数控编程基础(修订)

1、 主讲人：吴亚辉数控编程基础数控编程基础内容提纲内容提纲一、数控技术基础知识二、数控车床编程基础三、数控车床加工仿真四、数控铣床编程基础五、数控铣床加工仿真前言前言 自从自从20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化。带来了革命性的变化。 现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM，FMS和和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上； 数控技术是提高产品质量、提

2、高劳动生产率必不可少数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；基于它的相关产业是体现国家综合国力水的物质手段；基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业；平的重要基础性产业；专家们预言专家们预言: 二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。控技术的竞争。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。采用数字控制的方法对某一工作过程实现自

3、动控制的技术。采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。数控技术就是利用数字化信号进行控制的技术。数控技术就是利用数字化信号进行控制的技术。是采用数控技术对机床的加工过程进行控制的机床。具体地是采用数控技术对机床的加工过程进行控制的机床。具体地说，凡是将刀具相对于工件的运动轨迹和相关的工艺信息用说，凡是将刀具相对于工件的运动轨迹和相关的工艺信息用代码进行编程，然后送入数控系统经过数字运算、处理，并代码进行编程，然后送入数控系统经过数字运算、处理，并通过高性能的驱动单元控制机床的刀具与工件的相对运动，通过高性能的驱动单元控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需工件的一类机床即为数控机

4、床。它数控技术典型加工出所需工件的一类机床即为数控机床。它数控技术典型应用的例子。应用的例子。 1.1.1数控技术的基本概念数控技术的基本概念数控技术数控技术一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识工艺分析工艺分析数控加数控加工程序工程序工序卡工序卡B A C KS P A C EC T RLIN SC RT A BA L T0S H IF T ZE N D WH OM E TP g Dn OP g Up JR S T E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABE S C1 4 彩 色显 示 器空运行Z 轴锁定MST 锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG

5、主轴正转主轴停 主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关 刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电 源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱 动 器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010 090增量倍率1000101001坐标轴选择Z YX传统加工传统加工数控加工数控加工数控加工与传统加工的比较一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识q加工零件的适应性强，灵活性好加工零件的适应性强，灵活性好q加工精度高，产品质量稳定加工精度高，产品质量稳定q生产效率高生产效率高q减少工人劳动强度，改善工作条件减少工人劳动强度，改善工作条件q有利于生产管理有利于

6、生产管理q便于实现自动化便于实现自动化q便于实现网络化便于实现网络化q便于实现智能化便于实现智能化1.1.2数控技术的特点数控技术的特点一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识在数控机床上加工零件时在数控机床上加工零件时,要首先把加工零件所需的所有机床要首先把加工零件所需的所有机床动作以程序的形式记录下来动作以程序的形式记录下来,登载到某种存储物上登载到某种存储物上,该存储物质该存储物质称为称为,并且输入到数控装置中并且输入到数控装置中,由数控装置处理程序由数控装置处理程序,发出控制信号指挥机床的伺服系统驱动机床发出控制信号指挥机床的伺服系统驱动机床,协调指挥机床的协调指挥机床的动作动作,使其

7、产生主运动和进给运动使其产生主运动和进给运动,完成零件的加工。完成零件的加工。 1.2.1数控机床的工作原理数控机床的工作原理原理与分类原理与分类当改变加工不同的零件时当改变加工不同的零件时,在数控机床只要改变加工程序在数控机床只要改变加工程序,就可就可以继续加工新零件。以继续加工新零件。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识零件图零件图制定工艺制定工艺轨迹计算轨迹计算用户软件编程用户软件编程控制介质的组成控制介质的组成：1.制定工艺制定工艺2.轨迹计算轨迹计算3.编制程序编制程序4.程序存储程序存储数控装置的组成数控装置的组成：1.常规输入常规输入/输出设备输出设备2.接口电路接口电路3.

8、计算机系统存储器计算机系统存储器4.中央处理器中央处理器(CPU)伺服系统的组成伺服系统的组成：1.调节放大单元调节放大单元2.驱动单元驱动单元3.步进电动机步进电动机4.交流伺服电动机交流伺服电动机5.直流伺服电动机直流伺服电动机6.控制对象控制对象比较器比较器驱动电路驱动电路伺服系统滚珠丝杠滚珠丝杠工作台工作台位移检测装置位移检测装置数控装置数控装置检测装置的组成：1.光电编码器2.光栅图图1 数控机床的组成数控机床的组成机床本体的组成机床本体的组成：1.主轴箱主轴箱2.滚珠丝杠滚珠丝杠3.滚动导轨滚动导轨4.刀台刀台5.齿轮连接传动齿轮连接传动控制介质数控装置伺服系统机床本体检测装置数控

