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数控复习提纲
1.数字控制(NumericalControl)
以数字代码的形式实现控制的一门技术,简称数控(NC)。
2.计算机数字控制(ComputerNumericalControl)
简称CNC,现代数控技术主要采用计算机或微型计算机进行控制。
数控技术广泛应用于生产装备、生产自动线、汽车、飞机、军事、民用电气等方面。
4.数控机床(NumericalControlMachinetools)
采用数字控制技术的机床简称,也称NC机床。
数控机床综合应用了计算机技术、自动控制技术、传感测量技术、光机电技术、精密机械的设计制造技术等各方面现代科技各方面的最新成果,是现代制造业的主要加工装备,也是数控技术的重要应用方面。
数控机床是制造机器的机器,是先进的“母机”。
5.柔性制造系统(flexiblemanufacturingsystem;FMS)
6.柔性制造单元(flexiblemanufacturingcell;FMC)
7.计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem;CIMS)
8.计算机直接控制
9.数控系统的组成:
输入/输出装置、数控单元、伺服单元、辅助控制装置、其它开关和传感器件。
10.数控机床的组成:
控制介质、数控单元、伺服系统、辅助控制装置、机床本体。
11.数控机床与普通机床在机械本体的主要差别:
⏹性能方面——高刚度、高精度、小热变形;
⏹结构方面——机械传动大为简化;
⏹布局方面——更加适应数控机床的高效、自动化、工序集中、操作方式的改变。
12.程序编制阶段:
从工艺设计到制作介质、运行调试的过程称为加工程序编制阶段。
13.数控机床的主要分类方法
(1)按加工方法和工艺用途分类:
金属切削类【①单工艺用途(按加工方法或使用的刀具)
数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控铣镗床、数控齿轮加工机床等;
2多工艺用途(加工中心MachineCenter—MC)
立式加工中心、卧式加工中心、车削中心、磨削中心;】、
特种加工类、压力加工类、复合加工类
(2)按控制运动轨迹的方式分类
①点位控制的数控机床(又称点到点控制)
控制执行件以快速移动的速度,从一个位置准确地移动到另一位置。
主要有:
数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。
②直线点位控制数控机床
除点位控制功能,还能控制执行件按指令的进给速度沿平行于坐标轴或45°的直线轨迹运动。
应用于:
简易数控车床、数控内、外圆磨床、数控镗床等。
③连续控制的数控机床(又称为轮廓控制)
能够进行两个或两个以上坐标联动控制,执行件按照指令的速度沿直线、圆弧、复杂的曲线或曲面轨迹运动。
应用于:
各种数控车床、数控铣床、加工中心、电火花线切割机床等。
⑶按伺服单元的控制方式分类
①开环伺服控制:
以步进电动机、液压伺服马达为驱动元件,执行件没有位置反馈与校正,控制信号的流程是单向的。
系统简单、调整和维修容易,用在精度和速度要求不高的中小型数控机床,如经济型数控机床、快走丝线切割机床等。
②闭环伺服控制:
驱动元件为交流或直流伺服电动机。
在执行件上安装了位置检测元件,通过反馈电路与比较环节的输入指令信号比较。
主要应用于大型或精密的数控机床上
③半闭环伺服控制:
驱动元件为交流或直流伺服电动机。
位置检测元件安装在伺服电动机或丝杠上,检测的信号为角位移量。
结构紧凑,又具有一定控制精度,广泛地应用于各类数控机床。
14.数控机床的应用特点与适用范围
(1)数控机床的应用特点
①加工精度高②生产率高③机床的柔性强④良好的经济效益
