一、数控机床组成:程序载体、CNC装置、伺服驱动系统、检测与反馈装置、辅助装置和机床本体。
二、数控机床的概念:是利用数控技术准确地按照编制好的程序自动加工出所需要工件的机电一体化设备。
三、数控与普通机床的区别:1.采用高性能主传动与主轴部件,使得主轴部件传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小;2.进给传动采用高效传动件,具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点,一般采用滚珠丝杠副和直线滚动导轨副等。3.具有完善的刀具自动交换和管理系统;4.在加工中心上一半具有工件自动交换、工件加紧和放松机构;6.采用全封闭罩壳,保证操作安全。
四、常用伺服电机:步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。
五、数控的发展历程:1.数控NC阶段1952-1970年,1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床,为第一代电子管,1959年为第二代晶体管,1965第三代小规模集成电路;2.计算机数控CNC阶段1970至今,1970,小心计算机, 1974年第五代微处理器,1990年第六代,基于PC。
六、数控机床分类及其特点:
(1)按运动控制特点:1.点位控制数控机床,只控制运动部件从一个位置到另一位置准确定位,严格控制点之间的距离与所走路径无关;2.直线控制数控机床,不仅有准确定位还要求从一点到另一点按直线切削加工,刀具相对于工件移动的轨迹是平行机床各坐标轴的直线或两轴同时移动构成45°斜线;3.轮廓控制数控机床,能够对两个或以上的坐标轴进行连续切削加工控制,可以加工出任意斜线圆弧等曲线或曲面。
(2)按伺服系统的类型:1.开环控制的数控车床:控制系统不带反馈装置,通常使用步进电机作为伺服执行机构,结构简单,系统稳定,容易调试成本低,但精度较
差;2.闭环控制的数控车床:控制精度主要取决于检测装置的精度,完全可以消除由于传动部件制造中存在的误差给工件加工带来的影响;3.半闭环控制的:实际控制丝杠的转动,而丝杠螺线副的误差无法测量,只能靠制造保证。
(3)按工艺方法分类:1.金属切削类数控机床;2.金属成型类及特种加工类数控机床。
(4)按功能水平分类:1.高档2.中档3.低档。
(5)轮廓控制数控机床中联动轴数:两坐标联动;2.5坐标联动;三坐标联动;四坐标联动;五坐标联动。
七、数控机床的发展方向:目前数控机床的典型应用是FMC/FMS/CIM,世界数控技术及其装备发展趋势主要体现7化:运行高速化,加工高精化,功能复合化,控制智能化,体系开放化,驱动并联化和交互网络化,主要发展方向是研制开放式全功能通用数控系统。
八、数控加工中心:也可称为可自动换到的数控机床,是一种带有自动换到装置能进行铣削、钻削、镗削加工的复合型数控机床。
九、经济型数控系统:单片机或单板机控制,步进电机驱动,功能简单,成本低的数控系统。
十、插补运算:四步循环:判别,进给,运算,比较。
(1)概念:是在对数控系统输入有限坐标点的情况下,计算机根据线段的特征运用一定的算法,自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据。
(2)分类:1.按产生数学模型分:直线插补、二次曲线插补等;2.按输出的数值形式分:基准脉冲插补和数据采样插补。
基准脉冲插补又分为:逐点比较法插补、数字脉冲乘法器插补、数字积分插补、矢量判别法插补和比较积分法插补。
(3)逐点比较法直线插补计算过程:Fi=xeyi-xiye Fi=0,点P(xi,yi)在直线上, Fi>0,点P在直线上,当Fi≥0时,向x轴发出一进给脉冲,刀具从P(xi,yi)向x方向前进一步,达到新加工点P(x i+1,yi),x i+1=xi+1,因此新加工点P(x i+1, yi)的偏差值为F i+1=Fi-ye,Fi<0,则向y轴发出一个进给脉冲,刀具从这一点向y方向前进一步,新加工点P(x i+1,y i+1)的偏差值为F i+1=Fi+xe。
