数控技术与应用毕业设计-数控编程

数控技术与应用毕业设计-数控编程内容摘要：

极小的范围内产生。 但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。 它比 切削速度对刀具的影响小。 切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。 用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。 最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。 有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。 然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。 在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。 对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或 选用刚性好的刀刃。 . 合理选择刀具 1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。 2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。 . 合理选择夹具 1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具； 2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。 . 确定加工路线 加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求； 2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。 . 加工路线与加工余量的联系 13 目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。 如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。 . 夹具安装要点 目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。 第五章 程序首句妙用与控制尺寸精度的技巧 、程序首句妙用 G00的技巧 目前我们所接触到的教科书及数控车削方面的技术书籍，程序首句均为建立工件坐标系，即以 G50 Xα Zβ作为程序首句。 根据该指令，可设定一个坐标系，使刀具的某一点在此坐 14 标系中的坐标值为 (Xα Zβ )(本文工件坐标系原点均设定在工件右端面 )。 采用这种方法编写程序，对刀后，必须将刀移动到 G50 设定的既定位置方能进行加工，找准该位置的过程如下。 1. 对刀后，装夹好工件毛坯； 2. 主轴正转，手轮基准刀平工件右端面 A； 3. Z 轴不动，沿 X轴释放刀具至 C点，输入 G50 Z0，电脑记忆 该点； 4. 程序录入方式，输入 G01 W8 F50，将工件车削出一台阶； 5. X 轴不动，沿 Z 轴释放刀具至 C 点，停车测量车削出的工件台阶直径γ，输入 G50 Xγ，电脑记忆该点； 6. 程序录入方式下，输入 G00 Xα Zβ，刀具运行至编程指定的程序原点，再输入 G50 Xα Zβ，电脑记忆该程序原点。 上述步骤中，步骤 6 即刀具定位在 Xα Zβ处至关重要，否则，工件坐标系就会被修改，无法正常加工工件。 有过加工经验的人都知道，上述将刀具定位到 Xα Zβ处的过程繁琐，一旦出现意外， X 或 Z 轴无伺服，跟踪出错，断电等情 况发生，系统只能重启，重启后系统失去对 G50 设定的工件坐标值的记忆，“复位、回零运行”不再起作用，需重新将刀具运行至 Xα Zβ位置并重设 G50。 如果是批量生产，加工完一件后，回 G50 起点继续加工下一件，在操作过程中稍有失误，就可能修改工件坐标系。 鉴于上述程序首句使用 G50 建立工件坐标系的种种弊端，笔者想办法将工件坐标系固定在机床上，将程序首句 G50 Xα Zβ改为 G00 Xα Zβ后，问题迎刃而解。 其操作过程只需采用上述找 G50 过程的前五步，即完成步骤 5后，将刀具运行至安全位置，调出程序，按自动 运行即可。 即使发生断电等意外情况，重启系统后，在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段，按自动运行方式继续加工即可。 上述程序首句用 G00代替 G50的实质是将工件坐标系固定在机床上，不再囿于 G50 Xα Zβ程序原点的限制，不改变工件坐标系，操作简单，可靠性强，收到了意想不到的效果。 中国金属加工在线 . 修改刀补值保证尺寸精度 由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方 法如下： a. 绝对坐标输入法 根据“大减小，小加大”的原则，在刀补 001～ 004 处修改。 如用 2 号切断刀切槽时工件 15 尺寸大了 ，而 002 处刀补显示是 ，则可输入 ，减少 2号刀补。 b. 相对坐标法 如上例， 002 刀补处输入 ，亦可收到同样的效果。 同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。 如用 1号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了 ，可在 001 刀补处输入。 . 半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度 对于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工 件尺寸经常出现不稳定的现象。 这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。 如用 1 号刀 G71 粗加工外圆之后，可在 001 刀补处输入 ，调用 G70 精车一次，停车测量后，再在 001 刀补处输入 ，再次调用 G70 精车一次。 经过此番半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。 . 程序编制保证尺寸精度 a. 绝对编程保证尺寸精度 编程有绝对编程和相对编程。 相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。 也就是说，相对编程的坐标原点经常在变 换，连续位移时必然产生累积误差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。 数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。 b. 数值换算保证尺寸精度 很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。 如图 2b 中，除尺寸 外，其余均属直接按图 2a 标注尺寸经换 算后而得到的编程尺寸。 其中， φ 、φ 16mm 及 三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。 . 修改程序和刀补控制尺寸 数控加工中，我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后，停车测量，发现工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。 如用 1 号外圆刀加工图 3 所示工件，经粗加工和半精加工后停车测量，各轴段径向尺寸如下：φ 、φ 及φ。 对此，笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救，方法如下： a. 修改程序 16 原程序中的 X30 不变， X23 改为 ， X16 改为 ，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差 ； b. 改刀补 在 1号刀刀补 001 处输入。 经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。 数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。 第六章 数控技术 数控机床电气控制系统综述 (1)数据输入装置将指令信息和各种应用数 据输入数控系统的必要装置。 它可以是穿孔带阅读机 (已很少使用 )， 软盘驱动器， CNC键盘 (一般输入操作 )，数控系统配备的硬盘及驱动装置 (用于大量数据的存储保护 )、磁带机 (较少使用 )、 PC 计算机等等。 (2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。 