数控机床编程与操作_基础部分

1、数控机床编程与操作主讲：孙仲兴QQ：147448491数车刀具数车刀具数车刀具和刀片数车刀片数控刀具品牌排名n山特维克排名全球第一至今无人憾动 nIMC金属切削集团 （伊斯卡 ）n肯纳金属 n山高，瓦尔特（包含万耐特.塞菲提、蒂泰克斯、普瑞特），威迪亚（包含赫尼塔、瑞别格、曼彻斯特等），蓝帜金属（包含菲特、基宁格、昂思路等6家），森拉天时，钴领（包含豪费德） n三菱综合材料、住友电工、东芝泰珂洛、京瓷、黛杰、日立、特固克、克劳依 n株洲钻石（国产） 经常配置的著名品牌部件： 1、日本进口NSK精密主轴轴承； 2、日本进口集中全自动润滑系统； 3、主轴箱齿轮全部高频淬火、磨齿； 4、德国技术高扭

2、矩主轴电机； 5、国产名牌电动刀架； 6、国产名牌编码器； 7、国产名牌滚珠丝杠； 8、德国西门子、法国施奈德低压控制电器； 9、国产名牌卡盘、附件； 第一章 绪论要点：l数控机床l数控机床的分类l柔性制造单元l柔性制造系统l计算机集成制造系统l敏捷制造l绿色制造第一节 数控机床概述n一、数控及数控机床 数字控制（numerical control）简称NC 数控机床是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床。n二、数控机床的特点数控机床集中了专用机床、精密机床和万能机床三者的优点 1、具有较强的柔性 2、产品加工精度高，质量稳定 3、能够实现

3、具有特殊外形轮廓零件的加工 4、生产效率高 5、减轻劳动强度 第一节 数控机床概述n三、车床数控系统介绍1、FANUC数控系统日本富士通研发：FANUC 18i TA/TB、0i TA/TB/TC等2、SIEMENS数控系统：德国西门子：SIEMENS 840D/C、810T/M等3、国产数控系统华中、广数；南京仁和数控系统4、其他数控系统日本三菱数控、大森数控系统、法国施耐德数控系统、西班牙法格（FAGOR ）数控系统、美国A-B数控系统等第一节 数控机床概述第二节 数控机床的组成及工作原理n一、数控机床的组成由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、主传动系统、强电控制柜、机床本

4、体和各类辅助装置组成。1、输入/输出装置2、操作装置3、数控系统4、伺服系统5、测量装置6、机床本体(与普通机床的区别或特点)7、各类辅助装置第二节 数控机床的组成及工作原理主控制系统插补运算位置控制可编程控制器接口接口伺服驱动伺服电动机机床本体测量装置主轴驱动主轴电动机强电控制柜辅助装置：ATCAPC,过载限位保护等操作装置输入、输出装置第二节 数控机床工作过程分析图样、加工工艺数值计算输入程序插补运算，位移指令PLC控制零件图调 试 修改首件试切批量加工第三节 数控机床的分类n一、按工艺用途分类1、切削加工类普通型数控机床：数控车床，数控钻床，数控铣床，数控镗床，数控磨床，数控齿轮加工机床

5、加工中心第三节 数控机床的分类2、成形加工类是指通过挤、冲、拉、压等物理方法来改变工件形状才能得到所需零件的数控机床。如：数控压力机，数控折弯机，数控弯管机，数控旋压机第三节 数控机床的分类3、特种加工类如：数控电火花切割机，数控电火花成形机，数控火焰切割机，数控激光加工机4、其他类型数控折弯机数控线切割数控电火花成形机俗称电脉冲对刀仪第三节 数控机床的分类n二、按控制方式（伺服系统）类型分类1、开环控制数控机床2、闭环控制数控机床 半闭环和全闭环第三节 数控机床的分类n二、按控制方式（伺服系统）类型分类1、开环控制数控机床第三节 数控机床的分类2、闭环控制数控机床 半闭环控制系统第三节 数控

6、机床的分类2、闭环控制数控机床 全闭环控制系统第三节 数控机床的分类n三、按控制的运动轨迹分类1、点位控制数控机床特点：刀具或工件在到达指定位置后才开始切削加工，加工完后刀具相对工件从一个位置移动到另一个位置再进行加工，依次循环往复。 如：数控钻床，数控冲床，数控点焊机第三节 数控机床的分类2、直线控制数控机床（平行控制数控机床）特点：不仅要控制从一坐标点到另一坐标点的精确定位，还要控制两相关点之间的移动速度和轨迹。（同时控制的坐标轴只有一个）如：经济型数控车床，简易数控铣床，数控磨床第三节 数控机床的分类3、轮廓控制数控机床特点：能够对两个或两个以上坐标轴在运动时的位移和速度同时进行连续相关

