数控机床操作与编程技术作业指导书

数控机床操作与编程技术作业指导书TOC\o"1-2"\h\u18215第1章数控机床概述 366381.1数控机床的基本概念 3248481.2数控机床的分类与组成 3162461.3数控机床的发展趋势 429266第2章数控机床编程基础 4295122.1编程语言的分类与特点 4227162.2编程的基本规则与格式 542362.3编程中的数值计算 53334第3章数控机床操作界面与功能 6221513.1操作界面的组成与功能 6320393.1.1显示屏 6173.1.2按键或触摸屏 6210943.2操作面板的功能键与操作 6194173.2.1功能键 6187153.2.2操作方法 791423.3数控机床的坐标系与运动控制 7120783.3.1坐标系 7173043.3.2运动控制 72008第4章数控车床编程与操作 712304.1数控车床编程基础 715944.1.1编程概述 7227214.1.2编程步骤 7239924.1.3编程规则与注意事项 857254.2数控车床的刀具补偿与径向进给 877524.2.1刀具补偿 860574.2.2径向进给 8174234.2.3刀具补偿与径向进给的编程实现 8208494.3数控车床的加工实例 874224.3.1车削外圆 874034.3.2车削内孔 8318294.3.3车削螺纹 9275734.3.4车削成形面 913103第5章数控铣床编程与操作 983575.1数控铣床编程基础 9160075.1.1基本概念 9236195.1.2编程步骤 9241545.1.3常用编程指令 10168685.2数控铣床的刀具补偿与轴向进给 1099305.2.1刀具补偿 1088905.2.2轴向进给 10254595.3数控铣床的加工实例 1098205.3.1工件分析 1098105.3.2编程与操作 101168第6章数控加工中心编程与操作 11263426.1数控加工中心编程基础 11169896.1.1数控加工中心概述 11316186.1.2编程基本概念 11134826.1.3编程坐标系 11178826.1.4编程指令 11238106.1.5编程格式 12300366.2数控加工中心的刀具补偿与换刀 1264426.2.1刀具补偿 1252986.2.2刀具补偿参数设置 1293886.2.3换刀 1215326.2.4换刀指令 1290976.3数控加工中心的加工实例 12263306.3.1实例一：平面加工 12265426.3.2实例二：孔加工 12268246.3.3实例三：轮廓加工 12283896.3.4实例四：复杂零件加工 1217344第7章数控电火花线切割机床编程与操作 13177387.1数控电火花线切割机床编程基础 13243957.1.1数控电火花线切割机床概述 1363007.1.2编程基本知识 13279367.1.3编程步骤 13273577.2数控电火花线切割机床的电极与工件装夹 13188747.2.1电极丝的选择与装夹 1318177.2.2工件的装夹与找正 13231737.3数控电火花线切割机床的加工实例 13126307.3.1实例概述 1478307.3.2加工参数 1448467.3.3加工程序 143597第8章数控机床的调试与验收 14120128.1数控机床的调试方法与步骤 1414198.1.1调试前的准备工作 14179558.1.2数控机床调试步骤 1598368.2数控机床的验收标准与流程 1543698.2.1验收标准 1565538.2.2验收流程 1596788.3数控机床调试与验收中的注意事项 1521043第9章数控机床的维护与故障排除 