学习情境一 数控技术基础01

1、数控系统运行与维修数控系统运行与维修学习子情境一学习子情境一 数控设备的简介数控设备的简介学习子情境二学习子情境二 数控加工的基础知识数控加工的基础知识学习子情境三学习子情境三 数控程序编制基础数控程序编制基础学习情境一学习情境一 数控加工技术基础数控加工技术基础数控系统运行与维修数控系统运行与维修u学习目标学习目标了解数控设备的产生与发展；了解数控设备的加工原理、组成与特点；掌握常见数控机床的分类；初步掌握常见数控机床的坐标系统。数控系统运行与维修u学习任务学习任务了解工厂里常用的数控设备，熟悉各类机床加工产品的特点；熟悉数控设备的加工原理、分类；掌握数控设备坐标系统；了解当前数控设备的技术

2、参数和功能范围；做一份有关数控技术的发展趋势的调查报告。数控系统运行与维修u基本理论基本理论 （一）数控设备的产生与发展（一）数控设备的产生与发展1.数控机床的产生数控机床的产生2. 数控机床的发展动向数控机床的发展动向3.我国的发展情况我国的发展情况数控系统运行与维修（二）数控设备的工作原理、组成与特点（二）数控设备的工作原理、组成与特点1.何谓数控机床何谓数控机床数控机床（Numerical Control Machine Tools）是指采用数字形式信息控制的机床。详言之，凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或

3、数控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。 数控系统运行与维修图1-1-1 数控设备的一般形式2数控设备的工作原理工作要求数控程序数控设备工作结果图1-1-2 数控设备的工作原理数控系统运行与维修3 3数控设备的组成与功能数控设备的组成与功能图1-1-3 数控机床的组成程序载体程序载体输入装置输入装置机机床床伺服装置伺服装置CNCCNC装置装置辅助动作信号辅助动作信号位置反馈信号位置反馈信号数控系统运行与维修n数控机床各组成部分的作用n程序载体n数控机床操作时不需人参与直接操作，但人的意图数控机床操作时不需人参与直接操作，但人的意图

4、又必须参与。人与数控机床之间必须建立某种联系，又必须参与。人与数控机床之间必须建立某种联系，这种联系的媒介物又称为这种联系的媒介物又称为控制介质控制介质。n程序载体存储加工零件所需全部操作信息和刀具相程序载体存储加工零件所需全部操作信息和刀具相对工件的移动信息。对工件的移动信息。n程序载体按数控装置的类型而异，可以是穿孔纸带、程序载体按数控装置的类型而异，可以是穿孔纸带、穿孔卡、磁带和磁盘。穿孔卡、磁带和磁盘。数控系统运行与维修n输入装置v输入装置的作用输入装置的作用是将加工程序的信息读入是将加工程序的信息读入CNCCNC装置内。装置内。v现代数控机床可通过手动方式（现代数控机床可通过手动方式

5、（MDIMDI方式）将工件加方式）将工件加工程序直接通过操作面板上的按键，或者用与微机工程序直接通过操作面板上的按键，或者用与微机相连的键盘直接键入相连的键盘直接键入CNCCNC装置。装置。v也可用与上位机通信方式或者网络通信方式直接将也可用与上位机通信方式或者网络通信方式直接将录在控制介质上的零件加工程序输入录在控制介质上的零件加工程序输入CNCCNC系统上。系统上。v对于软磁盘，则配用软盘驱动器。对于软磁盘，则配用软盘驱动器。数控系统运行与维修nCNC装置v数控装置是数控机床的控制核心，通常由一台通用或数控装置是数控机床的控制核心，通常由一台通用或专用微型计算机构成，有输入接口、存储器、运

6、算器、专用微型计算机构成，有输入接口、存储器、运算器、输出接口和控制电路等。输出接口和控制电路等。v输入接口接受控制介质或操作面板上的信息，并将其输入接口接受控制介质或操作面板上的信息，并将其信息代码加以识别，经译码后送入相应的存储器。信息代码加以识别，经译码后送入相应的存储器。v存储器中的代码或数据是控制和运算的原始依据。存储器中的代码或数据是控制和运算的原始依据。v控制器根据输入的指令控制运算器和输出接口，实现控制器根据输入的指令控制运算器和输出接口，实现对机床各种操作的执行。如控制主轴变速和起动、控对机床各种操作的执行。如控制主轴变速和起动、控制刀架或工作台移动等，同时控制机床的整个工作

