0I0J 31 0F100 N0070G01X62 0F150 N0080G02X56 0Y 6 0I0J6 0F100 N0090G01Y0F150 N0100G03X20 0I 18 0J0F100 N0110G01X0Y0F150M09M05 N0120G00G40X 25 0Y 20 0 N0130Z40 0 N0140X82 0Y19 0S600T02M03M08 N0150G44H03 N0160G98G81Z 15 0R3 0F30 N0170G00G40X 25 0Y 20 0Z40 0M02 97 第二节脉冲增量插补 教案14 5 圆弧插补 1 偏差计算公式以第一象限逆圆弧为例 起点为S 终点为E 半径为r 圆心在原点 再设刀具刀位点某一时刻位于点 它在圆弧上 有 若位于点 它在圆弧的外部 有 若位于点 它在圆弧的内部 有 令为偏差判别函数 由即可判别刀位点与圆弧的位置关系 判别方法如下 98 第二节脉冲增量插补 教案14 2 进给由的符号判别进给方向 3 偏差计算公式简化设某时第一象限中某点为 其F值为 a 若 0 沿 x方向走一步 则 b 若 0 沿 y方向走一步 则 4 终点判断与逐点比较法直线插补相同 2 2 2 r y x F 99 第二节脉冲增量插补 教案14 6 逐点比较法圆弧插补举例例第一象限逆圆弧 起点为S 4 3 终点为E 0 5 请进行插补计算并画出走步轨迹 脉冲当量为1 解 如图 插补完这段圆弧刀具沿和轴应走的总步数为 4 2 6 故设置一计数器 6 或坐标方向进给 时均在计数器中减去1 当时 停止插补 插补运算过程及刀具的运动轨迹如图所示 100 第二节脉冲增量插补 教案14 循环序号 101 第二节脉冲增量插补 教案14 1 数学原理由微积分的基本原理 函数在区间的积分就是该函数曲线与横坐标t在区间上所围成的面积 即 将划分为间隔为 t的子区间 当 t足够小时 此面积可看作是许多小矩形面积之和 矩形宽为 t 高为 则 n i i y 1 D n i i t t t t t y ydt dt t f s n n 1 0 0 二 数字积分法插补 DDA法 102 第二节脉冲增量插补 教案14 2 直线插补1 基本原理如图直线OE 起点在原点 终点为E 表示动点在X轴和Y轴的移动速度 则在X轴和Y轴上的微小移动增量 x和 y为 对直线函数来说 有 则 各坐标轴的位移量为 103 第二节脉冲增量插补 教案14 2 直线插补器插补器由两个数字积分器组成 每个坐标的积分器由累加器和被积函数寄存器组成 终点坐标值存在被积函数寄存器中 相当于插补控制脉冲源发出的控制信号 每发生一个插补迭代脉冲 使被积函数和向各自的累加器里累加一次 当累加器超过累加器容量时 产生溢出 溢出脉冲驱动伺服系统进给一个脉冲当量 溢出后 余数仍存放在累加器中 实际积分值为 积分值 溢出脉冲数 余数 104 第二节脉冲增量插补 教案14 3 累加器位数累加器容量应大于各坐标轴终点坐标值的最大值 一般二者的位数相同 以保证每次累加最多只溢出一个脉冲 即 每次增量 x和 y不大于1 取 1 得 若累加器为N位 则和的最大累加器容量为 1 故有 取 可满足上式 105 第二节脉冲增量插补 教案14 4 终点判断若累加次数 取 t 得 可见 经过次累加就可到达终点 因此可用一个与累加器容量相同的计数器来实现 其初值为零 每累加一次 加1 当累加次后 产生溢出 0 完成插补 106 第二节脉冲增量插补 教案14 3 DDA直线插补举例例插补第一象限直线OE 起点为O 0 0 终点为E 5 3 写出插补过程并画出轨迹运动图 解 因终点最大坐标值为5 取累加器 被积函数寄存器 终点计数器均为三位二进制寄存器 即N 3 则累加次数 插补运算过程及插补轨迹见图 107 第二节脉冲增量插补 教案14 108 第二节脉冲增量插补 教案15 X Y 0 S N X Y 4 圆弧插补 1 基本原理设加工第一象限逆圆弧SE 起点为 终点为E 为圆弧上任意动点 表示动点在X轴和Y轴上的分速度 圆弧方程为 动点N的速度 109 第二节脉冲增量插补 教案15 在单位时间 t内 x y位移增量方程为 时 令 则 取累加器容量为 各坐标的位移量为 110 第二节脉冲增量插补 教案15 2 圆弧插补器与直线插补的主要区别有两点 1 x y存入被积函数寄存器中的对应关系与直线相反 即x存入y被积函数寄存器中 