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1、七、八章 数控机床一、数控机床的组成输入装置输出装置计算机数控装置PLC主轴控制单元主轴机床伺服电机速度控制单元工作台位置检测反馈装置项目一 数控机床基本组成 二、数控机床工作过程加工准备阶段机床调整阶段程序调试阶段试切加工阶段正式加工阶段检 测 数控机床 一）数控机床坐标系的作用 描述机床的运动，产生数据信息。二）数控机床坐标系确定的依据JB3051-8（ISO841） 为简化程序编制，保证数据的互换性。三、数控机床坐标系 数控机床 三）数控机床坐标系的确定方法 1.假定刀具相对于固定的 工件运动 数控机床 2.采用右手笛卡儿坐标系直线坐标 X Y Z旋转坐标 A B C附加坐标 U V W
2、 数控机床 3.确定顺序：ZXY Z轴在主轴方向，X轴平行于工件的装夹平面，一般取水平位置，根据右手直角坐标系的规定，确定了X和Z坐标轴的方向，自然能确定Y轴的方向。 4.增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向 数控机床 卧式数控车床坐标系-X+Z 数控机床 立式数控铣床坐标系+Z+X+Y 数控机床 数控机床四）四） 数控机床的两种坐标系数控机床的两种坐标系机床坐标系和工件坐标系，工件坐标系又称为编程坐标系。. 机床坐标系机床坐标系机床坐标系XYZ是生产厂家在机床上设定的坐标系，其原点是机床上的一个固定点，作为数控机床运动部件的运动参考点。2. 工件坐标系工件坐标系设定工件坐标系的目的是为
3、了编程方便。设置工件坐标系原点的原则尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上，工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。 项目二 数控系统 一、数控系统的组成与作用 1.组成 CNC系统由输入输出设备、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。2.作用 接受信息计算处理发出控制命令 数控机床 二、数控系统工作过程 数控机床 三、常见数控系统 SIEMENSFANUC 数控机床 华中HNC 数控机床一、一、 刀具半径补偿刀具半径补偿1.1.刀具半径补偿的基本概念刀具半径补偿的基本概念数控加工中，是按零件轮廓进行编程的。由于刀具总有一定的半径(如铣刀半径、铜
4、丝的半径)，刀具中心运动的轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，而是偏移轮廓一个刀具半径值。这种偏移称为刀具半径补偿。2. B2. B功能刀具半径补偿计算功能刀具半径补偿计算B功能刀具半径补偿计算：根据零件尺寸和刀具半径值计算直线或圆弧的起点和终点的刀具中心值，以及圆弧刀补后刀具中心轨迹的圆弧半径值。刀具半径矢量：在加工过程中始终垂直于编程轨迹，大小等于刀具半径，方向指向刀具中心的矢量。 数控机床项目三 刀具补偿 3. C3. C功能刀具半径补偿计算功能刀具半径补偿计算（1）C功能刀具半径补偿的基本思想 C刀补工作过程：刀补开始后，先将第一程序段读入BS，算得此程编轨迹并送到CS暂存后，又将第二
5、段程序读入BS，算出第二段程编轨迹。对两段程编轨迹的连接方式进行判别，根据判别结果，再对CS中的第一段程编轨迹作相应的修正。修正结束后，顺序地将修正后的第一段程编轨迹由CS送AS，第二段程编轨迹由BS送人CS。随后，由CPU将AS中的内容送到OS进行插补运算，运算结果送到伺服装置予以执行。 数控机床(2). 程编轨迹转接类型如图根据角度在四个象限的不同，有以下三种转接类型：）直线与直线转接）圆弧与圆弧转接）直线与圆弧转接数控装置的插补原理与刀具补偿数控装置的插补原理与刀具补偿二、二、 刀具长度补偿刀具长度补偿数控编程的步骤 数控车削编程项目四项目四 数控车床编程数控车床编程一、一、 数控车床编
