第1章数控加工编程绪论和数控机床编程及加工

第一章绪论机床数(字)控(制)技术：用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。数字量及其字符控制的量：位移、角度、速度温度、压力、流量NC（NumericalControl）数(字)控(制)机床：用数控技术来实施加工控制的机床在机床的设备装置上：数控系统数控装置可编程控制器主轴驱动装置进给伺服装置装备了数控系统的机床，称为~详细讲：机床数控技术的基本概念数控机床：代码化的数字信息程序介质刀具移动轨迹的几何信息加工工艺信息数控装置译码运算机床刀具与工件的相对运动其它各部件的动作所需工件：机床进给速度，主轴转速主轴启停、换向、变速刀具选择交换，工件的夹紧、松开，冷却、润滑液开、关数控技术：金属切削机床：数控车床、铣床、磨床、钻床、加工中心其它设备：数控绘图机、数控测量机、数控切割机、焊接机器人一、数控机床的工作原理零件要求零件的数控加工程序数控装置机床主运动启停、换向、变速进给运动：速度、方向、位移其他辅助动作刀具选择交换，工件的夹紧、松开，冷却、润滑液开、关刀具工件辅助装置数控程序规定顺序轨迹工艺参数工作形状尺寸精度零件二、数控机床的工作流程数控机床的工作原理和组成零件:形状尺寸材料技术要求确定零件加工工艺过程工艺参数几何参数切削用量按规定的代码和程序格式零件加工程序单记录程序介质穿孔带磁带磁盘二、数控机床的工作流程数控机床的工作原理和组成任务:零件的数控加工程序控制参数补偿数据输入数控装置输入方法:程序介质穿孔带纸带阅读机输入磁带磁带输入磁盘磁盘输入无程序介质键盘输入通讯方式输入输入的工作方式:边加工边输入一次性输入二、数控机床的工作流程数控机床的工作原理和组成零件加工程序:一个个程序段文本格式(ASCII码)GMFST代码，数字译码处理:按一定的语法规则,将上述信息转换成计算机能够识别的数据形式几何信息、工艺信息并按一定的数据格式存放在指定的数控装置专用的内存区域中。语法检查有错报警二、数控机床的工作流程数控机床的工作原理和组成零件加工程序中的几何信息：刀具运动轨迹按零件轮廓尺寸给出刀具有半径：刀具中心轨迹零件轮廓尺寸不一致刀具补偿处理刀具半径补偿刀具长度补偿二、数控机床的工作流程数控机床的工作原理和组成刀具按零件轮廓形状：相对运动ABCDEΔxΔy插补运算描述零件轮廓根据插补计算结果，向各坐标轴发出运动指令知：起点、终点、曲线种类、进给速度求：在曲线的起点、终点之间若干个中间点“数据点的密化工作”插补程序插补周期微小的直线数据段各坐标分量运动指令许许多多微小直线段折线：逼近零件轮廓曲线每个微小直线段足够小保证轮廓加工精度数控机床：轮廓控制插补功能二、数控机床的工作流程数控机床的工作原理和组成任务：插补计算的结果控制电动机运动刀具相对于工件轨迹速度加工提高机床的定位精度：位置回路的增益调整螺距误差补偿计算方向间隙补偿计算机床流程的各环节中：数控加工程序的编制人工完成其它各环节机床自动完成三、数控机床的组成数控机床的工作原理和组成输入输出设备数控装置伺服系统机床本体测量反馈装置三、数控机床的组成数控机床的工作原理和组成1、输入输出设备：零件程序编制零件程序和控制数据的输入、显示、存储、打印纸带阅读机磁带读入器磁盘、磁盘驱动器操作键盘显示器（CRT）通讯接口，上位机2、数控装置：机床核心控制任务专用计算机/通用计算机输入输出接口板可编程控制器相应的系统软件接受输入信息译码、数值运算、逻辑处理向机床各部分发控制信号/指令三、数控机床的组成数控机床的工作原理和组成3、伺服系统伺服驱动电路伺服电机步进电机电液马达直流伺服电机交流伺服电机作用：接受数控装置发出的位移、速度指令调解、转换、放大驱动伺服电机带动机床执行部件运动三、数控机床的组成数控机床的工作原理和组成4、测量反馈装置检测机床移动部件位移、速度反馈数控装置闭环控制系统测量部件测量电路高级数控机床：温度、振动、切削力5、机床本体数控机床的主体机床的主运动部件（主轴）进给运动部件(工作台、拖板)基础部件：底座、立柱、滑鞍、导轨辅助动作机构：冷却、润滑、刀具交换、排屑系统、防护、对刀仪由单独的伺服电机驱动传动链短，结构简单由计算机来协调各个坐标轴之间的运动关系新型机械结构规格、品种繁多，细分500多种，可根据其控制原理、功能、组成，从不同角度进行分类一、按加工功能（运动方式）分类点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床特点:机床的移动部件只能实现:一个位置点另一个位置点的精确移动ABC在移动、定位的过程中，对轨迹无要求∵不进行任何切削运动机床的数控系统只需控制机床移动部件在行程终点的坐标值不控制起点终点之间的运动轨迹机床各个坐标轴之间不需要有任何联系∴（一个方向的进给运动）（刀具、工作台）为使机床移动部运动、定位时间先以：快速移动接近定位终点坐标定位时间定位精度数控钻床数控坐标镗床数控冲床数控点焊机点位控制数控机床主要有数控钻床点位控制节省大量钻模板，精度三个坐标轴：三个方向的进给运动X、Y轴：控制平面内孔的加工坐标位置Z轴：控制钻削运动三种刀具路径后以：低速准确移动到达定位终点坐标一、按加工功能（运动方式）分类特点:机床的移动部件能：