9、机床的组成一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识数控加工时，机床必须按人们的意图去加工零件。数控加工时，机床必须按人们的意图去加工零件。 为了得到图纸上所规定的零件形状和加工为了得到图纸上所规定的零件形状和加工精度，在加工过程中，机床所需要的全部精度，在加工过程中，机床所需要的全部操作动作和刀具相对于零件的运动轨迹，操作动作和刀具相对于零件的运动轨迹，要求由人们按照一定的要求和顺序编制成要求由人们按照一定的要求和顺序编制成控制指令，然后把这些所需要的全部控制控制指令，然后把这些所需要的全部控制指令（数控机床的加工程序）存放在一种指令（数控机床的加工程序）存放在一种存储物上。这种在人和数控机床

10、之间建立存储物上。这种在人和数控机床之间建立联系的媒介物，称为控制介质。联系的媒介物，称为控制介质。零件图零件图制定工艺制定工艺轨迹计算轨迹计算用户软件编程用户软件编程控制介质的组成控制介质的组成：1.制定工艺制定工艺2.轨迹计算轨迹计算3.编制程序编制程序4.程序存储程序存储控制介质一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识数控装置是数控机床的控制中枢，一般由微处理器计算机（数控装置是数控机床的控制中枢，一般由微处理器计算机（8031单片机）和小型计算机来担任，这样的数控系统称为计单片机）和小型计算机来担任，这样的数控系统称为计算机数控系统（算机数控系统（CNC）。它用存放在计算机存储器里的系

11、统）。它用存放在计算机存储器里的系统程序（系统内控软件）来实现数控机床的控制。程序（系统内控软件）来实现数控机床的控制。数控装置一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识在数控装置中，系统程序存储在计算机的内存中，零件加工在数控装置中，系统程序存储在计算机的内存中，零件加工程序（用户软件）由控制介质通过常规输入设备读入内存。程序（用户软件）由控制介质通过常规输入设备读入内存。CNC系统经接口电路与常规输入系统经接口电路与常规输入/输出设备、操作面板、机床输出设备、操作面板、机床的控制部件、测量部件等联接。根据执行零件加工程序（用的控制部件、测量部件等联接。根据执行零件加工程序（用户软件）的程序和

12、指令，在系统内控软件的调动下，自动进户软件）的程序和指令，在系统内控软件的调动下，自动进行零件加工。行零件加工。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识伺服系统的作用是把来自数控装置的插补脉冲信号转换成机伺服系统的作用是把来自数控装置的插补脉冲信号转换成机床位移部件的移动。相当于手工操作时的人的手，使工作台床位移部件的移动。相当于手工操作时的人的手，使工作台（或拖板、或主轴箱）移动，并能按规定的轨迹作严格的相（或拖板、或主轴箱）移动，并能按规定的轨迹作严格的相当运动。当运动。 因此，伺服电动机的因此，伺服电动机的性能是决定数控机床的加性能是决定数控机床的加工精度、表面质量（表面工精度、表面质量

13、（表面粗糙度）和生产效率的主粗糙度）和生产效率的主要因素之一。要因素之一。数控系统发出的每一个脉数控系统发出的每一个脉冲信号，控制机床部件移冲信号，控制机床部件移动的位移量称为脉冲当量动的位移量称为脉冲当量（步进位移控制精度）。（步进位移控制精度）。 伺服系统的组成伺服系统的组成：1.调节放大单元调节放大单元2.驱动单元驱动单元3.步进电动机步进电动机4.交流伺服电动机交流伺服电动机5.直流伺服电动机直流伺服电动机6.控制对象控制对象比较器比较器驱动电路驱动电路伺服系统滚珠丝杠滚珠丝杠工作台工作台位移检测装置位移检测装置检测装置的组成：1.光电编码器2.光栅机床本体的组成机床本体的组成：1.主

14、轴箱主轴箱2.滚珠丝杠滚珠丝杠3.滚动导轨滚动导轨4.刀台刀台5.齿轮连接传动齿轮连接传动伺服系统一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识调节放大单元是将来自计算机的指令信号和反馈信号加以调节放大单元是将来自计算机的指令信号和反馈信号加以比较，变换成为电压信号并放大，去驱动执行元件的有关电比较，变换成为电压信号并放大，去驱动执行元件的有关电路。路。 执行单元又称为驱动单元。它是将电信号转换成为机械运执行单元又称为驱动单元。它是将电信号转换成为机械运动，产生一定的功率，用电动机来驱动工作台移动。动，产生一定的功率，用电动机来驱动工作台移动。 电机电机数控系统能够控制的电动机有步进电动机，交流伺服

