机械制造工程学 第三章 金属切削机床教学文案.ppt

机械制造工程学第三章金属切削机床3-1金属切削机床概述金属切削机床概述一、机床的分类一、机床的分类 1)1)按按照机床的万能性程度，照机床的万能性程度，可分为可分为:普通机床、专门化机床、专用机床普通机床、专门化机床、专用机床 2)2)按照机床的工作精度，按照机床的工作精度，可分为可分为:普通精度机床、精密机床、高精度机床普通精度机床、精密机床、高精度机床 3)3)按照机床具有的数控功能，按照机床具有的数控功能，可分为可分为:普通机床（非数控机床）、一般数控机床、普通机床（非数控机床）、一般数控机床、加工中心等加工中心等 此外，还可此外，还可按重量和尺寸，主要部件数目等按重量和尺寸，主要部件数目等进行分类。进行分类。3-1金属切削机床概述金属切削机床概述二、机床的型号编制二、机床的型号编制 标准标准JB1838-85：金属切削机床型号编制方法，：金属切削机床型号编制方法，适用于各类通用机床和专用机床，由适用于各类通用机床和专用机床，由汉语拼音字母和汉语拼音字母和数字数字按一定规律组合而成。按一定规律组合而成。3-1金属切削机床概述金属切削机床概述三、机床的技术性能三、机床的技术性能 1 1）工艺范围）工艺范围 2 2）主要技术参数）主要技术参数 3 3）加工精度和表面粗糙度）加工精度和表面粗糙度 4 4）生产率和自动化程度）生产率和自动化程度 5 5）人机关系）人机关系 6 6）成本）成本3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 机器零机器零件上常用的件上常用的各种表面：各种表面：平面、圆柱平面、圆柱面、圆锥面、面、圆锥面、成形表面成形表面等。等。3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 1 1）零件表面的形成：）零件表面的形成：是一条是一条母线母线沿一条沿一条导线导线运动运动而形成。而形成。母线和导线母线和导线统称为表面统称为表面发生线。发生线。1-1-母线，母线，2-2-导线导线 3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法 发生线是由发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动刀具的切削刃与工件间的相对运动得得到的到的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为四种：不同，形成发生线的方法可归纳为四种：轨迹法、成轨迹法、成形法、相切法和展成法。形法、相切法和展成法。3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法（1 1）轨迹法）轨迹法是利用刀具做是利用刀具做一定规律的轨一定规律的轨迹运动来对工迹运动来对工件进行加工的件进行加工的方法。方法。3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法（1 1）轨迹法）轨迹法（2 2）成形法）成形法是利用成形刀是利用成形刀具对工件进行具对工件进行加工的方法。加工的方法。3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法（1 1）轨迹法）轨迹法（2 2）成形法）成形法（3 3）相切法）相切法是利用刀具是利用刀具边旋转边做边旋转边做轨迹运动来轨迹运动来对工件进行对工件进行加工的方法。加工的方法。3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法（1 1）轨迹法）轨迹法（2 2）成形法）成形法（3 3）相切法）相切法（4 4）展成法）展成法是利用工件是利用工件和刀具做展和刀具做展成切削运动成切削运动的加工方法。的加工方法。3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动2.2.表面成形运动表面成形运动 为获得所需的工件表面形状，机床必须使刀具和工件按上为获得所需的工件表面形状，机床必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。述四种方法之一完成一定的运动。成形运动：成形运动：刀具和工件为了形成表面发生线而作的刀具和工件为了形成表面发生线而作的相对运动。相对运动。直线运动（用直线运动（用A来表示）或旋转运动（用来表示）或旋转运动（用B来表示）来表示）。成形运动的种类：成形运动的种类：简单成形运动、复合成形运动简单成形运动、复合成形运动3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动2.2.