数控技术第五章

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1、数控技术,2019年10月16日,2,第五章 典型数控机械,5-1 数控车床 按功能分类：经济型和全功能型 经济型：单片机或单板机控制、功率步进电机驱动、功能简单、价格低廉的数控车床。 全功能型：配有功能齐全的数控系统、价格相对较高的数控车床。 一、数控车床的机械结构及原理 一）主传动系统 结构特点 电机：一般采用直流或交流主轴电机驱动，可实现无级调速。 传动：采用直接传动、皮带传动或齿轮变速组传动。 变速：采用液压拨叉或电磁离合器自动变速。,2019年10月16日,3,5-1 数控车床,CA6140型车床数控改装（经济型手动变速）传动系统图,2019年10月16日,4,采用电磁离合器自动变速

2、的主传动系统原理图,5-1 数控车床,装 配 图,2019年10月16日,5,C轴坐标功能 C轴坐标概念： 即绕Z轴的旋转运动 C轴坐标功能： 该功能能够控制主轴绕C轴旋转的角度，实现主轴定向停车和圆周进给。从而实现C轴、Z轴联动插补或C轴、X轴联动插补，进行工件任意部位的钻、铣、攻丝及曲面加工。 C轴坐标功能示意图,5-1 数控车床,2019年10月16日,6,5-1 数控车床,C轴传动结构形式(MOC200MS3车削柔性加工单元),2019年10月16日,7,5-1 数控车床,C轴传动结构形式(CK6114车削中心),2019年10月16日,8,二）进给系统 结构特点 电机：步进电机、直流

3、伺服电机、交流伺服电机。 运动转换：滚珠丝杠螺母副。 快移速度：经济型数控车床一般纵向6m/min，横向3m/min ，全功能型数控车床一般可达1015m/min。 精度：经济型数控车床脉冲当量一般纵向0.01mm，横向0.005mm ，全功能型数控车床一般定位精度0.01mm。 进给传动装置. 传动：同步齿形带传动、锥形环连接套传动或降速齿轮传动。 同步齿形带传动 图6-8 锥形环连接套传动 图6-9 降速齿轮传动 图6-10 图6-11,5-1 数控车床,2019年10月16日,9,三）数控车床的刀架 要求：重复定位精度高、刚性好、可靠性好、寿命长。,5-1 数控车床,自动转位刀架 种类：

4、 按工位可分为：四方刀架、五方刀架、六方刀架 按工作原理分：螺旋转位刀架（应用广泛）、十字槽转位刀架、凸台棘爪转位刀架、电磁式转位刀架、液压式转位刀架。 螺旋转位刀架原理,2019年10月16日,10,螺旋转位刀架结构图,5-1 数控车床,2019年10月16日,11,5-1 数控车床,自动转位刀架编码：以实现加工所需刀具的选择。 四方刀架编码：需两位数 00、01、10、11 五方刀架编码：需三位数 001、010、011、100、101 （000一般不用） 六方刀架编码：需三位数 001、010、011、100、101、110,转塔刀架（回转刀架） 刀位数：最多可达20余种，常用8、10、

5、12、16四种。 外形：圆鼓形、星形和伞形，常用圆鼓形。 驱动：电机传动和液压传动。 动力刀架：用于车削中心，与C轴坐标功能配合，完成联动插补加工。,2019年10月16日,12,转塔刀架简图,5-1 数控车床,2019年10月16日,13,四）床身与导轨 床身 结构：平床身、斜床身、平床身与斜滑板、立床身。,5-1 数控车床,平床身：工艺性好、运动精度较高，但排屑困难，一 般用于经济形数控车床。,斜床身：排屑方便、占地面积小、外形美观、便于安装机械手、可实现单机自动化，一般用于中小型机床,导轨 支承导轨：一般采用镶钢导轨或铸铁淬火导轨。 动导轨：一般采用贴塑或注塑导轨。 直线滚动导轨副：应用

6、日益广泛。,2019年10月16日,14,二、经济型数控车床的CNC数控系统 国内开发并广泛应用的经济型数控系统如： WSQ-80系统：采用单板机控制 RC-51系统：采用8031单片机控制 JWK系统：采用双8031单片机控制 CKL-6132经济型数控车床CNC系统简介： （一）主要技术参数与功能 主轴转速级数 12级 主轴转速范围 32-1600rpm 进给量及螺距范围(纵向) 0.01-10.23mmr 进给量及螺距范围(横向) 0.005-5.11mmr,5-1 数控车床,2019年10月16日,15,可装刀具数目 4把 主电机(直流)功率 4kW速度 刀架纵向快速移动 3mmin

7、刀架横向快速移动速度 1.5mmin 纵向步进电机静态转矩 20Nm 横向步进电机静态转矩 10Nm 2.数控装置 控制微机 16位(8086)微机 控制轴数 x、z 两轴联动 插补方式 直线、圆弧插补 脉冲当量 z向0.01mm 脉冲当量 x向0.005mm 代码 ISO标准,5-1 数控车床,2019年10月16日,16,最大编程值 三字节 CRT显示 x和z向显示999.99mm 显示功能：现在位置、加工程序、主轴转速、加工程序号等 操作方式：全程序运行、单程序运行、手动操作、程序工作状态等。 3. 数控装置的功能 准备功能：G00 快速定位 C01 直线插补 C02(G03) 圆弧插补

