机床操作与数控技术作业指导书

机床操作与数控技术作业指导书TOC\o"1-2"\h\u29252第一章机床操作基础 2219371.1机床概述 2301891.2机床分类与结构 2271691.2.1机床分类 2126671.2.2机床结构 3183011.3机床操作安全规范 3310961.3.1操作前准备 379291.3.2操作过程 3301561.3.3操作后处理 328219第二章数控技术概述 4218632.1数控技术基本概念 463792.2数控系统组成 4255882.3数控机床分类 46第三章数控编程基础 5149753.1数控编程概述 531973.2数控编程基本步骤 5189303.3常用数控指令 54143第四章数控加工工艺 6140394.1数控加工工艺概述 6141364.2数控加工工艺参数设置 7306524.3数控加工工艺优化 721800第五章机床操作与维护 8297435.1机床操作流程 8298675.1.1操作前准备 841445.1.2操作步骤 814405.1.3操作注意事项 8124195.2机床维护保养 993955.2.1日常维护保养 9261895.2.2定期维护保养 943365.2.3维护保养注意事项 994405.3机床故障排除 9181695.3.1故障分类 9150115.3.2故障排除方法 10140065.3.3故障排除注意事项 1020087第六章数控系统操作 10286036.1数控系统基本操作 10279126.1.1数控系统启动与关闭 10168316.1.2数控系统界面操作 10199526.1.3数控系统文件管理 11311846.2数控系统参数设置 11303496.2.1参数分类 11271796.2.2参数设置方法 11207366.3数控系统故障诊断 1166306.3.1故障分类 11163056.3.2故障诊断方法 118907第七章数控加工精度与检测 12149107.1数控加工精度概述 12140957.2数控加工精度影响因素 1299407.3数控加工精度检测方法 1221966第八章数控机床编程实例 13315388.1平面加工编程实例 13113888.1.1实例背景 13191828.1.2编程步骤 13216618.2曲面加工编程实例 14216798.2.1实例背景 14226638.2.2编程步骤 14282888.3轮廓加工编程实例 14325158.3.1实例背景 14290278.3.2编程步骤 157415第九章数控加工应用领域 1517399.1数控加工在制造业的应用 15260019.2数控加工在航空航天的应用 1537579.3数控加工在汽车制造的应用 1613440第十章数控技术发展趋势 161926510.1数控技术发展趋势概述 162745710.2智能化数控技术 171015810.3绿色数控技术 17，第一章机床操作基础1.1机床概述机床，作为机械制造行业中的基础设备，其主要功能是对工件进行各种加工，如车、铣、刨、磨等。机床在制造业中占据着举足轻重的地位，其功能、精度和可靠性直接影响到产品的质量和生产效率。科学技术的不断发展，机床技术也在不断进步，为各类工业生产提供了有力保障。1.2机床分类与结构1.2.1机床分类机床按照加工方式、功能和结构特点可分为以下几类：（1）车床：主要用于加工轴类、盘类等回转体工件，具有较好的加工精度和生产效率。（2）铣床：用于加工平面、曲面、齿轮等，具有广泛的加工范围。（3）刨床：主要用于加工平面和斜面，适用于大批量生产。（4）磨床：用于加工各种高精度、高表面质量的要求，如轴类、齿轮、模具等。（5）钻床：用于加工孔径较小的孔，适用于各种小型零件的生产。（6）镗床：用于加工较大孔径的孔，适用于大型零件的生产。1.2.2机床结构机床主要由以下几部分组成：（1）床身：机床的基础部分，承担整个机床的重量和负荷。