數(shù)控機床的基本概念與坐標系

1、第一章第一章 數(shù)控機床概述數(shù)控機床概述第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機床的基本概念數(shù)控機床的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機床的坐標系數(shù)控機床的坐標系第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機床的基本概念數(shù)控機床的基本概念 一、數(shù)控技術的發(fā)展史一、數(shù)控技術的發(fā)展史二、數(shù)控技術的發(fā)展趨勢二、數(shù)控技術的發(fā)展趨勢三、數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的優(yōu)勢三、數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的優(yōu)勢四、數(shù)控機床的組成四、數(shù)控機床的組成五、數(shù)控機床的加工原理五、數(shù)控機床的加工原理 一、數(shù)控技術的發(fā)展史一、數(shù)控技術的發(fā)展史 1 1、19461946年世界上誕生了第一臺電子計算機。年世界上誕生了第一臺電子計算機。 2 2、第一臺計算機誕生、第一臺計算機誕生6 6年年

2、后，即在后，即在19521952年，計算機技年，計算機技術應用到了機床上。術應用到了機床上。 19521952年美國空軍當局委托美國麻省理工大學與帕年美國空軍當局委托美國麻省理工大學與帕森斯公司合作研制了第一臺三坐標數(shù)控銑床森斯公司合作研制了第一臺三坐標數(shù)控銑床. . 此后此后, ,英國和日本在英國和日本在19581958年、德國在年、德國在19591959年相繼年相繼制造出數(shù)控機床制造出數(shù)控機床 從此，傳統(tǒng)的機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。從此，傳統(tǒng)的機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。 第一臺數(shù)控機床誕生至今五十年以來，數(shù)控機床的核心數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了二個階段和六代的發(fā)展。 1.數(shù)控（NC）階段 2. 計算機數(shù)控（

3、CNC）階段 數(shù)控（NC）階段（19521970） 早期的計算機運算速度低，這對當時的科學計算和數(shù)據(jù)早期的計算機運算速度低，這對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響不大，但它不能適應機床實時控制的要求。處理影響不大，但它不能適應機床實時控制的要求。 人們不得不采用數(shù)字邏輯電路，搭成機床專用計算機人們不得不采用數(shù)字邏輯電路，搭成機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARDHARDWIRED NCWIRED NC）, ,簡稱為數(shù)控（簡稱為數(shù)控（NCNC）。）。 隨著電子元器件的發(fā)展，這個階段又歷經(jīng)三代隨著電子元器件的發(fā)展，這個階段又歷經(jīng)三代: : 1952 1

4、952年的第一代電子管計算機組成的數(shù)控系統(tǒng)；電子管計算機組成的數(shù)控系統(tǒng)； 1959 1959年的第二代晶體管計算機組成的數(shù)控系統(tǒng)；晶體管計算機組成的數(shù)控系統(tǒng)； 1965 1965年的第三代小規(guī)模的集成電路計算機組成的數(shù)控系統(tǒng)。小規(guī)模的集成電路計算機組成的數(shù)控系統(tǒng)。計算機數(shù)控（計算機數(shù)控（CNCCNC）階段）階段 這一階段從這一階段從19701970年開始至今。年開始至今。19701970年研制成功大規(guī)模年研制成功大規(guī)模 集成電路，并將其用于通用小型計算機。此時的小型計算集成電路，并將其用于通用小型計算機。此時的小型計算 機，其運算速度比五、六十年代的計算機有了大幅度的提機，其運算速度比五、六十

5、年代的計算機有了大幅度的提 高。比專門搭成的專用計算機成本低，可靠性高。于是，高。比專門搭成的專用計算機成本低，可靠性高。于是， 小型計算機被用作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算小型計算機被用作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算 機數(shù)控（機數(shù)控（CNCCNC）階段。）階段。 計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代: : 19701970年第四代年第四代小型計算機數(shù)控系統(tǒng)；小型計算機數(shù)控系統(tǒng)； 1974 1974年第五代年第五代微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng)微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng) 19901990年第六代年第六代基于基于PCPC的數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng) 。國內(nèi)數(shù)控技術的發(fā)展情況國內(nèi)數(shù)控技術的