15、电动机，数控系统能够控制的电动机有步进电动机，交流伺服电动机，直流伺服电动机。直流伺服电动机。 在开环数控系统中的执行单元一般为步进电动机；在开环数控系统中的执行单元一般为步进电动机； 在闭环数控系统中的执行单元一般为交流伺服电动机和直在闭环数控系统中的执行单元一般为交流伺服电动机和直流伺服电动机。流伺服电动机。控制对象是指机床的工作台、刀架或主轴箱等传动机构。控制对象是指机床的工作台、刀架或主轴箱等传动机构。他们也是组成伺服系统的一个重要部分。他们也是组成伺服系统的一个重要部分。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识在数控机床中，数控装置通过伺服系统和机床进给传动元件，在数控机床中，数控装

16、置通过伺服系统和机床进给传动元件，最终控制机床的运动部件（工作台、主轴箱、刀架或拖板）最终控制机床的运动部件（工作台、主轴箱、刀架或拖板）作准确的位移。因为机床在加工中是自动控制的，所以，数作准确的位移。因为机床在加工中是自动控制的，所以，数控机床应该具有比一般普通机床更高的稳定性、抗震性、运控机床应该具有比一般普通机床更高的稳定性、抗震性、运行精度的性能和精度要求。行精度的性能和精度要求。 机床本体一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识数控机床中，数控装置是依数控机床中，数控装置是依靠指令值与位移检测装置的靠指令值与位移检测装置的反馈值进行比较，来控制工反馈值进行比较，来控制工作台运动的。

17、数控机床中检作台运动的。数控机床中检测元件的种类很多，采用较测元件的种类很多，采用较多的有光电编码器和光栅。多的有光电编码器和光栅。 编码器是一种旋转式的编码器是一种旋转式的检测角位移的传感器。编码检测角位移的传感器。编码器是数控机床中使用较多器是数控机床中使用较多的一种传感器。的一种传感器。检测装置一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识数控机床规格繁多，据不完全统计已有数控机床规格繁多，据不完全统计已有400多个品种规格。多个品种规格。可以按照多种原则来进行分类。但归纳起来，常见的是以下可以按照多种原则来进行分类。但归纳起来，常见的是以下面面6种方法来分类的。种方法来分类的。 q按工艺用途

18、分类按工艺用途分类q按运动轨迹分类按运动轨迹分类q按联动轴数分按联动轴数分 q按伺服系统的控制方式分类按伺服系统的控制方式分类q按数控装置分类按数控装置分类q按功能水平分类按功能水平分类 1.2.2 数控机床的分类数控机床的分类一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、数控齿轮加工机床、FMC等。等。成型加工类：数控折弯机、数控冲裁机等。成型加工类：数控折弯机、数控冲裁机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光

19、加工机等。其它非加工设备：数控装配机、数控测量机、机器人等。其它非加工设备：数控装配机、数控测量机、机器人等。按工艺用途一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识点位控制数控机床：点点位控制数控机床：点点位置精确控制，保证的是定位点位置精确控制，保证的是定位精度，以慢精度，以慢快快慢的运动方式慢的运动方式如：钻床、冲床、测量机如：钻床、冲床、测量机 点位直线控制数控机床：位置控制点位直线控制数控机床：位置控制+速度和路线控制，只能沿速度和路线控制，只能沿某个坐标轴方向（平行或某个坐标轴方向（平行或45）切削加工）切削加工轮廓控制数控机床：每点的位置轮廓控制数控机床：每点的位置+速度速度+路线控制

20、，可对路线控制，可对2坐坐标或标或2坐标以上坐标轴进行控制。坐标以上坐标轴进行控制。按运动轨迹一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识2轴联动（平面曲线）：轴联动（平面曲线）：能同时控制两个坐标轴联动，适于数控车能同时控制两个坐标轴联动，适于数控车床加工旋转曲面或数控铣床铣削平面轮廓。床加工旋转曲面或数控铣床铣削平面轮廓。两轴半联动两轴半联动 ：在两轴的基础上增加了：在两轴的基础上增加了Z轴的移动，当机床坐标系的轴的移动，当机床坐标系的X、Y轴固定时，轴固定时，Z轴可以作周期性进给。两轴半联动加工可以实现轴可以作周期性进给。两轴半联动加工可以实现分层加工。分层加工。 3轴联动（空间曲面）：能同

