数控车床加工课件.ppt

一概论,一、数控机床的产生和发展定义：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称作数控机床。（一）产生：随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应得提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。数字控制机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。,第一台数控机床是1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合作研制的三坐标数控铣床，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果，可用于加工复杂曲面零件。数控机床的发展先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规摸集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型机算机（1974年）等五代数控系统。,二、数控技术的基本概念1数字控制（NumericalControl)，简称NC，它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，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称作数控机床。2NC机床：早期的数控机床的NC装置是由各种逻辑元件、记忆元件组成随机逻辑电路由硬件来实现数控功能，称作硬件数控，用这种技术实现的数控机床称作NC机床。3CNC机床：现代数控系统采用微处理器或专用微机的数控系统（ComputerNumericalControl）由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，这样的机床称作CNC机床。,三、数控机床的组成及工作原理1工作原理,图纸,存储介质,数控装置,输入,输出,CNC装置,伺服驱动装置,伺服系统,执行机构,切削驱动装置,机床主体,检测装置,2组成（1）程序的存储介质（纸带、磁带或磁盘等）（2）输入输出装置（3）数控装置（是数控机床的核心，接受脉冲信号经过译码、运算和逻辑处理将指令信息输出给伺服系统，使设备按轨定的动作执行）（4）伺服装置（是数控机床执行机构的驱动部件，作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床执行部件的运动）,（5）检测反馈装置（作用是对机床的实际运动速度、方向、位移量以及加工状态加以检测并将结果反馈给数控装置，计算出与指令位移之间的偏差并发出纠正误差指令）（6）机床主体（是加工运动的实际机械部件，主要包括主运动部件、进给运动执行部件如工作台、拖板、刀架，和支承部件如床身、立柱等，还有冷却、润滑、转位部件、夹紧、换刀机械手等辅助装置。,3按控制方式分类（1）开环控制（OpenLoopControl）即不带位置测量元件，数控装置根据控制介质上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，使执行机构（如工作台）移动或转动。特点是没有来自位置测量元件的反馈信号，对执行机构的动作情况不进行检查，指令流向为单向，控制精度较低。,开环控制,（2）闭环控制（ClosedLoopControl）是将位置检测装置安装于机床运动部件上，加工中将测量到的实际位置值反馈。另外通过与伺服电机刚性连接的测速元件，随时实测驱动电动机的转速，得到速度反馈信号，并与速度指令信号相比较，其比较的差值对伺服电动机的转速随时进行校正，直至实现移动部件工作台的最终精确定位。,闭环控制,（3）半闭环控制（Semi-ClosedLoopControl）是将位置检测装置安装于驱动电动机轴端或安装于传动丝杠端部，间接地测量移动部件（工作台）的实际位置或位移。,半闭环控制,4数控机床的特点数控机床与普通机床相比，具有以下特点：）适应性强适应性是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。）精度高工作过程不需要人工干预，而是自动工作的，且通过实时检测装置来修正或补偿以获得更高的精度。）效率高数控机床可以采用较大的切削用量，而且具有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化的功能。）