数控车床编程知识1ppt课件

.,1,祝贺合肥通用学院数控培训班开班！,.,2,概述,什么是数控机床？1、数控机床的产生1952年美国Parsons&MIT世界第一台三坐标数控铣床1958年我国清华大学与北京第一机床厂数控铣床2、数控技术与数控机床数控-即数字控制（NumericalControl,NC），是采用数字化信息实现自动化控制的技术。数控机床-是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床,.,3,我国第一台数控机床,.,4,数字控制（NC）数控系统（NCSystem）数控装置（NCU）计算机数控（CNC）直接数字控制（DNC）手动数据输入（MDI）加工中心（MC）自动换刀装置（ATC）自动托盘交换装置（APC）柔性制造单元（FMC）计算机集成制造系统（CIMS）,.,5,数控机床的组成,输入、输出装置,计算机数控装置,伺服驱动装置,机床本体,数控机床的工作原理,.,6,数控装置根据接受的信号，控制机床、刀具选择等运动，使各装置按照数控程序给定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。1）存储介质用于存放编好的数控程序。如：八单位标准穿孔纸带、磁盘等。2）输入、输出装置是机床与外部设备的接口.主要有：纸带阅读机、软盘驱动器、RS232C串行通信口、MDI方式等。3）数控装置是数控机床的核心，将接收的数字化信息经过处理转换成各种指令信息输出给伺服系统，使设备按规定的动作执行。,.,7,4）伺服系统把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动，是数控系统的执行部分。常用的有：直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机等。5）检测反馈系统通过对机床实际情况的检测、比较，计算出偏差，并发出纠正误差指令，进而提高机床的加工精度。测量反馈系统可分为：半闭环和闭环两种系统6）机床的机械部件加工运动的实际机械部件。主要包括：主运动部件，进给运动执行部件、支承部件，还有冷却、润滑、转位部件等辅助装置。,.,8,7）可编程控制器(PLC)数控设备用可编程控制器主要完成数控设备的各种执行机构的逻辑顺序控制，即用PLC程序代替用继电器控制线路，实现数控设备的辅助功能、主轴转速功能、刀具功能的译码和控制。数控设备用PLC有内装型和独立型两种。内装型PLC从属于CNC装置，PLC硬件电路可与CNC装置其它电路制作在同一块印刷板上，也可以作成独立的电路板。独立型PLC独立CNC装置，本身具有完备的硬、软件功能，可以独立完成所规定的控制任务。,.,9,5、数控机床的逻辑组成,.,10,6、数控机床的分类,按工艺用途分类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）。,.,11,8）数控外圆磨床（NCExternalCylindricalGrindingMachine）。9）数控轮廓磨床（NCContourGrindingMachine）。10）数控工具磨床（NCToolGrindingMachine）。11）数控坐标磨床（NCJigGrindingMachine）。12）数控电火花加工机床（NCDiesinkingElectricDischargeMachine）。13）数控线切割机床（NCWireElectricDischargeMachine）。14）数控激光加工机床（NCLaserBeamMachine）。15）数控冲床（NCPunchingPress）。16）数控超声波加工机床（NCUltrasonicMachine）。17）其他（如三坐标测量机等）。,.,12,按运动方式分类,1）点位控制系统（PositioningControl）只控制刀具相对于工件定位点的位置，不控制点与点之间的运动轨迹，移动过程中不进行切削加工。,.,13,2)直线控制系统（Straight-lineControl）控制刀具或机床工作台以给定速度,沿平行于某一坐标轴方向，或沿着与坐标轴成一定角度的斜线方向，由一个位置到另一个位置的精确移动并进行切削加工,.,14,3）轮廓控制系统（ContourControl）能同时控制25个坐标轴，使刀具和工件按平面、曲面或空间曲面轮廓的规律进行相对运动，加工出复杂的零件。运动轨迹是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。,.,15,按控制方式分类,1）开环控制系统（OpenLoopControl）系统没有位置反馈元件，通常用功率步进电机或电液伺服电机作为执行机构。