16211539.1数控机床的日常维护与保养 1657459.1.1日常检查 16148209.1.2定期保养 1621319.1.3操作注意事项 1688009.2数控机床的故障诊断与排除方法 16299869.2.1故障诊断 16182559.2.2故障排除方法 16107169.3常见故障案例分析 173491第10章数控机床操作与编程技能拓展 171534810.1高效率编程技巧 172873710.1.1程序结构优化 172893910.1.2刀具路径优化 171722910.1.3刀具半径补偿 17142810.1.4高速切削技术 181197510.2数控机床加工工艺优化 182086810.2.1机床参数设置 1876510.2.2刀具选择与布局 1888210.2.3机床热变形控制 182396910.2.4加工过程监控 181174010.3数控机床在智能制造中的应用摸索 18320610.3.1数控机床与工业集成 183261610.3.2数控机床与智能传感器结合 181723310.3.3数控机床与大数据分析 18162610.3.4数控机床在云计算中的应用 18第1章数控机床概述1.1数控机床的基本概念数控机床是一种采用数字控制技术进行控制的机床，它是集机械、电子、液压、气动等技术于一体的现代化加工设备。通过数控系统对机床的运动轨迹、加工参数及辅助功能进行程序控制，实现工件的高精度、高效率加工。数控机床在机械制造、航空、航天、汽车等行业具有广泛的应用。1.2数控机床的分类与组成（1）按数控系统类型分类（1）数控车床：用于加工轴类、盘类等回转体零件；（2）数控铣床：用于加工平面、曲面、模具等零件；（3）数控磨床：用于加工高精度、高表面质量的内、外圆及平面等；（4）数控镗床：用于加工箱体、壳体等零件；（5）数控加工中心：集铣、钻、镗、攻丝等功能于一体，适用于复杂零件的加工。（2）按控制轴数分类（1）三轴数控机床：具备X、Y、Z三个坐标轴；（2）四轴数控机床：在三轴基础上增加一个旋转轴（A轴或C轴）；（3）五轴数控机床：在三轴基础上增加两个旋转轴（A轴和C轴）。数控机床的组成主要包括：（1）数控系统：负责对机床的运行进行控制；（2）伺服系统：驱动机床运动；（3）机床本体：包括床身、立柱、工作台、刀架等主要部件；（4）辅助装置：包括液压、气动、冷却、润滑等系统；（5）附件：包括刀具、夹具等。1.3数控机床的发展趋势（1）高速、高精度加工：提高生产效率，满足精密、复杂零件的加工需求；（2）多轴、多通道控制：实现复杂零件的五轴联动加工，提高加工灵活性；（3）智能化：采用人工智能、大数据等技术，实现加工过程的自适应、自优化；（4）网络化：实现数控机床与上下料、生产线等的互联互通，提高生产自动化水平；（5）绿色制造：降低能耗、减少污染，实现可持续发展。第2章数控机床编程基础2.1编程语言的分类与特点数控机床编程语言主要包括以下几种类型：（1）手工编程语言：以G代码和M代码为主要编程元素，直接由操作者手工编写，具有操作简单、灵活性强的特点。（2）图形编程语言：通过图形界面进行编程，以参数化图形元素描述加工过程，便于操作者理解和掌握。（3）高级编程语言：如CNC高级编程语言、APT（自动程序工具）等，采用类似计算机编程的语言描述加工过程，具有编程效率高、通用性强的特点。各类编程语言特点如下：手工编程语言：操作简单，易于掌握，但编程效率较低，适用于形状简单的零件加工。图形编程语言：直观易懂，便于操作，但受限于图形界面，编程灵活性较低。高级编程语言：编程效率高，通用性强，但学习曲线较陡峭，对操作者编程能力要求较高。