（2）床头箱：安装床头箱，实现工件的旋转或直线运动。（3）工作台：安装工件，实现工件的装夹和定位。（4）滑板：连接床头箱和工作台，实现机床的运动。（5）刀架：安装刀具，实现加工过程。（6）电气控制系统：控制机床的运动和加工过程。1.3机床操作安全规范机床操作安全规范是保证操作人员安全、提高生产效率、降低设备故障率的重要措施。以下为机床操作安全规范：1.3.1操作前准备（1）检查机床各部件是否完好，保证设备正常工作。（2）熟悉机床的结构、功能和操作方法。（3）穿戴好个人防护装备，如工作服、安全帽、防护眼镜等。1.3.2操作过程（1）按照机床操作规程进行操作，不得擅自更改工艺参数。（2）注意观察机床运行状态，发觉异常情况立即停机检查。（3）加工过程中，不得将手伸入机床危险区域。（4）保持机床周围环境整洁，及时清理废料、油污等。1.3.3操作后处理（1）关闭机床电源，将机床擦拭干净。（2）整理工具和刀具，做好机床保养工作。（3）填写机床操作记录，记录当班生产情况。第二章数控技术概述2.1数控技术基本概念数控技术，全称为数字控制技术，是指利用数字信号对机床的运动和加工过程进行控制的现代制造技术。数控技术集机械制造、电子技术、计算机技术、自动控制技术等于一体，是实现机械加工自动化、精确化和高效化的关键手段。数控技术的基本原理是将加工零件的形状、尺寸、加工顺序等信息以数字代码的形式输入计算机，计算机根据这些信息进行运算和处理，然后输出指令控制机床的运动，从而实现零件的加工。2.2数控系统组成数控系统主要由以下几个部分组成：（1）输入输出设备：输入设备用于输入数控指令和加工数据，如键盘、鼠标、触摸屏等；输出设备用于显示数控系统的运行状态和加工结果，如显示器、打印机等。（2）数控装置：数控装置是数控系统的核心部分，主要包括处理器（CPU）、存储器、接口电路等。数控装置负责接收输入的数据，进行运算和处理，控制指令。（3）驱动装置：驱动装置用于将数控装置输出的控制指令转换为机床的电信号，驱动电动机或液压系统实现机床的运动。（4）执行机构：执行机构是数控机床的重要组成部分，包括机床的主轴、导轨、丝杠等。执行机构根据驱动装置输出的信号进行运动，完成零件的加工。（5）反馈装置：反馈装置用于实时监测机床的运动状态，将实际运动参数反馈给数控装置，以便数控装置对加工过程进行调整和优化。2.3数控机床分类数控机床根据其加工方式、功能和结构特点，可分为以下几类：（1）数控车床：主要用于加工轴类零件的外圆、内孔、螺纹等。（2）数控铣床：主要用于加工平面、曲面、轮廓等。（3）数控磨床：主要用于磨削平面、外圆、内孔等。（4）数控镗床：主要用于加工孔径较大的孔。（5）数控齿轮加工机床：主要用于加工齿轮的各种参数。（6）数控电火花加工机床：利用电火花腐蚀金属，适用于加工硬质合金、不锈钢等难加工材料。（7）数控激光加工机床：利用激光束对材料进行切割、焊接、雕刻等加工。（8）数控：具有多种功能，可进行焊接、搬运、装配等作业。第三章数控编程基础3.1数控编程概述数控编程是数控加工过程中的重要环节，其任务是根据零件图纸和工艺要求，制定出合理的数控加工工艺路线、刀具运动轨迹和参数，并以数字代码的形式表达出来。数控编程的主要目的是将零件的设计意图和加工要求转化为数控机床能够识别和执行的指令，从而实现零件的高精度、高效率、高可靠性加工。3.2数控编程基本步骤数控编程的基本步骤包括以下几个方面：（1）分析零件图纸：了解零件的结构特点、尺寸精度、表面粗糙度等要求，为制定加工工艺提供依据。（2）确定加工工艺：根据零件图纸分析结果，确定加工顺序、刀具选择、切削参数等，以保证加工质量和效率。（3）编写数控程序：按照加工工艺要求，使用数控编程语言编写数控程序，包括刀具轨迹、切削参数、辅助功能等。（4）输入数控程序：将编写好的数控程序输入到数控机床的控制系统，以便机床执行加工任务。（5）调试与验证：在实际加工前，对数控程序进行调试和验证，保证程序的正确性和可靠性。