《数控车床编程与操作》课程教案.doc
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1、数控车床编程与操作课程教案业技术学院学院教案用纸数控车床操作与操作一、数控机床的产生和发展过程:(1)1952年,第一台具有信息存储和处理功能的新型数控机床诞生。(2)、结构、自动化方向的发展: 新一代数控系统技术水平大大提高,促进了数控机床性能向高精度(位移分辨率,相当于工作台的移动速度,在分辨率为1微米时,达到200m/min,在分辨率为0.1微米时,达到24m/min以上;自动换刀速度在1s以内)、高速度(由于采用了新型刀具,车削和铣削的切削速度已达到50008000m/min以上;主轴转数可高达10万r/min;、高可靠性(平均无故障运行时间MTBF,当前国外数控装置的MTBF值已达6
2、000小时以上,驱动装置达30000小时以上)、高柔性化(由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术、数字化网络技术,使得机械加工开始向虚拟制造的方向发展。)方向发展,使柔性自动化加工技术水平不断提高。二、数控车削加工的特点:1加工精度高,通用性好。2加工能力强,适于多品种小批量零件的加工。3具有较高的生产率和较低的加工成本。4易于建立计算机通信网络。三、按加工路线的控制方式不同分 1 、点位控制 NC 机床快速空行程的点定位运动。实现一到另一位置的精确移动 特点: (1)移动,定位过程不进行加工。 (2)只能控制终点坐标值,不能进行点间的运动加工,坐标轴之间不需任何联系。(3)为了精确定位,刀
3、具首先快速移动,接近终点时降速。沈阳职业技术学院教案用纸(4)控制系统简单。 机床:数控坐标镗床、钻床、冲床、点焊机、数控弯管机 2 、直线控制 NC 机床 特点:控制刀具或工作台,以适当速度沿平行于某一坐标轴或与坐标轴成 45 度方向作直线加工,不可作任意斜率的直线加工。 典型机床:简易数控车床、数控铣床、数控磨床。3、连续控制 NC 机床(轮廓控制数控机床)特点:( 1 )可同时控制两个或两个以上坐标轴。( 2 )不仅精确控制移动部件(刀具)的起、终点坐标,还可控制加工过程中每一点的坐标,速度,即轨迹的控制。可实现工件轮廓加工,加工任意斜率的直线,圆弧,抛物线或其它函数曲线。 ( 3 )结
4、构复杂,需不断进行插补。 典型机床:常用的 NC 机床 四、按伺服系统的类型分(控制精度的要求不同)1 、开环控制 NC 机床控制系统不带反馈装置、不作误差较正特点:( 1 )结构简单,价格低,方便。 ( 2 )不以移动部件的实际位移量进行控制,忽略步距角误差,意味着且所以精度不高。 应用: 要求不高的中小型、简易经济型 NC 机床。沈阳职业技术学院教案用纸2、 半闭环控制 NC 机床在开环控制数控机床的传动丝杠上装有角位移检测装置,间接检测移动部件的位移。 特点:( 1 )高度较方便,且有良好的稳定性 ( 2 )与闭环控制机床比,价格低,( 3 )忽略齿轮转动误差,精度小闭环控制 NC 机床
5、 。3 、闭环控制 NC 机床在移动部件上直接安装线位移检测装置(直线型检测和旋转型检测),利用指令值与实际值的差值进行控制。特点:( 1 )可实现对移动部件的精确定位,精度高。对机床结构,传动键提出委高要求 ( 2 )安装高度复杂,困难,价格昂贵,维护费高 。五、按控制坐标数的不同分类 数控机床的坐标数目或轴类,指移动部件的联动坐标数目。 1 、两坐标 NC 机床两坐标联动;可加工平面曲线,通过坐标平面变换可加工立体曲面2 、三坐标 NC 机床三坐标联动,空间曲面3 、两个半坐标 NC 机床带有绕某轴旋转的 NC 机床4 、多坐标 NC 机床带有绕某轴旋转的 NC 机床学院教案用纸六、数控机
6、床的基本工作原理和组成数控装置根据输入信号,进行运算和控制处理,然后将处理结果以脉冲信号形式送往机床各个坐标的伺服系统,以预支机床的各运动部件,按规定的加工顺序、速度和位移量进行加工,最后制造出合格的零件。1 控制介质:信息载体,反映了数控加工的全部信息。2数控系统:是机床实现自动加工的核心,主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程控制器(实现切削液供给、停止、刀具的自动交换、工作台的自动交换等。)、各类输入/输出接口等组成。常用的数控系统有日本FANUC、日本三菱、德国SIEMENS、西班牙FAGOR、法国NUM、瑞士力士乐、美国A900,我国华中理工大学华中数控、北京航天数控集团、中国科