表面成形运动表面成形运动 （1 1）简单成形运动）简单成形运动 简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运动关系。动关系。例例1:1:用普通车刀车削外圆用普通车刀车削外圆 母线母线-圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B B1 1。导线导线-直线，由轨迹法形成，需要一个成形运直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动动A A2 2。例例2:2:用成形车刀车削成形回转表面用成形车刀车削成形回转表面 母线母线-曲线，由成形法形成，不需要成形运动。曲线，由成形法形成，不需要成形运动。导线导线-圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B B1 1。3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动2.2.表面成形运动表面成形运动 （2 2）复合成形运动：）复合成形运动：一个复合运动可分解为两个或一个复合运动可分解为两个或多个直线运动或旋转运动，与简单运动相似，但有本多个直线运动或旋转运动，与简单运动相似，但有本质的区别。质的区别。组成复合运动的各个部分必须保持严格的相对运组成复合运动的各个部分必须保持严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的。动关系，是相互依存，而不是独立的。3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动2.2.表面成形运动表面成形运动 （2 2）复合成形运动）复合成形运动例例3:3:用螺纹车刀车削螺纹用螺纹车刀车削螺纹 母线母线-车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形状一致，故母线由成形法形成，不需要成形运动。形状一致，故母线由成形法形成，不需要成形运动。导线导线-螺旋线，由轨迹法形成，需要一个成形螺旋线，由轨迹法形成，需要一个成形运动。这是一个复合运动，把它分解为工件旋转运动。这是一个复合运动，把它分解为工件旋转B B1111和和刀具直线移动刀具直线移动A A1212。B B1111和和A A1212之间必须保持严格的相对运之间必须保持严格的相对运动关系。动关系。3-2机床的运动分析机床的运动分析一、成形运动一、成形运动2.2.表面成形运动表面成形运动 （2 2）复合成形运动）复合成形运动例例4:4:用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面 母线母线-渐开线，由展成法形成，渐开线，由展成法形成，需要一个成形运需要一个成形运动，是复合运动，可分解为滚刀旋转动，是复合运动，可分解为滚刀旋转B B1111和工件旋转和工件旋转B B1212两部分，两部分，B B1111和和B B1212之间之间必须保持严格的相对运动关系必须保持严格的相对运动关系。导线导线-直线，由相切法形成，直线，由相切法形成，需要两个独立的成需要两个独立的成形运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿工件的轴向移动形运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿工件的轴向移动A A2 2。其中滚刀的旋转与复合展成运动的一部分。其中滚刀的旋转与复合展成运动的一部分B B1111重合。重合。因此，形成表面所需的成形运动的总数只有两个：因此，形成表面所需的成形运动的总数只有两个：一个是复合运动一个是复合运动B B1111B B1212；另一个是简单的成形运动；另一个是简单的成形运动A A2 2。3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链 为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须有须有执行件执行件、动力源动力源和和传动装置传动装置三个基本部分。三个基本部分。执行件执行件：执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台：执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。等。动力源动力源：提供动力的装置，如电动机。：提供动力的装置，如电动机。传动装置传动装置：将运动和动力从动力源传至执行件，并：将运动和动力从动力源传至执行件，并使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链1.1.