（6）加工过程监控：在加工过程中，实时监控机床运行状态和加工质量，发觉问题及时进行调整。3.3常用数控指令以下为几种常用的数控指令：（1）准备功能指令（G指令）：用于指定加工过程中的基本操作，如G00（快速定位）、G01（直线插补）、G02（顺时针圆弧插补）、G03（逆时针圆弧插补）等。（2）辅助功能指令（M指令）：用于控制机床的非加工动作，如M03（主轴顺时针旋转）、M04（主轴逆时针旋转）、M08（冷却液开启）、M09（冷却液关闭）等。（3）刀具功能指令（T指令）：用于选择和更换刀具，如T01（选择1号刀具）、T02（选择2号刀具）等。（4）进给功能指令（F指令）：用于指定进给速度，如F100（进给速度为100mm/min）等。（5）主轴功能指令（S指令）：用于控制主轴转速，如S1200（主轴转速为1200r/min）等。（6）程序跳转指令（GOTO指令）：用于实现程序的循环、分支等结构，如GOTO10（跳转到程序号为10的语句）等。（7）子程序调用指令（M98指令）：用于调用子程序，如M98P100（调用程序号为100的子程序）等。（8）程序结束指令（M30指令）：用于结束程序运行，如M30（程序结束）等。第四章数控加工工艺4.1数控加工工艺概述数控加工工艺是指在数控机床上进行加工的方法、步骤及其相关技术要求。数控加工工艺的合理性直接影响到加工质量和效率。数控加工具有加工精度高、加工质量稳定、生产效率高等特点，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造等领域。数控加工工艺主要包括以下几个方面：（1）工件定位与装夹：保证工件在数控机床上正确、稳定地定位，以满足加工精度的要求。（2）刀具选择与安装：根据加工对象和加工要求，选择合适的刀具，并正确安装到数控机床的刀架上。（3）加工路径规划：合理规划加工路径，提高加工效率，降低加工成本。（4）数控编程：根据加工工艺要求，编写数控程序，实现加工过程的自动化。（5）加工参数设置：根据加工材料和加工要求，合理设置加工参数，提高加工质量。（6）加工过程监控与优化：实时监控加工过程，发觉并解决加工过程中出现的问题，不断优化加工工艺。4.2数控加工工艺参数设置数控加工工艺参数设置是保证加工质量和效率的关键环节。以下是一些常见的数控加工工艺参数：（1）切削速度：切削速度是指刀具切削工件时的线速度，单位为m/min。切削速度的选择应考虑工件材料、刀具材料和机床功能等因素。（2）进给速度：进给速度是指刀具在加工过程中沿加工方向的移动速度，单位为mm/min。进给速度的选择应考虑加工精度、表面粗糙度和机床功能等因素。（3）切削深度：切削深度是指刀具切入工件的深度，单位为mm。切削深度的选择应考虑工件材料、刀具功能和机床稳定性等因素。（4）刀具补偿：刀具补偿是指在加工过程中，对刀具磨损、变形等因素进行补偿，以保证加工精度。刀具补偿分为半径补偿和长度补偿两种。（5）加工余量：加工余量是指加工过程中，预留的去除材料厚度。加工余量的选择应考虑加工精度、加工效率和工件材料等因素。（6）刀具选择：根据加工对象和加工要求，选择合适的刀具。刀具选择应考虑刀具材料、刀具形状和刀具尺寸等因素。4.3数控加工工艺优化数控加工工艺优化是指在保证加工质量的前提下，提高加工效率、降低加工成本的一系列措施。以下是一些常见的数控加工工艺优化方法：（1）合理规划加工路径：通过优化加工路径，减少加工过程中的空行程，提高加工效率。（2）选用高效刀具：选用具有较高切削功能的刀具，提高切削效率，降低加工成本。（3）优化切削参数：根据加工材料和刀具功能，合理调整切削速度、进给速度等参数，提高加工质量和效率。（4）采用自适应控制技术：自适应控制技术可以根据加工过程中工件的实际状态，自动调整加工参数，实现加工过程的实时优化。（5）应用现代制造技术：如高速加工、五轴加工等，提高加工精度和效率。