21、时控制三个坐标轴的联动，用于一般轴联动（空间曲面）：能同时控制三个坐标轴的联动，用于一般曲面的加工，一般的型腔模具均可以用三轴加工完成。曲面的加工，一般的型腔模具均可以用三轴加工完成。4轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）5轴及轴及5轴以上联动（空间曲面）轴以上联动（空间曲面） ：多轴联动能同时控制四个以上：多轴联动能同时控制四个以上坐标轴的联动。多坐标数控机床的结构复杂，精度要求高、程序编坐标轴的联动。多坐标数控机床的结构复杂，精度要求高、程序编制复杂，适于加工形状复杂的零件，如叶轮叶片类零件。制复杂，适于加工形状复杂的零件，如叶轮叶片类零件。 按联动轴数联动轴数越多数控系统的控制算法就越复

22、杂。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识按控制方式一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识这种控制方式不带位置测量元件。这种控制方式不带位置测量元件。数控装置根据信息载数控装置根据信息载体上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱体上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，使执行机构母副，使执行机构(如工作台如工作台)移动或转动。移动或转动。这种控制方式没有来自位置测量元件的反馈信号，对执这种控制方式没有来自位置测量元件的反馈信号，对执行机构

23、的动作情况不进行检查，信号流是单向的（数控行机构的动作情况不进行检查，信号流是单向的（数控装置装置进给系统），故系统稳定性好。进给系统），故系统稳定性好。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。一般以功率于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。步进电机作为伺服驱动元件。这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动

24、力矩不大的价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识这种控制系统不是直接测量工作台的位移量，而是通过旋转变这种控制系统不是直接测量工作台的位移量，而是通过旋转变压器、光电编码盘或分解器等角位移测量元件，压器、光电编码盘或分解器等角位移测量元件，测量伺服机构测量伺服机构中电动机或丝杠的转角，来间接测量工作台的位移中电动机或丝杠的转角，来间接测量工作台的位移。这种系统。这种系统中滚珠丝杠螺母副和工作台均在反馈环路之外，其传动误差等中滚珠丝杠螺母副和工作台均在反馈环路

25、之外，其传动误差等仍会影响工作台的位置精度，故称为半闭环控制系统。半闭环仍会影响工作台的位置精度，故称为半闭环控制系统。半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机常用伺服电机)或丝杠引出。或丝杠引出。位置控制调节器位置控制调节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识这是一种自动控制系统，其中包含功率放大和反馈，使输出

26、这是一种自动控制系统，其中包含功率放大和反馈，使输出变量的值响应输入变量的值。数控装置发出指令脉冲后，当变量的值响应输入变量的值。数控装置发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动，即没指令值送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转动，经过齿有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转动，经过齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。装在装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量最最后，反馈到数控装置的比较器中

27、与指令信号进行比较，并用后，反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。若两者存在差值，经放大器放大后，比较后的差值进行控制。若两者存在差值，经放大器放大后，再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零时，工作台才停再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零时，工作台才停止移动。这种系统称为闭环伺服系统。止移动。这种系统称为闭环伺服系统。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识p半闭环伺服系统介于开环和闭环之间，由于角位移测量半闭环伺服系统介于开环和闭环之间，由于角位移测量元件比直线位移测量元件结构简单，因此装有精密滚珠丝元件比直线位移测量元件结构简单，因此装有精密滚珠丝杠螺母

28、副和精密齿轮的半闭环系统被广泛应用。杠螺母副和精密齿轮的半闭环系统被广泛应用。p目前已经把角位移测量元件与伺服电动机设计成一个部目前已经把角位移测量元件与伺服电动机设计成一个部件，使用起来十分方便。半闭环伺服系统的加工精度虽然件，使用起来十分方便。半闭环伺服系统的加工精度虽然没有闭环系统高，但是由于采用了高分辨率的测量元件，没有闭环系统高，但是由于采用了高分辨率的测量元件，这种控制方式仍可获得比较满意的精度和速度。系统调试这种控制方式仍可获得比较满意的精度和速度。系统调试比闭环系统方便，稳定性好，成本也比闭环系统低，目前，比闭环系统方便，稳定性好，成本也比闭环系统低，目前，大多数数控机床采用半

29、闭环伺服系统。大多数数控机床采用半闭环伺服系统。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械结构得到简化，采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械结构得到简化，传动链较短；传动链较短；为了使连续性自动化加工，机械结构具有较高的动态刚度为了使连续性自动化加工，机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性，热变形小；及耐磨性，热变形小； 更多的采用高效率、高精度的传动部件，如滚珠丝杠、直更多的采用高效率、高精度的传动部件，如滚珠丝杠、直线滚动导轨等；线滚动导轨等；加工中心带有刀库、自动换刀装置加工中心带有刀库、自动换刀装置采用辅助装置：冷却、排屑、防护、润滑、储运等装置。采用

