修改數(shù)控機(jī)床課件

第一章數(shù)控機(jī)床概述第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本概念第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系第一頁(yè)，共七十五頁(yè)。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本概念

一、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)三、數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的優(yōu)勢(shì)四、數(shù)控機(jī)床的組成五、數(shù)控機(jī)床的加工原理第二頁(yè)，共七十五頁(yè)。

一、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史

1、1946年世界上誕生了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。2、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上。

1952年美國(guó)空軍當(dāng)局委托美國(guó)麻省理工大學(xué)與帕森斯公司合作研制了第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床.此后,英國(guó)和日本在1958年、德國(guó)在1959年相繼制造出數(shù)控機(jī)床．從此，傳統(tǒng)的機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。

第三頁(yè)，共七十五頁(yè)。第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床誕生至今五十年以來(lái)，數(shù)控機(jī)床的核心—數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了二個(gè)階段和六代的發(fā)展。

1.數(shù)控（NC）階段

2.計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段

第四頁(yè)，共七十五頁(yè)。數(shù)控（NC）階段（1952—1970）

早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響不大，但它不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路，搭成機(jī)床專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱(chēng)為硬件連接數(shù)控（HARD—WIREDNC）,簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控（NC）。

隨著電子元器件的發(fā)展，這個(gè)階段又歷經(jīng)三代:

1952年的第一代—電子管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)；1959年的第二代—晶體管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)；1965年的第三代—小規(guī)模的集成電路計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)。第五頁(yè)，共七十五頁(yè)。計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段

這一階段從1970年開(kāi)始至今。1970年研制成功大規(guī)模集成電路，并將其用于通用小型計(jì)算機(jī)。此時(shí)的小型計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度比五、六十年代的計(jì)算機(jī)有了大幅度的提高。比專(zhuān)門(mén)搭成的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)成本低，可靠性高。于是，小型計(jì)算機(jī)被用作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段。

計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代:

1970年第四代—小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)；1974年第五代—微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng)

1990年第六代—基于PC的數(shù)控系統(tǒng)

。第六頁(yè)，共七十五頁(yè)。1948—1956年數(shù)控機(jī)床處于研究試制階段1956—1960年數(shù)控機(jī)床處于工業(yè)應(yīng)用階段1960年以后數(shù)控機(jī)床處于高速發(fā)展階段20世紀(jì)70年代末、80年代初數(shù)控機(jī)床得到廣泛的普及和應(yīng)用第七頁(yè)，共七十五頁(yè)。國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況

我國(guó)數(shù)控技術(shù)是從1958年開(kāi)始研制的：1958年－1965年我國(guó)數(shù)控機(jī)床處于研制、開(kāi)發(fā)時(shí)期，比國(guó)外相比起步晚了十年；1968年清華大學(xué)研制成功我國(guó)第一臺(tái)小型數(shù)控立銑；1980年前我國(guó)數(shù)控機(jī)床80％為線切割機(jī)床(低端數(shù)控機(jī)床)；1980年后引進(jìn)日、美等國(guó)的數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)的技術(shù)，開(kāi)始合資批量生產(chǎn)一些數(shù)控機(jī)床，數(shù)控裝置的穩(wěn)定性、可靠性有了明顯的改善，開(kāi)始為用戶所接受；1985年后我國(guó)已經(jīng)能生產(chǎn)45種各類(lèi)數(shù)控機(jī)床來(lái)滿足工業(yè)發(fā)展的需要，同時(shí)數(shù)控機(jī)床功能部件的專(zhuān)業(yè)廠也逐漸形成規(guī)模；1990年中期國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝置也開(kāi)始嶄露頭角，進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)才開(kāi)始形成生產(chǎn)規(guī)模，擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，打破了西方對(duì)高端數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。第八頁(yè)，共七十五頁(yè)。二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、高速、高精度加工2、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動(dòng)和復(fù)合加工的控制功能3、數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化第九頁(yè)，共七十五頁(yè)。1、高速、高精度加工

