,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第六章 典型数控机械,数控技术,新疆大学机械工程学院,朱志坚 周建平 陈宏伟 乌尔开西,11/15/2024,1,数控技术新疆大学机械工程学院10/8/20231,第六章 典型数控机械,6-1 数控车床,按功能分类：经济型和全功能型,经济型：单片机或单板机控制、功率步进电机驱动、功能简单、价格低廉的数控车床。,全功能型：配有功能齐全的数控系统、价格相对较高的数控车床。,一、数控车床的机械结构及原理,一）主传动系统,结构特点,电机：一般采用直流或交流主轴电机驱动，可实现无级调速。,传动：采用直接传动、皮带传动或齿轮变速组传动。,变速：采用液压拨叉或电磁离合器自动变速。,11/15/2024,2,第六章 典型数控机械 6-1 数控车床10/8/202,6-1 数控车床,CA6140型车床数控改装（经济型手动变速）传动系统图,11/15/2024,3,6-1 数控车床 CA6140型车床数控改装（经济型手动,采用电磁离合器自动变速的主传动系统原理图,6-1 数控车床,装,配,图,11/15/2024,4,采用电磁离合器自动变速的主传动系统原理图6-1 数控车,C轴坐标功能,C轴坐标概念,：,即绕Z轴的旋转运动,C轴坐标功能,：,该功能能够控制主轴绕C轴旋转的角度，实现主轴定向停车和圆周进给。从而实现C轴、Z轴联动插补或C轴、X轴联动插补，进行工件任意部位的钻、铣、攻丝及曲面加工。,C轴坐标功能示意图,6-1 数控车床,11/15/2024,5,C轴坐标功能6-1 数控车床10/8/20235,6-1 数控车床,C轴传动结构形式,(MOC200MS3车削柔性加工单元),11/15/2024,6,6-1 数控车床C轴传动结构形式(MOC200MS3车削柔性,6-1 数控车床,C轴传动结构形式,(CK6114车削中心),11/15/2024,7,6-1 数控车床C轴传动结构形式(CK6114车削中心)10,二）进给系统,结构特点,电机：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。,运动转换：滚珠丝杠螺母副。,快移速度：经济型数控车床一般纵向6m/min，横向3m/min，全功能型数控车床一般可达1015m/min。,精度：经济型数控车床脉冲当量一般纵向0.01mm，横向0.005mm，全功能型数控车床一般定位精度0.01mm。,进给传动装置.,传动：同步齿形带传动、锥形环连接套传动或降速齿轮传动。,同步齿形带传动,图6-8,锥形环连接套传动,图6-9,降速齿轮传动,图6-10,图6-11,6-1 数控车床,11/15/2024,8,二）进给系统6-1 数控车床10/8/20238,三）数控车床的刀架,要求：重复定位精度高、刚性好、可靠性好、寿命长。,6-1 数控车床,自动转位刀架,种类：,按工位可分为：四方刀架、五方刀架、六方刀架,按工作原理分：螺旋转位刀架（应用广泛）、十字槽转位刀架、凸台棘爪转位刀架、电磁式转位刀架、液压式转位刀架。,螺旋转位刀架原理,11/15/2024,9,三）数控车床的刀架6-1 数控车床自动转位刀架10/8/20,螺旋转位刀架结构图,6-1 数控车床,11/15/2024,10,螺旋转位刀架结构图6-1 数控车床10/8/202310,6-1 数控车床,自动转位刀架编码：以实现加工所需刀具的选择。,四方刀架编码：需两位数 00、01、10、11,五方刀架编码：需三位数 001、010、011、100、101 （000一般不用）,六方刀架编码：需三位数 001、010、011、100、101、110,转塔刀架（回转刀架）,刀位数：最多可达20余种，常用8、10、12、16四种。,外形：圆鼓形、星形和伞形，常用圆鼓形。,驱动：电机传动和液压传动。,动力刀架：用于车削中心，与C轴坐标功能配合，完成联动插补加工。