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1、第 1 頁，共 11 頁数控机床概述第一節 数控机床数控机床, 是用数控装置 (或电子计算机)进行过程控制的高效自动化机床.数控机床加工时, 机床的数控装置根据控制介质的指令(用数字形式表达), 自动控制机床各工作部件(主轴、刀架、工作台及其它部件等)的运动 (包括运动要素)和操作顺序, 使刀具与工件之间产生符合预定要求的相对运动, 并适时地提供加工所需的各种辅助运动和操作, 逢动地加工出合格零件. 这些运动包括表面成型运动及辅助运动；辅助操作包括松、夹工件, 开停车, 变速, 换刀, 冷却液供、停等；运动要素包括轨迹、方向、速度及起点( 或终点 )位置和行程长度等. 由此可见, 数控机床是以
2、数字指令信息的形式, 自动对机床进行程序、辅助功能及坐标等进行控制的.一. 数控机床的组成及工作原理(一) 数控机床的组成如图所示, 数控机床由数控部分及机床等两大部分组成；死循环数迭机床还有测量装置. 数控机床的数控部分所括控制介质、数控装置和伺服系统.数控部分控制介质 数控装置 伺服系统 机床测量装置数控机床组成框图(二) CNC 编程基础数控机床基本组成部分及功能:1. 控制介质:它是人机间建立联系的一种媒介物, 可以是穿孔带, 磁带及其它形式, 其选用取决于所用数控装置的类型及其输入部分的结构.控制介质用来存放以数字和文字符号的形式按规定的编码制成的控制指令, 控制指令由技术人员根据图
3、纸尺寸, 形状及工艺要求进行编制, 程序包括: 加工的顺序; 每一个工步内机床, 刀具需移动距离, 主轴转速, 方向, 进给速度, 切削用量等. 从加工图纸到控制指令的整套工作 , 在数迭机床中称为程序编制简称“编程”.2. 数控装制:是数控机床的运算和控制系统, 它的作用是接收(读带机送来的) 数据和指令进行大量的运算并结果送到相应的伺服驱动机构, 用以操纵机床的运动.采用微处理器或计算机控制的系统称作计算机数控系统, 一般称为 CNC. 它是用一台计算机按事先存贮在内存中的控制程序来执行功能的.3. 伺服驱动结构:对伺服机构的要求是运行可靠, 动作灵敏, 惯性小, 有足够的拖动功率, 数控
4、机床的速度精度, 稳定性和可靠性在很大程度上取决于伺服机构的好坏.数控机床的伺服机构通常采用的是步进电机和电液步进马达. 在死循环系统中可采用直流电动机或液动机.(三) 数控机床的工作过程及原理1. 程序设计程序是指规定机床各工作部件按预定要求动作的操作指令和数据. 数控机床的程序, 除包括动第 2 頁，共 11 頁作及其顺序外, 还包括各动作的运动要素及其它工艺要求等. 从分析零件图, 制定数控机床程序, 到做出控制介质(如穿孔带 )的全过程 , 统称为编制或程序设计.在普通机床上, 操作者按零件工艺规程规定的操作程序和切削用量等进行零件的加工;在数控机床上, 机床能按事先输入的程序所规定的
5、加工指令和数据, 控制机床自动进行零件加工. 因此数控机床加工零件前要编制程序, 加工时要先输入程序.编制程序时, 应根据零件图的要求(形状尺寸, 材料及技术条件等 )进行分析, 然后着手进行编程. 其内容及步骤如下:(1) 进行工艺分析, 制定数控加工工艺, 包括确定毛坯, 工件的定位与夹紧, 使用的刀具, 对刀位置, 走刀步骤( 刀具相对工件的移动路线及路段) 和切削用量等.(2) 进行计算, 包括根据图纸定出零件的坐标, 以数字、符号的形式描述零件的轮廓, 计算出刀具相对工件的运动轨迹, 把刀具, 工件的移动距离按脉冲当量换算成脉冲数等.(3) 编写程序单, 将上述内容(数值计算的脉冲数
