第一章数控加工编程基础

• 4．工艺适用性的专门化数控机床正不断涌现 • 近年来对并联机构机床和混联机构机床的研究（图）以 及对可重构机床（RMT）技术的探索，反映了对制造装 备能更方便地实现个性化、多样化发展的一个追求。 • 5．智能化和集成化成为数字化制造的重要支撑技术 • 采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决 策、过程适应控制、误差补偿智能控制、复杂曲面加工 运动轨迹优化控制、故障自诊断和智能维护以及信息集 成等功能，将大大提升成形和加工精度、提高制造效率。 • 6．发展适应敏捷制造和网络化分布式的制造系统 • 近10年来制造系统的发展历程，基本上遵循以下两个方 向： 增强制造系统的智能化和自治管理功能；发展新型 制造系统以适应不确定性的市场环境。 • 7．向大型化和微小化两极发展 • 8．配套装置和功能部件的品种质量日臻完善
• 4.效率高 • 零件加工所需要的时间包括在线加工时间与辅助时间两部 分。数控机床能够有效地减少这两部分时间，因而加工生 产率比一般机床高得多。数控机床主轴转速和进给量的范 围比普通机床的范围大，每一道工序都能选用最有利的切 削用量，良好的结构刚性允许数控机床进行大切削用量的 强力切削，有效地节省了在线加工时间。数控机床移动部 件的快速移动和定位均采用了加速与减速措施，由于选用 了很高的空行程运动速度，因而消耗在快进、快退和定位 的时间要比一般机床少得多。 • 5.有利于生产管理的现代化 • 用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并 有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特 点都有利于使生产管理现代化。数控机床在应用中也有不 利的一面，如提高了起始阶段的投资，对设备维护的要求 较高，对操作人员的技术水平要求较高等 。
3、工件原点
件原点工件原点即工件坐标系原点，也称程序原点或编程原点， 用“W”表示。它是编程时定义在工件上的几何基准点。
五、工件坐标系的设定 1、采用G92指令设置工件坐标系
数 控 编 程 与 加 工 技 术
以工件原点为基准，测量刀具起始点的坐标值，并把这个坐标值通 过G92指令存到系统的存储器中，作为零件所有加工尺寸的基准点。因 此，在每个程序的开头，都要设定工件原点的偏置值，其格式如下：
•
齐齐哈尔第二机床集团公司与清华大学合作研制的加工 水轮机叶轮的混联机构机床
一、数控机床的组成
Z轴伺服电机 数控系统及其 操作面板
变频主轴
行程开关
控制电柜
机床本体
x-y数控拖板
如图所示是一台三坐标数控铣床组成图
• 1.信息输入 • 输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数 控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系 统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网 络通信方式传送到数控系统中。 • 2.数控装置 • 数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取 出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过 数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处 理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作， 使其进行规定的有序运动和动作。
三、工件坐标系
建立在零件图上，编程使用的坐标系，又称为编程坐标系。
数 控 编 程 与 加 工 技 术
四、坐标原点 1、机床坐标系原点
机床坐标系原点也称机械原点 或零点，用“M”表示。
2、机床参考点
机床参考点也称基准点，是 大多数具有增量位置测量系统的 数控机床所必须具有的。它是数 控机床工作区确定的一个固定点， 与机床原点有确定的尺寸联系， 用“R”表示。
1.1 数控加工的基本概念
一、数控系统及数控机床
二、数控加工原理
一、数控系统及数控机床 1、数字控制
数 控 编 程 与 加 工 技 术
用数字化信号对机构的运动过程进行控制。
2、数控系统
实现数字控制相关功能的软、硬件模块的集成。
3、计算机数控系统
以计算机为核心的数控系统
4、数控机床
应用数控技术对其运动和辅助动作进行自动控制的机床。
机床上固有的，用 来确定工件坐标系 的基本坐标系。
①基本坐标轴为X、 Y、Z轴（移动轴） ②基本坐标轴X、Y、 Z的关系及其正方 向用右手直角定则 来判定。 ③相对于每个移动 坐标轴的旋转运动 坐标轴为A、B、C 轴（旋转轴）。 ④旋转运动坐标轴 A、B、C的正方向 用右手螺旋定则来 判定。
数 控 编 程 与 加 工 技 术
二、坐标轴及其运动方向 1、ISO2001标准的有关规定
数 控 编 程 与 加 工 技 术
(1)工件不动，刀具相对于静止的工件运动。 (2)增大工件与刀具之间距离的方向为机床某一运动的正方向。
2、坐标轴的判定方法
①Z轴：平行于机床主轴轴线的坐标轴。 数控车床的Z轴 数控立式升降台铣床的Z轴 数控卧式升降台铣床的Z轴 ②X轴：平行于工件装夹平面的坐标轴。 数控车床的X轴 数控立式升降台铣床的X轴 数控卧式升降台铣床的X轴 ③Y轴：与Z、X轴垂直的坐标轴。 ④旋转运动A、B、C轴 ⑤主轴旋转方向：从主轴后端向前端（装刀具或工件端）看，顺时针旋 转为主轴正旋转方向。
图 半闭环控制数控机床结构图
按功能水平分类
• 通常把数控机床分为高、中、低档（亦称 经济型）三类。数控机床水平的高低主要 指它们的主要技术参数，功能指标和关键 部件的功能水平等内涵。如： • 1．中央处理单元 • 2 ．分辨率和进给速度 • 3 ．多轴联动功能 • 4 ．显示功能 • 5 ．通讯功能
• 3.伺服驱动装置及检测反馈装置 • 驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大 后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工 出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应 性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要 因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行 机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为 执行机构。 • 位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测 出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置 将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动 装置按照指令设定值运动。 • 4.机床本体 • 机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立 柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自 动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各 种切削加工的机械部分。
