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工信版（中职）数控设备与编程第一章教学课件.ppt

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1、Y CF（中职）数控设备与编程第一章教学课件第一章数控设备基本知识第一节数控机床概述第二节几种基本的传动第三节数控编程基础第四节数控编程的内容与步骤第五节数控系统的基本功能代码第一节数控机床概述一、数控机床的组成数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床来讲，它由信息输入装置、数控装置、伺服系统、机床本体以及辅助装置组成。如图1-1 所示，图中实线部分为开环系统，如果加上虚线部分的测量装置，并反馈到数控装置，就构成厂闭环系统。1.信息输入装置信息输入装置就是将NC 程序代码读入数控装置，它可以是光电阅读机、磁带机或一个下一页返回第一节数控机床概述接口。光电阅读机将

2、穿孔带上的代码信息或磁带阅读机将磁带上的信息读入数控装置。目前一般都采用微处理器数控装置，它有专用接口，可以直接接收外界计算机中的NC 程序代码信息。2.数控装置数控装置是数控机床的控制中心，能对NC 代码信息进行识别、储存和插补运算，并且输出相应的指令脉冲以驭动伺服系统，进而控制机床动作。在计算机数控机床中，由于计算机本身就含有运算器、控制器等单元，因此其数控装置的作用由一台专用计算机来完成。上一页下一页返回第一节数控机床概述 3.伺服系统伺服系统接受来自数控装置的脉冲信号并且转换为机床移动部件的运动，加工出符合图纸要求的零件。因此，伺服系统的性能是决定机床的加工精度、表面质量和生产

3、率的主要因素之一。每个脉冲信号使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量(数控机床常用的脉冲当量为0.001 mm 一0.O1mm)。伺服系统包括驭动装置和执行机构两大部分。目前大都采用直流伺服电机或交流伺服电机作为执行机构，这些电机均带有光电编码器等位置测量元件和测速发电机等速度测量元件。各种执行机构由相应的驭动装置驭动。步进电机驭动只在经济型或简易NC 机床上采用。上一页下一页返回第一节数控机床概述 4.检测反馈装置检测反馈装置是将运动部件的实际位移、速度及当前的环境(温度、摩擦力和切削力等因素的变化)参数加以检测，转变为电信号后反馈给数控装置，通过比较得出实际运动与指令运动的误差。这时

4、发出误差指令，纠正所产生的误差。反馈装置可以有效地改善系统的动态特性，提高零件的加工精度。5.机床本体机床本体是数控机床加工运动的实际执行部件，主要包括主运动部件、进给运动执行部件、工作台、拖板及其部件、床身立柱等支撑部件。对机床本体的要求是:应有足够的刚度、抗振性、热变形小和足够的精度。除上述五个部分外，数控机床还有一些辅助装置和附属设备，如电器、液压、气压系统与冷却、排屑、润滑、照明、储运等装置以及编程机、对刀仪等。上一页下一页返回第一节数控机床概述二、数控机床的分类数控机床的品种规格很多，可以按多种原则进行分类。归纳起来，常用以下4 种方法进行分类。1.按照运动方式分类(1)点

5、位控制数控机床这类机床的加工移动部件只能实现从一个位置到另一个位置的精确移动，在移动途中不进行加工。为了在精确定位基础上有尽可能高的生产率，两相关点之间的移动先是以快速移动接近定位点，然后降速1 一3 级，再慢慢靠近，以保证加工精度。图1-2 是点位控制示意图，主要应用于数控坐标锁床、数控钻床、数控冲床、数控测量机和数控点焊机等。(2)点位直线控制数控机床这类数控机床的加工移动部件不仅要实现从一个位置到上一页下一页返回第一节数控机床概述另一个位置的精确移动，且能实现平行于坐标轴的直线切削加工运动及沿坐标轴呈45 的直线切削加工，但不能沿任意斜率的直线进行切削加工。图1-3 为点位直线控制

6、示意图，主要应用于数控车床、数控锁铣床等。(3)轮廓控制数控机床这类数控机床能够同时控制2-5 个坐标轴联动，加工形状复杂的零件，它不仅控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且控制整个加工过程中每一点的速度与位移量。例如在铣床上进行曲线圆弧切削及复杂曲面切削时，就需要用这种控制方式。图1-4 为轮廓控制示意图，主要应用于数控铣床、数控凸轮磨床。上一页下一页返回第一节数控机床概述 2.按工艺用途分类(1)金属切削类数控机床这类数控机床与传统的普通金属切削机床品种一样，有数控车、铣、销、钻、磨床等。每一种又有很多品种，如数控铣床中还有立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等。切削类数控机床发展最早、种类繁多

