数控车理实一体化教案

数控车理实一体化教案
2012.2（浙江ningboshi）
第一章数控机床基本知识
一、数控机床的产生
1947年，美国巴森兹（Parson）公司在生产直升机机翼检验样板时，提出了数控机床的初始设想，这一设想迎合了美国空军为开发航天及导弹产品的需要，于是在1949年与麻省理工学院（MIT）合作，开始了三坐标铣床的数控化工作，到1952年3月公布了世界上第一台数控机床的试制成功，取名为：“Numerical Control”,这就是第一台数控机床。

从此，其它一些国家，如德国、日本、英国等国都开始研制数控机床，其中发展最快的还是日本，当今著名的数控系统厂商有：日本的法那科（FANUC）、德国的西门子（SIEMENS）等公司。

1959年美国Keaney&Treckre公司研制出具有刀库、换刀装置和回转工作台的新一代数控机床——加工中心（Machining Center）诞生了，并成为数控机床的主力。

自1952年开始，经历多次的发展演变，数控机床的发展大至可分为几下六个阶段：
第一阶段：1952年Parson公司与MIT合作开发的第一台电子管数控系统。

第二阶段：1960年出现晶体管和印刷电路板的数控系统。

第三阶段：1965年出现小规模集成电路的数控系统。

第四阶段：1970年小型计算机数控系统硬件的出现，并以软件形式开始实现数控功能的数控系统。

第五阶段：1974年出现了微处理器或微型计算机数控系统。

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第六阶段：20世纪90年代后出现的PC+NC智能数控系统。

二、数控技术的基本概念
数字控制（Numerical Control），简称NC，是用数字化信息实现机床控制的一种方法。

数字控制机床（Numerically Controlled Machine Tool）是采用了数字控制技术的机床，也称数控机床。

这种NC机床是由硬件来实现数控功能。

计算机数控（Computer Numerical Control）,简称CNC，它是采用微处理器或专用微机的数控系统，由事先存入在存储器中的系统程序来控制，从而实现部分或全部数控功能，这样的机床一般称为CNC机床。

三、数控机床的组成
现代数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主机组成，如图1-1所示。

1、控制介质
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控制介质是存储数控加工所需程序的介质，目前常用的控制介质有穿孔带、穿孔卡片、磁带和磁盘等。

早期常用的控制介质是8单位标准穿孔带。

2、数控装置
数控装置是数控机床的核心，它能够完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。

3、伺服系统
伺服系统是接收数控装置的指令，是数控系统的执行部分。

它包括伺服驱动电机、各种伺服驱动元件和执行机构。

每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，而整个机床的性能主要取决于伺服系统。

常用的伺服驱动元件有交流伺服系统和直流伺服系统。

4、测量反馈装置
测量反馈装置是用来检测速度和位移以及加工状态，并将检测到的信息转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算出偏差，并发出纠正误差指令。

测量反馈装置可分为半闭环和闭环两种。

5、机床主体
机床主体是数控机床的本体，主要包括：床身、主轴、进给机构等机械部件，还有冷却、润滑、转位部件，如换刀装置、夹紧装置等辅助装置。

四、数控机床的分类
（一）、按控制系统的特点分类
1、点位控制数控机床（Positioing Control）
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这类机床只控制刀具从一个坐标点到另一个坐标点的位置，而不控制运动的轨迹，因为在移动的过程中不进行任何切削加工。

如数控钻床、数控坐标镗铣床和数控冲床等。

2、直线控制系统（Strainght–line Control）
这类机床不仅要求控制刀具从一点到另一点的位置，而且还要具有准确的定位功能。

也称点位直线控制系统。

这类的机床有：数控车床、数控镗铣床等。

3、轮廓控制系统（Contour Control）
轮廓控制系统是对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制，具有插补功能。

其运动轨迹可是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。

（二）、按伺服系统的类型分类
1、开环控制系统（Open Loop Control）
开环控制系统是没有检测反馈装置，即系统没有位置反馈元件。

这类数控机床其精度主要取决于伺服系统的性能，优点是比较稳定，调试方便。

2、闭环控制系统（closed Loop Control）
这类机床是在机床移动部件（工作台）上直接装有位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，并与输入的指令进行比较，根据差值不断控制运动，进行误差补偿，最终实现精确定位。

闭环控制数控机床主要用在一些精度要求很高的加工中心、数控镗铣床、超精磨床等。

3、半闭环控制系统（Semi-closed Loop Control）
半闭环控制系统是在开环系统的丝杠或电机上装有检测元件。

这类机床具有稳定的控制特性。

由于采用了高分辨率的测量元件，又可以获得比较满意的精度与速度，故大多数数控机床中采用这种半
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闭环控制系统。

