數(shù) 控 技 術(shù)Numerical Control Technique機 電 工 程 系 ： 劉 麗 娟 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程復 習 ：1.什 么 叫 數(shù) 控 ？ 什 么 叫 計算 機 數(shù) 控 ？2.數(shù) 控 機 床 由 哪 幾 部 分 組成 ？ 各 組 成 部 分 的 功 能是 什 么 ？ 本 章 學 習 內(nèi) 容 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程插 補 原 理 （ 學 會 插 補 計 算 過 程 ）數(shù) 控 編 程 基 礎 （ 了 解 坐 標 系 ， 刀具 ）數(shù) 控 車 ， 銑 工 藝 與 編 程 (編 程 ) 1.插 補 概 念在 數(shù) 控 加 工 中 ， 一 般 已 知 運 動 軌 跡 的 起 點 坐 標 、 終 點 坐 標 和 曲 線 方程 和 進 給 速 度 ， 如 何 使 切 削 加 工 運 動 沿 著 預 定 軌 跡 移 動 呢 ？ 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程為 什 么 數(shù) 控 機 床 能 加 工 出 曲 線 ？怎 樣 把 單 個 的 坐 標 運 動 組 合 成 理 想 曲 線 呢 ？這 就 是 插 補 所 要 解 決 的 問 題 ！插 補 是 一 種 運 算 程 序 ， 經(jīng) 過 運 算 ， 判 斷 出 每 一步 怎 樣 進 給 誤 差 更 小 ？ 應 同 時 向 一 個 、 還 是 幾個 坐 標 軸 進 給 ？ 進 多 少 ？ 1、 插 補 原 理機 床 實 際 加 工 中 ， 刀 具 中 心 軌 跡 應 該 準 確 地 依 照 工 件 的 輪 廓 形 狀 來生 成 ， 實 際 應 用 中 ， 常 常 采 用 一 小 段 直 線 或 圓 弧 去 逼 近 （ 擬 合 ） ，實 現(xiàn) 這 些 操 作 就 需 要 插 補 運 算 。1.1插 補 概 念插 補 ： 數(shù) 控 裝 置 依 據(jù) 編 程 時 有 限 數(shù) 據(jù) ， 按 照 一 定 計 算 方 法 ， 用 基 本線 型 （ 直 線 、 圓 弧 等 ） 擬 合 出 需 要 輪 廓 的 軌 跡 ， 邊 計 算 邊 根 據(jù) 結(jié) 果向 各 坐 標 軸 進 行 脈 沖 分 配 ， 從 而 滿 足 加 工 要 求 的 過 程 。一 般 情 況 下 是 已 知 運 動 軌 跡 的 起 點 坐 標 、 終 點 坐 標 和 軌 跡 的 曲 線 方程 ， 要 求 CNC生 成 能 擬 合 軌 跡 曲 線 方 程 的 一 系 列 中 間 離 散 點 ， 再 用小 線 段 或 圓 弧 去 擬 合 出 軌 跡 曲 線 ， 這 些 中 間 離 散 點 即 擬 合 線 段 的 交點 或 切 點 稱 為 節(jié) 點 。 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 1、 插 補 原 理機 床 實 際 加 工 中 ， 刀 具 中 心 軌 跡 應 該 準 確 地 依 照 工 件 的 輪 廓 形 狀 來生 成 ， 實 際 應 用 中 ， 常 常 采 用 一 小 段 直 線 或 圓 弧 去 逼 近 （ 擬 合 ） ，實 現(xiàn) 這 些 操 作 就 需 要 插 補 運 算 。1.1插 補 概 念插 補 ： 數(shù) 控 裝 置 依 據(jù) 編 程 時 有 限 數(shù) 據(jù) ， 按 照 一 定 計 算 方 法 ， 用 基 本線 型 （ 直 線 、 圓 弧 等 ） 擬 合 出 需 要 輪 廓 的 軌 跡 ， 邊 計 算 邊 根 據(jù) 結(jié) 果向 各 坐 標 軸 進 行 脈 沖 分 配 ， 從 而 滿 足 加 工 要 求 的 過 程 。