数控技术应用专业英语(译文)
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参 考 译 文第一单元 数控技术基本概念第 1 课 数控的发展史机床数控技术是在二战后的 1947 至 1952 年间由美国麻省理工学院首次开发出来的。数控的发展得益于美国空军,他们意识到必须为现代飞机尤其是航天飞行器的生产,研发更高效的制造技术以加工尺寸精度更高、形状更复杂的零件。由于大部分的加工都涉及到铣削加工,因而美国空军赞助麻省理工学院建立研究项目来开发数控铣床样机。这个样机通过对传统的靠模铣床的三坐标轴添加数控伺服机构而改进得到。1952 年 3 月,麻省理工学院在实验室举办了第一次数控机床展示会。同时,一些工业界用户,特别是飞机制造商也致力于研发数控机床来满足他们自己特定的生产需求。美国空军鼓励麻省理工学院继续立项开展曲面加工研究,并提供赞助。它导致了 1959年自动编程工具语言(APT)的发展。这是一种数控编程的专用语言,它使用与英语非常接近的语句来定义零件的几何尺寸,描述刀具配置,指定必需的运动。指令程序写在穿孔纸带上,但穿孔纸带很容易在加工过程中被撕破或者磨损。穿孔纸带后来被磁性塑料磁带取代。塑料磁带通过一系列的磁点来携带指令,并且比纸带要结实得多。然而,塑料磁带仍然留下两个问题:要改变已经输入到磁带上的指令非常困难或者不可能。即使为了对程序中的指令作极微小的调整,也必须中断加工过程,重新制作一盘新磁带;每加工一个零件,仍然需要再读取一次磁带来获得指令。幸运的是,在 70 年代实现了计算机技术,并很快地解决了与数控技术相关的穿孔纸带和磁带问题。第 2 课 控制系统当加工单元配备了计算机数控系统通常被称为数控机床。计算机数控系统类似于身体系统,控制单元就是其大脑神经中枢。通过计算机数控系统的主控单元,程序员可编程控制机床所有的速度、进给、轴运动和数以百计的其他任务。对数控机床的编程就是对控制系统编程,就是用控制单元确定程序的格式、结构和语法。为了充分了解数控编程过程,掌握机械加工的各项复杂环节是十分重要的,例如,如何加工零部件,如何选择刀具、速度和进给以及如何设置工作和许多其他功能。同样重要的是要知道计算机数控装置是如何运作的,而了解这些并不需要你成为一个电子或计算机科学的专家。机床制造商在自家操作面板上会添加操作开关和按钮来控制数控机床并发挥其特有功能。一个典型的操作面板如下图所示:即使是简单一看,都能发现任何一个控制单元都包含两个基本组件:一个是带有旋转开关、钮子开关和按钮的操作面板;另一个是带有键盘的显示屏。根据数控机床的不同类型,下表包含了现代操作面板上最典型和常用的功能键。虽然加工中心和车床在操作上有一些小差异,但操作面板是相似的。正如参考书中所说那样,操作前最好仔细阅读制造商的说明书和建议,因为通常许多在工厂里使用的机床都会有很多特殊功能。专项 描述 专项 描述换向开关 主动力和控制单元的动力和控制开关 换刀 开关允许手动换刀循环启动 启动执行程序或手动数据输入指令 参考位置 开关和指示灯与从参考位置(原点)设置机床相关紧急停车 停止机床所有任务并且关闭通向控制装置的电源 手轮模式 手动脉冲发生器(MPG) 用于选轴和操作增量开关暂停 暂时停止所有轴的运动 尾座开关 尾座和/或尾座套筒可手动调整尾座位置单程序段 每次运行一个单程序段 分度盘开关 手动设置机床工作台分度选择停机 暂时停止程序的执行(M01 所需的程序) 手动数据输入模式 手动数据输入模式执行单节跳跃 程序中用正斜杠(/)表示忽略前段程序 自动模式 可自动操作试运行 在高速下测试程序(不安装工件) 记忆模式 允许从计算机数控装置的存储器调用程序执行主轴调整 通常在 50 - 120%的范围内调整主轴转速编程 穿孔带模式 允许从外部设备,如台式电脑或穿孔纸带调用程序执行进给率调整 通常在 0 - 200%的范围内调整进给率编程 编辑模式 允许更改保存在计算机数控存储器中的程序卡盘夹紧 显示卡盘夹紧的当前状态(外/内夹紧) 手动模式 允许设置手动操作冷却液开关 冷却液控制开关开/关/自动 寸动模式 选择设置寸动模式齿轮选择 显示当前齿轮工作范围选择的状态 快速模式 选择设置快速模式主轴旋转 表明主轴旋转方向(顺时针或逆时针方向) 内存访问 开关设为允许编辑程序主轴定位 主轴手动定位 出错显示灯 红灯显示出现错误尽管某些功能可能没有罗列出来,但是表格里所描述的所有功能或多或少都是与数控程序相关的。许多控制系统有自己的独特功能。数控机床的编程应该是灵活而非僵化的,是“便于用户使用的” 。屏幕是计算机显示的窗口,可以用来查看当前的程序、控制的状态、当前刀具位置、各种补偿、参数以及刀轨图。在所有数控单元中,操作员可以通过输入键(键盘垫和软键) 来选择单色或彩色屏幕,同时也可设置不同的语言。指令是通过键盘和软键来输入数控系统的。现有的程序可以被修改或删除,也可以添加新程序。使用键盘输入,不仅可以控制运动轴,也可控制主轴转速和进给速度。修改内部参数和诊断评估往往局限于维修人员。键盘和屏幕用于设置程序起点并连接到外部设备,如与另一台计算机连接。还有很多其他的选择。每个键盘允许使用字母、数字和符号来输入数据。但并不是每个键盘都允许使用所有可用的字母或符号。一些控制面板按键有操作功能的描述,而不是一个字母、数字或符号,例如,补偿按键。第 3 课 计算机数控原理 个人计算机(PC)的出现和普及使得计算机数控技术得到了发展。