数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日 17 常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。 (3)可编 程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。 它将来自 CNC 的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给 CNC，使 CNC 能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。 当代 PLC 多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而 PLC 硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。 PLC 与 CNC 的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信 号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。 不同厂商的 PLC 有不同的 PLC 语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床 PLC程序的前提是先熟悉该机床的 PLC 语言。 (4)主轴驱动系统接受来自 CNC 的驱动指令，经速度与转矩 (功率 )调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。 它还通过 PLC 将主轴的各种现实工作状态通告 CNC 用以完成对主轴的各项功能控制。 主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变 的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例 如零漂等。 通常 CNC 中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。 (5)进给伺服系统接受来自 CNC 对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩 )调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。 它也通过 PLC 与 CNC 通信，通报现时工作状态并接受 CNC 的控制。 进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化 调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。 它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链 的状态发生变化，就需重调速度环调节器。 (6)电器硬件电路随着 PLC 功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器 (继电器、接触器 )，很少还有继电器逻辑电路的存在。 但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由 PLC 逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的 PLC 语言与程序深入掌握才行。 18 (7)机床 (电器部分 )包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。 它们是实现机床 各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。 这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。 (8)速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。 它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。 这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。 由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反 或者断线所致。 (9)位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采 用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。 它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到 CNC 并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。 位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。 (10)外部设备一般指 PC 计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。 使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。 控机床运动坐标的电气控制 数控机床一个运动坐标的电气控制由电流 (转矩 )控制环、速度控制环和位置控制环串联组成。 (1)电流环是为伺服电机提供转矩的电路。 一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。 (2)速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。 速度调节器是比例积分 (PI)调节器，其 P、 I 调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统 (导轨、传动机构 )的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明 显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环 PI 调节器。 速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。 速度环的反馈环节见前面“速度测量”一节。 19 (3)位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。 位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。 这其中有两方面的 工作： 一是位置测量元件的精度与 CNC 系统脉冲当量的匹配问题。 测量元件单位移动距离发出的脉 冲数目经过外部倍频电路和 /或 CNC 内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。 例如位置测量元件 10 脉冲 /mm，数控系统分辨率即脉冲当量为 ，则测量元件送出的脉冲必须经过 100 倍频方可匹配。 二是位置环增益系数 Kv 值的正确设定与调节。 通常 Kv 值是作为机床数据设置的，数控系统中对各个坐标轴分别指定了 Kv 值的设置地址和数值单位。 在速度环最佳化调节后 Kv 值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度 的重要因素。 Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。 关于 Kv值的设置要注意两个问题，首先要满足下列公式： Kv=v/Δ 式中 v—— 坐标运行速度， m/min Δ —— 跟踪误差， mm 注意，不同的数控系统采用的单位可能不同，设置时要注意数控系统规定的单位。 例如，坐标运行速度的单位是 m/min，则 Kv 值单位为 m/(mm min)，若 v 的单位为 mm/s，则 Kv 的单位应为 mm/(mm s)。 其次要满足各联动坐标轴的 Kv 值必须相同，以保证合成运动时的精度。 通常是以 Kv 值最低的坐标轴为准。 位置反馈 (参见上节“位置测量” )有三种情况：一种是没有位置测量元件，为位置开环控制即无位置反馈，步进电机驱动一般即为开环；一种是半闭环控制，即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上，也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外，这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度，加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后，可以得到很高的位置控制精度；第三种是全闭环控制，即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上。