减轻劳动强度、改善劳动条件。）有利于生产管理的现代化。,二、数控车床加工概述,1、数控车床加工范围对金属或非金属棒料、锻件、铸件等回转体毛坯进行切削加工。完成轴类与盘类回转体零件的内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等项目的切削加工。,2、数控车刀,外圆车刀主偏角K=90,该90主偏角车刀只能用于外圆粗精车削,其刀片为三角形,切削刃较长，刀片可以转位六次,经济性好,2)、内孔车刀,根据以下切削方式选择内孔车削刀具形式与主偏角：,外螺纹车刀,3、螺纹车刀,内螺纹车刀,4、切断切槽刀,QZQ,QZSR,QZS,QT四大系列最小切槽宽度1.1mm最大切断直径60mm左刀右刀任意选择,4、切断切槽刀,刀尖圆弧半径的选择刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度及被加工零件的表面粗糙度。刀尖圆弧半径大，表面粗糙度值增大，切削力增大且易产生振动，切削性能变坏，但刀刃强度增加，刀具前后刀面磨损减少。数控车床需要刀刃强度高、工件直径大的粗加工中，选用刀尖圆弧大些。国家标准规定刀尖圆弧半径的尺寸系列为02、04、08、12、16、20、24mm和32mm。刀尖圆弧半径一般适宜选取进给量的23倍。,切削用量的选择1背吃刀量ap的确定在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.10.5。2、切削速度（vcm/min)计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。如下页的参考表.3、主轴转速（nr/min)当切削速度确定后，用公式n=1000vc/d计算主轴转速n（r/min）。,坐标系1、均遵守右手笛卡尔原则。2、均规定与车床主轴轴线平行的方向为Z轴，且规定从卡盘中心至尾座顶尖中心为正方向。3、在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为X轴，且规定刀具远离旋转中心的方向为正方向。,机床坐标系、参考点、工件坐标系,对刀及建立工件坐标系X0=X1-d1Z0=Z1,G54X0Z0X0Z0是工件坐标系在参考坐标系下的值。TXXXXXX表示刀具在刀架上的编号。XX表示刀偏表中的刀偏号。,三数控车床基本指令,数控车床系统M、S、F、T功能指令,1、辅助功能指令(M功能)辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为13位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作，如下表所示(GSK928TA系统)。,2、准备功能（G功能）功能：使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。格式：G（G00G99共100种）,【概念】模态指令：又称续效代码。该指令代码一经定义，其功能一直保持有效，直到被相应的代码取消或被同组的代码所取代。非模态指令：只在写有该代码的程序段中才有效。,进给量指令(F功能)指令格式F_指令功能F表示进給地址符。指令说明F表示主轴每转进给量，单位为mm/r；也可以表示进给速度，单位为mm/min。其量纲通过G指令设定。有两种使用方法：、每转进给量：G99F_例：G99F0.2表示进给量为0.2mm/r、每分钟进给量：G98F_例：G98F100表示进给量为100mm/min注：G98可省略。,主轴转速指令指令格式S_指令功能S表示主轴转速地址符，指令说明S表示主轴转速，单位为r/min；也可以表示切削速度，单位为m/min。其量纲通过G指令设定。使用方法如下：、最高转速限制：G50S_例：G50S3000表示最高转速限制为3000r/min恒线速控制：G96S_例：G96S150表示切削点线速度控制在150m/min恒线速取消：G97S_例：G97S3000表示恒线速取消后主轴转速为3000r/min,在完成数控准备类指令后，才能编制数控加工运行指令！,程序结构,、快速进给指令（G00）指令格式G00X（U）_Z（W）_指令功能G00指令表示刀具以机床给定的快速进给速度移动到目标点，又称为点定位指令。指令说明采用绝对坐标编程，X、Z表示目标点在工件坐标系中的坐标值；采用增量坐标编程，U、W表示目标点相对当前点的移动距离与方向。