机床数控技术

机械工程实践中心课件

机床数控技术第一页，共五十五页。目录

第一部分机床数控技术的基本知识

第二部分数控机床的手工编程与操作第二页，共五十五页。第一部分机床数控技术的基本知识兰州交通大学机械工程实践中心第三页，共五十五页。§1有关机床数控的概念1、数控（NC）数字控制（Numericalcontrol）的简称。指用数字信息通过控制装置实现对机械设备动作的控制。2、数控系统（NCS）数字控制系统（NumericalControlSystem）的简称。指采用数控技术的控制系统。3、数控设备（NCU）数字控制设备（NumericalControlU）的简称，指装备了数控系统的受控设备。

第四页，共五十五页。§1有关机床数控的概念（续）4、机床数控技术机床数字控制技术的简称，指用数字化的信息对机床实行控制的一门技术。5、数控机床数字控制机床（NumericalControltools）的简称，指装备了数控系统的机床，包含在数控设备中。国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其它符号编码指令规定的程序。

第五页，共五十五页。§2数控机床的优点第六页，共五十五页。§2数控机床的优点(续)数控铣削加工的零件加工中心加工的零件第七页，共五十五页。§2数控机床的优点（续）1、适合于复杂形状零件的加工2、加工精度和尺寸重复精度高，加工质量稳定性好。3、实现计算机控制，排除人为误差。4、生产效率高，经济效益明显。5、减轻工人劳动强度，改善劳动条件，可以实现一人多机操作。6、可以精确地计算成本和安排生产进度，有利于生产管理的现代化。第八页，共五十五页。§3数控机床的组成

1、输入输出装置2、数控系统（亦称CNC装置）3、伺服系统4、位置检测装置（亦称反馈元件）5．辅助装置6．机床本体第九页，共五十五页。§3数控机床的组成（续）

数控机床的逻辑组成

第十页，共五十五页。§3数控机床的组成（续）

FANUC系列150iB型数控装置

FANUC系列150iB型数控装置

第十一页，共五十五页。§4数控机床的工作过程

数控机床加工一个零件的过程

第十二页，共五十五页。第十三页，共五十五页。§5数控机床的应用范围

数控机床的应用范围

第十四页，共五十五页。§5数控机床的应用范围（续）1批量小而又多次重复生产的零件；2几何形状、结构复杂的零件；3在加工过程中必须进行多种加工的零件；4切削余量大的零件5必须严格控制公差的零件6需要频繁改型的零件7加工过程中如果发生错误将会造成严重浪费的贵重零件8需要全部检验的零件；第十五页，共五十五页。§6数控机床的分类二、按伺服系统类型分类

1、开环控制数控机床第十六页，共五十五页。§6数控机床的分类（续）2、闭环控制数控机床第十七页，共五十五页。§6数控机床的分类（续）3、半闭环控制数控机床第十八页，共五十五页。§6数控机床的分类（续）二、按控制系统的特点分类1、点位控制数控机床第十九页，共五十五页。§6数控机床的分类（续）1、点位控制数控机床第二十页，共五十五页。§6数控机床的分类（续）2、直线控制数控机床第二十一页，共五十五页。§6数控机床的分类（续）2、直线控制数控机床第二十二页，共五十五页。§6数控机床的分类（续）3、轮廓控制数控机床第二十三页，共五十五页。§6数控机床的分类（续）3、轮廓控制数控机床第二十四页，共五十五页。§6数控机床的分类(续)三、按加工工艺及机床用途的类型分类1、金属切削类2、金属成型类3、特种加工类4、测量绘图类四、按同时控制坐标轴数分类1、两坐标数控机床2、5/2坐标数控机床（两坐标半联动）3、三坐标数控机床4、多坐标数控机床第二十五页，共五十五页。§7数控机床坐标系的确定第二十六页，共五十五页。1、坐标轴的确定规则

1）假设：工件固定，刀具相对工件运动。2）标准：右手笛卡儿直角坐标系（拇指为X向，食指为Y向，中指为Z向）。

XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A基本坐标：X、Y、Z轴由右手定则确定回转坐标：A、B、C轴由右手螺旋法则确定第二十七页，共五十五页。2、坐标轴的确定方法

顺序：先

确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴。

1）Z轴有主轴的机床以平行于主轴的方向为Z坐标轴；通常规定机床的主轴作为Z坐标轴。没有主轴的机床

以垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。刀具远离工件的方向为Z轴的正方向。

第二十八页，共五十五页。+Z数控车床第二十九页，共五十五页。+Z+Z立式5轴数控铣床立式3轴数控铣床第三十页，共五十五页。第三十一页，共五十五页。第三十二页，共五十五页。第三十三页，共五十五页。第三十四页，共五十五页。第三十五页，共五十五页。3）Y轴

右手笛卡儿直角坐标系（拇指为X向，食指为Y向，中指为Z向）。

4）回转坐标A、B、C+Z+X立式5轴数控铣床+Y+A+CXYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A用右手螺旋法则判断。第三十六页，共五十五页。1、数控机床程序编制的内容和步骤

§8数控加工程序的结构第三十七页，共五十五页。1、程序的组成

§8数控加工程序的结构（续）第三十八页，共五十五页。2、程序代号

放在程序的最开始，给零件加工程序一个编号，以便进行程序检索，并说明该零件加工程序开始。

格式：O____

说明：程序名由字母O(或P或符号％)以及1～8位数字组成。

举例：

O0001§8数控加工程序的结构(续)

