数控机床加工教材课件

2.4 数控机床加工 数字控制机床是用数字代码形式的信息数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。动加工的机床，简称数控机床。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。一、概述一、概述（一）数控机床的产生（一）数控机床的产生1 1结结构构日日趋趋复复杂杂、精精度度、性性能能日日趋趋提提高高，效效率率、精精度度、自动化自动化2 2自自动动生生产产线线，专专用用机机床床的的出出现现：生生产产周周期期，准准备备时时间间长长，产品更新慢；产品更新慢；3 3707080%80%为为单单件件、小小批批生生产产，一一般般用用通通用用机机床床加加工工，对对曲曲面面、曲曲线线或或复复杂杂零零件件靠靠样样板板或或划划线线加加工工，或或用用靠靠模模，精精度度和和效率低；效率低；4 41948年年，美美国国帕帕森森斯斯公公司司接接受受美美国国空空军军委委托托，研研制制飞飞机机螺螺旋旋桨桨叶叶片片轮轮廓廓样样板板的的加加工工设设备备。19521952年年，美美国国PARSONSPARSONS公公司司与与麻麻省省理理工工学学院院（MITMIT）合合作作，研研制制了了第第一一台台三三坐坐标标数数控控铣铣床床：电电子子计计算算机机，自自动动控控制制，伺伺服服驱驱动动，精精密密检检测测，新新型型结构等新技术成果，主要加工曲面零件结构等新技术成果，主要加工曲面零件 1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广制造业各部门逐步获得推广 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统机床的直接数控系统(简称简称DNC)，又称群控系统；采用又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统小型计算机控制的计算机数控系统(简称简称CNC),使数控装使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。置进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置计算机数控装置(简称简称MNC)，这是第五代数控系统。第五代这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的为原来的1/20，价格降低了，价格降低了3/4（二）特点及应用（二）特点及应用1 1自自动动化化程程度度高高，能能适适应应不不同同零零件件的的自自动动加加工工，生生产产准准备备周期短，利于更新换代；周期短，利于更新换代；2 2生产率、加工精度高，生产质量稳定生产率、加工精度高，生产质量稳定（1 1）定位精度）定位精度0.030.03mmmm，重复时重复时0.010.01mmmm（2 2）采采用用较较大大切切削削用用量量，自自动动换换速速，自自动动换换刀刀，无无需需工工序序间检测；较普通机床提高间检测；较普通机床提高3 34 4倍倍（3 3）机床本身精度高，可利用软件进行精度校正和补偿）机床本身精度高，可利用软件进行精度校正和补偿3 3工序集中工序集中一机多用一机多用4 4能高效、优质完成复杂型面零件的加工，能高效、优质完成复杂型面零件的加工，5 5高技术设备高技术设备（三）基本工作原理（三）基本工作原理1 1工工艺艺与与表表面面成成型型方方法法与与普普通通机机床床相相同同，关关键键是是自自动动控控制制原理与方法原理与方法；2 2数控机床使以数字化信息实现控制的；数控机床使以数字化信息实现控制的；3 3加加工工程程序序：与与加加工工零零件件有有关关的的信信息息，如如工工件件与与刀刀具具运运动动规规机机的的尺尺寸寸参参数数（进进给给尺尺寸寸）；切切削削加加工工工工艺艺参参数数（主主轴轴变变速速，刀刀具具更更换换，冷冷却却开开停停，工工件件夹夹紧紧、松松开开等等）加加工工信信息息；用用规规范范的的文文字字、数数字字和和符符号号组组成成的的代代码码，按按一一定定格格式式编写成的加工程序单。编写成的加工程序单。4 4输入加工程序输入加工程序5 5数控装置进行译码，寄存，运算后，控制伺服机构实现数控装置进行译码，寄存，运算后，控制伺服机构实现各功能。各功能。（四）数控机床的组成（四）数控机床的组成程程序序编编制制输输入入装装置置数数控控装装置置CNC伺伺服服驱驱动动及及位置检测位置检测辅辅助助控控制制及及强强电电控控制制装装置置机床机床主运动主运动进给运动进给运动辅助动作辅助动作控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统机机床床测量装置测量装置1程序编制及程序载体程序编制及程序载体（1）编程）编程对加工零件进行工艺分析，再确定：对加工零件进行工艺分析，再确定：零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件安装位置；零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数刀具与零件相对运动的尺寸参数加工工艺路线或加工顺序。