精度主要取决于伺服元件和机床传动元件的精度、刚度和动态特性。特点是：系统简单，调试维修方便，工作稳定，成本较低，但控制精度较低。,.,16,2）闭环控制系统（ClosedLoopControl）在机床移动部件上装有位置检测装置，用偏差进行控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。精度主要取决于测量元件的精度。优点是：精度高、速度快。主要用于：精度要求较高的机床。,.,17,3）半闭环控制系统（Semi-closedLoopControl）位置检测装置安装在传动丝杠的端部，间接测量执行部件的实际位置。特点：精度介于开环与闭环之间，调试方便，稳定性好，应用较广。,.,18,按系统功能分类,1）经济型数控机床2）全功能型数控机床,.,19,数控机床的发展趋势,1）高速化2）高精度化3）多功能化4）智能化5）高可靠性6）综合自动化、集成,.,20,补充：CNC简介,初步认识：CNC装置是数控加工用专用计算机，除具有一般计算机结构外，还有与数控机床功能有关的功能模块结构和接口单元。CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。,.,21,CNC系统的主要工作过程1.正常工作前的准备工作在接通电源后，CNC装置将对数控系统及数控机床的各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初始状态。2.零件加工控制信息的输入CNC系统具备了正常工作条件后，开始输入零件加工程序、刀具长度补偿数值、刀具半径补偿数值以及工件坐标系原点相对机床原点的坐标值。3.数控加工程序的译码和预处理加工控制信息输入后，启动加工运行，此时CNC装置在系统控制程序的作用下，对数控程序进行预处理，即进行译码和预计算（刀补计算、坐标变换等）。,.,22,CNC装置的功能及特点,CNC装置采用了微处理器、存储器、接口芯片等，通过软件实现过去难以实现的许多功能，因此CNC装置的功能要比过去的NC装置的功能丰富得多，更加便于适应数控机床的复杂控制要求。一、CNC装置的功能数控装置的功能通常包括基本功能和选择功能。基本功能是数控系统的必备功能，选择功能是供用户根据机床特点和用途进行选择的功能。CNC装置的功能主要反映在准备功能G指令代码和辅助功能指令代码上。下面简要介绍以下CNC装置的功能。,.,23,控制功能控制功能是指CNC装置能够控制的以及能够同时控制的轴数。控制功能是数控装置的主要性能指标之一。控制轴有移动轴和回转轴，基本轴和附加轴。控制轴数越多，特别是同时控制轴数越多，CNC装置的功能越强，同时CNC装置就越复杂，编制零件加工程序也就越困难。准备功能准备功能也称G功能，用来指令机床动作方式的功能，包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、刀具补偿、基准点返回、固定循环等指令。它用地址G和它后续的两位数字表示。ISO标准中，准备功能从G00G99共100种。,.,24,插补功能CNC装置是通过软件进行插补计算，连续控制时实时性很强，计算速度很难满足数控机床对进给速度和分辨率的要求。因此实际的CNC装置插补功能被分为粗插补和精插补。进行轮廓加工的零件的形状，大部分是直线和圆弧构成，有的是由更复杂的曲线构成，因此有直线插补、圆弧插补、抛物线插补、极坐标插补、螺旋线插补、样条曲线插补等。实现插补运算的方法有逐点比较法和数字积分法等。,.,25,CNC系统中具有的插补功能有直线插补功能、圆弧插补功能、抛物线插补功能以及螺旋线插补功能等。直线和圆弧插补功能采用的插补算法一般为脉冲增量插补算法和数字增量插补（数据采样插补）算法。逐点比较法又称区域判别法或醉步式近似法。基本思想是被控制对象在数控装置的控制下，按要求的轨迹运动时，每走一步都要和规定的轨迹比较，根据比较的结果决定下一步的移动方向。逐点比较法可以实现直线和圆弧插补。逐点比较法的应用对象主要在两坐标开环CNC系统中应用。,.,26,逐点比较法直线插补轨迹,.,27,固定循环加工功能用数控机床加工零件，一些典型的加工工序，如钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削、切螺纹等，所需完成的动作循环十分典型，将这些典型动作预先编好程序并存储在存储器中，用G代码进行指令。固定循环中的G代码指令的动作程序要比一般的G代码所指令的动作要多得多，因此使用固定循环功能，可以大大简化程序编制。,.,28,进给功能进给功能用F直接指令各轴的进给速度进给速度表示刀具每分钟移动的距离,单位是mm/min同步进给速度为主轴每转时进给轴的进给量,单位是mm/r。