第1章
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
数控加工编程基础
数控加工的基本概念 数控机床的坐标系 数控编程的步骤与方法 数控加工工艺基础 数控车削工艺基础 数控铣床和加工中心工艺基础 数控加工常用刀具
数控机床的产生
• 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制 飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。 • 1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究 室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制 成功第一台由大型立式仿形铣床。 • 1959年，加工中心 • 1967年，柔性制造系统 • 20世纪80年代初，柔性制造单元 • 20世纪80年代末90年代初，计算机集成制造系统
2．直线控制数控机床
能实现沿某一坐标轴或 两轴等速的直线移动和 加工的功能的控制系统。
3．轮廓控制数控机床
• 能实现两轴或两轴以上的联动加工，即具 有实现对曲线或曲面轮廓零件的加工能力 控制系统。所谓联动，就是机床上各坐标 轴的运动之间有着确定的函数关系，这个 函数就是零件的轮廓曲线（曲面）。
按伺服系统的控制方式分类 • 按伺服系统的控制方式不同可将数控机 床分为开环控制、闭环控制和半闭环控 制数控机床。 • 1. 开环控制数控机床 • 这类数控机床的运动部件没有位置检测 反馈装置， 采用步进电动机驱动， 如图 所示。
数控机床的分类
• • • • • 按工艺方法分类 1.金属切削类数控机床 数控铣床、数控钻床、加工中心等 2.金属成型类及特种加工类数控机床 数控折弯机、数控弯管机、数控线切割、 激光加工机、数控装配机、数控测量机
按控制运动轨迹分类
• 1．点位控制数控机床 • 仅能控制刀具相对于 工件的精确定位控制 系统，而在相对运动 的过程中不能进行任 何加工。
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二、数控加工原理 1、数控加工过程
数 控 编 程 Βιβλιοθήκη Baidu 加 工 技 术
2、数据转换与控制过程
①译码 ②刀补运算 ③插补计算 ④PLC控制
1.2 数控机床的坐标系
一、机床坐标系 二、坐标轴及其运动方向 三、工件坐标系 四、坐标原点 五、工件坐标系的设定 六、绝对坐标编程及增量坐标编程
一、机床坐标系
我国数控机床现况
• • • • 中国数控机床的发展，大致经历三个阶段： 1.起步阶段（1958-1979年） 2.引进技术与开发阶段（1980-1989年） 3.产业化阶段（1990-2005年）
数控机床发展趋势
• 高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并 注重工艺适用性和经济性。 • 1．持续地提高经济加工精度 • 1950-2000年的50年内加工精度提升100倍左右。 • 2．推进全面高速化实现高效制造 • 在刀具材料和刀具结构不断发展的支持下，切削速度不断 地提高。高速化加工另一个特点是大多从单一的高速切削 发展至全面高速化，不仅要缩短切削时间，也要力求降低 辅助时间和技术准备时间。 • 3．复合加工机床促进新一代高效机床的形成 • 复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯 至成品的全部加工。复合机床根据其结构特点，可以分为 工艺复合型和工序复合型两类。
• 5.辅助控制装置 • 辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关 量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大 后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助 装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动 部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令， 冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹 紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。 • 由于可编程逻辑控制器（PLC）具有响应快，性能可 靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等 特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。
图 开环控制数控机床结构
• 2. 闭环控制数控机床 • 这类数控机床的运动部件上安装有位置 测量反馈装置， 由直流或交流伺服电动 机驱动， 如图所示。
图闭环控制数控机床结构
• 3. 半闭环控制数控机床 • 将位置检测元件安装在电动机轴端或丝 杠轴端， 通过角位移的测量间接计算出 机床工作台的实际运行位移， 与数控装 置中的指令位移量相比较， 实现差值控 制， 构成如图所示的半闭环控制。
数控机床的工作过程
• （1）准备阶段 • 根据加工零件的图纸，确定有关加工数据（刀具轨迹坐 标点、加工的切削用量、刀具尺寸信息等）。根据工艺方案、 选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息。 • （2）编程阶段 • 根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写 数控加工程序（对加工工艺过程的描述），并填写程序单。 • （3）准备信息载体 • 根据已编好的程序单，将程序存放在信息载体（穿孔带、 磁带、磁盘等）上，通过信息载体将全部加工信息传给数控 系统。若数控加工机床与计算机联网时，可直接将信息载入 数控系统。 • （4）加工阶段 • 当执行程序时，机床数控系统（CNC）将加工程序语句 译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的 统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的 加工。
数控机床的特点
• 数控机床的特点 • 1.自动化程度高，减轻劳动强度，改善劳动条件 • 数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的， 操作者除了操作面板、装卸零件、关键工序的中间测量以 及观察机床的运行之外，其他的机床动作直至加工完毕， 都是自动连续完成、不需要进行繁重的重复性手工操作， 劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到相应 的改善。 • 2.适应性强 • 利用数控机床加工改型零件，只需要重新编制程序就能实 现对零件的加工。 • 3.精度高 • 首先是在结构上引入了滚珠丝杠螺母机构、各种消除间隙 结构等，使机械传动的误差尽可能小；其次是采用了软件 精度补偿技术，使机械误差进一步减小；第三是用程序控 制加工，减少了人为因素对加工精度的影响。