第二节几种基本的传动第三节数控编程基础数控机床的种类繁多，但从组成一整的数控机床来讲，它由信息输入装置、数控装置、伺服系统、机床本体以及辅助装置组成。如图1-1所示，图中实线部分为开环系统，如果加上虚线部分的测量装置，并反馈到数控装置，就构成厂闭环系统。信息输入装置就是将NC程序代码读入数控装置，它可以是光电阅读机、磁带机或一个下一页返回接口。光电阅读机将穿孔带上的代码信息或磁带阅读机将磁带上的信息读入数控装置。目前一般都采用微处理器数控装置，它有专用接口，可以直接接收外界计算机中的NC程序代码信息。数控装置是数控机床的控制中心，能对NC代码信息进行识别、储存和插补运算，并且输出相应的指令脉冲以驭动伺服系统，进而控制机床动作。在计算机数控机床中，由于计算机本身就含有运算器、控制器等单元，因此其数控装置的作用由一台专用计算机来完成。上一页下一页返回伺服系统接受来自数控装置的脉冲信号并且转换为机床移动部件的运动，加工出符合图纸要求的零件。因此，伺服系统的性能是决定机床的加工精度、表面质量和生产率的主要因素之一。每个脉冲信号使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量(数控机床常用的脉冲当量为0.001mm一0.O1mm)。伺服系统包括驭动装置和执行机构两大部分。目前大都采用直流伺服电机或交流伺服电机作为执行机构，这些电机均带有光电编码器等位置测量元件和测速发电机等速度测量元件。各种执行机构由相应的驭动装置驭动。步进电机驭动只在经济型或简易NC机床上采用。上一页下一页返回检测反馈装置是将运动部件的实际位移、速度及当前的环境(温度、摩擦力和切削力等因素的变化)参数加以检测，转变为电信号后反馈给数控装置，通过比较得出实际运动与指令运动的误差。这时发出误差指令，纠正所产生的误差。反馈装置可以有效地改善系统的动态特性，提高零件的加工精机床本体是数控机床加工运动的实际执行部件，主要包括主运动部件、进给运动执行部件、工作台、拖板及其部件、床身立柱等支撑部件。对机床本体的要求是:应有足够的刚度、抗振性、热变形小和足够的精度。除上述五个部分外，数控机床还有一些辅助装置和附属设备，如电器、液压、气压系统与冷却、排屑、润滑、照明、储运等装置以及编程机、对刀仪等。上一页下一页返回数控机床的品种规格很多，可以按多种原则进行分类。归纳起来数控设备，常用以下4种方法进行分类。(1)点位控制数控机床这类机床的加工移动部件只能实现从一个位置到另一个位置的精确移动，在移动途中不进行加工。为了在精确定位基础上有尽可能高的生产率，两相关点之间的移动先是以快速移动接近定位点，然后降速1一3级，再慢慢靠近，以保证加工精度。图1-2是点位控制示意图，主要应用于数控坐标锁床、数控钻床、数控冲床、数控测量机和数控点焊机等。(2)点位直线控制数控机床这类数控机床的加工移动部件不仅要实现从一个位置到上一页下一页返回另一个位置的精确移动，且能实现平行于坐标轴的直线切削加工运动及沿坐标轴呈45的直线切削加工，但不能沿任意斜率的直线为点位直线控制示意图，主要应用于数控车床、数控锁铣床等。(3)轮廓控制数控机床这类数控机床能够同时控制2-5个坐标轴联动，加工形状复杂的零件，它不仅控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且控制整个加工过程中每一点的速度与位移量。例如在铣床上进行曲线圆弧切削及复杂曲面切削时，就需要用这种控制方式。图1-4为轮廓控制示意图，主要应用于数控铣床、数控凸轮磨床。上一页下一页返回(1)金属切削类数控机床这类数控机床与传统的普通金属切削机床品种一样，有数控车、铣、销、钻、磨床等。每一种又有很多品种，如数控铣床中还有立铣、卧铣、工具铣、龙切削类数控机床发展最早、种类繁多。在普通数控机床的基础上加装一个刀库(可容纳10一100多把刀具)和自动换刀装置，即为加工中心机床，零件在一次装夹后，便可进行铣、销、钻、铰、攻螺纹等多工序加工。上一页下一页返回(2)金属成型数控机床这类数控机床有数控折弯机、数控组合冲床、数控弯管机和数控回转头压力机等。(3)数控特种加工机床这类数控机床有数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控火焰切割机和数控激光切割机床此外，在非加工中也大量采用厂数控技术，如数控装配机、多坐标测量机和工业机器人等。图1-5、图1-6、图1-7是三种数控机床的外形图。上一页下一页返回按数控系统的功能水平可以把数控系统分为高、中、低三档。这种分法没有明确的定义和确切的界限。数控系统(或数控机床)的水平高低由主要技术参数、功能指标和关键部件的功能水平来确定。(1)低档机床也称经济型数控机床。其特点是根据实际的使用要求，合理地简化系统，以降低产品价格。目前，我国把由单片机或单板机与步进电机组成的数控系统和功能简单、价格低的系统称为经济型数控系统。主要用于车床、线切割机床以及旧机床的数控化改造等。上一页下一页返回这类机床的技术指标通常为:脉冲当量0.O1一0.OO5mm，快进速度4-10m/min步进电机驭动，用数码管或简单CRT显示，主CPU一般为8位或者16位。(2)中档数控机床其技术指标常为:脉冲当量0.005001mm.24m/min，伺服系统为半闭环直流或交流伺服系统，有较齐全的CRT显示，图形，人机对话，自诊断等，主CPU一般为16位或32位。(3)高档数控机床其技术指标常为:脉冲当量0.001-0.0001mm，开环快进速度100m/min，伺服系统为闭环的直流或交流伺服系统，CRT显示除具备中档的功能外，还具有三维图形显示等，CPU一般为32位或64位非凡体育。