6、及加工要求), 如坐标轴, 方向, 坐标值 进给速度, 主轴转速及换刀, 停车 等的机床专用指令(指描述零件和与加工有关的指令) 用规定的代码和格式( 取决于机床数控装置) 编写成程序单 .(4) 制作控制介质, 控制介质是记录加工程序(单)上信息( 代码)的载体, 常用的介质有: 穿孔带、穿孔卡、磁带、磁卡、开关板、拨码盘和键盘等, 以穿孔带别是穿孔纸带应用最广.2. 输入控制介质将控制介质通过机床的输入装置(如穿孔纸带通过纸带阅读机), 变成电脉冲信号, 将程序逐段(或全部)读入 . 并寄存在数控装置内.3. 运算、控制及加工数控装置按所寄存代码提供的数字指令, 一边进行控制、运算,一边(
7、 同时)将运算结果向机床各坐标的伺服机构(如步进电机等 )发出进给 (控制)脉冲( 即指令信号脉冲)和控制辅助运动及动作的有关指令, 驱动机床各部件运动, 并适时地提供预寂的辅助运动和动作. 当有进给脉冲或指令时, 相应坐标的进给驱动系统或辅助装置便产生进给和动作(如二个或多个坐标轴的伺服机构同时有进给脉冲, 则机床的执行件将在对应的二个或多个坐标方向同时进给), 最后加工出合格的零件.二. 公司机床英文按键解译System start 自动起动(周期开始 ): 准备工作完毕, 在自动情况下, 按下去 , 自动开始生产.Feed hold 一时停止(进给停止 ): 按下后, 进给停止, 但轴转
8、水流.Emergency Stop 紧急停止: 发生紧急状态 , 按下, 计算机断电, 一切全停.Feed rate 进给速度: 进给速度由此控制Power 电源: 电源显示灯, 灯亮有电(绿)Machine ready 运动准备: 灯亮 , 正常(绿)Chuck close 夹头关闭: 灯亮是夹紧 , 灯灭没夹紧NC ALARM 警报：洒亮有故障Level down 水平线下： 灯亮, 油压气压过低Continuous 连续：按下, 连续循环 , 永不停止IERO return 原点归复(恢复零位 ): Mode 指向此, 开始机器回零.Coolant 冷却液：按下, 冷却液自动流Singl
9、e block 分步运动：按下, 再指 auto 按 system start 走一步Optional Stop(M01) 任选停止：程序中打入 M01, 且按下此键程序执行到 M01 即停Mode 模式选择：选择关, 开, 有 edit auto MDI JOGHandle 手动(机械摇轮手动): Mode 指向 handle X 或 Z 摇轮则发挥作用Edit 修改编辑：修改程序网, Mode 指向 edit.OUTO 自动MDI 手动编程(临时编程 )JOG 手动(按键开关式)Position 位置(坐标 )Program 程序Offset 刀补量Message 含义, 解释第 3 頁，
10、共 11 頁Can 消除(非程序 )Input 输入(非程序 )Reset 回零(本意 , 重排)Spindle 轴, 纺锤Rapid 快速的Forward 向前, 前进Delet. Erase 抹去, 擦掉Insrt 插入Alter 改变, 变更Battery 一组, 一套Pressury 压力的Delete 擦掉, 抹掉relese 释放, 放松, 解放三. 数控机床结构的主要特点数控机床是精密和高精度的机床, 故其主轴部件, 支承件等均与同类精密和高精度的普通机床一样, 也是精度高, 刚度大和抗振性及热稳性好, 并有减少或补偿变形的环节. 除此之外, 数控机床在结构上还有以下特点:(1)
11、 数控机床有关部件间的联系多用“软”联接形式, 这种形式是通过计算机或数控装置等建立的, 由于用“软”联接代替了传统的机械传动链的“硬”联接关系, 故有响应速度高, 控制精确, 方便, 机构简单和运动惯量小等优点.(2) 由于采用新型结构的驱动机构, 如功率步进电机, 电液脉冲马达, 宽调速直流电机及可预紧的精密滚珠丝杠螺母副和刚度好的进给部件等, 故其进给速度范围比普通机床宽, 传动刚度也较大, 能进行强力切削, 精密定位及加工.(3) 传动链采取了消除间隙的措施, 有的还设有间隙补偿环节, 故传动精度高.(4) 支承件的导轨部件摩擦系数低, 耐磨性好, 有的还采用机械气压, 液压的卸荷装置