目前加工中心主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)40000轉(zhuǎn)/分、進(jìn)給速度可達(dá)24米/分-30米/分，定位精度都在幾微米。這就要求數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)采用高速高精度的數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)采用直線電動(dòng)機(jī)作為進(jìn)給伺服系統(tǒng)、采用高速永磁同步電動(dòng)機(jī)。第十頁(yè)，共七十五頁(yè)。2、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動(dòng)

和復(fù)合加工的控制功能

理論上數(shù)控機(jī)床只需要3軸聯(lián)動(dòng)，但在實(shí)際加工中3軸聯(lián)動(dòng)對(duì)于三維曲面加工很難用上刀具的最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工效率低而且表面粗糙度高，往往采用手動(dòng)進(jìn)行修補(bǔ)，但在修補(bǔ)過(guò)程中，已加工的表面也可能喪失精度。5軸聯(lián)動(dòng)除了X、Y、Z這3軸外，主要還有刀具軸旋轉(zhuǎn)、工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)這兩種方式的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，采用5軸聯(lián)動(dòng)可以使用刀具的最佳幾何形狀對(duì)工件進(jìn)行加工。那么5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)的制高點(diǎn)標(biāo)志之一。第十一頁(yè)，共七十五頁(yè)。3、數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放化、智能化

和網(wǎng)絡(luò)化

將來(lái)的數(shù)控機(jī)床中的NC系統(tǒng)能部分代替機(jī)床設(shè)計(jì)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)驗(yàn)和操作技能嵌入NC系統(tǒng)，同時(shí)也具有圖形交互、診斷等功能，也就是說(shuō)要求CNC控制器透明以使機(jī)床制造商和最終用戶可以自由地實(shí)現(xiàn)自己的思想。第十二頁(yè)，共七十五頁(yè)。三、數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的優(yōu)勢(shì)

數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用,是因?yàn)樗行У亟鉀Q了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問(wèn)題，能適應(yīng)各種機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：●生產(chǎn)效益一般比普通機(jī)床提高3-5倍，多的可達(dá)8-10倍；●減少刀具和夾具的存儲(chǔ)和花費(fèi)，減少零件的庫(kù)存和搬運(yùn)數(shù)；●減少工裝，減少人為誤差，提高加工精度，零件重復(fù)精度高，互換性好；●縮短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期（當(dāng)零件設(shè)計(jì)改變時(shí)，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(duì)市場(chǎng)需要迅速做出響應(yīng)；●能加工傳統(tǒng)方法不能加工的大型復(fù)雜零件；●有利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制，生產(chǎn)便于管理；●減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件，節(jié)省人力，降低了勞動(dòng)花費(fèi)。第十三頁(yè)，共七十五頁(yè)。四、數(shù)控機(jī)床的組成

CNC（computerNumericalControl）計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、CNC裝置(或稱(chēng)CNC單元)、伺服單元、驅(qū)動(dòng)單元(或稱(chēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu))、可編程控制器及機(jī)床本體等組成。除了機(jī)床本體之外，其他系統(tǒng)都稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)。

第十四頁(yè)，共七十五頁(yè)。1、輸入/輸出設(shè)備（操作面板）

操作面板是操作人員與機(jī)床數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具，如操作命令的輸入、加工程序的編輯、修改和調(diào)試；同時(shí)也以信號(hào)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(jī)床的狀態(tài)信息，如坐標(biāo)值、機(jī)床的工作狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)等，它是數(shù)控機(jī)床特有的部件。

輸入設(shè)備有鍵盤(pán)、顯示器、穿孔紙帶、磁帶和磁盤(pán)，其中鍵盤(pán)和顯示器是比不可少的人機(jī)交互設(shè)備，操作人員可通過(guò)鍵盤(pán)和顯示器輸入程序、編輯修改程序和發(fā)送操作命令，既進(jìn)行手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入。第十五頁(yè)，共七十五頁(yè)。2、CNC裝置

CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心，這一部分主要包括微處理CPU、存儲(chǔ)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(bǔ)出理想的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)床)，加工出需要的零件。第十六頁(yè)，共七十五頁(yè)。3、伺服單元

