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1、数 控 技 术Numerical Control TechniqueNumerical Control Technique机电工程系：刘丽娟 第1章数控加工工艺与编程复习：复习：1.什么叫数控？什么叫计什么叫数控？什么叫计算机数控？算机数控？2.数控机床由哪几部分组数控机床由哪几部分组成？各组成部分的功能成？各组成部分的功能是什么？是什么？本章学习内容本章学习内容第1章数控加工工艺与编程插补原理（学会插补计算过程）插补原理（学会插补计算过程）数控编程基础（了解坐标系，刀具）数控编程基础（了解坐标系，刀具）数控车，铣工艺与编程数控车，铣工艺与编程(编程编程)1.插补概念插补概念在数控加工中，一般
2、已知在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程和进给速度程和进给速度，如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢？如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢？第1章数控加工工艺与编程 第1章数控加工工艺与编程为什么为什么数控机床能加工出曲线？数控机床能加工出曲线？怎样把怎样把单个的坐标运动组合成理想曲线呢？单个的坐标运动组合成理想曲线呢？这就是插补所要解决的问题！这就是插补所要解决的问题！插补插补是一种是一种运算程序运算程序，经过运算经过运算，判断出每一判断出每一步怎样进给误差更小？应同时向一个、还是几步怎样进给误差更小？应同时向一个、还是几个坐标轴进
3、给？进多少？个坐标轴进给？进多少？1、插补原理机床实际加工中，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成，实际应用中，常常采用一小段直线或圆弧去逼近（拟合），实现这些操作就需要插补运算。1.1插补概念插补：数控装置依据编程时有限数据，按照一定计算方法，用基本线型（直线、圆弧等）拟合出需要轮廓的轨迹，边计算边根据结果向各坐标轴进行脉冲分配，从而满足加工要求的过程。一般情况下是已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和轨迹的曲线方程，要求CNC生成能拟合轨迹曲线方程的一系列中间离散点，再用小线段或圆弧去拟合出轨迹曲线，这些中间离散点即拟合线段的交点或切点称为节点。第1章数控加工工艺与编程 1、插补原理
4、机床实际加工中，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成，实际应用中，常常采用一小段直线或圆弧去逼近（拟合），实现这些操作就需要插补运算。1.1插补概念插补：数控装置依据编程时有限数据，按照一定计算方法，用基本线型（直线、圆弧等）拟合出需要轮廓的轨迹，边计算边根据结果向各坐标轴进行脉冲分配，从而满足加工要求的过程。一般情况下是已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和轨迹的曲线方程，要求CNC生成能拟合轨迹曲线方程的一系列中间离散点，再用小线段或圆弧去拟合出轨迹曲线，这些中间离散点即拟合线段的交点或切点称为节点。第1章数控加工工艺与编程 为什么称为插补？节点的坐标值需要实时地计算出来，这就需要通
5、过数控系统的计算“插入中间点、补上中间拟合线段”，这也是为何成为“插补”的原因。插补过程插补过程是几个独立的坐标协调运动组合成所需要的轮廓曲线过程。其组合方法可以是坐标的简单运动组合，或者是分段协调成的简单曲线如直线和圆弧来近似组合复杂曲线的组合。因此，插补就是让刀具沿规定规定轨迹运动的一种方法。第1章数控加工工艺与编程插补分类：数字增量插补脉冲插补 逐点比较法 数字积分法 第1章数控加工工艺与编程插补开始偏差判别终点判别坐标进给偏差计算插补结束Y 偏差判别：判别偏差符号，确定加工点相对于待加工轨迹的相对偏差判别：判别偏差符号，确定加工点相对于待加工轨迹的相对位置，比如说是直线的上方还是下方，