工艺参数，以及辅助动作等。加工工艺路线或加工顺序。工艺参数，以及辅助动作等。程序载体程序载体制制定定工工艺艺运运动动轨轨迹迹计计算算编编写写程程序序单单制制备备控控制制介介质质首首件件试试切切程程序序校校核核机床加工机床加工修改修改零件图零件图（2）输入装置：数控代码转化成电脉冲并送存在数控装置中，）输入装置：数控代码转化成电脉冲并送存在数控装置中，光电阅读机，录放机，软盘驱动器，键盘输入等光电阅读机，录放机，软盘驱动器，键盘输入等（3）数控装置数控装置，及强电控制装置，及强电控制装置核核心心：接接受受输输入入装装置置的的脉脉冲冲信信号号，经经系系统统软软件件或或逻逻辑辑电电路路进进行行译译码码，运运算算处处理理或或输输出出各各种种信信号号和和指指令令，控控制制机机床床各各个个部部分分进行规定有序的动作。进行规定有序的动作。输输出出信信号号：由由插插补补运运算算决决定定的的各各坐坐标标轴轴的的进进给给位位移移量量、进进给给方向和速度方向和速度的指令，伺服系统驱动执行部件的指令，伺服系统驱动执行部件*主轴变速、换向，停启等主轴变速、换向，停启等*选择、交换刀具，控制冷却，润滑，工件松开夹紧，分度等选择、交换刀具，控制冷却，润滑，工件松开夹紧，分度等强强电电控控制制装装置置：介介于于数数控控装装置置和和机机床床机机械械、液液压压部部件件之之间的控制系统间的控制系统主要作用：主运动变速，刀具选择交换，辅助动作等指令，主要作用：主运动变速，刀具选择交换，辅助动作等指令，经经编编译译、判判断断、功功率率放放大大后后，直直接接驱驱动动相相应应电电器器，液液压压，气动机械部件，完成动作气动机械部件，完成动作（4）伺服驱动系统及位置检测：）伺服驱动系统及位置检测：由由伺伺服服驱驱动动电电路路和和伺伺服服驱驱动动电电机机组组成成，与与执执行行部部件件和和传传动部件组成进给系统动部件组成进给系统由指令控制执行部件的进给速度，方向，位移由指令控制执行部件的进给速度，方向，位移伺服系统有开环、闭环和半闭环之分伺服系统有开环、闭环和半闭环之分（5）机床的机械部分，刀库，机械手）机床的机械部分，刀库，机械手（五）数控机床分类（五）数控机床分类1按控制刀具相对工件移动的轨迹分按控制刀具相对工件移动的轨迹分（1）点点位位控控制制系系统统：点点位位控控制制是是只只控控制制刀刀具具或或工工作作台台从从一一点点移移至至另另一一点点的的准准确确定定位位，然然后后进进行行定定点点加加工工，而而点点与与点点之之间间的的路路径径不不需需控控制制。采采用用这这类类控控制制的的有有数数控控钻钻床床、数数控控镗镗床床和数控坐标镗床等。和数控坐标镗床等。（2）直直线线控控制制系系统统：直直线线控控制制是是除除控控制制直直线线轨轨迹迹的的起起点点和和终终点点的的准准确确定定位位外外，还还要要控控制制在在这这两两点点之之间间以以指指定定的的进进给给速速度度进进行行直直线线切切削削。采采用用这这类类控控制制的的有有平平面面铣铣削削用用的的数数控控铣铣床床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。（3）连连续续控控制制系系统统连连续续轨轨迹迹控控制制(或或称称轮轮廓廓控控制制)能能够够连连续续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。2按检测及反馈分：按检测及反馈分：（1）开环开环：开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。步进电机驱动电路步进电机工作台脉冲指令（2 2）闭环闭环：位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。同步器或长磁栅。比较比较环节环节驱动驱动电路电路执行执行元件元件信号处理电路信号处理电路工作台工作台反馈反馈信号信号闭环伺服系统闭环伺服系统检测元件检测元件脉冲指令（3）半闭环半闭环：位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。马达。比较比较环节环节驱动驱动电路电路执行执行元件元件信号处理电路信号处理电路工作台工作台反馈反馈信号信号半闭环伺服系统半闭环伺服系统脉冲指令二、数控加工程序编制二、数控加工程序编制*什什么么是是数数控控编编程程：将将从从零零件件图图纸纸到到获获得得数数控控机机床床所所需需的的控控制制介质的全过程称为数控编程，介质的全过程称为数控编程，*程序单：记录工艺过程、工艺参数的表格程序单：记录工艺过程、工艺参数的表格*对普通机床：由工艺人员制定零件加工工艺规程对普通机床：由工艺人员制定零件加工工艺规程（一）一般方法和步骤（一）一般方法和步骤1分析零件图，确定工艺过程分析零件图，确定工艺过程分析内容：材料，形状，尺寸，精度，毛坯形状及热处理等分析内容：材料，形状，尺寸，精度，毛坯形状及热处理等确定是否适宜在数控机床上加工，以及哪种（车铣磨等）确定是否适宜在数控机床上加工，以及哪种（车铣磨等）确定工艺方法和加工路线，选定刀具和切削用量确定工艺方法和加工路线，选定刀具和切削用量基本原则：充分发挥机床功效，加工路线短，减少换刀次数。