金属切削机床与数控机床第一章和数控机床编程及加工

金属切削机床与数控机床概述陈龙灿绪论一、金属切削机床及其作用1、概念用切削的方法将金属毛坯加工成零件的机器，简称机床。广义的机床：金属加工的机器2、机械制造中的金属切削机床的作用核心作用：工欲善其事，必先利其器基础作用：装备水平--现代化与综合实力先驱作用：机械技术向机械科学发展3、机床在国民经济中的地位二十一世纪制造业是我国的支柱产业之一；我国是制造业发展的重要基地。1).在工业、农业、国防和科研领域中，在人们的日常生活里，大量使用着各种各样的机器、仪器、工具等，这些机器、仪器等又大多是以金属零件所组成。零件的制造方法有很多，如铸造、锻造、焊接、冲压等。但凡属尺寸精度、几何精度、位置精度要求较高，表面粗糙度要求较细的零件，一般都要求用切削加工的方法制造。金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯（或半成品）加工成机器零件的机器。2).金属切削机床是加工机器零件的主要设备。担负的工作量，约占机器总制造工作量的４０％～６０％，机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。3)一个国家机床工业的技术水平，机床拥有量及现代化程度，是衡量这个国家工业生产能力和技术水平的重要标志之一。二、机床的发展概况1、从商品生产的发展看机床的变革普通机床：单件小批量生产专用机床，刚性自动线：少品种大批量生产数控机床，柔性自动线：多品种小批量生产2、从基础科学的应用看机床的发展经典力学的应用：牛顿力学，流体力学（普通）光学、电学的运用：光学定位、测量技术、电气控制（坐标）控制理论，信息技术的应用：数控技术、专家系统与人工智能（数控）效率优先与适度自动化理念（新概念）3、现代机床的发展趋势：

1.多样化精密化高效化自动化柔性化2.数控机床的比重迅速上升3.机械部件的比重不断下降，电子硬件和软件的比重不断上升金属切削机床是人类在改造自然的长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生和发展起来的。4、我国机床工业的水平和机床的发展

我国机床工业的水平：起点较低，差距较大，进步很快；我国机床工业水平:数控普及率5％、联动轴数6、分辨率1μm、规格为中小型和经济型。

世界机床工业先进水平：数控普及率80％、联动轴数19、分辨率、规格为大型、精密型我国经济持续快速发展。连续9年，中国继续保持了机床消费世界第一(2023-4统计)、进口第一、生产第三的位置。中国数控机床展览会自2023年起逢双年在上海举办。作为一个重要的机床展览，CCMT得到了众多参展商和最终用户的一致认可。第五届中国数控机床展览会在北京举行（2023年4月21～24日，这次展会的主题是展示国产数控机床最新的成果）。相继启动的重要、重大项目都对数控产品在技术性能和功能等方面提出了更高的要求。三、机床的分类1、按机床工艺范围宽窄分类：

通用机床（万能机床）：这类机床可以加工多种零件的不同工序，加工范围较广，通用性较大，但结构比较复杂，主要适用于单件小批生产。专门化机床：这类机床的工艺范围较窄，专门用于加工某一类或几类零件的某一道（或几道）特定工序。专用机床：这类机床的工艺范围最窄，只能用于加工某一零件的某一道特定工序，适用于大批量生产。2、按加工精度分类：普通精度机床、精密机床和高精度机床。3、按自动化程度分类：

手动、机动、半自动、自动和程序控制机床。4、按重量与尺寸分类：

仪表机床、一般机床、大型机床（重量达到l0t）、重型机床（重量在30t以上）、超重型机床（重量在100t以上）。5、按机床主要工作部件的数目分类：

单轴、多轴、单刀或多刀机床。6、按机床具有的数控功能分类：

普通机床、一般数控机床、加工中心和柔性制造单元等。

三、机床的分类（掌握）金属切削机床种类虽然很多，最基本的是按机床的主要加工方法,所用刀具及其用途分类。只有车床、铣床、刨床、磨床和钻床等5种，其他各种机床都由这5种机床演变而成。如镗床，齿轮加工机床，螺纹加工机床，刨插床，拉床，特种加工机床，锯床和其他加工机床等12类，每类按工艺特征和结构特征的不同，细分为若干组，而每组又细分为系（系列）。车床C