7、的控制。如：数控车床，数控铣床，数控线切割机，第三节 数控机床的分类n四、按数控系统的功能水平分类分为高中低，经济型、全功能型、精密型。功能功能低档低档中档中档高档高档分辨率分辨率/m/m1010.1进给速度进给速度/(m/min)/(m/min)8-1515-2415-100伺服伺服( (控制控制) )类型类型开环及步进电动机半闭环及直流、交流伺服系统闭环及直流、交流、数字伺服系统驱动轴数驱动轴数2-3轴2-4轴5轴以上通信功能通信功能无RS232或DNCRS232、DNC、MAP、以太网显示功能显示功能数码管或简单的CRTCRT(图形、人机对话)CRT、液晶屏（三维图形、自诊断）主主CPU

8、CPU8位、16位CPU16位、32位CPU32位、64位CPU内装内装PLCPLC无有功能强劲的内装PLC第四节 先进制造系统n一、柔性制造单元（FMC）这是一种简单的柔性制造系统，通常由加工中心（MC）与自动交换工件（AW，APC）的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。图4-31所示。第四节 先进制造系统二、柔性制造系统（FMS）由一个传输系统联接起来的一些设备(通常是具有自动换刀装置的加工中心机床)组成，传输装置把工件放在托盘或其他联接装置上送到各加工设备，加工设备和传输系统在中央计算机控制下，使工件加工准确、迅速和自动化。柔性制造系统的组成FMS的组成自动仓库

9、工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信 息 传 输 网 络工夹具站第四节 先进制造系统n三、计算机集成制造系统（CIMS）CIMS的实质就是借助于计算机的硬件、软件技术，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流、物流有机地集成并优化运行，以改进企业产品(P)开发的T（时间）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）、E（环境），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。” 1、工程设计系统（CAD,CAE,CAM,CAPP,GT） 2、加工制造系统（FMS,FMC,CNC MT,PL

10、C,RC,物流系统） 3、经营管理系统（MRP或MRP ，包括管理信息系统MIS、制造资源计划MRP、生产管理PM、质量控制、财务管理FM、人力资源管理MP等等） 4、计算机网络分系统第四节 先进制造系统Network DB市场信息生产过程信息技术信息原材料，能源产品MIS，BM，PMMM，LM，FMEISCADCAECAPPNCPCATDQISCAICATCAQCCMMMASCNC, MC, FMC, FMS, ROBOT, AA 图1-28 CIMS功能模型第四节 先进制造系统CIMS技术集成关系图技术集成关系图第四节 先进制造系统n四、敏捷制造（AM）敏捷制造是指企业快速调整自己，以适应

11、当今市场持续多变的能力；以任何方式来高速、低耗地完成它所需要的任何调整，依靠不断开拓创新来引导市场，赢得竞争。第四节 先进制造系统敏捷制造概念示意图敏捷制造概念示意图敏捷制造员工要求一般员工敏捷员工基本技能阅读;书写,算数阅读和写作能力;计算;综合信息;沟通想法;掌握技术核心能力准确复制信息,听从命令;操作机器寻找方式,学习新技能;系统考虑;做决策;实验个人内在技能服从;守时;忍耐,遵守纪律合作;自定位;有效地相互依赖;从整体出发行动精神境界自主,不愿意共享; 趋于不信任建设性的反崇拜；好奇/创造性强；祟尚多样化第四节 先进制造系统五、绿色制造（GM）1、精密成形技术2、快速成形技术（立体印刷

12、、激光烧结、分层实体制造、融化沉积制造）3、无切削液加工绿色制造的两个目标：环境安全性，资源优化利用绿色制造的两个过程：物料转化过程，产品生命周期过程绿色制造的三项内容：绿色材料，绿色生产过程，绿色商品第四节 先进制造系统n六、及时制造（JIT）本章作业1、数控机床的概念及特点2、数控机床有哪几部分组成？3、简述数控机床的基本工作过程。4、数控机床按控制的运动轨迹分类分为哪几种，简要说明其区别。5、课本介绍了五种先进制造系统，任选一种加以阐述。6、总结机械专业术语包括英语第二章数控机床加工工艺基础重点内容n金属切削运动与切削要素n刀具材料n数控加工工艺分析第一节 金属切削的基础知识n一、金属切

