数控技术-加工中心

6/7/2020,1,数控技术,机械工程训练中心,6/7/2020,2,一、数控技术和数控机床,数控技术定义：采用数字化信号对控制对象加以控制的一种自动控制技术；数控机床：是最早应用数控技术的控制对象，也是最典型的数控设备；第一台数控机床，1952年，美国PARSON公司和麻省理工学院，三坐标数控铣床,6/7/2020,3,数控技术的发展：数控机床是为了解决单件、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。是随着大规模集成电路技术、计算机技术、自动控制技术的发展而发展的。发展：柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS、计算机CAD/CAM集成制造系统CIMS、并行工程、敏捷制造等新兴的先进制造技术发展。,6/7/2020,4,数控机床的分类：按机床运动轨迹和控制系统的特点分：（1）、点位控制数控机床：点到点位置的控制；数控钻床、坐标镗床、冲床等；（2）、直线控制数控机床：直线轨迹的控制；简易数控车床、简易数控镗、铣床等；（3）、轮廓控制数控机床：对两坐标或以上运动坐标可同时进行连续控制；数控镗、铣床、加工中心；两轴、两轴半、三轴、四轴、五轴联动,6/7/2020,5,3轴,6/7/2020,6,4轴,6/7/2020,7,4轴,6/7/2020,8,5轴,6/7/2020,9,5轴,6/7/2020,10,5轴,6/7/2020,11,按执行机构的伺服类型分类：（1）、开环控制系统数控机床：数控系统直接输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动，不对机床的运动进行任何检测（无来自位置传感器的位置反馈信号）。控制简单。经济，速度、精度低，多采用步进电机，主要作为经济型数控机床或对于旧机床的改造。,6/7/2020,12,步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。,6/7/2020,13,（2）、闭环控制系统数控机床：将机床运动部件的位置、速度实时检测、反馈给伺服系统，与数控系统发来的指令位置、速度信息进行比较、计算，并根据其差值发出补偿控制命令控制机床运动；精度高、速度快，控制系统复杂，调试、维修比较困难。根据测量元件安装位置不同，可分为半闭环系统和全闭环系统。,6/7/2020,14,全闭环系统：测量元件装在执行件上；精度高，控制回路复杂，调试、维修难；半闭环系统：测量元件装在电机或中间传动件上；精度较好，系统比较稳定，调整、维修比较方便。,6/7/2020,15,（3）、按加工方式分类：a、金属切削类：数控车床、数控铣床、加工中心、数控钻床等；b、金属成型类：数控折弯机、数控弯管机等；c、数控特种加工类：线切割、电火花机床等；d、其他类型：数控三坐标测量仪等；,6/7/2020,16,数控原理：,6/7/2020,17,数控机床的组成：程序编制及信息载体；输入装置；数控装置：FANUC、SIEMENS；华中数控、南京大方强电控制装置：PLC可编程逻辑控制器；伺服驱动系统及位置检测装置；伺服驱动系统：步进电机、液压马达、交、直流伺服电机等；位置检测装置：光栅、脉冲编码器、感应同步器、磁栅等；,6/7/2020,18,机床的机械部件：高刚度、高精度、高速度、低摩擦主传动系统：驱动采用多速电机、交、直流主轴电机、电主轴，主轴速度由数控系统、电气电路实现；进给传动系统：由高性能伺服电机通过联轴节直接与丝杆相联，带动工作台、刀架运动，传动链短，传动系统简单；滚珠丝杠、滚动导轨、贴塑导轨等；回转工作台；自动换刀装置：电动刀架、刀盘、刀库；,6/7/2020,19,数控机床优点：提高加工能力；提高加工精度，加工质量稳定；可提高生产率；减轻劳动强度，改善劳动条件；有利于生产管理；有利于向更高级的计算机控制与管理发展。