數(shù)控技術(shù)與應用畢業(yè)設計-數(shù)控編程(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比 切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。 用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。 最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。 然而，在實際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時，需要根據(jù)實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或 選用剛性好的刀刃。 . 合理選擇刀具 1) 粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。 2) 精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。 3) 為減少換刀時間和方便對刀，應盡量采用機夾刀和機夾刀片。 . 合理選擇夾具 1) 盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具； 2) 零件定位基準重合，以減少定位誤差。 . 確定加工路線 加工路線是指數(shù)控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。 1) 應能保證加工精度和表面粗糙要求； 2) 應盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。 . 加工路線與加工余量的聯(lián)系 13 目前，在數(shù)控車床還未達到普及使用的條件下，一般應把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時，則需注意程序的靈活安排。 . 夾具安裝要點 目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現(xiàn)的，液壓卡盤夾緊要點如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。 第五章 程序首句妙用與控制尺寸精度的技巧 、程序首句妙用 G00的技巧 目前我們所接觸到的教科書及數(shù)控車削方面的技術(shù)書籍，程序首句均為建立工件坐標系，即以 G50 Xα Zβ作為程序首句。根據(jù)該指令，可設定一個坐標系，使刀具的某一點在此坐 14 標系中的坐標值為 (Xα Zβ )(本文工件坐標系原點均設定在工件右端面 )。采用這種方法編寫程序，對刀后，必須將刀移動到 G50 設定的既定位置方能進行加工，找準該位置的過程如下。 1. 對刀后，裝夾好工件毛坯； 2. 主軸正轉(zhuǎn)，手輪基準刀平工件右端面 A； 3. Z 軸不動，沿 X軸釋放刀具至 C點，輸入 G50 Z0，電腦記憶 該點； 4. 程序錄入方式，輸入 G01 W8 F50，將工件車削出一臺階； 5. X 軸不動，沿 Z 軸釋放刀具至 C 點，停車測量車削出的工件臺階直徑γ，輸入 G50 Xγ，電腦記憶該點； 6. 程序錄入方式下，輸入 G00 Xα Zβ，刀具運行至編程指定的程序原點，再輸入 G50 Xα Zβ，電腦記憶該程序原點。 上述步驟中，步驟 6 即刀具定位在 Xα Zβ處至關(guān)重要，否則，工件坐標系就會被修改，無法正常加工工件。有過加工經(jīng)驗的人都知道，上述將刀具定位到 Xα Zβ處的過程繁瑣，一旦出現(xiàn)意外， X 或 Z 軸無伺服，跟蹤出錯，斷電等情 況發(fā)生，系統(tǒng)只能重啟，重啟后系統(tǒng)失去對 G50 設定的工件坐標值的記憶，“復位、回零運行”不再起作用，需重新將刀具運行至 Xα Zβ位置并重設 G50。如果是批量生產(chǎn)，加工完一件后，回 G50 起點繼續(xù)加工下一件，在操作過程中稍有失誤，就可能修改工件坐標系。鑒于上述程序首句使用 G50 建立工件坐標系的種種弊端，筆者想辦法將工件坐標系固定在機床上，將程序首句 G50 Xα Zβ改為 G00 Xα Zβ后，問題迎刃而解。其操作過程只需采用上述找 G50 過程的前五步，即完成步驟 5后，將刀具運行至安全位置，調(diào)出程序，按自動 運行即可。即使發(fā)生斷電等意外情況，重啟系統(tǒng)后，在編輯方式下將光標移至能安全加工又不影響工件加工進程的程序段，按自動運行方式繼續(xù)加工即可。上述程序首句用 G00代替 G50的實質(zhì)是將工件坐標系固定在機床上，不再囿于 G50 Xα Zβ程序原點的限制，不改變工件坐標系，操作簡單，可靠性強，收到了意想不到的效果。