一 般 情 況 下 是 已 知 運 動 軌 跡 的 起 點 坐 標 、 終 點 坐 標 和 軌 跡 的 曲 線 方程 ， 要 求 CNC生 成 能 擬 合 軌 跡 曲 線 方 程 的 一 系 列 中 間 離 散 點 ， 再 用小 線 段 或 圓 弧 去 擬 合 出 軌 跡 曲 線 ， 這 些 中 間 離 散 點 即 擬 合 線 段 的 交點 或 切 點 稱 為 節(jié) 點 。 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 為 什 么 稱 為 插 補 ？節(jié) 點 的 坐 標 值 需 要 實 時 地 計 算 出 來 ， 這 就 需 要 通 過 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 計算 “ 入 中 間 點 、 上 中 間 擬 合 線 段 ” ， 這 也 是 為 何 成 為 “ 插補 ” 的 原 因 。 插 補 過 程插 補 過 程 是 幾 個 獨 立 的 坐 標 協(xié) 調(diào) 運 動 組 合 成 所 需 要 的 輪 廓 曲 線 過程 。 其 組 合 方 法 可 以 是 坐 標 的 簡 單 運 動 組 合 ， 或 者 是 分 段 協(xié) 調(diào) 成的 簡 單 曲 線 如 直 線 和 圓 弧 來 近 似 組 合 復 雜 曲 線 的 組 合 。 因 此 ， 插補 就 是 讓 刀 具 沿 規(guī) 定 規(guī) 定 軌 跡 運 動 的 一 種 方 法 。 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 插 補 分 類 ： 數(shù) 字 增 量 插 補 脈 沖 插 補 逐 點 比 較 法 數(shù) 字 積 分 法 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 插 補 開 始偏 差 判 別終 點 判 別坐 標 進 給偏 差 計 算 插 補 結(jié) 束Y 偏 差 判 別 ： 判 別 偏 差 符 號 ， 確 定 加 工 點 相 對 于 待 加 工 軌 跡 的 相 對位 置 ， 比 如 說 是 直 線 的 上 方 還 是 下 方 ， 是 圓 弧 的 里 邊 還 是 外 邊 ， 并由 偏 差 的 符 號 決 定 下 一 步 插 補 坐 標 進 給 的 方 向 。 坐 標 進 給 ： 控 制 工 作 臺 沿 某 個 坐 標 進 給 一 步 ， 縮 小 偏 差 ， 趨 近 規(guī)定 圖 形 。 偏 差 計 算 :計 算 新 的 加 工 點 對 規(guī) 定 圖 形 的 偏 差 ， 作 為 下 一 步 判 別的 依 據(jù) 。 終 點 判 斷 ： 根 據(jù) 這 一 步 進 給 結(jié) 果 ， 判 定 終 點 是 否 達 到 。 如 果 未 到終 點 ， 繼 續(xù) 插 補 ； 如 果 已 到 終 點 就 停 止 插 補 。 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 逐 點 比 較 法 直 線 插 補 程 序 流 程 圖 逐 點 比 較 法 圓 弧 插 補 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程2.1 數(shù) 控 編 程 數(shù) 控 編 程 概 念 ： 把 零 件 的 加 工 工 藝 路 線 、 工 藝 參 數(shù) 、 刀 具的 運 動 軌 跡 、 位 移 量 、 切 削 參 數(shù) 以 及 輔 助 功 能 ， 按 照 數(shù) 控 系統(tǒng) 規(guī) 定 的 指 令 代 碼 及 程 序 格 式 編 寫 成 加 工 程 序 ， 再 把 這 一 程序 中 的 內(nèi) 容 輸 入 到 數(shù) 控 機 床 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 從 而 中 指 揮 機 床 加工 零 件 。 這 種 從 零 件 分 析 到 形 成 數(shù) 控 加 工 程 序 的 全 部 過 程 。 數(shù) 控 編 程 的 內(nèi) 容 與 步 驟分 析 零 件 圖 樣 、 進 行 工 藝 處 理 和 數(shù) 值 計 算 、 編 寫 零 件 加 工 程序 、 校 對 程 序 及 首 件 試 切 。 