,例题：如图所示，刀具从换刀点（刀具起点）快进到点，试分别用绝对坐标方式和增量坐标方式编写G00程序段。,绝对坐标编程：G00X40Z122增量坐标编程：G00U-60W-80,直线插补指令（G01）指令格式G01X（U）_Z（W）_F_指令功能G01指令使刀具以设定的进给速度从所在点出发，直线插补至目标点。指令说明采用绝对坐标编程，X、Z表示目标点在工件坐标系中的坐标位置；采用增量坐标编程U、W表示目标点相对当前点的移动距离与方向，其中F表示进给速度，在无新的F指令替代前一直有效。,例题：如图所示，设零件各表面已完成粗加工，试分别用绝对坐标方式和增量坐标方式编写G00，G01程序段。,绝对坐标编程：G00X18Z2A-BG01X18Z-15F50B-CG01X30Z-26C-DG01X30Z-36D-EG01X42Z-36E-F,增量坐标编程：G00U-62W-58A-BG01-1750-G01U12W-11-G01W-10-G01U12-,圆弧插补指令（G02，G03）指令格式G02X（U）_Z（W）I_K_(R)F_G03X（U）_Z（W）I_K_(R)F_指令功能G02、G03指令表示刀具以进给速度从圆弧起点向圆弧终点进行圆弧插补。指令说明1）G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。圆弧的顺、逆方向判断见下页图1所示，朝着与圆弧所在平面相垂直的坐标轴的负方向看，顺时针为G02，逆时针为G03，下页图1分别表示了车床前置刀架和后置刀架对圆弧顺与逆方向的判断；2）下页图2所示，采用绝对坐标编程，X、Z为圆弧终点坐标值；采用增量坐标编程，U、W为圆弧终点相对圆弧起点的坐标增量，R是圆弧半径，当圆弧所对圆心角为0180时，取正值；当圆心角为180360时，R取负值。I、K为圆心在X、Z轴方向上相对圆弧起点的坐标增量（用半径值表示），I、K为零时可以省略。,图1,图2,例题：如图所示，走刀路线为A-B-C-D-E-F，试分别用绝对坐标方式和增量坐标方式编程。,绝对坐标编程G03X34Z-4K-4（或R4）F50A-BG01Z-20B-CG02Z-40R20C-DG01Z-58D-EG02X50Z-66I8（或R8）E-F,增量坐标编程G03U8W-4k-4（或4）50A-BG01W-16B-CG02W-20R20C-DG01W-18D-EG02U16W-8I8（或R8）E-F,螺纹切削指令（G32）指令格式G32X（U）_Z（W）_F_指令功能切削加工圆柱螺纹、圆锥螺纹和平面螺纹。指令说明)表示长轴方向的导程，如果轴方向为长轴，为半径值。对于圆锥螺纹（图3-1-9），其斜角在450以下时，轴方向为长轴；斜角在450900时，轴方向为长轴；)圆柱螺纹切削加工时，、值可以省略，格式为G32Z（W）_F；)端面螺纹切削加工时，、值可以省略，格式为G32X（U）_F；)螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段1和降速退刀段2。,例题：如图所示，走刀路线为A-B-C-D-A，切削圆锥螺纹，螺纹导程为4mm,1=3mm，2=2mm，每次背吃刀量为mm，切削深度为2mm。,G00X16G32X44W-45F4G00X50W45X14G32X42W-45F4G00X50W45,四循环指令,轴向切削循环G80径向切削循环G81,单一循环指令单一固定循环是指一个循环切削指令可使刀具产生四个动作，即可使刀具完成：“切入切削退刀返回”一个循环动作，可简化编程。,1、轴向切削循环G80,格式：G80X（U）Z（W）IF；（模态指令）式中：X、Z切削终点绝对坐标；U、W切削终点相对于循环起点增量坐标；I切削终点至切削起点的向量值（半径值）；功能：能完成圆柱、圆锥的粗、精切削加工。,1、轴向切削循环G80,O4006；T0101；M03S500;G00X55.Z3.；G80X46.Z-44.95F120；X42.；X40.2；G00X100.Z100.；T0202；X40.Z3.；G01Z-45.F80；X55.；G00X100.Z100.；M30；,用G80怎样进行精加工？,1、轴向切削循环G80,O4007；T0303；M03S500;G00X50.Z5.；G80X49.Z-45.I-5.5F100；X45.；X41.；X40.F80；G00X100.Z100.；M30；,2、径向切削循环G81,格式：G81X（U）Z（W）KF；（模态指令）式中：X、Z切削终点绝对坐标；U、W切削终点相对于循环起点增量坐标；K切削终点至切削起点的向量值（Z轴方向）；功能：能完成直端面或锥端面切削循环。