7、学院沈阳计算所(蓝天型)、天津三英系统等。3伺服系统:是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。4辅助装置:主要包括自动换刀装置、自动交换工作台机构、夹紧、液压、润滑、排屑、过载和保护装置等。5位置检测装置:位置检测装置通过直接或间接测量将执行部件的实际进给位移检测出来,反馈到数控装置,并与指令位移进行比较,将误差转换放大后控制执行部件的进给运动,以提高系统精度。沈阳职业技术学院教案用纸(1)速度检测元件 主要有直流测速发电机和脉冲编码器等。(2)位置检测元件 6. 反馈系统与检测装置共存,实现对机床的精确控制,减小误差。七、数控车床分类
8、1按机床的功能分类(1)经济型数控车床。经济型数控车床是在卧式车床基础上进行改进设计的,一般采用步进电动机驱动的开环伺服系统,其控制部分通常采用单板机或单片机实现。(2)全功能型数控车床。如配有FANUC-6T系统、FANUC-OTE系统的数控车床都是全功能型的。2按主轴的配置形式分类(1)卧式数控车床。(2)立式数控车床。另外,还有具有两根主轴的车床,称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。3按数控系统控制的轴数分类(1)两轴控制的数控车床。机床上只有一个回转刀架,可实现两坐标控制。(2)四轴控制的数控车床。机床上有两个独立的回转刀架,可实现四轴控制。术学院教案用纸数控车床加工工艺 加工工艺
9、分析方法一、工序划分的原则1工序集中原则2工序分散原则二、常见的几种数控加工工序划分的方法(l)按安装次数划分工序。(2)按加工部位划分工序。(3)按所用刀具划分工序。(4)按粗、精加工划分工序。三、加工顺序安排原则在数控车床加工中,加工路线的确定一般要遵循以下几方面原则:(1)应能保证被加工工件的精度和表面粗糙度。(2)使加工路线最短,减少空行程时间,提高加工效率。(3)尽量简化数值计算的工作量,简化加工程序。 (4)对于某些重复使用的程序,应使用子程序。巧用起刀点大余量毛坯的阶梯切削进给路线沈阳职业技术学院教案用纸四、工件在数控车床上的定位与装夹1完全定位:工件的六个自由度全部被夹具中的定
10、位元件所限制,而在夹具中占有完全确定的惟一位置。2不完全定位:只限制工件的部分自由度,但能满足工序的加工要求的定位。3欠定位:按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。欠定位是不允许的。4过定位:工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位。1工件定位与装夹应遵循以下三点原则:(1)力求设计基准、工艺基准和编程基准统一。(2)尽量减少装夹次数,尽可能在一次定位装夹中完成全部加工面的加工,以减少装夹误差,提高加工表面之间的相互位置精度,充分发挥数控机床的效率。(3)避免使用需要占用数控机床机时的装夹方案,以便充分发挥数控机床的功效。2定位:定位基准有粗基准和精基准两种。3装
11、夹:夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程,同时要保证被加工工件的定位精度,并使装卸尽可能方便、快捷。车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类。 双向进刀的加工路线沈阳职业技术学院教案用纸 总结与思考1数控车削加工工艺如何划分。三爪卡盘软爪四爪卡盘沈阳职业沈阳职业技术学院教案用纸一、刀具的选择(1)整体高速钢刀具整体高速刚刀具外径多小于25mm。常见的有钻头、立铣刀(一般要求PVD涂层)、丝锥及(钻、扩、铰)复合刀具等类型。(2)整体硬质合金刀具整体硬质合金刀具外径多小于10mm,硬质合金焊接刀具外径为1663mm,常见的有钻头、立铣刀、铰刀等类型。(3)超硬材料刀具二、切削参数的选择切削用量包括
12、主轴转速、背吃刀量及进给速度等。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度并充分发挥机床的性能,最大限度地提高生产率,降低成本。(1)主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)的直径来选择。其计算公式为:n1000v( D)式中: v为切削速度,单位为mmin,由刀具的耐用度决定;n为主轴转速,单位为rmin;D为工件直径或刀具直径,单位为mm。(2)背吃刀量ap的确定。加工余量0.20.4mm(3)进给速度的确定。硬质合金车刀粗车时进给量一般取0.30.8 mm/r,精车时常取0.10.3 mm/r,切断时常取0.050.
