数控车床编程与操作实训.ppt
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1、数 控 车 床,编 程 与 操作谭洪,苏州大学工程训练中心,典型轴类零件的编程,程序编制基础,基本概念部分,第一节 设计与编程,一、基本概念部分,1.数控定义,采用数值数据对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。英文简称NC,零部件加工- 可进行外圆柱面、内圆柱面、端面、 任意锥面、圆弧面、球体螺纹、钻孔、 镗孔、 切断、割等各种车削加工。,机床运动,对复杂异形面、加工精度要求高的零件更能显示其优性。,、主运动、进给运动,2.数控技术的发展过程,3.数控机床加工特点,1)加工精度高、尺寸一致性好,机床传动装置采用了滚珠丝杠螺母副,精度可达0.01mm。配置了四工位自动回转刀架,重复定位精度
2、可达 0.005mm。取消了进给箱、小拖板、光杠等部件,利用数控系统的补偿功能,如:轴向运动误差补偿、丝杠螺距误差补偿、齿轮间隙补偿、热补偿、和空间误差补偿等,对伺服系统可进行多种补偿。,2)生产效率高,一人多机操作,数控机床结构刚性好、功率大,能自动进行切削加工,所以能选择较大的、合理的切削用量,并自动连续完成整个切削加工过程,不仅能大大缩短机动时间。还能大大缩短加工准备时间,减少了停机检测时间。,3)柔性自动化程度高,4)劳动强度低,数控机床的加工,除了装卸零件、操作键盘、观察机床运行外,其它的机床动作都是按加工程序要求自动连续地进行切削加工,操作者不需进行繁重的重复手工操作。,随着微型计
3、算机的发展,计算机数控系统可完全由软件来确定数字信息的处理过程,从而具有真正的“柔性”,并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息,使控制系统的性能大大提高。微机控制的数控机床的应用,柔性加工中心、柔性制造单元及柔性制造系统不断投入使用,大大地提高了自动化生产程度。,4.数控机床的组成,机床本体(机械部分)-脱离数控部分以外的单一的机械设备.,数控机床在数控系统的控制下,自动地按给定的程序进行机械零件的加工。数控系统是由用户程序、输入输出设备、计算机数字控制装置(CNC装置)、可编程控制器(PLC)、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。,计算机数控系统,数控机床简单工作原理图纸 编程 存储介质 数
4、控系统 伺服系统 机床的各部分执行元件 零件,根据图纸,译码处理,在数控机床的伺服驱动机构中,常用的驱动元件有功率步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机,后二者都带有感应同步器、编码器等位置检测元件。,伺 服 系 统,伺服系统主要指数控设备的主轴驱动和进给驱动,是CNC系统的执行部分。 伺服系统的作用是把来自CNC装置的各种指令(脉冲信号),转换成数控设备移动部件的运动。,1 开环控制数控机床,按伺服系统的类型分类,受步进电动机的步距精度和工作频率以及传动机构的传动精度影响,开环系统的速度和精度都较低。 由于开环控制结构简单,调试方便,容易维修,成本较低,被广泛应用于经济型数控机床。,2、闭环控
5、制数控机床,将直线型检测装置安装在移动部件上,用来直接测量工作台的直线位移,作为全闭环伺服系统的位置反馈信号,而构成位置闭环控制。 优点是准确性高、可靠性好,缺点是测量装置要和工作台行程等长,所以在大型数控机床上受到一定限制。,3 半闭环控制数控机床,将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上,通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移,作为半闭环伺服系统的位置反馈用。 优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差,从而影响了测量精度。,加工控制信息输入后,启动加工运行,此时CNC装置在系统控制程序的作用下,对数控程序进行预处理,即进行译码