伺服單元接收來(lái)自CNC裝置的進(jìn)給指令，經(jīng)變換和放大后通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)變成機(jī)床工作臺(tái)的位移和速度，因此伺服單元是CNC和機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來(lái)自CNC裝置的微弱指令信號(hào)放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號(hào)。第十七頁(yè)，共七十五頁(yè)。4、驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置把經(jīng)放大的指令信號(hào)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械連接到驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，使工件臺(tái)精確定位或按規(guī)定的軌跡做嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合圖紙要求的零件。和伺服單元相對(duì)應(yīng)，驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等幾種。伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置可合稱(chēng)為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動(dòng)力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)付諸實(shí)施，所以伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。第十八頁(yè)，共七十五頁(yè)。5、PLC,機(jī)床I/0電路和裝置

PLC是可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)的縮寫(xiě)，主要用于控制機(jī)床順序動(dòng)作，完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)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(dòng)作信息，對(duì)其進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制機(jī)床輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開(kāi)關(guān)等一些輔助動(dòng)作；他接受機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作，一方面將一部分指令送往CNC用于加工過(guò)程的控制。機(jī)床I/O電路和裝置是指繼電器、行程開(kāi)關(guān)、電磁閥的電器以及由他們組成的邏輯電路。第十九頁(yè)，共七十五頁(yè)。6、機(jī)床

機(jī)床是數(shù)控機(jī)床的主體，是實(shí)現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。它包括：主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、拖板以及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承體（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動(dòng)交換系統(tǒng)、工件自動(dòng)交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。最初的數(shù)控機(jī)床使用的是普通機(jī)床，只是在自動(dòng)變速、刀架或工作臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)位和手柄等方面做些改變。CNC機(jī)床由于切削用量大、連續(xù)加工時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)熱量大等原因，所以其設(shè)計(jì)要求比普通機(jī)床更嚴(yán)格，制造要求更精密。因而采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減少熱變形、提高精度等方面的措施。第二十頁(yè)，共七十五頁(yè)。五、數(shù)控機(jī)床的加工原理

在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上，操作者在加工零件時(shí)，根據(jù)圖紙的要求，需要不斷改變刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，使刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工，最終加工出合格零件。在數(shù)控機(jī)床上，加工過(guò)程中人工操作均被數(shù)控系統(tǒng)所取代,其工作過(guò)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(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡按規(guī)定的規(guī)則、代碼和格式編寫(xiě)成加工程序，數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動(dòng)作相互協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成零件的加工。

第二十一頁(yè)，共七十五頁(yè)。△x△yXY數(shù)控機(jī)床加工原理示意圖1、逼近處理：

先對(duì)曲線進(jìn)行逼近處理，即按系統(tǒng)的插補(bǔ)時(shí)間△t和加工所需要的進(jìn)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(bǔ)運(yùn)算：

在逼近處理后，將小線段分解為X軸和Y軸移動(dòng)分量，他們的位置將不斷變化。3、指令輸出：

將算出的△t時(shí)間內(nèi)的△x和△y作為指令輸出給X軸和Y軸，控制它們運(yùn)動(dòng)。

由此可見(jiàn)，只要能連續(xù)地自動(dòng)控制X和Y兩個(gè)進(jìn)給軸在△t時(shí)間內(nèi)移動(dòng)量，就可以實(shí)現(xiàn)曲線輪廓零件的加工。

數(shù)控機(jī)床的加工原理第二十二頁(yè)，共七十五頁(yè)。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系一、機(jī)床坐標(biāo)軸

二、機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床零點(diǎn)與機(jī)床參考點(diǎn)

三、工件坐標(biāo)系和程序原點(diǎn)第二十三頁(yè)，共七十五頁(yè)。一、機(jī)床坐標(biāo)軸

(一)機(jī)床坐標(biāo)軸的命名

所謂坐標(biāo)軸,是指在機(jī)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(yùn)動(dòng)軸。為了簡(jiǎn)化編程的方法和保證程序的通用性，對(duì)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)和方向的命名制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸用X，Y，Z表示，常稱(chēng)基本坐標(biāo)軸。而X，Y，Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手定則決定，如下圖所示：第二十四頁(yè)，共七十五頁(yè)。

