《机床数控技术 第4版》课件 李郝林 第1、2章 概述、数控加工程序编制

机床数控技术内容提要本章主要介绍数控技术、数控机床的基本概念、体系结构、工作原理及分类；数控机床的应用范围及发展动向。2第一章数控机床概述自从20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来革命性的变化。现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国家的战略技术；基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业；专家们预言:

二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。第一节数控技术与数控机床第一章数控机床概述数字控制与数控技术数字控制（NumericalControlNC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。数控技术（NumericalControlTechnology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。数控机床（NumericalControlMachineTools）是采用数字控制技术对机床加工过程进行自动控制的一类机床。是数控技术典型应用的例子。数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。计算机数控系统（ComputerNumericalControlCNC）以计算机为核心的数控系统。第一章数控机床概述第二节数控机床的组成第一章数控机床概述第一章数控机床概述

机床I/O电路和装置

测量装置

主轴驱动装置

进给驱动装置

主轴伺服单元

进给伺服单元

计算机数

控

装

置

操作面板

PLC

计算机数控系统

机

床

辅助控制机构

进给传动机构

主运动机构

键盘

输入输出

设备

第一章数控机床概述操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。它是数控机床特有部件。第一章数控机床概述第一章数控机床概述

机床I/O电路和装置

测量装置

主轴驱动装置

进给驱动装置

主轴伺服单元

进给伺服单元

计算机数

控

装

置

操作面板

PLC

计算机数控系统

机

床

辅助控制机构

进给传动机构

主运动机构

键盘

输入输出

设备

第一章数控机床概述控制介质与输入输出设备控制介质是记录零件加工程序的媒介；输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表1：第一章数控机床概述表1控制介质和输入输出设备表第一章数控机床概述通讯

现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有：串行通讯（RS-232等串口）；自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等）；网络技术（internet，LAN等）。第一章数控机床概述

机床I/O电路和装置

测量装置

主轴驱动装置

进给驱动装置

主轴伺服单元

进给伺服单元

计算机数

控

装

置

操作面板

PLC

计算机数控系统

机

床

辅助控制机构

进给传动机构

主运动机构

键盘

输入输出

设备

第一章数控机床概述

CNC装置(CNC单元)组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心第一章数控机床概述

机床I/O电路和装置

测量装置

主轴驱动装置

进给驱动装置

主轴伺服单元

进给伺服单元

计算机数

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装

置

操作面板

PLC

计算机数控系统

机

床

辅助控制机构

进给传动机构

主运动机构

键盘

输入输出

设备

第一章数控机床概述伺服单元、驱动装置和测量装置

伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机测量装置位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）第一章数控机床概述

机床I/O电路和装置

测量装置

主轴驱动装置

进给驱动装置

主轴伺服单元

进给伺服单元

计算机数

控

装

置

操作面板

PLC

计算机数控系统

机

床

辅助控制机构

进给传动机构

主运动机构

键盘

输入输出

设备

第一章数控机床概述PLC、机床I/O电路和装置PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；功能：接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作；接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。第一章数控机床概述

机床I/O电路和装置

测量装置

主轴驱动装置

进给驱动装置

主轴伺服单元

进给伺服单元

计算机数

控

装

置

操作面板

PLC

计算机数控系统

机

床

辅助控制机构

进给传动机构

主运动机构

键盘

输入输出

设备

第一章数控机床概述机床机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：第一章数控机床概述

按工艺用途分类切削加工类：数控镗铣床、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。第三节数控机床的分类第一章数控机床概述铣床第一章数控机床概述铣床第一章数控机床概述铣床第一章数控机床概述数控车床第一章数控机床概述数控车床第一章数控机床概述数控刀具第一章数控机床概述数控加工中心第一章数控机床概述锥度电火花线切割机床第一章数控机床概述按控制功能分类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。第一章数控机床概述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。第一章数控机床概述

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。第一章数控机床概述

按进给伺服系统的类型分类按数控系统的进给伺服子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。第一章数控机床概述

开环数控系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。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第一章数控机床概述开环系统无位置反馈，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。第一章数控机床概述

半闭环数控系统半闭环数控系统的位置采样点如图所示，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。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第一章数控机床概述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。第一章数控机床概述

全闭环数控系统全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。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第一章数控机床概述从理论上讲，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。第一章数控机床概述