传动链传动链 机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的传动件把传动件把执行件与动力源执行件与动力源（如把主轴和电机），或者（如把主轴和电机），或者把把执行件和执行件执行件和执行件（例如主轴和刀架）之间联系起来，（例如主轴和刀架）之间联系起来，称为称为传动联系传动联系。构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件，构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件，称为称为传动链传动链。3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链1.1.传动链传动链 根据传动链的性质，可分为如下两种类型：根据传动链的性质，可分为如下两种类型：1 1）外联系传动链）外联系传动链 联系动力源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、联系动力源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工作台等）之间的传动链，使执行件获得运动（速度和方向）。工作台等）之间的传动链，使执行件获得运动（速度和方向）。保证执行件实现简单运动；保证执行件实现简单运动；不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系；不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系；如：车床上加工外圆如：车床上加工外圆 电机电机-主轴；主轴主轴；主轴-刀架刀架 3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链1.1.传动链传动链 2 2）内联系传动链）内联系传动链 当传动链的当传动链的两个末端件两个末端件（执行件）之间的相对运动有严格的（执行件）之间的相对运动有严格的比例关系要求，该传动链称为比例关系要求，该传动链称为内联系传动链内联系传动链。联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动；联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动；执行件和执行件之间有严格的传动比关系；执行件和执行件之间有严格的传动比关系；内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦如摩擦传动、带传动、链传动等传动、带传动、链传动等。3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链1.1.传动链传动链 2 2）内联系传动链）内联系传动链联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动；联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动；执行件和执行件之间有严格的传动比关系；执行件和执行件之间有严格的传动比关系；内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦传动、带传动、链传动等。传动、带传动、链传动等。如：车床上加工螺纹如：车床上加工螺纹 主轴主轴-刀架，主轴刀架，主轴1 1转转-刀架移动刀架移动1 1个导程个导程 滚切直齿圆柱齿轮滚切直齿圆柱齿轮 滚刀旋转滚刀旋转-工件旋转，滚刀每转工件旋转，滚刀每转1/K1/K转（转（K K滚刀头数）滚刀头数）-工件转工件转1/Z1/Z转（转（Z Z齿轮齿数）齿轮齿数）3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链2.2.传动原理图传动原理图 通常传动链中的各种传动机构可分为通常传动链中的各种传动机构可分为两类两类：传动比不变的传动比不变的“定比机构定比机构”，如定比齿轮副、齿轮齿条、蜗轮如定比齿轮副、齿轮齿条、蜗轮蜗杆等蜗杆等；可变换传动比的可变换传动比的“变比机构变比机构”（“换置器官换置器官”），），如齿轮变速如齿轮变速机构、挂轮、数控机床中的数控系统等机构、挂轮、数控机床中的数控系统等。为了简单明确地反映机床的传动联系，常用一些简单的符号为了简单明确地反映机床的传动联系，常用一些简单的符号来表示传动原理和传动路线，来表示传动原理和传动路线，这就是这就是传动原理图传动原理图。