快速进给速度它是通过参数设定的，用G00指令指定，同时可以通过操作面板上的快速倍率开关修正。进给倍率操作面板上设置了进给倍率开关，可以对程序中指定的F值进行修正。倍率可在0%200%之间变化。,.,29,主轴功能主轴功能就是指定主轴转速的功能，用地址S和它后续的数值表示，单位是r/min。主轴的转向要用M03、M04指令指定。辅助功能辅助功能是数控加工中不可缺少的辅助操作，用地址M和它后续的数字表示。在ISO标准中，可有M00M99共100种。辅助功能用来规定主轴的起、停，冷却液的开、关等。刀具功能刀具功能是用来选择刀具，用地址T和它后续的数值表示。刀具功能一般要和辅助功能一起使用。,.,30,补偿功能加工过程中由于刀具磨损或更换刀具，以及机械传动中的丝杠螺距误差和反向间隙，将使实际加工出的零件尺寸与程序规定的尺寸不一致，造成加工误差。因此CNC装置设计了补偿功能，它可以把刀具长度、刀具半径的补偿量、丝杠的螺距误差和反向间隙误差的补偿量输入到CNC装置的存储器，它就按补偿量重新计算刀具的运动轨迹和坐标尺寸，从而加工出符合要求的零件。字符显示功能CNC装置可以配置单色或彩色CRT，通过软件和接口实现字符和图形显示。可以显示加工程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障信息、零件图形、动态刀具运动轨迹等。,.,31,（十一）自诊断功能CNC装置中设置了各种诊断程序，可以防止故障的发生或扩大。在故障出现后可迅速查明故障类型及部位，减少因故障而造成的停机时间。（十二）通信功能通常具有RS232C接口，有还备有DNC接口。现在部分数控机床还具有网卡，可以接入互联网。（十三）在线编程功能此功能可以在数控加工过程中进行，因此不占用机时。在线编程时使用的自动编程软件有：人机交互式自动编程系统、APT语言编程系统、蓝图直接编程系统等。,.,32,常见的数控机床重要部件：,CNC数控系统,伺服电机,.,33,数控机床坐标系统,数控机床的坐标系在数控机床中，为了实现零件的加工，往往需要控制几个方向的运动，这就需要建立坐标系，以便区别不同运动方向。为了使编出的程序在不同厂家生产的同类机床上有互换性，必须统一规定数控机床的坐标方向。我国的JB3051-82标准为数字控制机床坐标轴和运动方向的命名，其中的规定与国际标准ISO841中的规定是相同的。,.,34,（1）Z坐标：平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。（2）X坐标：Z坐标垂直，且刀具旋转，所以面对刀具主轴向立柱方向看，向右为正。（3）Y坐标：在Z、X坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。（4）指定平行于X、Y、Z的坐标轴可以采用的附加坐标系：第二组U、V、W坐标，第三组P、Q、R坐标。（5）指定不平行于X、Y、Z的坐标轴也可以采用的附加坐标系：第二组U、V、W坐标，第三组P、Q、R坐标。,.,35,.,36,机床原点的设置机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。（1）数控车床的原点在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。（2）数控铣床的原点在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上。,.,37,机床参考点机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。数控机床开机时，必须先确定机床原点，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。,.,38,编程坐标系编程原点,编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致，,.,39,程序原点,程序原点程序原点是指程序中的坐标原点，即我们在数控编程中刀具相对与工件运动的起点通常情况下我们将主轴中心设为X轴方向的原点，将加工工件的精切后的右端面设定为Z轴方向的原点。,.,40,对刀点和换刀点,对刀点：刀具点相对零件运动的起始点,刀位点：对于立铣刀是指刀具轴线与刀具底面的交点；对于球头铣刀是指球头铣刀的球心；对于车刀和镗刀是指刀尖。,换刀点一般选择在第一个程序的起始点或机械零点上。,.,41,（1）所选的对刀点应使程序编制简单；（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；（