6、程基础数控车床编程基础1. 米制与英制编程米制与英制编程G20 英制，G21 米制（默认）。2. 直径与半径编程直径与半径编程1) 直径编程把X坐标值表示为回转零件的直径值，称为直径编程。由于图纸上都用直径表示零件的回转尺寸，用此种方法编程，X坐标值与回转零件直径尺寸保持一致，不需要尺寸换算，比较方便。2) 半径编程把X坐标值表示为回转零件的半径值，称为半径编程。这种表示方法符合直角坐标系的表示方法。3. 车床的前置刀架与后置刀架车床的前置刀架与后置刀架数控车床刀架布置有两种形式:(如图4-1所示)前置刀架位于Z轴的前面，与传统卧式车床刀架的布置形式一样，刀架导轨为水平导轨，使用四工位电动刀架
7、。 数控车削编程后置刀架位于Z轴的后面，刀架的导轨与正平面倾斜，便于观察刀具的切削过程、切屑容易排除、后置空间大，可以设计更多工位的刀架，一般全功能的数控车床都设计为后置刀架。图4-1 车床的前置刀架与后置刀架 4. M指令功能有效性指令功能有效性 M指令功能有效性指在同一程序段中M指令 功能与其它指令功能有效的顺序，与指令在 程序段中排列次序无关。有的M指令功能在 其它指令功能执行前有效，如M03与G01指 令；有的M指令功能在其它指令功能执行后 有效，如G00与M02指令。5. 数控机床的初始状态数控机床的初始状态 数控机床的初始状态指数控机床通电后 具有的状态，也称为数控系统内部的默认状
8、态，一般设定绝对坐标方式编程、 使用米制、取消刀具补偿、主轴和切削液泵停止等状态。二、二、 F、S、T指令功能指令功能1. 进给量指令进给量指令 指令格式F_ 指令功能F表示进给地址符。 指令说明 F表示主轴每转进给量，单位为mm/r；也可以表示进给速度，单位为 mm/min。可通过G指令设定。 数控车削编程2. 主轴转速指令主轴转速指令指令格式 S_ 指令功能 S表示主轴转速地址符，指令说明S表示主轴转速，单位为r/min；也可以表示切削速度，单位为m/min。其量纲通过G指令设定。 3. 刀具号指令刀具号指令指令格式 T_指令功能T表示刀具地址符，前两位数表示刀具号。通过刀具补偿号调用刀具
9、数据库内刀具补偿参数。三、三、 G指令应用指令应用1. 设定工件坐标系指令（设定工件坐标系指令（92） 指令格式G92X_ Z_ 指令功能通过设置刀具起点或换刀点的位置设定工件坐标系原点。 指令说明G92后面的坐标值表示刀具起点或换刀点在工件坐标系中的坐标值。 在编写加工程序时，将工件坐标系的原点设定在工件的设计基准与工艺基准处，工件坐标系又称编程坐标系，其坐标系原点又称编程原点或编程零点。见图4-2 中的 0p点，这样对编写程序带来很大的方便。 G92指令的功能通过设置刀具起点或换刀点相对于工件坐标系的坐标值来建立工件坐标系，这里的刀具起点或换刀点是指车刀或镗刀的刀尖位置。设置换刀点的原则：
10、既要保证换刀时刀具不碰撞工件，又要保证换刀时的辅助时间最短。 如图4-2所示，设定换刀点距工件坐标系原点在Z轴方向距离为B，在X轴方向距 数控车削编程离为A （直径），执行G92 XA ZB后，在系统内部建立了以0p为原点的工件坐标系。图4-2刀具起点设置(工件坐标系)图4-3设置工件坐标系 设置工件坐标系时，刀具起点位置可以不变，通过G92指令的设定，把工件坐标系原点设在所需要的工件位置上，如图4-3所示。工件坐标系原点设定在工件左端面位置： G92 X200 Z210工件坐标系原点设定在工件右端面位置： G92 X200 Z100工件坐标系原点设定在卡爪前端面位置： G92 X200 Z1
11、90 显然，当G92指令中相对坐标值A、B不同或改变刀具的刀具起点位置，所设定工件坐标系原点的位置也发生变化。有的数控系统用G54G59指令确定工件坐标系XpOpZp相对机床坐标系XOZ的位置，以此方法建立工件坐标系，指令中X、Z表示工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。例题例题4-1 设Op点为工件坐标系原点，Op点在机床坐标系中的坐标值为（0,150），用G54指令设置工件坐标系。G54X0Z150 数控车削编程2. 快速进给指令（快速进给指令（G00） 指令格式G00X（U）_ Z（W）_ 指令功能G00指令表示刀具以机床给定的快速进给速度移动到目标点，又称为点定位指令。 指令说明采用绝