圖中大拇指的指向?yàn)閄軸的正方向，食指指向?yàn)閅軸的正方向，中指指向?yàn)閆軸的正方向。圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進(jìn)給坐標(biāo)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)的+A，+B，+C方向。第二十五頁(yè)，共七十五頁(yè)。

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，有的由主軸帶動(dòng)刀具運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，有的由工作臺(tái)帶著工件運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述坐標(biāo)軸正方向，是假定工件不動(dòng)，刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向。如果是工件移動(dòng)則用加“′”的字母表示，按相對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，工件運(yùn)動(dòng)的正方向恰好與刀具運(yùn)動(dòng)的正方向相反，即有：

同樣兩者運(yùn)動(dòng)的負(fù)方向也彼此相反。第二十六頁(yè)，共七十五頁(yè)。(二)機(jī)床坐標(biāo)軸的方向

機(jī)床坐標(biāo)軸的方向取決于機(jī)床的類(lèi)型和各組成部分的布局，若只有一個(gè)主軸，且主軸無(wú)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng),則規(guī)定平行主軸軸線的坐標(biāo)軸為Z軸。刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆坐標(biāo)正方向。X軸垂直于Z軸，對(duì)Z軸軸線水平的機(jī)床，規(guī)定由刀具（主軸）向工件看時(shí)，X坐標(biāo)的正方向指向右邊。利用已確定的X、Z坐標(biāo)的正方向，用右手定則確定Y坐標(biāo)的正方向。第二十七頁(yè)，共七十五頁(yè)。CJK6032坐標(biāo)軸第二十八頁(yè)，共七十五頁(yè)。+Y+X圖2華中I型ZJK7532銑床坐標(biāo)系統(tǒng)+ZZJK7532坐標(biāo)軸第二十九頁(yè)，共七十五頁(yè)。二、機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床零點(diǎn)

與機(jī)床參考點(diǎn)（一）機(jī)床坐標(biāo)系和機(jī)床零點(diǎn)

機(jī)床坐標(biāo)系是用來(lái)確定工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系，機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱(chēng)為機(jī)床零點(diǎn)或機(jī)床原點(diǎn)。機(jī)床零點(diǎn)的位置一般由機(jī)床參數(shù)指定,但指定后這個(gè)零點(diǎn)便被確定下來(lái)，維持不變。其坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向視機(jī)床的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)而定，如數(shù)控車(chē)床和數(shù)控銑床都有自己的坐標(biāo)系。第三十頁(yè)，共七十五頁(yè)。（二）機(jī)床參考點(diǎn)與機(jī)床行程開(kāi)關(guān)

機(jī)床上電時(shí)并不知道機(jī)床零點(diǎn)。為了正確地在機(jī)床工作時(shí)建立機(jī)床坐標(biāo)系，通常在機(jī)床的每個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)機(jī)械點(diǎn)，由它們構(gòu)成一個(gè)多軸坐標(biāo)系的一點(diǎn)。參考點(diǎn)主要是給數(shù)控裝置提供一個(gè)固定不變的參照，保證每一次上電后進(jìn)行的位置控制不受系統(tǒng)失步、漂移、熱脹冷縮等的影響。機(jī)床坐標(biāo)軸的機(jī)械行程范圍是由最大和最小限位開(kāi)關(guān)來(lái)限定的，機(jī)床坐標(biāo)軸的有效行程范圍是由機(jī)床參數(shù)（軟件限位）來(lái)界定的。機(jī)床參考點(diǎn)可以與機(jī)床零點(diǎn)重合也可以不重合，通過(guò)機(jī)床參數(shù)指定該參考點(diǎn)到機(jī)床零點(diǎn)的距離。第三十一頁(yè)，共七十五頁(yè)。機(jī)床零點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)之間的關(guān)系Z軸上的機(jī)械行程(限位開(kāi)關(guān))Z軸上的有效行程X軸上的機(jī)械行程(限位開(kāi)關(guān))X軸上的有效行程X軸參考點(diǎn)與機(jī)床零點(diǎn)的距離參考點(diǎn)機(jī)床零點(diǎn)XZ參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)+編碼器零脈沖可到達(dá)的區(qū)域第三十二頁(yè)，共七十五頁(yè)。（三）機(jī)床回參考點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系的建立