2.2编程的基本规则与格式数控机床编程遵循以下基本规则：（1）程序结构：数控程序由若干个程序段组成，每个程序段包括一个或多个指令。（2）指令格式：指令通常由地址代码、数值和分隔符组成。（3）地址代码：表示指令所作用的功能或轴，如G代码、M代码等。（4）数值：表示指令的具体参数，如坐标值、速度等。（5）分隔符：用于分隔地址代码、数值及程序段，如逗号、分号等。编程格式如下：（1）程序开始：以程序号开头，如%O1000。（2）程序段：每个程序段以地址代码、数值和分隔符组成，如G90G01X100Y100。（3）程序结束：以M30或M02指令结束程序。2.3编程中的数值计算在数控机床编程过程中，数值计算主要包括以下方面：（1）坐标计算：根据零件图纸和加工要求，计算各轴的坐标值。（2）速度计算：根据切削条件、机床功能等因素，计算切削速度、进给速度等。（3）刀具补偿计算：根据刀具磨损、加工误差等因素，计算刀具补偿值。（4）加工路径计算：根据零件形状和加工要求，规划加工路径，保证加工质量。（5）加工时间估算：根据机床功能、切削参数等，估算加工所需时间，为生产调度提供依据。在进行数值计算时，应注意以下事项：（1）保证计算过程正确无误，避免因计算错误导致加工质量问题。（2）遵循相关标准，如GB/T187342002《数控机床编程和操作》等。（3）充分考虑机床功能、切削条件等因素，保证计算结果具有实际指导意义。第3章数控机床操作界面与功能3.1操作界面的组成与功能数控机床的操作界面主要包括显示屏、按键或触摸屏等组成，其功能是对数控机床进行程序输入、参数设置、操作控制及状态监控等。3.1.1显示屏显示屏用于显示数控系统当前的状态、程序信息、警报提示以及操作指南等。其主要功能如下：（1）实时显示机床运行状态；（2）显示编程与参数设置界面；（3）显示故障诊断与警报信息；（4）提供操作指南及帮助信息。3.1.2按键或触摸屏按键或触摸屏用于输入指令、选择功能、调整参数等操作。其主要功能如下：（1）程序输入与编辑；（2）功能选择与参数设置；（3）启动、停止、暂停等控制操作；（4）机床坐标与运动控制。3.2操作面板的功能键与操作3.2.1功能键操作面板上的功能键主要包括：（1）电源键：用于开启或关闭数控系统；（2）模式选择键：用于切换手动、自动、回零等模式；（3）程序操作键：用于程序的选择、启动、停止、暂停等操作；（4）参数设置键：用于调整机床参数、坐标系参数等；（5）坐标轴控制键：用于控制各坐标轴的运动；（6）倍率调整键：用于调整进给速度和快速移动速度；（7）紧急停止键：用于紧急停止机床运行。3.2.2操作方法操作方法如下：（1）根据需要选择相应的功能键；（2）通过按键或触摸屏输入指令和参数；（3）执行操作，观察机床运行状态；（4）根据需要调整运动速度、坐标位置等。3.3数控机床的坐标系与运动控制3.3.1坐标系数控机床的坐标系主要包括：（1）机床坐标系：以机床为基准的固定坐标系；（2）工件坐标系：以工件为基准的可变坐标系；（3）刀具坐标系：以刀具为基准的坐标系。3.3.2运动控制数控机床的运动控制包括以下几种：（1）直线运动：包括坐标轴的进给运动和快速移动；（2）圆弧运动：包括圆弧插补和螺旋插补；（3）旋转运动：控制刀具或工件的旋转；（4）复合运动：直线运动与圆弧运动的组合。通过操作界面和功能键，操作者可以实现对数控机床的运动控制，完成各种加工任务。第4章数控车床编程与操作4.1数控车床编程基础4.1.1编程概述数控编程是利用数控系统对机床进行控制的过程，主要包括手工编程和计算机辅助编程。本章主要介绍数控车床的手工编程技术。4.1.2编程步骤（1）分析加工工艺；（2）确定加工路线；（3）编写数控程序；（4）程序输入与仿真；（5）实际加工。