7、循制刀架或工作台移动等，同时控制机床的整个工作循环。环。v运算器主要是对输入的数据进行某种运算，按运算结运算器主要是对输入的数据进行某种运算，按运算结果不断的由输出接口输出脉冲信号，驱动伺服机构按果不断的由输出接口输出脉冲信号，驱动伺服机构按规定要求运动。规定要求运动。数控系统运行与维修操作面板读带机运算器（CPU）伺服结构行程开关控制接点内部存储器ROMRAM输入接口输出接口数控装置的组成控制面板数控系统运行与维修 数控装置中的译码、处理、计算公式和控制的步骤都是数控装置中的译码、处理、计算公式和控制的步骤都是预先安排好的，这种预先安排好的，这种“ 安排安排”可用可用: 专用计算机的硬件结构

8、来实现，称为硬件数控，专用计算机的硬件结构来实现，称为硬件数控， 也可用小型通用计算机或微机的系统控制程序来实现，也可用小型通用计算机或微机的系统控制程序来实现，称为软件数控。目前均采用专用的微型计算机来实现控制，称为软件数控。目前均采用专用的微型计算机来实现控制，简称简称CNC。 用微机构成数控装置，其用微机构成数控装置，其CPU实现控制和运算，内部存实现控制和运算，内部存储器中只读存储器储器中只读存储器(ROM)存放系统控制程序，读写存储器存放系统控制程序，读写存储器(RAM)存放零件的加工程序和系统运行时的工作参数。存放零件的加工程序和系统运行时的工作参数。 IO接口实现输入输出的功能。

9、接口实现输入输出的功能。 数控机床的功能强弱主要由数控装置功能决定，它是数数控机床的功能强弱主要由数控装置功能决定，它是数控机床的核心部分。控机床的核心部分。数控系统运行与维修n伺服系统包括驱动部分和执行机构两大部分。伺服系统包括驱动部分和执行机构两大部分。n伺服系统把数控装置输出的脉冲信号通过放大和驱动元件伺服系统把数控装置输出的脉冲信号通过放大和驱动元件使机床移动部件运动或使执行机构动作，加工出符合要求使机床移动部件运动或使执行机构动作，加工出符合要求的零件。的零件。n每一脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量，常每一脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量，常用脉冲当量为用脉冲当量

10、为0.01mm/0.01mm/脉冲、脉冲、0.005mm/0.005mm/脉冲、脉冲、0.001mm/0.001mm/脉脉冲等。伺服系统的精度、快速性及动态响应是影响加工精冲等。伺服系统的精度、快速性及动态响应是影响加工精度、表面质量与生产率的主要因素。度、表面质量与生产率的主要因素。n目前在数控机床的伺服系统中，常用的位移执行机构有功目前在数控机床的伺服系统中，常用的位移执行机构有功率步进电机，直流伺服电机和交流伺服电机，后二种都带率步进电机，直流伺服电机和交流伺服电机，后二种都带有感应同步器、光电编码器等位置测量元件，所以，伺服有感应同步器、光电编码器等位置测量元件，所以，伺服机构的性能决

11、定了数控机床的精度与快速性。机构的性能决定了数控机床的精度与快速性。n伺服系统数控系统运行与维修v位置反馈系统的作用是将机床运动部件的实际位置信息位置反馈系统的作用是将机床运动部件的实际位置信息反馈给反馈给CNCCNC装置。分为伺服电动机的转动角位移反馈和装置。分为伺服电动机的转动角位移反馈和数控机床执行机构（工作台）的直线位移反馈两种。测数控机床执行机构（工作台）的直线位移反馈两种。测量位置和速度，以实现进给伺服系统的闭环控制。量位置和速度，以实现进给伺服系统的闭环控制。v运动部分通过传感器蒋上述角位移或直线位移转换成电运动部分通过传感器蒋上述角位移或直线位移转换成电信号，经信息形式转换后输

12、送给信号，经信息形式转换后输送给CNCCNC装置，并与指令位装置，并与指令位置比较，根据比较结果由置比较，根据比较结果由CNCCNC装置发出指令，纠正所产装置发出指令，纠正所产生的误差。生的误差。n位置反馈系统数控系统运行与维修n由于数控机床需承受大切削用量及运动部件的快速性、由于数控机床需承受大切削用量及运动部件的快速性、灵敏性，所以与普通机床相比其机床的外型结构、整体灵敏性，所以与普通机床相比其机床的外型结构、整体布局及刀架结构等部件均有很大变化。布局及刀架结构等部件均有很大变化。n其设计要求应充分发挥数控机床的特点，使机床：其设计要求应充分发挥数控机床的特点，使机床：结构刚性好结构刚性好