基本原则：充分发挥机床功效，加工路线短，减少换刀次数。2运动轨迹的坐标计算运动轨迹的坐标计算（1）根根据据零零件件图图样样尺尺寸寸和和所所确确定定的的加加工工路路线线及及设设定定的的坐坐标标系系，计计算算出出数数控控机机床床所所需需输输入入的的参参数数，如如：起起点点，终终点点等等；圆圆刀刀具：刀具中心轨迹，非圆曲线，进行节点计算。具：刀具中心轨迹，非圆曲线，进行节点计算。（2）点位控制的一般只需简单的换算；）点位控制的一般只需简单的换算；（3）对对轮轮廓廓控控制制：如如形形状状简简单单（直直线线，圆圆弧弧），一一般般只只算算出出交点，切点；当形状复杂时，通用计算机；交点，切点；当形状复杂时，通用计算机；3编编写写加加工工程程序序单单：根根据据计计算算出出的的加加工工路路线线数数据据和和一一确确定定的的工工艺艺参参数数，刀刀位位参参数数，结结合合数数控控系系统统对对输输入入信信息息的的要要求求，按按规定的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序单。规定的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序单。4程序输入：手动输入，介质输入，通信输入程序输入：手动输入，介质输入，通信输入5程序校验程序校验（二）编程方法（二）编程方法1手手工工编编程程：全全部部由由人人工工完完成成，运运用用于于形形状状简简单单的的零零件件，坐坐标标计计算算简简单单，主要直线，圆弧组成的轮廓；主要直线，圆弧组成的轮廓；2自动编程：复杂零件，非圆曲线，自动编程：复杂零件，非圆曲线，曲面的表面，或程序量大，或进型复曲面的表面，或程序量大，或进型复杂的工步与工艺处理的零件（如数控杂的工步与工艺处理的零件（如数控车削，加工中心等）（通用计算机车削，加工中心等）（通用计算机+自自动穿孔机）动穿孔机）（三）程序编制的有关指令代码（三）程序编制的有关指令代码*一般以机床说明书为准一般以机床说明书为准1早期使用穿孔纸带，另有磁带，磁盘（或早期使用穿孔纸带，另有磁带，磁盘（或MDI）（1）优优点点：能能清清楚楚的的反反应应数数字字，文文字字，符符号号，最最终终变变成成二二进制的数字指令进制的数字指令机械式代码，便于长期保存机械式代码，便于长期保存存储的程序量大存储的程序量大（2）标准纸带）标准纸带五五孔孔（宽宽17.5mm），用用于于线线切切割割；八八孔孔（25.4mm），用用于于数控机床数控机床根据孔道上有孔、无孔的不同组合表示各种代码根据孔道上有孔、无孔的不同组合表示各种代码（3）EIA(ElectronicsIndustriesAssociation)和和ISO(InternationalOrganizationforStandardization)的主要区别：的主要区别：（4）代码规律：）代码规律：所有数字符在所有数字符在b5b5和和b6b6有孔；字母字符有孔；字母字符A-OA-O在在b7b7上有孔；上有孔；2数控机床的坐标数控机床的坐标（1）右手直角坐标系）右手直角坐标系*常以刀具移动时坐标正向为程序编制正向常以刀具移动时坐标正向为程序编制正向*Z轴坐标：规定平行于主轴轴线的坐标为轴坐标：规定平行于主轴轴线的坐标为Z坐标坐标无主轴时，规定平行与工件装夹表面的方向为无主轴时，规定平行与工件装夹表面的方向为Z坐标方向；坐标方向；正方向位刀具离开工件方向。正方向位刀具离开工件方向。*X轴轴坐坐标标：如如刀刀具具旋旋转转，Z轴轴水水平平，则则从从刀刀具具（主主轴轴）向向工工件件看时，看时，X轴的正方向指向右边；轴的正方向指向右边；Z轴垂直，则从主轴向立柱看：单柱，轴垂直，则从主轴向立柱看：单柱，X轴正向指向右轴正向指向右双柱：从主轴向左立柱看，双柱：从主轴向左立柱看，X正向指向右边正向指向右边若若工工件件旋旋转转机机床床：X轴轴的的运运动动方方向向是是工工件件的的径径向向并并平平行行于于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向是横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向是X轴正向。轴正向。*Y轴坐标：由右手坐标系定轴坐标：由右手坐标系定Z轴垂直，则从主轴向立柱看：单柱，轴垂直，则从主轴向立柱看：单柱，X轴正向指向右轴正向指向右双柱：从主轴向左立柱看，双柱：从主轴向左立柱看，X正向指向右边正向指向右边若工件旋转机床：若工件旋转机床：X轴的运动方向是工件的径向并平行于轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向是横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向是X轴正向。轴正向。