（6）加强加工过程监控：通过实时监控加工过程，发觉并解决加工过程中出现的问题，不断优化加工工艺。（7）开展工艺试验：通过工艺试验，验证加工工艺的合理性，为实际加工提供依据。第五章机床操作与维护5.1机床操作流程5.1.1操作前准备在操作机床之前，操作者应保证具备以下条件：（1）熟悉机床的结构、功能、功能和操作方法；（2）了解加工零件的工艺要求、加工路线和切削参数；（3）检查机床各部件是否正常，如有异常应及时报告；（4）检查刀具、夹具是否符合加工要求；（5）准备必要的工具、量具和辅助设备。5.1.2操作步骤机床操作步骤如下：（1）开启机床电源，检查机床各系统是否正常；（2）输入加工程序，检查程序是否正确；（3）调整刀具、夹具，保证加工精度；（4）启动机床，按照加工路线进行加工；（5）加工过程中，密切观察机床运行状态，发觉异常及时停车检查；（6）加工完成后，关闭机床电源，清理工作现场。5.1.3操作注意事项在操作机床过程中，操作者应注意事项如下：（1）严格遵守操作规程，不得擅自更改机床设置；（2）操作过程中，注意安全防护，防止发生意外伤害；（3）发觉机床故障，及时报告，不得擅自处理；（4）保持机床清洁，定期进行维护保养。5.2机床维护保养5.2.1日常维护保养日常维护保养包括以下内容：（1）检查机床各部件是否正常，如有异常及时处理；（2）定期清理机床，保持清洁；（3）检查液压、气动系统，保证工作正常；（4）检查电源、控制系统，保证安全可靠；（5）检查刀具、夹具，保证加工精度。5.2.2定期维护保养定期维护保养包括以下内容：（1）更换机床润滑油、液压油；（2）检查、调整机床导轨、丝杠、齿轮等运动部件；（3）检查、调整电气控制系统；（4）检查、调整液压、气动系统；（5）检查、调整刀具、夹具。5.2.3维护保养注意事项在维护保养过程中，应注意以下事项：（1）严格遵守维护保养规程，保证安全；（2）使用合适的工具和设备进行维护保养；（3）及时记录维护保养情况，便于查阅；（4）发觉机床故障，及时报告，不得擅自处理。5.3机床故障排除5.3.1故障分类机床故障可分为以下几类：（1）机械故障：包括导轨、丝杠、齿轮等运动部件故障；（2）电气故障：包括电源、控制系统故障；（3）液压、气动故障：包括液压泵、气动元件故障；（4）刀具、夹具故障：包括刀具磨损、夹具损坏等。5.3.2故障排除方法故障排除方法如下：（1）机械故障：检查相关部件，找出故障原因，进行修复或更换；（2）电气故障：检查电路、电器元件，找出故障原因，进行修复或更换；（3）液压、气动故障：检查液压泵、气动元件，找出故障原因，进行修复或更换；（4）刀具、夹具故障：检查刀具、夹具，找出故障原因，进行修复或更换。5.3.3故障排除注意事项在故障排除过程中，应注意以下事项：（1）保证安全，切断机床电源、气源；（2）使用合适的工具和设备进行故障排除；（3）及时记录故障原因及排除过程，便于查阅；（4）发觉严重故障，及时报告，不得擅自处理。第六章数控系统操作6.1数控系统基本操作6.1.1数控系统启动与关闭数控系统的启动与关闭是操作的基本步骤。启动前，应保证电源稳定，并按照以下步骤操作：（1）打开电源总开关，待系统自检完成后，按下启动按钮。（2）系统启动后，检查各功能模块是否正常运行，如有异常，应及时处理。6.1.2数控系统界面操作（1）主界面：数控系统启动后，进入主界面。主界面包括菜单栏、工具栏、状态栏和操作区。（2）菜单栏：包含系统设置、文件、编辑、视图、工具、窗口和帮助等菜单项。（3）工具栏：提供常用功能的快捷操作。（4）状态栏：显示当前系统状态、坐标值等信息。（5）操作区：用于显示和编辑程序、图形等。6.1.3数控系统文件管理（1）打开文件：在主界面中，选择“文件”菜单，“打开”，选择所需文件。（2）保存文件：在编辑过程中，选择“文件”菜单，“保存”，将文件保存至指定位置。（3）导入导出：支持导入和导出多种格式的文件，方便与其他软件进行数据交换。