13、热变形小热变形小精度高精度高传动灵敏传动灵敏n机床的机械结构数控系统运行与维修 机床数控系统的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：数控系统运行与维修v 点位控制数控机床v (位置控制)v 轮廓控制数控机床v (连续控制)数控系统运行与维修特点:v仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；确定位运动；v对轨迹不作控制要求；对轨迹不作控制要求；v运动过程中不进行任何加工运动过程中不进行任何加工v适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。和数控测量机。点位控制数控系

14、统运行与维修轮廓控制v轮廓控制轮廓控制( (连续控制连续控制) )系统：系统：具有控制几个进给轴同时协调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。v适用范围：适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。数控系统运行与维修v v 半闭环控制系统全闭环控制系统数控系统运行与维修开环数控系统电机电机机械执行部件机械执行部件A相、相、B相相C相、相、f、nCNC插补指令插补指令脉冲频率脉冲频率f脉冲个数脉冲个数n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换功率功率放大放大数控系统运

15、行与维修 开环控制框图开环控制框图工作台工作台步进电机步进电机数控装置数控装置数控系统运行与维修 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。 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、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。数控系统运行与维修n 半闭环数控系统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

16、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插插补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数控系统运行与维修工作台工作台伺服电动机伺服电动机数控装置数控装置伺服伺服放大器放大器位置检测（编码器）位置检测（编码器）半闭环控制框图半闭环控制框图数控系统运行与维修半闭环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)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此

17、，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。数控系统运行与维修n 全闭环数控系统位置控制调节位置控制调节器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数控系统运行与维修 闭环控制框图闭环控制框图工作台工作台伺服电动机伺服电动机数控装置数控装置伺服伺服放大器放大器 检测装置（光栅）检测装置（光栅）数控系统运行

18、与维修闭环数控系统的位置采样点如图所示，直接检测运动部件的实际位置， 精度高。闭环环路内包括机械传动环节多，易导致系统不稳定闭环数控系统复杂、调试较难、成本高。数控系统运行与维修切削加工类：数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC等。成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等数控系统运行与维修 性能性能类别类别CPUCPU位数位数联动轴数联动轴数分辨率分辨率(um)(um)进给速度进给速度(m/min)(m/min)显示显示高级型高级型32325 50.12424三维动三维动态态

19、普及型普及型16163 30.1100.11015241524字符字符/ /图图形形经济型经济型8 83310101515字符字符数控系统运行与维修二轴联动（平面曲线）二轴联动（平面曲线）三轴联动（空间曲面，球头刀）三轴联动（空间曲面，球头刀）四轴联动（空间曲面）四轴联动（空间曲面）五轴联动及六轴联动（空间曲面）五轴联动及六轴联动（空间曲面）联动轴数越多，数控系统的控制算法就越复杂联动轴数越多，数控系统的控制算法就越复杂。数控系统运行与维修n二轴联动二轴联动 主要用于数控车床加工曲线旋转面或数控铣床等加工曲线柱面。数控系统运行与维修n二轴半联动n主要用于三轴以上控制的机床，其中二个轴互为联动，

20、而另一轴作周期进给，如在数控铣床上用球头铣刀采用行切法加工三维空间曲面。数控系统运行与维修n三轴联动三轴联动一般分为两类：一般分为两类：一类是一类是X X、Y Y、Z Z三个直线坐标三个直线坐标轴联动，较多用于数控铣床，轴联动，较多用于数控铣床，加工中心，如用球头铣刀铣加工中心，如用球头铣刀铣切三维空间曲面，见右图。切三维空间曲面，见右图。另一类是除了同时控制另一类是除了同时控制X X，Y Y，Z Z，其中两个直线坐标轴联动其中两个直线坐标轴联动外，还同时控制围绕其中某外，还同时控制围绕其中某一直线坐标轴旋转的旋转坐一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴。如车削加工中，它除标轴。如车削加工中，它除了纵向