*Y轴坐标：由右手坐标系定轴坐标：由右手坐标系定XZxZY（2）机床坐标系及机床原点）机床坐标系及机床原点机床坐标系机床坐标系是机床上固有的坐标系，有固定的原点是机床上固有的坐标系，有固定的原点基准线；基准面基准线；基准面目目的的：确确定定机机床床的的运运动动方方向向和和移移动动距距离离，确确定定工工件件位位置置，机机床床运运动动部部件件的的特特殊殊位位置置，（换换刀刀点点，参参考考点点等等）以以及及运运动动范围；范围；机床原点：由厂商确定机床原点：由厂商确定*参考点：为缩短返回原点的时间，根据实际加工需要设参考点：为缩短返回原点的时间，根据实际加工需要设置机床原点。置机床原点。（3）工件坐标系）工件坐标系以工件以工件设计尺寸设计尺寸为依据建立的坐标系，目的是方便编程；为依据建立的坐标系，目的是方便编程；编程尺寸按工件坐标系中的尺寸确定；编程尺寸按工件坐标系中的尺寸确定；工工件件原原点点偏偏置置：测测得得的的工工件件原原点点与与机机床床原原点点之之间间的的距距离离称称为为工工件件原原点点偏偏置置，加加工工前前预预存存到到数数控控系系统统中中，加加工工时时，偏偏置量自动加到工件坐标上，使机床实现准确的坐标运动置量自动加到工件坐标上，使机床实现准确的坐标运动所以：编程人员可以不考虑工件在机床上的安装位置，直接所以：编程人员可以不考虑工件在机床上的安装位置，直接按图纸尺寸编程。按图纸尺寸编程。（4）绝对坐标与增量坐标）绝对坐标与增量坐标绝绝对对坐坐标标系系：所所有有坐坐标标点点均均以以某某一一固固定定原原点点计计量量的的坐坐标标系；系；增增量量坐坐标标系系：以以运运动动轨轨迹迹的终点为起点计量的坐标系的终点为起点计量的坐标系绝绝对对坐坐标标：以以坐坐标标原原点点为为基准确定的坐标基准确定的坐标G90G01X30Y40相相对对坐坐标标：零零件件上上后后一一点点的坐标相对于前一点的增量的坐标相对于前一点的增量G91G01X-20Y-10AyXuvBC40 30 30 503G指令、指令、M指令及其他指令指令及其他指令（1）准备功能）准备功能G指令指令用用来来规规定定刀刀具具和和工工件件的的相相对对运运动动轨轨迹迹（插插补补功功能能），机床坐标系，坐标平面，刀具补偿，坐标偏置等机床坐标系，坐标平面，刀具补偿，坐标偏置等G00G99共共100种，分模态代码，非模态代码种，分模态代码，非模态代码（2）辅助功能）辅助功能M指令指令作作用用：控控制制机机床床开开、关关功功能能的的指指令令，如如：开开、停停冷冷却却，主轴正反转，程序结束等主轴正反转，程序结束等M00M99共共100个个序序号号代码代码组组别别功功 能能序号序号代码代码组别组别功功 能能1 12 23 34 4*G00*G00G01G01G02G02G03G030101快速定位快速定位直线差补直线差补圆弧差补圆弧差补(顺时针顺时针)圆弧差补圆弧差补(逆时针逆时针)17171818G50G50G65G650000坐标系设定坐标系设定,主轴最大速度设主轴最大速度设定定调用宏指令调用宏指令1919202021212222232324242525G70G70G71G71G72G72G73G73G74G74G75G75G76G760000精车循环精车循环外圆粗车循环外圆粗车循环端面粗车循环端面粗车循环固定形状粗车循环固定形状粗车循环端面钻孔循环端面钻孔循环外圆车槽循环外圆车槽循环多头螺纹循环多头螺纹循环5 56 6G04G04G10G100000暂停暂停数据设定数据设定7 78 8G20G20*G21*G210606英制输入英制输入公制输入公制输入9 91010*G25*G25G26G260808主轴速度波动检测主轴速度波动检测断断主轴速度波动检测主轴速度波动检测通通262627272828G90G90G92G92G94G940101外圆车削循环外圆车削循环螺纹车削循环螺纹车削循环端面车削循环端面车削循环11111212G27G27G28G280000参考点返回检查参考点返回检查参考点返回参考点返回1313G32G320101螺纹切削螺纹切削2929303031313232G96G96*G97*G97G98G98*G99*G99主轴恒线速控制主轴恒线速控制取消主轴恒线速控制取消主轴恒线速控制每分钟进给每分钟进给每转进给每转进给141415151616*G40*G40G41G41G42G420707取消刀尖半径补偿取消刀尖半径补偿刀尖半径左补偿刀尖半径左补偿刀尖半径右补偿刀尖半径右补偿序号序号代码代码功能功能序号序号代码代码功能功能1 12 23 34 45 56 67 78 8M00M00M01M01M02M02M03M03M04M04M05M05M08M08M09M09程序停止程序停止选择停止选择停止程序结束程序结束主轴正转主轴正转主轴反转主轴反转主轴停止主轴停止冷却开冷却开冷却关冷却关9 9101011111212131314141515M23M23M24M24M25M25M26M26M30M30M98M98M99M99切削螺纹倒角切削螺纹倒角切削螺纹不倒角切削螺纹不倒角误差检测误差检测误差检测取消误差检测取消复位并返回程序复位并返回程序开始开始调子程序调子程序返回主程序返回主程序（3）F、S、T指令指令F指令指令进给速度指令进给速度指令代码法：代码法：FXXXX进给速度的序号进给速度的序号直接指定法：直接指定法：F100表进给速度表进给速度100mm/min常用常用S指令指令主轴转速指令（主轴转速指令（r/min）T指令：指令：刀具指令刀具指令TXXXX刀具编号刀具编号（四）程序结构和格式（四）程序结构和格式1程序的构成程序的构成例：例：%开始开始O020调出加工程序编号调出加工程序编号020N001G01X80Z-30F0.2S300T0101M03LFN002X120Z-60LFN125G00X500Z-200M02EM 程序由程序由程序段（程序段（block）组成，每个程序段由按一定顺序组成，每个程序段由按一定顺序和规则排列的和规则排列的字（字（Word）组成。