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加工中心操作基础教程
第一课数控技术基础
.y*[2b8R9T
6~!
w&d$q%A3A3O(J-m*D第1章
0e+Y;p:
q1^-w数控技术基础数字控制机床(NuinericallyControllcdMacllineTool)简称数控机床,随电子技术的发展,数控机床采用了计算机数控(ComputerizedNuinericallyControl)系统,因此也称为计算机数控机床或CNC机床。
6I#U,^8~*u'}4O&K
3Y$h/O%o%p2@
1.1
8E%G9k.z(p数控机床的系统组成及其功能
2?
*j+c!
W9e-e#L)A/b;T9B0L
1.1.1
E*L.k4{ k6c:
[数控加工的过程"d.@%~)u*]8}:
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!
g-x+~8x"G7L4b
利用数控机床完成零件数控加工的过程如图
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u#L;}/S%D#ll-18e&L3o*H-U0z(l0a
所示.主要内容包括如下
"m4{(c*`#n;j'\$^① h#C7\.d1X,F)^1I(o#D
.I*G,E"Q6|;W5t,F%x:
u1J根据零件加工图样进行工艺分析,确定加
5y,^7|1P,[0gl
%I;x-h g8i3d方案、工艺参数和位移数据,
6u!
U2N,K(k%O
'N.c1u!
Z8L3a;X6V②+O-H0{#B%[
5T z/R"y"r4J e用规定的程序代码和格式编写零件加上程序单:
或用自动编程软件,进行
+[ c!
G#\6?
1H"_.H5LCAD/CAM
6[(B)S-R5O工作,直接生成零件的加工程序文件。
.w5X*S%O&U:
u$X
③
9s9d.F-S5O8w4J*}$L-{-N&V*U8l3m$N&R&_.x6R6t
程序的输人或传输。
由手工编写的程序,可以通过数控机床的操作,面板输入;由编程软件生成的程序,通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单儿(
1o8R&~6Z T3p'@)x3_MCU.p6{$a#X-W;c
)。
%h7a3G)m:
{2a④$c5x7p-B$T4u5f,|
7G'j9q3f8|2K!
p"Y将输人/传输到数控单元的加
*m#`/F+^-m;e1A#^1!
k2d"e!
j9w"u0{2{
程序,进行试运行、刀具路径模拟等.
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O7j0A!
Y/@⑤%d,E&l7N*g
%A1T'X:
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通过对机床的正确操作,运行程序,完成零件的加工。
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/o$D0f*q;v3e5q
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K0C'V,|
1.1.20z8N#u6}"l3b
数控机床的组成及其功能
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6[)|&v5S-x1k(a P(|1M"l!
q&d0H"k*P5P
(X4_-~;h6e1\2k;J:
s4k8o数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成,如图,~ ~/k9q5G!
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1-28P4x V2?
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所示。
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控制介质2@8['J:
X!
{.T2Y+|
控制介质又称信息载体,是人与数控机床之间联系的中间媒介物质,反映了数控加工中全部信息。
$Z(d$o*\9y.g⑵!
m,K(W,g2C:
v-p
:
Y:
y)|(s,P(d#b数控系统
%~1y2T,N*h&m(q#N)V数控系统是机床实现自动加工的核心,是整个数控机床的灵魂所在。
主要由输人装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人/输出接口等组成。
主控制系统主要由
8A!
q(H$T1l0b%tCPU
f9J'K!
F._/C9R、存储器、控制器等组成。
数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量,以及温度、压力、流量等物理量.其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。
其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序,通过译码、编译等处理后,进行相应的刀具轨迹插补运算,并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较,从而控制机床各坐标轴的位移。
而时序逻辑控制通常由可编程控制器9L H;g1^4J
PI
&p2h&A%]%h8h7V!
z7s尤来完成,它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调,按各检测信号进行逻辑判别,从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。
+B9o"|1d/L.w+a(n⑶+t1@9C)j,@(B*C&A"A
/x3b${+D-F(w/}%q${6k伺服系统
d'A z5E:
S1C6c伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节.主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成.伺服电动机是系统的执行元件,驱动控制系统则是伺服电动机的动力源.数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令,再经过驱动系统的功率放大后,驱动电动机运转,通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。
%f*y1[*e;F2u1?
⑷5v)k7b$q-V#l5d,u
8H1f,V.h0`
强电控制柜-c%A.A!
