上课课件数控机床概述-数控编程与操作

数控编程与操作河南机电高等专科学校机电系数控教研室2025/2/281目录单元1数控机床概述单元2数控加工工艺根底〔略〕单元3数控编程根底单元4数控车削加工〔华中数控〕单元5数控车削加工〔FANUC〕单元6数控车削加工〔SIEMENS〕单元7数控铣削加工〔华中数控〕单元8数控铣削加工〔FANUC〕单元9数控铣削加工〔SIEMENS〕数控宏程序2单元1数控机床概述1.1数控机床简介数控机床的产生和开展数控机床的组成数控机床的工作原理数控机床的分类数控机床的性能指标与功能数控机床的特点数控机床的本体结构典型的数控系统简介1.2数控机床平安使用及日常维护数控机床平安使用数控机床日常维护3MV4VACYCLE

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PROTECT数控加工：根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序，输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和刀具的相对运动，使之加工出合格零件的方法。1.1数控机床简介4一、数控机床的产生和开展5开展沿革1949年美国帕森斯〔Parsons〕公司接受美国空军的委托，加工飞机零部件，1952年，Parsons公司和麻省理工学院〔MIT〕合作研制了世界上第一台数控铣床，加工直升飞机螺旋桨叶片轮廓的检查样板。1955年，在Parsons专利的根底上，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来。〔46年第一台计算机诞生〕一、数控机床的产生和开展6一、数控机床的产生和开展从1952年至今，数控系统经历了两个阶段〔NC和CNC阶段〕和六代的开展。第一代：1952-1959年采用电子管元件构成的专用数控装置，体积大，功耗大。第二代：1959-1964年采用晶体管电路的数控装置，广泛采用印刷电路板。第三代：1965-1970年采用小、中规模集成电路的数控装置，体积小功耗低可靠性有了提高。第四代：1970-1974年采用大规模集成电路的小型通用计算机取代专用计算机。第五代：1974-1990年微处理器应用于数控系统，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上机电一体化成为可能。第六代：1990年-现在进入基于PC〔个人计算机〕时代。7二、数控机床的组成图1-1数控机床的组成

81、计算机数控装置〔CNC装置〕数控装置是数控机床的核心，其主要作用是接受输入的零件加工程序或操作命令，经过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理，向伺服单元、驱动装置、PLC等输出相应的控制命令，并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动，完成零件加工程序或操作所需的工作。

9二、数控机床的组成2、伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置包括：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是指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、准确地实现CNC装置指令：主轴运动指令：实现零件加工的切削运动〔速度控制〕；进给运动指令：实现零件加工的成形运动〔速度和位置控制〕。10二、数控机床的组成3、控制面板又叫操作面板。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；。它是数控机床一个特有的输入输出部件。11二、数控机床的组成

4、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。12二、数控机床的组成13二、数控机床的组成 5、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。14二、数控机床的组成6、机床本体机床本体：数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部件。组成：由主运动部件〔主轴、主运动传动机构〕、进给运动部件〔工作台、拖板及相应的传动机构〕、支承件〔立柱、床身等〕以及特殊装置〔工件自动交换系统、自开工作台交换APC系统、自动刀具交换ATC系统〕和辅助装置〔如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等〕。15数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤：根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序；所编写程序指令输入数控装置；数控装置将程序(代码)进行译码、运算之后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的零件。三、数控机床的工作原理数控装置伺服系统加工程序仿真演示16四、数控机床的分类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：17

五坐标的数控机床示意图数控线切割机床示意图

18

数控车床数控车床加工零件车削中心加工零件车削中心19

数控铣床及加工零件20

加工中心及加工零件21四、数控机床的分类1.按控制功能分类(1)点位控制数控机床仅能控制两个坐标轴，实现刀具或工作台从一个点到另一个点的精确定位运动；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22四、数控机床的分类(2)直线控制数控机床控制刀具或工作台以给定的速度从一点以直线准确地移动到下一个点运动过程中不进行任何加工同时控制的坐标轴只有一个，CNC无插补功能适用范围：现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带动多轴箱沿工件轴向进给进行钻削、镗削等切削加工，它可以算作这种数控机床。23四、数控机床的分类(3)轮廓控制〔连续控制〕数控机床具有控制2~5个进给轴同时谐调运动(坐标联动)的能力，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。运动轨迹是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。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。现代的数控机床根本上都是装备的这种数控系统。24四、数控机床的分类2.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。25四、数控机床的分类〔1〕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图1-3开环进给伺服系统简图26四、数控机床的分类无位置反响，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。27四、数控机床的分类〔2〕半闭环数控系统半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采用转角检测元件〔旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅直接安装在伺服电机或丝杠端部〕，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。28

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图1-4半闭环进给伺服系统简图29四、数控机床的分类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。30四、数控机床的分类〔3〕全闭环数控系统全闭环数控系统的位置采样点如图中虚线所示，采用直线位移检测元件〔光栅、磁尺、感应同步器等〕，安装在机床拖板上，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图1-5闭环进给伺服系统简图31四、数控机床的分类从理论上讲，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。32四、数控机床的分类334.按数控系统的功能水平分类四、数控机床的分类经济型数控机床又称简易数控机床