數(shù) 控 編 程 方 法 手 工 編 程計 算 機 輔 助 編 程 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程2.2數(shù) 控 機 床 坐 標 系（ 1） 坐 標 軸 命 名 采 用 右 手 直 角 笛 卡 爾 坐 標 系 大 拇 指 （ X方 向 ） 中 指 （ Y方 向 ） 食 指 （ Z方 向 ） ； 拇 指 指 向 為 正 方 向 ； A， B， C分 別 表 示 X,Y,Z坐 標 軸 的 旋 轉(zhuǎn) ， 根 據(jù) 右 手 螺 旋 定則 ， 判 斷 方 向 。 機 床 坐 標 系 是 機 床 固 有 的 ， 用 來 明 確 機 床 坐 標 軸 和 運 動 方 向 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程（ 2） 運 動 方 向 的 確 定 Z軸 ， 與 主 軸 軸 線 平 行 的 坐 標 軸 ， 增 大 工 件 與 刀 具 之 間 的 距 離 X軸 ， 平 行 于 工 件 的 表 面 ， Y軸 ， 根 據(jù) X， Y方 向 ， 按 照 右 手 笛 卡 爾 坐 標 系 來 確 定 旋 轉(zhuǎn) 運 動 坐 標 A,B,C 附 加 坐 標 機 床 坐 標 系 的 原 點(3)工 件 坐 標 系用 來 計 算 加 工 工 件 的 坐 標數(shù) 控 車 ： 通 常 選 在 工 件 右 端 （ 左 端 ） 軸 心 處數(shù) 控 銑 ： 進 刀 方 向 一 側(cè) 工 件 外 輪 廓 表 面 的 某 個 角 或 對 稱 中 心 上 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程（ 4） 絕 對 坐 標 與 相 對 坐 標 絕 對 ： 以 0為 基 準 相 對 ： 以 某 一 點 為 基 準 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程2.3數(shù) 控 加 工 程 序 與 指 令 代 碼 加 工 程 序 格 式 舉 例 ：O0023 程 序 號 （ 標 題 ）N10 T0101;N20 S800 M03;N30 G00 X31 Z0; 程 序 內(nèi) 容 （ 正 文 ）N40 G01 X32 Z0; N100 M03; 程 序 結(jié) 束 （ 結(jié) 束 ）注 ： 1.程 序 號 =字 母 （ O， %， P） +數(shù) 字 （ 4位 十 進 制 數(shù) ）2.每 個 程 序 段 表 示 機 床 的 一 個 動 作 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程2.3數(shù) 控 加 工 程 序 與 指 令 代 碼 程 序 段 格 式N_ G_ X_ Y_ Z_ I_ J_ K_ F_ S_ T_ MN:順 序 號 字 ， 位 于 程 序 段 之 首 ， ；G： 準 備 功 能 字 ， 又 稱 為 G指 令 ， 用 來 規(guī) 定 刀 具 和 工 件 的 相 對X-K： 尺 寸 字 ， 用 于 確 定 機 床 上 刀 具 運 動 終 點 的 坐 標 位 置 。F： 進 給 功 能 字 ， 用 于 指 定 切 削 的 進 給 速 度 。S： 主 軸 轉(zhuǎn) 速 功 能 字 ， 用 于 控 制 主 軸 轉(zhuǎn) 速 。T： 刀 具 功 能 字 ， 用 于 指 定 加 工 時 所 用 刀 具 的 編 號 。M： 輔 助 功 能 字 ， 用 于 指 定 數(shù) 控 機 床 輔 助 裝 置 的 開 關(guān) 動 作 。 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 指 令 代 碼準 備 功 能 G代 碼 ： 指 定 機 床 加 工 方 式 ， 為 插 補 運 算 、 刀 補 運 算 、固 定 循 環(huán) 等 做 好 準 備 。