30、辅助装置：冷却、排屑、防护、润滑、储运等装置。 1.3.1 数控机床的设计特点及优势数控机床的设计特点及优势发展方向发展方向设计特点一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识适应性强，适合加工单件小批量、复杂零件适应性强，适合加工单件小批量、复杂零件 加工零件一致性好、重复精度高加工零件一致性好、重复精度高高自动化、高效率高自动化、高效率只要改变程序就可改变加工件，不需要大量复杂工装夹具只要改变程序就可改变加工件，不需要大量复杂工装夹具可以采用复合工艺可以采用复合工艺有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化优势一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识进入九十年代以来，随着国际上计算机技术突飞

31、猛进的发展，进入九十年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，成就，使其朝着下述方向发展：使其朝着下述方向发展：运行高速化运行高速化加工高精化加工高精化功能复合化功能复合化控制智能化控制智能化体系开放化体系开放化驱动并联化驱动并联化交互网络化交互网络化1.3.2 数控机床的发展方向数控机床的发展方向一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识速度和精度速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。

32、新恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求的要求运行高速化使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。速化，并且具有高加（减）速率。 进给率高速化：进给率高速化： 在分辨率为在分辨率为1 m时，时，Fmax=240m/min。在。在Fmax下可获下可获 得复杂型面的精确加工；得复杂型面的精确加工； 在程序段长度为在程序段长度为1mm时，时，Fmax=30m/min，并且具有，并且具有1

33、.5g的加减速率；的加减速率；一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。机的转子轴就是主轴部件。 主轴最高转速达主轴最高转速达200000r/min。 主轴转速的最高加（减）速为主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需，即仅需1.8秒即可从秒即可从0提速到提速到15000r/min。换刀速度换刀速度 0.9秒（刀到刀）秒（刀到刀） 2.8秒（切削到切削）秒（切削到切削）工作台（托盘）交换速度：工作台（托盘）交换速度：6.3秒秒一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识提高

34、机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。采用误差补偿技术。提高提高CNC系统控制精度：系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，控制单位精细化，采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上流伺服电机已有装上 106脉冲脉冲/转的内藏位置检测器，其位转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到置检测精度能达到0.01 m/脉冲）；脉冲）；位置伺服系统采用前馈控制

35、与非线性控制等方法。位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。加工高精化一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识采用误差补偿技术：采用误差补偿技术： 采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术等技术; 设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少6080。三井精机的。三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工中心的定型超精密卧式加工中心的定位精度为位精度为0.1 m。一、数控技术基础

36、知识一、数控技术基础知识复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。 镗铣钻复合镗铣钻复合加工中心（加工中心（ATC）、五面加工中心）、五面加工中心 （ATC，主轴立卧转换）；，主轴立卧转换）；车铣复合车铣复合车削中心（车削中心（ATC，动力刀头）；，动力刀头）；铣镗钻车复合铣镗钻车复合复合加工中心复合加工中心 （ATC，可自动装卸车刀架）；，可自动装卸车刀架）；铣镗钻磨复合铣镗钻磨复合复合加工中心（复合加工中心（ATC，动力磨头）；，动力磨头）；可更换主轴箱的数控机床可更换主轴箱的数控机床组合加工中心；组合加工中心；功能复合化一、数控技

37、术基础知识一、数控技术基础知识随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：体现在以下几个方面：加工过程自适应控制技术加工过程自适应控制技术 通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性辩识出刀具的受力

38、、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；并根据这些状态实时修调加工参数（主轴转速，进给状态；并根据这些状态实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。控制智能化一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识加工参数的智能优化与选择加工参数的智能优化与选择 将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的用现代智能方法，构造

39、基于专家系统或基于模型的“加工参加工参数的智能优化与选择器数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间的而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间的目的。采用经过优化的加工参数编制的加工程序，可使加工目的。采用经过优化的加工参数编制的加工程序，可使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。系统始终处于较合理和较经济的工作状态。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识智能故障诊断与自修复技术智能故障诊断与自修复技术 智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能智能故障诊断技术：根据已有的故障信息

40、，应用现代智能方法（方法（AI、ES、ANN等），实现故障快速准确定位的技术。等），实现故障快速准确定位的技术。 智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。智能自修复技位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。智能自修复技术集故障自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并术集故障自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并贯穿于加工过程的整个生命周期。贯穿于加工过程的整个生命周期。 智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系统中已有应用，基本上都是

