数控技术-全套电子课件

数控技术浙江科技学院吴瑞明信息载体数控系统伺服系统机床本体数控机床的工作原理

CRT显示器

零件图数控程序

数控手册N1G18N2G51。。。。。。。。。。。数控机床数控装置操作面板

CAD/CAM自动编程零件图纸CAD造型模块CAM处理模块输入工艺参数后置处理模块数控机床三维造型CAD数控自动编程CAM数控加工模拟CAM开环伺服系统指令脉冲数控系统环形分配器工作台步进电机齿轮箱步进电机功率放大器位移值进给脉冲工作台伺服电机齿轮箱比较环节伺服放大器测量反馈装置反馈脉冲

闭环伺服系统角度值进给脉冲工作台伺服电机齿轮箱比较环节伺服放大器测量反馈装置反馈脉冲半闭环伺服系统数控技术浙江科技学院吴瑞明数控强力珩磨机Boschert数控冲床Sodick线切割机床Agie线切割机床数控技术浙江科技学院吴瑞明0101001000少零件品种数多10000100010010大零件批量小数控机床通用机床柔性制造单元柔性制造系统柔性制造生产线专用机床自动线生产率提高柔性增大辊式输送链式输送带式输送复合线型FMS单一线型FMS单一环型FMS复合环型FMS单元型FMSFMS系统的类型装配机器人数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院机床坐标轴的命名XPTZPTXZ零件图工艺路线工艺参数数值计算程序编制数控机床加工手工编程零件图CAD造型设计CAM刀位计算后置处理数控机床加工自动编程

经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO（InternationalStandardizationOrganization）和EIA(ElectronicIndustriesAssociation)两种。●.代码代码：是文字、数字、符号以及它们组合的总称，又称指令。它是程序的最小单元。编程指令——系统操作代码的总称

G指令——准备功能作用：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀补、刀偏、暂停等多种操作。组成：G后带二位数字组成。100种模态（续效）指令与非模态指令。数控技术浙江科技学院吴瑞明数控技术浙江科技学院吴瑞明数控技术浙江科技学院吴瑞明数控技术浙江科技学院吴瑞明4.可编程的零点偏置（TRANS和ATRANS）5.可编程旋转（ROT和AROT）

6.可编程的比例缩放（SCALE、ASCALE）

7.可编程的镜像（MIRROR、AMIRROR）

…N10G17；X/Y平面,Z垂直于该平面N20L10；编程的轮廓,带G41N30MIRRORX0；在X轴上改变方向加工N40L10；镜像的轮廓N50MIRRORY0；在Y轴上改变方向加工N60L10N70AMIRRORX0；在Y轴镜像的基础上X轴再镜像N80L10；轮廓镜像两次加工N90MIRROR；取消镜像功能…编程举例12.圆弧插补：G02、G03功能

G02——顺时针方向圆弧插补；G03——逆时针方向圆弧插补。

编程G02/G03X

Y

I

J

；圆弧终点和圆心G02/G03CR=

X

Y

；半径和圆弧终点G02/G03AR=

I

J

；圆心角和圆心G02/G03AR=

X

Y

；圆心角和圆弧终点G02/G03AR=

RP

；极坐标和极点圆弧CR=-

中的负号说明圆弧段大于半圆；CR=+

中的正号说明圆弧段小于或等于半圆

13.螺旋插补（G2/G3、TURN）14.回参考点（G74）编程举例：N10G74X1=0Y1=0Z1=0；说明：程序段中X1、Y1和Z1（在此=0）后编程的数值不识别，必须写入。21．G41/G42/G40刀尖半径补偿功能（1）刀尖半径补偿若刀具在所选择的平面（G17～G19平面）中带刀具半径补偿工作。编程：G41G00/G01X_Y_；刀具半径左补偿G42G00/G01X_Y_

；刀具半径右补偿判定：沿着刀具运动方向看，刀具在工件切削位置左侧称左补偿；刀具在工件切削位置右侧称右补偿。G41、G42的判定23.辅助功能M常用辅助功能M指令见表代码意义格式备注M00程序停止M00