21、了纵向(z(z轴轴) )、横向、横向(x(x轴轴) )两两个直线坐标轴联动外，还需个直线坐标轴联动外，还需同时控制围绕同时控制围绕Z Z轴旋转的主轴轴旋转的主轴 (C(C轴轴) )联动。联动。数控系统运行与维修n四轴联动四轴联动 即同时控制即同时控制X X，Y Y，Z Z三三个直线坐标轴与某一个个直线坐标轴与某一个旋转坐标轴联动，右图旋转坐标轴联动，右图为同时控制为同时控制X X、Y Y、Z Z三个三个直线坐标轴与一个工作直线坐标轴与一个工作台回转轴联动的数控机台回转轴联动的数控机床简图。床简图。数控系统运行与维修 除了同时控制除了同时控制X X、Y Y、Z Z三个直线坐标轴联动外，还同时控制

22、围绕三个直线坐标轴联动外，还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的这些直线坐标轴旋转的A A、B B、C C坐标轴中的两个坐标。坐标轴中的两个坐标。 刀具可被定在空间的任意方向，如控制切削刀具同时绕着刀具可被定在空间的任意方向，如控制切削刀具同时绕着x x轴和轴和y y轴两个方向摆动，使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的曲轴两个方向摆动，使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的曲面成法线方向，保证被加工曲面的圆滑性，提高加工精度和减小面成法线方向，保证被加工曲面的圆滑性，提高加工精度和减小表面粗糙度。表面粗糙度。n五轴联动五轴联动数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系

23、统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 v进给运动坐标系 ISOISO和中国标准规定：和中国标准规定：坐标轴：数控装备的每个进给轴坐标轴：数控装备的每个进给轴(直线进给、圆进给直线进给、圆进给) 定义为定义为坐标系中的坐标系中的一个坐标轴。一个坐标轴。数控装备坐标系统标准：数控装备坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统右手笛卡儿坐标系统数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 基本坐标系基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X,Y,Z）。坐标轴相互关系：由右手定则决定。回转坐标回转坐标：绕X,Y,Z 轴转动的圆进给坐标 轴分别用A.B.C表示， 坐标轴相互关系由右

24、 手螺旋法则而定。数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 p 直线坐标直线坐标 X Y ZX Y Zp 旋转坐标旋转坐标 A B CA B C D E F D E F p 附加坐标附加坐标 U V WU V W P Q R P Q R数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 标准机床坐标系中标准机床坐标系中X X、Y Y、Z Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：角坐标系决定： 1 1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为9090。则大拇指。则大拇指代表代表X X坐标，食指

25、代表坐标，食指代表Y Y坐标，中指代表坐标，中指代表Z Z坐标。坐标。 2)2)大拇指的指向为大拇指的指向为X X坐标的正方向，食指的指向为坐标的正方向，食指的指向为Y Y坐标的正坐标的正方向，中指的指向为方向，中指的指向为Z Z坐标的正方向。坐标的正方向。 3)3)围绕围绕X X、Y Y、Z Z坐标旋转的旋转坐标分别用坐标旋转的旋转坐标分别用A A、B B、C C表示，根表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为据右手螺旋定则，大拇指的指向为X X、Y Y、Z Z坐标中任意轴的正向，坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A A、B B、C C的正向。

26、的正向。 数控系统运行与维修 我国原机械工业部颁布了我国原机械工业部颁布了JB/T3051-1989JB/T3051-1989标准，其中规定的命名标准，其中规定的命名原则如下：原则如下：（1 1）刀具相对于静止工件而运动的规定）刀具相对于静止工件而运动的规定 在机床上，我们在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。零件图样，确定机床的加工过程。（2 2）机床的直线坐标轴）机床的直线坐标轴X X、Y

27、Y、Z Z的判定顺序是：的判定顺序是：先先Z Z轴，再轴，再X X轴，最轴，最后按右手定则判定后按右手定则判定Y Y轴轴。（3 3）坐标轴名（）坐标轴名（XYZABCXYZABC）不带不带“ “ ”的表示刀具运动的表示刀具运动；带；带“ “ ”的表示工件运动的表示工件运动。（4 4）增大刀具与工件之间距离定为该轴的正方向增大刀具与工件之间距离定为该轴的正方向。 （四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 vZ坐标（轴）方位方位 vZ坐标平行主轴轴线的进给轴。坐标平行主轴轴线的进给轴。 v没有主轴或有多个主轴没有主轴或有多个主轴：