数控机床的确具有普通机床所不具备的许多优点。而且它的应用范围还在不断扩大，但是在目前还不能完全取代普通机床，也就是说，它不能以最经济的方式来解决加工制造中所有问题。为了更好地说明这个问题，有必要先初步了解一下采用数控机床加工的优缺点。第一章数控机床概述数控加工的优点自动化程度高，可以减轻工人的体力劳动强度加工的零件一致性好，质量稳定生产效率较高便于产品研制便于实现计算机辅助制造。第四节数控机床的特点第一章数控机床概述

数控加工的缺点任何事物都是两重性。数控加工虽有上述各种优点，同时在某些方面也存在不足之处：单位加工成本较高。只适宜于多品种小批量或中批量生产（占机械加工总量70%~80%）加工中的调整相对复杂维修难度大第一章数控机床概述

产生背景从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：自动机床；组合机床；专用自动生产线。第五节数控机床的发展动向第一章数控机床概述这些设备的使用大大地提高了机械加工自动化地程度，提高了劳动生产率，促进了制造业地发展。但它也存在固有的缺点：初始投资大；准备周期长；柔性差。第一章数控机床概述数控技术产生和发展的内在动力：市场竞争日趋激烈，产品更新换代加快，大批量产品越来越少，小批量产品生产的比重越来越大，迫切需要一种精度高、柔性好加工设备来满足上述需求。数控技术产生和发展的技术基础：电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的进步提供了坚实的技术基础。数控技术正是在这种背景下诞生和发展起来的。它的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了加工自动化技术的发展。第一章数控机床概述

数控机床的产生20世纪40年代世界上诞生了第一台数字电子计算机，使数控技术的出现成为可能。1948年美国帕森斯（parsonsco.）在研制加工直升机叶片轮廓检验样板的机床时，首先提出了用电子计算机控制机床加工复杂曲线样板的新概念，并受美国空军的委托与麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所进行合作研制，于1952研制成功了世界上第一台用专用电子计算机控制的三坐标立式铣床。数控机床是一种装有计算机数字控制系统的机床，数控系统能够处理加工程序，控制机床完成各种加工运动。与普通机床相比，数控机床能够完成平面曲线和空间曲面的加工，加工精度和生产率都比较高，因而应用日益广泛。第一章数控机床概述

发展沿革1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一台三座标数控机床。1955年，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来。从1952年至今，NC机床按NC系统的发展经历的五代。第一章数控机床概述第一代：1955年NC系统以电子管组成，体积大，功耗大。第二代：1959年NC系统以晶体管组成，广泛采用印刷电路板。第三代：1965年NC系统采用小规模集成电路作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性进一步提高。

以上三代NC系统，由于其数控功能均由硬件实现，故历史上又称其为“硬线NC”。第一章数控机床概述第四代：1970年NC系统采用小型计算机取代专用计算机，其部分功能由软件实现，它具有价格低，可靠性高和功能多等特点。第五代：1974年NC系统以微处理器为核心，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上的机电一体化成为可能。这一代又可分为六个发展阶段：1979年：系统采用CRT显示，VLIC，大容量磁泡存储器，可编程接口和遥控接口等。1974年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，自诊断功能。第一章数控机床概述1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度补偿功能。1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机进入实用阶段。1988年：采用高性能32位机为主机的主从结构系统。1994年：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC系统的开发周期日益缩短。它是数控技术发展的又一个里程碑。第一章数控机床概述

发展趋势进入九十年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着下述方向发展运行高速化加工高精化功能复合化控制智能化体系开放化驱动并联化交互网络化第一章数控机床概述

运行高速化、加工高精化

速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。第一章数控机床概述运行高速化：使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。进给率高速化：在分辨率为1

m时，Fmax=240m/min。在Fmax下可获得复杂型面的精确加工。主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴最高转速达200000r/min。主轴转速的最高加（减）速为1.0g

，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。换刀速度

0.9秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）工作台（托盘）交换速度6.3秒。第一章数控机床概述

加工高精化：提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。

提高CNC系统控制精度采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上106脉冲/转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到0.01

m/脉冲）；位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。第一章数控机床概述采用误差补偿技术采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术;设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60％～80％。三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工中心的定位精度为±0.1

m。第一章数控机床概述

由于计算机技术的不断进步，促进了数控技术水平的提高，数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高，使得现代的数控设备在新的技术水平下，可同时具备运行高速化、加工高精化的性能。第一章数控机床概述