在计算机数控中,微型计算机用于控制一台或多台数控机床,而不是通过磁带阅读器来获得穿孔纸带或磁带上的指令。数控程序输入到微机,微机执行程序。这就允许操作员在磁盘上开发数控程序,然后通过一个磁盘驱动器将程序装载到微机控制器或者直接从一个主机上下载程序。随着时间的推移和技术的持续发展,计算机数控将越来越占主导的优点就是它允许零件在设计和绘图时所创建的数据库能被用于描述数控程序进而用来制造零件。计算机数控有时被称为软件固化的数控。计算机数控的另外一个优点是可以创建数控程序库,并将其存储再使用。此外,可通过修改特定数控程序而生成一个新的数控程序。一个计算机数控系统由三部分组成(图 3-1):1、控制部分2、输入部分3、输出部分输入部分允许系统从操作员那里接受输入,也可以从作为系统一部分的接口设备接受反馈信息。控制部分具有任何一个计算机控制系统的中央处理器(CPU)所能提供的完全相同的功能。这些功能包括数控程序的存储,算法与逻辑判定,以及输入输出之间的通信。输出部分将指令从控制部分传送到执行任务的实际机器。这些机器都在一个闭环系统中并反馈信息回到控制器,这样它们的运行就能被连续监控。和任何计算机控制系统一样,计算机数控系统可以有两种存储类型:随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM) 。数控程序通常是存储在随机存储器中的,这样它们可以方便的存取和随时编辑。只有诸如系统操作程序和诊断程序一类的静态程序才存储在只读存储器中。在典型的计算机数控设备中,操作员在操作台输入数控程序。程序传送到控制器的存储单元存储起来备用。需要使用该程序时调用它。第 4 课 数控机床的发展趋势数控技术及设备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控设备列为国家的战略物资。1. 高速化、高精度化、高可靠性高速化:提高进给速度与主轴转速。 高精度化:其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级高可靠性:新数控系统的可靠性一般要比旧数控系统高一个数量级以上。2. 复合化数控机床功能复合化的发展,其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序,从而提高了机床的效率和加工精度,提高生产的柔性。3. 智能化智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为提高加工效率和加工质量方面的智能化;为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化;简化编程、简化操作方面的智能化;还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等,以及智能诊断、智能监控等方面的内容,方便系统的诊断及维修。4. 柔性化、集成化现代数控机床的柔性自动化系统发展的趋势是:从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床) 、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛 FA) 、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展,另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,是各国制造业发展的主流趋势,是先进制造领域的基础技术。新一代数控系统的开发核心是它的开放性。软件平台和硬件平台是开放式系统,采用模块化,层次化的结构,并通过形式向外提供统一的应用程序接口。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控设备是近两年的一个新的焦点。数控设备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。第二单元 数控编程基础第 5 课 数控编程简介数控机床编程有四种方式:手工编程,数字化编程,语言编程,图形编程。 (图 5-1)手工编程是这四种中最为麻烦的。它涉及到确定刀具位置和指定刀具方向的数值计算。当这些数值计算出来之后,将其记录下来并输入到机床控制单元。数字化是常用于计算机辅助设计和制图中的一种方法,零件图通过电子化处理后,图形上各个不同的点被转化为 X-Y 坐标,并存入计算机。一旦零件图被完全描绘出来,存储在计算机中的 X-Y 坐标就确定了该零件,可以输送到数控机床以产生刀具位置和运动指令。语言程序类似于为任何计算机应用而开发的程序。用这类程序,人们可以用接近英语的语言来描述刀具位置和运动,以及速度和进给速度。此类程序输入到机床控制单元,在机床控制单元中将其翻译成机器语言后转交给数控机床的执行部件。交互式的图形自动编程系统通过启动屏幕上相应的指示,利用图形和编辑功能向计算机输入几何形状来完成零件的成形。同时,利用人机交互的方式指定零件将被加工的区域,加工方法,以及刀具方向,输入通过软件和系统自动生成的加工参数和刀具路径程序文件。系统动态的显示刀具的运动轨迹,为指定的数控系统生成相适应的数控加工程序,并最终将数控程序传输到机床的数控系统。最现代的,成熟的数控机床编程方法是通过使用零件的三维模型产生指导数控机床加工零件的数据。随着数控技术的不断发展,这种编程方法最终将比其他的方法应用更为广泛。