中國金屬加工在線 . 修改刀補值保證尺寸精度 由于第一次對刀誤差或者其他原因造成工件誤差超出工件公差，不能滿足加工要求時，可通過修改刀補使工件達到要求尺寸，保證徑向尺寸方 法如下： a. 絕對坐標輸入法 根據(jù)“大減小，小加大”的原則，在刀補 001～ 004 處修改。如用 2 號切斷刀切槽時工件 15 尺寸大了 ，而 002 處刀補顯示是 ，則可輸入 ，減少 2號刀補。 b. 相對坐標法 如上例， 002 刀補處輸入 ，亦可收到同樣的效果。 同理，對于軸向尺寸的控制亦如此類推。如用 1號外圓刀加工某處軸段，尺寸長了 ，可在 001 刀補處輸入 。 . 半精加工消除絲桿間隙影響保證尺寸精度 對于大部分數(shù)控車床來說，使用較長時間后，由于絲桿間隙的影響，加工出的工 件尺寸經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這時，我們可在粗加工之后，進行一次半精加工消除絲桿間隙的影響。如用 1 號刀 G71 粗加工外圓之后，可在 001 刀補處輸入 ，調(diào)用 G70 精車一次，停車測量后，再在 001 刀補處輸入 ，再次調(diào)用 G70 精車一次。經(jīng)過此番半精車，消除了絲桿間隙的影響，保證了尺寸精度的穩(wěn)定。 . 程序編制保證尺寸精度 a. 絕對編程保證尺寸精度 編程有絕對編程和相對編程。相對編程是指在加工輪廓曲線上，各線段的終點位置以該線段起點為坐標原點而確定的坐標系。也就是說，相對編程的坐標原點經(jīng)常在變 換，連續(xù)位移時必然產(chǎn)生累積誤差，絕對編程是在加工的全過程中，均有相對統(tǒng)一的基準點，即坐標原點，故累積誤差較相對編程小。數(shù)控車削工件時，工件徑向尺寸的精度一般比軸向尺寸精度高，故在編寫程序時，徑向尺寸最好采用絕對編程，考慮到加工及編寫程序的方便，軸向尺寸常采用相對編程，但對于重要的軸向尺寸，最好采用絕對編程。 b. 數(shù)值換算保證尺寸精度 很多情況下，圖樣上的尺寸基準與編程所需的尺寸基準不一致，故應先將圖樣上的基準尺寸換算為編程坐標系中的尺寸。如圖 2b 中，除尺寸 外，其余均屬直接按圖 2a 標注尺寸經(jīng)換 算后而得到的編程尺寸。其中， φ 、φ 16mm 及 三個尺寸為分別取兩極限尺寸平均值后得到的編程尺寸。 . 修改程序和刀補控制尺寸 數(shù)控加工中，我們經(jīng)常碰到這樣一種現(xiàn)象：程序自動運行后，停車測量，發(fā)現(xiàn)工件尺寸達不到要求，尺寸變化無規(guī)律。如用 1 號外圓刀加工圖 3 所示工件，經(jīng)粗加工和半精加工后停車測量，各軸段徑向尺寸如下：φ 、φ 及φ 。對此，筆者采用修改程序和刀補的方法進行補救，方法如下： a. 修改程序 16 原程序中的 X30 不變， X23 改為 ， X16 改為 ，這樣一來，各軸段均有超出名義尺寸的統(tǒng)一公差 ； b. 改刀補 在 1號刀刀補 001 處輸入 。 經(jīng)過上述程序和刀補雙管齊下的修改后，再調(diào)用精車程序，工件尺寸一般都能得到有效的保證。 數(shù)控車削加工是基于數(shù)控程序的自動化加工方式，實際加工中，操作者只有具備較強的程序指令運用能力和豐富的實踐技能，方能編制出高質(zhì)量的加工程序，加工出高質(zhì)量的工件。 第六章 數(shù)控技術(shù) 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)綜述 (1)數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應用數(shù) 據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機 (已很少使用 )， 軟盤驅(qū)動器， CNC鍵盤 (一般輸入操作 )，數(shù)控系統(tǒng)配備的硬盤及驅(qū)動裝置 (用于大量數(shù)據(jù)的存儲保護 )、磁帶機 (較少使用 )、 PC 計算機等等。 (2)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床的中樞，它將接到的全部功能指令進行解碼、運算，然后有序地發(fā)出各種需要的運動指令和各種機床功能的控制指令，直至運動和功能結(jié)束。 數(shù)控系統(tǒng)都有很完善的自診斷能力，日常使用中更多地是要注意嚴格按規(guī)定操作，而日 17 常的維護則主要是對硬件使用環(huán)境的保護和防止系統(tǒng)軟件的破壞。 (3)可編 程邏輯控制器是機床各項功能的邏輯控制中心。