28、 垂直于工件装夹面的方向为垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。坐标。 v主轴能摆动主轴能摆动：在摆动的范围内其轴线只与标准坐标系中的某一坐标在摆动的范围内其轴线只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则该坐标便是平行时，则该坐标便是Z坐标；坐标；若在摆动的范围内其轴线可与多个坐标平行，则取垂若在摆动的范围内其轴线可与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为直于工件装夹面的方向为Z坐标。坐标。数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 nZ Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为主轴轴线的坐标

29、轴即为Z Z坐标，坐标，Z Z坐标的正向为刀具离开工件的方坐标的正向为刀具离开工件的方向。向。n对于铣床、镗床、钻床等是主轴带动刀具旋转；对于车床、磨床对于铣床、镗床、钻床等是主轴带动刀具旋转；对于车床、磨床和其他成形表面的机床是主轴带动工件旋转。和其他成形表面的机床是主轴带动工件旋转。n如机床上有如机床上有几个主轴几个主轴，则选一垂直于工件装夹平面的主轴作为主，则选一垂直于工件装夹平面的主轴作为主要的主轴；如主要的主轴始终平行于标准的三坐标系中的一个座要的主轴；如主要的主轴始终平行于标准的三坐标系中的一个座标，则这个座标就是标，则这个座标就是Z Z座标；如主要的主轴能摆动，在摆动范围内座标；

30、如主要的主轴能摆动，在摆动范围内使主轴只平行于三坐标系统中的两个或三个座标，则取垂直于机使主轴只平行于三坐标系统中的两个或三个座标，则取垂直于机床工作台装夹面的方向为床工作台装夹面的方向为Z Z座标；如机床座标；如机床没有主轴没有主轴（如数控龙门刨（如数控龙门刨床），则床），则Z Z座标垂直于工件装夹平面。座标垂直于工件装夹平面。数控系统运行与维修立式5轴数控铣床的坐标系Z坐标正方向规定：刀具远离工件的方向。坐标正方向规定：刀具远离工件的方向。（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修vX坐标 在刀具旋转的机

31、床上（铣床、钻床、镗床等）。vZ轴水平（卧式）（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修Z轴垂直（立式）（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；立式5轴数控铣床的坐标系（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修vY坐标 利

32、用已确定的X、Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。v右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。v右手螺旋法则：在X Z平面，从Z至X，姆指所指的方向为+y。 （四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修立、卧式数控铣床立、卧式数控铣床（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修龙门数控铣床龙门数控铣床（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修5. 回转坐标 A、B、C （四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修立式5轴数控铣床的坐标系6. 辅助坐标 U、V、W （四

33、）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修 （四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 经济型数控车床只有经济型数控车床只有X X、Z Z两轴两轴ZX主轴中心线方向主轴中心线方向工件径向水平方向，且平行于横向滑板，工件径向水平方向，且平行于横向滑板，以刀具离开工件旋转中心的方向为正方向以刀具离开工件旋转中心的方向为正方向坐

34、标轴方向坐标轴方向机床某一部件的运动机床某一部件的运动增大刀具与工件之间距离增大刀具与工件之间距离定为该轴的定为该轴的正方向正方向。数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 后刀座坐标系后刀座坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 前刀座坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 卧式数控车床坐标系+X+Z数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 例例2 2：立式数

35、控铣床的坐标系统：立式数控铣床的坐标系统n立式升降台铣床的坐标方向为：Z轴垂直（与主轴轴线重合），向上为正方向；面对机床立柱的左右移动方向为X轴，将刀具向右移动（工作台向左移动）定义为正方向；根据右手笛卡尔坐标系的原则，Y轴应同时与Z轴和X轴垂直，且正方向指向床身立柱。 数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 立式数控铣床坐标系+Z+X+Y数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 n卧式升降台铣床的坐标方向为：Z轴水平，且向里为正方向（面对工作台的平行移动方向）；工作台的平行向左移动方向为X轴正方向；Y轴垂直向上。 例例3 3、卧式数控铣床、卧式数

36、控铣床的坐标系统的坐标系统数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 例例4 4、卧式数控铣床的坐标系统、卧式数控铣床的坐标系统数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 例例5 5数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 例例6 6数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 例例7 7数控系统运行与维修（四）数控机床的坐标系（四）数控机床的坐标系 例例8 8数控系统运行与维修二、机床坐标系与工件坐标系 编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的。（四）数控机床

37、的坐标系（四）数控机床的坐标系 数控系统运行与维修v机床原点与机床坐标系 机床原点（零点）机床原点（零点）v机床坐标系原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。v机床原点的建立：用回零方式建立。v机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程。第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系数控系统运行与维修第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系n机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，标系的原点。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。是数控机床进行加工运