功能复合化

复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。镗铣钻复合—加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）；车铣复合—车削中心（ATC，动力刀头）；铣镗钻车复合—复合加工中心（ATC，可自动装卸车刀架）；铣镗钻磨复合—复合加工中心（ATC，动力磨头）；可更换主轴箱的数控机床—组合加工中心；第一章数控机床概述

控制智能化

随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：第一章数控机床概述

加工过程自适应控制技术

通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；并根据这些状态实时修调加工参数（主轴转速，进给速度，吃刀量）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。第一章数控机床概述MitsubishiElectric公司的用于数控电火花成型机床的“MiracleFuzzy”基于模糊逻辑的自适应控制器，可自动控制和优化加工参数；日本牧野在电火花NC系统Makino_Mce20中，用专家系统代替人进行加工过程监控。以色列的外置式力自适应控制器意大利Mandelli公司数控系统的可编程功率自适应控制功能。第一章数控机床概述

加工参数的智能优化与选择

将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间的目的。采用经过优化的加工参数编制的加工程序，可使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。第一章数控机床概述

智能故障诊断与自修复技术

智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法实现故障快速准确定位的技术。智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。智能自修复技术集故障自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并贯穿于加工过程的整个生命周期。智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系统中已有应用，基本上都是应用专家系统实现的。智能化自修复技术还在研究之中。第一章数控机床概述

智能化交流伺服驱动装置

目前已开始研究能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。第一章数控机床概述

智能4M数控系统

在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者（即4M）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作一体化的4M智能系统。第一章数控机床概述

体系开放化定义（IEEE，电气和电子工程师协会）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。开放式数控系统特点：系统构件（软件和硬件）具有标准化(Standardization)与多样化(Diversification)和互换性(Interchangeability)的特征；允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统“积木式”的集成。构造应该是可移植的和透明的。第一章数控机床概述开放体系结构CNC的优点向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；标准化的人机界面：标准化的编程语言，方便用户使用，降低了和操作效率直接有关的劳动消耗；第一章数控机床概述向用户特殊要求开放：更新产品、扩充能力、提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求，给用户提供一个方法，从低级控制器开始，逐步提高，直到达到所要求的性能为止。另外用户自身的技术诀窍能方便地融入，创造出自己的名牌产品；可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。第一章数控机床概述

开放式数控装置的概念结构硬件配置单元软件配置单元标准计算机硬件数控系统基本硬件数控功能应用程序DOS(WINDOWS)实时多任务操作系统RTM应用程序接口NC构件库第一章数控机床概述

国内外开放式数控系统的研究进展美国：NGC(TheNextGenerationWork-station/MachineController)和OMAC(OpenModularArchitectureController)计划欧共体：OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)计划日本：OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)计划华中I型——基于IPC的CNC开放体系结构航天I型CNC系统——基于PC的多机CNC开放体系结构第一章数控机床概述

驱动并联化并联加工中心（又称6条腿数控机床、虚轴机床）是数控机床在结构上取得的重大突破。驱动杆机架

动平台主轴电机伺服电机主轴刀具柔性夹具工件静平台并联机床结构示意图第一章数控机床概述第一章数控机床概述第一章数控机床概述

特点:并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物；由于它没有传统机床所必需的床身、立柱、导轨等制约机床性能提高的结构，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。第一章数控机床概述

鉴于并联机床具有许多传统机床所无法比拟的卓越性能，它作为一种新型的加工设备，已成为当前机床技术的一个重要研究方向。近年来，受到了国际机床行业的高度重视。在近几年的国际知名机床博览会上，一些世界著名的机床厂商都展出了他们研制的并联机床，得到了行家们的高度评价，被认为是“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”，“21世纪新一代数控加工设备”。第一章数控机床概述