图 5-2 显示了一套数控编成系统。第 6 课 基本编程指令刀具沿着构成加工件零件图的直线或弧线运动。沿直线或弧线移动刀具的功能叫做插补。编程指令符号 G01,G02 等被称为准备功能,指明了在控制单元执行的插补类型。刀具为切削工件在给定速度下的运动称之为进给。进给速度可用实际的数字来指定。例如,以 150 毫米/分的速度进刀,在程序中说明如下:F150.0 。确定进给速度的功能叫做进给功能。刀具运动的指令用绝对指令或增量指令来说明。绝对指令:刀具运动到一个点,距离是从坐标系统的原点到该点,即为该位置的坐标值。增量指令:指明从前一刀具位置到下一刀具位置的位移。在工件被切削时,刀具相对于工件的速度称为切削速度。对于计算机数控,切削速度可以用“转/分”的主轴转速来表示。与主轴转速相关的指令称为主轴转速功能。在钻孔,攻丝,镗孔,铣削加工或其他类似操作时,应当选择合适的刀具。当每一把刀具分配一个编号,这个编号在程序中指明了,相对应的刀具就被选中。当刀具存放在自动换刀刀库的 01 号位置,该刀具可通过指明 T01 来选择。这就叫做刀具功能(图 6-1) 。开始加工,主轴必须转动并同时输送冷却液。为此目的,应该控制主轴马达和冷却液阀门的开关操作。指明机床部件开关操作的功能称为辅助功能(图 6-2) 。通常,该功能由M 代码来指明。例如,当指定 M03 时,主轴就在指定的主轴转速下顺时针旋转。在加工一个工件时经常要用到几把刀具。刀具有不同的刀具长度。根据刀具来改变程序十分麻烦。因此,所使用的每一把刀具的长度应当事先测量。通过设定标准刀具长度和每一把刀具长度间的差值,即使加工时换刀也不需要改变程序。这种功能称为刀具长度补偿。第 7 课 高速加工数控编程特点很多组件成功实现了高速加工。对于想要掌握这种生产技术的企业来说,高速主轴、强大的数控系统、专门设计的切削刀具以及经过改善的工艺都是至关重要。在过去的几年里,这些因素被人们广泛讨论,而且随着我们工业对此认识的提高,这种建设性地讨论依旧持续。然而人们很少意识到高速加工是如何影响刀具轨迹数据的创建,或许更重要的是, 在加工中心上快进时,刀具轨迹的创建如何影响铣削过程。但是 CAM 技术使人们逐渐认识到这一挑战,同时也提供了新特点来适应高速加工环境。如果你正在考虑加快铣削和编程过程,可以在数控编程系统中找到以下更为重要的功能。高速加工通常包括机床和可运行在每分钟 25000 转和超过每分钟 200 英寸进给的控制器。与传统加工相比,使用这种技术的数控程序员通常会减少切削量,但加工速度要快得多,因此,虽然每刀切削体积减少了,但切削速度的提高大大弥补了这一不足。高速和高进给更容易损坏刀具。此外,高速机床上的许多刀具在加工时会有高压冷却液或压缩空气带走的切削从两边经过或直接穿过刀具,这将或多或少削弱刀具的性能。结合所有这些因素来看,如何创建刀路是十分重要的。同样地,与传统切削相比,高速切削工艺更为苛刻,因此,企业应该仔细了解 CAM 技术。 第 8 课 铣削加工编程案例以铣削一个二维不规则形状的工件为例,我们来了解数控指令的代码和加工程序的编写实例。格式:G 代码:G40、G41 、G42 是刀具半径补偿指令。G40:取消刀具半径补偿G41:刀具半径补偿,左边(刀具路径的左侧) ,如图 8-1(a)G42:刀具半径补偿,右边(刀具路径的右侧) ,如图 8-1(b)G17:XY 平面是刀具补偿平面。G18:ZX 平面是刀具补偿平面。G19:YZ 平面是刀具补偿平面。G00/G01 的 X,Y,Z 坐标:此参数是刀具补偿预置或取消的终点。 (补偿投影到该平面的刀具路径) 。D:G41/G42 的参数, D00D99 是刀具补偿代码。他们代表在刀具补偿列表中相对应的序号值。G40,G41 和 G42 是相互取消模式的代码。关于刀具半径补偿的例子如图 8-2 所示为零件加工过程。首先建立如图所示的零件坐标系统,然后沿箭头所指的路径加工零件。设定从刀具到零件的高度为 50 毫米,切削深度为10 毫米。我们应当注意到:(1 )改变刀具补偿平面应当在取消刀具补偿的条件下进行。(2 )刀具补偿只能用 G00 或者 G01 预置或取消,而不能用 G02 和 G03。(3 )在加工之前,刀具应定位在编程零点(10,10 ,50) 。(4 )图中实线为编程轮廓,虚线为刀具的实际路径。第三单元 数控设备第 9 课 多轴自动车床自动车床是一种自动控制操作的车床(通常是金属切削车床 )。19 世纪 70 年代出现了第一类机械化自动控制机床。二十世纪 50 年代和 60 年代先后出现了数控及计算机数控机床。 自动车床可能有单轴或多轴。每个独立驱动的电机主轴都可安装一个棒料或毛坯,且可同时加工。常见的配置是有 6 个独立驱动的电机主轴。在刀具台里,这 6 个棒料毛坯按加工次序依次完成加工。多轴自动车床可以提供多种加工类型:如镗孔、车削、倒角、螺纹、切槽、钻孔,工件通过在 6 或 8 个刀具台( 加工位置) 之间移动。这种机床可实现绝对快速的加工周期。一般来说,虽然加工速度随不同的工况条件而有差异,多轴自动车床较单轴数控车床相比较而言,其可提供近似 4-5 倍的加工速度。如何实现快速加工周期,更精确的说明如下:加工过程分为 6 步骤,如下刀具布局所示。在多轴机床中,每个刀具台都对应于一个加工周期中的生产工序阶段,所有操作同时发生,但对应不同的工件,就像在一条组装线上一样。在这整个过程中,Pos.1(装料/ 卸料) 花费的时间最长。