上一页下一页返回(1)开环控制系统就是不带反馈装置的控制系统。通常使用步进电机或功率步进电机作为执行机构，数控装置输出的脉冲通过环形分配器和驭动电路，不断改变供电状态，使步进电机转过相应的步距角，再经过减速齿轮带动丝杠旋转，最后转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数所决定的。图1-8为典型的开环控制系统框图非凡体育。上一页下一页返回(2)半闭环控制系统就是在伺服电机输出端或丝杠轴端装有角位移检测装置(如感应同步器或光电编码器等)，通过测量角位移，间接地检测移动部件的直线位移，然后反馈到数控装置中。由于角位移检测装置比直线位移检测装置结构简单，安装方便，因此配有精密滚珠丝杠和齿轮的半闭环系统应用比较广泛。图1-9为半闭环控制系统框图。上一页下一页返回(3)闭环控制系统就是在数控机床移动部件上直接装有直线位置检测装置，且将测量到的实际位移值反馈到数控装置中，与输入指令的位移值进行比较，用差值进行补偿，使移动部件按实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的确定位从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与传动链的误差无关;但由于该系统受进给丝杠的拉压刚度、扭转刚度、摩擦阻尼特性和间隙等非线性因素的影响，给测试工作带来很大的困难。若各种参数匹配不适当，会引起系统振荡，造成系统工作不稳定，影响定位精度，所 以闭环控制系统安装调试非常复杂，一定程度上限制厂对其 更广泛的应用。图1-10为闭环控制系统框图。 上一页 下一页 返回 在数控机床上加工零件，就是将加工过程所需的各种操作(如主轴转速变速、机床开停、松夹工件、进退刀具、选择刀 具数控设备、供给冷却液等)步骤，刀具与工件之间的相对位移量都包 括在零件数控加工程序中，然后通过传送装置将信息送入专 用的或通用的计算机中，计算机对输入的信息进行处理与运 算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件， 使机床自动加工出所需要的工件。 上一页 下一页 返回 在现代数控系统中，引进了自适应技术。自适应控制(Adaptive Conltol, AC)技术是调节加工过程中所测得 的工作状态特性，且能使切削过程达到并且维持最佳状态的 技术。在加工过程中，存在如工件毛坯余量不均、材料硬度 不一致、刀具磨损、工件变形、机床热变形、化学亲和力、 切削液的钻度等大约30余种变量，它们直接影响加工效果。 而自适应控制技术则能根据切削条件的变化，自动调整并保 持最佳工作状态，从而达到很高的加工精度、较小的表面粗 糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。 上一页 下一页 返回 (5)很强的通信功能上一页 下一页 返回 (3)计算机集成制造系统CIMS计算机集成制造系统CIMS是通过计算机及其软件，将工厂生产和经营的全部活动(包括 市场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产 品设计、加工制造、质量检验及销售经营等)与整个生产过程 有关的物料流与信息流实现计算机系统的管理，如图1-12 所示。 上一页 下一页 返回 本章通过对数控编程基础知识、数控车床程序的编制过程和数控程序的结构格式等知识的讲解，使学 生掌握数控车床编程的相关知识。 4.熟悉数控车床编程常用的符号和指令代码。下一页 2.4练习2.1 数控车床编程就是应用数控系统所提供的功能指令书写零件的轮廓加工路线的过程。运用数控系统提供的指令书写的零 件轮廓加工路线称为数控程序。数控编程不仅仅是单一的编 写数控加工指令的过程，它还包含了普通车床车削工件的所 有设置:零件轮廓加工路线、零件加工用刀具、加工工艺、车 削参数、辅助动作(冷却液开关、主轴转和停)等。 因此，数控加工程序是按规定的格式描述零件几何形状和加工工艺的数控指令集。 返回 下一页 2.1 字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。数控系统只能接收二进制信 息，所以，必须把字符转换成用“0”和“1”组合的代码来 表达。国际上广泛采用两种标准代码:ISO(国际标准化组织) 标准代码;EIA(美国电子工业协会)标准代码。这两种标准代 码的编码方法不同，在大多数现代数控机床上，这两种代码 都可以使用，只需用系统控制面板上的开关，或用G功能指令 来选择。 在数控加工程序中，字是指一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作。字由一个英文字母与随后 的若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。例如 :X150”是一个字，其中，X为地址符，数字“150”为地址 中的内容。 返回 下一页 上一页 2.1 组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义，以下是以SIEMENS 802S/802C数控系统的规定为主来介绍的。实际操作中 ，请遵照机床数控系统说明书来使用各个功能字。 (1)顺序号字N顺序号又称程序段号或程序段序号。顺序号位于程序段之首，由地址符N和后续数字组成，后续数字一般为1~4 位正整数。数控加工中的顺序号实际上是程序段的名称，与程 序执行的先后次序无关。数控系统不是按顺序号的次序来执行 程序，而是按照程序段编写时的排列顺序逐段执行。顺序号的