它將來自 CNC 的各種運動及功能指令進行邏輯排序，使它們能夠準確地、協(xié)調(diào)有序地安全運行；同時將來自機床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給 CNC，使 CNC 能及時準確地發(fā)出進一步的控制指令，如此實現(xiàn)對整個機床的控制。 當代 PLC 多集成于數(shù)控系統(tǒng)中，這主要是指控制軟件的集成化，而 PLC 硬件則在規(guī)模較大的系統(tǒng)中往往采取分布式結(jié)構(gòu)。 PLC 與 CNC 的集成是采取軟件接口實現(xiàn)的，一般系統(tǒng)都是將二者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由系統(tǒng)對所有地址的信息狀態(tài)進行實時監(jiān)控，根據(jù)各接口信 號的現(xiàn)時狀態(tài)加以分析判斷，據(jù)此作出進一步的控制命令，完成對運動或功能的控制。 不同廠商的 PLC 有不同的 PLC 語言和不同的語言表達形式，因此，力求熟悉某一機床 PLC程序的前提是先熟悉該機床的 PLC 語言。 (4)主軸驅(qū)動系統(tǒng)接受來自 CNC 的驅(qū)動指令，經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩 (功率 )調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動主電動機轉(zhuǎn)動，同時接受速度反饋實施速度閉環(huán)控制。它還通過 PLC 將主軸的各種現(xiàn)實工作狀態(tài)通告 CNC 用以完成對主軸的各項功能控制。 主軸驅(qū)動系統(tǒng)自身有許多參數(shù)設定，這些參數(shù)直接影響主軸的轉(zhuǎn)動特性，其中有些不可丟失或改變 的，例如指示電動機規(guī)格的參數(shù)等，有些是可根據(jù)運行狀態(tài)加以調(diào)改的，例 如零漂等。通常 CNC 中也設有主軸相關(guān)的機床數(shù)據(jù)，并且與主軸驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)作用相同，因此要注意二者取一，切勿沖突。 (5)進給伺服系統(tǒng)接受來自 CNC 對每個運動坐標軸分別提供的速度指令，經(jīng)速度與電流(轉(zhuǎn)矩 )調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機床坐標軸運動，同時接受速度反饋信號實施速度閉環(huán)控制。它也通過 PLC 與 CNC 通信，通報現(xiàn)時工作狀態(tài)并接受 CNC 的控制。 進給伺服系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的正確調(diào)節(jié)是最重要的，應該在位置開環(huán)的條件下作最佳化 調(diào)節(jié)，既不過沖又要保持一定的硬特性。它受機床坐標軸機械特性的制約，一旦導軌和機械傳動鏈 的狀態(tài)發(fā)生變化，就需重調(diào)速度環(huán)調(diào)節(jié)器。 (6)電器硬件電路隨著 PLC 功能的不斷強大，電器硬件電路主要任務是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類執(zhí)行電器 (繼電器、接觸器 )，很少還有繼電器邏輯電路的存在。但是一些進口機床柜中還有使用自含一定邏輯控制的專用組合型繼電器的情況，一旦這類元件出現(xiàn)故障，除了更換之外，還可以將其去除而由 PLC 邏輯取而代之，但是這不僅需要對該專用電器的工作原理有清楚的了解，還要對機床的 PLC 語言與程序深入掌握才行。 18 (7)機床 (電器部分 )包括所有的電動機、電磁閥、制動器、各種開關(guān)等。它們是實現(xiàn)機床 各種動作的執(zhí)行者和機床各種現(xiàn)實狀態(tài)的報告員。 這里可能的主要故障多數(shù)屬于電器件自身的損壞和連接電線、電纜的脫開或斷裂。 (8)速度測量通常由集裝于主軸和進給電動機中的測速機來完成。它將電動機實際轉(zhuǎn)速匹配成電壓值送回伺服驅(qū)動系統(tǒng)作為速度反饋信號，與指令速度電壓值相比較，從而實現(xiàn)速度的精確控制。 這里應注意測速反饋電壓的匹配聯(lián)接，并且不要拆卸測速機。由此引起的速度失控多是由于測速反饋線接反 或者斷線所致。 (9)位置測量較早期的機床使用直線或圓形同步感應器或者旋轉(zhuǎn)變壓器，而現(xiàn)代機床多采 用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測量元件。