(4)逆圆弧插补:Fi≥0,x坐标需向负方向进给一步(-△x)移到新的加工点P(x i+1,yi)位置,此时心加工点的x坐标值为xi-1,y坐标值yi,心加工点P 的加工偏差为F i+1=Fi-2xi+1。
Fi<0,y坐标需向正方向进给一步(+△y),移到新加工点P(xi,y i+1), F i+1=Fi+2yi+1。
十一、(1)机床坐标系:是数控机床的基准坐标系,是所有编程坐标系中刀具进给和坐标确定的基准,其原点位置是机床在出厂之前就由厂家精确测定好的,数控机床加工在机床开机后首先要建立机床坐标系。
(2)工件坐标系:是编程人员为编程方便以工件上的某一点为原点建立的编程坐标系,其原点位置是由编程人员确定,与机床原点之间的位置关系由编程人员在编程前通过系统参数进行设定。
(3)机床零点:机床坐标系的原点。一般设在主轴前端的中心
(4)参考点:用于对机床工作台(或滑板)与刀具相对运动的增量测量系统进行定标的点。
(5)工件零点:工件坐标系的原点。可以直接使用图纸标注的尺寸;能使工件方便装夹、测量和检验;尽量选在尺寸精度高、粗糙度比较低的工件表面;对于对称形状的零件,最好选在对称中心。
(6)起刀点:指刀具起始运动的刀位点,即程序开始执行时的刀位点。
(7)刀位点:刀具上表示刀具特征的基准点。
(8)换刀点:自动换刀的点,一般设置在工件或夹具的外部,并应留有一定的安全余量。
十二、坐标轴的判别顺序:Z→X→Y
Z坐标平行于传递切削力的主轴,X坐标一般是水平的,远离主轴旋转中心为正方向,Y用右手定则确定。(中指+Z,食指+Y,拇指+X)
十三、零件的结构工艺性:指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。
十四、如何提高工艺性:1.将分散的几个零件改为一个零件;2.使槽和空刀规范化;3.改进凹槽形状;4.将键槽分布在同一平面上;5.改变零件断面尺寸;6.减少凸台高度。
十五、加工路线的确定原则:1.应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求;2.应使走到路线最短,减少刀具空行程时间,提高加工效率;3.应使数值计算简单,程序段数最小,减少编程工作量。
十六、刀具半径补偿的作用:1.当刀具中心偏离工件到刀具半径时,CNC系统首先建立刀具偏移矢量,该矢量的长度等于刀具半径;2.刀具半径补偿的B功能在零件轮廓的拐角,通过附加圆弧进行过渡;3.刀具半径补偿C功能是零件拐角采用折线
过渡,且系统可以自动实现尖角过渡,不需要对程序进行人工指定。十七、非模态代码:只在出现的程序段中有效(包括G04、G08、G09、G28、
G29、G63、G92)
十八、模态代码:使用后就一直有效,直到出现同组的其他G代码才被取代。十九、常用G代码指令
(1)工件坐标系设定指令:
1.G92:通过刀具在机床坐标系的绝对值坐标设定工件坐标系原点
2.用G50在FANUC 0-TJA系统中设定工件坐标系,可以改变设定后的工件坐标系,使其偏离一个指定量。
(2)G54工件坐标系选择指令G53取消工件零点偏置,返回机床坐标,非模态; G500取消工件零点偏置,返回机床坐标系,模态有效。
(3)G17,G18,G19分别指定在XY,ZX,YZ平面上加工,数控车床主要在ZX 二维平面内加工,默认平面G18,数控铣床和加工中心默认平面是G17。
(4)G90绝对坐标值编程指令,以固定原点为基准;
(5)G91增量坐标值编程指令,以上一点为基准。
(6)G15关闭极坐标尺寸指令,G16打开,X为极半径,Y为角度,打开极坐标指令的格式为G△△(G90之类的指定坐标系)GXX(用G17等选择平面)G16。
(7)G27:返回参考点检验G27IP_,IP_代表参考点在工件坐标系的坐标;
(8)G28:自动返回参考点G28IP_,IP_代表中间点坐标;
(9)G29:从参考点返回原位G29IP_,IP_代表中间点坐标;
(10)G30(类似G28)返回到第二、三、四参考点:G30 P2(3或4) IP_;
(11)G33螺纹插补:G33 IP_F_,IP_表示螺纹终点坐标。F_表示螺距(导程)。F(mm/min)=S(r/min)×导程(mm/r)G32IP_F_,G34IP_F_K_,K为导程递减量。
(12)G00 快速定位:G00 IP_,IP_为G00运动的终点坐标