當(dāng)機(jī)床坐標(biāo)軸回到了了參考點(diǎn)位置時(shí)，就知道了該坐標(biāo)軸的零點(diǎn)位置，機(jī)床所有坐標(biāo)軸都回到了參考點(diǎn)，此時(shí)數(shù)控機(jī)床就建立了機(jī)床坐標(biāo)系，即機(jī)床回參考點(diǎn)的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是機(jī)床坐標(biāo)系的建立過(guò)程。因此，在數(shù)控機(jī)床啟動(dòng)時(shí)，一般都要進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)回參考點(diǎn)操作，以建立機(jī)床坐標(biāo)系，并可消除由于漂移、變形等造成的誤差。第三十三頁(yè)，共七十五頁(yè)。

工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時(shí)使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點(diǎn)作為原點(diǎn)（也稱(chēng)程序原點(diǎn)），建立一個(gè)平行于機(jī)床各軸方向的坐標(biāo)系，稱(chēng)為工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系的引入是為了簡(jiǎn)化編程、減少計(jì)算，使編輯的程序不因工件安裝的位置不同而不同。一般情況下，以坐標(biāo)式尺寸標(biāo)注的零件，程序原點(diǎn)應(yīng)選擇在尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)點(diǎn)；對(duì)稱(chēng)零件或以同心圓為主的零件，程序原點(diǎn)應(yīng)選在對(duì)稱(chēng)中心線或圓心上；Z軸的程序原點(diǎn)通常選在工件的上表面。三、工件坐標(biāo)系和程序原點(diǎn)第三十四頁(yè)，共七十五頁(yè)。工件原點(diǎn)和工件坐標(biāo)系

第三十五頁(yè)，共七十五頁(yè)。第二章數(shù)控加工程序編制的基礎(chǔ)第一節(jié)數(shù)控編程概述第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的編程第三十六頁(yè)，共七十五頁(yè)。第一節(jié)數(shù)控編程概述

一、數(shù)控編程的基本概念

二、數(shù)控編程的方法

三、數(shù)控加工程序的格式與組成第三十七頁(yè)，共七十五頁(yè)。一、數(shù)控?cái)?shù)控編程的基本概念

編程就是將加工零件的加工順序、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的尺寸數(shù)據(jù)（運(yùn)動(dòng)軌跡與方向、位移量）、工藝參數(shù)（主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、切削深度等）以及輔助操作（換刀、主軸控制、冷卻液開(kāi)關(guān)、刀具夾緊、松開(kāi)等）等加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號(hào)組成的代碼和程序格式，編制成加工程序單（相當(dāng)于普通機(jī)床加工的工藝規(guī)程），再將程序單中的內(nèi)容記錄在磁盤(pán)（或紙帶）等控制介質(zhì)上。這一過(guò)程，就稱(chēng)為是編程。第三十八頁(yè)，共七十五頁(yè)。（一）數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較圖紙

工藝分析工藝卡數(shù)控加工程序人工操作輸入數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床零件傳統(tǒng)加工數(shù)控加工第三十九頁(yè)，共七十五頁(yè)。（二）數(shù)控編程步驟

數(shù)控編程過(guò)程如圖所示:零件圖紙工藝分析數(shù)學(xué)處理編寫(xiě)程序單制備控制介質(zhì)輸入數(shù)控系統(tǒng)校驗(yàn)和試切修改錯(cuò)誤第四十頁(yè)，共七十五頁(yè)。二、數(shù)控編程的方法

1、手工編程

手工編程是指編制零件程序加工程序的前幾個(gè)步驟，即從零件圖紙工藝分析、坐標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算直至編寫(xiě)零件程序單，均由人工完成。

