数控机床加工

1、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动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。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

2、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结构日趋复杂、精度、性能日趋提高，结构日趋复杂、精度、性能日趋提高，效率、精度、效率、精度、自动化自动化2 2自动生产线，专用机床的出现：生产周期，准备时间长，自动生产线，专用机床的出现：生产周期，准备时间长，产品更新慢；产品更新慢；3 3707080%80%为单件、小批生产，一般用通用机床加工，对曲为单件、小批生产，一般用通用机床加工，对曲面、曲线或复杂零件靠样板或划线加工，或用靠模，精度和面、曲线或复杂零件靠样板或划线加工，或用靠模，精度和效率低；效率低；4 41948年，美国帕森斯公司接受美国空军委

3、托，研制飞年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。 19521952年，美国年，美国PARSONSPARSONS公司与麻省理工学院（公司与麻省理工学院（MITMIT）合作，研制了第一台三坐标数）合作，研制了第一台三坐标数控铣床：电子计算机，自动控制，伺服驱动，精密检测，新控铣床：电子计算机，自动控制，伺服驱动，精密检测，新型结构等新技术成果，主要加工曲面零件型结构等新技术成果，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；控装置进

4、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，使数控机床在床，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机械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，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，价格进一步不仅体积小，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。下降，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年代末，先后出现了由一台计

5、算机直接控制多台机床的直接数控系统台机床的直接数控系统(简称简称DNC)，又称群控系统；采，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统用小型计算机控制的计算机数控系统(简称简称CNC),使数控使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。装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微型计算机数控装置(简称简称MNC)，这是第五代数控系统。第，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，而体积则缩小为原来的缩小为原

6、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自动化程度高，能适应不同零件的自动加工，生产准备自动化程度高，能适应不同零件的自动加工，生产准备周期短，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0.03mm0.03mm，重复时，重复时0.010.01mmmm（2 2）采用较大切削用量，自动换速，自动换刀，无需工序）采用较大切削用量，自动换速，自动换刀，无需工序间检测；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

7、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工艺与表面成型方法与普通机床相同，关键是工艺与表面成型方法与普通机床相同，关键是自动控制自动控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加工程序加工程序：与加工零件有关的信息，如工件与刀具运动：与加工零件有关的信息，如工件与刀具运动规机的尺寸参数（进给尺寸）；切削加工工艺参数（主轴规机的尺寸参数（进给尺寸

8、）；切削加工工艺参数（主轴变速，刀具更换，冷却开停，工件夹紧、松开等）加工信变速，刀具更换，冷却开停，工件夹紧、松开等）加工信息；用规范的文字、数字和符号组成的代码，按一定格式息；用规范的文字、数字和符号组成的代码，按一定格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控数控装置装置CNC伺服驱动及伺服驱动及位置检测位置检测辅助控制及辅助控制及强电控制装强电控制装置置机床机床主

9、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件试

10、切首件试切程序校核程序校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 核心：接受输入装置的脉冲信号，经系统软件或逻辑电路进核心：接受输入装置的脉冲信号，经系统软件或逻辑电路进行译码，运算处理或输出各种信号和指令，控制机床各个部分行译码，运算处理或输出各种信号和指令，控制机床各个部分进行规定有序的动作。进行规定有序的动作。 输出信号：由插补运算决定的各坐标轴

11、的输出信号：由插补运算决定的各坐标轴的进给位移量、进给进给位移量、进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 强电控制装置：介于数控装置和机床机械、液压部件之强电控制装置：介于数控装置和机床机械、液压部件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， 经编译、判断、功率放大后，直接驱动相应电器，液压，经编译、判断、功率放大

12、后，直接驱动相应电器，液压，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：由伺服驱动电路和伺服驱动电机组成，与执行部件和传由伺服驱动电路和伺服驱动电机组成，与执行部件和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）点位控制系统：）点位控制系

13、统：点位控制是只控制刀具或工作台从一点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。和数控坐标镗床等。 （2）直线控制系统：）直线控制系统：直线控制是除控制直线轨迹的起点和直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床，度进行直线切削。采用这类控制

14、的有平面铣削用的数控铣床，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）连续控制系统）连续控制系统连续轨迹控制连续轨迹控制(或称轮廓控制或称轮廓控制)能够连续控能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。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

15、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

16、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

17、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*什么是数控编程：将从零件图纸到获得数控机床所需的控制什么是数控编程：将从零件图纸到获得数控机床所需的控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，