6.2数控系统参数设置6.2.1参数分类数控系统参数分为以下几类：（1）系统参数：包括系统设置、坐标系设置、进给率设置等。（2）工件参数：包括工件尺寸、形状、材质等。（3）刀具参数：包括刀具类型、尺寸、切削速度等。6.2.2参数设置方法（1）打开系统设置界面，选择“参数设置”菜单。（2）根据需要选择相应参数类别，进行设置。（3）设置完成后，“确定”按钮保存设置。6.3数控系统故障诊断6.3.1故障分类数控系统故障可分为以下几类：（1）硬件故障：包括电源、控制器、驱动器、传感器等部件损坏。（2）软件故障：包括系统软件、应用软件错误或冲突。（3）通信故障：包括数控系统与外部设备之间的通信异常。6.3.2故障诊断方法（1）观察法：通过观察故障现象，判断故障部位。（2）测试法：使用测试仪器，对系统各部件进行测试，找出故障点。（3）询问法：向操作者了解故障发生前的情况，分析可能原因。（4）逻辑分析法：根据故障现象和已知条件，逐步推理，找出故障原因。在诊断故障时，应遵循以下原则：（1）先检查硬件，再检查软件。（2）先检查电源，再检查其他部件。（3）先检查外部设备，再检查数控系统。（4）先检查简单故障，再检查复杂故障。通过以上方法，可以快速准确地诊断数控系统故障，提高设备运行效率。第七章数控加工精度与检测7.1数控加工精度概述数控加工精度是指数控机床在加工过程中，零件的实际加工尺寸与理论尺寸之间的偏差。数控加工精度的高低直接影响到零件的加工质量和生产效率，是衡量数控加工技术水平的重要指标。数控加工精度主要包括尺寸精度、形状精度和位置精度三个方面。7.2数控加工精度影响因素数控加工精度受到多种因素的影响，以下为几个主要方面：（1）数控机床的精度：数控机床的精度主要包括机床本身精度、机床运动精度和机床安装精度。这些精度因素决定了机床在加工过程中的定位精度和重复定位精度。（2）刀具与工件的相对位置精度：刀具与工件的相对位置精度取决于数控机床的定位系统和控制系统。位置精度越高，加工精度越高。（3）刀具磨损：刀具磨损会导致加工尺寸发生变化，从而影响加工精度。合理选择刀具、及时更换刀具和采用刀具补偿功能可以减小刀具磨损对加工精度的影响。（4）数控系统误差：数控系统的误差主要包括脉冲当量误差、插补误差和伺服系统误差。这些误差会导致加工轨迹与理论轨迹之间存在偏差，从而影响加工精度。（5）环境因素：环境因素如温度、湿度、振动等也会对数控加工精度产生影响。采取相应的措施，如恒温、防振等，可以减小环境因素对加工精度的影响。7.3数控加工精度检测方法为保证数控加工精度，以下为几种常用的数控加工精度检测方法：（1）三坐标测量仪检测：三坐标测量仪是一种高精度、高效率的测量设备，可对零件的尺寸、形状和位置进行精确测量。（2）光学投影仪检测：光学投影仪利用光学原理，将零件轮廓投影到屏幕上，通过对比标准轮廓，实现对零件尺寸和形状的检测。（3）机械式测量仪器检测：机械式测量仪器如千分尺、卡尺、高度尺等，用于测量零件的线性尺寸和角度尺寸。（4）激光干涉仪检测：激光干涉仪利用激光干涉原理，对数控机床的运动轨迹进行实时检测，以评估机床的运动精度。（5）传感器检测：传感器可以实时监测数控机床的关键参数，如位移、速度、加速度等，从而评估机床的精度。（6）在线检测：在线检测是指将检测设备与数控机床相连，对加工过程中的零件进行实时检测。这种检测方法可以及时发觉加工误差，提高加工精度。（7）人工检测：人工检测是指操作者通过目测、触摸等方式，对加工零件的尺寸、形状和位置进行检查。这种方法虽然简单，但具有一定的主观性，检测结果可能受到操作者经验和技能的影响。第八章数控机床编程实例8.1平面加工编程实例8.1.1实例背景本节以某型号数控机床为例，介绍平面加工的编程方法。加工对象为一个矩形平面，尺寸为100mm×50mm，厚度为10mm，材料为铝合金。8.1.2编程步骤（1）确定加工坐标系：以矩形平面左下角为加工原点，建立加工坐标系。