交互网络化

支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成“全球制造”的基础单元。网络资源共享。数控机床的远程（网络）监视、控制。数控机床的远程（网络）培训与教学（网络数控）数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程（网络）诊断、远程维护、电子商务等）。第一章数控机床概述习题与思考题1-1．名词解释：数字控制、数控机床、点位控制系统、轮廓控制系统、开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统1-2.NC机床由哪几部分组成，试用框图表示各部分之间的关系，并简述各部分的基本功能。1-3．试从控制精度、系统稳定性及经济性三方面，比较开环、闭环、半闭环系统的优劣？1-4．从NC系统、联动轴数、伺服系统、机床来看，NC机床各分为几类，它们各用于什么场合？第一章数控机床概述阅读报告请在下列的专题中选择一项，查阅相关资料并写出读书报告：数控系统发展趋势；进给伺服系统和驱动电机发展趋势；主轴驱动系统和主轴电机发展趋势；数控机床的发展趋势；国外最新数控系统或机床介绍、比较（至少6种）要求：阅读00年以后的文献资料，并在上交时附上相应的参考文献或网址。阅读报告的字数不得少于3500汉字。第一章数控机床概述自学任务

内容：数控加工程序的手工编程方法（两次课的时间）

要求：熟悉数控加工的G、M、F、S等指令的意义和使用方法；能正确理解数控机床的机床坐标系、工件坐标系的概念，并会判别数控机床的坐标系；会编制简单的数控加工程序。

参考书的章节：廖效果《数控技术》湖北科学技术出版社武汉，2000第二章的手工编程部分。其它相关参考书的相关章节。第一章数控机床概述机床数控技术2024/10/713:51数控81本章内容编程的基础知识数控铣床的程序编制数控车床的程序编制自动加工技术主要内容第一节编程的基础知识第一节编程的基础知识83数控加工程序的编制：我们将从零件图样到制作数控机床的程序代码并校核的全部过程称为数控加工的程序编制。编程的基础知识一、程序编制的内容和步骤1.分析零件图样2.确定加工工艺过程3.计算走刀轨迹4.编写数控加工程序5.程序校验和首件试加工84计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改数控机床编程的基础知识用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转绘图在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法首件试切方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求2024/10/713:51数控85常用的校验和试切方法：程序编制的方法：手工编程和自动编程两种2024/10/713:51数控86UG;Pro/E;SolidCAM;MasterCAM手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高。自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。二、程序编制的方法手工编程：适用场合，几何形状不太复杂的零件自动编程：适用于场合形状复杂的零件，虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）87二、程序编制的方法88三、程序的结构和格式数控程序由程序编号、程序内容和程序结束段组成。数控89三、程序的结构和格式N10

GＸＸX30.0Z20.0ＦＸＸＳＸＸＸＴＸＸＸＸＭＸＸＬＦ程序段序号准备功能字坐标功能字进给功能字主轴转速度刀具功能字辅助功能字程序段结束字程序格式字2024/10/713:51数控901.机床坐标系

机械坐标系，它用以确定工件、刀具等在机床中的位置，是机床运动部件的进给运动坐标系，其坐标轴及运动方向按标准规定，是机床上的固有坐标系。机床坐标系原点又称机床零点，它是其他所有坐标系，如工件坐标系以及机床参考点的基准点。四、数控机床坐标系和运动方向规定

进给运动坐标系数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴；数控机床坐标系标准：右手直角笛卡尔坐标系。2024/10/713:51数控91四、数控机床坐标系和运动方向规定基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。

坐标轴相互关系：由右手定则决定。回转坐标系：绕X.Y.Z轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。2024/10/713:51数控92XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A四、数控机床坐标系和运动方向规定2024/10/713:51数控93坐标轴正方向：定义为刀具相对工件运动的方向

编程时不必知道机床运动的具体配置，就能正确地进行编程。附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用U.V.W表示。四、数控机床坐标系和运动方向规定

Z坐标（轴）方位Z坐标平行主轴轴线的进给轴。主轴能摆动：在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标；2024/10/713:51数控942024/10/713:51数控95各坐标轴及正方向？2024/10/713:51数控96

数控装置上电时并不知道机床零点，为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点（测量起点），机床起动时，通常要进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。机床参考点

2.工件坐标系工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称为编程坐标2024/10/713:51数控97四、数控机床坐标系和运动方向规定第二节数控铣床的程序编制一数控铣床的功能概述一数控铣床的功能概述

数控铣床主要功能包括：1）点位控制功能

实现对相互位置精度要求较高的孔系加工。2）连续轮廓控制功能

实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。3）刀具半径补偿功能

可以根据零件的标注尺寸来编程，不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，减少编程时的复杂数值计算。4）刀具长度补偿功能

可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。

二

数控铣床编程基础1）G：准备功能码(G功能字)2）X、Y、Z：坐标字3）F：进给功能字(F字)4）S：主轴转速功能字(S字)5）M：辅助功能码(M功能字)6）D：刀具功能字(D字)