12、或静压结构等.此外, 数控机床还设有定位机构, 并采用夹紧力大又不影响定位精度的夹紧装置和刀具自动装卸, 夹紧机构及多主轴多刀架和多任务位工作台等结构, 以提高机床的精度和效率.第二節 程序编制数控机床加工零件时, 需要事先将零件的图样尺寸, 刀具移运轨这和工艺参数等内容用数控装置能够接受的数字及文字符代码来表示, 再根据代码的规定形成制成穿孔纸带. 这种从零件图样到制成穿孔纸带的过程称为程序编制. 编称“ 编程”, 目前可分为“自动编程 ”和“人工编程”两大类.CNC 系统的控制程序包括系统程序和零件程序两大类, 系统程序即所谓软件 , 是 CNC 系统的控制中心, 零件程序是按一定的格式并
13、以代码的形式编制的, 它是机床操作者与数控系统之间进行人机联系的纽带. 其偏制简称 “编程”, 目前可分为 “自动编程”和“人工编程”两大类.自动编程- 使用通用电子计算机和专用的程序设计语言, 自动进行运算和编制指令, 速度快, 但需要相应的设备, 适合于复杂程度高, 计算量大的数控编程.人工编程- 使用一般的计算工具, 以各种数学方法, 人工进行运算和编制指令, 速度慢, 但方法简单, 易掌握 , 适应性较大, 需特别细心, 认真, 否则易出错 , 适合于中等复杂程度以下, 计算量不大的数控编程.一. CNC 编程基础1. 人工编程的方法和步骤人工编程的一般方法包括: 分析工件图形及技术要
14、求, 确定加工路线进行坐标计算, 编制程序的指令输入指令以及计算的校验和指令检查等.一般说来可分为以下四个步骤来进行:A: 对零件图纸进行工艺分析, 在分析的基础上确定零件的装夹方式, 选定程序的起点和加工路线, 确定加工方法, 选择刀具及刀具尺寸和切削用量等;B: 根据所确定的加工路线和切削用量, 进行程序分段, 按数控机床的坐标系统, 计算每个程序段的起点第 4 頁，共 11 頁和终点坐标值, 编程时, 以所用的数控机床的实际坐标为准 , 坐标计算是人工编程最重要, 也是最繁琐复杂的工作, 可采用数学法, 也可采用图解法.目前, 数控装置的坐标值有绝对值和增量值坐标之分, 前者只选用一个固
15、定的坐标系, 而在增量方式中, 每段直线和圆绝有自己的坐标, 通常直线的起点, 圆弧以圆心为各自的坐标原点.C: 根据各个程序段的相应坐标值, 以及机床加工的专用指令, 如进给速度, 主轴转速, 停车, 换刀, 加工线型等, 准备功能和辅助功能, 以规定的文字符号和数字的形式编写程序.D: 按规定的编码形式由计算机键盘输入内存, 编程应注意的问题：程序编制后, 必须进行反复检查和校验, 方法可采用打单步和演习键试运行或圆形仿真法, 发现编程有误, 应修改后再校验, 直至正确无误.2. 程序格式:1. 程序序号(N);准备功能地址 (G);准备功能代号;X 轴地址(X);X 坐标;Y 轴地址(Y
16、)Y 轴坐标值;Z 轴地址(Z);Z 轴坐标值; 进给地址(P); 进给速度 (F);主轴转速地址(S);主轴转速;刀具位置地址(T); 刀具位置代号;辅助功能地址(M); 辅助操作代号 ;二. 数控车床的程序编制1. 数控系的建立:在编写零件加工程序时, 首先需要确定工件的坐标系, 换句话说就是确定刀具刀尖相对于工件的起始位置, 坐标系和刀尖起始点确定之后, 才能进一步计算程序段中 X(u). Z(w)的数值, 以便编程和加工.设定坐标系在车床上用 G50 准备功能指令, 放在 G30 之后.如: G30 U0 W0 T0;G50 X Z;通过这两个程序, 即将工件坐标系设定, 原点为 O 点, 编程时各尺寸的坐标值, 都是相对于 O 点而言的.应当注意若 G30 位置改变, G50(O 点) 不变, 那幺 、 值要变 , 反之 、 不变, 都是相对于 O 点而言的.由上述可