41、应用专家系统实现的。统中已有应用，基本上都是应用专家系统实现的。 智能化自修复技术还在研究之中。智能化自修复技术还在研究之中。一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成“全球全球制造制造”的基础单元。的基础单元。网络资源共享。网络资源共享。数控机床的远程（网络）监视、控制。数控机床的远程（网络）监视、控制。数控机床的远程（网络）培训与教学（网络数控）。数控机床的远程（网络）培训与教学（网络数控）。数控装备的

42、数字化服务（数控机床故障的远程（网络）数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程（网络）诊断、远程维护、电子商务等）。诊断、远程维护、电子商务等）。交互网络化一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识并联加工中心（又称并联加工中心（又称6条腿数控机床、虚轴机床）是数控机条腿数控机床、虚轴机床）是数控机床在结构上取得的重大突破。床在结构上取得的重大突破。并联结构机床是现代机并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相器人与传统加工技术相结合的产物；由于它没结合的产物；由于它没有传统机床所必需的床有传统机床所必需的床身、立柱、导轨等制约身、立柱、导轨等制约机床性能提高的结构，机床性能提高的结构，具有现代机

43、器人的模块化具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快程度高、重量轻和速度快等优点。等优点。驱动杆机架 动平台主轴电机伺服电机主轴刀具柔性夹具工件静平台图 并联机床结构示意图驱动并联化一、数控技术基础知识一、数控技术基础知识二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础（1）数控编程）数控编程（2）常用编程指令及程序结构）常用编程指令及程序结构（3）机床坐标系）机床坐标系（4）常用）常用G指令指令（5）数控车削相关）数控车削相关（6）刀尖半径补偿）刀尖半径补偿主要内容：主要内容：二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础 所谓程序编制，就是将加工零件的工艺过程、工艺参数所谓程序编制，就是将加工零件的

44、工艺过程、工艺参数(F、S、T)、刀具位移量与方向以及辅助动作（换刀、冷却、夹紧、刀具位移量与方向以及辅助动作（换刀、冷却、夹紧等），按运动顺序和所用数控机床规定的指令代码及程序格等），按运动顺序和所用数控机床规定的指令代码及程序格式编写加工程序单（相当于普通机床加工的工艺过程卡），式编写加工程序单（相当于普通机床加工的工艺过程卡），再将程序单中的全部内容记录在控制介质上（如穿孔带、磁再将程序单中的全部内容记录在控制介质上（如穿孔带、磁带等）然后输给数控装置，从而指挥数控机床加工。这种带等）然后输给数控装置，从而指挥数控机床加工。这种从从零件图纸到制成控制介质的过程称为数控加工的程序编制。零件

45、图纸到制成控制介质的过程称为数控加工的程序编制。数控编程的基本概念数控编程数控编程二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础对零件图仔细分析，包括零件尺寸、加工对零件图仔细分析，包括零件尺寸、加工精度、表面质量、零件材料、热处理等内容。精度、表面质量、零件材料、热处理等内容。根据对零件图的分析，选择加工方法，确定根据对零件图的分析，选择加工方法，确定加工顺序、加工路线、装夹方法、刀具及切加工顺序、加工路线、装夹方法、刀具及切削参数，选择正确的下刀点、退刀点及换刀削参数，选择正确的下刀点、退刀点及换刀点等。点等。按已确定的加工路线和允许的零件加工误差，按已确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出

46、所需的输入数控装置的数据，称为数计算出所需的输入数控装置的数据，称为数值计算。值计算。数值计算的主要内容是在规定的坐数值计算的主要内容是在规定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动的轨迹的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动的轨迹的坐标值。（基点和节点）标值。（基点和节点）计算运动轨迹计算运动轨迹程序编制程序编制制备控制介质制备控制介质校验和试切校验和试切零件图纸零件图纸错误错误图纸工艺分析图纸工艺分析修修改改2.1.1 数控编程的内容及步骤数控编程的内容及步骤二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础按照数控系统规定的功能指令代码及程序格式，编写加工程按照数控系统规

47、定的功能指令代码及程序格式，编写加工程序，并输入数控系统。序，并输入数控系统。在正式加工前需对程序进行校验，以保证加工质量和避免在正式加工前需对程序进行校验，以保证加工质量和避免质量损失。质量损失。启动数控机床，按照输入的程序进行空运转，检查机床动启动数控机床，按照输入的程序进行空运转，检查机床动作和运动轨迹是否正确。作和运动轨迹是否正确。在有图形显示的数控机床上，利用模拟加工的图形显示，检在有图形显示的数控机床上，利用模拟加工的图形显示，检查运动轨迹的正确性。查运动轨迹的正确性。进行首件试切，此时，可用易加工材料替代零件材料。进行首件试切，此时，可用易加工材料替代零件材料。当发现零件不符合加