,O4008；T0404；M03S500G00X85.Z5.；G81X40.5Z-3.F100；Z-6.5；Z-9.9；X40.Z-10.S150F80；G00X100.Z100.；M30；,2、径向切削循环G81,O4009；T0404；M03S500G00X119.Z5.；G81X20.Z0.K-22.F100；Z-3.5；Z-6.5；Z-9.5；Z-10.S150F80；G00X100.Z100.；M30；,2、径向切削循环G81,复合循环指令,1、G71：内(外)径粗车复合循环,2、G72：端面粗车复合循环,3、G73：封闭轮廓复合循环,4、G32：螺纹切削,（已经在上一节讨论过）,(一）首先我们来讨论内(外)径粗车复合循环,G71U(d)R(r)P(ns)Q(nf)X(x)Z(z)F(f)S(s)T(t),1、指令格式：,d：切削深度，即每次切削量，为半径值；,r：每次退刀量，即每次切削完材料后刀具退离上一刀切削表面的X轴方向单边距离；,2、参数意义：,ns：精加工程序部分的第一行程序的顺序号；,nf：精加工程序部分的最后一行程序的顺序号；,x：X轴方向的精加工余量，即执行完G71这一行程序后在X轴方向剩余的用于精加工的材料的厚度，为直径量；,z：Z轴方向的精加工余量，即执行完G71这一行程序后在Z轴方向剩余的用于精加工的材料的厚度；,f，s，t：执行G71时的进给速度F、主轴转速S、刀具T的设置，与精加工程序部分的F、S、T无关；,3、走刀线路如图：,第一刀：,第二刀：,第三刀：,走到最后，刀具回到A点（循环起点）,例：编写上图所示的轴的加工程序，选定工件右端面中心为工件坐标系原点，则：,先编写精加工程序：,注意上述程序只能进行精加工,接下来加入粗车程序段：,按G71的格式，取d=1.5，r=1，x=0.3，z=0.1，F=100，S、T不变；,精加工程序部分是从N20开始到N55为止，所以取：ns=20，nf=55，则得到粗加工程序段：,精加工程序部分从哪一段开始，到哪一段止？,G71U1.5R1P20Q55X0.3Z0.1F100,应当把粗车循环程序段放到何处？,精加工程序段之前，主轴起动之后。,得到程序：,程序完成了吗？,如果运行该程序，则粗车循环起点在何处？是否合理？,循环起点在（X100Z100）处，程序运行时空行程太多，影响加工效率。,如何解决？,在粗车循环开始前应当先把刀具移动到工件附近，如(X55Z2)处。,即在G71程序段前加一程序段：G00X55Z2；得到程序：,程序完成了吗？,对于尺寸精度要求较高的零件，通常精、粗车采用不同刀具进行切削。,若精车时换精车刀（2号刀）进行加工，则应在何处加入换刀指令？,在粗加工循环结束后，精加工开始之前。,如下加入程序段合理吗？,.N16G00X55Z2（快速移动刀具刀循环起点）N17G71U1R1P20Q55X0.3Z0.1F100（开始进行粗车循环）N19T0202N20G00X16Z2（精车开始，快速移动刀具到切入点）.,刀具离工件太近，换刀时会与工件发生碰撞。,如何解决？,先把刀具快速移动到换刀点（X100Z100），再换刀；,加入程序段如下：,.N16G00X55Z2（快速移动刀具刀循环起点）N17G71U1R1P20Q55X0.3Z0.1F100（粗车循环开始）N18G00X100Z100（快速移动刀具到换刀点）N19T0202（换刀）N20G00X16Z2（精车开始，快速移动刀具到切入点）.,此时G71中的参数P(ns)是否应该改为ns=18？,不需要改，精车仍是在顺序号为20的程序段处开始。,最后得到程序：,N1,N2,1,2,程序结束！,4、注意事项：,复合循环指令中必须包含P(ns)Q(nf)参数，且程序中可以不必在每一程序段前加顺序号，但是精车程序部分的第一段和最后一段必须有顺序号并与nsnf对应，否则机床不进行循环加工。,粗加工时，机床只执行G71程序段中的F、S、T设置，精加工时，ns至nf程序段中的F、S、T设置有效；,在顺序为ns的程序段中，必须使用G00或G01指令，不可以使用G02或G03或其他指令。,处于ns到nf程序段之间的精加工程序不允许包含子程序。,5、内径粗车循环指令：,指令格式：与外径粗车循环相同,G71U(d)R(r)P(ns)Q(nf)X(x)Z(z)F(f)S(s)T(t),参数意义：由于加工内孔留余量时直径是减少，所以x为负值，其他与外径粗车循环相同。,循环起点：X必须比毛坯内孔直径小。,6、带凹槽内（外）径粗车复合循环指令：,指令格式：G71U(d)R(r