12、对坐标编程，X、Z表示目标点在工件坐标系中的坐标值；采用增量坐标编程，U、W表示目标点相对当前点的移动距离与方向。例题例题4-2 如图4-4所示，刀具从换刀点（刀具起点）快进到点，试分别用绝对坐标方式和增量坐标方式编写G00程序段。 绝对坐标编程： G00 X40 Z122 增量坐标编程： G00 U-60 W-803. 直线插补指令（直线插补指令（G01） 指令格式G01X（U）_ Z（W）_ F_ 指令功能 G01指令使刀具以设定的进给速度从所在点出发，直线插补至目标点。 指令说明 采用绝对坐标编程，X、Z表示目标点在工件坐标系中的坐标位置；采用增量坐标编程U、 W表示目标点相对当前点的移
13、动距离与方向，其中F表示进给速度，在无新的F指令替代前一直有效。例题例题4-3 如图4-5所示，设零件各表面已完成粗加工，试分别用绝对坐标方式和增量坐标方式编写G00，G01程序段。图4-4快速定位 数控车削编程图4-5直线插补绝对坐标编程： 增量坐标编程：G00 X18 Z2 ; A-B G00 U-62 W-58 ; A - BG01 X18 Z-15 F50; B-C G01 -17 50 ; -G01 X30 Z-26 ; C-D G01 U12 W-11 ; -G01 X30 Z-36 ; D-E G01 W-10 ; -G01 X42 Z-36 ; E-F G01 U12 ; -4
14、. 圆弧插补指令（圆弧插补指令（G02，G03）指令格式 G02X（U）_ Z（W）I_ K_ (R) F_ G03X（U）_ Z（W）I_ K_ (R) F_指令功能 G02、G03表示刀具以进给速度从圆弧起点向圆弧终点进行顺、逆圆弧插补。指令说明 1）G02 顺圆插补，G03 逆圆插补。圆弧的顺、逆方向判断见图4-6左图，沿与圆弧所在平面垂直的坐标轴的负方向看，顺时针G02，逆时针G03，图4-6右图分别表示了车床前置刀架和后置刀架对圆弧顺与逆方向的判断； 2）如图4-7，用绝对坐标编程，X、Z为圆弧终点坐标值；用增量坐标编程，U、W为圆弧终点相对起点的坐标增量，R是圆弧半径，当圆弧所对圆
15、心角图4-6 圆弧的顺逆方向为0180时，取正值；当圆心角为180360时，R取负值。I、K为 圆心在X、Z轴方向上相对圆弧起点的坐标增量（用半径值表示），I、K为零时可以省略。 数控车削编程图4-7圆弧插补例题例题4-4 如图4-8所示，走刀路线为A-B-C-D-E-F，试分别用绝对坐标方式和增量坐标方式编程。图4-8 圆弧插补应用绝对坐标编程G03 X34 Z-4 K-4（或R4）F50; A-BG01 Z-20 ; B-CG02 Z-40 R20 ; C-DG01 Z-58 ; D-EG02 X50 Z-66 I8（或R8） ; E-F增量坐标编程G03 U8 W-4 k-4（或4）50
16、 ; A-BG01 W-16 ; B-CG02 W-20 R20 ; C-D G01 W-18 ; D-E G02 U16 W-8 I8（或R8）; E-F 数控铣床编程项目五项目五 数控铣床编程数控铣床编程一、数控铣床编程基础一、数控铣床编程基础1. 数控铣床的主要功能数控铣床的主要功能1）点位控制主要用于孔加工，如钻孔、扩孔、铰孔和镗孔等。2）连续控制用直线插补、圆弧插补或复杂的曲线插补运动，铣削平面和曲面。3）刀具半径补偿刀具半径补偿功能使数控系统自动计算刀具中心轨迹，使刀具中心偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出符合图纸要求的轮廓。利用刀具半径补偿的功能，改变刀具半径补偿量，还可以补偿刀具磨损量和加工误差，实现对工件的粗加工和精加工。4）刀具长度补偿改变刀具长度的补偿量，可以补偿刀具换刀后的长度偏差值，还可以改变切削加工的平面位置，控制刀具的轴向定位精度。5）固定循环加工固定循环加工指令简化加工程序，减少编程工作量。6）子程序把加工工件形状相同或相似部分写成子程序，由主程序调用，简化程序结构。引用子程序的功能使加工程序模块化，便于加工调试，优化加工工艺。7）特殊功能在数控铣床