F&i9p._+~4i
强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元器件,除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源,以及各种短路、过载、欠压等电气保护外,主要在
t&\2X3g'i9j(JPLC-j)D,n-o;Y6@!
`$Q!
E
的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起桥梁连接作用,控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。
此外.它也与机床操作台有关手动按钮连接。
强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成.它与一般普通机床的电气类似,但为了提高对弱电控制系统的抗干扰性,要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器件中均必须并接
7u*X8l9x5h/](h:
HRC
-_&s:
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g1V(G阻容吸收器;对各种检测信号的输人均要求用屏蔽电缆连接。
1r(R j s+o A,t5Q$t
⑸%Z8x3F0K9d*E+m,b$M1J
%Q9O)i*|1@"T&i/w0I3S
辅助装置
/l(J"C#T;K6K.O.v辅助装置主要包括自动换刀装置
!
Z'h)a/w5\2x0aATC(AutomatlcToolChanger+a4b7_ C;P7e)C.j8G
)、自动交换工作台机构:
~"u6|8y%w.a'F
APc(AutomaticPalletchanger
2@-L7b6r8\$d:
f/|)、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。
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5}%E%}-Y-S)^
-M$o.m&M,L(l机床本体'b-`%C H)F0m9m4f
数控机床的本体指其机械结构实体.它与传统的普通机床相比较,同样由主传动系统、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分组成,但数控机床的整休布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。
为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点,归纳起来包括以下几个方面的变化。
&J*a1K*A!
p0F4e)J,I
①采用高性能主传动及主轴部件。
其有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。
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|*q"N(o5P/d"^!
X:
n②进给传动采用高效传动件。
具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点,一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。
"G,y!
Y!
E*Q/y6I6d"v5i:
[
③具有完善的刀具自动交换和管理系统。
3y5@%V,b.}
④在加工中心上一般具有工件自动交换、工件夹紧和放松机构. i*g*L7_-p!
~
⑤机床本身具有很高的动、静刚度。
!
I9e;t(t/z"@5i
⑥采用全封闭罩壳。
由于数控机床是自动完成加工,为了操作安全等,一般采用移动门结构的全封闭罩壳,对机床的加工部件进行全封闭。
第二课数控技术常用术语9F$u&O#F0R#G8m%`7]4q"n7h
1,5数控技术常用术语6a-?
;{2b(I,H4s#c3]
-[(B'C/L3w V)d
)I g'l;d+]3l9I&h
3V5I1v(H!
X5V']!
q5?
3E4g
为了方便读者阅读相关数控资料和国外数控产品的相关手册,在此选择了常用的数控词汇及其英语对应单词,所选用的数控术语主要参考国际标准ISO2806和中华人民共和国国家标准GB8129—1987以及近年新出现的一些数控词汇。
&l5|'y*A S+['j4k3k5z1|(\5Q!
h
1)计算机数值控制(ComputerizedNumericalControl,CNC)用计算机控制加工功能,实现数值控制。
'H#j e Y#p0l7f(@2e [;j%J1|'A"~2I%j,c
2)轴(Axis)机床的部件可以沿着其作直线移动或回转运动的基准方向。
/n0q0f,d%]*\%@$d
%P;K3x/u-j.V.e3)机床坐标系(MachineCoordinateSystern)固定于机床上,以机床零点为基准的笛卡尔坐标系。
['l.f.r4a&L
/N(u/f;N'd4)机床坐标原点(MachineCoordinateOrigin)机床坐标系的原点。
8o8z(R0W7j"n
']4~*z'u7X/z2^ j6C-z%E5)工件坐标系(WorkpieceCoordinateSystem)固定于工件上的笛卡尔坐标系。
*B4T0\5I&S2j*i(w6| g%X
6)工件坐标原点(Wrok-piexeCoordinateOrigin)工件坐标系原点。
#[/l;C$y&f.u&q2K#w
8K.u/m;D,^)z r7)机床零点(Machinezero)由机床制造商规定的机床原点。
8j:
^9[-L2p#]-l$F
%f;n)B3i8K,I)s#I%E0g5k8)参考位置(ReferencePosition)机床启动用的沿着坐标轴上的一个固定点,它可以用机床坐标原点为参考基准。
;j.D'?
/T2];o2B(F1~*Z)N+U"B
9)绝对尺寸(AbsoluteDimension)/绝对坐标值(AbsoluteCoordinates)距一坐标系原点的直线距离或角度。
'p*i!
f$K/j#i&T+]
-i'n9e3[#T&e!
z'J!
k10)增量尺寸(IncrementalDimension)/增量坐标值(IncrementalCoordinates)在一序列点的增量中,各点距前一点的距离或角度值。
+Y4p8o,r&~(q3w6Y)M
#f s"_%r3m!