18、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）根据零件图样尺寸和所确定的加工路线及设定的坐标系，）根据零件图样尺寸和所确定的加工路线及设定的坐标系，计算出数控机床所需输入的参数，如：起点，终点等；圆刀计算出数控机床所需输入的参数，如：起点，终点等；圆刀具：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。（

19、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）对轮廓控制：如形状简单（直线，圆弧），一般只算出）对轮廓控制：如形状简单（直线，圆弧），一般只算出交点，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编写加工程序单：根据计算出的加工路线数据和一确定的编写加工程序单：根据计算出的加工路线数据和一确定的工艺参数，刀位参数，结合数控系统对输入信息的要求，按工艺参数，刀位参数，结合数控系统对输入信息的要求，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

20、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手工编程：全部由人工完成，运用手工编程：全部由人工完成，运用于形状简单的零件，坐标计算简单，于形状简单的零件，坐标计算简单，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

21、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）优点：能清楚的反应数字，文字，符号，最终变成二）优点：能清楚的反应数字，文字，符号，最终变成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）标准纸带五孔（宽五孔（宽17.5mm），用于线切割；八孔（），用于线切割；八孔（25.4mm），用于），用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 (Electronics Indust

22、ries Association) 和和ISO (International Organization for Standardization)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

23、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轴坐标：如刀具旋转，轴坐标：如刀具旋转，Z轴水平，则从刀具（主轴）向工件轴水平，则从刀具（主轴）向工件 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

24、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

25、固有的坐标系，有固定的原点 基准线；基准面基准线；基准面 目的目的：确定机床的运动方向和移动距离，确定工件位置，：确定机床的运动方向和移动距离，确定工件位置，机床运动部件的特殊位置，（换刀点，参考点等）以及运动机床运动部件的特殊位置，（换刀点，参考点等）以及运动范围；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

26、寸确定；编程尺寸按工件坐标系中的尺寸确定； 工件原点偏置工件原点偏置：测得的工件原点与机床原点之间的距离：测得的工件原点与机床原点之间的距离称为工件原点偏置，加工前称为工件原点偏置，加工前预存预存到数控系统中，加工时，偏到数控系统中，加工时，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 绝对坐标系绝对坐标系：所有坐标点：所有坐标点均以某一固定原点计量的坐标均以某

27、一固定原点计量的坐标系；系； 增量坐标系增量坐标系：以运动轨迹：以运动轨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 绝对坐标绝对坐标：以坐标原点为：以坐标原点为基准确定的坐标基准确定的坐标G90 G01 X30 Y40 相对坐标相对坐标：零件上后一点：零件上后一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G91 G01 X-20 Y-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 用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（插补功能），用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（插补功能），机床坐标系，坐标平面，刀具补偿，坐标

28、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 作用：控制机床开、关功能的指令，如：开、停冷却，作用：控制机床开、关功能的指令，如：开、停冷却，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* *G00G00G01G01G02G02G03G030101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) )1

29、7171818G50G50G65G650000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* *G21G210606英制输入英制输入公制输入公制输入9 910

30、10* *G25G25G26G260808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* *G97G97G98G98* *G99G99 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 14141

31、5151616* *G40G40G41G41G42G420707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 9101011111212131314141515M23M23M24M24M25M25M26M26M30M30M98M98M99M

32、99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：FXX XX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 TXX XX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0

33、20N001 G01 X80 Z-30 F0.2 S300 T0101 M03 LFN002 X120 Z-60 LF N125 G00 X500 Z-200M02 EM 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组成，每个程序段由按一定顺序和规则排列的序和规则排列的字（字（Word）组成。字是由表示地址的组成。字是由表示地址的英文英文字母、特殊文字和数字集合而成字母、特殊文字和数字集合而成。字表示某一功能的一组代字表示某一功能的一组代码符号码符号，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。程序段的格式较多，应用较广泛的是段的格式

34、较多，应用较广泛的是“可变程序段、文字地址程可变程序段、文字地址程序段序段”格式格式(Word address format)。 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）

35、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）数控铣床的加工和程序（五）数控铣床的加工和程序编制编制1平面轮廓的加工：直线平面轮廓的加工：直线+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，

36、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2mmN0010 G00 Z5 T01 S1000 M03N0020 G41 G01 X0 Y0 F300N0030 Z-5N0040 G91 G01 X20 Y40N0050 X10N0060 G03 X20 YO I10 J0N0070 G01 X10 N0080 X20 Y-40N0090 X-85N0100 G90 G00 Z15N0110 G40 G01 X0 Y0 F300N0120 M05N013