38、动的基准参考点。（a a）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在X X、Z Z坐标的正方向极限位置上。坐标的正方向极限位置上。数控系统运行与维修第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 （b b）数控铣床的原点）数控铣床的原点在数控铣床上，机床原点一般取在在数控铣床上，机床原点一般取在X X、Y Y、Z Z三个直线坐标轴正方向的三个直线坐标轴正方向的极限位置上，如图所示，图中极限位置上

39、，如图所示，图中O1O1即为立式数控铣床的机床原点。即为立式数控铣床的机床原点。工件坐标系工件坐标系原点原点机床坐标系机床坐标系原点原点数控系统运行与维修第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系（3 3）机床参考点）机床参考点 机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。 机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。的坐标是

40、一个已知数。 通常在数控铣床上机床原点和通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。下图为数控车床最远的极限点。下图为数控车床的参考点与机床原点。的参考点与机床原点。数控系统运行与维修机床坐标系机床坐标系v以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。v机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系。注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运例

41、如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。动。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。数控系统运行与维修v工件原点与工件坐标系工件原点：工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以是对刀点重合。工件坐标系：工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。工件原点偏置：工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。现代数控机床均可设置多个工件坐标系，在加工时通过G指令进行换。 第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系数控系统运行与维修Y轴偏置量X轴偏置量工件

42、原点Z轴偏置量Y轴机床原点X轴Z轴卧式数控机床的坐标系X轴Z轴偏置量Y轴Y轴偏置量X轴偏置量机床原点工件原点立式数控机床的坐标系Z轴第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系数控系统运行与维修第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系n工件坐标系（也称为编程坐标系）工件坐标系（也称为编程坐标系）工件坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。工件坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。工件坐标系的建立，包括坐标原点的选择和坐标轴的确定。工件坐标系的建立，包括坐标原点的选择和坐标轴的确定。 工件坐标系一般供编程使工件坐标系一般供编程使用，确定工件坐标系时不必用，确

43、定工件坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如下图所示，际装夹位置。如下图所示，其中其中O O2 2即为工件（编程）坐即为工件（编程）坐标系原点。标系原点。数控系统运行与维修第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系n工件坐标系原点工件坐标系原点 工件坐标系原点也称为工件原点或编程原点，一般用工件坐标系原点也称为工件原点或编程原点，一般用G92G92或或G54G54G59G59指令确定。指令确定。工件坐标系原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程工件坐标系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。坐标系的原点。 工件坐标系原点应尽量

44、选工件坐标系原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致，机床相应的坐标轴方向一致，如下图所示为车削零件的编如下图所示为车削零件的编程原点。程原点。数控系统运行与维修第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系加工时，首先测量工件原点与机床原点之间的距离，即工件原加工时，首先测量工件原点与机床原点之间的距离，即工件原点偏置（如图所示）。该偏置值可预存到数控系统中，在加工时点偏置（如图所示）。该偏置值可预存到数控系统中，在加工时工件原点偏置便自动加到工件坐标系

45、上，使数控系统可按机床坐工件原点偏置便自动加到工件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的坐标值，这样使用起来非常方便。标系确定加工时的坐标值，这样使用起来非常方便。数控系统运行与维修第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系例例1 1：在机床坐标系中直接设定加工原点：在机床坐标系中直接设定加工原点以下图为例，在配置以下图为例，在配置FANUC-OMFANUC-OM系统的立式数控铣床上设置加工原点系统的立式数控铣床上设置加工原点0 03 3。 （a a）加工坐标系的选择编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的加工坐标系的选择编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。设工作台工作面尺

46、寸为交点上。设工作台工作面尺寸为800mm800mm320mm320mm，若工件装夹在接近工，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点0 03 3就在距机床就在距机床原点原点O O1 1为为X X3 3、Y Y3 3、Z Z3 3处。并且处。并且X X3 3=-345.700mm, Y=-345.700mm, Y3 3=-196.220mm, Z=-196.220mm, Z3 3=-=-53.165mm53.165mm。数控系统运行与维修第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系（b b）设定加工坐标系指令）设定加工