4.1.3编程规则与注意事项（1）编程格式要规范，便于阅读与修改；（2）合理设置加工参数，保证加工质量；（3）注意刀具的选用与切削参数的设置；（4）遵循机床操作规程，保证安全。4.2数控车床的刀具补偿与径向进给4.2.1刀具补偿（1）刀具半径补偿：用于修正刀具半径与实际加工轮廓的差异；（2）刀具长度补偿：用于修正刀具长度与工件加工表面的差异。4.2.2径向进给径向进给是指刀具沿工件径向移动进行切削的过程。合理设置径向进给可以保证加工质量和提高加工效率。4.2.3刀具补偿与径向进给的编程实现（1）刀具补偿编程方法；（2）径向进给编程方法；（3）刀具补偿与径向进给编程实例。4.3数控车床的加工实例4.3.1车削外圆（1）分析加工要求；（2）确定加工参数；（3）编写数控程序；（4）实际加工。4.3.2车削内孔（1）分析加工要求；（2）确定加工参数；（3）编写数控程序；（4）实际加工。4.3.3车削螺纹（1）分析加工要求；（2）确定加工参数；（3）编写数控程序；（4）实际加工。4.3.4车削成形面（1）分析加工要求；（2）确定加工参数；（3）编写数控程序；（4）实际加工。通过本章学习，读者可以掌握数控车床的编程与操作技术，为实际加工操作奠定基础。第5章数控铣床编程与操作5.1数控铣床编程基础数控铣床编程是利用数控系统对铣床进行自动化加工的关键技术。本节将介绍数控铣床编程的基本概念、编程步骤及常用编程指令。5.1.1基本概念（1）数控编程：根据零件加工要求，将加工过程分解为若干个有序的加工步骤，并用数控系统能够识别的代码表示出来。（2）数控程序：由一系列指令组成的，用于指导数控机床完成特定加工任务的代码序列。（3）数控指令：表示数控机床加工操作的特定代码，包括准备功能指令、辅助功能指令和程序控制指令等。5.1.2编程步骤（1）分析加工要求，确定加工工艺；（2）选择合适的刀具和切削参数；（3）编写数控程序；（4）输入数控程序；（5）进行程序检验和机床调试；（6）正式加工。5.1.3常用编程指令（1）G指令：准备功能指令，用于指定机床的动作；（2）M指令：辅助功能指令，用于控制机床的辅助设备；（3）T指令：刀具选择指令，用于选择和更换刀具；（4）S指令：主轴转速指令，用于控制主轴的转速；（5）F指令：进给速度指令，用于控制刀具的进给速度；（6）X、Y、Z指令：轴位移指令，用于控制机床各轴的移动。5.2数控铣床的刀具补偿与轴向进给数控铣床加工过程中，刀具补偿和轴向进给是保证加工精度的重要环节。5.2.1刀具补偿刀具补偿是指在编程过程中，根据刀具的实际尺寸和形状，对程序中的刀具路径进行修正，以保证加工尺寸的准确性。5.2.2轴向进给轴向进给是指刀具在加工过程中，沿工件轴向方向的移动。轴向进给的控制主要包括进给速度和进给深度的设定。5.3数控铣床的加工实例以下是一个简单的数控铣床加工实例，以说明编程与操作过程。5.3.1工件分析某矩形工件，材料为45钢，尺寸为100mm×50mm×20mm，要求加工出如图5.1所示的形状。5.3.2编程与操作（1）选择刀具：T1，直径为10mm的平底铣刀；（2）设定主轴转速：S1000；（3）设定进给速度：F200；（4）编写数控程序：N1G21（设定单位为毫米）N2G90（设定绝对编程）N3G40（取消刀具补偿）N4G17（设定为XY平面）N5T1M6（选择刀具，换刀）N6S1000M3（设定主轴转速，启动主轴）N7G0X0Y0Z5（快速定位至起始点）N8Z10（下降至加工深度）N9G1X100Y0F200（沿X轴加工至100mm）N10G0Z5（快速提升至安全高度）N11Y50（沿Y轴移动至50mm）N12G1X0F200（沿X轴加工至原点）N13G0Z5（快速提升至安全高度）N14M5（停止主轴）N15M30（程序结束）（5）输入数控程序，进行程序检验和机床调试；（6）正式加工。