8、 G04 延时指令 G25 锯齿加工 G70 圆柱切削循环 G71 锥度切削循环 G72 圆柱螺纹切削循环 G73 锥度螺纹切削循环 G92 坐标设定,5-1 数控车床,2019年10月16日,17,辅助功能：M00 程序停止 M01 计划暂停 M02 程序终了 M03 主轴正转 M04 主轴反转 M05 主轴停止 M08 冷却液开 M09 冷却液关 主轴转速选择功能S： S01S06(低速) 2400rmin S11S13 (中速) 500 800rmin S14S15 (高速) 1000 1600rmin 刀具选择功能： T 表示刀具号码 表示刀具补偿号,5-1 数控车床,2019年10月

9、16日,18,进给速度功能F： F1 F1023种选择 坐标与删节指令： x 表示横向绝对坐标 z 表示纵向绝对坐标 U 表示横向增量坐标 W 表示纵向增量坐标 I 圆心坐标和横向进给量 K 圆心坐标和纵向进给量 R 圆弧曲线的半径(矢量)值 / 删节指令 4.数控程序输入方式 (1)键盘输入方式 (2) 磁带输入方式 (3)固化在ROM存储器中,5-1 数控车床,2019年10月16日,19,（二）硬件结构 主从控制结构 图6-17 主机：一台16位的8086构成的工业控制机，担负数据处理、插补控制及一些功能管理等任务。 从机：Z-80CPU为核心构成的单板机，担负S、M、T等辅助任务(如调

10、速、换刀等开关量控制)，还担任手动 操作方面的控制任务。 系统内存为ROM64K、RAMl28K 接口电路由8255、8253、 8259等芯片组成。 8255送数据和扫描开关量，井控制伺服驱动系统。 8253主要采集主轴脉冲信号和G00速进给的定时控制 可编程中断控制器8259用于中断控制。,5-1 数控车床,2019年10月16日,20,（三）软件结构 CNC系统是一个实时控制系统，其控制软件由多个功能模块组成，一般都应具备如下一些软件模块： 数控语句读人程序； 工作状态选择程序； 补偿功能程序；如间隙补偿、刀尖半径补偿等； 速度控制程序；指进给速度的控制和主轴速度的控制； 插补程序；以实

11、现脉冲的各种分配运算； 辅助功能控制程序；用于刀具选择、主轴正反转控制等。 1软件的总体结构 图6-18 框图结构说明如下：,5-1 数控车床,2019年10月16日,21,(1)系统初始化 在上电以后系统程序首先使各有关寄存器、存储单元进入初始状态，清零、设置有关常数，对有关接口设置工作状态。 初始化工作结束后，系统立即对操作面板进行扫描，区别操作状态为手动还是自动，然后做出相应的响应。 (2)读NC程序 一次性将加工程序依次读入源程序区 加工时逐条将源程序从源程序区读入工作区 进行译码、刀具补偿运算等 (3)S、M、T处理 读人程序译码之后， S、M、T强电控制信号送人强电控制装置，使其处

12、于数控程序所规定的工作状态。,5-1 数控车床,2019年10月16日,22,(4)坐标值变换 该机床数控编程时允许绝对值与相对值混合使用，所以必须对每条数控程序的坐标值进行处理。 (5)程序检索 此项处理是为了在程序调试或机床调整中使用，目的是为了方便地寻到所要求的数控程序段，这对于分析故障亦有许多帮助。 (6)等待强电回答 当主机向机床强电装置发出S、M、T命令之后，它自己就去处理其他有关程序，在它执行完有关程序之后，强电动作还远未完成，这时主机就转入等待状态。 (7)G功能分析程序块 由于该系统是一个多功能系统，所以在执行每条数控程序时必须对G指令进行判别，确定是哪一个指令，这样在加工过

13、程中就可以调用相应的G功能子程序。,5-1 数控车床,2019年10月16日,23,(8)进给速度处理 加工中一般有两种速度： 空行程快速点定位速度(一般在2-4mmin) 由F指令确定的加工进给速度。 考虑到步进电机启动和制动时的惯性，必须有升降速处理程序。 (9)加工（插补）运算 本系统采用逐点比较法进行插补运算 (10)终点判别 在加工过程中，数控系统每向步进电机发出一个脉冲信号，都将相对坐标值减去1，并且立即判断其是否为零，即是否到达终点。 (11)其他程序 除上述一些程序外，还有系统转向相应的执行程序等。,5-1 数控车床,2019年10月16日,24,2特殊功能模块程序设计 (1)

14、螺纹切削处理软件 加工螺纹时主轴脉冲发生器每转发出二组脉冲： 一组为每转发1024个脉冲，通过螺纹切削处理软件产生F个溢出脉冲，控制Z方向进给F值（螺距值），达到主轴转一转刀架移动一个螺距。 一组是每转发一个同步脉冲，当微机接受到同步脉冲之后就进入加工控制，实现同一切削点切人加工，防止乱扣。 生成进给速度F的方法有数字积分法和CTC常数设置法,5-1 数控车床,2019年10月16日,25,数字积分法： 由螺距值F（脉冲数）寄存器和余数寄存器构成一个积分器： 采用CTC中断方式：脉冲发生器每发一个脉冲，就产生一次中断，积分器进行一次累加，当余数寄存器有溢出时，向Z向发一个进给脉冲。每转发1024个脉冲，进行1024次中断和累加，产生F个溢出脉冲，完成一次螺距进给。,5-1 数控车床,2019年10月16日,26, CTC常数设置法： 脉冲发生器所发脉冲数为F的整数倍，则以所发脉冲数除以F作为计数常数。 脉冲发生器所发脉冲数不为F的整数倍，则一个设置常数为商数加1，中断次数为余数次，另一个设置常数为商数，中断次数为（F-余数次）。 验证： 主轴脉冲数商 (F-余数次)+(商+1)余数 例：螺距为1，主轴脉冲数为1024，脉冲当量为0.01 则F100，商为10，余数24 带入上式验证:,5-1 数控车床,2019年10月16日,27