48、工技术要求时，分析误差产生的原因，当发现零件不符合加工技术要求时，分析误差产生的原因，找出问题，修改程序或进行尺寸补偿。首件试切之后，方找出问题，修改程序或进行尺寸补偿。首件试切之后，方可进行正式切削加工。可进行正式切削加工。 2.2.1 编程指令编程指令二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础代码：是文字、数字、符号以及它们组合的总称，又称指代码：是文字、数字、符号以及它们组合的总称，又称指令，它是程序的最小单元。令，它是程序的最小单元。 编程指令：系统操作代码的总称编程指令：系统操作代码的总称 。 常用编程指令主要用来描述机床的运动方式、加工类别、常用编程指令主要用来描述机床的运动方式、加

49、工类别、主主轴的启停、冷却液的开关、主轴转速、进给速度、刀具选择轴的启停、冷却液的开关、主轴转速、进给速度、刀具选择等。等。(G M F S T X Y Z )常用编程指令及程序结构常用编程指令及程序结构二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础功能：功能：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀具补偿、规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作。暂停等操作。组成：组成：G后带后带23位数字组成，有位数字组成，有1001000种。有模态（续种。有模态（续效）指令与非模态（非续效）指令之分。效）指令与非模态（非续效）指令之分。示例：示例：G00，G01，G02、G03， G04，G41

50、，G91，G18，G54等。等。模态代码（续效代码）：一经使用，便保持有效直到以后模态代码（续效代码）：一经使用，便保持有效直到以后的程序段中遇同组代码失效。的程序段中遇同组代码失效。非模态代码（非续效代码）：只在本程序段有效。非模态代码（非续效代码）：只在本程序段有效。 2.2.2 代码分类代码分类G指令（准备功能）二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础G指令通常位于程序段中尺寸字之前。指令通常位于程序段中尺寸字之前。N010 G54；N020 M03 S1000 ；N030 G00 X16；N040 G01 X8 Y6 F200；N050 X0 Y0；N030程序段中，程序段中，G90、

51、G00是续效代码，但他们不属是续效代码，但他们不属于同一组，故可编在同一程序段中；于同一组，故可编在同一程序段中；N040中出现中出现G01，同组中的，同组中的G00失效，失效，G90不属同一组，所以继不属同一组，所以继续有效；续有效；N050程序段的功能和程序段的功能和N040程序段相同，因程序段相同，因G01是续效代码，继续有效，不必重写。是续效代码，继续有效，不必重写。二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础控制机床及其辅助装置通断的指令。如开、控制机床及其辅助装置通断的指令。如开、 停冷却停冷却泵；主轴正反转、停转；程序结束等。泵；主轴正反转、停转；程序结束等。 组成：组成：M后带后带

52、23位数字组成，共有位数字组成，共有1001000种。有模态种。有模态（续效）指令与非模态（非续效）指令之分。（续效）指令与非模态（非续效）指令之分。示例：示例：M00-程序停止。实际上是一个暂停指令。程序运行停止后，程序停止。实际上是一个暂停指令。程序运行停止后，模态信息全部被保存，利用机床的模态信息全部被保存，利用机床的“启动启动”键，可使机键，可使机床继续运转。该指令经常用于加工过程中测量工件的尺床继续运转。该指令经常用于加工过程中测量工件的尺寸、工件调头、手动变速等固定操作。寸、工件调头、手动变速等固定操作。M01-计划计划(选择停止选择停止) 与与M00相似，但一定与机床面板上的相似

53、，但一定与机床面板上的选择停按钮配合使用。否则，这指令不起作用。选择停按钮配合使用。否则，这指令不起作用。M02-程序结束，编程时表示编程结束。主轴进给冷却停止，程序结束，编程时表示编程结束。主轴进给冷却停止，数控系统处于复位状态。数控系统处于复位状态。M指令（辅助功能）二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础M03,M04,M05 -分别命令主轴正转，反转，停转。分别命令主轴正转，反转，停转。M06 -换刀指令。加工中心换刀前的准备动作。换刀指令。加工中心换刀前的准备动作。M07,M08 - 命令命令1# 2#冷却液开冷却液开M09 -命令命令1# 2#冷却液停冷却液停M10,M11 -运动