在使用 6 轴或 8 轴自动车床的情况下,哪个刀具台花费的时间最长就等于周期时间。另一方面,以单轴车床为例,所有加工操作按顺序执行,四分位刀架的每边依次进入进行加工。因此,在这种情况下每个加工进程不是独立的工位,整个过程的周期时间随之增加。如下工具布局所示,6 轴自动车床需要 7.8 秒,而单轴车床需要 33.7 秒,这意味着单轴车床是 6 轴自动车床的 4.3 倍工作时间。谈到 6 轴自动车床,1 轴用于装料和卸料,其他轴用于加工。 6 轴自动车床可以附加 3 数控滑座,且 8 轴自动车床可以附加 1 数控滑座。粗加工是在非数控滑座位置上加工并且终加工是在数控滑座位置上完成,因此可以用这台机床进行高速和高精加工。第 10 课 加工中心的坐标系统通过告诉计算机数控机床想要得到的刀具位置,刀具就能移动到该位置。坐标系统中的坐标表示刀具位置。坐标用程序坐标轴来指定。当使用 X、Y、Z、三个程序坐标轴,坐标可以如下表示:X_Y_Z这条指令为三个坐标大小值。坐标位置在如下的三个坐标系统之一中确定:1、机床坐标系统2、工件坐标系统3、局部坐标系统坐标系统的坐标轴数目随不同的机床而变化。因此,这里一个坐标用 IP_来表示。机床坐标系统机床上指定的参考点被认为是机床的零点。机床制造商为每一台机床指定一个机床零点。采用机床零点作为其坐标原点的坐标系统称之为机床坐标系统。机床坐标系统通过在启动机床后执行手动操作回到参考位置来设定。机床坐标系统一旦设定,将保持不变直到停机。格式:(G90)G53 IP_;IP_:绝对坐标工件坐标系统用于加工工件的坐标系统称之为工件坐标系统。工件坐标系统预先由计算机数控设定。通常工件坐标系统通过在程序中指定 G92 后的值来设定。一个加工程序设定一个工件坐标系统。一旦工件坐标系统通过 G92 或者自动工件坐标系统设置选定,绝对指令在此工件坐标系统中生效。指定一个从 G54 到 G59 中的 G 代码,就可以选择工件坐标系统 1 至 6 中的一个。用 G54 到 G59 指定的六个工件坐标系统可通过改变外部工件零点偏移值或工件零点偏移值而改变。局部坐标系统当一个程序在工件坐标系统中创建,为了简化编程可设定一个子工件坐标系统。这样的子工件坐标系统被称之为局部坐标系统。格式:G52 IP_; 设置局部坐标系统G52 IP 0; 取消局部坐标系统IP_:局部坐标系统原点。第 11 课 加工中心的自动换刀系统为了执行不同的工艺,一个加工中心需要好几把不同尺寸的钻头,铰刀,铣刀,平底锪孔镗刀,丝锥,镗刀等等。对于自动换刀而言,这些刀具(每一把都安装在它自己的刀柄上)应存放在加工中心,以便能根据零件程序从中选择所需要的刀具。这些刀具通常都存放在鼓形、链式或蛋盒型的刀库中。鼓形和链式的刀库可以移动到选刀位置上。16 至 24 把刀具的刀具库非常普遍,但也有 150 把刀具容量的刀库。鼓形刀具库如图 11-1 所示。在某些机床的链式刀具库(图 11-2)安装在机床顶部或侧边。每把刀具的位置由直角坐标来确定。这里刀具库并不移动,取而代之的是由主轴移动将刀具送到需要的位置。分度转塔刀架也可以用于自动换刀。严格的来说,它不是通常概念上的自动换刀装置,它是将主轴的自动换刀和刀具存储融合的装置。自动换刀系统的刀具交换:为了自动地从刀库中选择合适的刀具并用其替换一把已经在机床主轴上的刀具,通常要用到刀具交换臂。交换臂在主轴和刀库之间来回的移动。被交换臂取回的替换刀具总是能够返回到刀库中同样的固定位置。当然,刀具也可以返回到刀库中任何空出的位置,通常情况下,就是刚刚被选中的刀具腾出的位置。后一种方法的好处在于无需花费时间在刀库中检索要用的刀和用过的刀的位置。当然,这是刀具交换臂所要求的方法。刀具交换的次序随机床制造商而各不相同。在立式加工中心上的鼓形刀具库自动换刀的次序如图 11-3 所示。换刀时间可以少到只用 4 秒钟。第 12 课 五轴联动数控加工中心五轴联动数控加工指数控机床能同时控制五个不同的轴来完成运动。大多数数控制造商从X 轴、Y 轴和 Z 轴三个原始轴来定义他们的机械运动,其中 Z 轴平行于机床主轴。五轴加工中心中另外的旋转轴将围绕三个原始轴中两个轴来旋转。能围绕 Z 轴旋转的轴被称为 C 轴,能围绕 Y 轴旋转的轴被称为 B 轴,能围绕 X 轴旋转的轴被称为 A 轴。五轴联动加工的优势之一是能够通过一次装夹来加工复杂形状的零件。这样不仅减少了机械装夹时间而且提高生产效率。通过消除多次装夹来减少装夹耗费时间和误差,以此来增加每个零件的利润率。另一个优势是加工精度的提高,因为对零件多个面进行加工时,从零件装夹到卸载的过程中,无需人工手动换装夹。五轴联动最大的优势是更好地服务客户,企业靠切削加工更大几何尺寸的零件来满足更快和高质量的订单。五轴加工中心也可以帮助企业通过整合在一台机床上来简化加工流程。五轴联动加工技术带来的挑战是需要制作出能充分利用机床性能的数控程序。第一步是对包括设计以及加工过程的生产流程的重新思考。对于传统上需要多工序、多流程的组件生产和组装,可将它们合并成一个单独的组件来生产, 取代以前太过复杂的生产加工过程。另一个挑战是组合所有可能、实用的运动。主要目标是尽可能有效地使用机床的运动。关键是要避免移动组件之间的碰撞。因为高昂的材料、高精度刀具及先进机床的配件的费用,最小的编程错误将产生高昂的代价。最后需要留意机床的极限位置。物理极限位置限制每个轴都可以走多远以及限制这些轴与其它轴联动的速度有多快。当一个轴移动得太快时,因为直线运动总是比旋转运动更快、更准确,所以需要控制加速度来防止反弹回差。