五、数控机床的特点
数控机床与普通机床相比较，具有以下六个特点。

1、适应范围广
在数控机床上加工零件是按照事先编制好的程序来实现自动化加工，当加工对象改变时，只须重新编制加工程序输入到数控系统中，即可加工各种不同类型的零件。

2、加工精度高
由于数控机床在进给装置中采用了滚珠丝杠螺母机构，又增加了消除丝杠螺母间隙装置。

故加工精度一般可达到0.005～0.1mm之间，同时也保证了较高的质量稳定性。

3、生产率高
数控机床能有效地减少零件加工时间和辅助时间，同时在结构设计上也采用了有针对性的设计，主轴转速和进给量的范围也得到了相应增加，其切削用量是普通机床的十几倍，再加上自动换刀装置等辅助措施，使得数控机床的生产率非常高。

4、加工质量稳定、可靠
在同一台数控机床中，使用相同刀具加工同一类零件时，其走刀轨迹也是完全一致，因此加工出来的零件质量是比较稳定、可靠。

5、改善劳动条件
由于数控机床能够实现自动化或半自动化；在加工中，操作者主要是程序的编辑、输入、装卸、
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刀具准备、加工状态的观察等，其劳动量极大地得到了降低。

6、利于生产管理现代化
在数控机床上加工时，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。

数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。

六、数控车床工作原理图
第二章KENT-18T编程
§2.1 KENT-18T编程知识一．概要
1．准备功能G指令
（1）直线插补
（2）圆弧插补
（3）螺纹插补
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2．进给功能F
为了切削零件，用指定的速度使刀具运动称进给，通常用mm/min表示。

3．坐标系与刀具运动
（1）参考点：机床零点，某个特定的位置。

（3）工件坐标系：
（4）绝对坐标与增量坐标：X、Z/U、W
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（5）绝对坐标
绝对坐标与原点位置有关
D
4．主轴功能S
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n=1000V/ЛD
r/min。

5．刀具功能T
T 0 1 0 1
刀号刀补号
6．辅助功能M
有关主轴、冷却和程序等一些辅助动作。

7．程序
（1）程序的构成
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O1111
程序段；
程序段； ……
程序段；
M30
（2）程序段
Noooo Goo X ±oooo.oo Z ±oooo.oo Moo Soo Too CR
顺序号 准备功能 坐标 辅助功能 主轴功能 刀具功能
刀具运动的顺
序
（3）主程序与子程序。

在工件的不同的地方加工相同的图形时，可以把这部分作为子程序来用，以缩短程序，提高编程效率。

8．刀具补偿
需经过对刀处理，使刀具的刀尖补偿后能达到重合。

二．控制轴
1．控制轴数
两轴：X轴和Z轴
2．设定单位
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公制：X：0.001
Z：0.001
3．最大行程
编程的最大单位9999．999
实际是达不到。

三．准备功能G
1．模态指令与非模态指令：
非模态：只有一段有效；
模态
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§2.2准备功能(G00、G01)
1．快速定位G00
格式：
N××××G00××X（U）±××××.××Z(W)±××××.××M××T××S××××*
如上图：刀具沿平行于坐标轴的直线快速走刀
N20 G00 X150 Z25
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N30（G00）X50（Z25）
G00模态指令可省，Z25，坐标没发生变化可省
或
N20 G00（U0）W-75
N30 G00 U-100 （W0）
绝对坐标没有变化U0可省，W0可省
右图：斜线
N20 G00 X50 Z25 或N20 G00 U-150 W-75
注意：
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（1）G00模态指令，可以自保，碰到G01、G02等指令后被相应功能代替。

（2）G00的速度在事先设定（2000~5000mm/min ）,F ××××视为无效，同时必须防止刀具与工件发生碰撞。

（3）G00可保留前面所设置好的进给速度。

2． 直线插补G01
N ×× G01 X （U ）±××××.×× Z （W ）±××××.×× F ××××*
X （U ）、Z （W ）：终点坐标
F ：刀具进给速度，范围： 000mm/min 。

如：
A→B：N30 G01 X24 Z35 F120* N30 G01 W-20 F120*
B→C：N40 G01 X44 Z10 N40 U20 W-20
用G00和G01举例：
G00X0Z2 G01Z0F50
X30 Z-30
X50Z-60 X62
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G00X100Z30
G01 模态指令，可以自保，与G1对应的X、Z、F也具有相应的模态功能。