用M00停止程序的执行；按“启动”键加工继续执行M01程序有条件停止M01

与M00一样，但仅在出现专门信号后才生效M02程序结束M02

在程序的最后一段被写入M03主轴顺时针旋转M03M04主轴逆时针旋转M04M05主轴停转M05M06更换刀具M06

在机床数据有效时用M6更换刀具，其他情况下用T指令进行24、固定循环

中心钻孔（CYCLE82）CYCLE82（RTP，RFP，SDIS，DP，DPR，DTB），各参数意义如下：RTPReal返回平面（绝对坐标）RFPReal参考平面（绝对坐标）SDISReal安全高度（无正负符号输入）DPReal最后钻孔深度（绝对坐标）DPRReal相对于参考平面的最后钻孔深度（无正负号输入）DTBReal到达最后钻孔深度时的停顿时间（断屑）编程举例G54G17G90；工件基本坐标系设定T1D1；刀具选择G00X0Y0M03S800Z100Z50CYCLE82(20.,0,5.,-35.,35.,0.1)；调用钻孔循环M05M02铣槽模式

铣模式圆弧槽SLOT1指令中参数的意义图圆形槽图数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院程序头，%PM和N后的数字为程序号(必须相同)；并可加注释程序体程序尾(为不可见字符)车削加工中心控制面板主轴旋转刀盘尾架切屑传送装置旋转刀盘尾架主轴40308030N10G0X30Z8040308030N20G1X30Z80N21G1X40Z30ZXE5A2314SdG10ZXA1E4352SdG11G11加工循环实例turning2SAELLPWZX实例WZX锥螺纹实例N10N11N12G42G41A、B的含义Y的含义Y、R、J的含义主轴三爪卡盘工件40数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院数控铣削、车削加工中心XXZY(-29.926,71.666)(29.926,71.666)(29.926,-71.666)(-29.926,-71.666)机械手自动换刀(卧式)机械手自动换刀(立式)立卧主轴自动转换刀具预调仪(测量刀具长度、直径)NC旋转工作台(B轴)，与X、Y、Z轴组成四坐标机床操作面板(CNC532控制系统)，用于控制机床运动，输入输出程序，设置机床常数等各种功能。显示屏幕，用于输入程序，操作机床加工等各种功能。加工前进行动态模拟，以检验程序的正确性与是否会产生干涉碰撞等现象。+X+YG90G1B2=36L2=100L2=100B2=36°AE+X+YG91G1B1=25L1=68EAL1=68B1=25°+X+YG90G1X80B2=25EAB2=25°80+X+YG91G1X60B1=25EAB1=25°60G3X25Z40R15+X+Z+X+ZG2X55Z40R15408040R15+X+Z212535R20MEIKG2X21Z30I35K3030用G2(G3)加工螺旋线+X+YG90G1X80Y40G1X120Y25BA8040C25120+X+YG91G1X60Y20G1X40Y-15BA(20，20)8040C25120数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院坐标系变换实例镜向镜向实例按比例因子放缩加工余量数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院CNC系统硬件的层次结构操作系统管理软件控制软件零件程序管理显示处理人机交互交互位置控制输入输出管理插补运算故障诊断处理速度处理机床输入输出编译处理主轴控制刀具半径补偿......I/O设备计算机主板显示卡功能模板m功能模板1电子盘多功能卡位置控制板n位置控制板1PLC模块主轴控制模板机床I/O控制面板速度控制单元1速度控制单元n功能驱动1功能驱动m…………系统总线（BUS）标准PC计算机CNC装置CNC系统CNC模块结构

软件和硬件的功能界面输入预处理位置检测插补运算位置控制速度控制伺服电机程序硬件硬件硬件硬件硬件软件软件软件软件

ⅠⅡⅢ

Ⅳ加工程序译码译码缓冲区刀补处理刀补缓冲区速度预处理插补缓冲区插补处理运行缓冲区伺服驱动位控处理位置反馈PLC控制二、CNC装置的数据转换流程Pe（200，300）XRP0（72，48）Pe”Pe’G41G42Yf（）+++-++插补输出△X1△Y1指令位置X1新Y1新跟随误差△X3△Y3实际位置X2新Y2新反馈位置增量△X2、△Y2X1旧Y1旧X2旧Y2旧速度指令VX、VY位置控制转换流程…译码刀补I/O显示初始化位置控制插补运算背景程序4ms8ms16ms中断级别高中断级别低2、实时性和优先抢占调度机制

(1)

强实时性任务(2)弱实时性任务四.CNC系统软件结构模式.前后台型结构模式前台程序故障处理位置控制插补运算……后台程序译码刀补处理速度预处理输入/输出显示中断执行循环执行前后台程序运行关系图初始化按下启动按钮？输入译码、预处理计算YN循环停处理程序输入译码、预处理等整个零件程序完？YN初始化中断管理系统（硬件+软件）0级中断服务程序1