现在许多五轴联动加工机床的大小和普通铣床相似,即使是最小的工厂也能负担得起其费用。由于可以在一台机床上来完成,这些机床的多功能性使它们很有吸引力。今天许多行业,特别是高科技、高精密的光学设备、医疗器械、卫星、飞机、航空航天领域,正在利用五轴联动加工技术,用于快速制造和提高重复定位精度。第四单元 数控设备的操作与维护第 13 课 数控机床程序调试无论编程操作是正确与否,数控程序都会严格遵循程序员的指令来执行操作。通常没有经过测试的程序可能会有错误。由于数控机床设备运行时,高速旋转的金属刀具或加工零件在金属固定装置和夹紧装置中快速来回移动,一个程序错误很快就会从一个小麻烦转变成一个从天而降的致命导弹。在程序调试无误之前,程序员/操作员必须十分小心,避免正式使用真实刀具操作。电脑编程时最好把复杂的程序按组成部分或功能进行分段细分,以方便测试。完成所有编程和测试后,再把它们整合到一起接受最后一轮测试。如果可能的话,把固定循环指令整合到程序当中,将程序按功能分割成容易理解的子程序,这样既能够降低程序出错的几率又能加快程序调试的速度。强烈建议程序员/操作员小组依照复杂度(危险程度) ,逐步而有序地进行程序的开发、调试和测试。1. 离线状态下开发程序(或子程序) 。如果可能的话,利用数控虚拟机来验证合适的语句和加工轨迹;2. 载入程序或者子程序,然后试运行(或单步执行) 。试运行时不要安装任何固定装置或刀具,保证程序运行完整而且加工轨迹无误;3. 为每个刀具设定刀具长度偏置(如平铣刀,钻头) 。然后将升降台降到一个安全的高度,装上刀具,运行数控机,检查刀具和固定装置或者夹紧装置有无冲突;4.将升降台升到合适的高度,装好刀具和固定装置,不要放入工件,运行数控机;5.(可选)如果试运行后一切正常,那么就可以用你的程序来加工一些可加工原型材料了。如果加工后的原型材料检验合格的话,就可以完成首件检验了,同时也要把相关数据记录到初检报告里。试运行遵循以下步骤来运行数控代码:1. 装夹工件的夹具或装置应与 X 和/ 或 Y 轴平行,且轴偏摆小于 0.001 度;2.定位并固定工件;3.载入程序,设置工件原点和刀具长度偏置;4.撤销所有执行中的刀具长度偏置;5.将所有轴返回原点;6.依次按下“单步执行”键和“开始”键来运行程序,每次运行一个程序段,第一次运行时不要安装刀具。第 14 课 数控车床的手动数据输入操作在手动数据输入模式下,一个至多 10 行的程序可在与普通程序相同的格式下创建,并在手动数据输入面板执行。手动数据操作用于简单的测试操作。手动数据输入操作的过程:1、按下手动数据输入模式选择开关。对于双路控制,用刀架选择开关选择程序创建时用的刀架。为每一个刀架创建单独的程序。2、按下手动数据输入面板上的 PROG 功能键选择程序屏幕。屏幕将显示:程序编号 O0000 自动生成。3、用与普通程序编辑类似的操作准备将要执行的程序。最后一段程序指明的 M99 指令为:在操作结束后将控制返回到程序的开始处。在手动数据输入模式下创建的程序可使用字插入,修改,删除,字查找,地址查找,程序查找等功能。4、为了完全消除在手动数据输入模式下创建的程序,使用以下模式中的一种:a键入地址 O,然后按下手动数据输入面板上的 DELETE 键。b或者按下 RESET 键。在这种情形下,事先将参数 MCL No. 3203 的第七位设定为 1。5、为了执行程序,将光标置于程序的开头部分(也可能是从中间点开始) 。按下操作面板上的循环开始按钮。开始执行准备好的程序。对于双路控制,事先用机床操作面板上的刀架选择开关选择刀架。当显示程序执行完毕(M02, M30)或者是执行错误 ER(%),准备的程序将自动清除,结束操作。根据指令 M99,控制在操作结束后将返回到程序的开始处。6、若想中途停止或中断手动数据输入操作,遵循以下步骤:a. 停止手动数据输入操作按下机床控制面板上的进给保留开关。进给保留指示灯亮,循环启动指示灯熄灭。机床作如下响应:(i)当机床在运转时,进给运动减速停机。(ii)当正在待机,停止待机。(iii)当正在执行 M,S,或 T 代码时,在 M,S,或 T 代码结束后停止运转。当机床控制面板上的循环启动按钮按下,机床重新启动。b. 中断手动数据输入操作按下面板上 CRT/MDI (或者 LCD/MDI)的复位键。结束自动运转,进入复位状态。当在运转时复位,运动减速停止。第 15 课 高速加工现今,金属切削率比以往任何时候都要快。很多因素促使车间提高金属切削率,其中包括性能更强、更好的机床和数控处理器。它们使得机床能以越来越高的速度和进给速率来精确切削。为了能够量化金属切削的速度,需要将主轴转速(每分钟转数)转换成更有效的测量单位,每分钟多少表面英尺来表示。同样,机床进给速率通常用每分钟多少英寸来表示,但对于切削刀具则是用每齿多少英寸表示。这两者互相依存才能确定工件的切削速度。金属切削应用中刀具材料具有特定属性。由于应用非常广泛,所以可供选择的金属切削合金材料有很多。但总的来说,只有两个性能指标被用来确定刀具是否适用,韧度或抗断裂(韧性) 和热敏性(耐热性)。刀具材料可分为 5 大类,涵盖从最好的韧性材料到最好的耐热性材料 :高速钢碳化钨(无涂层和涂层)金属陶瓷陶瓷金刚石和立方氮化硼在高速加工应用中,工件紧固与否十分重要。工件的装夹装置应该有一个坚实的底座和足够的质量来抑制刀具的诱发振动。高速加工的装夹不需要过于复杂,但应该遵循良好的车间惯例。