,11/15/2024,11,6-1 数控车床自动转位刀架编码：以实现加工所需刀具的选择。,转塔刀架简图,6-1 数控车床,11/15/2024,12,转塔刀架简图6-1 数控车床10/8/202312,四）床身与导轨,床身,结构：,平床身、斜床身、平床身与斜滑板、立床身,。,6-1 数控车床,平床身：,工艺性好、运动精度较高，但排屑困难，一 般用于经济形数控车床。,斜床身：,排屑方便、占地面积小、外形美观、便于安装机械手、可实现单机自动化，一般用于中小型机床,导轨,支承导轨,：,一般采用镶钢导轨或铸铁淬火导轨。,动导轨,：,一般采用贴塑或注塑导轨,。,直线滚动导轨副,：,应用日益广泛。,11/15/2024,13,四）床身与导轨6-1 数控车床 平床身：工艺性好、运动精,二、经济型数控车床的CNC数控系统,国内开发并广泛应用的经济型数控系统如：,WSQ-80系统：采用单板机控制,RC-51系统：采用8031单片机控制,JWK系统：采用双8031单片机控制,CKL-6132经济型数控车床CNC系统简介：,（一）主要技术参数与功能,主轴转速级数 12级,主轴转速范围 32-1600rpm,进给量及螺距范围(纵向)0.01-10.23mmr,进给量及螺距范围(横向)0.005-5.11mmr,6-1 数控车床,11/15/2024,14,二、经济型数控车床的CNC数控系统6-1 数控车床10/8/,可装刀具数目 4把,主电机(直流)功率 4kW速度,刀架纵向快速移动 3mmin,刀架横向快速移动速度 1.5mmin,纵向步进电机静态转矩 20Nm,横向步进电机静态转矩 10Nm,2.数控装置,控制微机 16位(8086)微机,控制轴数 x、z 两轴联动,插补方式 直线、圆弧插补,脉冲当量 z向0.01mm,脉冲当量 x向0.005mm,代码 ISO标准,6-1 数控车床,11/15/2024,15,可装刀具数目,最大编程值 三字节,CRT显示 x和z向显示999.99mm,显示功能：现在位置、加工程序、主轴转速、加工程序号等,操作方式：全程序运行、单程序运行、手动操作、程序工作状态等。,3.数控装置的功能,准备功能：G00 快速定位,C01 直线插补,C02(G03)圆弧插补,G04 延时指令,G25 锯齿加工,G70 圆柱切削循环,G71 锥度切削循环,G72 圆柱螺纹切削循环,G73 锥度螺纹切削循环,G92 坐标设定,6-1 数控车床,11/15/2024,16,最大编程值,辅助功能：M00 程序停止,M01 计划暂停,M02 程序终了,M03 主轴正转,M04 主轴反转,M05 主轴停止,M08 冷却液开,M09 冷却液关,主轴转速选择功能S：,S01S06(低速)2400rmin,S11S13(中速)500 800rmin,S14S15(高速)1000 1600rmin,刀具选择功能：,T,表示刀具号码,表示刀具补偿号,6-1 数控车床,11/15/2024,17,辅助功能：M00 程序停止6-,进给速度功能F：F1,F1023种选择,坐标与删节指令：,x 表示横向绝对坐标,z 表示纵向绝对坐标,U 表示横向增量坐标,W 表示纵向增量坐标,I 圆心坐标和横向进给量,K 圆心坐标和纵向进给量,R 圆弧曲线的半径(矢量)值,/删节指令,4.数控程序输入方式,(1)键盘输入方式,(2)磁带输入方式,(3)固化在ROM存储器中,6-1 数控车床,11/15/2024,18,进给速度功能F：F1 F1023种选择6,（二）硬件结构,主从控制结构,图6-17,主机：,一台16位的8086构成的工业控制机，担负数据处理、插补控制及一些功能管理等任务。,从机：,Z-80CPU为核心构成的单板机，担负S、M、T等辅助任务(如调速、换刀等开关量控制)，还担任手动 操作方面的控制任务。,系统内存为ROM64K、RAMl28K,接口电路由8255、8253、8259等芯片组成。,8255送数据和扫描开关量，井控制伺服驱动系统。