3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链2.2.传动原理图传动原理图 3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链2.2.传动原理图传动原理图 3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链2.2.传动原理图传动原理图 在卧式车床传动系统中，由于换置器官位置的不同，有在卧式车床传动系统中，由于换置器官位置的不同，有如下图所示的三种传动方案，试写出每种传动方案的内、外如下图所示的三种传动方案，试写出每种传动方案的内、外联系传动链；从中选出最优方案，并说明理由。联系传动链；从中选出最优方案，并说明理由。3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链2.2.传动原理图传动原理图 3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链2.2.传动原理图传动原理图 3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链2.2.传动原理图传动原理图 3-2机床的运动分析机床的运动分析二、机床传动链二、机床传动链2.2.传动原理图传动原理图 3-3机床传动系统及典型结构机床传动系统及典型结构 一、传动系统一、传动系统传动系统图传动系统图是表示机床运动传动关系的综合简图，是传是表示机床运动传动关系的综合简图，是传动原理图的具体体现。动原理图的具体体现。在图中用简单的符号代表各种传动元件在图中用简单的符号代表各种传动元件(GB4406-84机构机构运动简图符号），运动简图符号），并按照运动传递的先后顺序，以展开图并按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式来表达。的形式来表达。图中，通常须注明图中，通常须注明齿轮及蜗轮的齿数、蜗杆齿轮及蜗轮的齿数、蜗杆头数、带轮直径、丝杠的螺距和头数、电动机的功率和转速、头数、带轮直径、丝杠的螺距和头数、电动机的功率和转速、传动轴的编号传动轴的编号等。等。传动系统图只表示传动关系，不表示各元件的实际尺寸和传动系统图只表示传动关系，不表示各元件的实际尺寸和空间位置。空间位置。以以CA6140CA6140型卧式车床为例，进行讨论。型卧式车床为例，进行讨论。一、传动系统一、传动系统 传动路线是分析和认识机床的基础，常用的方法传动路线是分析和认识机床的基础，常用的方法是是“抓两端，连中间抓两端，连中间”。1.1.主运动传动链主运动传动链两两末端件：末端件：主电机主电机主轴主轴 1)1)传动路线传动路线 传动路线表达式如下：传动路线表达式如下：主电动机主电动机三角皮带三角皮带轴轴II摩擦离合器摩擦离合器M1 M1 轴轴II II 轴轴III III 主轴主轴VIVI。高速传动路线：高速传动路线：轴轴III-III-滑移齿轮滑移齿轮Z50Z50左位左位 主轴主轴VIVI。中低速传动路线中低速传动路线 轴轴IIIIII滑移齿轮滑移齿轮Z50Z50右位、右位、M2M2接合接合轴轴IIIIII、IVIV、V V间的背轮机构和齿轮副间的背轮机构和齿轮副主轴主轴VIVI。1)1)传动路线传动路线 传动路线表达式如下：传动路线表达式如下：2 2）主轴的转速级数与转速）主轴的转速级数与转速 根据传动系统图和传动路线表达式，根据传动系统图和传动路线表达式，主轴正转主轴正转可可获得获得23(22-1)+23=2423(22-1)+23=24级级不同转速。同理，不同转速。同理，主轴主轴反转反转1212级。级。主轴的转速主轴的转速可按下列运动平衡式计算：可按下列运动平衡式计算：n=1450(130/230)u n=1450(130/230)uI-III-IIuuII-IIIII-IIIuuIII-VIII-V2.2.进给运动传动链进给运动传动链 （公制螺纹进给传动），两末端件：主轴（公制螺纹进给传动），两末端件：主轴-刀架刀架 2.2.进给运动传动链进给运动传动链 （公制螺纹进给传动），（公制螺纹进给传动），两末端件两末端件：主轴主轴-刀架刀架 传动路线表达式如下。传动路线表达式如下。二、典型结构二、典型结构1.1.主轴箱主轴箱 CA6140 CA6140车床的主轴箱包括：箱体、主轴部件、传动机构、车床的主轴箱包括：箱体、主轴部件、传动机构、操纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置等。操纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置等。1.主轴箱主轴箱1)卸荷带轮卸荷带轮 1.