正确选择刀具很重要,特别要注意可转位铣刀速度的上限。说实话,如果企业试图超过刀具速度等级限制,将会带来潜在的严重甚至致命的事故。理由很简单,离心力。旋转中产生的离心力可能会使刀片和刀片座分离,对操作人员的人身安全带来威胁。可转位高速刀具与传统旋转刀具不同。它通过刀片上的中心螺钉孔用螺钉将刀片固定在刀体上,方向垂直于旋转产生的离心力。影响刀具切削热的主要因素是切削速度。热量通过高载荷或大进给时消散。刃倾角会影响刀具载荷。刃倾角分正刃倾角和负刃倾角。对于工件来说,在正刃倾角中,切削刃更为锋利,但也更为脆弱。负刃倾角刀具具有更强的刀头,并推动工件沿刀具进给方向运动,但在这种情况下,几何形状比正刃倾角更难切削且会消耗更多的切削力。第 16 课 刀具补偿所有类型的计算机数控机床(CNC)都需要某种形式的补偿。尽管在不同的机床类型上补偿的原因各不相同,所有形式的补偿使得 CNC 用户能考虑到和刀具加工有关的无法预料的情形。所有形式的补偿都与偏移有关。这避免了你不得不因为冗长的计算而反复的输入数据。如同电子计算器的存储单元一样,CNC 控制器中的偏移寄存器是可用于存放数值信息的存储区域。从射击手类推,你可以想象存储在计算机数控偏移寄存器中的数据就如同在步枪瞄准器上所需要的调节量。记住步枪仅仅只为一个目的需要调节,那就是根据到目标的距离来调节。对大多数 CNC 机床来说,每一把刀具都至少需要一个偏移值。记住,尽管这些功能的实际使用可能随各种机床显著不同,在每一种补偿的背后其基本的原因却非常的相似。随着对为什么需要补偿类型的了解,和如何将其应用到具体的控制中的基本理解,你应该能适应你所遇到的任何变化了。刀具长度补偿加工中心的补偿形式、方法无需编程人员在书写程序时考虑每一把刀具的长度。不用去知道每一把刀具的确切长度和麻烦计算基于刀具长度的 Z 轴位置,编程者只需在每把刀具起始沿 Z 轴逼近工件方向上确定刀具长度补偿 (图 16-1)。刀具半径补偿就如同刀具长度补偿允许加工中心编程人员不必考虑刀具的长度,刀具半径补偿允许编程人员在轮廓编程时不用考虑刀具的半径。尽管可能十分明显,我们还是要指出,刀具半径补偿(图 16-2)仅仅适用于铣削刀具,并且仅用刀具的外缘铣削。但刀具半径补偿不适用于钻孔、攻丝、铰孔,或其他的孔类加工机床。第五单元 机械和电子技术基础第 17 课 工程制图工程制图是工程设计及交流的重要工具。这里将介绍工程制图中几种重要的视图。1、正视图正视图是直线在与其平行的平面上的垂直投影。在正视图中,线条上所有的点与观察者等距,所以可以观察到线条的真实长度,并且可以测得。同样,正视图中任何图形的真实尺寸和形状是可确定的。2、主要(正交)视图主要视图(也称为平面视图)由一组垂直投影组成,其中的一个为正视图,即:物体的某一个平面是正视图,其它两个投影相互垂直,且在图纸上通常分别向水平方向和垂直方向投影。因为图纸上用一个主要视图可能看不见物体背后的细节,所以完整地表示一个物体至少需要三个主要视图。表示复杂的物体至多可有六个主要视图。六个主要视图的相互位置已标准化,如图 17-1 所示,它也确定了物体的宽度(也称为深度)、高度、长度。不需要用来表示物体细节及尺寸的视图可以省略。通常选择的组合是俯视图、主视图和左视图。3、辅助(正交)视图当物体具有斜面或曲面,或者当六个主要视图不足以表达更多细节时,就需要用到辅助视图。辅助视图是面对该倾斜面的正视图。辅助视图(图 17-2)的投影方向仅垂直于观察该主要视图的那个方向。因此,长、宽、高三维尺度中仅有一个可以测量。4、剖视图剖视图是假设通过物体将其切开以显示其形状或内部结构的视图。图 17-3 表示了剖视的标准符号及剖视图。截面的箭头垂直于被切平面且指出观察方向。第 18 课 数字电路“数字电子技术”这一术语,是用来描述只用两种不同电压电平或两种不同的二进制状态进行工作的电路系统。数字电路用以工作的两种不同状态有几种形式。最简单的一种形式是由开关的断开和闭合状态组成的。在这种情况下,开关闭合状态用 1 表示,开关断开状态用 0 表示。最常用的数字运算法是用电压脉冲完成的。有正脉冲存在用 1 表示,没有正脉冲存在用 0表示。若用方波信号,正脉冲可代表 1,负脉冲可代表 0。含有许多晶体管的集成电路被广泛用作电子数字逻辑门中的开关器件。有三种基本逻辑门,它们是与门,或门和非门(如图 18-1 所示) 。与门运算用数学等式可表示为 AB=C,读作“ 输入 A 与输入 B 等于输出 C ”。或门运算常用方程 A+B=C 表示,读作“ 或输入 A 或输入 B(或两者)等于输出 C ”。非门的重要功能是产生反向信号,即产生与输入信号性质相反的输出信号。任何一种逻辑功能都可用上述三种基本门电路来完成。即使是在大规模数字系统,例如计算机系统、控制系统、或数字通信系统中,需要进行的基本运算也只有这几种。三种基本形式的数字逻辑门和触发器是这些系统中最常用的四个电路。另一种形式的数字电路是可编程逻辑器件,可编程逻辑器件可以与基于逻辑门的电路完成相同的功能,但可以很容易地重新编程而不改变布线。这意味着设计师往往可以修复设计错误而不改变布线。因此,在体积较小的产品中,可编程逻辑器件往往是首选的解决方案。他们通常是由设计工程师利用电子设计自动化软件设计完成。第 19 课 车床机床是用来切削金属的机器。最重要的工业用机床有车床、钻床和铣床。车床(图 19-1)用来切削装夹在车床两顶尖之间并且围绕轴线旋转的圆柱形工件表面的金属。