,8253主要采集主轴脉冲信号和G00速进给的定时控制,可编程中断控制器8259用于中断控制。,6-1 数控车床,11/15/2024,19,（二）硬件结构6-1 数控车床10/8/202319,（三）软件结构,CNC系统是一个实时控制系统，其控制软件由多个功能模块组成，一般都应具备如下一些软件模块：,数控语句读人程序；,工作状态选择程序；,补偿功能程序；如间隙补偿、刀尖半径补偿等；,速度控制程序；指进给速度的控制和主轴速度的控制；,插补程序；以实现脉冲的各种分配运算；,辅助功能控制程序；用于刀具选择、主轴正反转控制等。,1软件的总体结构,图6-18,框图结构说明如下：,6-1 数控车床,11/15/2024,20,（三）软件结构6-1 数控车床10/8/202320,(1)系统初始化,在上电以后系统程序首先使各有关寄存器、存储单元进入初始状态，清零、设置有关常数，对有关接口设置工作状态。,初始化工作结束后，系统立即对操作面板进行扫描，区别操作状态为手动还是自动，然后做出相应的响应。,(2)读NC程序,一次性将加工程序依次读入源程序区,加工时逐条将源程序从源程序区读入工作区,进行译码、刀具补偿运算等,(3)S、M、T处理,读人程序译码之后，S、M、T强电控制信号送人强电控制装置，使其处于数控程序所规定的工作状态。,6-1 数控车床,11/15/2024,21,(1)系统初始化 6-1 数控车床10/8/202321,(4)坐标值变换,该机床数控编程时允许绝对值与相对值混合使用，所以必须对每条数控程序的坐标值进行处理。,(5)程序检索,此项处理是为了在程序调试或机床调整中使用，目的是为了方便地寻到所要求的数控程序段，这对于分析故障亦有许多帮助。,(6)等待强电回答,当主机向机床强电装置发出S、M、T命令之后，它自己就去处理其他有关程序，在它执行完有关程序之后，强电动作还远未完成，这时主机就转入等待状态。,(7)G功能分析程序块,由于该系统是一个多功能系统，所以在执行每条数控程序时必须对G指令进行判别，确定是哪一个指令，这样在加工过程中就可以调用相应的G功能子程序。,6-1 数控车床,11/15/2024,22,(4)坐标值变换 6-1 数控车床10/8/202322,(8)进给速度处理,加工中一般有两种速度：,空行程快速点定位速度(一般在2-4mmin),由F指令确定的加工进给速度。,考虑到步进电机启动和制动时的惯性，必须有升降速处理程序。,(9)加工（插补）运算,本系统采用逐点比较法进行插补运算,(10)终点判别,在加工过程中，数控系统每向步进电机发出一个脉冲信号，都将相对坐标值减去1，并且立即判断其是否为零，即是否到达终点。,(11)其他程序,除上述一些程序外，还有系统转向相应的执行程序等。,6-1 数控车床,11/15/2024,23,(8)进给速度处理 6-1 数控车床10/8/202323,2特殊功能模块程序设计,(1)螺纹切削处理软件,加工螺纹时主轴脉冲发生器每转发出二组脉冲：,一组为每转发1024个脉冲，通过螺纹切削处理软件产生F个溢出脉冲，控制Z方向进给F值（螺距值），达到主轴转一转刀架移动一个螺距。,一组是每转发一个同步脉冲，当微机接受到同步脉冲之后就进入加工控制，实现同一切削点切人加工，防止乱扣。,生成进给速度F的方法有数字积分法和CTC常数设置法,6-1 数控车床,11/15/2024,24,2特殊功能模块程序设计6-1 数控车床10/8/2023,数字积分法：,由螺距值F（脉冲数）寄存器和余数寄存器构成一个积分器：,采用CTC中断方式：脉冲发生器每发一个脉冲，就产生一次中断，积分器进行一次累加，当余数寄存器有溢出时，向Z向发一个进给脉冲。每转发1024个脉冲，进行1024次中断和累加，产生F个溢出脉冲，完成一次螺距进给。,6-1 数控车床,11/15/2024,25,数字积分法：6-1 数控车床10/8/202325,CTC常数设置法：,脉冲发生器所发脉冲数为F的整数倍，则以所发脉