《数控车床编程与操作》校本教材案例.docx

数控车床编程与操作校本教材案例工程一数控车床的基础知任务一数控车床的认知乡 学习目标1 .掌握数控车床的基本组成.了解数控车床的分类2 . 了解数控车床的结构特点和加工特点 %任务描述数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一,主要用于加工轴类零件、 盘类零件等回转体零件的自动切削加工。与普通机床相比，数控车床的加工高精度高，生产效率高，并且适合加 工形状复杂的回转体零件，所以，近年来已经成为零件加工领域必不可少的 加工设备。为了更好地使用和操作数控车床，我们必须了解数控车床的基本 组成及其结构关系，熟悉数控车床的特点及分类。S9 知识链接一、数控技术与数控车床 数控机床数控机床是利用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的机床， 或者说是装备了数控系统的机床。它将加工过程所需的各种操作（如主轴变 速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液等）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质将数字信息送入数控装置, 数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺 服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。数控机床的诞生 与开展，有效地解决了一系列生产上的矛盾，为单件、小批量精密复杂工件 的加工提供了自动化加工手段。二、数控机床的组成数控机床主要由输入装置、数控装置、伺服机构、辅助控制装置、检测 装置和机床本体组成（如图1-1）。轴冷却系统照明系统刀架溜 .板床 身防 护 门数控车床.输入装置输入装置是指编程人员将零件加工信息传送到数控装置中的程序载体。控制介质有多种形式，常用的有磁盘、移动硬盘、Flash （U盘）等，在某些数 控（CNC）设备上，利用CAD/CAM软件先在计算机上编程，然后通过计算机 与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置，也可以通过数控机床 操作面板上的键盘，用手工将工件加工程序输入到数控装置。1 .数控装置数控装置是数控机床的核心。它根据输入的数据，完成数值计算、逻辑 判断、输入输出控制等。数控装置一般由专用（或通用）计算机、输入输出接 口板及可编程序控制器(PLC)等组成。可编程序控制器主要用于对数控机床辅 助功能、主轴转速功能和刀具功能的控制。2 .伺服系统伺服系统是数控机床的执行机构，由驱动装置和执行部件(如伺服电动机) 两大局部组成，包括主轴伺服单元、进给伺服单元、机床控制线路、功率放 大线路及驱动装置，它接受数控装置发来的各种动作命令，驱动数控机床传 动系统的运动。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床的加工精度、外表 质量和生产率的重要因素之一。目前数控机床的伺服机构中，常用的位移执 行机构有功率步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。3 .辅助控制装置辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装 置。它接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择和交换、辅助动作等指令 信息，经过必要的编译、逻辑判断、功率放大后，直接驱动相应的电气、液 压和机械部件，以完成各种规定的动作。止匕外，有些开关信号经过它送到数 控装置进行处理。由于可编程控制器(PLC)具有响应快、性能可靠、易于使用、 编程和修改程序，并可直接驱动机床电气等特点，现已广泛用作数控机床的 辅助控制装置。4 .检测反应装置检测反应装置将数控机床各个坐标轴的实际位移量、速度参数检测出来， 转换成电信号，并反应到机床的数控装置中。数控装置将反应回来的实际位 移量、速度值与指令设定值进行比拟，判断是否一致，并发出相应的指令， 控制伺服机构按指令设定值运动，纠正所产生的误差。检测反应装置安装在 数控机床的工作台或丝杠上。检测装置的检测元件有多种，常用的有直线光 栅、光电编码器、圆光栅、绝对编码尺等。5 .机床本体机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械局部。包括主传动系统、进给系统以及辅助装置等。对于数控加工中心，还有存放刀 具的刀库、自动换刀装置(ATC)和自动托盘交换装置等。与传统的机床相比, 数控机床的结构强度、刚度和抗振性，传动系统和刀具系统的部件结构，操 作机构等方面都发生了很大的变化，其目的是为了满足数控技术的要求和充 分发挥数控机床的效能。键盘PLC 电柜图1-2数控机床的组成示意图三、数控机床的工作原理 数控机床的加工步骤如下.确定被加工零件的图样与工艺方案。1 .用规定的代码和程序段格式编写出加工程序。2 .将所编写加工程序指令输入到机床数控装置中。3 .数控装置对程序(代码)进行处理之后，向机床各个坐标的伺服驱动机 构和辅助控制装置发出控制信号，显示刀具加工路径。4 .伺服机构接到执行信号指令后，驱动机床的各个运动部件，并控制所 需的辅助动作。