y存入x被积函数寄存器中 3 终点判断把 分别存入 这两个计数器中 x或y积分累加器每输出一个脉冲 相应的减法计数器减1 当某个坐标的计数器为零时 该坐标已到达终点 停止累加运算 当两个计数器均为零时 插补结束 2 圆弧的被积函数为动点的坐标 其数值随着加工点的运动而改变 直线插补寄存的是终点坐标值 为常数 111 第二节脉冲增量插补 教案15 X 5 DDA圆弧插补举例例第一象限逆圆弧 起点为S 4 3 终点为E 0 5 请进行插补计算并画出走步轨迹 脉冲当量为1 解 因圆弧半径值为5 取累加器 被积函数寄存器 终点计数器均为三位二进制寄存器 即N 3 用两个终点计数器 把 分别存入这两个计数器中 插补运算过程及插补轨迹见图 112 第二节脉冲增量插补 教案15 113 第三节数据采样插补 教案15 所以 由于 1 数据采样插补法的基本原理2 插补周期的选择1 插补周期与插补运算时间的关系3 插补周期与精度 速度的关系如图采用内接弦线逼近圆弧 最大半径误差与步距角 的关系为 一 概述 2 插补周期与位置反馈采样的关系 114 第三节数据采样插补 教案15 1 直线插补在XY平面加工直线OE OE与轴夹角为 插补进给步长为l TF 则 插补计算可按以下步骤进行 根据加工指令中的速度值F 计算轮廓步长l 2 根据终点坐标值 计算 3 计算x轴进给量 x 4 计算y轴进给量 y 二 直接函数法插补 115 第三节数据采样插补 教案15 2 圆弧插补插补图示顺圆 几何关系 弦AB长为l AP是A点的切线 M是弦的中点 OM AB ME AF E是AF的中点 在 MOD中 因为得出 116 第三节数据采样插补 教案15 采用近似算法 用和代入上式 得 则 得到 又和是圆弧上相邻的两点 满足下列关系式 则新插补点坐标是 2 2 2 2 y y x x y x i i i i D D 经展开并整理得 117 第四节进给速度控制与刀具半径补偿 教案16 1 脉冲增量插补算法的进给速度控制1 软件延时法由程编进给速度求出插补周期 应大于执行插补程序的时间 应延时的时间为 2 中断控制法由程编进给速度求出定时器 计数器的定时时间常数 以控制中断 2 数据采样插补算法的进给速度控制由程编进给速度求出一个插补周期内合成速度方向上的进给量 是稳定速度 为程编进给速度 为插补周期 为速度系数 一 进给速度控制 118 第四节进给速度控制与刀具半径补偿 教案16 1 刀具半径补偿的基本概念数控加工中 是按零件轮廓进行编程的 由于刀具总有一定的半径 如铣刀半径 铜丝的半径 刀具中心运动的轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓 而是偏移轮廓一个刀具半径值 这种偏移称为刀具半径补偿 2 B功能刀具半径补偿计算B功能刀具半径补偿计算 根据零件尺寸和刀具半径值计算直线或圆弧的起点和终点的刀具中心值 以及圆弧刀补后刀具中心轨迹的圆弧半径值 刀具半径矢量 在加工过程中始终垂直于编程轨迹 大小等于刀具半径 方向指向刀具中心的矢量 二 刀具半径补偿 119 第四节进给速度控制与刀具半径补偿 教案16 直线刀具半径补偿计算被加工直线段OE起点在坐标原点 终点E的坐标为 x y 设刀具半径为r 刀具偏移后E点移动到了E 点 E点刀具半径矢量分量 为 E 点的坐标 为 120 第四节进给速度控制与刀具半径补偿 教案16 2 圆弧刀具半径补偿计算如图被加工圆弧AE 半径为R 圆心在坐标原点 起点A 为上一个程序段终点的刀具中心点 已求出 E点刀具半径矢量分量 为 E 点的坐标为 121 第四节进给速度控制与刀具半径补偿 教案16 3 C功能刀具半径补偿计算 1 C功能刀具半径补偿的基本思想C刀补工作过程 刀补开始后 先将第一程序段读入BS 算得此程编轨迹并送到CS暂存后 又将第二段程序读入BS 算出第二段程编轨迹 对两段程编轨迹的连接方式进行判别 根据判别结果 再对CS中的第一段程编轨迹作相应的修正 修正结束后 顺序地将修正后的第一段程编轨迹由CS送AS 第二段程编轨迹由BS送人CS 随后 由CPU将AS中的内容送到OS进行插补运算 运算结果送到伺服装置予以执行 122 第四节进给速度控制与刀具半径补偿 教案16 123 第四节进给速度控制与刀具半径补偿 教案16 3 转接矢量的计算转接矢量 指刀具半径矢量和两个程序段的轨迹交点与刀