数控编程01 数控加工技术概述02和数控机床编程及加工

并联机床

传统机床为串联结构，存在悬臂部件，不易获得高的结构刚度；另外，其组成环节多，结构复杂，限制了加工精度和速度的提高。在2O世纪9O年代中期问世的并联机床，正是为解决传统机床存在的问题而进行的一种新的尝试。并联机床是机器人技术、机床结构技术、现代伺服驱动技术和数控技术相结合的产物，被称为“21世纪的机床”，具有很大的开发潜力和广泛的应用前景。动平台静平台输入输出并联机构及其拓扑机构并联机构（parallelmechanism）是一组由两个或两个以上的分支机构并联而成的。所有分支机构可同时接受驱动器输入，而最终共同给出输出。并联机构在机构学上是多路闭环机构。

并联机床的主轴(动平台)与机座(静平台)之间采用并联结构。它没有滑台，没有导轨，而只用几根可自由伸缩的驱动杆带动主轴箱、带着刀具（或工件）在空间运动，由计算机通过复杂的数学运算完成加工任务。并联机床具有承载能力强、响应速度快、精度高、机械结构简单、适应性好等优点，是一种“硬件”简单、“软件”复杂、技术附加值高的产品。

载荷/质量比大响应速度快便于模块化设计布局形式灵活多样控制复杂工作空间相对较小灵活度差与串联结构互为补充（对偶关系）并联机构的特点传统机床与并联机床的综合性能比较IMTS’94美国Giddings&Lewis公司首次展出Variax型并联运动学机床VARIAX型加工中心嗣后，美国Ingersoll推出了VOH1000（立式）和HOH600（卧式）型加工中心，它们在结构上得到了较大的改进，从“内铣”改为“外铣”。右图为VOH1000.HOH600Hexa6X立式五坐标高速铣床欧洲第一台商品化的并联机床。由欧共体Esprit高科技研究计划资助，有4家德国的单位参加。Linapod立式加工中心德国斯图加特大学机床控制研究所ISWSKM400型卧式加工中心德国Heckert公司P800型五杆并联机床德国Metrom公司自动化饼干包装（瑞士Demaurex）机器人化机床Reconfigurablemanufacturingsystemusingtriceptrobots物流和装配系统数控机床的工作原理一、数控机床的组成数控机床的组成操作面板信息载体（控制介质）与输入输出设备二、信息载体及输入输出三、计算机数控（CNC）装置（或CNC单元）计算机数控（CNC）装置是计算机数控系统的核心。

四、伺服单元、驱动装置和测量装置

伺服单元和驱动装置是指主轴伺服装置和主轴电机、进给伺服驱动装置和进给电机。测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现速度闭环控制（主轴、进给）和位置闭环控制（进给）的必要装置。五、PLC、机床I/O电路和PLC装置用于完成与逻辑运算、顺序动作有关的I/O控制，它由硬件和软件组成。

六、机床驱动模块数控系统模块显示、输入单元I/O接口数控机床的分类一、按工艺用途分类（机床类型）

切削加工类：如数控铣床、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。二、按加工路线分类（控制功能）

点位控制数控系统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；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。直线控制数控系统能实现点位控制数控系统的功能能实现沿平行某个坐标轴（如X、Y、Z）或两轴等速的方向进行加工；适用范围：数控镗铣床、数控组合机床等。轮廓控制数控系统轮廓控制（连续控制）系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动（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。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。三、按伺服系统的控制方式分类按数控机床的进给伺服系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。开环控制数控系统电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大无位置反馈，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。闭环控制数控系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。++-实际速度反馈速度控制调节与驱动检测与反馈单元速度控制单元电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈位置控制单元位置控制调节器半闭环控制数控系统半闭环数控系统的位置采样点，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，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。按联动轴数分2轴联动（平面曲线）3轴联动（空间曲面，球头刀）4轴联动（空间曲面）5轴联动及6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。数控机床的主要性能指标一、数控机床的坐标系和运动方向的规定

统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给维修和使用带来极大的方便。

坐标轴：具有位移控制和速度控制功能的运动轴。标准坐标系(基本坐标系)：是一个右手笛卡儿坐标系统。附加坐标轴的命名：平行于标准坐标系中相应坐标轴的进给轴，称为附加坐标轴

。统一规定：以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向。立式数控铣床的坐标轴

机床坐标轴的确定方法Z坐标（轴）

：

①对只有一个主轴，且主轴无摆动运动的，则平行主轴轴线的坐标轴为Z坐标；

②对没有主轴或有多个主轴的数控机床，则规定垂直于工件装夹面的方向的坐标轴为Z坐标；

③对主轴能摆动，且在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行的数控机床，则该坐标轴便是Z坐标；

④对主轴能摆动，若在摆动的范围内与多个坐标平行的数控机床，则取垂直于工件装夹面方向的坐标轴为Z坐标。

X坐标（轴）：

规定x坐标轴为水平方向，且垂直于z轴并平行于工件的装夹面。对于工件旋转的机床(如车床、外圆磨床等)，x坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向滑座。对于刀具旋转的机床(如铣床、镗床等)，则规定：当z轴为水平时，从刀具主轴后端向工件方向看，向右方向为x轴的正方向；当z轴为垂直时，对于单立柱机床，面对刀具主轴向立柱方向看，向右方向为x轴的正方向。

y坐标（轴）：按右手定则确定y坐标的正方向。

A、B、C坐标：

按右手螺旋定则来确定A、B、C坐标的正方向。

右手定则：大拇指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在XZ平面，从Z至X，拇指所指的方向为+Ｙ。二、数控机床的可控轴数和联动轴数三轴两联动加工——“行切法”

以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给。这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。该方法加工的表面光洁度较差。类似的还有所谓“环切法”。三轴联动加工

回珠器三轴联动加工示意图四轴联动加工方法

飞机大梁四轴联动加工示意图

五轴联动加工

五轴联动加工示意图

螺旋桨类零件

三、数控机床的运动性能指标主轴转速进给速度坐标行程摆角范围刀库容量和换刀时间四、数控机床的精度指标定位精度重复定位精度分度精度分辨率与脉冲当量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；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