这一档次的数控机床仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，具有数码显示，CRT字符显示功能，机床进给由步进电动机实现开环驱动，控制的轴数和联动轴数在3轴或3轴以下。34这类数控系统功能较多，除了具有一般数控系统的功能以外，还具有一定的图形显示功能及面向用户的宏程序功能等，采用的微机系统为16位或32位微处理机，具有RS-232C通信接口，机床的进给多用交流或直流伺服驱动，一般系统能实现4轴或4轴以下联动控制。四、数控机床的分类性能类别CPU位数联动轴数分辨率(um)进给速度(m/min)显示高级型325<0.1>24三维动态普及型1630.1~1010~24字符图形经济型8<3<10<10字符

普及型数控机床又称全功能数控机床35采用的微机系统为32位以上微处理机系统，机床的进给大多采用交流伺服驱动，除了具有一般数控系统的功能以外，应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制。具有三维动画图形功能和宜人的图形用户界面，同时还具有丰富的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现与计算机的联网和通信。四、数控机床的分类高档数控系统36四、数控机床的分类37四、数控机床的分类按联动轴数分，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。38五、数控机床的性能指标与功能

39五、数控机床的性能指标与功能插补功能：数据密化进给功能主轴功能刀具补偿功能操作功能2.数控机床的主要功能程序管理功能图形显示功能辅助编程功能自诊断报警功能通信功能40数控机床的加工特点对加工对象的适应性强加工精度高自动化程度高，劳动强度低生产效率高良好的经济效益有利于现代化的生产管理六、数控机床的特点41六、数控机床的特点42数控车床七、数控机床的本体结构43数控铣床44立式加工中心45卧式加工中心46快走丝线切割机床47慢走丝线切割机床48虚拟轴机床49三坐标测量机50八、典型的数控系统简介FAGOR〔发格〕

SIEMENSFANUC华中HNC此外还有天津大学数控系统等511.2数控机床平安使用及日常维护52

3.熟悉机床特性，掌握机床运行规律各类数控机床都有其各自的特性，尤其是使用了一段时间的机床，做到了解它继而熟悉它，总结其运行规律，发现其特性，预见其可能出现的故障，是保证机床平安运行的有效手段。53

4.遵循机床操作规程违规操作是酿成重大事故的罪魁祸首。数控机床都有一套严格的平安操作规程，作为操作者，操作之前的首要任务是阅读并理解这些平安操作规程，同时在日后的操作中认真贯彻执行。操作规程因机床而异，但有一些共性的内容需熟知。①开机前先进行常规检查，检查机床各部位是否正常，开关、按钮是否在合理位置。②机床通电后检查电、气、液系统是否正常。③机床空运转15分钟以上，使机床到达热平衡状态。④执行机床各坐标轴回参考点操作，以确立机床坐标系。⑤保持机床运动局部良好的润滑状态，尤其是需手动润滑的部位，要定期加注润滑油。⑥机床运行过程中要坚守岗位，出现异常及时采取应急措施。⑦机床运行过程中不得随意开启电气柜门。⑧工件装夹要准确可靠。⑨程序需经校验无误前方可自动运行。54

5.做好机床日常记录机床运行过程中发现的不正常情况须认真做好记录，以便分析故障原因，为维修提供第一手资料。6.严格遵守劳动保护制度虽然设备平安是数控操作人员的岗位职责，但人生平安更是第一位的。在操作数控机床时，一定要遵守劳动保护制度，正确着装，穿收袖束腰的工作服，戴工作帽，禁穿高跟鞋、拖鞋上岗，禁止戴手套操作数控机床，长发要盘起收于工作帽内。55

7.冷静处理机床故障机床在使用中不可防止地会出现一些故障，此时操作者要冷静对待，不可盲目处理，切忌惊慌失措，以免产生更为严重的后果，要注意保存现场，待维修人员来后如实说明故障前后的情况，并参与共同分析问题，尽早排除故障。假设故障是由于操作失误所致，操作人员要及时吸取经验教训，防止下次犯同样的错误。56二、数控机床的日常维护保养

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2.保持机床清洁对于数控机床操作人员来讲，随时做好机床清洁工作，也是岗位职责中很重要的一局部。要坚持对主要部位如工作台、裸露的导轨、操作面板等每班擦一次，尤其是导轨面在下班前用软棉纱擦拭干净，涂上润滑油，防止导轨面的腐蚀。每周对整机进行一次彻底的清扫与擦拭，如电气柜冷却装置的防尘网、压缩空气系统的过滤器，冷却液中的切屑等，都要清理干净。另外，机床使用说明书对特定的机床还有一些其他的清洁要求，应参考执行。58

3.定期对机床各部位进行检查数控机床的液压系统、润滑系统、冷却系统、急停按钮、行程限位开关等与设备平安相关的部位需经常进行检查，以便及时发现问题，消除隐患。传动带的磨损及松紧情况；液压油、润滑油及冷却液的洁净程度；电动机及测速发电机电刷的磨损情况；断路器、接触器、继电器、单相灭弧器、三相灭弧器等需定期进行检查。数控系统和电气柜的散热通风装置需定时检查，一旦这些装置不能正常工作，便会导致电气元器件的工作环境恶化，造成设备运行故障。59

4.杜绝机床带故障运行