7、。在普通数控机床的基础上加装一个刀库(可容纳10 一100 多把刀具)和自动换刀装置，即为加工中心机床，零件在一次装夹后，便可进行铣、销、钻、铰、攻螺纹等多工序加工。上一页下一页返回第一节数控机床概述(2)金属成型数控机床这类数控机床有数控折弯机、数控组合冲床、数控弯管机和数控回转头压力机等。(3)数控特种加工机床这类数控机床有数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控火焰切割机和数控激光切割机床等。此外，在非加工中也大量采用厂数控技术，如数控装配机、多坐标测量机和工业机器人等。图1-5、图1-6、图1-7 是三种数控机床的外形图。上一页下一页返回第一节数控机床概述 3.按数控系统的功能

8、水平分类按数控系统的功能水平可以把数控系统分为高、中、低三档。这种分法没有明确的定义和确切的界限。数控系统(或数控机床)的水平高低由主要技术参数、功能指标和关键部件的功能水平来确定。(1)低档机床也称经济型数控机床。其特点是根据实际的使用要求，合理地简化系统，以降低产品价格。目前，我国把由单片机或单板机与步进电机组成的数控系统和功能简单、价格低的系统称为经济型数控系统。主要用于车床、线切割机床以及旧机床的数控化改造等。上一页下一页返回第一节数控机床概述这类机床的技术指标通常为:脉冲当量0.O1 一0.OO5mm，快进速度4-10m/min 步进电机驭动，用数码管或简单CRT 显示，主C

9、PU 一般为8 位或者16 位。(2)中档数控机床其技术指标常为:脉冲当量0.005-0.001 mm.24m/min，伺服系统为半闭环直流或交流伺服系统，有较齐全的CRT 显示，图形，人机对话，自诊断等，主CPU 一般为16 位或32 位。(3)高档数控机床其技术指标常为:脉冲当量0.001-0.0001 mm，开环快进速度100m/min，伺服系统为闭环的直流或交流伺服系统，C RT 显示除具备中档的功能外，还具有三维图形显示等，CPU 一般为32 位或64 位。上一页下一页返回第一节数控机床概述 4.按控制方式分类(1)开环控制系统就是不带反馈装置的控制系统。通常使用步进电机或功率步

10、进电机作为执行机构，数控装置输出的脉冲通过环形分配器和驭动电路，不断改变供电状态，使步进电机转过相应的步距角，再经过减速齿轮带动丝杠旋转，最后转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数所决定的。图1-8 为典型的开环控制系统框图。上一页下一页返回第一节数控机床概述(2)半闭环控制系统就是在伺服电机输出端或丝杠轴端装有角位移检测装置(如感应同步器或光电编码器等)，通过测量角位移，间接地检测移动部件的直线位移，然后反馈到数控装置中。由于角位移检测装置比直线位移检测装置结构简单，安装方便，因此配有精密滚珠丝杠和齿轮的半闭环系统应用比较广泛。图1-9 为半闭环

11、控制系统框图。上一页下一页返回第一节数控机床概述(3)闭环控制系统就是在数控机床移动部件上直接装有直线位置检测装置，且将测量到的实际位移值反馈到数控装置中，与输入指令的位移值进行比较，用差值进行补偿，使移动部件按实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的确定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与传动链的误差无关;但由于该系统受进给丝杠的拉压刚度、扭转刚度、摩擦阻尼特性和间隙等非线性因素的影响，给测试工作带来很大的困难。若各种参数匹配不适当，会引起系统振荡，造成系统工作不稳定，影响定位精度，所以闭环控制系统安装调试非常复杂，一定程度上限制厂对其更广泛的应用。图1-10

12、为闭环控制系统框图。上一页下一页返回第一节数控机床概述三、数控机床的工作原理在数控机床上加工零件，就是将加工过程所需的各种操作(如主轴转速变速、机床开停、松夹工件、进退刀具、选择刀具、供给冷却液等)步骤，刀具与工件之间的相对位移量都包括在零件数控加工程序中，然后通过传送装置将信息送入专用的或通用的计算机中，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。上一页下一页返回第一节数控机床概述四、数控机床的发展 1.智能化在现代数控系统中，引进了自适应技术。自适应控制(Adaptive Conltol,AC)技术是调节

13、加工过程中所测得的工作状态特性，且能使切削过程达到并且维持最佳状态的技术。在加工过程中，存在如工件毛坯余量不均、材料硬度不一致、刀具磨损、工件变形、机床热变形、化学亲和力、切削液的钻度等大约30 余种变量，它们直接影响加工效果。而自适应控制技术则能根据切削条件的变化，自动调整并保持最佳工作状态，从而达到很高的加工精度、较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。上一页下一页返回第一节数控机床概述 2.高速化(1)选用高速微处理器(2)提高多轴控制水平(3)配置高速、功能强大的可编程序控制器(PLC)3.多功能(1)具有多种监控、检测及补偿功能(2)彩色CRT 图形显示(3

14、)人机对话功能借助(4)自诊断功能现(5)很强的通信功能上一页下一页返回第一节数控机床概述 4.多机控制系统(1)计算机直接数控系统(DNC)(2)柔性制造系统(FMS)图1-11 是一种较典型的FMS 结构枢图。(3)计算机集成制造系统CIMS 计算机集成制造系统CIMS 是通过计算机及其软件，将工厂生产和经营的全部活动(包括市场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造、质量检验及销售经营等)与整个生产过程有关的物料流与信息流实现计算机系统的管理，如图1-12 所示。上一页下一页返回第一节数控机床概述 5.高可靠性(1)提高数控系统的硬件质量(2)模块化、标准