第一次使用G01等指令应指明进给速度F。

§2.3准备功能(G02、G03)
1．圆弧插补G02/G03
G02顺时针圆弧，G03 逆时针圆弧。

G02或G03后必须R半径，范围999.999mm,过任意象限。

G02或G03将被其它模态指令代替。

2．G02/G03举例
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(1).编写精加工程序
O1111；M03S800T0101; G01 X32.;
G00 X24.Z0; G03 X40. Z-28.R4.;
G01 X0 F50; G01 Z-35.;
X12.; G02 X50.Z-40 R5.;;
G03X22.Z-5R5; G01X45;
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G01 Z-21.; G00X200Z100;
G02 X28.Z-24.R3.; M05; M30;
§2.4准备功能(G04、G28、G50) 1.暂停
在进行切槽、钻孔、车螺纹之前，可进行延时。

G04 X G04 P G04 U
0．001-99999.999
延时过程中，主轴转，刀具不做任何运动。

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例如要暂停2秒钟，则可写成如下指令：
G04 X2.；或G04 U2.；或G04 P2。

2.G28返回参考点
参考点事先设定，有很多场合如：需进行换刀、车削完毕等时候，可让刀具返回到设置好的参考点。

程序段格式：
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G28 X（U）Z（W）
当G28后跟X（U）、Z（W）时，通过中间点返回参考点。

注意：
由于返回参考点速度极快，与G00相同，因此必须防止刀具返回时与工件相碰撞。

单向返回：G28 U0; G28 W0;
举例：
例（1）如上图所示返回参考点程序段如下：
通过中间点（30，20）间接返回程序段
N120 G28 X60 Z20 *
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例（2）其它情况
G28 U10：先向+X移动双边10，再X向回零。

G28X100：X向退到直径100，再X向回零。

G28W10：先向+Z向移动10，再Z向回零。

G28Z-20：先移动到Z-20处，再Z向回零。

例. 3
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3、G50 坐标系设定或主轴最大速度设定
说明：G50指定用于在程序中设定编程坐标原点的位置，即为预置寄存指令。

大多数系统使用G92指令作为预置寄存指令。

G50也可用天恒线速度加工中，限制主轴最高转速。

格式：G50 S ；
§2.5 准备功能(G32、G92)
一．G32螺纹插补
(1).格式
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X（U）、Z（W）后跟螺纹路线终点坐标；
螺纹路线切削长度应略大于工件螺纹段的实际长度；
F螺距或导程，范围：0.0001mm—500.0000mm。

G32可以把前面G1、G2、G3、G90、G94等指令设置的F速度保留，G32结束后，F速度仍有效。

多刀车螺纹时，螺纹切削靠脉冲发生器上的一个零点标志保证刀具每次能从同一点切入。

2．举例：
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N10M03S400T0101; N20G00X32.Z-30.; N30G01X22.F75; N40X32.;
N50G00X200.Z3.; N60T0202;
N70G00X29.2Z3.;
N80G32Z-28.F1.5;
N90G00X35.;
N100Z3.;
N110X28.6;
N120G32Z-28.F1.5
N130G00X35.;
N140Z3.;
N150X28.37;
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N160G32Z-28.F1.5; N170G00X35.
N180G00X200.Z3.;N190M05; N200M30;
(3).其它问题
①螺纹加工时的头尾让出距离
由于螺纹切削时存在加速、匀速、减速过程，为防止加速和减速两过程造成螺纹头尾两段螺距变小.
②螺纹切削前延时
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主轴换带后应延时1—2秒，以使主轴转速稳定。

③螺纹切削进给速度及主轴转速的选择
大导程螺纹转速宜低，而小导程螺纹转速可高些。

螺n=2000/F-30，
二、准备功能(G92)
1. G92等螺距螺纹单一形状固定循环:格式与路线
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①直螺纹单形状矩形循环
格式：N G92 X（U）Z（W）F
②锥螺纹单一形状循环
格式：N G94 X（U）Z（W）R F
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分三刀:
3029.228.628.37
G00X34.Z3.；
G92X29.2Z-28.F1.5；
X28.6；
X28.37；
注意：
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①G90、G94、G92为模态指令，可以自保，直到碰到G00、G01、G02、G03等指令为止。

②G90、G94和G92的起点和终点为同中点，刀具位移后位置没有改变。

§2.6准备功能(G90、G94)
1．G90的格式与路线
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2．举例
（1）例一
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G90 X30 Z-40 F150
相当于：
N50 G00 X30
N60 G01 Z-40 F60
N70 X40
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N80 G00 Z2
（2）练习：
G00X40Z2；
G90X30Z-40R5.5F60；
（3）练习
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已经毛坯直径50，45钢
按照粗精车要求完成加工程序。

粗：S450 T0101 F200
a=2mm(双边)
余量：0.5mm
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精：S800 T0202 F50
3、G94 端面矩形循环
说明：
本指令主要用于加工长径比较小的盘类工件，它的车削特点是利用刀具的端面切削刃。

