《UG NX 8.0数控加工基础教程 教学课件 ppt 作者 褚忠 第1章 数控技术基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《UG NX 8.0数控加工基础教程 教学课件 ppt 作者 褚忠 第1章 数控技术基础（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 数控技术基础,数控加工（Numerical Control Machining），是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。从1952年美国麻省理工学院研制出三坐标数控铣床以来，数控加工技术在全世界发展迅速。数控加工技术不仅涉及机械加工设备，还涉及自动化技术，加工过程自动控制以及计算机网络。数控加工技术现在已经广泛应用于航空航天技术、汽车制造、模具制造、轮船制造、电子制造等各个制造行业中。,1.1 概述,1.1.1 数控加工 （1）数控（NC）的含义 数控：是数字控制（Numerical control ）的简称，通常称为NC，是用数字信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种控制方
2、法。 数控系统中的译码、处理、计算公式和控制的步骤一般都是通过预先设计好的，是专门用于数控的专用微型计算机来实现的，所以NC也称为硬件控制，反之采用小型通用计算机或微型计算机来实现控制的称为软件控制，简称为CNC (Computer Numerical Control),数控加工的优点： 加工精度高，质量稳定可靠； 自动化生产，效率高，周期短； 可直接从CAD系统中提取数据，保证数据处理的一致性； 减轻劳动强度 改善劳动条件 有利于生产管理,（2）数控加工的含义 一种在数控机床上加工零件的工艺方法。 实质：用数控装置（系统）代替人操作机床进行零件加工的一种自动化加工方法。,（1）组成,输入装置
3、,数控系统,伺服系统,机床执行部件,指令,驱动,位置、速度反馈,温度反馈,1.1.2 数控机床,输入介质,控制介质,数控加工时，所需的各种控制信息要靠某种中间载体携带和传输，这种载体称为控制介质。在控制介质上保存着加工零件所必需的全部操作信息和刀具及工件移动的信息，它记载着零件的加工程序。 控制介质有：穿孔纸带、磁带或磁盘,数控装置 数控装置是数控机床的中枢，它接收输入装置送来的脉冲信号，经过数控装置的系统软件或逻辑电路编译、运算及逻辑处理后，输出各种信号及指令，控制机床的各个部分进行规定的、有序的动作。 伺服系统 伺服系统有伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。,点位控制数控系
4、统 仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动； 对轨迹不作控制要求； 运动过程中不进行任何加工。 适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。,点位直线控制数控系统 点位直线控制数控机床的特点是机床移动部件不仅要实现由一个位置到另一个位置的精确移动定位，而且能够实现平行坐标轴方向的直线切削加工运动。 点位直线数控机床虽然扩大了点位控制数控机床的工艺范围，但它的应用仍然受到了很大的限制 运动过程中不进行任何加工。 适用范围：简易数控车床、数控铣镗床 。,轮廓控制数控系统 轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度
5、运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。 适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。,按工艺用途分类,数控铣床,加工中心,线切割机床,点火花机床,按伺服系统的特点分类 按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。,开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。,无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。 一般以功率步进电机作为伺服驱
6、动元件。 这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。,半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。,位置控制调节器,速度控制 调节与驱动,检测与反馈单元,位置控制单元,速度控制单元,+,+,-,-,CNC插补 指令,实际位置反馈,实际速度反馈,半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的
7、运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。,全闭环数控系统 全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。,从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。,按联动轴数分 2轴联
8、动（平面曲线） 3轴联动（空间曲面，球头刀） 4轴联动（空间曲面） 5轴联动及6轴联动（空间曲面） 。 联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。,按控制系统的功能水平分类,不同联动轴数所能加工的型面 (a) 2轴联动 (b) 2.5轴联动； (c) 3轴联动,5轴联动铣削曲面零件,6轴加工中心坐标示意图,机床坐标系与工件坐标系 机床坐标系机床固有坐标系。 机床坐标系原点的确定方法。 工件坐标系建立在工件上的坐标系。 工件坐标系原点的确定由编程人员按加工工艺要求自定。 工件原点偏置：工件原点偏离机床原点的距离。,1.2 数控编程基础知识,工件上各点坐标的表示 绝对坐标表示 相对（增量）坐标表示