⑤自动化程度高、劳动强度低⑥有利于现代化管理
(2)数控机床的适用范围
1.适用于多品种变批量生产;
2.形状复杂、精度高的工件,大型、造价昂贵的关键工件的单件生产;
3.质量稳定的成批量生产;4.缩短生产周期的生产方式。
15.数控机床机械结构的主要特点:
1.结构简单、布局紧凑
2.广泛采用高效、无间隙传动装置
3.自动化程度高,各种设施完善
4.适用工艺复合化和柔性化要求
5.多采用高效、高速、集成化的功能化部件
6.广泛应用精密机械的设计制造技术
16.数控机床对机械结构的基本要求
1.具有较高的静、动刚度和良好的抗振性
2.具有良好的热稳定性
3.具有较高的运动精度与良好的低速稳定性
4.具有良好的操作、安全防护性能
17.提高数控机床性能的措施
1.采用新型的数控机床总体布局
2.提高结构件的刚度
3.提高机床的抗振性
4.改善机床的热变形
5.保证运动的精度和稳定性
18.数控车床支承件的布局形式:
1)平床身:
热变形对加工精度影响小,但床身刚度最差,排屑不好,操作不方便。
2)斜床身:
采用三角形封闭式截面,倾斜角度有45˚、60˚、75˚,排屑、刚性好,操作方便。
3)立式床身:
用于部分大型机床,减小机床的横向尺寸。
19.三种刀架配置方案:
1)立式转塔刀架:
要用于加工复杂的盘类或短套类零件,或用于传统机床本体布置。
2) 卧式回轮刀架:
要适用于加工轴类或轴套类零件。
3) 排式刀架:
主要用于加工不复杂的小型短轴或短套类零件。
20.数控卧式车床的组成:
机床本体、数控系统、辅助设施、防护罩
卧式加工中心的组成:
机床本体、数控系统、辅助设施、防护罩(箱体类、叉架类)
立式加工中心的组成:
机床本体、数控系统、辅助设施、防护罩(高度小,工序多)
机床本体:
床身,主轴箱,大滑板(床鞍)及中滑板,自动转位刀架,尾座等
数控系统:
数控单元,伺服单元,辅助控制装置,电源等。
辅助设施:
液压气动装置,液压(或气动)卡盘、冷却系统,润滑系统,排屑装置等
21.
(1)主要传动与变速方式:
1)定比带传动+电动机无级调速主要用于中小型数控机床,结构简单,主轴的变速范围有限,与电动机的变速范围相等。
2)有级变速+电动机无级调速主要用于大型或高性能的数控机床,通过有级的机械变速,扩大电动机的变速范围,在低速时有足够的输出力矩。
3)电主轴:
调速电动机与主轴成一体,主要应用于高速加工机床,无机械传动,结构简单,转速高,调速范围受电机的调速范围限制,形成功能化部件
(2)主传动的机械特性指主轴转速与输出功率、扭矩间的关系。
机械特性曲线的应用:
1)在机械特性曲线范围内工作
2)发挥机床的最大效能
22.数控机床的主轴部件的轴承配置的典型结构:
(1)双列圆柱滚子轴承+60˚接触角球轴承。
承受轴向载荷的轴承在前端,称为轴向定位在前端。
适应中速、较大载荷;
(2)双列圆柱滚子轴承+角接触球轴承
前端是角接触球轴承,轴向定位在前端;
前端采用双列滚子轴承,轴向定位在后端。
这两种配置适应于较高转速。
(3)并列角接触球轴承
前后均用角接触球轴承,为了提高刚度和承载能力,前支承采取多个轴承并列的方式,多为“背靠背”布置。
适应于高速。
23.三种轴向定位的方式的特点:
(1)前端定位:
主轴热变形向后伸长,对加工精度影响小,但前端支承结构会趋向复杂,温升高。
数控机床多用此结构。
(2)后端定位:
主轴热变形向前伸长,对加工精度影响大。
有两顶尖加工细长轴时,容易引起工件的弯曲变形。
(3)两端定位:
多采用圆锥滚子轴承,热变形时轴承间隙增大。
24.不同轴承配置轴承间隙的调整:
(1)对于角接触球轴承、圆锥滚子轴承,主要改变内外圈的相对轴向位置;双列圆柱滚子轴承,使内圈相对轴向前移产生径向涨大。
(2)调整内圈轴向位置,常用螺母,但螺纹的位置精度影响调整精度。
热调整套可保证位置精度。
25.