6、發(fā)展情況 我國數(shù)控技術是從我國數(shù)控技術是從19581958年開始研制的：年開始研制的：19581958年年19651965年年我國數(shù)控機床處于研制、開發(fā)時期，比國外我國數(shù)控機床處于研制、開發(fā)時期，比國外相比起步晚了十年；相比起步晚了十年；19681968年年清華大學研制成功我國第一臺小型數(shù)控立銑；清華大學研制成功我國第一臺小型數(shù)控立銑；19801980年前年前我國數(shù)控機床我國數(shù)控機床8080為線切割機床為線切割機床( (低端數(shù)控機床低端數(shù)控機床) )；19801980年后年后引進日、美等國的數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)的技術，開引進日、美等國的數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)的技術，開始合資批量生產(chǎn)一些數(shù)控機床，數(shù)控

7、裝置的穩(wěn)定性、可靠性始合資批量生產(chǎn)一些數(shù)控機床，數(shù)控裝置的穩(wěn)定性、可靠性有了明顯的改善，開始為用戶所接受；有了明顯的改善，開始為用戶所接受；19851985年后年后我國已經(jīng)能生產(chǎn)我國已經(jīng)能生產(chǎn)4545種各類數(shù)控機床來滿足工業(yè)發(fā)展種各類數(shù)控機床來滿足工業(yè)發(fā)展的需要，同時數(shù)控機床功能部件的專業(yè)廠也逐漸形成規(guī)模；的需要，同時數(shù)控機床功能部件的專業(yè)廠也逐漸形成規(guī)模；19901990年中期年中期 國產(chǎn)數(shù)控裝置也開始嶄露頭角，進入國產(chǎn)數(shù)控裝置也開始嶄露頭角，進入2121世紀，國產(chǎn)世紀，國產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)才開始形成生產(chǎn)規(guī)模，擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)才開始形成生產(chǎn)規(guī)模，擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，打破

8、了西方對高端數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。數(shù)控系統(tǒng)，打破了西方對高端數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。二、數(shù)控技術的發(fā)展趨勢二、數(shù)控技術的發(fā)展趨勢 1 1、高速、高精度加工、高速、高精度加工 2 2、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動和、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動和 復合加工的控制功能復合加工的控制功能 3 3、數(shù)控系統(tǒng)開放化、智能化和網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)開放化、智能化和網(wǎng)絡化 1 1、 高速、高精度加工高速、高精度加工 目前加工中心主軸轉(zhuǎn)速最高可達目前加工中心主軸轉(zhuǎn)速最高可達40 00040 000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分分、進給速度可達、進給速度可達2424米米/ /分分- -3030米米/ /分分，定位精，定位精度都在幾微米。這就要求數(shù)

9、控系統(tǒng)應采用高速度都在幾微米。這就要求數(shù)控系統(tǒng)應采用高速高精度的數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)應采用直線電動高精度的數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)應采用直線電動機作為進給伺服系統(tǒng)、采用高速永磁同步電動機作為進給伺服系統(tǒng)、采用高速永磁同步電動機。機。2、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動 和復合加工的控制功能和復合加工的控制功能 理論上數(shù)控機床只需要理論上數(shù)控機床只需要3 3軸聯(lián)動，但在實軸聯(lián)動，但在實際加工中際加工中3 3軸聯(lián)動對于三維曲面加工很難用上軸聯(lián)動對于三維曲面加工很難用上刀具的最佳幾何形狀進行切削，不僅加工效刀具的最佳幾何形狀進行切削，不僅加工效率低而且表面粗糙度高，往往采用手動進

10、行率低而且表面粗糙度高，往往采用手動進行修補，但在修補過程中，已加工的表面也可修補，但在修補過程中，已加工的表面也可能喪失精度。能喪失精度。5 5軸聯(lián)動除了軸聯(lián)動除了X X、Y Y、Z Z這這3 3軸外，軸外，主要還有刀具軸旋轉(zhuǎn)、工作臺旋轉(zhuǎn)這兩種方主要還有刀具軸旋轉(zhuǎn)、工作臺旋轉(zhuǎn)這兩種方式的復合運動，采用式的復合運動，采用5 5軸聯(lián)動可以使用刀具的軸聯(lián)動可以使用刀具的最佳幾何形狀對工件進行加工。那么最佳幾何形狀對工件進行加工。那么5 5軸聯(lián)動軸聯(lián)動數(shù)控機床是數(shù)控技術的制高點標志之一。數(shù)控機床是數(shù)控技術的制高點標志之一。3、數(shù)控系統(tǒng)的開放化、智能化、數(shù)控系統(tǒng)的開放化、智能化 和網(wǎng)絡化和網(wǎng)絡化 將來