主轴箱主轴箱2)摩擦离合器、制动器及其操纵机构摩擦离合器、制动器及其操纵机构 1.主轴箱主轴箱2)摩擦离合器、制动器及其操纵机构摩擦离合器、制动器及其操纵机构 1.主轴箱主轴箱2)摩擦离合器、制动器及其操纵机构摩擦离合器、制动器及其操纵机构 1.主轴箱主轴箱3)主轴组件主轴组件 1.主轴箱主轴箱4)变速操纵机构变速操纵机构 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 溜板箱的功用是：将丝杠或光杠传来的旋转运动转溜板箱的功用是：将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给；控制刀架运动的接通、变为直线运动并带动刀架进给；控制刀架运动的接通、断开和换向；机床过载时控制刀架停止进给；手动操纵断开和换向；机床过载时控制刀架停止进给；手动操纵刀架移动和实现快速移动。刀架移动和实现快速移动。二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 1)1)开合螺母开合螺母 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 2)2)纵、横向进给的操纵机构纵、横向进给的操纵机构 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 3)3)互锁机构互锁机构 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 4)4)超越离合器和安全离合器超越离合器和安全离合器 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 4)4)超越离合器和安全离合器超越离合器和安全离合器 3-4机床传动设计机床传动设计 主传动设计主传动设计外联系传动链，保证输出转速、外联系传动链，保证输出转速、输出功率的要求。输出功率的要求。进给传动设计进给传动设计内联系传动链，传动精度的要内联系传动链，传动精度的要求。求。本节主要介绍本节主要介绍主传动系统的设计方法主传动系统的设计方法。机床的主要参数机床的主要参数 机床的主要参数包括：机床的主要参数包括：尺寸参数尺寸参数影响机床加工性能的尺寸，如主参数、影响机床加工性能的尺寸，如主参数、第二主参数、结构尺寸等；第二主参数、结构尺寸等；运动参数运动参数主运动参数（如主轴转速）、进给运动主运动参数（如主轴转速）、进给运动参数（进给量及其数列）；参数（进给量及其数列）；动力参数动力参数主运动、进给运动、辅助运动的传动功主运动、进给运动、辅助运动的传动功率率一、机床主运动参数的确定一、机床主运动参数的确定1.1.主轴最高转速和最低转速主轴最高转速和最低转速 n nmaxmax=1000=1000V Vmaxmax/(/(d dminmin)，r/minr/min n nminmin=1000=1000V Vminmin/(/(d dmaxmax)，r/minr/minV Vmaxmax、V Vminmin典型工序典型工序的最大、最小切削速度；的最大、最小切削速度；d dmaxmax、d dminmin经济加工经济加工的最大和最小直径，不是机床可能的最大和最小直径，不是机床可能加工的最大和最小直径。加工的最大和最小直径。普通车床：普通车床：d dmaxmax(0.5(0.50.6)D0.6)Dmaxmax（床身最大回转直径）（床身最大回转直径），d dminmin(0.5(0.50.6)d0.6)dmaxmax；摇臂钻床：摇臂钻床：d dmaxmaxD Dmaxmax，d dminmin(0.5(0.50.6)d0.6)dmaxmax。1.1.主轴最高转速和最低转速主轴最高转速和最低转速 n nmaxmax=1000=1000V Vmaxmax/(/(d dminmin)，r/minr/min n nminmin=1000=1000V Vminmin/(/(d dmaxmax)，r/minr/min变速范围变速范围：R Rn n=n=nmaxmax/n/nminmin 2.2.主轴的转速数列主轴的转速数列 如某变速机构有如某变速机构有z z级转速，分别是：级转速，分别是：n n1 1，n n2 2，n n3 3，n nz z。若某一工件的最佳切削速度为若某一工件的最佳切削速度为v v，对应的转速为，对应的转速为n n，而，而n n又处于两极转速又处于两极转速n nj j、n nj+1j+1之间，即：之间，即：n nj j n n n 11，为使最大相对转速损失不超过为使最大相对转速损失不超过50%50%，即：，即：(-1 (-1）/100%50%/100%50%，则，则22。121 0 0，表示加工点位于直线上方；，表示加工点位于直线上方；若若F Fi i 0 0，表示加工点位于直线下方。