(1)数控车床主轴前端结构
1)内孔:
莫氏锥度(约3˚)。
特点:
自锁锥。
2)外部:
短锥法兰结构(悬伸长度短、定位安装迅速可靠,但工艺性差)
C型结构:
后面螺母锁紧;D型结构:
悬伸长度更短,偏心锁紧。
(2)刀柄在加工中心的主轴的定位和夹紧:
端面键:
传递转矩内孔:
7:
24锥度。
非自锁锥,要用拉杆锁紧。
锁紧与松刀结构:
主轴后部的拉杆及蝶形弹簧;前部的钢球与限制内孔。
(3)电主轴:
1)在高速加工机床上,大多数使用电主轴,主要用于磨床和数控机床
2)特点:
①机械结构简单,传动惯量小,因而快速响应性好,能实现极高的速度,加速度和定角速度的快速准停(C轴控制)
②通过采用交流变频调速或磁场矢量控制的交流主轴驱动装置,输出功率大,调速范围宽,并有比较理性的转矩——功率特性
③可以实现主轴部件的单元化。
3)电主轴的安装的形式;
①置于主轴前、后支承之间。
特点:
主轴单元的轴向尺寸较短,主轴刚度高,出力大,较适用于中、大型高速加工中心。
②置于主轴后支承之后(主轴箱和主电动机做轴向的同轴布置)特点:
有利于减小电主轴的径向尺寸,电动机的散热条件也较好。
但整个主轴单元的轴向尺寸较大,常用于小型高速数控机床,特别是模具型腔的高速精密加工。
4)电主轴发热及解决方法:
内藏式高速主电动机的发热和主轴轴承的发热是电主轴的主要热源。
一般采用外循环油——水冷却系统或油——气润滑系统。
26.对数控机床进给传动部件的基本要求:
⑴传动精度高
1定位精度:
指机床各坐标轴在数控系统的控制下运动所能达到的位置精度。
定位精度反映了加工零件的尺寸及几何形状的准确程度。
②重复定位精度:
指各坐标轴在系统的控制下,多次到达同一位置的离散程度。
重复定位精度高,加工零件的尺寸一致性好。
⑵高的传动刚度传动刚度低,影响了系统的定位精度、运动的稳定性和响应的灵敏度。
⑶能减小或消除传动间隙减小或消除传动间隙,保证传动精度、并达到长期的精度保持性。
在减小或消除传动间隙同时,增加摩擦阻力要小。
⑷摩擦阻力小要求传动件的摩擦因数要小,其动、静摩擦因数要相近。
在减小摩擦因数,又要注意提高系统的稳定性。
⑸减小传动部件的惯量提高进给的快速响应性能。
⑹使用维护方便
27.数控机床的进给传动的基本形式:
电机-丝杠电机-齿轮(带)-丝杠
电机-齿轮齿条直线电机直接驱动【滚珠丝杠螺母副(主要应用形式);静压丝杠螺母副(大型或重型机床);静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副(长行程的大型或重型机床);直线电机直接驱动);
28.滚珠丝杠螺母副:
(1)滚道截面形状:
①单圆弧:
形状简单,接触角受轴向载荷影响大
②双圆弧:
传动刚度好,空隙可储油和容纳赃物
(2)分滚珠循环形式:
为内循环(径向尺寸小,反向器复杂)、
外循环(结构简单,径向尺寸大)
(3)特点:
①摩擦损失小,传动效率高②可消除间隙,提高传动刚度③动静摩擦力变化小,不易产生低速爬行现象④寿命长,精度保持性好,成本高⑤不能自锁
(4)滚珠丝杠螺母副间隙的调整
调隙螺母由两个组成,通过其相对轴向移位,消除传动间隙。
①垫片式:
结构简单,刚性好,必须卸下修磨调整。
2螺纹式:
调整方便,对调整工人的要求高。
③齿差式:
L——滚珠丝杠的导程。
L=kP
(5)丝杠支承的主要技术要求:
高的支承刚度(主要是轴向);
小的轴向窜动(轴向回转精度);适应较高的转速;可调间隙和预紧。
(6)支承形式
(1)一端固定、一端自由(G—Z):
结构简单,适用于短丝杠;
(2)一端固定,一端游动(G—Y):
另一端只做径向支承,减少弯曲变形,适用于较长丝杠;
(3)两端支承(J—J):
两端装推力轴承,但热变形时轴向间隙增大;
(4)两端固定(G—G):
适用于预应力丝杠,主要用在精密和高刚度传动上。
29.