11、的數(shù)控機床中的將來的數(shù)控機床中的NCNC系統(tǒng)能部分系統(tǒng)能部分代替機床設計師和操作者的大腦，具有一代替機床設計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗和操作技能嵌入驗和操作技能嵌入NCNC系統(tǒng)，同時也具有圖系統(tǒng)，同時也具有圖形交互、診斷等功能，也就是說要求形交互、診斷等功能，也就是說要求CNCCNC控制器透明以使機床制造商和最終用戶可控制器透明以使機床制造商和最終用戶可以自由地實現(xiàn)自己的思想。以自由地實現(xiàn)自己的思想。三、數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的優(yōu)勢三、數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的優(yōu)勢 數(shù)控機床在機械制造業(yè)中得到日益廣泛的應用數(shù)控機床在機械制造

12、業(yè)中得到日益廣泛的應用, ,是因為是因為它有效地解決了復雜、精密、小批多變的零件加工問題，能它有效地解決了復雜、精密、小批多變的零件加工問題，能適應各種機械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，經(jīng)濟效益顯著，具適應各種機械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，經(jīng)濟效益顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：體表現(xiàn)在以下幾個方面：生產(chǎn)效益一般比普通機床提高生產(chǎn)效益一般比普通機床提高3-53-5倍，多的可達倍，多的可達8-108-10倍；倍；減少刀具和夾具的存儲和花費，減少零件的庫存和搬運數(shù)；減少刀具和夾具的存儲和花費，減少零件的庫存和搬運數(shù)；減少工裝，減少人為誤差，提高加工精度，零件重復精度高，減少工裝，減少人為誤差，提高加工精度，

13、零件重復精度高，互換性好；互換性好；縮短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期（當零件設計改變時，只需要縮短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期（當零件設計改變時，只需要改變零件程序即可），易于組織多品種生產(chǎn)，使企業(yè)能對市改變零件程序即可），易于組織多品種生產(chǎn)，使企業(yè)能對市場需要迅速做出響應；場需要迅速做出響應；能加工傳統(tǒng)方法不能加工的大型復雜零件；能加工傳統(tǒng)方法不能加工的大型復雜零件；有利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制，生產(chǎn)便于管理；有利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制，生產(chǎn)便于管理；減輕了勞動強度，改善了勞動條件，節(jié)省人力，降低了勞動減輕了勞動強度，改善了勞動條件，節(jié)省人力，降低了勞動花費?；ㄙM。四、數(shù)控機床的組成四、數(shù)控機床的組成 CNCCNC（

14、computer Numerical Controlcomputer Numerical Control）計）計算機數(shù)控機床一般由算機數(shù)控機床一般由輸入輸出設備輸入輸出設備、CNCCNC裝裝置置( (或稱或稱CNCCNC單元單元) )、伺服單元伺服單元、驅(qū)動單元驅(qū)動單元( (或稱執(zhí)行機構(gòu)或稱執(zhí)行機構(gòu)) ) 、可編程控制器可編程控制器及及機床機床本體本體等組成。除了機床本體之外，其他系統(tǒng)等組成。除了機床本體之外，其他系統(tǒng)都稱為計算機數(shù)控都稱為計算機數(shù)控(CNC)(CNC)系統(tǒng)。系統(tǒng)。 1、輸入、輸入/輸出設備（操作面板）輸出設備（操作面板） 操作面板操作面板是操作人員與機床數(shù)控裝置進行信息交流的

15、工具，如操作命令的輸入、加工程序的編輯、修改和調(diào)試；同時也以信號燈或數(shù)碼管的方式，為操作人員顯示數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床的狀態(tài)信息，如坐標值、機床的工作狀態(tài)、報警信號等，它是數(shù)控機床特有的部件。 輸入設備有鍵盤、顯示器、穿孔紙帶、磁帶和磁盤，輸入設備有鍵盤、顯示器、穿孔紙帶、磁帶和磁盤，其中鍵盤和顯示器是比不可少的人機交互設備，操作人其中鍵盤和顯示器是比不可少的人機交互設備，操作人員可通過鍵盤和顯示器輸入程序、編輯修改程序和發(fā)送員可通過鍵盤和顯示器輸入程序、編輯修改程序和發(fā)送操作命令，既進行手動數(shù)據(jù)輸入。操作命令，既進行手動數(shù)據(jù)輸入。 2、CNC裝置裝置 CNCCNC裝置裝置是CNC系統(tǒng)的核心，這一