15、化和通用化 6.高精度化(1)采用高精度的脉冲当量从提(2)采用交流数字伺服系统采用(3)前馈控制(4)机床静止摩擦的非线性控制上一页返回第二节几种基本的传动一、齿轮传动副齿轮传动副的原理和特点在机械原理和机械零件课程中已经讲过，本书不再叙述。数控机床的电动机转速较高，而机械系统驭动的工作台的移动速度有时不能太高，变换范围也不能太大，故往往采用齿轮装置将电动机输出轴的高转速低转矩换成为负载轴所要求的低转速高转矩。数控机床要求传动装置有高的传动精度、高的稳定性和响应速度。而在齿轮传动中，由于齿侧间隙的存在，造成进给运动反向时产生反向死区，不能准确执行系统指令，影响机床加工精度。下一页返

16、回第二节几种基本的传动 1.斜齿圆柱齿轮传动中间隙的消除(1)轴向压簧调整法图1-13 中两个薄片齿轮1 和2 是用键滑套在轴5 上，调整螺母4 可调整弹簧3 对齿轮2 的轴向压力。但这种结构轴向尺寸较大，结构不紧凑。它多用于小负载，并要求自动补偿齿隙的传动。(2)轴向垫片调整法图1-14 中宽齿轮同时与两个相同的薄片齿轮啮合，薄片齿轮用平键和轴连接，互相不能相对转动。加工时两齿轮拼装在一起加工，同时在两齿轮之间加入垫片，并保持键槽确定的装配位置。装配时，将垫片厚度减少或增加dt，然后再拧紧螺母，使两齿轮的螺旋线产生错位。齿轮分别与宽齿轮的左右侧面紧贴并消除啮合侧隙。上一页下一页返回第二

17、节几种基本的传动 2.直齿圆柱齿轮传动中间隙的消除(1)双片薄齿轮错齿调整法一对相啮合的圆柱齿轮中，一个齿轮是较宽的宽齿轮，而另一个齿轮是由两个相同齿数和模数的两个薄片齿轮套装在一起组合而成的。在齿轮啮合时，使其中一个薄片齿轮的轮齿左侧(或右侧)工作面和另一个薄片齿轮轮齿右侧(或左侧)工作面，分别与宽齿轮的一个齿沟槽的两侧齿面工作面同时紧密接触，从而达到消除齿轮啮合齿侧间隙的目的。上一页下一页返回第二节几种基本的传动图1-15 为周向拉簧式调整法。图中两薄片齿轮1 和2 各开有圆弧槽，分别装在齿轮1 和2 的凸耳4 上，在拉簧3 的作用下，使两个薄片齿轮错位啮合侧隙。这种方式下弹簧拉

18、力不能调节。槽中弹簧3 两端，从而消除齿轮上一页下一页返回第二节几种基本的传动图1-16 为可调拉簧式调整法。在齿轮2 上装有凸耳7,齿轮1上开有凸耳7 的运动空间，拉簧8 的一端钩在凸耳7 上的调节螺钉5 上，另一端钩在装于齿轮1 上的凸耳4 上，在拉簧的作用下，两齿轮1 和2 发生错位，从而消除齿轮啮合侧隙。此种方式与图1-15 不同的是，弹簧拉力的大小可由螺母6 和调节螺钉5 来调整。(2)偏心套调整法如图1-17 所示，电动机通过偏心套与箱体连接，转动偏心套就能调整两啮合齿轮的中心距，从而消除齿侧间隙。此法调整简单，但只能补偿齿厚误差与中心距误差引起的齿隙，不能补偿偏心误差引起

19、的齿隙，而且齿轮磨损后不能自动消除间隙。上一页下一页返回第二节几种基本的传动(3)采用变齿厚圆柱齿轮传动如图1-18 所示，变齿厚齿轮在轴向厚度稍微变化，通过垫片3 进行轴向相对位置调整可以消除齿隙。3.齿轮齿条传动中间隙的消除如果工作台行程很长(如龙门铣床)，通常采用齿轮齿条来实现进给驭动。当机床额定工作载荷较小时，可采用类似于圆柱齿轮传动中的双薄片齿轮错齿法来消除啮合侧隙;当机床额定载荷较大时，则采用图1-19 所示的结构来消除啮合侧隙。齿轮4 和齿轮5 分别与齿条6 相啮合，且用预紧装置7 在齿轮1 上预加载荷，通过齿轮1 使其左、右相啮合的齿轮2 和3向外伸张，则齿轮4 和5