37、0 M025040302010 10 20 30 40 50 60 70 80 901015 10 20 30 40102030yxO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G92 X-10 Y-10N01 G90 G17 G00 X10 Y10 LFN02 G01 X30 F100 LFN03 G03 X40 Y20 I0 J-10 LFN04 G02 X30 Y30 I0 J-10 LFN05 G01 X10 Y20 LFN06 Y10 LFN07 G00 X-10 Y-10 M02 LF 10 20 30 4010

38、2030yxO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以相对坐标编程以相对坐标编程N01 G91 G17 X20 Y20 LFN02 G01 X20 F100 LFN03 G03 X10 Y10 I0 J-10 LFN04 G02 X-10 Y10 I0 J-10 LFN05 G01 X-20 Y-10 LFN07 G00 X-20 Y-20 M02 LF2曲面轮廓的加工曲面轮廓的加工曲面形状，刀具形状（球、柱曲面形状，刀具形状（球、柱等）等）二轴半，三轴，四轴，二轴半，三轴，四轴，五轴等五轴等（1）二轴半或）二轴半或2（1/2）坐标联）坐标联动动

39、行切法行切法*X的确定：表面粗糙度及刀的确定：表面粗糙度及刀头半径头半径*球头铣刀半径：尽量取大，但球头铣刀半径：尽量取大，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

40、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）问题：铣棱角轮廓时，）问题：铣棱角轮廓时，若刀心位移量与轮廓尺寸相若刀心位移量与轮廓尺寸相同时，刀心轨迹不连续（外同时，刀心轨迹不连续（外轮廓），或干涉（内轮廓）轮廓），或干涉（内轮廓）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采用轮廓控制方式，能同时控制机床两个坐

41、标运动，所以直采用轮廓控制方式，能同时控制机床两个坐标运动，所以直线、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 ； G18ZX G19 YZ 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：实现刀具半径偏移后的圆弧图形；：实现刀具半径偏移后的圆弧图形；G37在在G41时，刀在工时，刀在工件左，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

42、：用于直线时，按给定方向走一刀具半径值，用于圆弧时，：用于直线时，按给定方向走一刀具半径值，用于圆弧时，走一段圆弧走一段圆弧G39：用于在给定的直线基础上加长或缩短一个刀具半径值，：用于在给定的直线基础上加长或缩短一个刀具半径值，G41时加长；时加长；G42时缩短。时缩短。4编程举例编程举例N001 G01 G17 Y+4000 F7 CRN002 G18 Z-3000 CRN003 G17 G39 G42 Y-2000 F0 CRN004 G03 G37 G42 J2000 X-1000 Y+1732 CRN005 G01 G91 X-1500 Y-866 CRN006 G03 I1500

43、J866 X-1000 CRN007 I1000 X-500 Y-866 CRN008 G01 X+1500 Y-866 CRN009 G03 I1000 J1732 Y-2000 CRN010 J2000 X+2000 CRN011 I2000 Y+2000 CRN012 G01 G39 Y+200 F7 CRN013 G18 Z+3000 CRN014 G17 Y-4000 CRM02（七）计算机零件程序编制（七）计算机零件程序编制1手工编程的不足：工作量大，容易出错，对于形状复杂零手工编程的不足：工作量大，容易出错，对于形状复杂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

44、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）软件：翻译程序，主信息程序（前处理程序）和后处理）软件：翻译程序，主信息程序（前处理程序）和后处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

45、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

46、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

47、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 在生活中表示数的时候一般都是把正数前面加一个在生活中表示数的时候一般都是把正数前面加一个“+”，负数前面加一个负数前面加一个“-”，但是在数字设备中，把，但是在数字设备中，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 +X 0X 0X 0X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

48、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 000000

49、00 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 000

50、00101 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

51、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；

52、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，其坐标增量关系也是确定的，即给确定的，即给X1一个增量一

53、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

54、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：50，100，20

55、0/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，当标尺光栅右移时，莫尔条纹下移。时，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

56、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）第二阶段借助编译程序和借助编译程序和PCPC对源程序进行处理后，自动打印程序单和对源程序进行处理后，自动打印程序单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年美国研制出年美国研制出APT-I（Automatically Programmed Tools）系统；）系统；（2）70年代发展成年代发展成APT-系统：功能强大，需