(1)对导轨的基本要求:
导向精度高、精度保持性好、足够的刚度、良好的摩擦特性
(2)导轨的类型:
塑料导轨、滚动导轨、静压导轨
(3)三种导轨各自的应用特点:
①塑料导轨:
摩擦因数小(0.05-0.08),且动静摩擦因数相近;
具有良好的减磨、抗磨、吸振效果;
保护配合的硬导轨面,具有自润滑作用;易加工;
对切屑等硬物敏感。
2滚动导轨:
摩擦因数很小,动静摩擦因数相近;使用寿命长,响应快;
安装方便、维护方便;抗振性、承载能力不如滑动导轨;
成本高。
多应用于运动速度在30m/min以上,或高性能的数控机床。
30.数控加工编程的方法:
手工编程、自动编程
31.数控机床的坐标系:
(1)坐标和运动方向命名的原则
①标准坐标系的规定:
笛卡儿直角坐标系——右手定则移动:
X、Y、Z转动:
A、B、C
②相对运动规定:
假定工件不动,刀具相对静止的工件运动。
正方向规定:
使工件尺寸增大的方向为“+”
1)Z轴:
单主轴:
沿主轴轴线
多主轴:
垂直于工件装夹面的主轴轴线
无主轴:
垂直于工件装夹面的方向
2)X轴:
原则:
水平或平行于工件装夹面
(1)工件旋转的机床:
垂直于工件的轴线,远离中心为“+”。
(2)刀具旋转的机床:
Z轴垂直:
由主轴向立柱看,立柱右侧
Z轴水平:
沿Z轴向工件看,工件右侧
3)Y轴——由笛卡儿坐标的右手定则唯一确定
4)附加坐标:
U、V、W(第二坐标系);P、Q、R(第三坐标系);I、J、K(圆心坐标或其它坐标表示)。
上述坐标均平行于X、Y、Z。
32.
(1)机床坐标原点:
又称机械原点,是数控机床各执行件运动的基准参考点。
是机床装配、调试后确定的,使用者不能改变。
(2)参考点:
“回零”操作专门设置的基准点。
用于建立机床坐标系。
通过“回零”,执行件回到参考点,建立起机床坐标系。
(3)典型数控机床的坐标原点和参考点:
1)数控车床的机床原点:
卡盘端面与主轴中心线的交点上;
参考点:
刀架X、Z轴正方向极限点。
2)立式加工中心、铣床的机床原点:
在X、Y、Z轴正方向的极限位置。
参考点:
一般在X、Y、Z轴正方向的极限位置。
对于左侧置式刀库的立式加工中心,X轴为极限负方向。
3)卧式加工中心的机床原点:
也是在X、Y、Z轴正方向的极限位置。
执行件移动时,相对于机床坐标系均为负值。
参考点:
也在X、Y、Z轴正方向的极限位置
33
(1)数控机床的加工程序,以程序字作为最基本单位,程序字的集合构成了程序段,程序段的集合构成了完整的加工程序。
(2)可变程序段字地址格式
N070G01X120Y-70S790F80T01M03LF(程序段结束符)
(3)主程序与子程序结构
O0001(主程序)O1000(子程序)
N10……N1010……
N20……N1020……
N30M98P21000N1030……
N40……N1040……
N50M98P1000N1050……
N60……N1060M99
……
(4)M98是调用子程序指令,格式:
M98P×××××××;M99——子程序结束指令
(5)M99的其它特殊用途:
1)从子程序返回到主程序的其它程序段
主程序子程序
O0002O1011
N10……N2010……
…………
N40M98P1011N2070M99P0070……
……
N70
2)主程序中应用M99
①在某一程序段中执行M99,将从该程序段返回到主程序的开头;
②采用M99Pn格式,将返回到第n程序段。
例:
O0003
N10……
N20……
N30……
……
/N90M99P0030
N100……
……
“/”是跳步符号,与操作面板上的开关相配合使用
当跳步开关OFF时,执行到程序段N90,转返N30;
若跳步开关为ON,则跳过程序段N90,从N100继续执行。
34.