13、削运动与切削要素1、切削运动金属切削加工：在机床上，用金属切削刀具切除工件毛坯上多余的（预留的）金属材料，从而获得尺寸精度、形状、位置精度以及表面质量都符合图纸要求的零件。金属切削运动：在金属切削加工过程中，刀具与工件之间必须具有相对运动，才能够从工件上切除多余的金属材料。金属切削运动合成切削运动主运动进给运动第一节 金属切削的基础知识注释注释: 1、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动；、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆）、主运动可以是工件来实现（车外圆）,也可以是刀具来实现（刨、铣加工）也可以是刀具来实现（刨、铣加工）; 3、主运动只有一个，进给

14、运动可以一个以上。、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。第一节 金属切削的基础知识2、切削过程中的工件表面主运动方向第一节 金属切削的基础知识2、切削过程中的工件表面第一节 金属切削的基础知识3、切削用量三要素切削速度切削速度Vc c进给量进给量f f背吃刀量背吃刀量a ap p、第一节 金属切削的基础知识切削速度切削速度Vc c：切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时线速度，单位：切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时线速度，单位：m / minm / min（或（或m / sm / s）。）。1000dncvd d切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的回转直径切削刃上选定点处所对应的工件或刀具

15、的回转直径n n工件或刀具的转速，单位为工件或刀具的转速，单位为r/minr/min第一节 金属切削的基础知识进给量进给量f f：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。nfvfznfvzf进给速度进给速度V Vf f 进给量进给量f f（mm/rmm/r） 转速转速n n进给速度进给速度V Vf f 进给量进给量f f（mm/rmm/r） 转速转速n n 刀齿数刀齿数Z Z数控车床数控铣床第一节 金属切削的基础知识背吃刀量背吃刀量a ap p（单位（单位mmmm）：指已加工表面和待加工表面之间的垂直距）：指已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。离。2m

16、wpddadwdw：待加工表面直径：待加工表面直径dmdm：已加工表面直径：已加工表面直径第一节 金属切削的基础知识第一节 金属切削的基础知识n二、数控刀具材料高速钢刀具硬质合金刀具陶瓷刀具立方氮化硼刀具聚晶金刚石刀具第一节 金属切削的基础知识1 1、高速钢、高速钢 特点：特点：高速钢是一种高速钢是一种合金工具钢合金工具钢，具有一定，具有一定的硬度（的硬度（63 HRC 63 HRC 70 HRC70 HRC）和耐磨性，有较）和耐磨性，有较高的耐热性，在切削温度高达高的耐热性，在切削温度高达500500600600时时尚能切削。常用材料：尚能切削。常用材料：W18Cr4V W6Mo5Cr4V2

17、W18Cr4V W6Mo5Cr4V2用途：制造形状复杂的钻头、铣刀、拉刀和齿轮用途：制造形状复杂的钻头、铣刀、拉刀和齿轮刀具等刀具等第一节 金属切削的基础知识2 2、硬质合金是由高硬度的难熔金属碳化物（如、硬质合金是由高硬度的难熔金属碳化物（如WCWC、TiCTiC、TaCTaC、NbCNbC等）和金属粘结剂（如等）和金属粘结剂（如CoCo、NiNi等）用粉末冶金方法制成等）用粉末冶金方法制成的一种刀具材料的一种刀具材料 常用硬质合金的硬度为常用硬质合金的硬度为89 HRA 89 HRA 93 HRA93 HRA，比高速钢（，比高速钢（83 83 HRA HRA 86.6 HRA86.6 HR

18、A）高得多，在）高得多，在80080010001000时还能切削，时还能切削，所以硬质合金的耐热性能比高速钢好。所以硬质合金的耐热性能比高速钢好。特点：硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高。在刀具寿命特点：硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高。在刀具寿命相同的条件下，硬质合金的切削速度比高速钢的可提高相同的条件下，硬质合金的切削速度比高速钢的可提高2 21010倍，可达倍，可达100 m / min100 m / min以上。以上。用途：主要用于制造如车刀、刨刀、铣刀、深孔钻、铰刀等简用途：主要用于制造如车刀、刨刀、铣刀、深孔钻、铰刀等简单刀具。单刀具。第一节 金属切削的基础知识硬硬质质合合金