13、2 mm/r。业技术学院教案用纸四、典型零件数控车削加工工艺总结与思考1数控车削加工工艺参数如何确定。2数控车床常用刀具的种类。沈阳职技课前复习与提问1加工工艺参数如何确定。主轴转速 n1000v( D)模态 G 代码;机床坐标系,工件坐标系;增量编程,绝对值编程,直径编程;工件坐标系设定与坐标系移动的编程方法。数控车床仿真软件(VNUC)界面及坐标系的建立一、双击电脑桌面上的图标进入, 或者从windows的程序菜单中依次展开“legalsoft”- VNUC3.0-网络版-VNUC3.0网络版。网络版用户执行上述操作后会出现如下图1所示窗口,输入用户名和密码后,按登录键:二、进入后,从软件
14、的主菜单里面“选项”中选择 菜单,进入选择机床对话框,选择FANUC0i Mate-TB系统数控车床如图2所示。三、机床操作面板(1)机床回零点(2)安装工件和工艺装夹(3)安装刀具四、建立工件坐标系首先,打开主轴,在控制面板里面选择,进入jog状态,调节和,用试切法对刀,先用一号刀在工件外轮廓表面试切,保证X坐标不动,沿Z轴退刀,如下图。退出后,选主轴停。然后在主菜单里面点击“工具”选项,打开“测量”工具,测量出试切毛坯直径(如72.133)这个直径值,如果把工件坐标系原点定在工件右端面中心,此时的X轴绝对坐标加上试切直径的一半的负值,也就是加上-36.066,结果就是工件坐标系的X轴的机械
15、坐标,点击OFSET SETTING此时出现的下图画面,再选择坐标系 坐标系界面,点击方向键使光标移动到G54位置,把计算出来的工件坐标系的X值输入到机床G54坐标系中的“X”里面(也可在坐标系的界面中点击方向键把光标移到G54的X坐标上在界面下方的 “ ”后输入“72.1330”按测量软键,系统会自动计算出工件坐标系的X轴的机械坐标,而无需自己计算)。 同理再用一号刀平一下端面,平完端面之后,保证Z坐标不动,沿X轴退刀,记下此时的Z坐标输入到机床G54坐标系中的“Z”里面(也可在坐标系的界面中点击方向键把光标移到G54的Z坐标上在界面下方的 “ ”后输入“0.” 按测量软键,系统会自动计算出
16、工件坐标系的Z轴的机械坐标,而无需自己计算)。 其它三把刀都要按照上述方法对刀,点击OFSET SETTING,进入刀补界面,选择补正,依次把每把刀的X、Z方向的偏移值用测量的方法自动测出并反映到系统中。课前提问数控机床的面板包括系统面板和操作面板,请说出2,3个数控系统的品牌。讲授:数控车床面板操作与程序编辑一、数控系统启动、回参先按按钮,再打开按钮,即可启动系统。二、熟知MDI键盘上各种键分类、用途、英文标识。数控面板上常用键可分为以下几类:数字键盘区,方式选择键、功能键、机床操作键等几类。(1)数字键盘区 (2)字母键盘区 三、常用的功能键四、方式选择键按编辑键及PROG即可输入程序;在
17、毛坯刀具选择及对刀完成,程序全部输入到计算机后,按自动及循环启动就可以进行自动加工。五、熟知CRT显示器上显示的各种参数、数据功能及软件的使用。请输入下面这段程序,并试着进行编辑修改,测试一下字符、字段的删除、编辑与修改。O0001;N10 G54;N20 G99;N30 T0101;N40 M03 S400;N50 G00 X6. Z5.;N60 G71 U1. R1.;N70 G71 P80 Q170 U-0.4 W0.1 F0.4N80 G00 G41 X44. Z5. ;N90 G01 W-20. F0.2 ;N100 U-10. W-10.;N110 W-10.;N120 G03 U
18、-14.W-7.R7.;N130 G01 W-10.;N140 G02 U-10. W-5. R5.;N150 G01 Z-80.;N160 U-4. W-2.;N170 G40 X4.;N180 G28;N190 M05;N200 M30;课前提问1加工工艺参数如何确定。主轴转速 n1000 v(D)进给速度 给量一般取0.30.8 mm/r,精车时常取0.10.3 mm/r,切断时常取0.050.2 mm/r。2数控车床常用车刀的种类。讲授:数控车床程序设计基础一、数控机床的坐标系: 1 、坐标轴的命名: 采用右手直角笛卡尔坐标系 XYZ , ABC ,采用右手螺旋定则坐标:坐标轴命名时,
19、可以命名成: XYZ( 工件动 , 刀具静止 ) 编程时 , 一律使用 XYZ2 、坐标轴的确定方法 : (1) Z 轴产生切削力的轴线,远离工件方向为正(2)X 轴位于与工件安装面相平行的水平面内 ,垂直于Z轴(3) Y 轴用右手定则判断 (4) ABC 轴用右手螺旋定则判断 (5)附加坐标: UVW , PQR , DEF二、程序结构程序段;表示完成一定动作、一组操作的全部指令 字:表示完成一定功能的某一具体指令(字母、数字组成)程序段格式各信息代码(字)的排列顺序,涵义的规定表示方法 N G X- Y-Z-F-S-T-M-;其中: N- 表示语句号G- 表示准备功能字(对机床的操作)X、
20、Y、Z-表示尺寸字F- 表示进给功能字(mm/min)S- 表示主轴转数字(r/min)T- 表示刀具功能字M- 表示辅助功能字;- 表示结束练习:N001 G01 X70.0 Y-40.0 F140 S300 M03; 含义: 命令数控机床使用一号刀具以140mm/min 的进给量,主轴正向旋转以转速300r/min加工工件,刀具直线位移至X=70mm,Z=-40mm 处。T功能即: Txx xx刀补号刀具号 如:N1 G50 X100.0 Z175.0;N2 G00 S600 M03;N3 T0304; (3号刀补、4号补偿)N4 G01 Z60.0 F30;N5 T0000; (3号刀补
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