机械类-数控专业组王奋战制作

机械类-数控专业组王奋战制作【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①机械产品的自身要求②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①主运动系统②进给运动系统③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①提高元器件和系统的可靠性②采用抗干扰技术,提高数控系统对环境的适应能力③使数控系统模块化、通用化和标准化④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①利用数控系统的补偿功能②采用高分辨率,高响应性的绝对位置传感技术③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①机械方面:提高切削速度和减少辅助时间②数控系统:CPU5、复合化①工序复合化②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=-345.700mm

Y3=-196.220mm

Z3=-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G92X50Y50Z10G92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φ10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,但要求机床的刚性好,对机床的加工、装配要求高,调试较复杂,而且设备的成本高。图1-2闭环控制系统2)闭环控制系统课堂小结:【小结】:本次课主要对数控机床的坐标系、坐标系的原点及坐标系运动方向式进行了学习,这些内容是学习好数控编程这门课的基础。布置作业详细阅读程序弄清刀具轨迹准备下节课实训。板书设计第一章数控机床加工程序编制基础1.2.3加工坐标系1、加工坐标系的确定2、加工坐标系的设定(1)加工坐标系的选择(2)设定加工坐标系指令1.2.4机床加工坐标系设定的实例1、准备工作2、装夹工件毛坯3、对刀测量4、计算设定值5、设定加工坐标系6、校对设定值谢谢大家!机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。按被加工的工件处于的温度状态﹐分为冷加工和热加工。一般在常温下加工，并且不引起工件的化学或物相变化﹐称冷加工。一般在高于或低于常温状态的加工﹐会引起工件的化学或物相变化﹐称热加工。冷加工按加工方式的差别可分为切削加工和压力加工。热加工常见有热处理﹐煅造﹐铸造和焊接。机械加工另外装配时常常要用到冷热处理。例如：轴承在装配时往往将内圈放入液氮里冷却使其尺寸收缩，将外圈适当加热使其尺寸放大，然后再将其装配在一起。火车的车轮外圈也是用加热的方法将其套在基体上，冷却时即可保证其结合的牢固性（此种方法现在依旧应用于某些零部件的转配过程中）。机械加工包括：灯丝电源绕组、激光切割、重型加工、金属粘结、金属拉拔、等离子切割、精密焊接、辊轧成型、金属板材弯曲成型、模锻、水喷射切割、精密焊接等。机械加工：广意的机械加工就是指能用机械手段制造产品的过程；狭意的是用车床（LatheMachine）、铣床(MillingMachine)、钻床(DrilingMachine)、磨床(GrindingMachine)、冲压机、压铸机机等专用机械设备制作零件的过程。编辑本段微型机械加工技术的国外发展现状机械产品1959年，RichardPFeynman(1965年诺贝尔物理奖获得者)就提出了微型机械的设想。1962年第一个硅微型压力传感器问世，其后开发出尺寸为50～500μm的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及联接件等微机械。1965年，斯坦福大学研制出硅脑电极探针，后来又在扫描隧道显微镜、微型传感器方面取得成功。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60～12μm的利用硅微型静电机，显示出利用硅微加工工艺制造小可动结构并与集成电路兼容以制造微小系统的潜力。微型机械在国外已受到政府部门、企业界、高等学校与研究机构的高度重视。美国MIT、Berkeley、Stanford\AT&T的15名科学家在上世纪八十年代末提出"小机器、大机遇：关于新兴领域--微动力学的报告"的国家建议书，声称"由于微动力学(微系统)在美国的紧迫性，应在这样一个新的重要技术领域与其他国家的竞争中走在前面"，建议中央财政预支费用为五年5000万美元，得到美国领导机构重视，连续大力投资，并把航空航天、信息和MEMS作为科技发展的三大重点。美国宇航局投资1亿美元着手研制"发现号微型卫星"，美国国家科学基金会把MEMS作为一个新崛起的研究领域制定了资助微型电子机械系统的研究的计划，从1998年开始，资助MIT，加州大学等8所大学和贝尔实验室从事这一领域的研究与开发，年资助额从100万、200万加到1993年的500万美元。1994年发布的《美国国防部技术计划》报告，把MEMS列为关键技术项目。美国国防部高级研究计划局积极领导和支持MEMS的研究和军事应用，现已建成一条MEMS标准工艺线以促进新型元件/装置的研究与开发。美国工业主要致力于传感器、位移传感器、应变仪和加速度表等传感器有关领域的研究。很多机构参加了微型机械系统的研究，如康奈尔大学、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、密执安大学、威斯康星大学、老伦兹得莫尔国家研究等。加州大学伯克利传感器和执行器中心(BSAC)得到国防部和十几家公司资助1500万元后，建立了1115m2研究开发MEMS的超净实验室。日本通产省1991年开始启动一项为期10年、耗资250亿日元的微型大型研究计划，研制两台样机，一台用于医疗、进入人体进行诊断和微型手术，另一台用于工业，对飞机发动机和原子能设备的微小裂纹实施维修。该计划有筑波大学、东京工业大学、东北大学、早稻田大学和富士通研究所等几十家单位参加。