字是由表示地址的组成。字是由表示地址的英文字英文字母、特殊文字和数字集合而成母、特殊文字和数字集合而成。字表示某一功能的一组代码字表示某一功能的一组代码符号符号，如，如X2500为一个字，表示为一个字，表示X向尺寸为向尺寸为2500mm。程序段程序段的格式较多，应用较广泛的是的格式较多，应用较广泛的是“可变程序段、文字地址程序可变程序段、文字地址程序段段”格式格式(Wordaddressformat)。N102G01x+3200y+2500z-150F850S24T12M05*顺序号字顺序号字准备功能字准备功能字尺寸字尺寸字进给功能字进给功能字程序结束符程序结束符辅助功能字辅助功能字刀具功能字刀具功能字主轴功能字主轴功能字2程序段格式程序段格式（1）字地址程序段格式）字地址程序段格式（2）特点：）特点：程序简单直观，不易出错；程序简单直观，不易出错；各字的先后排列并不严格各字的先后排列并不严格数据位数可多可少（数据位数可多可少（最大许用位数）最大许用位数）不需要的字以及与上一段程序段相同的续效数字可以不写不需要的字以及与上一段程序段相同的续效数字可以不写3主程序和子程序主程序和子程序（1）子程序）子程序（2）子程序以外的为主程序）子程序以外的为主程序主程序主程序%N001.N002.呼叫子程序呼叫子程序呼叫子程序呼叫子程序主程序结束主程序结束子程序子程序子程序名子程序名N501.N502.子程序结束返子程序结束返回主程序回主程序（五五）数数控控铣铣床床的的加加工工和和程程序序编制编制1平平面面轮轮廓廓的的加加工工：直直线线+圆圆弧，两坐标联动弧，两坐标联动（1）G41左刀补左刀补（2）G42右刀补右刀补*当平面轮廓为任意曲面时，当平面轮廓为任意曲面时，可用直线或圆弧逼近可用直线或圆弧逼近例：材料为例：材料为Q195，立铣刀立铣刀10mm，刀号刀号T01，在，在XK0816A铣床上，每边余量铣床上，每边余量2mmN0010G00Z5T01S1000M03N0020G41G01X0Y0F300N0030Z-5N0040G91G01X20Y40N0050X10N0060G03X20YOI10J0N0070G01X10N0080X20Y-40N0090X-85N0100G90G00Z15N0110G40G01X0Y0F300N0120M05N0130M025040302010 10 20 30 40 50 60 70 80 90101510203040102030yxO机机起刀点机床原点起刀点机床原点编程原点编程原点O工工1010ABCDE1243657以绝对坐标编程以绝对坐标编程G92X-10Y-10N01G90G17G00X10Y10LFN02G01X30F100LFN03G03X40Y20I0J-10LFN04G02X30Y30I0J-10LFN05G01X10Y20LFN06Y10LFN07G00X-10Y-10M02LF10203040102030yxO机机起刀点机床原点起刀点机床原点编程原点编程原点O工工1010ABCDE1243657以以相对坐标编程相对坐标编程N01G91G17X20Y20LFN02G01X20F100LFN03G03X10Y10I0J-10LFN04G02X-10Y10I0J-10LFN05G01X-20Y-10LFN07G00X-20Y-20M02LF2曲面轮廓的加工曲面轮廓的加工曲曲面面形形状状，刀刀具具形形状状（球球、柱柱等等）二二轴轴半半，三三轴轴，四四轴轴，五轴等五轴等（1）二二轴轴半半或或2（1/2）坐坐标标联联动动行切法行切法*X的的确确定定：表表面面粗粗糙糙度度及及刀刀头半径头半径*球球头头铣铣刀刀半半径径：尽尽量量取取大大，但但应小于最小曲率半径应小于最小曲率半径*残留沟纹残留沟纹x的选取：根据表面的选取：根据表面粗糙度的要求及刀头粗糙度的要求及刀头不干涉相邻表面的原不干涉相邻表面的原则则（2）三坐标联动加工）三坐标联动加工*X、Y、Z三坐标可同时插补联动三坐标可同时插补联动*常用行切法常用行切法*铣刀中心线轨迹是一条空间曲线铣刀中心线轨迹是一条空间曲线*用于复杂空间曲面的精确加工，多用自动编程用于复杂空间曲面的精确加工，多用自动编程（3）四坐标联动：适于加工直纹扭曲面）四坐标联动：适于加工直纹扭曲面（4）五坐标联动：）五坐标联动：XYZ外，两个圆周进给坐标轴外，两个圆周进给坐标轴nO刀位点刀位点P(x,y,z)ZYX五坐标联动加工五坐标联动加工3棱角过渡的处理棱角过渡的处理（1）问问题题：铣铣棱棱角角轮轮廓廓时时，若若刀刀心心位位移移量量与与轮轮廓廓尺尺寸寸相相同同时时，刀刀心心轨轨迹迹不不连连续续（外外轮轮廓廓），或或干干涉涉（内内轮轮廓廓）现象。