5 .机床自动加工出合格的零件。数控机床加工零件的工作过程如下列图。编写零件的加工程序零件工艺分析(确定零件的加工要素)NC机床图1-3数控机床加工零件的工作过程四、数控车床的分类1.按主轴的布置形式分类(1)卧式数控车床卧式数控车床主轴轴线是水平布置的。(2)立式数控车床立式数控车床主轴轴线是垂直布置的。图1-4卧式数控车床图1-5立式数控车床2.按照数控系统的功能分类(1)经济型数控车床数控机床的一种，又称简易数控机床。经济型数控车床采用步进电动机 和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，本钱较 低，但自动化程度和功能都比拟差，车削加工精度也不高，适用于要求不高 的回转类零件的车削加工。(2)全功能数控车床全功能型数控车床：是根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备 通用数控系统而形成的数控车床，其数控系统功能强大，自动化程度和加工 精度也比拟高一般重复定位精度都可以到达0. 005或更高，适用于一般回转 类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。 是如今使用比拟广泛的数控车床。(3)车削中心车削加工中心在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级 的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、 Z)、(X、C)或(Z、C)o由于增加了 C轴和铳削动力头，这种数控车床的加工 功能大大增强，除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铳削、曲面铳削、 中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工，三、按车床刀架数量分类1 .单刀架数控车床单刀架数控车床数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧 动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。2 .双刀架数控车床双刀架数控车床这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。四、机床按控制方式分类.开环控制数控机床开环控制系统的特征是系统中没有检测反应装置，指令信息单方向传送, 并且指令发出后，不再反应回来，故称开环控制。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。但由于开环控制结构简单，调试方便，容易维 修，本钱较低，仍被广泛应用于经济型数控机床上。典型的开环数控系统如 下列图所示（如图0-6）oCNC插补 指令CNC插补 指令开环数控系统图0-6开环数控系统.半闭环控制数控机床半闭环控制系统框图如下列图所示。半闭环控制数控机床不是直接检测工 作台的位移量，而是采用转角位移检测元件，测出伺服电动机或丝杠的转角, 推算出工作台的实际位移量，反应到计算机中进行位置比拟，用比拟的差值 进行控制。由于反应环内没有包含工作台，故称半闭环控制（如图0-7）。半闭环数控系统CNC 播补T指令|CNC 播补T指令|位控制元速度控制,元0-速度控制0节要幼际馈实位反际度馈实速反机械执行部件图0-7半闭环控制系统半闭环控制精度较闭环控制差，但稳定性好，本钱较低，调试维修也较 容易，兼顾了开环控制和闭环控制两者的特点，因此应用比拟普通。3.闭环控制数控机床闭环控制系统框图如下列图所示。闭环控制系统的特点是利用安装在工作 台上的检测元件将工作台实际位移量反应到计算机中，与所要求的位置指令 进行比拟，用比拟的差值进行控制，直到差值消除为止。可见，闭环控制系 统可以消除机械传动部件的各种误差和工件加工过程中产生的干扰的影响， 从而使加工精度大大提高。速度检测元件的作用是将伺服电动机的实际转速 变换成电信号送到速度控制电路中，进行反应校正，保证电动机转速保持恒 定不变。常用速度检测元件是测速电动机（如图0-8）。：全闭环数控系统CNC 播补 指令CNC 播补 指令位置控制元速度控制,元位控制 胃节H速度控制调节驱动际爆实位反际度惯实速反II -反一与-潮元-检单机械执行部件图0-8闭环控制系统闭环控制的特点是加工精度高，移动速度快。这类数控机床采用直流伺 服电动机或交流伺服电动机作为驱动元件，电动机的控制电路比拟复杂，检 测元件价格昂贵。因而调试和维修比拟复杂，本钱高。五、数控车床有如下特点：1、加工精度高，具有稳定的加工质量；2、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；3、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间;数控折弯机4、机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为 普通机床的35倍）；5、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；6、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。