16、部分主要包括微處理CPU、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)其他組成部分聯(lián)系的接口等。其本質(zhì)是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)插補出理想的運動軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和機床)，加工出需要的零件。3、伺服單元、伺服單元 伺服單元伺服單元接收來自CNC裝置的進給指令，經(jīng)變換和放大后通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成機床工作臺的位移和速度，因此伺服單元是CNC和機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自CNC裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。4、驅(qū)動裝置、驅(qū)動裝置 驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過簡單的機械連接到驅(qū)動機床工作臺，使工件臺精確定位或按規(guī)定的軌跡做嚴格的相對運動，最后

17、加工出符合圖紙要求的零件。 和伺服單元相對應，驅(qū)動裝置有步進電機，直流伺服電機和交流伺服電機等幾種。 伺服單元和驅(qū)動裝置可合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施，所以伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。5、PLC,機床機床I/0電路和裝置電路和裝置 PLCPLC是可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)的縮寫，主要用于控制機床順序動作，完成與邏輯運算有關的一些控制，他接受CNC的控制代碼M（輔助功能）、S（主軸轉(zhuǎn)速）、T（選刀、換刀）等順序動作信息，對其進行譯碼，轉(zhuǎn)換成對應的控制信號，控制機床輔助裝置完成機床

18、相應的開關動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開關等一些輔助動作；他接受機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，一方面將一部分指令送往CNC用于加工過程的控制。機床I/O電路和裝置是指繼電器、行程開關、電磁閥的電器以及由他們組成的邏輯電路。6 6、機床、機床 機床機床是數(shù)控機床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。它包括：主運動部件、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應的傳動機構(gòu)）、支承體（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng)、工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。最初的數(shù)控機床使用的是普通機床，只是在自動變速、刀架或工作臺自動轉(zhuǎn)位和手柄等方面做些改變。CNC機床由于切削用

19、量大、連續(xù)加工時間長、發(fā)熱量大等原因，所以其設計要求比普通機床更嚴格，制造要求更精密。因而采用了許多新的加強剛性、減少熱變形、提高精度等方面的措施。五、數(shù)控機床的加工原理五、數(shù)控機床的加工原理 在傳統(tǒng)的金屬切削機床上，操作者在加工零件時，根據(jù)圖紙的要求，需要不斷改變刀具的運動軌跡和運動速度等參數(shù) ，使刀具對工件進行切削加工，最終加工出合格零件。 在數(shù)控機床上，加工過程中人工操作均被數(shù)控系統(tǒng)所取代,其工作過程如下:首先要將加工圖紙上幾何信息和工藝信息數(shù)字化,即將刀具與工件的相對運動軌跡按規(guī)定的規(guī)則、代碼和格式編寫成加工程序，數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，進行相應的運算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐

20、標軸、主軸以及輔助動作相互協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，自動完成零件的加工。 xyXY數(shù)控機床加工原理示意圖1、逼近處理：、逼近處理： 先對曲線進行逼近處理，即按系統(tǒng)的插補時間t和加工所需要的進給速度F，將曲線分割成若干小線段，曲線即為所有小線段之和。2、插補運算：、插補運算： 在逼近處理后，將小線段分解為X軸和Y軸移動分量，他們的位置將不斷變化。3、指令輸出：、指令輸出： 將算出的t時間內(nèi)的x 和y 作為指令輸出給X軸和Y軸，控制它們運動。 由此可見，只要能由此可見，只要能連續(xù)地自動控制連續(xù)地自動控制X和和Y兩兩個進給軸在個進給軸在t時間內(nèi)移時間內(nèi)移動量，就可以實現(xiàn)曲線輪動量，就可以實

21、現(xiàn)曲線輪廓零件的加工。廓零件的加工。 數(shù)控機床的加工原理數(shù)控機床的加工原理第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機床的坐標系數(shù)控機床的坐標系 一、機床坐標軸一、機床坐標軸 二、機床坐標系、機床零點與機床二、機床坐標系、機床零點與機床 參考點參考點 三、工件坐標系和程序原點三、工件坐標系和程序原點 一、機床坐標軸一、機床坐標軸 ( (一一) ) 機床坐標軸的命名機床坐標軸的命名 所謂坐標軸,是指在機械裝備中,具體位移(線位移或角位移) 控制和速度控制功能的運動軸。為了簡化編程的方法和保證程序的通用性，對數(shù)控機床的坐標和方向的命名制定了統(tǒng)一的標準，規(guī)定直線進給運動的坐標軸用X，Y，Z表示，常稱基本坐標軸。而X，Y，Z