19、金材材料料K类：国标代号是YG，钨钴类（WC+Co）硬质合金适用于加工铸铁,加工有色金属和非金属材料,钛合金和不锈钢。P类：国标代号是YT，钨钛钴类（WCTiC+Co）硬质合金 ，适用于在中高切削速度下加工钢料（长切屑黑色金属）。M类：国标代号是YW，钨钛钽（铌）钴类（WCTiC+TaC(NbC)+Co）硬质合金 ，兼有YG类和YT类的优点，既可加工钢材，也可加工铸铁和有色金属，通用硬质通用硬质合金合金第一节 金属切削的基础知识3 3、涂层刀具材料、涂层刀具材料4 4、陶瓷、陶瓷5 5、立方氮化硼、立方氮化硼6 6、聚晶金刚石、聚晶金刚石第一节 金属切削的基础知识n三、切削用量与切削液的合理选

20、择1、切削用量的选择选择原则粗加工精加工根据刀具情况，考虑到加工效率，尽可能根据刀具情况，考虑到加工效率，尽可能大的切削深度和进给量，考虑到刀具的耐大的切削深度和进给量，考虑到刀具的耐用度，确定合适的切削速度。用度，确定合适的切削速度。考虑到余量和表面要求，一般选择较小的考虑到余量和表面要求，一般选择较小的切削深度和进给量，考虑到刀具的耐用度，切削深度和进给量，考虑到刀具的耐用度，确定较高的切削速度。确定较高的切削速度。第一节 金属切削的基础知识背吃刀量背吃刀量a ap p：粗加工一般粗加工一般8-10mm8-10mm，半精加工，半精加工0.5-2mm0.5-2mm，精，精加工加工0.1-0.

21、4mm0.1-0.4mm进给量进给量f: f:粗加工较大，精加工较小，具体要根据经验或查表，粗加工较大，精加工较小，具体要根据经验或查表，差数据仓库。差数据仓库。切削速度切削速度Vc c：根据刀具的耐用性进行选择。不同刀具不根据刀具的耐用性进行选择。不同刀具不同选择，可以查询刀具的参数。同选择，可以查询刀具的参数。第一节 金属切削的基础知识2、切削液切削液的作用：冷却润滑清洗防锈第一节 金属切削的基础知识n切削液的种类1 1）水溶液）水溶液 主要成分是水，水的热导率和比热容都比油大得多，流动性又好，可以吸收大量的热。 其中加入了一定量的防锈剂，用于粗磨；加入一定的油类，可用于精磨。2）乳化液乳

22、化液 乳化液是由乳化油加水稀释而成的。 特点特点：流动性好、冷却能力强。应用最为广泛。 应用应用：低浓度的用于粗车和磨削；高浓度的用于精车、铰孔和铣削等。第一节 金属切削的基础知识n3）切削油切削油：矿物油、动植物油和复合油。：矿物油、动植物油和复合油。 特点特点：润滑性好，流动性差，冷却作用小。：润滑性好，流动性差，冷却作用小。 应用应用：低速精加工。如精车丝杠、螺纹等。：低速精加工。如精车丝杠、螺纹等。第一节 金属切削的基础知识n3、切削液的选用1）粗加工2）精加工3）根据工件材料的性质选用切削液第二节 数控加工工艺概述n一、数控加工的工艺特点1、数控加工工艺内容更加丰富且具体第二节 数控

23、加工工艺概述第二节 数控加工工艺概述2、分析严密和计算准确是制订数控加工工艺的根本要求 加工过程不能人为的干预和调整：比如加工内螺纹3、采用数控机床的多轴联动功能加工复杂曲面普通加工是用画线、样板、靠模、钳工、成形加工4、数控加工工艺中的工序集中刚性大、精度高、刀库容量大、切削参数范围广、联动轴数多、加工工位多等5、采用先进的工艺装备先进数控刀具、组合夹具等第二节 数控加工工艺概述n二、数控加工工艺的主要内容1、选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序2、分析零件图样，明确加工内容、技术要求3、确定零件的加工方案，确定数控加工工艺路线4、加工工序的详细设计5、选取对刀点和换刀点6、分配数控加工