20、也同时向外伸张，使两个齿轮不同侧齿面与齿条6 上的不同侧齿面啮合接触，从而消除齿侧间隙。上一页下一页返回第二节几种基本的传动 4.圆锥齿轮传动中间隙的消除(1)周向弹簧调整法图1-20 是两个啮合的锥齿轮，其中一个做成大小两片1 和2 在大片上开有周向圆弧槽，在小片2 上制有凸爪6,凸爪6 伸入大片的圆弧槽中，弹簧4 一端顶在凸爪6上，另一端顶在镶块3 上。止动螺钉5 在安装时用，安装完毕就卸去。在弹簧力的作用下，使大片1 和小片2 稍稍错开，达到消除啮合间隙的目的。上一页下一页返回第二节几种基本的传动(2)轴向压簧调整法图1-21 是相互啮合的一对圆锥齿轮，其中一个在轴向压簧作

21、用下，轴向始终保持与被啮合齿轮处于顶紧状态，所以能够消除并补偿齿侧间隙。这种结构用于小负载、并要求自动补偿齿侧间隙的场合。5.蜗轮蜗杆传动中间隙的消除数控机床的进给运动是回转运动时(如数控滚齿机分度工作台等)，其最后的传动执行件大多数采用大降速比的蜗轮蜗杆传动。消除蜗轮蜗杆传动间隙常用如下两种方法。上一页下一页返回第二节几种基本的传动(1)双蜗杆传动用两个蜗杆同时传动一个蜗轮，其中一个蜗杆相对另一个蜗杆转动或产生轴向移动，以实现啮合间隙的调整。但制造成本高，传动效率低，且调整不当时易啃坏齿面。双蜗杆传动中的蜗杆布置:蜗杆可以平行布置也可以垂直布置。图1-22 为平行布置的双蜗杆传动原理

22、图。调整时，可以通过调位联轴器5，单独转动蜗杆3,调整和消除传动问隙;也可通过配置磨垫片，使蜗杆3 轴向移动，消除传动间隙。这种结构通常用于大型数控回车工作台。上一页下一页返回第二节几种基本的传动(2)采用双导程蜗杆传动图1-23 为双导程蜗杆轴向剖面齿形图。它的特点是蜗杆石左齿面轴向节距不等。二、导轨副机床导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定轨道运动。在导轨副中，运动的一方称运动导轨，不动的一方称支承导轨。数控机床常用的导轨有滚动导轨、滑动导轨和静压导轨三种。上一页下一页返回第二节几种基本的传动 1.滑动导轨滑动导轨与滚动导轨相比较，其结构简单，制造方便，刚度好，抗振性高，因

23、此在数控机床上应用也比较广，但存在静摩擦系数大，且动摩擦系数随速度变化而变化，摩擦磨损大，低速(1-60 mm/min)时易呈现爬行现象而降低运动部件的定位精度。为提高滑动导轨的耐磨性和改善低速爬行的摩擦特性，在现代数控机床上，常使用塑料滑动导轨。即用铸铁一塑料、镶钢一塑料滑动导轨代替传统的铸铁一铸铁、铸铁一镶钢导轨。塑料导轨副中短的为动导轨，长的支承导轨为铸铁或钢质。上一页下一页返回第二节几种基本的传动 2.滚动导轨在相配的两导轨面之间放置滚珠、滚针、滚柱等滚动体，使导轨面间的摩擦成为滚动摩擦，这种导轨称滚动导轨。这在数控机床上应用广泛。(1)滚动导轨的特点.摩擦系数小。.运动平稳，

24、定位准确。.磨损小，寿命高。润滑简单上一页下一页返回第二节几种基本的传动(2)滚动导轨的结构形式.滚针导轨:图1-26(a)为滚针导轨结构。其特点是尺寸小，长径比较大，结构紧凑，一般用于导轨尺寸受限制的机床上。.滚珠导轨:图1-26(b),(c)为滚珠导轨结构。特点是导轨接触面小，刚度低，承载能力小。一般适用于运动部件质量不大、切削力不大的机床，如数控磨床、仪器导轨等。.滚柱导轨:图1-27 为滚柱导轨结构。其特点是导轨的刚度及承载能力都比滚珠导轨大，不易引起振动。目前，数控机床应用较多。上一页下一页返回第二节几种基本的传动图1-27(a)结构简单、制造方便，但对安装偏斜反应敏感

25、，支承的轴线与导轨的平行度偏差不大时，也会引起偏斜和侧向滑动。图1-27(b),(c)导轨尺寸紧凑，调节方便，但制造装配麻烦，适用于需要承受偏移力矩的机床上。3.静压导轨静压导轨是在两相对运动的导轨面间开设油腔，通人压力油，使运动部件稍微浮起。工作过程中导轨滑动面上的油腔中的油压能随着外加载荷的变化自动调节，保证厂导轨面问始终处于纯液体摩擦状态。(1)静压导轨的特点.摩擦系数小，约为0.0005，故驱动力和功率大大降低，运动灵敏，不产生低速爬行，上一页下一页返回第二节几种基本的传动位移精度、定位精度高。.两导轨正常工作时不接触，导轨不会磨损，寿命长，精度保持性好。.油膜具有误差均化作