47、坐标系指令 本题用本题用G54G54G59G59为设定加工坐标系指令。为设定加工坐标系指令。G54G54对应一号工件坐标系，对应一号工件坐标系，其余以此类推。可在其余以此类推。可在MDIMDI方式的参数设置页面中，设定加工坐标系。方式的参数设置页面中，设定加工坐标系。如对已选定的加工原点如对已选定的加工原点O O3 3，将其坐标值，将其坐标值 X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mmX3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm数控系统运行与维修n装夹原点装夹原点 有的机床还有一个重要的原点，即装夹原点，是工件在机床上安

48、有的机床还有一个重要的原点，即装夹原点，是工件在机床上安放时的一个重要参考点。放时的一个重要参考点。装夹原点常见于带回转（或摆动）工作台的数控机床或加工中心，装夹原点常见于带回转（或摆动）工作台的数控机床或加工中心，一般是机床工作台上的一个固定点，比如工作台回转中心，在零件一般是机床工作台上的一个固定点，比如工作台回转中心，在零件时其与机床原点的偏移量为定值并可通过精确测量存入时其与机床原点的偏移量为定值并可通过精确测量存入CNCCNC系统原系统原点偏移计算用。卧式加工中心主轴和工作台回零后，其工作台回转点偏移计算用。卧式加工中心主轴和工作台回零后，其工作台回转中心与机床参考点重合。中心与机床

49、参考点重合。数控系统运行与维修三、绝对坐标编程和相对坐标编程定义 v绝对坐标编程：编程中所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件） 零点计量的编程方式。v相对坐标编程：编程中运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系数控系统运行与维修绝对坐标绝对坐标增量坐标增量坐标第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系设刀具当前位置在A点，快速移动到B点。以下代码功能一样： G00 G90 X25.0 Y50.0； G00 G91 X15.0 Y30.0；数控系统运行与维修表达方式：G90/G91； X.Y.Z绝对，U.V.W相对 选

50、用原则：主要根据具体机床的坐标系，考虑编程的方便(如图纸尺寸标注方式等)及加工精度的要求，选用坐标的类型。 注意：在机床坐标系和工件坐标系中均可用绝 对坐标 编程；而在使用相对坐标编程时，上述两个坐 标系是无意义的 。第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系数控系统运行与维修四、分辨率（Resolution）分辨率（对控制系统），可以控制的最小位移量。数控机床的最小位移量（最小设定单位，最小编程单位，最小指令增量，脉冲当量（步进电机）是指数控机床的最小移动单位，它是数控机床的一个重要技术指标。一般为0.00010.01mm，视具体机床而定。 脉冲当量对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）机

51、床位移部件的运动量。第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系数控系统运行与维修u 任务实施任务实施1.1.4.1 常见数控机床的组成及结构常见数控机床的组成及结构1.1.4.2 常见数控机床的加工范围及分类常见数控机床的加工范围及分类1.1.4.3 数控机床的坐标系统数控机床的坐标系统1.1.4.4 调查数控技术的发展趋势调查数控技术的发展趋势数控系统运行与维修学习子情境二 数控加工的基本知识数控系统运行与维修u学习目标学习目标掌握数控加工的定义和特点；熟悉数控加工中常用术语（坐标、刀具补偿、插补）；初步了解数控加工的工艺设计。数控系统运行与维修u学习任务学习任务掌握数控加工的任务，内容

52、、步骤；熟悉数控加工中常用术语；初步了解数控加工中工艺设计的内容能够对简单零件进行工艺制订；数控系统运行与维修 从零件图纸到数控加工指令的有序排列（制成控制介质）的全过程。 将零件加工的工艺分析、加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(f、s、t)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。 u基本理论基本理论（一）数控加工的定义及特点（一）数控加工的定义及特点数控系统运行与维修二、手工编程的内容和步骤数控系统运行与维修q 计算运动轨迹计算运动轨迹 根据图纸尺寸及工艺线路的要求：q选

53、定工件坐标系q计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值；q将坐标值按NC机床规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。数控系统运行与维修3. 编制程序及初步校验编制程序及初步校验 根据制定的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。 数控系统运行与维修q 制备控制介质制备控制介质 将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上（如存储在磁盘上），作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。数控系统运行与维修q 程序的校验和试切程序的校验和试切 所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是