6、和预计算(刀补计算、坐标变换等)。,5.工作原理,1. 正常工作前的准备工作,在接通电源后,CNC装置将对数控系统及数控机床的各组成部分的工作状态进行检查和诊断,并设置初始状态。,2. 零件加工控制信息的输入,CNC系统具备了正常工作条件后,开始输入零件加工程序、刀具长度补偿数值、刀具半径补偿数值以及工件坐标系原点相对机床原点的坐标值。,3. 数控加工程序的译码和预处理,各个坐标轴的伺服系统将插补结果作为各个坐标轴位置调节器的指令值,机床上位置检测元件测得的位移作为实际位置值。位置调节器将两者进行比较,经过调节,输出相应的位置和速度控制信号,控制各轴伺服系统驱动机床坐标轴运动。通过各个坐标轴运
7、动的合成,产生数控加工程序所要求的工件轮廓尺寸。,4. 插补计算,一个程序段的加工控制信息预处理完毕后进行插补处理。所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行数据点的密化。插补的任务就是根据进给速度的要求,在一段零件轮廓的起点和终点之间,计算出若干个中间点,分别向各个坐标轴发出方向、大小和速度都确定的运动序列指令。,5. 位置控制,二、程序编制基础,一个完整的程序由程序名、程序内容和程序结束三部分构成。,1.程序名:,每一个程序均有一个程序名。,书写格式:.MPF (主名+扩展名),主名书写要求:,1)不能用汉字、分隔符表示2)字符长度最多为16个字符3)开始的前两个字符的符号必须用字
8、母表示,2.程序的基本格式 :,1)程序段号: (N),为了便于工艺调整、修改时插入,按顺序跳行书写,以5或10为间隔选择程序段号,数字的多少取决于零件加工程序的长短。,G指令是用来规定刀具和工件的相对运动轨迹(即插补功能)、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。,准备性工艺指令:,2)功能代码,主要有准备性工艺指令(G指令)和辅助性指令(M指令)两大类,它们构成了程序基础。,M指令是控制数控机床“开、关”功能的指令,主要完成加工时的辅助动作。,辅助性指令:,直线运动指令 ,以插补联动方式用于X轴 、Z轴方向上的直线加工和斜线(锥度)的加工 ,需赋予F值(进给率),进给率的大
9、小依据工件材料 、刀具材料和机床功率来选择 。 G01指令后的坐标值取绝对编程或增量编程 ,由G90/G91指令决定 。,用于快速定位刀具 ,没有对工件进行加工 ,可以在单 、双轴上同时执行快速移动 ,产生一线性轨迹 ,不须指定F值 。,准备功能指令1、快速线性移动(G00),2、带进给率的线性插补(G01),部分编程指令具体含义及用法方法:,圆弧插补指令命令刀具在指定平面内按给定的进给速度F作圆弧运动,切削出圆弧轮廓。,3、圆弧插补指令(G02/ G03),应按由右手定则的方法将Y轴也加上去来考虑。沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴(+Y)向其负方向看,刀具相对于工件的转动方向为顺时针,称为顺圆弧
10、插补,反之称为逆圆弧插补。,顺时针圆弧插补指令G02,逆时针圆弧插补指令G03,数控车床是两坐标的机床,只有X轴和Z轴,那么如何判断圆弧的顺逆?,4、绝对和增量尺寸编程(G90/G91),G90和G91指令分别对应着绝对位置数据输入和增量位置数据输入。,ISO代码中增量尺寸指令用G91指定。它表示程序段中的尺寸字为增量坐标值,即刀具运动的终点相对于起点的增量坐标值。行程方向与机床坐标方向相同时为正;反之为负。,G90表示程序段中的尺寸字为绝对坐标值,即从编程零点开始的坐标值。系统通电后,机床处在G90状态。 G90编入程序时,以后所有输入的坐标值都是以编程零点为基准的绝对坐标值,并一直有效,直
11、到在后面的程序段中由G91替代为止。,编程举例:,N0010 G90 G01 X70 Z30 F100 ;绝对尺寸N0180 G91 X50 Z-50 F100 ;转换为增量尺寸,直线:,圆弧:,N0010 G90 G03 X70 Z30 CR=30 F50 ;绝对尺寸N0180 G91 G03 X50 Z-50 CR=30 F50 ;转换为增量尺寸,5、可设定的零点偏置(G54)给出工件零点在机床坐标系中的位置(工件零点以机床零点为基准的偏移量)。工件装到机床上后,通过对刀求出偏移量,并通过操作面板输入到规定的数据区,程序可以通过可设定的零点偏置G54功能激活此值。,6、进给速度由F指令决定