欧洲工业发达国家也相继对微型系统的研究开发进行了重点投资，德国自1988年开始微加工十年计划项目，其科技部于1990～1993年拨款4万马克支持"微系统计划"研究，并把微系统列为本世纪初科技发展的重点，德国首创的LIGA工艺，为MEMS的发展提供了新的技术手段，并已成为三维结构制作的优选工艺。法国1993年启动的7000万法郎的"微系统与技术"项目。欧共体组成"多功能微系统研究网络NEXUS"，联合协调46个研究所的研究。瑞士在其传统的钟表制造行业和小型精密机械工业的基础上也投入了MEMS的开发工作，1992年投资为1000万美元。英国政府也制订了纳米科学计划。在机械、光学、电子学等领域列出8个项目进行研究与开发。为了加强欧洲开发MEMS的力量，一些欧洲公司已组成MEMS开发集团。目前已有大量的微型机械或微型系统被研究出来，例如：尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红血球，尺寸为7mm×7mm×2mm的微型泵流量可达250μl/min能开动汽车，在磁场中飞行的机器蝴蝶，以及集微型速度计、微型陀螺和信号处理系统为一体的微型惯性组合(MIMU)。德国创造了LIGA工艺，制成了悬臂梁、执行机构以及微型泵、微型喷嘴、湿度、流量传感器以及多种光学器件。美国加州理工学院在飞机翼面粘上相当数量的1mm的微梁，控制其弯曲角度以影响飞机的空气动力学特性。美国大批量生产的硅加速度计把微型传感器(机械部分)和集成电路(电信号源、放大器、信号处理和正检正电路等)一起集成在硅片上3mm×3mm的范围内。日本研制的数厘米见方的微型车床可加工精度达1.5μm的微细轴。工艺基础的基本概念编辑本段生产过程和工艺过程生产过程是指从原材料（或半成品）制成产品的全部过程。对机器生产而言包括原材料的运输和保存，生产的准备，毛坯的制造，零件的加工和热处理，产品的装配、及调试，油漆和包装等内容。生产过程的内容十分广泛，现代企业用系统工程学的原理和方法组织生产和指导生产，将生产过程看成是一个具有输入和输出的生产系统。能使企业的管理科学化，使企业更具应变力和竞争力。在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变为成品的过程，称为工艺过程。它是生产过程的主要部分。例如毛坯的铸造、锻造和焊接；改变材料性能的热处理[1]；零件的机械加工等，都属于工艺过程。工艺过程又是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。工序是工艺过程的基本组成单位。所谓工序是指在一个工作地点，对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者，而且工序的内容是连续完成的。例如图32-1中[cc1]的零件，其工艺过程可以分为以下两个工序：工序1：在车床上车外圆、车端面、镗孔和内孔倒角；工序2：在钻床上钻6个小孔。在同一道工序中，工件可能要经过几次安装。工件在一次装夹中所完成的那部分工序，称为安装。在工序1中，有两次安装。第一次安装：用三爪卡盘夹住外圆，车端面C，镗内孔，内孔倒角，车外圆。第二次安装：调头用三爪盘夹住外圆，车端面A和B，内孔倒角。编辑本段生产类型生产类型通常分为三类。1．单件生产单个地生产某个零件，很少重复地生产。2．成批生产成批地制造相同的零件的生产。3．大量生产当产品的制造数量很大，大多数工作地点经常是重复进行一种零件的某一工序的生产。拟定零件的工艺过程时，由于零件的生产类型不同，所采用的加方法、机床设备、工夹量具、毛坯及对工人的技术要求等，都有很大的不同。编辑本段加工余量为了加工出合格的零件，必须从毛坯上切去的那层金属的厚度，称为加工余量。加工余量又可分为工序余量和总余量。某工序中需要切除的那层金属厚度，称为该工序的加工余量。从毛坯到成品总共需要切除的余量，称为总余量，等于相应表面各工序余量之和。在工件上留加工余量的目的是为了切除上一道工序所留下来的加工误差和表面缺陷，如铸件表面冷硬层、气孔、夹砂层，锻件表面的氧化皮、脱碳层、表面裂纹，切削加工后的内应力层和表面粗糙度等。从而提高工件的精度和表面粗糙度。加工余量的大小对加工质量和生产效率均有较大影响。加工余量过大，不仅增加了机械加工的劳动量，降低了生产率，而且增加了材料、工具和电力消耗，提高了加工成本。若加工余量过小，则既不能消除上道工序的各种缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时的装夹误差，造成废品。其选取原则是在保证质量的前提下，使余量尽可能小。一般说来，越是精加工，工序余量越小。编辑本段基准机械零件是由若干个表面组成的，研究零件表面的相对关系，必须确定一个基准，基准是零件上用来确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。根据基准的不同功能，基准可分为设计基准和工艺基准两类。1．设计基准在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。如图32-2所[cc2]示的轴套零件，各外圆和内孔的设计基准是零件的轴心线，端面A是端面B、C的设计基准，内孔的轴线是外圆径向跳动的基准。2．工艺基准零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同又分为装配基准、测量基准及定位基准。（1）装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。（2）测量基准用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准，称为测量基准。如图32-2中的零件，内孔轴线是检验外圆径向跳动的测量基准；表面A是检验长度L尺寸l和的测量基准。（3）定位基准加工时工件定位所用的基准，称为定位基准。作为定位基准的表面（或线、点），在第一道工序中只能选择未加工的毛坯表面，这种定位表面称粗基准.在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准，这种定位表面称精基准。编辑本段拟定工艺路线的一般原则机械加工工艺规程的制定，大体可分为两个步骤。首先是拟定零件加工的工艺路线，然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定额等。这两个步骤是互相联系的，应进行综合分析。工艺路线的拟定是制定工艺过程的总