54、正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。 常用的校验和试切方法：阅阅读法、模拟法、读法、模拟法、试切法等。试切法等。数控系统运行与维修三、数控加工工艺简介和数控加工方法 数控加工的工艺分析数控加工的工艺分析 数控机床加工零件除按一般方式对零件进行工艺分析外，还 必须注意以下几点：q选择合适的对刀点选择合适的对刀点q加工线路的确定加工线路的确定1.程序编制中的误差程序编制中的误差数控系统运行与维修CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XYZ数控系统运行与维修q 刀位点刀位点： 用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。数控系统运行与维修 对刀：对

55、刀：使使“对刀点对刀点”与与“刀位点刀位点”重合的操作。YZ3530工件对刀示意图刀具夹具垫板螺栓工件螺帽数控系统运行与维修常用对刀方法常用对刀方法1 1）一般对刀）一般对刀一般对刀是指在机床上使一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀。右用相对位置检测手动对刀。右图以图以Z Z向对刀为例说明对刀方法。向对刀为例说明对刀方法。刀具安装后，先移动刀具刀具安装后，先移动刀具手动切削工件右端面，再沿手动切削工件右端面，再沿X X向向退刀，将右端面与加工原点距退刀，将右端面与加工原点距离离N N输入数控系统，即完成刀具输入数控系统，即完成刀具Z Z向对刀过程。向对刀过程。手动对刀是基本对刀方法，手

56、动对刀是基本对刀方法，但它还是传统车床的但它还是传统车床的“试切试切- -测测量量- -调整调整”的对刀模式，占用较的对刀模式，占用较多的在机床上时间。多的在机床上时间。 数控系统运行与维修 2 2）机外对刀仪对刀）机外对刀仪对刀机外对刀的本质是测量出刀具假想机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间刀尖点到刀具台基准之间X X及及Z Z方向方向的距离。利用机外对刀仪可将刀具的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用。号即可以使用。 机外对刀仪对刀机外对刀仪对刀 3

57、 3）自动对刀）自动对刀自动对刀是通过刀尖检测系统实自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值。坐标值。 自动对刀自动对刀 数控系统运行与维修工件工件工件工件选择合理的切削参数选择合理的切削参数切削深度切削深度切削宽度切削宽度主轴转速主轴转速进给速度进给速度刀刀具具切削宽度切削宽度切削深度切削深度数控系统运行与维修 切削深度切削深度( (吃刀量吃刀量a ap p) ) 一般与刀具直径一般与刀具直径d d成正比，与

58、切削宽度成正比，与切削宽度L L、切削速度、切削速度V V反比。反比。 主要根据机床、夹具、工件、刀具的刚性决定。在允主要根据机床、夹具、工件、刀具的刚性决定。在允许情况下，最好一次切除余量，提高加工效率。有时为了许情况下，最好一次切除余量，提高加工效率。有时为了改善表面粗糙度和加工精度，留一点余量改善表面粗糙度和加工精度，留一点余量(0.2(0.2 0.5mm)0.5mm)最最后光加工一次。后光加工一次。数控系统运行与维修 主轴转速主轴转速n(n(转转/ /分分) ) 其中其中 DD工件或刀具直径工件或刀具直径(mm)(mm) v v允许的切削速度允许的切削速度(m/(m/分分) ) 粗加工

59、：粗加工：aap p、v/hv/h、F F 粗加工：粗加工：aap p、v/hv/h、FF Dvn1000 据工厂经验，由于受机床、刀具的限制，据工厂经验，由于受机床、刀具的限制，v v常选为常选为100-200100-200米米/ /分，现代分，现代CNCCNC机床多是将机床多是将n n直接编入程序单。直接编入程序单。根据根据 数控系统运行与维修 进给速度进给速度（进给量）（进给量）F(mm/minF(mm/min或或mm/mm/转转) )。 根据零件的加工精度、表面粗糙度、切削方式、刀具刚度、工根据零件的加工精度、表面粗糙度、切削方式、刀具刚度、工件材料选择。加工精度要求高时，件材料选择。

60、加工精度要求高时，F F选少一些。（选少一些。（20-5020-50）mm/minmm/min 轮廓加工中，拐角较大且进给速度较高时，应在接近拐角轮廓加工中，拐角较大且进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低速度。处适当降低速度。 F F在程序中的表示法随控制机不同而异。在程序中的表示法随控制机不同而异。数控系统运行与维修常用车刀的主要类型及刀具材料 外圆车刀、车 槽、车断刀 内圆车刀、镗刀螺纹车刀数控系统运行与维修走刀路线：在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹。走刀路线：在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹。走刀路线不仅包括了加工内容，也反映出加工顺序，是编程的依据走刀路线不仅