准备功能G代码是使数控机床建立起做某种加工方式的指令。1准备功能G代码它用G和两位数字来表示，从G00到G99共100种G代码有模态和非模态之分。模态G代码：一旦执行就一直保持有效，直到同一模态组的另一个G代码替代为止。非模态G代码：只有在它所在的程序段内有效。同一程序段出现非同组的几个代码，并不影响G代码的续效性。同组代码不能同时出现在一个程序段中。

坐标字由坐标名、带＋、-符号的绝对坐标值(或增量坐标值)构成。2坐标字X、Y、Z：X、Y、Z方向的主运动U、V、W：分别对应平行X、Y、Z坐标的第二坐标A、B、C：分别对应绕X、Y、Z坐标的转动坐标I、J、K：圆弧中心坐标，圆弧的起点相对于圆心的增量坐标，分别对应于X、Y、Z坐标方向。表示坐标名的英文字母的含义如下所示：3进给功能字(F字)它由地址码F和后面表示进给速度值的若干位数字构成。用它规定直线插补G01和圆弧插补G02／G03方式下，刀具中心的进给运动速度。进给速度是指沿各坐标轴方向速度的矢量和；进给速度的单位取决于数控系统的工作方式和用户的规定。它可以是mm/min、in/min、r／min。例如在米制编程的零件程序中F220就是表示进给速度为220mm/min。4主轴转速功能字(S字)

S字用来规定主轴转速，它由S字母后面的若干位数字组成，这个数值就是主轴的转速值，单位是r/min。例如：S300表示主轴的转速为300r／min。5辅助功能字(M功能)M辅助码：是控制机床开关功能的指令，如切削液打开，主轴正转、反转等。M地址字后接2位数值，M00～M99，部分已国际标准化。在同一程序段中，既有M代码，又有G代码时，系统将根据设定的参数来决定执行先后顺序：1)辅助功能代码与坐标移动指令同时执行。2)在执行坐标移动指令之前执行辅助功能，通常称之为“前置”。3)在坐标移动指令完成以后执行辅助功能，称为“后置”。M代码也分成模态和非模态两种。如：M03,M04M代码可以分成两大类，一是基本M代码，另一类是用户M代码。基本M代码是由数控系统定义的；用户M代码则是由数控机床制造商定义的。辅助功能字(M功能)（1）M00程序暂停指令当程序执行到含有M00程序段时，先执行该程序段的其它指令，最后执行M00指令，但不返回程序开始处，再启动后，接着执行后面的程序。辅助功能字(M功能)(2)M02：程序结束指令现代的数控系统，零件加工程序都先输入到计算机内存中，执行程序时从内存中调出，按先后顺序执行，这时，M02和M30代码的功能就是一样的。执行到M02(或M30)时程序执行停止，指针重新设置到第一个程序段。再启动时，从第一句再次执行该零件程序。（3）M03/M04主轴正反转该辅助代码与S功能字联合使用，用来启动主轴旋转如：M03S1000辅助功能字(M功能)6刀具偏置字(D字和H字)在程序中，D字（或H）后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具直径值调出，当使用刀具补偿被G41，G42（或G43）调用时，这个值就是刀具直径（或长度）的补偿值。(1)G54建立工件坐标系如何返回机床坐标系？与G55、G56、G57、G58、G59可选择6个坐标系7一些准备G代码指令G54：X-50

Y-50

Z-10建立了原点在O′加工坐标系G55：X-100

Y-100

Z-20建立了原点在O″的加工坐标系2）坐标平面设定指令（G17，G18，G19）

G17表示选择

XY平面；G18表示选择

ZX平面；G19表示选择

YZ平面。一般，数控车床默认在ZX平面内加工，数控铣床默认在XY平面内加工

3）

绝对坐标及增量坐标编程指令

G90表示程序段的坐标字为绝对坐标；

G91表示程序段的坐标字为增量坐标。4）G00快速点定位命令刀具以点位控制方式移动到下一个目标位置（点）格式：G00X—Y—Z—其中：X、Y、Z为目标点增量或绝对坐标。