(1)准备功能(G)代码
指令机床各种加工运动或插补方式
1)范围:
G00—G99,共100个。
2)特性:
定义性:
部分指令有明确的含义,部分为不定义(考虑扩展或机床厂自定义)。
续效性:
又称模态指令。
指令一旦被使用,将保持到同组模态指令出现取代为止。
排拆性:
同组的模态指令不能出现在同一程序段中,不同组的模态G代码可以出现在同一程序段中。
(2)辅助功能(M)代码
指令机床辅助操作动作,对应接通或断开的开关量控制。
1)范围:
M00~M99
2)特性:
也具有定义性、续效性、排拆性、顺序性
第2列有“#”标记的指令,在一个程序段中最先被执行;在第3列中有“#”标记的指令,在一个程序段中最后被执行;
3)M00——程序停止。
系统处于暂停状态,按“运行”继续;
M01——计划停止。
“任选按钮”接通时与M00等效;
M02——程序结束。
运动停止,系统处于起始状态;
M03、M04、M05——主轴正、反转和停止;
M07、M08、M09——冷却液开、关;
M30——纸带结束。
与M02作用相当,并且系统复位。
(3)主轴转速指令 :
格式:
S××××,单位:
r/min。
进给量指令:
格式:
F××××,单位:
mm/min
35.
(1)坐标平面选择指令:
G17——XY平面(可省略)、G18——ZX平面、
G19——YZ平面。
加工圆弧、应用刀具半径补偿等要求指明坐标平面。
(2)①返回参考点检测(G27):
格式:
G27XYZ;
说明:
(1)X、Y、Z为参考点位置,以G00速度运动;
(2)在执行G27前必须取消刀补;
(3)正确返回参考点时,指示灯亮,否则报警。
用于检查机床移位和定位精度。
可用跳步指令:
/G27XYZ;
②自动返回参考点(G28):
格式:
G28XYZ;
说明:
(1)X、Y、Z为中间点坐标,经中间点返回参考点;
(2)在执行G28前必须取消刀补;
(3)应用G28前,应手动回零操作一次;
(4)在加工中心中使用G28,主轴自动停、冷却液关,主要用于自动换刀。
③从参考点返回(G29):
格式:
G29XYZ;
说明:
(1)X、Y、Z为移动终点坐标,指令从参考点—中间点—终点;
(2)与G28配套使用,先使用G28,建立了中间点后才能使用G29;
(3)增量尺寸编程时,X、Y、Z为中间点到终点的距离;
(4)变更坐标系后,其G28、G29的中间点位置也变了
④返回第二参考点(G30):
格式:
G30XYZ;
说明:
(1)功能同G28,X、Y、Z为中间点坐标,指令经中间点—第二参考点;
(2)第二参考点位置由参数设置;
(3)执行G30前,应先手动或使用G28返回参考点一次;
(4)执行G30前先取消刀补。
⑤绝对尺寸指令(G90):
G90G01X15Y12F__;
增量尺寸指令(G91):
G91G01X-20Y-18F__;
⑥预置寄存指令(G92):
格式:
G92XYZ;
又称为设定工件坐标系指令。
指明了对刀点相对工件坐标原点的距离。
注意:
执行该指令前,刀具必须精确调整到指定位置;
用绝对尺寸编程必须先设定工件坐标系;
一个程序中可多次设定G92;
执行该指令后,刀具不产生运动,只是确认了刀具出发点相对于坐标原点的位置。
36.