现象。（2）举例：）举例：（六）手工编程：以（六）手工编程：以XK5040为例为例1坐标轴的定义坐标轴的定义*用用I、J、K表示起点，表示起点，X、Y、Z表终点表终点xzy2采采用用轮轮廓廓控控制制方方式式，能能同同时时控控制制机机床床两两个个坐坐标标运运动动，所所以以直直线、圆弧必须在线、圆弧必须在XY、YZ、ZX平面中的一个平面，规定：平面中的一个平面，规定：G17表表XY；G18ZXG19YZ曲线定义：曲线定义：G01直线直线G02顺圆，顺圆，G03逆圆逆圆进给速度：进给速度：F0F7，实现实现101200mm/min无级调速无级调速M02结束结束3辅助定义：辅助定义：G37：实实现现刀刀具具半半径径偏偏移移后后的的圆圆弧弧图图形形；G37在在G41时时，刀刀在在工工件左，件左，G37在在G42时，刀在工件右（向刀具前进方向看）时，刀在工件右（向刀具前进方向看）G38：用用于于直直线线时时，按按给给定定方方向向走走一一刀刀具具半半径径值值，用用于于圆圆弧弧时时，走一段圆弧走一段圆弧G39：用用于于在在给给定定的的直直线线基基础础上上加加长长或或缩缩短短一一个个刀刀具具半半径径值值，G41时加长；时加长；G42时缩短。时缩短。4编程举例编程举例N001G01G17Y+4000F7CRN002G18Z-3000CRN003G17G39G42Y-2000F0CRN004G03G37G42J2000X-1000Y+1732CRN005G01G91X-1500Y-866CRN006G03I1500J866X-1000CRN007I1000X-500Y-866CRN008G01X+1500Y-866CRN009G03I1000J1732Y-2000CRN010J2000X+2000CRN011I2000Y+2000CRN012G01G39Y+200F7CRN013G18Z+3000CRN014G17Y-4000CRM02（七）计算机零件程序编制（七）计算机零件程序编制1手手工工编编程程的的不不足足：工工作作量量大大，容容易易出出错错，对对于于形形状状复复杂杂零零件及空间曲面难以胜任，计算量大，时间长。件及空间曲面难以胜任，计算量大，时间长。2自动编程系统自动编程系统（1）硬件：微机）硬件：微机+外设（打印机，绘图机，穿孔机等）外设（打印机，绘图机，穿孔机等）（2）软软件件：翻翻译译程程序序，主主信信息息程程序序（前前处处理理程程序序）和和后后处处理理程序程序系统程序系统程序三、数控装置三、数控装置（一）数控装置的一般结构（一）数控装置的一般结构输入装置输入装置输入回路输入回路运算器运算器控制器控制器输出回路输出回路驱动装置驱动装置输入部分输入部分运控部分运控部分输出部分输出部分数控装置的一般结构数控装置的一般结构1、输入部分、输入部分*包括指令信息的输入装置和输入回路包括指令信息的输入装置和输入回路译码器：文字码送到文字码寄存器；数字码（译码器：文字码送到文字码寄存器；数字码（1）坐标数）坐标数字送往运算器，（字送往运算器，（2）与文字码结合产生指令）与文字码结合产生指令*两类指令：操作指令（两类指令：操作指令（M、S、T）；）；送往主控制器和继电器送往主控制器和继电器运算指令（运算指令（G指令，坐标指令），送往运算器指令，坐标指令），送往运算器（1）输入装置输入装置1）光电阅读机）光电阅读机2）手动输入与刀具补偿输入：在控制台上操作）手动输入与刀具补偿输入：在控制台上操作3）计算机输入）计算机输入（2）奇偶校验）奇偶校验（3）译码器：输入代码变成控制机床动作的代号）译码器：输入代码变成控制机床动作的代号2、运控部分、运控部分（1）运算器：根据输入部分送来的加工指令及尺寸数据进行）运算器：根据输入部分送来的加工指令及尺寸数据进行逻辑演算和数学演算，给出进给方向，进给步树等各种信号；逻辑演算和数学演算，给出进给方向，进给步树等各种信号；1）逻辑运算：加工指令判别，相限判别，终点判断等）逻辑运算：加工指令判别，相限判别，终点判断等2）数字运算：）数字运算：*辅助运算：十翻二，变部运算，辅助运算：十翻二，变部运算，*插补运算：脉冲分配器插补运算：脉冲分配器控制器：又叫主控器，使各部分协调工作。控制器：又叫主控器，使各部分协调工作。十翻二十翻二运运算算变补变补运算运算其它辅其它辅助运算助运算插插补补运运算算输输出出控控制制器器运算器工作流程运算器工作流程数据数据输输入入控控制制器器指令指令进给进给辅辅助助运运算算xyz数的表示形式数的表示形式在生活中表示数的在生活中表示数的时候一般都是把正数前面加一个候一般都是把正数前面加一个“+”，负数前面加一个数前面加一个“-”，但是在数字，但是在数字设备中，把中，把“+”用用“0”表示，表示，“-”用用“1”表示。表示。真值真值原码原码反码反码补码补码正数正数+X0X0X0X原码：一个整数，按照绝对值大小转换成的二进制数，称为原码。原码：一个整数，按照绝对值大小转换成的二进制数，称为原码。比如比如 00000000 00000000 00000000 00000101 00000000 00000000 00000000 00000101 是是 5 5的的 原码。原码。