(13)G01直线插补:G01 IP_F_,F为指定刀具进给速度。
(14)G02顺时针圆弧插补:G03逆,R+表示≤180°劣弧,R->180°优弧
格式:G17 G02(或03) X_Y_I_J_F_ 或G17 G02 X_Y_R_F_
格式:G18 G02(或03) X_Z_I_K_F_ 或G18 G02 X_Z_R_F_
格式:G19 G02(或03) Y_Z_J_K_F_ 或G19 G02 Y_Z_R_F_
(15)螺旋线插补:在G02G03的基础上,F_前加入第三轴运动,如G17的+Z
(16)G04暂停指令:G04 X_单位秒或G04 P_单位毫秒
(17)G96 S_恒表面速度控制:S_表面速度;取消指令为G97 S_,S_主轴速度
(18)G41,G42,G40刀具半径补偿
假设G17平面,建立G00(G01) G41(G42) X_Y_D_F_,
取消G00 G40 X_Y_或G01 G40 X_Y_F_。
(19)G43/44刀具长度补偿:G43相加为正,G44相减为负,G40或G49注销
(20)G81普通钻孔循环:(XY面)G90(G91) G98(G99) G81 X_Y_Z_R_F_K_ 开始的孔用G99,最后的孔用G98,Z孔底,R定位平面到R点,K循环次数
(21)G82锪孔循环:(XY面)G90(G91) G98(G99) G82 X_Y_Z_R_P_F_K_
(22)G76精镗孔:G90(G91) G98(G99) G76 X_Y_Z_R_Q_P_F_K_;
(23)71外圆粗车循
环:G71U(△d)R(e),G71P(ns)Q(nf)U(△U)W(△W)F(f)S(s)T(t)
(24)72端面车削循环
G72W(△d)R(e),G71P(ns)Q(nf)U(△U)W(△W)F(f)S(s)T(t)
(25)73成型加工复合:G73U(△i)W(△k) R(d),
G73P(ns)Q(nf)U(△u)W(△W)F(f) S(s)T(t);
(26)G70精车循环:G70P(ns)Q(nf)
(27)固定循环指令的作用:将多个程序段的指令按约定的执行次数综合为一
个程序段表示。
二十、常用辅助M代码:
(1)M00:程序停止;M01:计划停止;M02:程序结束;
(2)M03、M04、M05:分别命令主轴正转、反转、停止转动;
(3)M06:换刀指令;
(4)M07、M08、M09:分别命令2号雾状切削液、1号冷却液开、切削液关;
(5)M10、M11:运动部件的加紧和松开;
(6)M19:主轴定向停止,主轴准确停在预定角度。
(7)M30:程序结束。与M02类似,但可使程序返回到开始状态,光标自动返回程序开头出,一按启动键就可以再一次运行程序。M30一般单独占用一个程序段。
二十、传感器:
(1)旋转变压器
1.工作原理:定子、转子绕组相对位置碎转子角位移二发生变化,因此输出电压是转子角的函数。
2.工作方式:1)相位工作方式:利用其相位差作为伺服驱动的控制信号,控制执行元件向减少相位差的方向移动;2)幅值工作方式:利用幅值作为伺服驱动的控制信号,控制执行元件向减少相位差的方向移动。
(2)光栅测量装置
1.工作原理:光栅上产生的莫尔条纹
2.莫尔条纹特点:明暗相间;莫尔条纹的作用:具有放大效应,相当于把两尺刻线距离放大1000倍。
指示光栅转角方向标尺光栅移动方向莫尔条纹移动方向逆时针右→下↓
左←上↑顺时针右→上↑
左←下↓
(3)绝对值脉冲编码器
按使用计数制分为:二进制、葛莱码(二进制循环)、二一一十进制编码器。
按结构远离分为:接触式、光电式、电磁式。
(4)十进制二进制葛莱码十进制二进制葛莱码
0 0000 0000 8 1000 1100
1 0001 0001 9 1001 1101
2 0010 0011 10 1010 1111
3 0011 0010 11 1011 1110
4 0100 0110 12 1100 1010
5 0101 0111 13 1101 1011
6 0110 0101 14 1110 1001
7 0111 0100 15 1111 1000
(5)二进制与葛莱码的区别:二进制码盘每转一个角度,计数图案的改变按二进制规律变化;葛莱码的计数图案切换每次只改变一位,误差可控制在一个单位。