(1)快速点定位指令(G00);格式:
G00XYZ;
指令刀具快速移动到指定坐标位置。
(2)直线插补指令(G01):
格式:
G01X_Y_(Z_)F_;
说明:
X、Y、Z为终点坐标。
G01后面要指令进给量F;
增量尺寸编程
N10G91G00X40Y20;
N20G01X45Y30F100;
N30X-100Y20;
N40X55Y-50;
N50G00X-40Y-20M30;
(3)圆弧插补指令(G02、G03)格式:
G02(G03)XYIJF_;
说明:
(1) 方向判断:
G02——顺时针G03——逆时针
(2)X、Y——圆弧终点坐标(可以绝对或增量尺寸编程);
(3)I、J——圆心坐标(增量尺寸,以圆弧起点为原点)。
说明:
X、Y、Z为终点坐标。
G01后面要指令进给量F;
37.建立刀具半径补偿(G41、G42)格式
G17G00(G01)G41(G42)XYD;
说明:
(1)G41、G42为刀具偏置方向。
其中:
G41—左偏刀具半径补偿;G42—右偏刀具半径补偿。
(2)D××—刀具补偿号。
对应寄存器存刀具半径补偿值;
(3)刀具半径补偿的建立要在G00或G01的指令下,至终点处建立半径矢量r;
(4)该矢量r与下一程序段的起点处切线方向垂直。
是否建立起矢量r,还要根据后2个程序段的位移状态判断。
因此,要求后续相邻2个程序段必须有所在补偿平面的位移操作;
例:
铣削加工。
设刀具在Z轴上方距工件表面100mm处,切削深度为10mm。
O0001
O0001
N010G92X0Y0Z100;
N020G90S680M03;
N030G17G00G41X50Y70D01;
N040Z2;
N050G01Z-10F120;
N060Y100;
N070G02X70Y120R20;
N080G01X102;
N090G00Z100M05;
N100G40X0Y0M02;
N30是指定在G17的平面建立刀具半径补偿,而N040、N050为非G17平面的位移操作,故建立不了矢量r。
只有在N60执行完后才建立矢量r,以至造成过切。
修改如下:
……
N030G17G00G41X50Y65D01;
N035Y70;
N040Z2;
……;
更好的程序是:
……;
N030G00Z-10;
N040G17G41X50Y70D01;
N050G01Y100F120;
N060G02X70Y120R20;
N070G01X102;
N080G00Z100M05;
N90G40X0Y0M02;
说明:
①建立半径补偿,须先指定补偿平面:
G17或G18、G19;
②现在所用的多为C类补偿功能,不仅能进行所指定的轮廓线段的补偿,也可以自动完成线段间的尖角自动过渡。
③偏置量的符号。
在G41中的D××设为-r,与G42作用相同。
(5)取消刀具半径补偿格式:
G00(G01)G40XY;G00(G01)XYD00;
取消刀具半径补偿,也要在G00或G01指令下,移动过程逐步取消。
(6)改变偏置
1)改变偏置量
可在已偏置的状态下,修改偏置量r的大小。
其原则是:
每程序段终点的矢量r的大小,由该段中D××所设定的r的大小决定。
2)改变偏置方向
(7)补偿中的过切
原因:
刀具半径大于工件内轮廓的拐角半径;刀具直径大于所加工沟槽宽。
(8)刀具半径补偿的用途
1)按工件轮廓编程;2)补偿刀具直径磨损;3)调整刀具的加工精度;
4)设置加工余量。
通过改变补偿值,使粗、精加工可用相同的加工程序。
38.
(1)数控加工的工艺设计特点:
1)数控加工的工艺内容具体详细;
(2)数控加工的工艺规范要十分严格;
3)数控加工的工艺设计工作要一丝不苟;(4)数控加工加工的工艺设计要确保质量的稳定性
(2)处理自动加工带来的程序设计问题:
①车削过程的切屑缠绕问题;②铣削过程的切屑堆积问题;
③加工内孔时的排屑问题;④在数控机床上钻孔加工的对中问题。
(3)注意发挥数控机床加工的特点:
①普通机床上加工不宽的槽,主要采用成
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