直线运动切削加工运动实现平行于坐标轴的

适当的进给速度以（刀具、工作台）（一个方向的进给运动）主要代表机床有：数控车床：加工台阶轴数控车床数控镗铣床一、按加工功能（运动方式）分类数控镗铣床：采用直线控制一次装夹：先铣削箱体平面、台阶再钻孔、镗孔生产率加工精度工艺范围比坐标镗床扩大点位控制数控机床缺点：只能作单坐标切削运动，不能加工复杂轮廓（一个进给方向）一、按加工功能（运动方式）分类将工件加工成一定的轮廓形状控制移动的轨迹3.轮廓控制数控机床（连续控制数控机床、多坐标联动数控机床）特点:能对两个/两个以上的坐标轴同时进行控制（两个/两个以上方向的进给运动）即:对机床的移动部件不仅能控制起点、终点的坐标而且能控制整个加工过程中每一点的速度和位移即加工时要进行插补运算目的：控制相应的速度和位移单位时间放大A起B终V△Y△X△L数控车床数控铣床数控磨床加工中心轮廓控制数控机床主要有代替了所有类型的仿型加工机床进给轴数两坐标联动数控机床两坐标联动三坐标控制数控机床三坐标联动数控机床四坐标联动数控机床五坐标联动数控机床一、按加工功能（运动方式）分类例：XZ数控车床：两坐标联动平面轮廓加工数控铣床：两轴半联动X轴、Y轴联动Z轴:单独控制周期进给平面轮廓加工平底圆柱铣刀：周边铣削手柄零件平面凸轮一、按加工功能（运动方式）分类空间轮廓曲面两轴半数控铣床球头铣刀X轴、Z轴联动Y轴:单独控制周期进给“行切法”加工ΔY取值：零件表面光洁度要求铣刀的刀头半径内循环滚珠螺母反向器：滚道母线SS’(空间曲线)数控铣床：三坐标联动把空间曲线分成很多小曲线段:空间直线段逼近三坐标联动插补运算一、按加工功能（运动方式）分类飞机大梁侧面：直纹扭曲面四坐标联动机床圆柱铣刀周边铣削X、Y、Z三个直线进给轴联动刀具绕旋转坐标轴A轴摆动刀具与工件型面在全长上始终贴合加工效率零件光洁度一、按加工功能（运动方式）分类很大的球面零件：端铣刀五坐标联动机床加工效率零件光洁度对于工件轮廓上的任意一个切削点：刀具的端面切削点处的切平面相重合刀具的轴线工件轮廓在切削点处的法线n相平行切削点变化切削点的坐标工件轮廓在切削点处的法线n变化刀具刀位点坐标刀具的轴线方向变化X、Y、Z三个直线进给轴联动两个绕旋转坐标轴联动潜水艇螺旋桨一、按加工功能（运动方式）分类二、按数控装置类型分类1.硬线数控机床：NC机床使用的是硬线（件）数控装置各项功能输入处理插补运算控制功能逻辑运算机床功能专用的、固定的组合逻辑电路2.计算机数控机床：CNC机床不同改变（现已基本不用了）通用性灵活性成本不同改变实现使用的是计算机数控装置（软件数控装置）其硬件各项功能小型、微型计算机输入处理插补运算控制功能逻辑运算通用/专用大规模集成电路机床功能系统软件不同改变硬件基本不变不同改变实现（Computer）和（现普遍采用）三、按进给伺服系统类型分类（按控制方式不同）数控装置相应的当量直线位移经功率步进电机驱动装置齿轮减速按要求的进给速度/进给位移发相应频率、数量转动相应的步距角功率放大驱动丝杠螺母副对圆周运动：蜗轮蜗杆副1.开环数控机床：没有反馈系统开环伺服系统伺服驱动电路伺服驱动装置作用功率放大指步进电机、伺服电机特点：结构简单，成本低；精度低系统不能检测移动部件的实际位移速度，更不能进行误差校正

步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度三、按进给伺服系统类型分类（按控制方式不同）2闭环数控机床：有反馈控制系统能得到更高的速度、精度和驱动功率指令进给速度1伺服电机联轴器2工作台(进给系统末端的执行部件)丝杠螺母测速元件差值速度指令速度误差信号转速校正从理论上讲，运动精度只取决于检测装置的精度，与传动链误差无关。但实际对传动链和机床结构仍有严格要求。缺点：结构复杂，安装调试困难，成本高

三、按进给伺服系统类型分类（按控制方式不同）3半闭环数控机床：也有反馈控制系统，但检测装置位置不同优点：闭环中不包含惯性较大的机床移动部件，因此稳定性好安装调试方便三、按进给伺服系统类型分类（按控制方式不同）机械工程实验教学中心数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。数控编程的目的机械工程实验教学中心数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。数控编程的内容机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定义开关2有效M22√M23自定义开关2无效M23√9S主轴转速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍在程序管理界面下，可进行有关数控加工程序文件的各种操作，如读入程序、编辑修改及查错编译等。每一个工件程序由若干个程序段组成；