12、,其单位由G94(直线进给率mm/min) 或G95(旋转进给率或主轴进给率mm/r)确定。,数控车床编程中的坐标系,数控车床坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系(编程坐标系)。图所示是卧式数控机床坐标轴的简图。,数控车床以机床主轴轴线方向为Z轴方向,刀具远离工件方向为Z轴正方向。 X轴位于与工件安装面相平行的水平面内,垂直于工件旋转轴线的方向,且刀具远离主轴轴线的方向为X轴的正方向。,a)机床坐标系,以机床原点为坐标原点建立起来的X、Z轴直角坐标系,称为机床坐标系。机床坐标系在出厂前已调整好,一般情况下,不允许用户随意变动。机床原点为机床上的一个固定点。车床的机床原点定义为主轴旋转中心线与车头
13、端面的交点。,参考点也是机床上的一个固定点。该点与机床原点的相对位置如图所示,其固定位置由Z向与X向的机械档块来确定,当进行回参考点的操作时,装在纵向和横向滑板上的行程开关碰到相应的档块后,向数控系统发出信号,由系统控制滑板停止运动,完成回参考点的操作。,机床通电后,不论刀架处于什么位置,显示器上显示的Z与X的坐标值均为零。当完成回参考点的操作后,屏幕上马上显示出此时刀架中心(对刀参考点)在机床坐标系中的坐标值,就相当于数控系统内部建立了一个以机床原点为坐标原点的机床坐标系。,b)工件坐标系(编程坐标系),零件图样给出后,首先应找出图样上的设计基准点。该基准点即为工件原点。以工件原点为坐标原点
14、建立一个Z轴与X轴的直角坐标系,称为工件坐标系。,工件原点是人为设定的,设定的依据既要符合图样要求,又要便于编程。通常工件原点可选择在工件右端面 、左端面或卡盘的前端面 。将工件安装在卡盘上,则机床坐标系与工件坐标系是不重合的。工件坐标系的 Z轴一般与主轴轴线重合、X 轴随工件原点位置不同而异;各轴正方向与机床坐标系相同。图所示为以工件右端面为工件原点的工件坐标系 。,测量工件,C)工件坐标的设定,数控车床中的工件坐标系,是把机床坐标系沿Z轴偏移所产生的一个新的坐标系。工件坐标系由G54-G59指令激活。,F运动功能指令:,(1)用在G00、G01、G02、G03运动指令后面,F指令表示进给
15、速度。其单位由G94(直线进给率mm/min)或G95(旋转进 给率mm/r)确定。(2)用在G04指令后面,表示暂停时间(单位:s),一般用在 变速时,等待转速稳定(恒速切削)。 例: G04 F5 (表示程序暂停5秒执行),(1)表示主轴转速,单位是转/分。 例:S1200 (表示主轴转速1200转/分)(2)用在G96指令中,S作为恒切削速度(米/分)。(3)用在G04指令后面,表示暂停时间(单位:s)。 例: G04 F5 (表示程序暂停5秒执行),S主轴功能指令:,模态代码,模态代码,模态代码,D 刀具补偿号 每把刀具有多个刀沿号,通过改变刀具补偿号来改变具的存储参数,从而改变在现场
16、加工中的刀具位置. 具体应用举例: T1 D1 或 T1 D2 T2D1 或 T2 D2 从上边的例子中,我么可以看到,不同的刀具都有自己的刀沿号,但是含义是不同的。,用T指令直接指令数控系统进行选刀或换刀,用地址T和其后的数字来指定的刀具号和刀具补偿号。 例如:T03 表示第三号刀。,T 刀具功能指令:,指令:M02功能:该指令表示加工程序全部结束。它使主轴、进给、切 削液都停止、机床复位。程序结束后,不返回到程序开头的位置。应用:该指令必须编在最后一个程序段中。,指令:M30功能:执行该指令后,除完成M02的内容外,还自动返回到程 序开头的位置。为加工下一个工作作好准备。,3.辅助功能指令
17、 :,4.DIAMON(直径尺寸) DAIAMOF(半径尺寸),三、典型轴类零件的编程,1、分析零件图样,该零件包括圆柱、圆锥、凸圆弧、凹圆弧等表面。依据零件轮廓,确定毛坯尺寸:2070mm ,零件材料:LY12(硬铝),无热处理和硬度要求。,2、确定刀具及切削用量,(1)根据加工要求选用刀具:,材料:W18Cr4V T1:90外圆车刀 (粗、精车外圆) T3:切槽刀(4mm宽)(割槽、切断),(2)确定切削用量,3、确定零件的装夹方法,定位基准:确定坯料轴线和左端面为定位基准。装夹方式:采用三爪自定心卡盘自定心夹紧。,5、确定对刀和换刀点,在数控加工中,工件坐标系确定后,还要确定刀尖在工件坐
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