第三十九页，共五十五页。3、程序段由若干单节组成，每一个单节由程序段号(顺序号)、程序内容、程序段结束符组成。

格式：N_G_X_Y_Z_F_S_T_M_；

说明：N—程序段号，后跟1～5位数字；G、M—指令代码，后跟2位数字；X、Y、Z±_._—进给坐标轴及进给量；F—进给速度功能；S—主轴功能；T—刀具功能；;—程序段结束符。

举例：N30G01G42X150.Y400.F200;§8数控加工程序的结构(续)

第四十页，共五十五页。4、程序结束标志

放在程序的末尾，说明该程序(或子程序)结束。

格式：M02;或M30;或M99;

说明：M02(或M30)为主程序结束标志，M99为子程序结束标志。

举例：M02;

§8数控加工程序的结构(续)

第四十一页，共五十五页。5、子程序

在程序中把某些固定顺序或重复出现的程序单独抽出来、编成一个程序供调用。

格式：与主程序同。

说明：调用格式为M98P----L----。

§8数控加工程序的结构(续)

第四十二页，共五十五页。举例：§8数控加工程序的结构（续）第四十三页，共五十五页。§9数控机床的插补功能一、快速定位指令（G00指令）1．功能：从所在点，按机床提供的快速进给速度移动到规定位置。2．格式：G00X-Y-Z-；3．说明：（1）G00模态指令；（2）G00快速定位的速度与以前程序段中的进给速度无关；（3）G00开始时刀具逐渐加速至设定速度，快速移动接近目标点后，再减速至目标点；（4）不能用于切削加工。第四十四页，共五十五页。§9数控机床的插补功能(续)二、直线插补（G01指令）1、功能：以给定的进给速度，采用直线插补方式进行切削加工。2、格式：G01X-Y-Z-F-；3、说明：①模态指令；②最初的G01指令单节中的速度F必须指定，否则进给速度被认为是0，执行程序时，机械不能动，并产生警示。第四十五页，共五十五页。§9数控机床的插补功能(续)三、圆弧插补指令（G02，G03指令）1、功能使刀具在给定平面内，以给定的进给速度进行顺时针（逆时针）圆弧插补加工，切削出圆弧轮廓。2、格式

G17G02（G03）X-Y-I-J-F-；XY平面R-G18G02（G03）X-Z-I-K-F-；XZ平面R-G19G02（G03）Y-Z-J-K-F-；YZ平面R-第四十六页，共五十五页。第二部分数控机床的手工编程与操作兰州交通大学机械工程实践中心第四十七页，共五十五页。§1数控车床的手工编程

1.熟悉数控车床的操作面板

2.采用单段运行方式练习数控车床的常用加工指令操作第四十八页，共五十五页。§1数控车床的手工编程

3.手工编程

如图所示工件，毛坯为φ45㎜×120㎜棒材，材料为45钢，数控车削端面、外圆。

（1）根据零件图样要求、毛坯情况，确定工艺方案及加工路线1）对短轴类零件，轴心线为工艺基准，用三爪自定心卡盘夹持φ45外圆，使工件伸出卡盘80㎜，一次装夹完成粗精加工。2）工步顺序①粗车端面及φ40㎜外圆，留1㎜精车余量。②精车φ40㎜外圆到尺寸。第四十九页，共五十五页。§1数控车床的手工编程(续)（2）选择机床设备根据零件图样要求，选用经济型数控车床即可达到要求。故选用SK50型数控卧式车床。（3）选择刀具根据加工要求，选用两把刀具，T01为90°粗车刀，T03为90°精车刀。同时把两把刀在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。（4）确定切削用量切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。（5）确定工件坐标系、对刀点和换刀点确定以工件右端面与轴心线的交点O为工件原点，建立XOZ工件坐标系。采用手动试切对刀方法（操作与前面介绍的数控车床对刀方法基本相同）把点O作为对刀点。换刀点设置在工件坐标系下X55、Z20处。第五十页，共五十五页。§1数控车床的手工编程(续)（6）编写程序(以SK50车床为例)按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下：N0010G59X0Z100；设置工件原点N0020G90N0030G92X55Z20；设置换刀点N0040M03S600N0050M06T01；取1号90°偏刀，粗车N0060G00X46Z0N0070G01X0Z0N0080G00X0Z1N0090G00X41Z1N0100G01X41Z-64F80；粗车φ40㎜外圆，留1㎜精车余量N0110G28N0120G29；回换刀点N0130M06T03；取3号90°偏刀，精车N0140G00X40Z1N0150M03S1000N0160G01X40Z-64F40；精车φ40㎜外圆到尺寸N0170G00X55Z20N0180M05N0190M02第五十一页，共五十五页。§2数控车床的操作

1.安装1）工装夹具;2）工件毛坯;3）刀具2.程序的输入（手动输入或RS-232接口输入）3.对刀建立工件坐标系

对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，对刀时应使对刀点与刀位点重合。

1）外径刀的对刀方法Z向对刀如(a)所示。先用外径刀将工件端面(基准面)车削出来；车削端面后，刀具可以沿X方向移动远离工件，但不可Z方向移动。Z轴对刀输入：“Z0测量”。

X向对刀如(b)所示。车削任一外径后，使刀具Z向移动远离工件，待主轴停止转动后，测量刚刚车削出来的外径尺寸。例如，测量值为Φ50.78mm,则X轴对刀输入：“X50.78测量”。

第五十二页，共五十五页。§2数控车床的操作(续)

2）内孔刀的对刀方法

类似外径刀的对刀方法。Z向对刀内孔车刀轻微接触到己加工好的基准面（端面）后，就不可再作Z向移动。Z轴对刀输入：“Z0测量”。X向对刀任意车削一内孔直径后，Z向移动刀具远离工件，停止主轴转动，然后测量已车削好的内径尺寸。例如，测量值为Φ45.56mm，则X轴对刀输入：“X45.56测量