G00的定位过程：从程序段执行开始，加速到指定的速度，然后按此速度移动，最后减速到达终点。速度值由具体数控系统和机床决定，程序段中不能用F功能字指定。AB速度时间运动的几种方式：（1）按机床设定速度先令某轴移动到位后再令另一轴移动到位；（2）各轴按相同速度一齐移动，此时若X、Y、Z坐标要求行程不相等，各轴到达目标点的时间不同，刀具运动轨迹为一空间折线；（3）令各铀以不同的速度(各轴移动速度比等于各轴移动距离比)移动，同时到达目标点，刀具运动轨迹为一直线。

编程前应了解机床数控系统的G00指令各坐标轴运动的情况，避免刀具与工件或夹具碰撞。直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现空间直线运动。程序格式：G01X～Y～Z～F～其中：X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。例：实现图中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：绝对方式编程：G90G01X10Y10F100增量方式编程：G91G01X-10Y-20F100（1）直线插补指令G018轮廓插补命令(2)圆弧插补指令顺时针圆弧插补指令（G02）逆时针圆弧插补指令（G03）方向：从XY平面（ZX平面，YZ平面）的Z轴（Y轴，X轴）的正向往负向观察XYG17G03G02ZXG18G03G02YZG19G03G02格式：G03XxYyIiJjFf或G03XxYyRrFfx,y----终点坐标(与G90和G91有关)I,j----圆心坐标(增量值，与G90和G91无关)r------圆弧半径(负值表示大于180度圆弧)f------切向速度例：G03X100.Y100.I50.J50.F100.

或

G03X100.Y100.R50.F100.圆弧插补示例，加工轨迹如图指定圆心、绝对编程方式：

G01X200.0Y40.0；

G90G03X140.0Y100.0I-60.0F300；

G02X120.0Y60.0I-50.0；90120140200R60R501006040OYXCBA编程基础圆弧插补示例，加工轨迹如图指定圆心的，增量编程方式：

G91G03X-60.0Y60.0I-60.0F300；

G02X-20.0Y-40.0I-50.0；90120140200R60R501006040OYXCBA圆弧插补示例，加工轨迹如图指定半径、绝对编程方式：G01X200.0Y40.0；G90G03X140.0Y100.0R60.0F300G02X120.0Y60.0R50.0；90120140200R60R501006040OYXCBA圆弧插补示例，加工轨迹如图指定半径的，增量编程方式：

G91G03X-60.0Y60.0R60.0F300；

G02X-20.0Y-40.0R50.0；

90120140200R60R501006040OYXCBA

刀具具有一定的半径，刀具中心点的运动轨迹与被加工零件的轮廓轨迹不重合，必须使刀具中心的运动轨迹偏离轮廓一个刀具半径值，这种偏移叫做刀具半径补偿。(2)刀具半径补偿指令(G41/G42/G40)G41为刀具半径左补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿。（刀具绕工件顺时针运动）

G42为刀具半径右补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀具半径补偿。（刀具绕工件逆时针运动）G40为补偿撤消指令。G41/G42G00/G01X～Y～D～//建立补偿程序段

…………

…………G40G00/G01X～Y～

//补偿撤消程序段

//轮廓切削程序段程序格式：

G41/G42程序段中的X、Y值是建立补偿直线段的终点坐标值；G40程序段中的X、Y值是撤消补偿直线段的终点坐标；D为刀具半径补偿代号地址字，后面一般用两位数字表示代号，代号与刀具半径值一一对应。编程基础▢

刀补建立▢刀补进行▢刀补撤销编程基础（1）建立和取消刀补只能由G00、G01切线进入或切出,不能使用圆弧指令。（2）必须在切入工件前完成刀具半径补偿，建立补偿可在工件外或废料中进行，不能在切入工件的同时进行刀具补偿，这样会产生过切现象。（3）刀具半径补偿结束用G40撤销，撤销时也要防止过切。（4）刀具半径补偿只能在平面内补偿，不要在刀具补偿状态下，连续出现第三轴的移动指令。注意事项编程基础设定加工坐标系为（X0，Y0，Z0）；主轴转速度800r/min进给速度150mm/min；采用T01号刀具XYP1(250,550)P2(250,900)P3(450,900)P4(500,1150)P5(900,1150)C1(700,1300)R250C2(1550,1550)R650R650C3(-150,1150)P6(950,900)P7(1150,900)P8(1150,550)P9(700,650)综合实例N00G92X0Y0Z0；N10G90G17M03S800；N20G01G41X250.0Y550.0D01；N30G01Y900.0F150；N40X450.0；N50G03X500.0Y1150.0R650.0；N60G02X900.0Y1150.0R-250.0；N70G03X950.0Y900.0R650.0；N80G01X1150.0；N90Y550.0；N100X700.0Y650.0；N110X250.0Y550.0；N120G01G40X0Y0；N130M30XYP1(250,550)P2(250,900)P3(450,900)P4(500,1150)P5(900,1150)C1(700,1300)R250C2(1550,1550)R650R650C3(-150,1150)P6(950,900)P7(1150,900)P8(1150,550)P9(700,650)综合实例第三节数控车削加工程序编制1.数控车削加工的主要对象：1）精度要求高的回转零件2）表面质量要求高的零件3）表面形状复杂的回转体零件2.数控车床的主要功能能加工回转类零件的端面、轴肩、内外圆柱面和圆锥面、曲面、沟槽、螺纹等形状。