6、是圆弧的里边还是外边，并位置，比如说是直线的上方还是下方，是圆弧的里边还是外边，并由偏差的符号决定下一步插补坐标进给的方向。由偏差的符号决定下一步插补坐标进给的方向。坐标进给：控制工作台沿某个坐标进给一步，缩小偏差，趋近规坐标进给：控制工作台沿某个坐标进给一步，缩小偏差，趋近规定图形。定图形。偏差计算偏差计算:计算新的加工点对规定图形的偏差，作为下一步判别计算新的加工点对规定图形的偏差，作为下一步判别的依据。的依据。终点判断：根据这一步进给结果，判定终点是否达到。如果未到终点判断：根据这一步进给结果，判定终点是否达到。如果未到终点，继续插补；如果已到终点就停止插补。终点，继续插补；如果已到终点
7、就停止插补。第1章数控加工工艺与编程 第1章数控加工工艺与编程 第1章数控加工工艺与编程 第1章数控加工工艺与编程 第1章数控加工工艺与编程 逐点比较法直线插补程序流程图 逐点比较法圆弧插补 第1章数控加工工艺与编程 第1章数控加工工艺与编程 第1章数控加工工艺与编程2.1 数控编程 数控编程概念：把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能，按照数控系统规定的指令代码及程序格式编写成加工程序，再把这一程序中的内容输入到数控机床的数控系统，从而中指挥机床加工零件。这种从零件分析到形成数控加工程序的全部过程。数控编程的内容与步骤分析零件图样、进行工艺处理和数值计算
8、、编写零件加工程序、校对程序及首件试切。数控编程方法手工编程计算机辅助编程 第1章数控加工工艺与编程2.2数控机床坐标系（1）坐标轴命名 采用右手直角笛卡尔坐标系大拇指（X方向）中指（Y方向）食指（Z方向）；拇指指向为正方向；A，B，C分别表示X,Y,Z坐标轴的旋转，根据右手螺旋定则，判断方向。机床坐标系是机床固有的，用来明确机床坐标轴和运动方向 第1章数控加工工艺与编程（2）运动方向的确定Z轴，与主轴轴线平行的坐标轴，增大工件与刀具之间的距离 X轴，平行于工件的表面，Y轴，根据X，Y方向，按照右手笛卡尔坐标系来确定旋转运动坐标A,B,C附加坐标机床坐标系的原点(3)工件坐标系用来计算加工工件
9、的坐标数控车：通常选在工件右端（左端）轴心处数控铣：进刀方向一侧工件外轮廓表面的某个角或对称中心上 第1章数控加工工艺与编程（4）绝对坐标与相对坐标 绝对：以0为基准 相对：以某一点为基准 第1章数控加工工艺与编程2.3数控加工程序与指令代码 加工程序格式举例：O0023程序号（标题）N10T0101;N20S800M03;N30G00X31Z0;程序内容（正文）N40G01X32Z0;N100M03;程序结束（结束）注：1.程序号=字母（O，%，P）+数字（4位十进制数）2.每个程序段表示机床的一个动作 第1章数控加工工艺与编程2.3数控加工程序与指令代码 程序段格式N_ G_ X_ Y_
10、Z_ I_ J_ K_ F_ S_ T_ MN:顺序号字，位于程序段之首，；G：准备功能字，又称为G指令，用来规定刀具和工件的相对X-K：尺寸字，用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。F：进给功能字，用于指定切削的进给速度。S：主轴转速功能字，用于控制主轴转速。T：刀具功能字，用于指定加工时所用刀具的编号。M：辅助功能字，用于指定数控机床辅助装置的开关动作。第1章数控加工工艺与编程 指令代码准备功能G代码：指定机床加工方式，为插补运算、刀补运算、固定循环等做好准备。非模态代码：指令只能在指定的程序段执行中才起作用模态代码:指令一旦出现便一直保持有效辅助功能指令：控制机床的各种开关 第1章数控加