，表示加工点位于直线下方。（2 2）偏差函数的递推计算）偏差函数的递推计算采用偏差函数的递推式（迭代式）采用偏差函数的递推式（迭代式）既由前一点计算后一点既由前一点计算后一点YXF0Pi i(Xi i,Yi i)Ae(Xe,Ye)O F Fi i=Y Yi i X Xe-e-X Xi iY Ye e若若F Fi i=0=0，规定向，规定向+X +X 方向走一步方向走一步 X Xi i+1+1=X Xi i +1+1 F Fi i+1+1=X Xe eY Yi i Y Ye e(X Xi i +1+1)=F Fi i -Y Ye e若若F Fi i00，规定，规定+Y +Y 方向走一步，则有方向走一步，则有 Y Yi i+1+1=Y Yi i +1+1 F Fi i+1+1=X Xe e(Y Yi i +1+1)-)-Y Ye eX Xi i =F Fi i +X Xe e（3 3）终点判别）终点判别直线插补的终点判别可采用三种方法。直线插补的终点判别可采用三种方法。1 1）判断插补或进给的总步数：；）判断插补或进给的总步数：；2 2）分别判断各坐标轴的进给步数；）分别判断各坐标轴的进给步数；3 3）仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数。）仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数。举例举例 对于第一象限直线对于第一象限直线OAOA，终点坐标，终点坐标X Xe e=6,Y=6,Ye e=4=4，插补从直线起点，插补从直线起点O O开始，故开始，故F F0 0=0=0。终点判别是判断进给总步数。终点判别是判断进给总步数N=6+4=10N=6+4=10，将其，将其存入终点判别计数器中，每进给一步减存入终点判别计数器中，每进给一步减1 1，若，若N=0N=0，则停止插补。，则停止插补。OA98754321610YX举例举例 对于第一象限直线对于第一象限直线OAOA，终点坐标，终点坐标X Xe e=6,Y=6,Ye e=4=4，插补从直线起点，插补从直线起点O O开始，开始，故故F F0 0=0=0。终点判别是判断进给总步数。终点判别是判断进给总步数N=6+4=10N=6+4=10，将其存入终点判别计数器，将其存入终点判别计数器中，每进给一步减中，每进给一步减1 1，若，若N=0N=0，则停止，则停止插补。插补。步数步数判别判别坐标进给坐标进给偏差计算偏差计算终点判别终点判别0 0F F0 0=0=0=10=101 1F=0F=0+X+XF F1 1=F=F0 0-y-ye e=0-4=-4=0-4=-4=10-1=9=10-1=92 2F0F0F0+X+XF F3 3=F=F2 2-y-ye e=2-4=-2=2-4=-2=8-1=7=8-1=74 4F0F0F0+X+XF F5 5=F=F4 4-y-ye e=4-4=0=4-4=0=6-1=5=6-1=56 6F=0F=0+X+XF F6 6=F=F5 5-y-ye e=0-4=-4=0-4=-4=5-1=4=5-1=47 7F0F0F0+X+XF F8 8=F=F7 7-y-ye e=2-4=-2=2-4=-2=3-1=2=3-1=29 9F0F0F0+X+XF F1010=F=F9 9-y-ye e=4-4=0=4-4=0=1-1=0=1-1=0OA98754321610YX2)2)逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补 （1 1）偏差函数）偏差函数 任意加工点任意加工点P Pi i（X Xi i，Y Yi i），偏差函数），偏差函数F Fi i可表示为可表示为若若F Fi i=0=0，表示加工点位于圆上；，表示加工点位于圆上；若若F Fi i00，表示加工点位于圆外；，表示加工点位于圆外；若若F Fi i00F0（2 2）偏差函数的递推计算）偏差函数的递推计算逆圆插补逆圆插补 若若FF0 0，规定向，规定向-X-X方向方向 走一步走一步 若若F Fi i00，规定向，规定向+Y+Y方向方向 走一步走一步顺圆插补顺圆插补 若若F Fi i00，规定向，规定向-Y-Y方向方向 走一步走一步 若若F Fi i00，规定向，规定向+y+y方向方向 走一步走一步（3 3）终点判别）终点判别 1 1）判断插补或进给的总步数：）判断插补或进给的总步数：2 2）分别判断各坐标轴的进给步数；）分别判断各坐标轴的进给步数；,举例举例 对于第一象限圆弧对于第一象限圆弧ABAB，起点起点A A（4 4，0 0），终点），终点B B（0 0，4 4）ABYX44步数步数偏差判别偏差判别坐标进给坐标进给 偏差计算偏差计算坐标计算坐标计算终点判别终点判别起点起点F F0 