26、用，提高导向精度。.油膜承载能力大，刚度高，吸振性良好。缺点是结构比较复杂，增加厂一套液压设备;对油液纯净度要求高，要求有良好过滤装置;工作调整比较麻烦。目前液体静压导轨主要在大型、重型数控机床上应用较多，中小型数控机床也有应用。上一页下一页返回第二节几种基本的传动(2)分类.开式静压导轨:图1-28 为其工作原理图。液压泵的压力油D0。经节流器压力降为D1 进入导轨的各个油腔内，将动导轨浮起，使动、静导轨之间以一层厚度为h0,，的油膜隔开。当动导轨受到外载荷W 工作时，使动导轨微量下移，导轨间隙由h。降为h(h D1，以平衡负载，使导轨仍在纯液体摩擦下工作。上一页下一页返回第二节

27、几种基本的传动.闭式静压导轨:图1-29 为其工作原理图。闭式静压导轨各方向导轨面上都开有油腔，具有承受各方面载荷和颠覆力距的能力，设油腔各处的压强分别为D1-D6，当受颠覆力矩M 时，D1,D6。处间隙变小，则压力增大，而D3,D4 处间隙变大，压力变小，形成一个与颠覆力距成反向的力矩，从而使导轨保持平衡。上一页下一页返回第二节几种基本的传动三、滚珠丝杠副在数控机床上，将回转运动转换成直线运动一般都采用滚珠L 杠螺母机构。1.滚珠丝杠螺母副的工作原理及特点滚珠丝杠螺母副是在丝杠和螺母上都加工有圆弧形螺旋槽，并放入适当的滚珠，当丝杠相对于螺母旋转时，滚珠沿滚道滚动，由于滚道的导向迫

28、使丝杠相对于螺母产生轴向移动。为防止滚珠沿轨道滚出，在螺母1 和螺旋槽两端设有滚珠的返回装置，使滚珠从螺旋滚道一端a 滚出后，沿滚道回路管道b又重新回到滚道的起始端c，使滚珠循环滚动，如图1-30 所示。滚珠丝杠副具有如下7 个特点。上一页下一页返回第二节几种基本的传动(1)传动灵敏(2)使用寿命长(3)制造工艺复杂(4)传动效率高(5)运动具有可逆性(6)不能自锁滚璐(7)反向定位精度高上一页下一页返回第二节几种基本的传动 2.滚珠丝杠螺母副的结构形式(1)按螺旋滚道法向截面形状分,图1-31 螺旋滚道法向截面形状(2)按滚珠的循环方式分外循环滚珠丝杠螺母副。如图1-32 所示

29、，滚珠在返回过程中经外滚道完成循环运动。又可细分为螺旋槽式和插管式)图1-33(a)为插管式外循环滚珠丝杠螺母副。它是将外接弯管的两端插入与螺母螺旋滚道相切的通孔中，形成滚珠循环通道，孔口设有档珠器，引导滚珠出入通道。这种螺母副结构简单、制造方便，承载能力强，可用于重载传动以及需要精密定位的场合;但弯管突出于螺母外部，外形尺寸较大上一页下一页返回第二节几种基本的传动.图1-33(b)为螺旋槽式。它是在螺母外圆柱面上铣出螺旋槽，槽两端有通孔与螺旋轨道相切，形成滚珠返回通道。这种结构简单、紧凑，但螺母上的回珠螺旋槽与两端回珠通孔的曲率半径小，滚珠的流畅性不够好，不适用于中等载荷和高精度场合。

30、上一页下一页返回第二节几种基本的传动内循环滚珠丝杠副。图1-34 在螺母上开有侧孔，孔内镶有返向器，将相邻两螺旋滚道连接起来，滚珠从螺旋滚道进入反向器，越过螺牙顶进入相邻螺旋滚道，实现循环。通常在螺母内装有2-4 个反向器，称为2-4 列结构。反向器沿螺母圆周等分交错布置。内循环系列只有一圈滚珠，内循环方式螺母的外径尺寸和滑动螺旋副大致相同，滚珠返回通道短，有利于减少滚珠数目，减少摩擦损失，传动效率高。但返向器的回引槽加工要求高，且不利于多头螺旋传动，不适用于重载传动。上一页下一页返回第二节几种基本的传动 3.滚珠丝杠螺母副轴向间隙调整方法滚珠丝杠螺母副的轴向间隙由滚珠与滚道面

31、间原有间隙和负载时滚珠与滚道型面的弹性变形量两部分组成。除了消除原有的间隙外，还要控制弹性变形量，常用以下两类方法。(1)双螺母丝杠消除间隙法它是目前常用的方法，即对双螺母施加预紧力。注意预紧力不宜过大，否则会使空载力矩增大，降低传动效率，增加传动副磨损，缩短使用寿命。上一页下一页返回第二节几种基本的传动.垫片调整法。图1-35 通过调整垫片2 的厚度使螺母产生相对位移，从而消除间隙并产生预应力。这种调整法的特点是可靠性高、刚度好且装却方便，但每次调整时，垫片的厚度须经多次装配试验才能确定。.螺纹调整法。如图1-36 所示，螺母1 的外端有凸缘，螺母7 外端制有螺纹，调整时只要旋动圆螺