11、工工艺与编程 2.2数控车削加工工艺与编程图片认识立式 卧式数控车床 加工中心 第1章数控加工工艺与编程 数控车削刀具材料：硬硬质质合金合金、高速钢、分类：圆表面切削工具：外圆车刀，内圆车刀，螺纹车刀，切槽车刀端面切削刀具：切断刀具中心孔加工刀具：中心孔钻头，镗刀，丝锥 第1章数控加工工艺与编程 数控车削常用工具图片欣赏 第1章数控加工工艺与编程 数控车削常用工具 车削外圆：外圆车刀车削内孔：扩大工件的孔 加工空心工件的内表面车削端面：45度偏刀 90度偏刀 车削螺纹：刀片形状刀片形状 第1章数控技术概论刀具刀具头头部形状部形状 2.2.加工工序加工工序 第1章数控技术概论调头调头加工的加工的
12、轴类轴类零件零件 手柄加工示意手柄加工示意图图1.尽量一次装夹完成大部分甚至全部表面的加工2.以一个完整数控程序连续加工的内容为一道工序3.以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序4.以粗，精加工划分工序装夹：数控车床采用液压高动力卡盘 2.2.进给进给路路线线的确定的确定 第1章数控技术概论最短的切削进给路线：图c采用矩形循环进给路线的进给长度最短，在同等条件下，其切削时间最短，刀具的损耗最小，但精车余量不均匀，所以当精度要求高时，在精车前最好沿着工件轮廓半精车一刀。2.2.切削用量的切削用量的选择选择 第1章数控技术概论（1 1）背吃刀量的确定）背吃刀量的确定 （2 2）主）主轴转轴
13、转速的确定速的确定（3 3）进给进给速度的确定速度的确定 2.2.加工工序加工工序 第1章数控技术概论调头调头加工的加工的轴类轴类零件零件 手柄加工示意手柄加工示意图图1.尽量一次装夹完成大部分甚至全部表面的加工2.以一个完整数控程序连续加工的内容为一道工序3.以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序4.以粗，精加工划分工序装夹：数控车床采用液压高动力卡盘 第1章数控技术概论图1.3点位直线控制切削加工2.点位直线控制数控机床除了控制点到点的准确位置之外，还要保证两点之间移动的轨迹是直线，而且对移动的速度也要进行控制。但不能加工任意的直线，如阶梯车削的数控车床，磨削加工的数控磨床 第1章
14、数控技术概论3.轮廓控制数控机床对2个或2 个以上坐标轴进行控制，能加工曲线和曲面，在加工过程中，需不断地进行插补运算及相应的速度和位移控制。如普通数控车床、数控铣床。工件刀具图1.4轮廓控制数控机床的加工示意图 按伺服控制方式分按伺服控制方式分类类 第1章数控技术概论1.开环控制数控机床：这类数控机床不带位置检测反馈装置，伺服电机一般采用步进电机，加工精度不是很高但控制方便。减速器数控装置控制电路步进电机工作台输入图1.5开环控制系统框图 第1章数控技术概论2.闭环控制数控机床：该类机床有位置反馈装置和位置比较电路，位置反馈检测装置安装在工作台导轨上，实时检测机床工作台的实际位置，并能把检测
15、得到的位置信息反馈回CNC，CNC再将程序指定的理论位置与实际位置进行比较，实现了机床闭环控制工作。该类机床加工精度高，机床考虑了丝杠等的影响，外稳定性较差，调试不方便。数控装置控制电路伺服电机工作台输入图1.6闭环控制系统框图位置检测元件速度检测元件速度反馈位置反馈 第1章数控技术概论3.半闭环控制数控机床：该类机床的位置反馈检测装置一般装在伺服电机上，通过实时监测伺服电机的转速和转数来间接反映机床的位置信息，并反馈到CNC中，因此称为半闭环，机床把丝杠等的影响考虑在反馈之外，因此，稳定性较好，调试较方便。数控装置控制电路伺服电机工作台输入图1.7半闭环控制系统框图速度检测元件速度反馈位置反馈转角检测元件