非 模 態(tài) 代 碼 ： 指 令 只 能 在 指 定 的 程 序 段 執(zhí) 行 中 才 起 作 用模 態(tài) 代 碼 :指 令 一 旦 出 現(xiàn) 便 一 直 保 持 有 效輔 助 功 能 指 令 ： 控 制 機 床 的 各 種 開 關(guān) 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 2.2數(shù) 控 車 削 加 工 工 藝 與 編 程圖 片 認 識 立 式 臥 式 數(shù) 控 車 床 加 工 中 心 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 數(shù) 控 車 削 刀 具材 料 ： 硬 質(zhì) 合 金 、 高 速 鋼 、 分 類 ： 圓 表 面 切 削 工 具 ： 外 圓 車 刀 ， 內(nèi) 圓 車 刀 ， 螺 紋 車刀 ， 切 槽 車 刀端 面 切 削 刀 具 ： 切 斷 刀 具中 心 孔 加 工 刀 具 ： 中 心 孔 鉆 頭 ， 鏜 刀 ， 絲 錐 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 數(shù) 控 車 削 常 用 工 具圖 片 欣 賞 第 1章 數(shù) 控 加 工 工 藝 與 編 程 數(shù) 控 車 削 常 用 工 具車 削 外 圓 ： 外 圓 車 刀車 削 內(nèi) 孔 ： 擴 大 工 件 的 孔 加 工 空 心 工 件 的 內(nèi) 表 面車 削 端 面 ： 45度 偏 刀 90度 偏 刀 車 削 螺 紋 ： 刀 片 形 狀 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論刀 具 頭 部 形 狀 2.加 工 工 序 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論調(diào) 頭 加 工 的 軸 類 零 件 手 柄 加 工 示 意 圖1.盡 量 一 次 裝 夾 完 成 大 部 分 甚 至 全 部 表 面 的 加 工2.以 一 個 完 整 數(shù) 控 程 序 連 續(xù) 加 工 的 內(nèi) 容 為 一 道 工 序3. 以 工 件 上 的 結(jié) 構(gòu) 內(nèi) 容 組 合 用 一 把 刀 具 加 工 為 一 道 工 序4.以 粗 ， 精 加 工 劃 分 工 序裝 夾 ： 數(shù) 控 車 床 采 用 液 壓 高 動 力 卡 盤 2.進 給 路 線 的 確 定 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論最 短 的 切 削 進 給 路 線 ： 圖 c采 用 矩 形 循 環(huán) 進 給 路線 的 進 給 長 度 最 短 ， 在 同 等 條 件 下 ， 其 切 削 時 間最 短 ， 刀 具 的 損 耗 最 小 ， 但 精 車 余 量 不 均 勻 ， 所以 當 精 度 要 求 高 時 ， 在 精 車 前 最 好 沿 著 工 件 輪 廓半 精 車 一 刀 。 2.切 削 用 量 的 選 擇 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論（ 1） 背 吃 刀 量 的 確 定 （ 2） 主 軸 轉(zhuǎn) 速 的 確 定（ 3） 進 給 速 度 的 確 定 2.加 工 工 序 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論調(diào) 頭 加 工 的 軸 類 零 件 手 柄 加 工 示 意 圖1.盡 量 一 次 裝 夾 完 成 大 部 分 甚 至 全 部 表 面 的 加 工2.以 一 個 完 整 數(shù) 控 程 序 連 續(xù) 加 工 的 內(nèi) 容 為 一 道 工 序3. 以 工 件 上 的 結(jié) 構(gòu) 內(nèi) 容 組 合 用 一 把 刀 具 加 工 為 一 道 工 序4.