在工件旋转过程中,刀具以平行于工件旋转轴方向或与旋转轴成一定角度的方向运行,以切掉工件表面的金属。刀具的这一运动被称作进给。刀具安装在溜板箱上的刀架上。溜板箱是使刀具按需要方向进给的机械装置。车床的刀具可由手工进给或由专用齿轮(挂轮)自动进给。车床最大的部件是床身。床头箱和尾座相对安装在床身的两端。在床身的上部装有专用的导轨供溜板箱和尾座滑动。两个车床顶尖安分别装于两个主轴中心孔中:一个(主轴顶尖)安装在床头箱主轴孔内,另一个(尾座顶尖)安装在尾座锥孔内。车床卡盘用来夹持工件使其在加工旋转的过程中不会摇晃。装在床头箱主轴上的卡盘通常为三爪万能卡盘,所有的卡爪都可通过转动螺杆朝中心运动。但是如果工件不是圆的,则要采用四爪卡盘。加工不同的材料和不同直径的工件时,需采用不同的转速。装在床头箱里的变速齿轮能使车床以不同的速度运转。在加工工件之前,必须校直车床的两个顶尖。也就是说,两个顶尖位于同一条轴线上。并非所有的工件都必须固定在车床的两个顶尖之间。切削短的工件就不需要用尾座顶尖,只需把它正确的安装在床头箱的主轴里。第 20 课 万用表及其使用万用表是非常有用的测量仪器,通过操作万用表的多用开关,可以快捷而方便地将其设置为电压表,安培表或欧姆表。每种类型的仪表都有几种挡位选择(称为量程) ,还可选择交流和直流。有些万用表还有一些其它功能,如测量晶体管,测量电容和频率范围等。万用表有两种类型:数字型和模拟型。模拟万用表用指针显示,数字万用表用液晶显示。所有的数字仪表都用电池提供显示所需能量,所以实际上它们并不使用来自被测电路的能量。这就意味着在直流电压测试范围内具有 1M 或更大,通常是 10M 以上的电阻(通常称为输入阻抗) ,因而它们对被测电路影响极小。用万用表测量电压和电流:1. 根据预期的读数范围选择大一级的量程;2. 连接仪表,确保万用表的表笔以正确的方式形成回路。如果接反了,数字表可能是安全的,模拟表则可能损坏;3. 如果读数超出刻度范围,立即断开,选择更高一级量程。万用表使用不当容易损坏,请采取预防措施: 在调节量程前,保持万用表处于断开状态; 在测量前检查量程设置; 绝不把万用表设置在电流挡(除非实际要测电流) 。因为万用表的电阻较小,所以在电流档时最容易损坏。测量某一点的电压当我们进行电路测量时,常常需要知道某一点的电压,例如,图 11-1 中 555 定时器芯片 2脚的电压。这似乎有点令人迷惑,应该把万用表的表笔连在哪里呢? 将黑表笔接在 0V,通常是电池或电源的负端。 将红表笔接在需要测量电压的点上。 可以把黑表笔固定在 0V 位置,同时用红表笔依次点在各个测量点测量电压。用万用表测量电阻数字万用表的另一个有用的功能是欧姆表。欧姆表是测量电阻的仪表,如果电路没有电阻,则欧姆表读数为 0,如果电路断开,则欧姆表读数为无穷大。第六单元 先进制造技术第 21 课 机电一体化技术机电一体技术化起源于日本某些大学的精密机械院系,是自第二次世界大战以来日本所强调的一门学科。战后,机电一体技术建立在开展武器研究的机构学专业知识基础上,这些院系开始专门研究精密工程,进而研究制造工程。随着微处理器的问世及其与精密机械相结合,这些院系所开发的技术和机器在日本的研究项目中通称为“机电一体化技术“ 。就机电一体化技术与机器人技术有些重叠而言,虽然机电一体化技术同时也开展着机器人技术研究,但是机电一体化技术主要强调的是微处理器控制机械的设计,其目的是为了应用于家用电子设备、办公机械、半导体制造设备、自动化装备、精密光学仪器、计算机外部设备及柔性制造系统等设备而采用的工厂自动化、办公自动化或家庭自动化。机电一体化技术的教育计划应针对培养工程类学生的计算机控制机器技术。在日本这种教育方案已持续发展了十五年,目前已达到最高水平。在日本,这些院系毕业的学生在精密工程和制造领域训练有素,他们具备的基础是很强的机电一体化技术基本知识。学生毕业时已对精密工程及制造领域相当熟悉,在机电一体化技术方面具有坚实的基础和较强的能力。这些学生中的大多数被日本主要大公司追踪录用,如索尼、丰田等公司。在提高制造生产率方面美国落后于日本,是因为美国大学没有专门研究精密工程、制造工程和机电一体化的院系。日本高等教育研究机构已清楚地认识到需要扩大机电一体化技术的课程及学位教育计划,同样也引起我国(美国编者注) 政府开发相似的培养计划。加利福尼亚大学工程学院的机器人系统中心开办的机电一体化专业就是主要例子之一。将来局限在某一行业的专家会越来越少。无论哪个技术领域,计算机都完全能够进行工程计算和处理。第 22 课 智能机器人机器人特别适合于那些对人类极度冒险的场合,如太空探险;从经济上来说更应使用机器人的场合复杂而重复的工作且要求高精度的地方,如生产流水线;从人道主义考虑对人们有很大危害的地方,如在灾害地区进行搜寻和救援。牛津字典解释道:机器人是用于替代人类与动物作用的机器,尤其是能自动执行各种任务或以少量的外部指令完成各种任务的机器。机器人技术是一门学科,它包括: 机器人的设计,制造,控制和编程 利用机器人解决问题 用于人类、动物和机器的控制过程、传感器和算法的研究。 将控制工程和算法应用于机器人的设计。机器人和计算机是有所差别的。对计算机而言,输入符号是静态的,性能是稳定的;而机器人的传感器信号来自有噪声、不确切的场合。计算机操作提供一致的结果,而机器人的动作可以有不同的响应。计算机的工作环境是固定不变的,而机器人工作环境中的目标可能是相对独立和变动的。计算机只接受确定的输入,而机器人可能受到不同来源的干扰。