32、母6，即可消除轴向间隙并可达到产生预紧力的目的。上一页下一页返回第二节几种基本的传动.齿差调整法。图1-37 将两个螺母的凸缘制成圆柱齿轮，其齿数只相差一个齿，分别与固紧在螺母座两端的内齿圈相啮合。调整时先取下内齿圈，让两个螺母向同一个方向都转过一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量8=(1/z1,-1/z2)t。例如两个圆柱齿轮的齿数分别为:z1=80,z2=81，滚珠丝杠导程t=6 mm,则d=(1/80-1/81)x 6=6/6480=0.001 m m上一页下一页返回第二节几种基本的传动(2)单螺母变导程法图1-38 是将滚珠丝杠螺母副螺母体内的

33、两列循环滚珠链之间的导程增加dL0。的轴向突变，使两列螺母滚道与丝杠滚道在轴向发生错位，从而使滚珠被预紧在滚道内。此法结构简单，不使用双螺母，无须附加预紧装置，尺寸紧凑;但预紧力须预先设定，使用中不能随时调整，通常应用在中等载荷中。上一页返回第三节数控编程基础一、数控编程分类在实际生产中，根据编程的各个阶段的大量工作主要是由人工还是由计算机完成，可以分为手工编程和自动编程(Automatic Programming)两大类。1.自动编程对于一些复杂零件，特别是具有空间曲线、曲面的零件，如叶片、凸轮、复杂模具等，或者零件几何形状虽不复杂但程序量很大的零件，就必须采用计算机辅助编程，即自

34、动编程。下一页返回第三节数控编程基础计算机辅助编程的特点是应用计算机代替人的劳动。编程人员除了完成工艺处理阶段全部或部分工作外，不再参与计算、数据处理、编制零件加工程序号和制作纸带等工作，因此可以大大减轻编程人员的劳动量，减少产生错误的机会，加快编程速度，提高加工精度。目前计算机辅助编程主要根据编程信息的输入和计算机对信息的处理方式的不同，分为语言输入式和图形交互式两类。上一页下一页返回第三节数控编程基础 2.手工编程在编程的全部过程中，包括制订工艺和刀具运动轨迹的计算，编写程序，制备控制介质(穿孔带、磁带、磁盘等)以及程序的校验、修改等，全部或主要由人工初步完成，称做手工编程

35、。手工编程也称为人工编程。其特点是处处离不开人的工作。对于几何形状不太复杂、坐标计算比较简单、加工程序不长的工件，用手工编程就显得经济而及时;对于大型复杂零件，数据多，穿孔时间长，工作量大，且容易出错。因此，手工编程广泛地应用于简单的由直线与圆弧组成的轮廓加工中。上一页下一页返回第三节数控编程基础二、程序格式 1.程序结构加工程序通常由程序开始、程序内容和程序结束等三部分组成。程序开头为程序号，用作加工程序的开始标识。程序号通常由字符“%”及其后的四位数字来表示。程序结束可用辅助功能M02(程序结束)、M30(程序结束，返回起点)等来表示。程序的主要内容由若干个程序段(Block)组

36、成，而程序段是由一个或若干个信息字(Word)组成，每个信息字又是由地址符和数据符字母组成。在程序中能作为指令的最小单位是信息字，仅用地址符或仅用数据符是不能作为指令的。上一页下一页返回第三节数控编程基础 2.程序段格式程序段格式就是指一个程序段中的字、字符按一定顺序特定排列的方式。我国关于程序段格式的标准为JB 3832-85 目前使用最多的程序段格式是字地址程序段格式。这种格式表示的程序每个字之前有地址码用以识别地址。采用这种程序段格式虽然增加了地址读入电路，但编程直观灵活，便于检查，可缩短穿孔带，故应用广泛。上一页下一页返回第三节数控编程基础下面为一个典型的字地址程序段格

37、式:N001 GO1 X60.0 Z 一20.0 F150 5200 TO101 M03 LF 其中，N001 表示第一个程序段;GO 1 表示直线插补;X60.0,Z-20.0 分别表示X,Z 坐标方向的移动量;F,5,T 分别表示进给速度、主轴转速、刀具号;M03 表示主轴按顺时针方向旋转;LF 表示程序段结束。上一页下一页返回第三节数控编程基础三、数控设备的坐标系和运动方向 1.机床坐标系的确定机床的直线运动X,Y 和Z 三个坐标采用右手笛卡儿直角坐标系，如图1-39 所示。坐标轴定义顺序是先确定Z 轴，而后确定X 轴，最后确定Y 轴。上一页下一页返回第三节数控编程基础