它們對機床坐標軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量，將測量值反饋到 CNC 并與指令位移相比較直至坐標軸到達指令位置，從而實現(xiàn)對位置的精確控制。 位置環(huán)可能出現(xiàn)的故障多為硬件故障，例如位置測量元件受到污染，導線連接故障等。 (10)外部設備一般指 PC 計算機、打印機等輸出設備，多數(shù)不屬于機床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。 控機床運動坐標的電氣控制 數(shù)控機床一個運動坐標的電氣控制由電流 (轉(zhuǎn)矩 )控制環(huán)、速度控制環(huán)和位置控制環(huán)串聯(lián)組成 。 (1)電流環(huán)是為伺服電機提供轉(zhuǎn)矩的電路。一般情況下它與電動機的匹配調(diào)節(jié)已由制造者作好了或者指定了相應的匹配參數(shù)，其反饋信號也在伺服系統(tǒng)內(nèi)聯(lián)接完成，因此不需接線與調(diào)整。 (2)速度環(huán)是控制電動機轉(zhuǎn)速亦即坐標軸運行速度的電路。速度調(diào)節(jié)器是比例積分 (PI)調(diào)節(jié)器，其 P、 I 調(diào)整值完全取決于所驅(qū)動坐標軸的負載大小和機械傳動系統(tǒng) (導軌、傳動機構(gòu) )的傳動剛度與傳動間隙等機械特性，一旦這些特性發(fā)生明 顯變化時，首先需要對機械傳動系統(tǒng)進行修復工作，然后重新調(diào)整速度環(huán) PI 調(diào)節(jié)器。 速度環(huán)的最佳調(diào)節(jié)是在位置環(huán)開環(huán)的條件下才能完成的，這對于水平運動的坐標軸和轉(zhuǎn)動坐標軸較容易進行，而對于垂向運動坐標軸則位置開環(huán)時會自動下落而發(fā)生危險，可以采取先摘下電動機空載調(diào)整，然后再裝好電動機與位置環(huán)一起調(diào)整或者直接帶位置環(huán)一起調(diào)整，這時需要有一定的經(jīng)驗和細心。 速度環(huán)的反饋環(huán)節(jié)見前面“速度測量”一節(jié)。 19 (3)位置環(huán)是控制各坐標軸按指令位置精確定位的控制環(huán)節(jié)。位置環(huán)將最終影響坐標軸的位置精度及工作精度。這其中有兩方面的 工作： 一是位置測量元件的精度與 CNC 系統(tǒng)脈沖當量的匹配問題。測量元件單位移動距離發(fā)出的脈 沖數(shù)目經(jīng)過外部倍頻電路和 /或 CNC 內(nèi)部倍頻系數(shù)的倍頻后要與數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的分辨率相符。例如位置測量元件 10 脈沖 /mm，數(shù)控系統(tǒng)分辨率即脈沖當量為 ，則測量元件送出的脈沖必須經(jīng)過 100 倍頻方可匹配。 二是位置環(huán)增益系數(shù) Kv 值的正確設定與調(diào)節(jié)。通常 Kv 值是作為機床數(shù)據(jù)設置的，數(shù)控系統(tǒng)中對各個坐標軸分別指定了 Kv 值的設置地址和數(shù)值單位。在速度環(huán)最佳化調(diào)節(jié)后 Kv 值的設定則成為反映機床性能好壞、影響最終精度 的重要因素。 Kv值是機床運動坐標自身性能優(yōu)劣的直接表現(xiàn)而并非可以任意放大。關(guān)于 Kv值的設置要注意兩個問題，首先要滿足下列公式： Kv=v/Δ 式中 v—— 坐標運行速度， m/min Δ —— 跟蹤誤差， mm 注意，不同的數(shù)控系統(tǒng)采用的單位可能不同，設置時要注意數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的單位。例如，坐標運行速度的單位是 m/min，則 Kv 值單位為 m/(mm min)，若 v 的單位為 mm/s，則 Kv 的單位應為 mm/(mm s)。 其次要滿足各聯(lián)動坐標軸的 Kv 值必須相同，以保證合成運動時的精度。通常是以 Kv 值最低的坐標軸為準。 位置反饋 (參見上節(jié)“位置測量” )有三種情況：一種是沒有位置測量元件，為位置開環(huán)控制即無位置反饋，步進電機驅(qū)動一般即為開環(huán)；一種是半閉環(huán)控制，即位置測量元件不在坐標軸最終運動部件上，也就是說還有部分傳動環(huán)節(jié)在位置閉環(huán)控制之外，這種情況要求環(huán)外傳動部分應有相當?shù)膫鲃觿偠群蛡鲃泳龋尤敕聪蜷g隙補償和螺距誤差補償之后，可以得到很高的位置控制精度；第三種是全閉環(huán)控制，即位置測量元件安裝在坐標軸的最終運動部件上