数控机床编程与操作培训教程和数控机床编程及加工

数控机床编程与操作

主编：王世辉副主编：黄应勇曾林

第1章概述1.1数控技术发展的历史沿革1.2数控机床的基本组成及工作原理1.3数控机床的分类1.4数控机床的加工特点及应用1.5CNC装置插补原理简介1.1数控技术发展的历史沿革1.1.1数控机床的诞生1952年3月

有信息存储和处理功能采用脉冲乘法器原理的插补三坐标连续控制铣床电子管元件1.1.2数控机床的发展过程第一代电子管数控系统第二代晶体管数控系统第三代集成电路数控系统第四代小型计算机数控系统第五代微型机数控系统硬件式数控系统，也称为NC数控系统软件式数控系统，称之为计算机数字控制或简称为CNC系统计算机直接数控系统DNC（DirectNumericalControl）柔性制造单元FMC(FlexibleManufacturingCell）柔性制造系统FMS（FlexibleManufactuManufacturingSystem）计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）新的生产模式：1.1.3我国数控机床的发展简介20世纪80年代

北京机床研究所从日本FANUC公司引进FANUC5、7、3、6数控系统1.2数控机床的基本组成及工作原理数控机床又称CNC（ComputerNumericalControl）机床，是由电子计算机或专用电子计算装置对数字化的信息进行处理而实现自动控制的机床。

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他符号编码指令规定的程序。

把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件的相对运动，加工出所需要零件的一种机床即为数控机床。

1.2.1数控机床的组成数控机床一般由程序输入装置、数控装置、伺服系统、强电控制装置、检测装置和主机六部分组成

程序输入装置数控装置强电控制装置伺服系统检测装置主机1、程序输入装置

程序输入装置的作用是将程序载体（包括穿孔纸带、磁带、磁盘）上的数控代码信息转换成相应的电脉冲信号传送至数控装置。现在对于微机控制的数控机床可用操作面板上的键盘直接把加工程序输入数控装置。

2、数控装置（CNC装置）数控装置是数控机床的控制核心，其功能是接受程序输入装置输入的加工信息，经译码、处理与计算，发出相应的脉冲送给伺服系统，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动。

数控装置的基本工作过程

（1）译码

将程序段中的各种信息，按一定语法规则翻译成数控装置能识别的语言，并以一定的格式存放在指定的内存专用区间。

（2）刀具补偿包括刀具长度补偿、刀具半径补偿

（3）进给速度处理编程所给定的刀具移动速度是加工轨迹切线方向的速度，速度处理就是将其分解成各运动坐标方向的分速度

3、伺服系统

数控系统的执行部分，是以机床移动部件（工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统

功能是接受数控装置输出的脉冲信号指令，使机床上的移动部件作相应的移动

每一个脉冲信号指令使机床移动部件产生的位移量称为脉冲当量，常用的脉冲当量为脉冲或脉冲。

数控机床的伺服系统按其控制方式，可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统三大类。

4、强电控制装置5、检测装置6、主机（4）插补（5）位置控制一般数控装置能对直线、圆弧进行插补运算

在闭环CNC装置中，位置控制的作用是在每个采样周期内，把插补计算得到的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机。

1.2.2数控机床基本工作原理数控机床加工是把刀具与工件的运动坐标分解成最小的单位量（即最小位移量），由数控系统根据工件程序的要求，向各坐标轴发出脉冲指令，使各坐标移动若干个最小位移量，从而实现刀具与工件的相对运动，以完成零件的加工。

ΔX12XΔ1YΔΔY2iXΔΔYiXY01LΔΔL2iLΔL伺服电机驱动器数控装置程序输入装置X脉冲指令Z脉冲指令Y脉冲指令伺服电机驱动器伺服电机驱动器伺服电动机X向移动Y向移动伺服电动机伺服电动机Z向移动进给系统工作原理

由数控系统发出的指令脉冲，经驱动电路控制和放大后，使伺服电动机转动，通过齿轮副或同步带轮传动（或直接）经滚珠丝杠，最后驱动机床工作台运动，再与选定的主轴转速相配合，便可加工出不同形状的工件

1.3数控机床的分类1.3.1按加工方式分类1、普通数控机床2、加工中心加工中心是带有刀库和自动换刀系统的数控机床

3、数控特种加工机床4、其他类型的数控机床1.3.2按控制运动的方式分类1、点位控制数控机床2、直线控制数控机床3、轮廓控制数控机床1.3.3按同时控制轴数分类1、二坐标机床2、三坐标数控机床

3、坐标数控机床4、多坐标数控机床

1、开环伺服数控机床2、闭环伺服数控机床工作台步进电动机脉冲指令步进电机驱动器变速箱变速箱伺服放大器伺服电动机工作台进给脉冲比较环节检测装置反馈脉冲直线位移检测器角位移检测器反馈脉冲检测装置比较环节进给脉冲工作台伺服电动机伺服放大器变速箱3、半闭环伺服数控机床1.4数控机床的加工特点及应用1.4.1数控机床加工的特点1、具有高度柔性

2、加工精度高，尺寸一致性好

一般数控机床的定位精度为±0.01mm，重复定位精度为±0.005mm3、生产效率高

4、减轻劳动强度，且可能实现一人多机操作

5、经济效益明显

6、利于生产管理现代化

1.4.2数控机床的应用1、批量小而又多次生产的零件；2、几何形状复杂的零件；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.、工艺设计会变化的零件；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、需全部检验的零件。

1.5CNC装置插补原理简介常用的插补方法有：逐点比较插补法、数字积分插补法、时间分割插补法及样条插补法

1.5.1逐点比较插补法的基本原理每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较，视该点在给定轨迹的上方或下方，或在给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向，使之趋近给定轨迹

插补起点（Xo=4，Yo=1）至终点（Xe=1，Ye=4）的一段圆弧，插补轨迹如图所示。举例：CLASSISOVERBYE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。机械工程实验教学中心数控编程的目的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。机械工程实验教学中心数控编程的内容数控编程的基本原理机械工程实验教学中心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软件介绍机械工程实验教学中心为例，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√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；每一个程序段完成一个加工步骤；每一个程序指令有程序段号和若干个指令代码组成，指令代码在程序段中的位置可以是任意的，同组指令在同一程序段中不能重复使用；最后一个程序段由指令代码M02作为程序结束标志。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍

在运行加工程序之前，必须通过参数设置对机床和刀具进行调整，使其与加工要求相符，这样才能正确地进行加工或模拟加工。OpenSoftCNC软件系统的参数主要有以下内容：①基本设置设置可修改的基本参数。②刀具设置设置刀具编号、类型和刀具补偿等参数。③轴参设置设置和查看坐标轴参数。④工件坐标设置设置G54—G59等工件坐标系的原点坐标。⑤PLC设置用于查