{.\
11)最小输人增量(LeastInputIncrement)在加工程序中可以输人的最小增量单位。
2Y1R;T,_0O8Q6p.}3h
+c9z7r$I-d&m:
Y5b12)命令增量(LeastcommandIncrement)从数值控制装置发出的命令坐标轴移动的最小增量单位。
.r3l2^ ['^5q%z,h.`&r,X1i
13)插补(InterPolation)在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间根据某一数学函数(例如:
直线,圆弧或高阶函数)确定其多个中间点的位置坐标值的运算过程。
P0k;b6a'x-A
6q-K&C'_"c7~$e14)直线插补(LlneInterpolation)这是一种插补方式,在此方式中,两点间的插补沿着直线的点群来逼近,沿此直线控制刀具的运动。
8i4D:
f+~)j2I!
n/u
7z,M4_4x,|2X"O,k(e;S.l15)圆弧插补(Circula:
Interpolation)这是一种插补方式,在此方式中,根据两端点间的插补数字信息,计算出逼近实际圆弧的点群,控制刀具沿这些点运动,加工出圆弧曲线。
0n%Z(i+S+Y"k$k+]%S"H
A!
u9p6T3h*e16)顺时针圆弧(ClockwiseArc)刀具参考点围绕轨迹中心,按负角度方向旋转所形成的轨迹.方向旋转所形成的轨迹.&_0i;X%c-j:
c'F0H
)q4F$f+i5e2p1s%F7u
17)逆时针圆弧(CounterclockwiseArc)刀具参考点围绕轨迹中心,按正角度方向旋转所形成的轨迹。
0t*I;H/s"Q*P9M%i
#j%v6Y%B3b d,[(}
18)手工零件编程(ManualPartPrograrnmiog)手工进行零件加工程序的编制。
-[9}/b$B g9q3p0A6X3v"H(q!
e
19)计算机零件编程(CornputerPartprograrnrnlng)用计算机和适当的通用处理程序以及后置处理程序准备零件程序得到加工程序。
+f-F;|!
k#u.x!
x5z:
['I0o&p:
p3L&w2b,T'n
20)绝对编程(AbsolutePrograrnming)用表示绝对尺寸的控制字进行编程。
"`5x$v0x&U$y!
v+j#g e9R3O
9J'C/{9N2w"W21)增量编程(Incrementprogramming)用表示增量尺寸的控制字进行编程。
22、
+e.u.`-Z$\5`&j'K/F B*\'R
22)宇符(Character)用于表示一组织或控制数据的一组元素符号。
)g5{.T"l3E
(w7U$@(L6`7v
23)控制字符(ControlCharacter)出现于特定的信息文本中,表示某一控制功能的字符。
%y!
D1N&u4r-[
!
`8F"t9I*d(J&g$M'E"w24)地址(Address)一个控制字开始的字符或一组字符,用以辨认其后的数据。
:
G"y,@%S0D1H5f4y/_9C25)程序段格式(BlockFormat)字、字符和数据在一个程序段中的安排。
)O4p(y%@3T1{5u.o-j#o9l2j6s"E
26)指令码(InstructionCode)/机器码(MachineCode)计算机指令代码,机器语言,用来表示指令集中的指令的代码。
5@4P(c#o3t,f-P:
L
(r&B!
w)p!
l4r
27)程序号(ProgramNumber)以号码识别加工程序时,在每一程序的前端指定的编号"P#O9W7E1V3X1H7S;v
3d;Q8R5r6C+R28)程序名(PrograoName)以名称识别加工程序时,为每一程序指定的名称。
"t3Q(|#N;Z%~(i#X&J3q%K
(p2\%Y8k'h3O2z29)指令方式(CommandMode)指令的工作方式。
"\1u:
l$l/x9Z(s&`
[6l:
r"m8D k#L#b:
w9t30)程序段(Block)程序中为了实现某种操作的一组指令的集合.
7p T4Y2J4{1i/y6A0y/U4o
6D3`*h8]/\31)零件程序(PartProgram)在自动加工中,为了使自动操作有效按某种语言或某种格式书写的顺序指令集。
零件程序是写在输人介质上的加工程序,也可以是为计算机准备的输人,经处理后得到加工程序。
9_8Q$e;~"S7B:
A6g
.H:
X1_8b/H32)加工程序(MachineProgram)在自动加工控制系统中,按自动控制语言和格式书写的顺序指令集。
这些指令记录在适当的输人介质上,完全能实现直接的操作。
(M!