级中断服务程序2

级中断服务程序n级中断服务程序………………1n2中断型软件系统结构图.中断型结构模式恢复现场位置伺服PC功能操作面板扫描插补操作面板输出中断完成标志置1中断返回10.24ms中断前次中断完成？中断完成标志清0Y10.24ms保存现场PC功能N.基于实时操作系统的结构模式

软件和硬件的功能界面输入预处理位置检测插补运算位置控制速度控制伺服电机程序硬件硬件硬件硬件硬件软件软件软件软件

ⅠⅡⅢ

Ⅳ加工程序译码译码缓冲区刀补处理刀补缓冲区速度预处理插补缓冲区插补处理运行缓冲区伺服驱动位控处理位置反馈PLC控制二、CNC装置的数据转换流程Pe（200，300）XRP0（72，48）Pe”Pe’G41G42Yf（）+++-++插补输出△X1△Y1指令位置X1新Y1新跟随误差△X3△Y3实际位置X2新Y2新反馈位置增量△X2、△Y2X1旧Y1旧X2旧Y2旧速度指令VX、VY位置控制转换流程…译码刀补I/O显示初始化位置控制插补运算背景程序4ms8ms16ms中断级别高中断级别低2、实时性和优先抢占调度机制

(1)

强实时性任务(2)弱实时性任务四.CNC系统软件结构模式.前后台型结构模式前台程序故障处理位置控制插补运算……后台程序译码刀补处理速度预处理输入/输出显示中断执行循环执行前后台程序运行关系图初始化按下启动按钮？输入译码、预处理计算YN循环停处理程序输入译码、预处理等整个零件程序完？YN.中断型结构模式初始化中断管理系统（硬件+软件）0级中断服务程序1

级中断服务程序2

级中断服务程序n级中断服务程序………………1n2中断型软件系统结构图.基于实时操作系统的结构模式数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院偏差判别终点判别进给输出偏差计算终点到退出(Xe，Ye)(Xm，Ym)Y直线X1.逐点比较法加工的原理（直线）RXY(Xm，Ym)

圆弧

2.逐点比较法加工的原理（圆弧）A’B’C”CBAG41刀具G42刀具编程轨迹刀具中心轨迹C’第五节刀具半径补偿原理2.刀具半径补偿功能的主要用途(优点)3.刀具半径补偿的常用方法：起刀点刀补建立刀补进行刀补撤销编程轨迹刀具中心轨迹二.刀具半径补偿的工作原理A’D’CBC’DB’A编程轨迹刀具中心轨迹过切削部分发出报警程序段刀具第六节数控系统中的可编程控制器CNC系统数控装置可编程控制器操作面板主轴控制辅助动作换刀动作冷却排屑......2.PLC在数控系统中的应用CPU编程器存储器扩展打印机电源I/O接口通讯接口智能接口扩展接口打印机监视器其它PC系统总线可编程序控制器系统框图输入端子输入映象寄存程序扫描输出映象寄存输出缩存输入端子输入信号输入信号程序执行输出刷新输入刷新输出刷新阶段输入刷新阶段2ms2ms程序的执行阶段启、停、自锁电路及梯形图接点组串、并联电路梯形图六、数控机床PLC程序设计步骤数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院动作脉冲频率脉冲数量速度位置运算系统伺服系统机床指令电机机械执行部件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步进电机Z1Z2

tf，

刀库刀具定位电机主轴电机带制动器伺服电机伺服电机机械手旋转定位电机脉冲数N角位移

θS脉冲频率

f转速

nv三相步进电机结构单三拍定、转子齿位置变化矩频特性直流印刷电机结构1、5——端盖2——永久磁铁3——印刷绕组转子4——机壳6——电刷杯式印刷电机结构1——端盖2——电刷徭移器3——电刷4——接线盒5——整流子6——转子壳7、17——电枢绕组8、18——极靴9、19——永久磁铁10、16——机架11、15——轭铁12——压电刷螺丝13——刷握14——轴有环控制系统数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院_NC装置－F/V偏差计数器D/A速度控制与驱动单元A、B、Z++_++－整形.倍频.辨向工作台PG电压ZNC系统微机位置、速度控制(D/A输出)模拟电流控制与功放整形.信频.辨向A、BZ工作台PG电压NC装置单片微机位置速度电流控制(PWM输出)晶体管放大器电流检测整形.信频.辨向A.B工作台PG电机D0titp△DttDAD0DADFAF0FFt△DXXY△DXXY欠程现象超程现象低增益系统高增益系统数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院常用位置检测装置分类表sincos节距2τ（2mm）节距（0.5mm）绝缘粘胶铜箔铝箔耐切削液涂层基板(钢、铜)定尺滑尺USU0U0θ1US定尺滑尺光栅的工作原理光栅abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光栅板节距τm+τ/4信号处理装置010111100110011110001001101010111100110111110000000100100011010023222120数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院同步齿形带传动滑动导轨滚动导轨D：直线移动导轨，其优点为：