一、数控车床编程基础3.数控车床程序编制的特点：1）可以绝对值编程和增量值编程2）径向尺寸编程（直径编程或半径编程）3）具备不同形式的回定循环，可过行多次循环切削4）具有刀具半径自动补偿功能4.数控车床机床的坐标系机床原点与机床坐标系机床原点：机床坐标系的零点机床原点的建立：用回参考点方式建立数控车床的机床原点多定在卡盘后端面的中心。机床参考点是用来确立机床坐标系的参照点是各坐标轴测量的起点是机床上固有的点

数控机床开机启动时，通常都要进行返回参考点操作，进行一次位置校准，以正确地在机床工作时建立机床坐标系。设置加工坐标系（2）

直接设置工件坐标系

编程格式G50X～Z～

式中X、Z的值是起刀点相对于加工原点的位置。例：如图所示设置加工坐标的程序段如下：

G50X128.7Z375.1坐标系设定指令（1）

编程格式G54～G595

常用功能字

1）F功能F指定的两种方式：每分钟进给量编程格式G98F**每分钟进给量，单位为mm/min。

例：G98F100表示进给量为100mm/min。每转进给量编程格式G99F**

主轴每转进给量，单位为mm/r。

例：G99F0.2表示进给量为0.2mm/r。2）S功能缺省格式：编程格式

S～

S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。恒线速格式：编程格式

G96S～

S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。

例：G96S150

对图中所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：A：n=1000×150÷(π×40)=1193r/min

B：n=1000×150÷(π×60)=795r/min

C：n=1000×150÷(π×70)=682r/min

恒线速取消

编程格式

G97S～

S后面的数字表示恒线速度取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。

例：G97S3000表示恒线速取消后主轴转速3000r/min。3）T功能T功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式T～T后面有两位数表示所选择的刀具号码。若有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。

例：T0302表示选用3号刀及2号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。T0300表示取消刀具补偿。4）M功能M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLESTART）使程序继续运行；

M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；

M03：主轴顺时针旋转；

M04：主轴逆时针旋转；

M05：主轴旋转停止；

M08：冷却液开；

M09：冷却液关；

M30：程序停止，程序复位到起始位置。二、基本编程指令1.G指令部分1)直线插补指令（G01）

直线插补指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿x轴、z轴方向执行单轴运动。输入格式：

G01X(U)

Z(W)

F

；相对编程绝对编程绝对方式编程：相对方式编程：A->B->C?N010G01X75Z50F0.2A->BN020G01X100F0.2B->CN010G01U0W-75F0.2A->BN020G01U25F0.2B->C2)圆弧插补指令（G02/G03）

输入格式：顺圆

G02X

Z

I

K

F

；或G02X

Z

R

F

；逆圆

G03X

Z

I

K

F

；或G03X

Z

R

F

；（1）用增量坐标U、W也可以；

X、Z–

指定的终点U、W–

起点与终点之间的距离I－圆心相对圆弧起点之X轴的坐标增量K－圆心相对圆弧起点之Z轴的坐标增量R–

圆弧半径(最大180度)。圆弧编程实例A->B

练习：B->AABOG02X50.0Z30.0I25.0F0.3；G02U20.0W-20.0I25.0F0.3；G02X50.0Z30.0R25.0F0.3；G02U20.0W-20.0R25.0F0.3；绝对圆心绝对半径相对半径相对圆心3)暂停指令（G04）

G04X(U)(