G94和G90的区别是G94先沿Z方向快速走刀，再车削工件端面，退刀
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光整外圆，再快速退刀回起点。

按刀具走刀方向，第一刀为G00方式快速进刀，第二刀切削工件端面，第三刀Z向退刀光整工件外圆；第四刀G00方式快退刀回起点。

举例：
程序：
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O0001；
M03 S500 T0101；
G00 X52. Z1.；
G94 X20.2 Z-2. F100; (粗加工)
Z-4.;
Z-6.;
Z-8.;
Z-9.8;
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X20. Z-10. F50.S800 ; (精加工)
G00 X100. Z100.;
M05;
M30;
§2.10准备功能(G71、G70)
1、G71 指令格式：
说明：G71指令主要适用于毛坯料粗车外径和粗车内径。

在G71指令描述零件的精加轮廓时，CNC系统中会根据加工程序所描述的轮廓
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形状和G71指令中所设的参数自动生成加工路径，将粗加工待切除余量切削完成。

其走刀轨迹如上图所示。

2、G70指令格式：
G70 精车固定循环
格式：G70 P（ns）Q(nf )
式中: ns ——精加工固定循环程序段的开始行号
nf ——精加工固定循环程序段的结束行号
说明：G70指令主要用在G71、G72、G73指令粗车后的精车循环。

在G70的状态下，在指定的精车描述程序段中的F、S、T有效；若不指定时，则按原粗加工时的F、S、T值。

注意在G70到G73中的ns到nf循环程序段中不能调用子程序；当G70循环结束时，刀具返回到起点，并读入下一程序段。

3、举例：
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G71、G70外圆循环加工程序：
O0003；
N10 M03 S500；
N20 T0202；
N30 G00 X44. Z2.；
N40 G71 U2. R0.5；
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N50 G71 P60 Q170 U0.3 W0.1 F100；
N60 G00 X0 ；
N70 G01 Z0 F50；
N80 X18.；
……
N160 X38.29 Z-51.；
N170 X44.；
N180 G00X44. Z2.；
N190 G70 P60 Q170；
N200 G00 X100.Z100.；
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N210 M05；
N220 M30；
§12.1准备功能(G72、G70) 1、G72指令格式：
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说明：G72加工的刀具轨迹必须沿X或Z方向都是单调变化。

外圆切削时走刀轨迹如图所示。

X和Z向精车预留量u 、w的符号取决于顺序号“ns”、“nf”间程序段所描述的轮廓形状。

G72不能用于加工端面内有凹的形状；精加工时第一刀须有Z向进给。

2、G70指令格式：
G70 精车固定循环
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格式：G70 P（ns）Q(nf )
式中: ns ——精加工固定循环程序段的开始行号
nf ——精加工固定循环程序段的结束行号
说明：G70指令主要用在G71、G72、G73指令粗车后的精车循环。

在G70的状态下，在指定的精车描述程序段中的F、S、T有效；若不指定时，则按原粗加工时的F、S、T值。

注意在G70到G73中的ns到nf循环程序段中不能调用子程序；当G70循环结束时，刀具返回到起点，并读入下一程序段。

3、举例：
用G72、G70指令加工如下图所示的零件。

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O0004；
N10 M03 S500 ；
N20 T0101；
N30 G00 X61.Z1.；
N40 G72 P50 Q100 U0.1 W0.3 F100；
N50 G0 Z-12.；
N60 G01 X40.；
N70 X30.Z-8.；
N80 Z-3.；
N90 G03 X20.Z0 R3.；
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N100 G0 Z1.；
N110 G70 P50 Q100；
N120 G00 X100. Z100.；
N130 M05；
N140 M30；
§14.1准备功能(G73、)
1、G73编程格式：
说明：
（1）当值△I和△K，或者△U和△W规定时，它们的意义由G73程序段中的
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地址P和Q决定，当P和Q没有指定在同一个程序段中时，U和W分别表示△I和△W。

（2）有P和Q和G73指令执行循环加工时，不同的进刀方式（共有四种）。

△U和△W和△K、△I的符号不同，应注意，刀具返回A点。

举例：
（1）X、Z向双向进刀
O0005；
N10 M03 S500；
N20 T0101；
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N30 G00 X150. Z30.；
N40 G73 U25.W10.R13.；
N50 G73 P60 Q120.U0.3 W0.2 F100；
……
N110 G00 X150. Z30.；
……
(2)X向进刀
O0006；
N10 M03 S500；
N20 T0101；
页脚内容49
N30 G00 X150. Z2.；
N40 G73 U25. W0 R13.；
N50 G73 P60 F100；
……
N110 G00 X150.Z2.；
(3)Z向进刀
O0007；
N10 M03 S500；
N20 T0101；
N30 G00 X92. Z45.；
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