以 粗 ， 精 加 工 劃 分 工 序裝 夾 ： 數(shù) 控 車 床 采 用 液 壓 高 動 力 卡 盤 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論 圖 1.3 點 位 直 線 控 制 切 削 加 工 2. 點 位 直 線 控 制 數(shù) 控 機 床除 了 控 制 點 到 點 的 準 確 位 置 之 外 ， 還 要 保 證 兩 點 之間 移 動 的 軌 跡 是 直 線 ， 而 且 對 移 動 的 速 度 也 要 進 行控 制 。 但 不 能 加 工 任 意 的 直 線 ， 如 階 梯 車 削 的 數(shù) 控車 床 ， 磨 削 加 工 的 數(shù) 控 磨 床 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論3. 輪 廓 控 制 數(shù) 控 機 床對 2個 或 2 個 以 上 坐 標 軸 進 行 控 制 ， 能 加 工 曲 線 和 曲 面 ， 在加 工 過 程 中 ， 需 不 斷 地 進 行 插 補 運 算 及 相 應 的 速 度 和 位 移控 制 。 如 普 通 數(shù) 控 車 床 、 數(shù) 控 銑 床 。工 件 刀 具 圖 1.4 輪 廓 控 制 數(shù) 控 機 床 的 加 工 示 意 圖 按 伺 服 控 制 方 式 分 類 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論1.開 環(huán) 控 制 數(shù) 控 機 床 ： 這 類 數(shù) 控 機 床 不 帶 位 置 檢 測 反 饋裝 置 ， 伺 服 電 機 一 般 采 用 步 進 電 機 ， 加 工 精 度 不 是 很 高但 控 制 方 便 。 減 速 器數(shù) 控裝 置 控 制電 路 步 進電 機 工 作 臺輸 入 圖 1.5 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 框 圖 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論2.閉 環(huán) 控 制 數(shù) 控 機 床 ： 該 類 機 床 有 位 置 反 饋 裝 置 和 位 置 比 較 電 路 ，位 置 反 饋 檢 測 裝 置 安 裝 在 工 作 臺 導 軌 上 ， 實 時 檢 測 機 床 工 作 臺 的 實際 位 置 ， 并 能 把 檢 測 得 到 的 位 置 信 息 反 饋 回 CNC， CNC再 將 程 序 指 定的 理 論 位 置 與 實 際 位 置 進 行 比 較 ， 實 現(xiàn) 了 機 床 閉 環(huán) 控 制 工 作 。 該 類機 床 加 工 精 度 高 ， 機 床 考 慮 了 絲 杠 等 的 影 響 ， 外 穩(wěn) 定 性 較 差 ， 調(diào) 試不 方 便 。 數(shù) 控裝 置 控 制電 路 伺 服電 機 工 作 臺輸 入 圖 1.6 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 框 圖 位 置 檢 測 元 件 速 度 檢 測 元 件速 度 反 饋 位 置 反 饋 第 1章 數(shù) 控 技 術(shù) 概 論3.半 閉 環(huán) 控 制 數(shù) 控 機 床 ： 該 類 機 床 的 位 置 反 饋 檢 測 裝 置一 般 裝 在 伺 服 電 機 上 ， 通 過 實 時 監(jiān) 測 伺 服 電 機 的 轉(zhuǎn) 速 和轉(zhuǎn) 數(shù) 來 間 接 反 映 機 床 的 位 置 信 息 ， 并 反 饋 到 CNC中 ， 因 此稱 為 半 閉 環(huán) ， 機 床 把 絲 杠 等 的 影 響 考 慮 在 反 饋 之 外 ， 因此 ， 穩(wěn) 定 性 較 好 ， 調(diào) 試 較 方 便 。數(shù) 控裝 置 控 制電 路 伺 服電 機 工 作 臺輸 入 圖 1.7 半 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 框 圖速 度 檢 測 元 件速 度 反 饋位 置 反 饋 轉(zhuǎn) 角 檢 測 元 件