反码：将二进制数按位取反，所得的新二进制数称为原二进制数反码：将二进制数按位取反，所得的新二进制数称为原二进制数的反码。的反码。取反操作指：原为取反操作指：原为1 1，得，得0 0；原为；原为0 0，得，得1 1。（。（1 1变变0;00;0变变1 1）11111111 11111111 11111111 11111010 11111111 11111111 11111111 11111010 和和 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000101 00000000 00000101 互为反码。互为反码。补码：反码加补码：反码加1 1称为补码称为补码。也就是说，要得到一个数的补码，先得到反码，然后将反码加上也就是说，要得到一个数的补码，先得到反码，然后将反码加上1 1，所得数称为补码。，所得数称为补码。11111111 11111111 1111101111111111 11111111 11111011比如：比如：00000000 00000000 00000000 00000101 00000000 00000000 00000000 00000101 的反码是：的反码是：11111111 11111111 11111111 1111101011111111 11111111 11111111 11111010。补码为：补码为：11111111 11111111 11111111 11111010+1=11111111 11111111 11111111 11111010+1=11111111 11111111 11111111 1111101111111111 11111111 11111111 11111011 负数的减法运算也要设法化为加法来做负数的减法运算也要设法化为加法来做,可以和常可以和常规的加法运算使用同一加法器电路规的加法运算使用同一加法器电路,从而简化了计算机的从而简化了计算机的设计设计3、输出装置、输出装置（1）任务：把计算结果按程序指令的要求送出去，将电信）任务：把计算结果按程序指令的要求送出去，将电信号转化为具有一定功率和扭矩输出的机械量。号转化为具有一定功率和扭矩输出的机械量。（2）组成：环形分配器，功率放大电路，步进电机。）组成：环形分配器，功率放大电路，步进电机。（二）插补原理（二）插补原理逐点比较法，数字积分法逐点比较法，数字积分法，时差法，时差法，n插补要解决的问题：插补要解决的问题：n让单独的坐标分别运动合成理想的轨迹；让单独的坐标分别运动合成理想的轨迹；n几个坐标同时进，还是每次进一个；几个坐标同时进，还是每次进一个；n判断进给那一个坐标使下一步误差更小；判断进给那一个坐标使下一步误差更小；n进多少；进多少；n如果同时进给，各个坐标进给的比例是多少；如果同时进给，各个坐标进给的比例是多少；n选用什么样的实际轨迹合成后与理想轨迹误差最小。选用什么样的实际轨迹合成后与理想轨迹误差最小。曲线方程曲线方程Y=F（X）本身就代表坐标量之间的本身就代表坐标量之间的制约，函数关于表示制约，函数关于表示X与与Y一一对应，对于曲一一对应，对于曲线上的某一点的邻域线上的某一点的邻域，其坐标增量关系也是确，其坐标增量关系也是确定的，即给定的，即给X1一个增量一个增量X存在一个存在一个Y使使Y1+Y=F（X1+X）这是这是X与与Y之间有之间有一种制约，那就是由一种制约，那就是由X找到一个找到一个Y使使F（X1+X）等于或接近于等于或接近于Y1+Y，插补就插补就是这种寻找是这种寻找X与与Y之间制约的方法。之间制约的方法。四、数控机床的伺服系统四、数控机床的伺服系统（一）概述（一）概述开环，闭环和半闭环开环，闭环和半闭环（二）常用驱动元件二）常用驱动元件步进电机步进电机（三）位置检测（三）位置检测*数字式：光电脉冲编码装置，光栅等，分辨率高，价格低，数字式：光电脉冲编码装置，光栅等，分辨率高，价格低，抗干扰性差，抗干扰性差，*模拟式：磁栅，旋转变压器，同步感应器：制造简单，抗模拟式：磁栅，旋转变压器，同步感应器：制造简单，抗干扰性好。干扰性好。1、编码盘：、编码盘：将转角或位移转化为相应代码，指示绝对位置，无累计误差，将转角或位移转化为相应代码，指示绝对位置，无累计误差，精度不高。精度不高。接触式：简单，体积小，信号强，转速低，寿命不长接触式：简单，体积小，信号强，转速低，寿命不长光电式：速度高，精度高，结构复杂光电式：速度高，精度高，结构复杂电磁式电磁式：寿命长，转速高，精度高：寿命长，转速高，精度高2、光栅测量装置、光栅测量装置（1）组成：光源，二块光栅，）组成：光源，二块光栅，光电元件光电元件（2）光栅：）光栅：50，100，200/mm长光栅（标尺光栅）：移动长光栅（标尺光栅）：移动短光栅（指示光栅）：固定短光栅（指示光栅）：固定（3）莫尔条纹）莫尔条纹节距：节距：W=/放大作用放大作用tI（4）运动方向的判断运动方向的判断指示光栅相对于标尺光栅逆时针转指示光栅相对于标尺光栅逆时针转+，当标尺光栅右移时，当标尺光栅右移时，莫尔条纹下移。莫尔条纹下移。