在计算环境中,设定操作是理想的,对机器人而言,其运行环境是不稳定的,动态的,不完整的。智能机器人是一种能从其环境中获取信息,利用其背景知识有意识的、有目的的方式安全运行的机器。自主能力是在没有外界帮助下系统执行其任务的能力。机器人的发展可以定义为从非自主到自主的过程:远程操作机器人完全处于人(们)的控制下,例如“机器人大战”中的机器人。远程监控利用通信和计算机技术使得人能从任何距离去控制机器人并监测其结果。半自主或监督控制,人类参与部分控制或控制交换。完全自主能够在完全没有人类参与的情况下完成任务。无论人们接纳与否,也无论将是否带来道德上的牵连和纠纷,机器人技术研究者们的梦想是最终创造出类人机器人。但这种顶级机器人不会在明天就出现。然而,它所有的基本组成部件都已经有了:机械骨架,马达和传感器,计算机大脑,推理与控制算法。世界各地的研究者们都可以开始构建具有人类特点机器人的“DNA” 。我们所需要的只是时间和许多的努力来使其成长,实现其全部的潜能。第 23 课 激光切割机激光加工金属片技术的广泛运用使得各式系统和机械设计理念不断发展。2D 激光技术主要运用于扁平工件,而 3D 激光技术主要运用于空间立体构件。1D 系统和激光机器人在加工金属片技术中处于一种从属的地位。实践证明,2D 激光系统可以用在高精度要求的工件加工中。 2D 加工技术有着高精和高速的特征。典型的切割加工应用有切割钢件、优质钢、有色金属、工具以及建筑装备,如空调和航空技术。安装有激光的平台式切割机,其可移动的激光切割头在不需要任何机床调整的情况下,可以切割厚度可达 20mm 的 6000 x 2000mm 的金属片。在加工产品的过程中,使用可移动和非接触式激光,可以避免出现过冲和磨损的情况。激光切割机仅仅只需要移动它的切割头进行加工,比普通的装夹工件加工占据更少的空间。在不同激光切割系统里,激光设备射出激光的路径是多种多样的。焦点的位置和光斑的尺寸在整个工作的区域范围内不是一成不变的。使用自适应光学仪器可以调整出不同效果,因为光学镜膜可以随着冷却液的压力而改变。带有一个固定激光切割头的激光切割系统很有优势的,因为它有一个不变的光束路径,能够确保在加工完整金属片时,使光束特性保持相同的水平。在整个工作区域,加工中产生的废屑必须被清除,激光切割机可以更加容易有效的去除废屑。3D 激光技术用于加工三维产品。如同 2D 加工一样,激光头被放置于与工件表面垂直的位置。为了确保加工中工件是静态的,需要使用 5 轴光束传输。适用的 3D 机械系统的选择主要由加工工件的种类和其各自的尺寸和重量所决定。因此,采用积木式模块化理念设计的机械系统十分灵活,可以根据工作区域、聚焦光学器件、数控装置以及激光装置的要求进行不同组合。这种设计理念使得客户可以按照自身需求定制系统。典型的 3D 技术运用有加工预制钢板,如切割出某种图案或者切割边界。在使用 2D 和 3D 加工机加工型材和管道过程中,激光技术作为一种手段,越来越受到重视。通常来说,在切割机上附加一个旋转轴,与机床主轴配合使用,这样就可以加工一个旋转件了。第 24 课 快速原型技术简介制造界面临着两个重要的挑战性任务:大幅度的降低产品开发时间以及提高生产小批量产品和多种类型的产品的灵活性。计算机辅助设计和制造已经较大的改进了传统的产品设计与制造。计算机辅助设计与制造的集成已经作了很多实质性的研究,例如特征识别,计算机数控编程和工艺设计,人们还一直致力于 CAD/CAM 能快速创建三维模型和样品,复杂表面样品和模型。过去的几年里,各种不同的新快速制造技术,通常叫做快速原型技术,浮现出来。图 24-1是一台典型的快速原型机床。这些发展出来的技术包括光固化立体造型(SL) ,激光选区烧结(SLS) ,熔融沉积成型(FDM) ,叠层制造(LOM ) ,三维印刷。这些技术能够从 CAD 数据库中直接生成实际的实体。他们有一个普遍的重要特性:原型零件是通过堆积而不是切除材料制造的,也就是说,一个零件首先通过几何模型,例如固体模型建模,然后算术分层(切片)为多个平行的横截部分。对每一个层生成处理和粘合方法。这些方法直接用于指导机床通过固化或粘合材料来生产零件。生成一个分层后,以同样的方式在前一层上生成一个新的层。这样,模型从下到上一层一层的生成。总的来说,快速原型过程由两部分组成:数据的准备和模型制造。尽管快速原型技术还处于初级阶段,大量的工业厂家例如德州仪器(美国) ,克莱斯勒公司(美国) ,福特汽车公司(美国)已经得益于运用这些技术在以下三个方面来改进其产品开发:设计工程在产品设计中概念模型非常重要。利用快速原型能在非常短的时间里建立一个复杂零件(如图 24-1 所示)的原型,因此工程师能够非常快捷的评估一个设计。进一步说,可以在没有实质性的加工和人工成本的情形下快速生产样品。制造快速原型可用于可生产性研究。另外是模具开发。原型也可以用作铸造的原始模型。营销为了帮助销售,样机可以用于展示概念,设计思想,以及公司生产该产品的能力。实体模型的实现表明了设计的可行性。样机也能够收集用户对于设计修改的反馈信息,这样最终的产品就能够满足用户的需求。- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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- 数控技术 应用 专业 英语 译文
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