22、坐標軸的相互關系用右手定則決定，如下圖所示： 圖中大拇指的指向為X軸的正方向，食指指向為Y軸的正方向，中指指向為Z軸的正方向。圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進給坐標軸分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，以大拇指指向+X，+Y，+Z方向，則食指、中指等指向是圓周進給運動的+A，+B，+C方向。 數(shù)控機床的進給運動，有的由主軸帶動刀具運數(shù)控機床的進給運動，有的由主軸帶動刀具運動來實現(xiàn)，有的由工作臺帶著工件運動來實現(xiàn)。動來實現(xiàn)，有的由工作臺帶著工件運動來實現(xiàn)。上述坐標軸正方向，是假定工件不動，刀具相對上述坐標軸正方向，是假定工件不動，刀具相對于工件作進給運動的方向。如果是工件移動則用于工件作進給運動

23、的方向。如果是工件移動則用加加“”的字母表示，按相對運動的關系，工件運動的字母表示，按相對運動的關系，工件運動的正方向恰好與刀具運動的正方向相反，即有：的正方向恰好與刀具運動的正方向相反，即有： 同樣兩者運動的負方向也彼此相反。同樣兩者運動的負方向也彼此相反。,B=B,XXYYZZAACC ，( (二二) )機床坐標軸的方向機床坐標軸的方向 機床坐標軸的方向取決于機床的類型和各組成機床坐標軸的方向取決于機床的類型和各組成部分的布局，若只有一個主軸，且主軸無擺動運動部分的布局，若只有一個主軸，且主軸無擺動運動, ,則規(guī)定平行主軸軸線的坐標軸為則規(guī)定平行主軸軸線的坐標軸為Z Z軸。刀具遠離工軸。刀

24、具遠離工件的方向為件的方向為Z Z坐標正方向。坐標正方向。 X X軸垂直于軸垂直于Z Z軸，對軸，對Z Z軸軸線水平的機床，規(guī)定軸軸線水平的機床，規(guī)定由刀具（主軸）向工件看時，由刀具（主軸）向工件看時，X X坐標的正方向指向坐標的正方向指向右邊。右邊。 利用已確定的利用已確定的X X、Z Z坐標的正方向，用右手定則坐標的正方向，用右手定則確定確定Y Y坐標的正方向。坐標的正方向。CJK6032坐標軸坐標軸+Y+X圖2 華中I型ZJK7532銑床坐標系統(tǒng) +ZZJK7532坐標軸坐標軸二、機床坐標系、機床零點二、機床坐標系、機床零點與機床參考點與機床參考點（一）機床坐標系和機床零點（一）機床坐標

25、系和機床零點 機床坐標系機床坐標系是用來確定工件坐標系的基本坐標系，機床坐標系的原點稱為機床零點或機床原點。機床零點的位置一般由機床參數(shù)指定,但指定后這個零點便被確定下來，維持不變。其坐標和運動方向視機床的種類和結(jié)構(gòu)而定，如數(shù)控車床和數(shù)控銑床都有自己的坐標系。（二）機床參考點與機床行程開關（二）機床參考點與機床行程開關 機床上電時并不知道機床零點。為了正確地在機床工作時建立機床坐標系，通常在機床的每個坐標軸的移動范圍內(nèi)設置一個機械點，由它們構(gòu)成一個多軸坐標系的一點。參考點主要是給數(shù)控裝置提供一個固定不變的參照，保證每一次上電后進行的位置控制不受系統(tǒng)失步、漂移、熱脹冷縮等的影響。 機床坐標軸的機

26、械行程范圍是由最大和最小限位開關來限定的，機床坐標軸的有效行程范圍是由機床參數(shù)（軟件限位）來界定的。 機床參考點可以與機床零點重合也可以不重合，通過機床參數(shù)指定該參考點到機床零點的距離。機床零點和機床參考點之間的關系機床零點和機床參考點之間的關系Z Z軸上的機械行程軸上的機械行程( (限位開關限位開關)Z Z軸上的有效行程軸上的有效行程X X軸上的機械行程軸上的機械行程( (限位開關限位開關) )X X軸上的有效行程軸上的有效行程X X軸參考點與機床軸參考點與機床 零點的距離零點的距離參考點參考點機床零點機床零點XZ參考點開關參考點開關+ +編碼器零脈沖編碼器零脈沖可到達的區(qū)域可到達的區(qū)域（三