3自动编程过程自动编程过程（1）第一阶段）第一阶段*工艺分析工艺分析汇编语言汇编语言源程序源程序（由人工完成）（由人工完成）*编写源程序：按自动编程系统所规定的编写源程序：按自动编程系统所规定的“语言语言”和和“与法与法”来描述被加工零件的几何形状，加工时刀具相对工件的运动来描述被加工零件的几何形状，加工时刀具相对工件的运动轨迹，以及必要的工艺参数。轨迹，以及必要的工艺参数。*源程序不能用于控制数控机床源程序不能用于控制数控机床（2 2）第二阶段）第二阶段借借助助编编译译程程序序和和PCPC对对源源程程序序进进行行处处理理后后，自自动动打打印印程程序序单单和和数控穿孔纸带数控穿孔纸带*程序员：熟悉系统规定的语言和源程序的书写方法，了解数程序员：熟悉系统规定的语言和源程序的书写方法，了解数控机床对程序编制的要求。控机床对程序编制的要求。4自动编程的发展：自动编程的发展：（1）1955年年美美国国研研制制出出APT-I（AutomaticallyProgrammedTools）系统；系统；（2）70年年代代发发展展成成APT-系系统统：功功能能强强大大，需需要要一一台台大大型型通通用用计计算算机机，可可以以用用于于解解决决自自由由曲曲线线，去去面面零零件件的的2-5坐坐标标加加工的自动编程工的自动编程（3）小型机编程系统）小型机编程系统ADAPT（4）日本：日本：FAPT，HAPT：小而专，分别针对车、铣等小而专，分别针对车、铣等（5）德国：）德国：EXAPT：可自动选择加工顺序和工艺参数可自动选择加工顺序和工艺参数（6）我国：）我国：70年代：年代：SKC，ZCX等系统等系统现在：现在：HZAPT、EAPT、SAPT等等5APT简介：简介：POINT点点LINE线线ARC圆弧圆弧FILLET倒圆角倒圆角CURVE曲线曲线SURFACE面面RECTANGLE矩形矩形DRAFTING制图制图HORIZONTAL水平线水平线VERTICAL垂直线垂直线ENDPOINLE端点线端点线MULTI折线折线POLAR极座标线极座标线TANGENT切线切线图图5-15自动编程过程自动编程过程零零件件图图零零件件源源程程序序翻翻译译处处理理刀刀具具轨轨迹迹处处理理后后处处理理CRT显示显示绘图检查绘图检查系统处理程序系统处理程序加工程序单加工程序单穿孔纸带穿孔纸带Po=point/0,0,0;Pa=point/-63.8,0,0;C1=circle/0,0,0,63.8;C3=circle/0,0,0,64;C6=circle/-1.07,16,0,46;C7=circle/0,0,0,61;C10=circle/0,0,0,236;C11=circle/0,0,0,238.8;C12=circle/0,0,0,69;C13=circle/64,0,0,21L11=line/Po,atangl,155045,xaxis;L12=line/Po,atangl,-98059,xaxis;O4=point/ylarge,intof,L11,C10;:定义坐标原点定义坐标原点定义定义A点点定义定义AB圆弧圆弧定义定义CD圆弧圆弧定义定义FG圆弧圆弧定义定义GH圆弧圆弧定义过定义过O4的圆弧的圆弧定义定义OO4直线直线定义定义OO1直线直线Pb=point/-103.8,40,0;Pc=point/-103.8,-40,0;C15=circle/-103.8,0,0,40Cutter/5;Spindle/900,clw;Coolnt/on;Tlrgt;From/-63,8,0,0;Godown/20;Fedrat/200;Go/to,Pb;Clw/C15,tanto,C1Fedrat/20;Cclw/C1,tanto,C2;定义起刀点定义起刀点b定义由起刀点切入工件的圆弧定义由起刀点切入工件的圆弧主轴顺时针旋转主轴顺时针旋转刀具与工件右边相切刀具与工件右边相切刀具起始语言刀具起始语言进给速度进给速度200mm/minB点起刀点起刀顺时针顺时针C15与与C1相切相切逆时针相切逆时针相切Clw.C2,on,C6,ylarge;Cclw/C6,on,C7,ylarge;Cclw/C7,tanto,C8;Clw/C8,on,C1,Ysmall;Cclw/C1,tanto,C15;Goup/20;Coolnt/off;Fini;顺时针顺时针C2与与C3相交相交x取大值取大值刀具退回刀具退回20mm结束结束%N01T5M6*换刀换刀N02G01F2000*N03G42N04X-63800Y0Z0S900M13N05Z-20000N06G03X-9962Y-63018I0J0F20N07G02X-5697Y-63764I-37278J-235871N08G03X0Y-64000I0J0N09X63999Y-275N10X63999Y-274I63999J-274N11X63728Y24I63999J-274N12G02X44784Y19679I65750J20927N13G03X14786Y59181I-1070J16000N14X0Y61000I0J0N15X55508Y25296I-J0N16G02X-62850Y10971I-214751J97868N17G03X63800Y0I0J0N18G00Z20000N19M09M02塔轮磁传感器 发磁体 垫片