第6章数控加工中心编程与操作6.1数控加工中心编程基础6.1.1数控加工中心概述数控加工中心是一种高效、精密的数控机床，广泛应用于航空、航天、汽车、模具等制造业。本章主要介绍数控加工中心的编程与操作技术。6.1.2编程基本概念数控编程是根据零件加工要求，利用编程软件或手工编制程序，控制数控机床完成零件加工的过程。编程基本概念包括：编程坐标系、编程指令、编程格式和编程技巧。6.1.3编程坐标系编程坐标系是编程的基础，包括机床坐标系、工件坐标系和局部坐标系。合理选择坐标系有利于简化编程、提高加工精度。6.1.4编程指令数控加工中心编程指令包括：G代码、M代码、T代码、S代码、F代码等。掌握各类指令的功能和使用方法，是编程的关键。6.1.5编程格式编程格式包括线性编程、圆弧编程、孔加工编程等。编程格式应符合国家标准和机床厂家要求，保证程序的正确性和可靠性。6.2数控加工中心的刀具补偿与换刀6.2.1刀具补偿刀具补偿是数控加工中心编程中的重要环节，主要包括径向补偿和轴向补偿。正确设置刀具补偿，可以提高加工精度和效率。6.2.2刀具补偿参数设置刀具补偿参数包括：刀具半径补偿、刀具长度补偿、刀具角度补偿等。设置刀具补偿参数时，应遵循“就近原则”和“最小切削长度原则”。6.2.3换刀数控加工中心在加工过程中，需要根据不同的加工要求更换刀具。掌握换刀的方法和技巧，可以提高加工效率。6.2.4换刀指令换刀指令包括：T代码、M代码等。编程时，应根据加工顺序和换刀要求，合理安排换刀指令。6.3数控加工中心的加工实例6.3.1实例一：平面加工本实例主要介绍平面加工的编程与操作，包括加工工艺、编程指令、刀具选择等。6.3.2实例二：孔加工本实例主要介绍孔加工的编程与操作，包括加工工艺、编程指令、刀具选择等。6.3.3实例三：轮廓加工本实例主要介绍轮廓加工的编程与操作，包括加工工艺、编程指令、刀具选择等。6.3.4实例四：复杂零件加工本实例主要介绍复杂零件加工的编程与操作，包括加工工艺、编程指令、刀具选择等。通过本章学习，读者应掌握数控加工中心编程与操作的基本技能，为实际生产中的应用奠定基础。第7章数控电火花线切割机床编程与操作7.1数控电火花线切割机床编程基础7.1.1数控电火花线切割机床概述数控电火花线切割机床是利用高速运动的金属丝（电极丝）和工件之间的电火花腐蚀作用进行加工的一种高精度特种加工机床。本章主要介绍数控电火花线切割机床的编程与操作技术。7.1.2编程基本知识数控电火花线切割机床编程主要包括坐标系统、程序格式、指令代码和参数设置等内容。了解这些基本知识，有助于正确编写和修改加工程序。7.1.3编程步骤（1）分析加工图纸，确定加工工艺。（2）选择合适的电极丝直径、工件材料和切割参数。（3）根据加工要求，绘制加工程序图形。（4）编写加工程序。（5）检查程序，进行模拟加工。（6）将加工程序输入数控系统。7.2数控电火花线切割机床的电极与工件装夹7.2.1电极丝的选择与装夹（1）选择电极丝直径，应考虑工件材料、切割速度和加工精度等因素。（2）电极丝装夹要牢固，防止切割过程中电极丝松动。7.2.2工件的装夹与找正（1）工件装夹前，要清洁工件表面，保证装夹牢固。（2）采用找正块或百分表进行工件找正，保证加工精度。（3）工件装夹时要留有足够的切割余量。7.3数控电火花线切割机床的加工实例以下是一个简单的数控电火花线切割机床加工实例。7.3.1实例概述本实例为加工一个矩形工件，材料为45钢，尺寸为100mm×50mm×10mm。7.3.2加工参数电极丝直径：0.18mm切割速度：80mm/min脉冲宽度：200μs脉冲间隔：100μs工件装夹：采用平口钳装夹工件。