54、部件的夹紧与松开运动部件的夹紧与松开M19 -主轴定向停止主轴定向停止M30 -程序结束程序结束与与M02基本相同，但基本相同，但M30能自动返回程序头，为加能自动返回程序头，为加工下一个工件作好准备。工下一个工件作好准备。二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础F指令（指定进给速度指令）指令（指定进给速度指令）单位单位mm/min或或mm/r,分别用分别用G94,G95指定指定组成：组成：F后带若干位数字，如后带若干位数字，如F150,F3500等。后面所带的数字表示等。后面所带的数字表示实际的速度值，上述两个指令分别表示实际的速度值，上述两个指令分别表示F=150mm/min，F=3500

55、mm/min。S指令（指定主轴转速指令）指令（指定主轴转速指令）组成：同组成：同F ，如，如S1000等等T指令指令在自动换刀的数控车床中，该指令用以选择所需的刀具号和在自动换刀的数控车床中，该指令用以选择所需的刀具号和刀补号。刀具用字母刀补号。刀具用字母T及其后面的两位或四位数字表示。如及其后面的两位或四位数字表示。如T06表示表示6号刀具，号刀具，T0602表示表示6号刀具选用号刀具选用2号刀补。号刀补。F、S、T指令二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础尺寸指令（指定的刀具沿坐标轴移动的方向和目标位置的尺寸指令（指定的刀具沿坐标轴移动的方向和目标位置的指令）指令）组成：由在组成：由在X

56、,Y,Z,(i,j,k,R),A,B,C后带符号的数字组成。如后带符号的数字组成。如X100,Y200等。等。 单位单位：数控系统规定的单位数控系统规定的单位,如如mm。其他指令二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础一个完整的零件加工程序由程序号（名）和若干程序段组成，每个一个完整的零件加工程序由程序号（名）和若干程序段组成，每个程序段由若干个指令字组成，每个指令字又由字母、数字、符号组程序段由若干个指令字组成，每个指令字又由字母、数字、符号组成。例如：成。例如： O0600； N0010 G92 X0 Y0 ； N0020 G90 G00 X50 Y60 ； N0030 G01 X10 Y

57、50 F150 S300 M03 ； N0100 M30； 上面是一个完整的零件加工程序，它由一个程序号和上面是一个完整的零件加工程序，它由一个程序号和10个程序个程序段组成。最前面的段组成。最前面的“O0600”是整个程序的程序号，也叫程序名。是整个程序的程序号，也叫程序名。每每一个独立的程序都应有程序号，它可作为识别、调用该程序的标志。一个独立的程序都应有程序号，它可作为识别、调用该程序的标志。 2.2.3 程序结构（程序结构（FANUC系统）系统）程序的构成二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础每个程序段用每个程序段用“；”表示结束，其中有若干个指令字，每个表示结束，其中有若干个指令字

58、，每个指指令字表示一种功能。一个程序段表示一个完整的加工工步或令字表示一种功能。一个程序段表示一个完整的加工工步或动作。动作。程序段的长短、字程序段的长短、字数和字长都是可变数和字长都是可变的，字的排列顺序的，字的排列顺序没有严格要求，不没有严格要求，不需要的字及与上一需要的字及与上一程序段相同的续效程序段相同的续效字可以不写。字可以不写。程序段格式二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础 也叫地址符可变程序段格式，这种格也叫地址符可变程序段格式，这种格式的特点是：式的特点是： 程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再跟跟有符号或无符

59、号的数字。有符号或无符号的数字。指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序序的书写。的书写。不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写。不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写。 因此，这种格式具有程序简单、可读性强，易于检查等优点。因此，这种格式具有程序简单、可读性强，易于检查等优点。二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础：数控装备的每个进给轴：数控装备的每个进给轴(直线进给、圆进给直线进给、圆进给) 定义定义为坐标系中的一个坐标轴。为坐标系中的一个坐标轴。：直线进给运动的坐标系（：直线进给运动的坐标系（X.Y.

60、Z）。坐标轴相）。坐标轴相互关系由右手定则决定。互关系由右手定则决定。：绕：绕X.Y.Z轴转动轴转动的圆进给坐标轴分别用的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。右手螺旋法则而定。：定义为刀具：定义为刀具相对工件运动的方向。相对工件运动的方向。 2.3.1机床坐标系的相关概念机床坐标系的相关概念机床坐标系机床坐标系二、数控车削编程基础二、数控车削编程基础坐标系中的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。坐标系中的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。A、B、C分别表示绕分别表示绕X、Y、Z的轴线或绕与的轴线或绕与X、Y、Z轴线轴线相平行的轴的转动。其正方