,6/7/2020,20,二、加工中心1、加工中心：镗铣类加工中心（加工中心）、车削中心2、镗铣类加工中心种类：A、按功能特征：镗铣、钻削、复合加工中心；B、按工作台种类：单、双、多工作台；C、按主轴种类：单轴、双轴、三轴、可换主轴箱的加工中心；D、按自动换刀装置：转塔头加工中心、刀库+主轴换刀加工中心、刀库+机械手+主轴换刀加工中心、刀库+机械手+双主轴转塔头加工中心；,6/7/2020,21,E、按主轴位置：卧式加工中心：主轴轴线水平布置立式加工中心：主轴轴线垂直布置五面加工中心：具有卧式、立式加工中心特点，能完成除安装面外的所有五个面的加工。3、加工中心的基本功能、性能：高度自动化；大功率和高精度；高速度；可靠性高；,6/7/2020,22,4、加工中心的应用：周期性重复投产的零件；价格昂贵的高精度零件；多品种、小批量生产的零件；结构比较复杂的零件；需要频繁改型的零件；多工位和工序可集中的零件；难测量零件；需要最短生产周期的急需零件。,6/7/2020,23,5、加工中心的辅助技术：自动编程技术；回转工作台：（1）、数控回转工作台；（2）、分度工作台；（3）、辅助轴：第四轴（A轴），辅助回转轴，可四轴联动。,6/7/2020,24,三、数控加工技术,基本概念：1、数字控制的标准和代码：国际通用标准：ISO国际标准化组织标准、EIA美国电子工业协会标准我国：JB3208-83。,6/7/2020,25,指令、代码类型：准备功能G指令：用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作；G0099；按功能分为若干组；不同组的代码可组合出现在同一指令段中；模态代码（续效代码）：具有模态的代码一经在一程序段指定，其功能便一直保持有效直到在后续的程序段中被同组的其他代码所取代。,6/7/2020,26,辅助功能指令：用于机床加工操作时的工艺性指令；0099；功能指令：续效代码，刀具选择、管理功能；xx、Txxxx；S功能指令：续效代码，主轴速度选择功能；有级变速：S后带速度序列代码；无级变速：速度值，单位rpm；恒线速度功能时，主轴转速自动随工件直径的变化而变化；F功能指令：续效代码，切削进给速度功能；单位mm/min；mm/rev（主轴）；恒线速度功能时会发生变化；,6/7/2020,27,2、数控加工中的坐标系：采用右手直角笛卡儿坐标系确定X、Y、Z三个直线运动坐标系的方向、相互关系；用右手螺旋定则确定绕着X、Y、Z轴的旋转运动。常见坐标系的确定：数控车床：Z坐标：取平行于主轴轴线方向，正方向是使刀具离开工件的方向；X坐标：是工件的径向并平行于横向拖板，正方向是使刀具离开工件的方向;C轴：绕轴旋转的控制，,6/7/2020,28,立式加工中心：Z坐标：平行于机床主轴的刀具运动坐标轴，增大刀具和工件之间距离的方向为正方向；X坐标：平行于工件装夹面，垂直于Z坐标，对于单立柱机床，从刀具向立柱看，正方向指向右方；Y坐标按右手法则确定。,6/7/2020,29,a、机床坐标系：是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点，一般由制造厂家确定；b、工件坐标系：是编程人员在编程时使用的，以工件图纸上的一个合适的位置建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系来确定。c、工件原点偏置值：加工时，工件在机床上固定后，测量出工件原点与机床原点的距离（是机床坐标原点在工件坐标系中的绝对坐标值）。,6/7/2020,30,O机,O工,工件,理想刀具（刀具补偿为零）,6/7/2020,31,该偏置值可预存到数控系统，在加工时，该偏置值自动加到工件坐标系上，使数控系统可按工件坐标系的尺寸来控制执行件在机床坐标系中的运动。原点偏置实际上就是机床参考点向编程人员定义在工件上的程序原点的偏移。利用原点偏置功能，编程人员可不必考虑工件的安装位置、安装精度，给编程带来了很大的方便。