38、2.运动方向的确定为了编程的方便和统一，总是假定工件是静止的，而刀具是移动的。图1-40 所示为几种数控机床的标准坐标系，其坐标和运动方向的确定方法如下。(1)Z 坐标轴标准规定数控机床的主轴与机床坐标系的Z轴重合或平行，Z 坐标的正方向规定为增大刀具与工件的距离的方向。如在钻锁加工中，钻入或锁入工件的方向是Z 的负方向。(2)X 坐标轴X 坐标运动是水平的，平行于工件装夹面。对于工件作旋转运动的机床(如车床、磨床等)取平行于横向滑座的方向(工件径向)为刀具运动的X 坐标轴。同样，以刀具远离工件的方向为X 轴的正方向。上一页下一页返回第三节数控编程基础对于刀具作旋转运动的机床(如铣床

39、、锁床、钻床等)，若Z轴为水平时(主轴是卧式的)，沿刀具主轴后端向工件方向看，右方向为X 轴的正方向;若Z 轴为垂直时(主轴是立式的)，面对刀具主轴向立柱方向看，右方向为X 轴的正方向。(3)Y 坐标轴垂直于X 和Z 坐标轴，根据X 和Z 的运动，按照右手笛卡儿坐标系来确定。3.机床的旋转运动A,B 和C 三个旋转轴坐标分别平行于X,Y,Z 坐标轴，按右手螺纹前进的方向取为正向。4.附加坐标轴如果坐标系不只一组时，一般靠近主轴的坐标系称为第一坐标系X,Y,Z，稍远一些的，平行于它们坐标运动的附加坐标称为第二坐标系。例如图1-40(e)锁杆运动为Z 轴，上一页下一页返回第三节数控编程基础

40、立柱运动就为W 轴，而锁头径向刀架运动平行于X 轴，故为U轴。此外还有第三坐标系P,Q，R 四、数控纸带的规格及编码字符加工程序的输入方式可以是手动输入方式(键盘输入)，也可以采用穿孔带输入方式。由于穿孔带具有机械的固定代码孔，不易受环境影响(如电磁干扰等)，便于长期保存和重复使用，且程序的储存量大，所以许多数控机床仍然采用。国内外广泛采用八单位穿孔纸带，纸带的规格按标准化制定，见图1-41 穿孔带的标准有两种:一是国际标准化组织制定的ISO 代码;二是美国电子工业协会制定的EIA 代码。上一页返回第四节数控编程的内容与步骤一、数控编程工艺基础在数控机床上加工零件，编程前首先遇到的是

41、工艺编制问题。在普通机床上加工零件过程中，机床加工的切削用量、走刀路线、工序内的工艺安排等，大都由操作工人自行决定。而数控机床是按照程序进行加工的，因此加工中的所有工序、工步，每道工序的切削用量、走刀路线、加工余量和所用的刀具尺寸、类型等都要预先确定好并编人程序中。为此，要求编程员首先对数控机床的性能、特点和应用、切削规范以及标准刀具系统等非常熟悉。一个合格的编程员，首先应该是个好的工艺员。下一页返回第四节数控编程的内容与步骤 1.数控工艺编制编程是否方便，往往是衡量零件数控工艺性好坏的一个指标。在实际生产中，零件图上的尺寸标注方法对工艺性影响较大。如图1-42，零件的外形、内腔在工件允许

42、的条件下采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少换刀次数。上一页下一页返回第四节数控编程的内容与步骤 2.确定工件装夹方式在数控机床上安装工件与普通机床上一样，应根据六点定位原则来选择定位基准。同时，在数控机床上加工零件，由于工序集中，往往是在一次装夹中完成全部工序。因此，对零件的定位、夹紧方式需要注意以下5 个方面。零件的装夹、定位需要考虑重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。.装却工件要求快速方便，以缩短机床的停机时间，提高生产率。若有条件时，采用高效快速的气、液动夹紧机构，采用多工位多件夹具。上一页下一页返回第四节数控编程的内容与步骤.尽量采用组合夹具、通

43、用夹具，以缩短生产准备周期。当工件批量大、精度要求较高时，可以设计专用夹具。.工件的加工部位应敞开，夹紧机构上各部件不得妨碍走刀、侧量等。.夹紧力应力求通过靠近主要的支承点上或在支承点所组成的三角形内，力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方，以减少零件的变形。近年来，出现厂在数控机床(如数控铣床、立式加工中心机床等)工作台上安装一块平板(见图1-43(a)，与工作台一样大，可并排装夹多个中小工件;有的在卧式加工中心机床分度工作台上安装一块立方基础板(见图1-41(b)，当一面在加工位置进行加工的同时，另三个面可装卸工件。上一页下一页返回第四节数控编程的内容与步骤 3.确定加工路线加工路线是

44、指在加工过程中，刀具运动的轨迹和方向，也称走刀路线。它关系到零件的加工精度和表面粗糙度。加工路线的确定应考虑以下4 点。.尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间，在点位控制的数控机床上应使走刀路线尽量短，如图1-44 所示选择合理的进、退刀位置。尽量避免沿零件轮廊法向切入。如图1-45 所示的平面凸轮零件，铣刀的切入和切出点应沿零件周边的外延，也就是沿零件周边的切线方向切出和切入，以保证零件轮廊光滑。反之，沿法向直接切入，会在切入处留下明显的刀痕。应尽量避免在进给中途停顿，引起接刀痕，如图1-46 所示。上一页下一页返回第四节数控编程的内容与步骤铣削封闭的内轮廊表面时，可采用内延法。如果内