钻床Z铣床X

镗床T磨床M

齿轮加工机床

Y拉床L

螺纹加工机床

S锯床G

刨插床B其他机床Q三、机床的分类

（掌握）钻

床

1.按加工性质和所用刀具分齿轮加工机床螺纹加工机床铣

床刨

插

床镗

床磨

床拉

床特种加工机床锯

床车

床其它机床12类10

产品型号

CA6136产品规格

Φ360×750

车床11

产品型号

CA6140

产品规格

Φ400×1000

车床12

产品型号

CAK6140V

产品规格

Φ400×1000

数控车床产品型号

CK6125

产品规格

Φ450×350

数控车床14

磨

床15

钻

床16

X718铣

床17

X3010铣

床18

XKA5032A

数控铣床19

L6104拉

床20

BK60100刨床21

产品型号

G6530A锯床

22

产品型号

TK54100

产品规格1000×1250数控镗床23

产品型号TH5940

产品规格400×630×2

加工中心24

铣削过程25

插齿过程26

滚齿过程拉齿过程28

2.按机床的通用性程度分通用机床专门化机床专用机床3.按机床工作精度分普通机床精密机床高精度机床29

4按机床的自动化程度分手动机床机动机床半自动机床自动机床5.按机床重量和尺寸分仪表机床中型机床大型机床重型机床超重型机床30

单刀机床多刀机床单轴机床多轴机床6.按机床主要部件数目分普通机床数控机床加工中心柔性制造单元柔性制造系统7.按机床的数控功能分1.动力源

为机床提供动力(功率)和运动的驱动部分，如各种交流电动机、直流电动机和液压传动系统的液压泵、液压马达等。

2.传动系统

包括主传动系统、进给传动系统和其它运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件，有些机床主轴组件与变速箱合在一起成为主轴箱。

3.支承件

用于安装和支承其它固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等。支承件是机床的基础构件，亦称机床大件或基础件。概述一、机床的基本组成4.工作部件

(1)与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的执行部件；

(2)与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置；

(3)与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。

5.控制系统

用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统，有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统，它包括数控装置、主轴和进给的伺服控制系统(伺服单元)、可编程序控制器和输入输出装置等。6.冷却系统

用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却。

7.润滑系统

用于对机床的运动副(如轴承、导轨等)进行润滑，以减小摩擦、磨损和发热。

8.其它装置如排屑装置、自动测量装置等。1.表面形成运动

表面形成运动是机床最基本的运动，亦称工作运动。

(1)主运动机床主运动是形成切削速度并从工件上切除多余材料起主要作用的工作运动，机床功率主要消耗于主运动。

(2)进给运动进给运动是使工件上的多余材料不断被去除的工作运动，是维持切削得以继续的运动。二、机床的运动2.辅助运动

机床在加工过程中加工工具与工件除工作运动以外的其他运动称为辅助运动。

(1)切入运动用于保证工件被加工表面获得所需要的尺寸，使工具切入工件表面一定深度。

(2)各种空行程运动空行程运动主要是指进给前后的快速运动。

(3)其它辅助运动包括分度运动、操纵和控制运动等，例如刀架或工作台的分度转位运动，刀库和机械手的自动换刀运动，变速、换向，部件与工件的夹紧与松开，自动测量、自动补偿等。

1.机床的工艺范围

机床的工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等等。三、机床技术性能指标

2.机床的技术参数

尺寸参数——具体反映机床的加工范围，包括主参数、第2主参数和与加工零件有关的其它尺寸参数。

运动参数——指机床执行件的运动速度，例如主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给量与最小进给量(或进给速度)。

动力参数——指机床电动机的功率，有些机床还给出主轴允许承受的最大转矩等其它内容。1.几何精度

几何精度是指机床空载条件下，在不运动(机床主轴不转或工作台不移动等情况下)或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度。

2.运动精度

运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。

3.传动精度

传动精度是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。四、机床精度与刚度4.定位精度

定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。

5.工作精度

加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。

6.精度保持性

在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。

车床类机床的运动特征是：主运动为主轴作回转运动，进给运动通常由刀具来完成。

车床加工所使用的刀具主要是车刀，还可用钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具。

车床的种类很多，按用途和结构的不同有卧式车床、立式车床、转塔车床、自动和半自动车床以及各种专门化车床等。其中卧式车床是应用最广泛的一种。常见的金属切削机床一、车床

磨床是用磨料磨具(如砂轮、砂带、油石、研磨料)为工具进行切削加工的机床。它们是由于精加工和硬表面加工的需要而发展起来的，目前也有少数应用于粗加工的高效磨床。为了适应磨削各种加工表面、工件形状及生产批量的要求，磨床的种类很多，其中主要类型有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃磨磨床、各种专门化磨床(如曲轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等)、研磨床、其它磨床(如珩磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机等)。二、磨床

钻床是孔加工的主要机床。在钻床上主要用钻头进行钻孔。在车床上钻孔时，工件旋转，刀具作进给运动。而在钻床上加工时，工件不动，刀具作旋转主运动，同时沿轴向移动作进给运动。故钻床适用于加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔，尤其是多孔加工。如：加工箱体、机架等零件上的孔。除钻孔外在钻床上还可完成扩孔、铰孔、锪平面以及攻螺纹等工作。钻床的主参数是最大钻孔直径。根据用途和结构的不同，钻床可分为：立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床以及中心孔钻床等。三、钻床

铣床是用铣刀进行铣削加工的机床。通常铣削的主运动是铣刀的旋转，工件或铣刀的移动为进给运动，这有利于采用高速切削，其生产率比刨床高。铣床适应的工艺范围较广，可加工各种平面、台阶、沟槽、螺旋面等。

铣床的主要类型有升降台式铣床、床身式铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床以及近年来发展起来的数控铣床等。四、铣床五、加工中心图3-36加工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。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