,6/7/2020,32,3、刀具补偿：刀具半径补偿：数控机床控制的是刀具中心的轨迹，由于刀具有一定的半径，为使加工出来的零件的实际轮廓和理论轮廓相一致，必须将刀具中心的轨迹向零件的外侧偏置一个刀具半径的距离；预存偏置值在系统；左刀补、右刀补；作用：刀具磨损、换刀引起的刀具半径的变化、粗、精加工余量的预留，均可通过修改偏置的参数，而不必重新编制程序。刀具长度补偿：是对刀具在轴向方向进行的补偿，用于刀具长度不同或刀具磨损等需要进行轴向进刀补偿的场合；预存偏置值在系统；正偏置、负偏置；刀具切触点位置（刀位点）补偿：由于刀具安装位置不同、切削刃参数不同导致当刀架在同一位置时刀具切触点位置不同进行的补偿，使不同的刀具的刀位点当刀架在同一位置时能在同一工件坐标系中有相同的描述；预存刀补值在系统；基准刀具，刀补值；,6/7/2020,33,O机,O工,工件,理想刀具,实际刀具,Z向刀补,向刀补,Z1,Z0,X0,X1,Z,X,6/7/2020,34,数控程序结构：N01G91G00X50Y60N02G01X1000Y5000F150S300T12M03.数控程序组成:数控程序由若干程序段组成；一个程序段由若干代码字组成；每个代码字由文字（地址符）和数字组成；最小设定单位：数控系统发出一个脉冲，经放大驱动执行件移动的最小的位移量，又称脉冲当量；一般为0.010.001mm；,6/7/2020,35,常用编程指令：G00：快速定位指令；续效代码N01G00X100Y200Z100N02X200Z150G01：直线插补指令；续效代码N01G01X100Y200Z100F150N02X200Z150N03G00X100Z100N04G01X200Z100F150G02：顺时针圆弧插补指令；续效代码G03：逆时针圆弧插补指令；续效代码顺时针、逆时针判断：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向来判断；N01G02(03)X100Z100I50K50F100N01G02（03）X100Z100R100F100,6/7/2020,36,4、绝对坐标：所有坐标值相对于固定的坐标原点给出的坐标值；相对坐标：运动位置以当前运动轨迹的起点建立的坐标系中的坐标。指令指定：续效代码绝对坐标指定：G90XYZ；相对坐标指定：G91XYZ；代码表示：X、Y、Z：绝对坐标U、V、W：相对坐标；混合编程：G01X20W-60F100,X,Z,A(20,10),B(60,30),X,Z,A,B(40,20),6/7/2020,37,G40：撤消刀具半径补偿；续效代码G41：刀具半径左补偿；续效代码G42：刀具半径右补偿；续效代码沿刀具前进方向观察，刀具在零件的哪一侧来判断G17：XY平面选择；续效代码G18：ZX平面选择；续效代码G19：YZ平面选择；续效代码M03：主轴顺时针方向旋转；续效代码M04：主轴逆时针方向旋转；续效代码M05：主轴停止；续效代码M00：程序暂停；M02、M30：程序结束；,6/7/2020,38,数控编程：方法：手动编程、自动编程计算机图形交互方式；三维模型=自动编程MasterCam，UG/UGNX，Pro/E，CAD/CAM/CAE集成软件2、步骤：1）、确定加工工艺过程：加工方案、选择机床、夹具、刀具、走刀路线、切削用量等；2）、刀具运动轨迹计算；3）、对刀、计算刀具补偿值；4）、编写零件加工程序单；5）、程序的校验和试切；,6/7/2020,39,数控加工工艺：1、粗加工以尽可能多的去除多余材料为目的，精加工以保证尺寸精度、表面粗糙度为目的；2、尽量减少来回走刀、空行程次数，在每一次走刀过程中尽可能加工到各未加工完的表面，提高加工效率；3、可在各加工表面均匀保留精加工余量，在一次精加工中全部切除；4、编程零点应力求与设计基准重合，编程要注意防止过切。