27、）機床回參考點與機床坐標系的建立（三）機床回參考點與機床坐標系的建立 當機床坐標軸回到了了參考點位置時，就知道了該坐標軸的零點位置，機床所有坐標軸都回到了參考點，此時數(shù)控機床就建立了機床坐標系，即機床回參考點的過程實質(zhì)上是機床坐標系的建立過程。因此，在數(shù)控機床啟動時，一般都要進行自動或手動回參考點操作，以建立機床坐標系，并可消除由于漂移、變形等造成的誤差。 工件坐標系工件坐標系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點作為原點（也稱程序原點），建立一個平行于機床各軸方向的坐標系，稱為工件坐標系。 工件坐標系的引入是為了簡化編程、減少計算，使編輯的程序不因工件安裝的位置不同而不同。

28、一般情況下，以坐標式尺寸標注的零件，程序原點應選擇在尺寸標注的基準點；對稱零件或以同心圓為主的零件，程序原點應選在對稱中心線或圓心上；Z軸的程序原點通常選在工件的上表面。三、工件坐標系和程序原點三、工件坐標系和程序原點工件原點和工件坐標系工件原點和工件坐標系第二章第二章 數(shù)控加工程序編制的基礎數(shù)控加工程序編制的基礎第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控編程概述數(shù)控編程概述第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機床的編程數(shù)控機床的編程第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控編程概述數(shù)控編程概述 一、數(shù)控編程的基本概念一、數(shù)控編程的基本概念 二、數(shù)控編程的方法二、數(shù)控編程的方法 三、數(shù)控加工程序的格式與組成三、數(shù)控加工程序的格式與組成一、數(shù)控數(shù)控編程的基本概

29、念一、數(shù)控數(shù)控編程的基本概念 編程編程就是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)（運動軌跡與方向、位移量）、工藝參數(shù)（主運動和進給運動、切削深度等）以及輔助操作（換刀、主軸控制、冷卻液開關、刀具夾緊、松開等）等加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼和程序格式，編制成加工程序單（相當于普通機床加工的工藝規(guī)程），再將程序單中的內(nèi)容記錄在磁盤（或紙帶）等控制介質(zhì)上。這一過程，就稱為是編程編程。（一）一） 數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較圖紙圖紙 工藝工藝分析分析工藝卡工藝卡數(shù)控加數(shù)控加工程序工程序人工人工操作操作輸入輸入數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)機機床床零件零件傳統(tǒng)加工傳統(tǒng)加工數(shù)控

30、加工數(shù)控加工（二）數(shù)控編程步驟（二）數(shù)控編程步驟 數(shù)控編程過程如圖所示:零件圖紙零件圖紙工工藝藝分分析析數(shù)數(shù)學學處處理理編寫編寫程序程序單單制備制備控制控制介質(zhì)介質(zhì)輸入輸入數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)校驗校驗和和試試切修改修改錯誤錯誤二、數(shù)控編程的方法二、數(shù)控編程的方法 1 1、手工編程、手工編程 手工編程是指編制零件程序加工程序的前幾個步驟，即從零件圖紙工藝分析、坐標點的計算直至編寫零件程序單，均由人工完成。 2 2、自動編程、自動編程 自動編程是借助數(shù)控自動編程系統(tǒng)由計算機來輔助生成零件的程序。此時，編程人員一般只需要借助數(shù)控編程系統(tǒng)提供的各種功能，對加工對象、工藝參數(shù)及加工過程進行較簡單的描述，即可

31、由編程系統(tǒng)自動完成數(shù)控加工程序編制的其余內(nèi)容。 三、數(shù)控加工程序的格式與組成三、數(shù)控加工程序的格式與組成（一）程序的結(jié)構(gòu)圖（一）程序的結(jié)構(gòu)圖 %1000 N01 G91 G00 X50 Y60 N10 G01 X100 Y500 F150 S300 M03 N N200 M02 程序段指令字程序名程序內(nèi)容程序結(jié)束（二）程序段格式（二）程序段格式（三）程序的文件名（三）程序的文件名 CNC裝置可以裝入許多程序文件，以磁盤文件的方式讀寫。文件名格式為（有別于DOS的其他文件名）：Oxxxx（字母 O后面必須有數(shù)字或字母）。主程序、子程序必須寫在同一個文件名下。系統(tǒng)通過調(diào)用文件名來調(diào)用程序，進行加工