24、中的容差7、处理数控机床上的部分工艺指令第三节 数控加工工艺分析一、选择适合数控加工的零件二、确定零件上适合数控加工的加工工序三、数控加工加工零件的工艺性分析第三节 数控加工工艺分析一、选择适合数控加工的零件最适应类较适应类不适应类1、形状复杂，加工精度高 2、曲线或曲面轮廓的零件3、要保证零件位置精度的 4、难测量、难控制进给的壳体或盒型零件1、零件价值较高 2、需要依靠复杂专用工艺装备的零件3、需要做长时间调整的零件4、生产率低或工人劳动强度大5、需要对更改设计才能定型的零件1、加工余量不稳定、数控机床无法自动测量系统、无法自动调整坐标位置 2、装夹困难或完全靠找正定位来保证 3、必须使用

25、特殊工艺装备的零件 4、生产批量大的零件第三节 数控加工工艺分析二、确定零件上适合数控加工的加工工序适宜不适宜1、普通机床上无法加工的加工工序2、普通机床上难加工，质量也难以保证的加工工序3、普通机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的加工工序1、需要在机床上进行较长时间调整的加工工序2、数控机床编程时获取数据困难3、不能再一次安装中完成加工的剩余加工表面，且采用数控机床加工又很麻烦，可采用通用机床4、加工余量大，且分布不均匀第三节 数控加工工艺分析三、数控加工零件的工艺性分析在选择并决定数控加工零件及其加工内容后，应对零件的数控加工工艺性进行全面、认真、仔细的分析。主要内容包括产品的零件图样

26、分析、结构工艺性分析和零件安装方式的选择等内容第三节 数控加工工艺分析1、零件图分析1）尺寸标注方法分析第三节 数控加工工艺分析2）零件图的完整性和正确性分析要明确零件轮廓的几何元素之间的几何关系3）零件技术要求分析尺寸精度、位置精度、表面粗糙度、形状精度及热处理4）零件材料分析在满足零件使用要求的前提下，应选用价格低廉、切削性能好的材料第三节 数控加工工艺分析2、零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用性能要求的前提下制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件结构工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。因此，

27、零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。第三节 数控加工工艺分析1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，是编程方便，提高生产率。2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太大。第三节 数控加工工艺分析3）铣槽底平面时，槽底圆半径r不要过大 。第三节 数控加工工艺分析4）应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，则会因为工件的二次装夹而造成加工后两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象。5）选择合适的零件安装方式 数控机床加工时，应尽量使零件能够一次安装，完成零件所有待加工面的加工。要合理选择定位基准和夹紧方式，以减少误

28、差环节。应尽量采用通用夹具和组合夹具，必要时才设计专用夹具，夹具设计的原理和方法与普通机床所用的夹具相同，但应使其结构简单，便于装卸，操作灵活。第二章 作业n1、金属切削运动的概念并画图分别标出三种运动。n2、写出切削用量的三要素，并说明切削用量的选择原则和选择方法。n3、阐述硬质合金的分类及各类的成分、用途。n4、数控机床最适合加工哪类零件？最不适合加工哪类零件？n5、数控机床加工的零件的工艺性特点有哪些？请简单列举。第三章 第一节数控机床的有关点数控机床的有关点n机床原点n机床参考点n工件坐标系原点n程序起点n刀架相关点n装夹原点机床原点机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的

29、原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。（1 1）数控车床的原点）数控车床的原点 在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。 （2 2）数控铣床的原点）数控铣床的原点 主轴下端面中心，三轴正向极限位置。机床参考点工件坐标系原点n编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。n 编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致，如下图所示为车削零件的编程原点。设定工件坐标系原点其实就是一

30、个对刀的过程数车工件坐标系原点数车工件坐标系原点设定nG54G59可以设定使用哪个坐标系如：N010 G54数铣工件坐标系原点l用G92确定坐标系，是相对于机床原点如：N040 G92 X_ Y_ Z_lG54-G59用MDI设定如: N030 G54其他点n程序起点n刀架相关点n装夹原点1.2 数控机床的坐标系为什么要建坐标系啊？坐标系为什么要统一啊？那我们的坐标系是怎么样的呢？为了便于编程时描述机床的运动，简化程序的编制方法及保证记录数据的互换性坐标系的确定原则工件默认静止笛卡尔坐标运动方向的确定nZ坐标的运动：与主轴轴线平行nX坐标的运动：平行于工件装夹面nY坐标的运动：由笛卡尔直角坐标系确定n旋转运动：右手螺旋定则n机床坐标系的原点及附加坐标：任意n工件运动：数铣笛卡尔坐标 模块二 数控机床结构及主要部件立式数控铣床坐标系+ + + +0第二节数控机床的有关功能准备功能nG代码n模态G功能：n非模态G功能：准备功能（G代码）FANUC常用G代码G代码用于数控