,6/7/2020,40,数控车床注意点：a、直径编程、半径编程；b、换刀点位置设置；数控车床操作步骤：a、开启机床电源；b、开启系统电源；c、回机床坐标原点；d、设定工件坐标系；e、对刀；,6/7/2020,41,O工,X,Z,6/7/2020,42,6/7/2020,43,6/7/2020,44,6/7/2020,45,%55N10M03N20G0X150Z200N30T11N40M08N50X100Z185N60G1X0F150N70G0X80.5W2N80G1Z-2F150N90G0U2Z187N100X60.5,6/7/2020,46,N10M03N20G0X100Z250N30T11N40G0X90Z185.5N50G1X0F150N60G0X81W2N70G1Z-2F100N80G0U2Z186N90X76N100G1.N200G0X100Z250N210M30,6/7/2020,47,数控车床的编程起点：X：300mm，Z：190mm粗加工：1：X：80.5，W：0；/Z：1902：X：80.5，Z：-10；3：X：105，W：0；3+：U：0，Z190；-4：X：60.5，W：0；5：X：60.5，Z：90.5；6：X：80.5，Z：60.5；7：X：100，W：0；8：U：0，Z：190；-9：X：40.5，W：010：X：40.5，Z：170.5；11：X：60.5，W：-60；11+：X：100，W：0；12：X：300，Z：190,6/7/2020,48,精加工：1：X：40，W：02：X：40，Z：170/W：-20；3：X：60，W：-60；4：U：0，Z：905：X：80，Z：606：U：0，Z：-10/W-707：X：08：X：1059：X：300，Z：190,6/7/2020,49,N010M03N180M00N020M08；开切削液N190G00X40W0N030T11；N200G01Z170F50N040G00X80.5Z190N210X60W-60N050G01Z-10F150N220Z90N060X105F300N230X80Z60N070G00Z190N240Z-10N080X60.5N250G00X300Z190N090G01Z90.5F150N260T22N100X80.5Z60.5N270G00X105Z-10N110X100N280G01X0F100N120G00Z190N290G00X300Z190N130X40.5N300M05;主轴停N140G01Z170.5F150N310M09;切削液关N150X60.5W-60N320M30N160X100N170G00X300Z190,6/7/2020,50,程序：N01M03N02M08N03G00X40Z190N04G01Z170F150N05X60W-60N06Z90N07X80Z60N08Z-10N09X0F100N10X105F500N11G00X300Z190N12M05N13M30,6/7/2020,51,数控机床标准G代码准备功能字是使数控机床建立起某种加工方式的指令，如插补、刀具补偿、固定循环等。G功能字由地址符G和其后的两位数字组成，从G00G99共100种功能。JB3208-83标准中规定如下表：G00点定位G50*刀具偏置0/-G01直线插补G51*刀具偏置+/0G02顺时针圆弧插补G52*刀具偏置-/0G03逆时针圆弧插补G53直线偏移注销G04*暂停G54直线偏移XG05*不指定G55直线偏移YG06抛物线插补G56直线偏移ZG07*不指定G57直线偏移XYG08*加速G58直线偏移XZG09*减速G59直线偏移YZG10-G16*不指定G60准确定位（精）G17XY平面选择G61准确定位（中）G18ZX平面选择G62准确定位（粗）G19YZ平面选择G63*攻丝G20-G32*不指定G64-G67*不指定G33螺纹切削，等螺距G68*刀具偏置，内角G34螺纹切削，增螺距G69*刀具偏置，外角G35螺纹切削，减螺距G70-G79*不指定G36-G39*不指定G80固定循环注销G40刀具补偿/刀具偏置注销G81-G89固定循环G41刀具补偿-左G90绝对尺寸G42刀具补偿-右G91增量尺寸G43*刀具偏置-