32、或編輯。（四）指令字符的格式（四）指令字符的格式 在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，指令字一般是由地址符（或稱指令字符）和帶符號（如定義尺寸的字）或不帶符號（如準備功能字G代碼）的數(shù)字組成的，這些指令字在數(shù)控系統(tǒng)中完成特定的功能。 機能 地址符 意 義 零件程序號 %或O 程序編號：19999 程序段號 N 程序段編號：N19999 準備機能 G 指令動作方式（直線、圓弧等）G0099 尺寸字 X， Y， Z， 坐標軸的移動命令99999.999 A， B，C U，V，W R 圓弧的半徑 I，J，K 圓弧中心相對起點的坐標位置 進給速度 F 進給速度的指定 F015000 主軸機能 S 主軸旋轉(zhuǎn)速度的指定 S

33、09999 刀具機能 T 刀具編號的指定 T099，T0009999 輔助機能 M 機床側(cè)開/關控制的指定 M099 補償號 H，D 刀具補償號的指定 0099 暫停 P，X 暫停時間的指定 秒 程序號的指定 P 子程序號的指定 P19999 重復次數(shù) L 子程序的重復次數(shù)：L29999 指令字符一覽表指令字符一覽表第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機床的編程數(shù)控機床的編程一、輔助功能一、輔助功能M代碼代碼二、主軸功能二、主軸功能S、進給功能、進給功能F 和刀具功能和刀具功能T三、準備功能三、準備功能G代碼代碼一、輔助功能一、輔助功能M代碼代碼 M指令主要用于控制機床的各種開關，它有兩種形式，一種是非模態(tài)代碼

34、（它只在書寫了該代碼的程序段中有效），另一種是模態(tài)代碼（它一旦在一個程序中指定便保持有效），其指令功能如表3-2所示：輔助功能輔助功能M M代碼及其功能代碼及其功能代 碼 模 態(tài) 功能說明 代 碼模 態(tài)功能說明 M00 非模態(tài) 非模態(tài) 非模態(tài) 非模態(tài) 非模態(tài) 非模態(tài) 模態(tài) 模態(tài) 模態(tài) 模態(tài) 模態(tài) M02 M03 M04 M05 M06 M07 M09 M30 M98 M99 程序暫停 程序結(jié)束 程序結(jié)束并返回程序起點 調(diào)用子程序 子程序結(jié)束 主軸正轉(zhuǎn)起動 主軸反轉(zhuǎn)起動 主軸停止轉(zhuǎn)動 換刀 切削液打開 切削液停止 其中：M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是CNC內(nèi)定的

35、輔助功能，與PLC程序無關。其余M代碼用于機床各種輔助功能的開關動作，其功能不由CNC內(nèi)定，而是由PLC程序指定。有可能因機床制造廠不同而存在差異（表內(nèi)為標準PLC指定的功能。二、主軸功能二、主軸功能S、進給功能、進給功能F和刀具功能和刀具功能T 1、主軸功能、主軸功能S 主軸功能S控制主軸轉(zhuǎn)速其后的數(shù)字表示主軸速度，單位為轉(zhuǎn)/每分鐘（r/min）。 S是模態(tài)指令，只有在主軸速度可調(diào)節(jié)時有效。 主軸轉(zhuǎn)速是變頻調(diào)速的機床，S所編程的轉(zhuǎn)速可借助機床控制面板上的主軸倍率開關進行修調(diào)。2 2、進給功能、進給功能F F F指令指令表示工件被加工時刀具相對于工件的合成進給速度，F(xiàn)的單位取決于G94（每分鐘

36、進給量mm/min）或G95（主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具的進給量mm/r）。 當工作在G01、G02或G03方式下，F(xiàn)指令一直有效，直到被新的F值取代，而在G00工作方式下，快速定位的速度是各軸的最高速度，與所編的F值無關。3、刀具功能T T代碼代碼用于選刀，其后的4位數(shù)字分別表示選擇的刀具號和刀具補償號。 執(zhí)行T指令，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)塔刀架，選用指定的刀具，同時調(diào)入刀補寄存器中的補償值（刀具的幾何補償值即偏置補償與磨損補償之和），該值不立即移動，而是當后面有移動指令時一并執(zhí)行。 當一個程序段同時包含T代碼與刀具移動指令時，先執(zhí)行T代碼指令，而后再執(zhí)行刀具移動指令。三、準備功能三、準備功能G代碼代碼 準備功能G指