45、部轮廊曲线不允许延伸，刀具只能沿着轮廊曲线的法向切入和切出，此时的切入切出点应尽量选在内轮廊曲线两个几何元素的交点处，如图1-47 所示。图1-48 为加工内槽的三种走刀路线，图1-48(a)和(b)分别是用行切法和环切法加工内槽，两种走刀的共同点是都能切除内腔中全部面积，不留死角，不伤轮廊，同时尽量减少重复走刀的搭接量。但行切法将在每两次走刀的起点与终点间留下残留高度，而先用行切法，最后环切一刀以光整轮廊表面，这样做效果好，如图1-48(c)所示。上一页下一页返回第四节数控编程的内容与步骤.车螺纹走刀的前后要留有切出距离8，和切入距离b 如图1-49 所示。这样可以避免在进给机构的加速和

46、减速阶段进行切削，保证主轴转速和螺距之间的速比关系。上般取d1=(2-5)mm，精度要求高时取大值，反之取小值;d2=(1/3一1/5)d1。4.选择切削刀具数控机床正在向着高速度、大进给、高刚性方向发展，正确选择刀具很重要。它不仅影响加工效率，而且直接影响工件的加工精度。上一页下一页返回第四节数控编程的内容与步骤粗加工内轮廓时，铣刀最大直径D 可按下式计算，如图1-50所示。近几年，在数控加工中开始应用一种叫做波纹立铣刀，的刀具。这种立铣刀的主要特点是:在相同进给量条件下，其切削厚度比普通立铣刀要大些，同时能将窄而长的薄切屑变成厚而短的碎切屑，使排屑流畅，如图1-51 所示。上一页

47、下一页返回第四节数控编程的内容与步骤 5.切削用量选择切削用量包括切削速度、切削深度、进给量，常称为切削用量三要素。对切削力、切削功率、刀具磨损、加工精度和加工成本均有显著影响。(1)切削深度主要根据被加工零件的精度要求和工艺系统的刚度来决定。如果零件精度要求不高(Ra10-80 m)时，在工艺系统刚度允许的情况下，尽量选用大的吃刀深度，提高加工效率。在中等功率机床上，切削深度可达8-10 mm。半精加工(Ral.25-10 N.,m)时，吃刀深度可取0.5-2 mm;精加工(RaO.32-1.25 m)时，吃刀量可取为0.1-0.4 mm。上一页下一页返回第四节数控编程的内容与步骤(

48、2)切削速度V 指主运动的线速度，单位为m/min V=-Dn/1000。式中，D 工件或刀具直径(mm);n 主轴转速(r/mm)。切削速度的高低取决于被加工零件的精度、材料及刀具的材料和刀具的耐用度等因素。上一页下一页返回第四节数控编程的内容与步骤(3)进给量F进给量是根据被加工零件的加工精度和表面粗糙度、刀具和被加工零件的材料等来确定的。一般进给速度F在20-50mm/min 范围内选取，快速行程最大速度可达8-15 m/min 此外，在内轮廓加工中，当零件内部有拐角时刀具容易产生“过切”而导致加工误差，如图1-52 所示。编程时应在接近拐角前适当降低进给速度，过拐角后再逐渐增加速度

49、来保证加工精度。上一页返回第五节数控系统的基本功能代码一、准备功能(G 代码)准备功能也称G 功能(或称G 代码)，它由地址符G 和其后两位数字(00-99)组成。用于指定定位方式、插补方式、平面选择，指定加工螺纹、攻丝、各种固定循环及刀具补偿等功能。表1-3 为准备功能G 指令。二、辅助功能M 辅助功能也称M 功能，由地址符和其后两位数字组成，用于指定主轴转向、启停、系统切削液的开与关，工件或刀具的夹紧与松开，程序停止或纸带结束等。表1-4 为辅助功能M 指令。下一页返回第五节数控系统的基本功能代码三、主轴功能S 主轴功能也称主轴转速功能(即S 功能)，它由地址符S 和其后的数字组成

50、，用于指定主轴的转速，单位是r/min。它与进给功能字F一样，其数据采用直接指定法也可采用三位、二位、一位数字代码法。数字的意义、分挡办法及对照表与进给功能字通用，只是单位改为r/min 四、刀具功能(T 机能)刀具功能也称T 机能，它是用于指定刀具号和刀具补偿值。地址符T 后面跟两位数字，代表刀具的编号。上一页下一页返回第五节数控系统的基本功能代码五、进给功能F 进给功能也称F机能，它由地址符F和其后的数字组成，用于指定刀具相对于工件运动的速度，其单位一般为mm/min。但在车螺纹、攻丝或套扣等加工中，由于进给速度与主轴转速有关，可用F直接指定导程。F后的数据，具体有以下两种指定方法。

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