7.3.3加工程序N1G90（绝对编程）N2G40（取消径向补偿）N3G49（取消刀具补偿）N4T0202（选择电极丝直径为0.18mm）N5M03S80（开启主轴，设定切割速度为80mm/min）N6G00X0Y0（快速定位至加工起点）N7G01X100Y0（直线切割）N8G01X100Y50N9G01X0Y50N10G01X0Y0N11M05（关闭主轴）N12M30（程序结束）注意：实际加工过程中，需根据工件材料和加工要求调整切割参数和加工程序。本实例仅供参考。第8章数控机床的调试与验收8.1数控机床的调试方法与步骤8.1.1调试前的准备工作在开始数控机床调试之前，需保证以下准备工作已完成：（1）检查机床外观，确认无破损、漏油等现象。（2）检查机床电气系统，确认各部件连接正常，无松动、短路等现象。（3）检查机床液压、气动系统，确认压力正常，无泄漏现象。（4）准备调试所需工具、量具及调试程序。8.1.2数控机床调试步骤（1）开机自检：启动数控机床，进行开机自检，保证各系统正常工作。（2）参数设置：根据机床型号和工艺要求，设置合适的系统参数。（3）机床回零：进行机床回零操作，保证各轴运动正常。（4）单轴运动调试：分别调试各轴的运动，确认运动方向、速度、加速度等参数正确。（5）联动调试：调试各轴之间的联动，保证加工过程中各轴配合顺畅。（6）加工调试：运行调试程序，进行实际加工，观察加工结果是否符合要求。（7）故障排查：在调试过程中，如遇到故障，需及时排除。8.2数控机床的验收标准与流程8.2.1验收标准（1）机床功能：确认机床功能指标符合合同要求，如加工精度、切削速度等。（2）系统功能：检查数控系统各项功能是否正常，如自动报警、故障诊断等。（3）机床安全：确认机床安全防护装置齐全，操作安全可靠。（4）附件及工具：检查附件、工具是否齐全，功能正常。8.2.2验收流程（1）准备工作：验收人员熟悉验收标准，准备好验收工具、量具等。（2）机床验收：按照验收标准，对机床进行功能、功能、安全等方面的检查。（3）加工验收：进行实际加工，观察加工质量、加工效率等指标。（4）验收报告：整理验收结果，填写验收报告。（5）验收反馈：将验收结果反馈给机床供应商，协商解决存在的问题。8.3数控机床调试与验收中的注意事项（1）严格按照调试与验收流程进行操作，保证安全、高效。（2）在调试过程中，密切观察机床运行状态，发觉异常及时处理。（3）验收过程中，保证数据准确，避免主观判断。（4）对机床调试与验收中遇到的问题，及时与供应商沟通，寻求解决方案。（5）验收合格后，对机床进行定期保养，保证机床长期稳定运行。第9章数控机床的维护与故障排除9.1数控机床的日常维护与保养9.1.1日常检查检查机床各部位紧固件是否牢固；检查液压系统、气动系统及润滑系统的运行状况；检查电气控制系统及各部件的接线是否正常；检查机床防护装置是否完好。9.1.2定期保养根据机床说明书进行定期更换润滑油、液压油、冷却液等；定期清理机床内部及外部的铁屑、灰尘等杂物；定期检查并调整机床各部位的间隙；定期检查并更换磨损严重的零部件。9.1.3操作注意事项操作过程中注意观察机床运行状况，发觉异常立即停机检查；严禁超负荷使用机床；严格按照操作规程进行操作，防止误操作。9.2数控机床的故障诊断与排除方法9.2.1故障诊断观察故障现象，了解故障发生的时机和过程；分析故障原因，确定故障部位；利用诊断工具和仪器对故障进行检测；查阅相关资料，对比故障现象，找出故障原因。9.2.2故障排除方法对于确定故障原因的故障，采取相应措施进行排除；对于难以确定的故障，采用逐一排查法、替换法等方法；对于复杂故障，可以邀请厂家技术人员进行指导；排除故障后，对机床进行全面检查，保证机床恢复正常运行。9.3常见故障案例分