37、令是由G后一或二位數(shù)值組成，它用來規(guī)定刀具和工件的相對運動軌跡、機床坐標系、坐標平面、刀具補償、坐標偏置等多種加工操作。 G功能根據(jù)功能的不同分成若干組，其中00組的G功能稱為非模態(tài)G功能，其余組稱為模態(tài)G功能。 非模態(tài)G功能指的是只在所規(guī)定的程序段中有效，程序段結(jié)束時被注銷；而模態(tài)G功能指的是一組可相互注銷的G功能，這些功能一旦被執(zhí)行，則一直有效，直到被同一組的G功能注銷為止。 模態(tài)G功能組中都包含一個缺省G功能，上電時將被初始化為該指令。準備功能G代碼一覽表（一）常用準備功能（一）常用準備功能G代碼的應用代碼的應用1、絕對值編程、絕對值編程G90與相對值編程與相對值編程G91格式：G90

38、G91 說明：G90：絕對值編程，每個編程坐標軸上的編程值 是相對于程序原點的。G91：相對值編程，每個編程坐標軸上的編程值是相對于前一位置而言的。例：如下圖所示，使用G90/G91編程，要求刀具由程序原點按順序移動到、點，再返回到原點。xY0123204060152545、工件坐標系設定、工件坐標系設定G92格式：G92 X Y 說明：G92G92通過設定對刀點與工件坐標系原點的相對位置建立工件坐標系。此坐標系一旦建立起來，后序的絕對值指令此坐標系一旦建立起來，后序的絕對值指令坐標位置都是此工件坐標系中的坐標值。坐標位置都是此工件坐標系中的坐標值。其中：、分別為設定的工件坐標系原點到對刀點的

39、有向距離。例：如下圖所示，使用G92編程，建立工件坐標系。 當以工件左端面為工件原點時,應按下行建立坐標系。 G92 X40 Z40當以工件右端面為工件原點時,應按下行建立坐標系。 G92 X40 Z10+X+Z+X+Z 左端面（內(nèi)端面） 右端面（外端面） X、Z值的確定，即確定對刀點在工件坐標系下的坐標值。其選擇的一般原則為： 1、方便數(shù)學計算和簡化編程； 2、容易找正對刀； 3、便于加工檢查； 4、引起的加工誤差小； 5、不要與機床、工件發(fā)生碰撞； 6、方便拆卸工件； 7、空行程不要太長。 注意注意: : 1、執(zhí)行此段程序只是建立在工件坐標系中刀具起點相對于程序原點的位置，刀具并不產(chǎn)生運動

40、。 2、執(zhí)行此段程序之前必須保證刀位點與程序起點（對刀點）符合。 3、G92指令必須單獨一個程序段指定，并放在程序的首段。3 3、快速定位、快速定位G00 格式：G00 X Y Z 說明：X、Z、Y快速定位終點，G90時為終點在工件坐標系中的坐標；G91時為終點相對于起點的位移量。 G00指令中的快移速度由機床參數(shù)“快移進給速度”對各軸分別設定，不能用F 規(guī)定。 G00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀?？煲扑俣瓤捎擅姘迳系目焖傩拚{(diào)旋扭修正。4、直線插補、直線插補G01 格式：G01 X Y Z F 說明： X、Y、Z為線形進給終點。在G90時為終點在工件坐標系中的坐標值；在G91時為終點相對于起點的位移量；F為合成進給速度。 G01指令刀具以聯(lián)動的方式，按F規(guī)定的合成進給速度，從當前位置按線性路線（聯(lián)動直線軸的合成軌跡為直線）移動到程序段指令的終點。5、圓弧插補、圓弧插補G02/G03格式： X Y Z F說明： G02/G03指令刀具，按F規(guī)定的和成進給速度，從當前位置按順時針/逆時針進行圓弧加工。 圓弧插補G02/G03的判斷，在在加工平面內(nèi)，根據(jù)其插補時的旋轉(zhuǎn)方向為順時針/逆時針來區(qū)別的。 在G90時，X、Y、Z為圓弧終點在工件坐標系中的坐標；在G91時，X、Y、Z為圓弧終點相對于圓弧起