9、绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出,如图所示。 增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出,绝对尺寸,增量尺寸,数控机床坐标系原点,在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，见左图。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。 数控铣床的原点在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，见右图,车床的机床原点,铣床的机床原点,（1）运动方向的规定,增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，如图1-10所示为数控铣床上三个运动的正方向。,机床运动的方向,(2). 机床坐标系各轴判断,（1）Z坐标
10、（2）X坐标 （3）Y坐标,数控立式铣床的坐标系,(3). 机床原点与机床参考点,机床原点又称为机械原点，它是机床坐标的原点。该点是机床上的一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考的基准点。这个点不是一个硬件点，而是一个定义点。 机床参考点是采用增量式测量的数控机床所特有的，机床原点是由机床参考点体现出来的。机床参考点是一个硬件点 。,机床原点与机床参考点,(4).工件坐标系,工件坐标系的原点就是工件原点，也叫做工件零点。与机床坐标系不同，工件坐标系是人为设定的，选择工件坐标系的原点的一般原则是： 1尽量选在工件图样的基准
11、上，便于计算，减少错误，以利于编程。 2尽量选在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提高被加工件的加工精度。 3要便于测量和检验。 4对于对称的工件，最好选在工件的对称中心上。 5对于一般零件，选在工件外轮廓的某一角上。 6Z轴方向的原点，一般设在工件表面。,工件坐标系,1.3 数控（铣床）编程方法,（1）分析零件图样和工艺处理 对零件图样进行分析，以明确加工内容和要求、确定加工方案、选 择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。工艺处理涉及的问题很多，编程人员需要注意以下几点： 1）确定加工方案，此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，以充分发挥数控机
12、床的功能。 2）工夹具的设计和选择，应特别注意要快速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标的尺寸关系。 3）正确选择编程原点及编程坐标系，编程原点及编程坐标系的选择原则为：所选的程序原点及编程坐标系应使程序编制简单；编程原点应选在容易找正、在加工过程中便于检查的位置；引起的加工误差小。,4） 选择合理的走刀路线，合理地选择走刀路线选择应从以下几方面考虑：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率；合理选择起刀点、切入点和切入方式，保证过渡平稳无冲击；保证加工零件的精度和表面粗糙度；保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉；有利于简化
13、数值计算，减少程序段数和编制程序工作量。 5） 选择合理的刀具，根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其他与加工有关的因素来选择刀具，并确定合理的切削用量。 （2）数学处理 在完成工艺处理后，需根据零件的几何尺寸、加工路线和刀具半径补偿方式计算刀具运动轨迹，以获得刀位数据。一般数控系统都具有直线插补、圆弧插补和刀具补偿功能。,（3）编写零件加工程序单 按照所使用的数控装置规定使用的功能指令代码及规定的程序格，逐段编写零件加工程序单。 附必要的加工示意图、刀具布置图、机床调整卡、工序卡以及必要的说明。 （4）制各控制介质 控制介质有穿孔纸带、穿孔卡、磁带、软盘和硬盘等。
14、 （5）程序验校和首件试切 程序单和制各的控制介质必须经过验校和试切才能正式加工。一般的方法是：对于平面轮廓可在机床上采用空走刀检测，空运转、空运行 画图检验，在屏幕上模拟加工过程的轨迹和图形显示检测；对于空间曲面零件采用铝、塑料、石蜡或木料等易切材料进行试切方法检验程序。,（1） 程序格式（编程规则） 以人工编程G代码为例,程序组成 程序若干程序段（行）的集合； 程序段（行）完成某个或某些特定动作的指令（代码字）集合； 指令（代码字）由操作（地址）符和操作内容（数据）构成。,例如：N001 G91 G00 X2700 X3000 Z15000 M03 LF N002 N017 X-5000
15、Y-4000 Z14800 M02 LF,数控程序编制（重点）,程序行内指令（代码字）的顺序及其含义 模态（续）代码与一次性代码,常用G功能代码摘要,常用M功能代码摘要,模态代码，它表示组内某G代码（如c组中G17）一旦被指定，功能一直保持到出现同组其它任一代码（如G18或G19）时才失效，否则继续保持有效。所以在编下一个程序段时，若需使用同样的G代码则可省略不写，这样可以简化加工程序编制。 非模态代码只在本程序段中有效。,M、F、S功能 (1)辅助功能M 代码,辅助功能由地址字M 和其后的一或两位数字组成，主要用 于控制零件程序的走向，以及机床各种辅助功能的开关动作。具体功能见下表。,注意：
16、当机床移动指令和M指令编在同一程序段时，按下面两种情况执行: 同时执行移动指令和M指令，该类M指令称为前指令码，如M03、M04等； 直到移动指令执行完成后再执行M指令，该类M指令称为后指令码，如M09等。 M指令可单独占一程序段，但同一程序段中如有两个以上的M指令时，后一个M指令有效。,（2）主轴功能S S指令：用于控制主轴的转速，单位为r/min。如S500表示主轴转速为每分钟500转。 （3）F指令 指定刀具的进给速度，该速度的上限值由系统参数设定。若程序中编写的进给速度超出限制范围，实际进给速度即为上限值。 F的单位通常有两种：mm/min和mm/r，由G94和G95分别指定。如G94 F100表示进给速度为100 mm/min,2.G功能指令,G功能指令有模态和非模态二种形式。 模态G 功能：一组可相互注销的G 功能，这些功能一旦被 执行，则一直有效，直到被同一组的G 功能注销为止。 非模态G 功能：只在所规定的程序段中有效，程