(1).将滚珠式直线滚动导轨副制成标准部件，只要安装在相对运动的导轨平面上，就可组成合适的导轨，大大简化了设计和装配；

(2).在所有方向均能承受载荷；

(3).通过预加载荷，可得到高刚度、高精度及能承受切削载荷的动刚度；(4).由于具有自动调整功能，可达到微米级的运动精度。

滚珠丝杆副直线导轨副

三、液体静压导轨液体静压导轨主要用于大型、重型数控机床。

1液体静压导轨的特点：

1)由于导轨的工作表面完全处于纯液体摩擦状态下，因而工作时摩擦系数极低(0.0005)，能使驱动功率大大降低。

2)导轨的运动不受负载和速度的限制，且低速时移动均匀，不出现爬行现象。

3)纯液体摩擦导轨不产生磨损，因此能长期保持导轨的导向精度，使用寿命长。

4)由于液体具有较好的吸振作用，因此导轨的抗振性好。

5)承载能力大、刚性好。

6)摩擦发热少，导轨的温升小。缺点：1)液体静压导轨的结构比较复杂，需要一套液压系统来提供压力。2)液体静压导轨的油膜厚度难以保持恒定不变，不易调整。X轴气动导轨Z轴气动导轨Y轴气动导轨三坐标测量机

四、气体静压导轨气体静压导轨是利用恒定压力的空气膜，使两运动部件之间形成均匀分离，以得到高精度的运动，减少摩擦系数，不引起发热。但气体静压导轨会随空气压力的波动而使空气膜发生变化，且承载能力小，故常用于数控坐标磨床和测量机中。

数控技术浙江科技学院机械与汽车工程学院

工作台是数控机床的重要部件。其型式尺寸往往表征数控机床的规格和性能。工作台主要有矩形、回转式以及倾斜成各种角度的万能工作台等三种。回转工作台又分为90°分度工作台和任意分度工作台，以及卧式回转工作台和立式回转工作台等。此外，由数控机床组成的柔性制造单元(FMC)中，附加在数控机床上的还有交换工作台，在FMS中有工件缓冲台、工件上下料台、工件运输台等。

各种类型的工作台

数控机床常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。分度工作台的功能是将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的多种工序，因此，大大提高了工作效率

1、

分度工作台数控机床的分度工作台有牙盘式和定位销式两种。牙盘式工作台定位精度和重复定位精度较高，能达到很高的分度定位精度，能承受很大的外载，定位刚度高，精度保持性好。由于牙盘啮合、脱开相当于两齿盘对研过程，因此，随着齿盘使用时间的延续，其定位精度相应提高。磨损小，使用寿命长，但制造较为困难。定位销式工作台定位精度取决于定位销的制造精度。

1.分度工作台的功能，是完成分度辅助运动，即在需要分度时将工作台及其工件回转一定的角度。(P286)数控分度头2、数控工作台数控工作台的功能除了分度和转位的功能以外，还能数控圆周进给运动。也就是使工作台进行连续圆周进给，以完成切削工作，并使工作台分度。其定位精度完全由控制系统决定。

数控回转工作台§7—4主轴

主轴是数控机床的主要部件之一。其回转精度，影响工件的加工精度；功率大小与回转速度影响加工的效率；其自动变速和开停，影响到机床的自动化程度。一、数控机床的主轴部件及轴承数控机床上的主轴型式，有立式、卧式、主轴箱可摆动一定角度、主轴可立卧转换、多个主轴排列组成多轴加工机床等。

主轴的结构，根据数控机床的规格、精度而采用不同的主轴轴承。一般中小规格的数控机床(如车床、铣床、钻镗床、加工中心、磨床)的主轴组件多数采用滚动轴承，重型数控机床采用液体静压轴承，高精度数控机床(如坐标镗床)采用气体静压轴承，转速达2~10万r/min的主轴可采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承下面是一些数控机床典型主轴部件的结构。

数控车床主轴结构车床主轴组件前支承(双列圆柱滚子轴承)承受径向力前支承(双向滚珠推力轴承)承受轴向力后支承(同前轴承)承