0=0=0 x x0 0=4,y=4,y0 0=0=0=4+4=8=4+4=81 1F F0 0=0=0-x-xF F1 1=F=F0 0-2x-2x0 0+1+1 =0-2*4+1=-7 =0-2*4+1=-7x x1 1=4-1=3=4-1=3y y1 1=0=0=8-1=7=8-1=72 2F F1 100+y+yF F2 2=F=F1 1+2y+2y1 1+1+1 =-7+2*0+1=-6 =-7+2*0+1=-6x x2 2=3=3y y2 2=y=y1 1+1=1+1=1=7-1=6=7-1=63 3F F2 200+y+yF F3 3=F=F2 2+2y+2y2 2+1=-3+1=-3x x3 3=4,y=4,y3 3=2=2=5=54 4F F3 3000-x-xF F5 5=F=F4 4-2x-2x4 4+1=-3+1=-3x x5 5=4,y=4,y5 5=0=0=3=36 6F F5 5000-x-xF F7 7=F=F6 6-2x-2x6 6+1=1+1=1x x7 7=4,y=4,y7 7=0=0=1=18 8F F7 700-x-xF F8 8=F=F7 7-2x-2x7 7+1=0+1=0 x x8 8=4,y=4,y8 8=0=0=0=03 3）逐点比较法的速度分析）逐点比较法的速度分析 式中：式中：L L 直线长度；直线长度；V V 刀具进给速度；刀具进给速度；N N 插补循环数；插补循环数；f f 插补脉冲的频率。插补脉冲的频率。所以：所以：刀具刀具进给进给速度与速度与插插补时钟频补时钟频率率f f 和与和与X X轴夹轴夹角角 有关有关 4 4）逐点比较法的象限处理）逐点比较法的象限处理（1 1）分别处理法）分别处理法四个象限的直线插补，会有四个象限的直线插补，会有4 4组计算公式，对于组计算公式，对于4 4个象限的逆个象限的逆时针圆弧插补和时针圆弧插补和4 4个象限的顺时针圆弧插补，会有个象限的顺时针圆弧插补，会有8 8组计算公组计算公式式（2 2）坐）坐标变换标变换法法 用第一象限逆用第一象限逆圆圆插插补补的偏差函数的偏差函数进进行第三象限逆行第三象限逆圆圆和第二、和第二、四象限四象限顺圆顺圆插插补补的偏差的偏差计计算，用第一象限算，用第一象限顺圆顺圆插插补补的偏差函的偏差函数数进进行第三象限行第三象限顺圆顺圆和第二、四象限逆和第二、四象限逆圆圆插插补补的偏差的偏差计计算。算。顺圆顺圆逆圆逆圆五、数控加工程序编制五、数控加工程序编制1.数控编程的基本概念数控编程的基本概念 根据被加工零件的图纸及其技术要求、工根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所按数控系统所规定的指令和格式编制数控加工指令序列。规定的指令和格式编制数控加工指令序列。3-5 3-5 数控机床数控机床2.数控编程方法数控编程方法1)手工编程手工编程 2)2)自动编程自动编程零件造型；确定走刀路线、工艺参数；翻零件造型；确定走刀路线、工艺参数；翻译、计算；后置处理；自动输出特定数控机床的数控指令。译、计算；后置处理；自动输出特定数控机床的数控指令。数控编程系统：数控编程系统：APTCATIAPro/EMasterCAMUGI-DEASCimatronCAXA制造工程师制造工程师3.数控程序编制的内容与步骤数控程序编制的内容与步骤零件图纸分析零件图纸分析工艺处理工艺处理刀位轨迹计算刀位轨迹计算(数学处理数学处理)编写程序编写程序程序输入程序输入程序校验、试切程序校验、试切加工加工4.数控编程的基础数控编程的基础1 1）数控机床坐标系的规定）数控机床坐标系的规定 机床上固有的坐标系机床上固有的坐标系数控机床坐标轴和运动方向的命名数控机床坐标轴和运动方向的命名JB3051-82假假定定工件是静止工件是静止的的，而，而刀具是运刀具是运动动的的。直线运动直线运动坐坐标标轴采用轴采用右手笛卡右手笛卡尔尔直角坐直角坐标标系系旋转运动旋转运动坐标轴用坐标轴用右手螺旋定则右手螺旋定则确定确定“数控机床的主轴与机床坐标系的数控机床的主轴与机床坐标系的Z Z轴重合或平行轴重合或平行”2 2）机床原点）机床原点（机床零点）（机床零点）与参考点与参考点 机床原点：机床坐标系的原点。（基准点）机床原点：机床坐标系的原点。（基准点）参考点：由挡铁和限位开关预先确定好的点。参考点：由挡铁和限位开关预先确定好的点。通常在通常在数控铣床数控铣床上上机床原点和机床参考点是重合的机床原点和机床参考点是重合的；而在而在数控车床数控车床上机床上机床参考点是离机床原点最远的极限点参考点是离机床原点最远的极限点。3 3）工件坐标系）工件坐标系（编程坐标系）（编程坐标系）与工件原点与工件原点 工工件件坐坐标标系系是是编编程程人人员员根根据据零零件件图图样样及及加加工工工工艺艺等等建建立立的坐的坐标标系。