（2）设置刀具参数：选用φ10mm的平底立铣刀，刀具长度为50mm。（3）编写加工程序：N10G90G40G17G21；设置绝对编程、取消径向补偿、选择XY平面、设置单位为mmN20G0X0Y0Z10；快速定位到起始点N30G1Z5F100；线性插补，深度为5mm，进给速度100mm/minN40G1X100F200；线性插补，横向移动100mm，进给速度200mm/minN50G1Y50；线性插补，纵向移动50mmN60G1X0；线性插补，横向移动至起点N70G1Y0；线性插补，纵向移动至起点N80G0Z10；快速抬刀N90G0X0Y0；快速返回起始点N100M30；程序结束8.2曲面加工编程实例8.2.1实例背景本节以某型号数控机床为例，介绍曲面加工的编程方法。加工对象为一个球面，直径为50mm，材料为不锈钢。8.2.2编程步骤（1）确定加工坐标系：以球心为加工原点，建立加工坐标系。（2）设置刀具参数：选用φ10mm的球头立铣刀，刀具长度为50mm。（3）编写加工程序：N10G90G40G17G21；设置绝对编程、取消径向补偿、选择XY平面、设置单位为mmN20G0X0Y0Z10；快速定位到起始点N30G1Z5F100；线性插补，深度为5mm，进给速度100mm/minN40G2X25Y25I25J25F200；顺时针圆弧插补，半径25mm，进给速度200mm/minN50G3X25Y25I25J25；逆时针圆弧插补N60G2X25Y25I25J25；顺时针圆弧插补N70G3X25Y25I25J25；逆时针圆弧插补N80G2X25Y25I25J25；顺时针圆弧插补N90G0Z10；快速抬刀N100G0X0Y0；快速返回起始点N110M30；程序结束8.3轮廓加工编程实例8.3.1实例背景本节以某型号数控机床为例，介绍轮廓加工的编程方法。加工对象为一个正方形轮廓，边长为100mm，材料为碳钢。8.3.2编程步骤（1）确定加工坐标系：以正方形左下角为加工原点，建立加工坐标系。（2）设置刀具参数：选用φ10mm的平底立铣刀，刀具长度为50mm。（3）编写加工程序：N10G90G40G17G21；设置绝对编程、取消径向补偿、选择XY平面、设置单位为mmN20G0X0Y0Z10；快速定位到起始点N30G1Z5F100；线性插补，深度为5mm，进给速度100mm/minN40G1X100F200；线性插补，横向移动100mm，进给速度200mm/minN50G1Y100；线性插补，纵向移动100mmN60G1X0；线性插补，横向移动至起点N70G1Y0；线性插补，纵向移动至起点N80G0Z10；快速抬刀N90G0X0Y0；快速返回起始点N100M30；程序结束第九章数控加工应用领域9.1数控加工在制造业的应用科技的不断发展，数控加工技术在制造业中发挥着越来越重要的作用。数控加工具有高精度、高效率、高质量的特点，广泛应用于各类制造业领域。在机械制造领域，数控加工技术可应用于各类零件的加工，如箱体、齿轮、轴类等。通过数控机床，可以精确控制零件的尺寸、形状和表面质量，提高产品的功能和可靠性。在模具制造领域，数控加工技术可以满足模具复杂形状和精细结构的要求，提高模具的精度和寿命，降低生产成本。同时数控加工还可以实现模具的快速制造，缩短产品研发周期。9.2数控加工在航空航天的应用在航空航天领域，数控加工技术具有极高的应用价值。航空航天器结构复杂，对零件的精度和可靠性要求极高。数控加工技术可以满足这些要求，为航空航天器的制造提供有力保障。数控加工在航空航天领域的应用主要包括以下几个方面：（1）发动机叶片的加工：发动机叶片是航空航天器的核心部件，其加工精度对发动机功能。数控加工技术可以精确控制叶片的形状和尺寸，提高叶片的气动功能。（2）结构件的加工：航空航天器的结构件通常具有复杂的形状和结构，数控加工技术可以实现结构件的高精度加工，保证结构强度和稳定性。（3）精密零件的加工：航空航天器中的精