F-B*E)W"~,f8J7~)b0W&q8k0G7K
33)程序结束(EndofProgram)指出工件加工结束的辅助功能
4u(t$s8R0R2N
#W4^9H3e-U-q34)数据结束(EndofData)程序段的所有命令执行完后,使主轴功能和其他功能(例如冷却功能)均被删除的辅助功能。
2l-{;M/h7H+J(V
-m6w,M `2k8_.~
35)程序暂停(ProgromStop)程序段的所有命令执行完后,删除主轴功能和其他功能,并终止其后的数据处理的辅助功能.
)l$B$l"j$|/@-@$B4h(|.X G$G,e!
e)L1G.z
36)准备功能(PreparatoryFunctton)使机床或控制系统建立加工功能方式的命令. J5g0{3E0C.z6P/t&U
2^7k;\$e6v37)辅助功能(MiscellaneouSFunction)控制机床或系统的开关功能的一种命令。
6K#^)d1v1W1A3P+p
2_9h;b6_9Y.?
$]38)刀具功能(ToolFunetion)依据相应的格式规范,识别或调人刀具。
6w%_4L,v9q!
\'P&g
6U%@*X'v6W+a*w39)进给功能(FeedFunction)定义进给速度技术规范的命令。
(e7|:
J6Z6}$V(i2W#C1o
3X9}(@"U'S2A3Q1q+Q2c40)主轴速度功能(SpindleSpeedFunction)定义主轴速度技术规范的命令。
/i%|/B8b7g'`4N-~3}9t
:
N!
U8z:
] j6Z"~!
j$x41)进给保持(FeedHold)在加工程序执行期问,暂时中断进给的功能。
*O:
u+?
;{1T0S(t
3d!
j1v#~5~
42)刀具轨迹(ToolPath)切削刀具上规定点所走过的轨迹。
/m.@/^-P d$V#H3a1}#C
1b w)|3K3h |6Z8K&R
43)零点偏置(ZeroOffset)数控系统的一种特征.它容许数控测量系统的原点在指定范围内相对于机床零点移动,但其永久零点则存在数控系统中。
8w1p9X)M5{0h%\
;c.K E%n;b R2O8l44)刀具偏置(ToolOffset)在一个加工程序的全部或指定部分,施加于机床坐标轴上的相对位移.该轴的位移方向由偏置值的正负来确定./K!
[3b:
[1Q'w4^"m
.~'T,{ _5f4|%a8P0`
45)刀具长度偏置(ToolLengthOffset)在刀具长度方向卜的偏晋!
[ F*A/i)j$Y$Q+P
*`:
m"S3a6P6e46)刀具半径偏置(ToolRadlusOffseO)刀具在两个坐标方向的刀具偏置。
&{)~(D9N(m:
L0d)]%U
)I$P:
l1B:
U$E3R
47)刀具半径补偿(CutterCompensation)垂直于刀具轨迹的位移,用来修正实际的刀具半径与编程的刀具半径的差异6f8v*z2w8d%Z(s7f
%l#w*X&t"}'m${!
k"m(J
48)刀具轨迹进给速度(ToolPathFeedrate)刀具上的基准点沿着刀具轨迹相对于工件移动时的速度,其单位通常用每分钟或每转的移动量来表示。
.R0n2q/O!
V%A/B0U;e,q
[(l#a&W(w*f)j5c9@)w/B%r49)固定循环(FixedCycle,CannedCycle)预先设定的一些操作命令,根据这些操作命令使机床坐标袖运动,主袖工作,从而完成固定的加工动作。
例如,钻孔、铿削、攻丝以及这些加工的复合动作。
8S1?
2^"B$S2s;T3x4C/b:
}%d6k,d7D+`+e
50)子程序(Subprogram)加工程序的一部分,子程序可由适当的加工控制命令调用而生效-j,`4y$~%y7J
:
E'x#e#H%] K!
[7?
51)工序单(Planningsheet)在编制零件的加工工序前为其准备的零件加工过程表。
(V7|(B!
}6q4s0w;h1W1|+m
52)执行程序(ExecutlveProgram)在CNC系统中,建立运行能力的指令集合,{8X.[+W"a7Z7l%z
+|8I)e3v4h4L3}:
n6
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