系。工工件件坐坐标标系系一一般般供供编编程程使使用用，确确定定编编程程坐坐标标系系时时不不必必考考虑虑工件毛坯在机床上的工件毛坯在机床上的实际实际装装夹夹位置。位置。4)4)加工坐标系加工坐标系 加加工工坐坐标标系系是是指指以以确确定定的的加加工工原原点点为为基基准准所所建建立立的的坐坐标标系。系。加加工工原原点点也也称称为为程程序序原原点点，是是指指零零件件被被装装夹夹好好后后，相相应应的的编编程程原原点点在在机机床床坐坐标标系系中中的的位位置置。加加工工坐坐标标系系原原点点可可由由程程序序指令来设置和改变指令来设置和改变 5)“5)“刀位点刀位点”与与“对刀点对刀点”在使用在使用对对刀点确定加工原点刀点确定加工原点时时，就需要，就需要进进行行“对对刀刀”。所所谓谓对对刀刀是指使是指使“刀位点刀位点”与与“对对刀点刀点”重合的操作。重合的操作。每每把把刀刀具具的的半半径径与与长长度度尺尺寸寸都都是是不不同同的的，刀刀具具装装在在机机床床上上后后，应应在在控控制制系系统统中中设设置置刀刀具具的的基基本本位位置置。“刀刀位点位点”是指刀具的定位基准点。是指刀具的定位基准点。6 6）换刀点）换刀点 换刀点换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量定的安全量。7 7）程序结构与程序段格式）程序结构与程序段格式 加工程序的结构加工程序的结构 加工程序加工程序主程序和子程序主程序和子程序程序段程序段(block)字字(word)地址和数据地址和数据程序段格式程序段格式 N NG GX X.Y Y.F FS ST TM MLFLF程序段序号程序段序号 准备机能字准备机能字 坐标字坐标字 进给功能字进给功能字 主轴转速功能字主轴转速功能字 刀具功能字刀具功能字 辅助功能字辅助功能字 结束符结束符 ISO6938-I-1982GB8870-88常用地址字符常用地址字符地址字地址字意意义义N程序段序号程序段序号G准备机能准备机能M辅助机能辅助机能X、Y、Z主坐标轴主坐标轴X、Y、Z移动坐标尺寸字移动坐标尺寸字U、V、W与与X、Y、Z轴平行的第轴平行的第2移动坐标尺寸字移动坐标尺寸字A、B、C围绕围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴角度尺寸字轴旋转的旋转轴角度尺寸字F、S、T进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能I、J、K圆弧圆心相对起点坐标圆弧圆心相对起点坐标R圆弧半径圆弧半径5.数控系统的指令代码数控系统的指令代码JB3203-83 1)1)准备功能准备功能G G代码代码 G00G00G99G99 模态代码：模态代码：一经在一个程序段中指定，其功能一直保持一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它到被取消或被同组其它G代码所代替代码所代替 非模态代码：非模态代码：功能仅在所出现的程序段内有效功能仅在所出现的程序段内有效同组的两个代码不能出现在一个程序段中同组的两个代码不能出现在一个程序段中(如如G00,G01)G00,G01)不同组的不同组的G G代码根据需要可以在一个程序段中出现代码根据需要可以在一个程序段中出现 2)2)辅助功能辅助功能M M代码代码 M00M00M99M996.常用常用G代码功能代码功能 1 1）绝对坐标与增量坐标编程指令（）绝对坐标与增量坐标编程指令（G90G90，G91G91）G90G90 G01 X40.0 Y70.0 G01 X40.0 Y70.0；G91G91 G01 X G01 X60.0 Y40.060.0 Y40.0；XY70.030.040.0100.0终点终点起点起点6.常用常用G代码功能代码功能 2)2)插补功能插补功能G G代码代码 快速点定位指令快速点定位指令（G00G00）直线插补指令直线插补指令（G01G01）例：直线例：直线轴轴插补：（插补：（G91G91）G01 X200.0 Y100.0 G01 X200.0 Y100.0 F200.0F200.0；旋转轴旋转轴插补：插补：G91 G91 G01 C 90.0G01 C 90.0 F300.0 F300.0；Y Y110.0110.0X XO20.020.0（终点）（终点）220.0220.0（起点）（起点）10.010.0（起点）（起点）（终点）（终点）进给速度进给速度300deg/min300deg/min90906.常用常用G代码功能代码功能 2)2)插补功能插补功能G G代码代码 圆弧插补指令圆弧插补指令 顺时针圆弧插补指令（顺时针圆弧插补指令（G02G02）逆时针圆弧插补指令（逆时针圆弧插补指令（G03G03）方向：方向：从从XYXY