2、自動(dòng)編程

自動(dòng)編程是借助數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)來(lái)輔助生成零件的程序。此時(shí)，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(duì)加工對(duì)象、工藝參數(shù)及加工過(guò)程進(jìn)行較簡(jiǎn)單的描述，即可由編程系統(tǒng)自動(dòng)完成數(shù)控加工程序編制的其余內(nèi)容。

第四十一頁(yè)，共七十五頁(yè)。三、數(shù)控加工程序的格式與組成（一）程序的結(jié)構(gòu)圖

%1000N01G91G00X50Y60N10G01X100Y500F150S300

M03

N……N200M02

程序段指令字程序名程序內(nèi)容程序結(jié)束第四十二頁(yè)，共七十五頁(yè)。（二）程序段格式第四十三頁(yè)，共七十五頁(yè)。（三）程序的文件名

CNC裝置可以裝入許多程序文件，以磁盤(pán)文件的方式讀寫(xiě)。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(xiě)在同一個(gè)文件名下。系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用文件名來(lái)調(diào)用程序，進(jìn)行加工或編輯。第四十四頁(yè)，共七十五頁(yè)。（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(chēng)指令字符）和帶符號(hào)（如定義尺寸的字）或不帶符號(hào)（如準(zhǔn)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。第四十五頁(yè)，共七十五頁(yè)。

機(jī)能地址符意義零件程序號(hào)%或O程序編號(hào)：1～9999程序段號(hào)N程序段編號(hào)：N1～9999準(zhǔn)備機(jī)能G指令動(dòng)作方式（直線、圓弧等）G00～99尺寸字X，Y，Z，坐標(biāo)軸的移動(dòng)命令99999.999A，B，CU，V，WR圓弧的半徑I，J，K圓弧中心相對(duì)起點(diǎn)的坐標(biāo)位置進(jìn)給速度F進(jìn)給速度的指定F0～15000主軸機(jī)能S主軸旋轉(zhuǎn)速度的指定S0～9999刀具機(jī)能T刀具編號(hào)的指定T0～99，T000～9999輔助機(jī)能M機(jī)床側(cè)開(kāi)/關(guān)控制的指定M0～99補(bǔ)償號(hào)H，D刀具補(bǔ)償號(hào)的指定00～99暫停P，X暫停時(shí)間的指定秒程序號(hào)的指定P子程序號(hào)的指定P1～9999重復(fù)次數(shù)L子程序的重復(fù)次數(shù)：L2～9999

指令字符一覽表第四十六頁(yè)，共七十五頁(yè)。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的編程一、輔助功能M代碼二、主軸功能S、進(jìn)給功能F和刀具功能T三、準(zhǔn)備功能G代碼第四十七頁(yè)，共七十五頁(yè)。一、輔助功能M代碼

M指令主要用于控制機(jī)床的各種開(kāi)關(guān)，它有兩種形式，一種是非模態(tài)代碼（它只在書(shū)寫(xiě)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(gè)程序中指定便保持有效），其指令功能如表3-2所示：第四十八頁(yè)，共七十五頁(yè)。輔助功能M代碼及其功能代碼模態(tài)功能說(shuō)明代碼模態(tài)功能說(shuō)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

M03M04

M05M06M07

M09

M30M98M99

程序暫停

程序結(jié)束

程序結(jié)束并返回程序起點(diǎn)調(diào)用子程序

子程序結(jié)束主軸正轉(zhuǎn)起動(dòng)主軸反轉(zhuǎn)起動(dòng)

主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)換刀

切削液打開(kāi)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)定的輔助功能，與PLC程序無(wú)關(guān)。其余M代碼用于機(jī)床各種輔助功能的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，其功能不由CNC內(nèi)定，而是由PLC程序指定。有可能因機(jī)床制造廠不同而存在差異（表內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)PLC指定的功能。第四十九頁(yè)，共七十五頁(yè)。二、主軸功能S、進(jìn)給功能F和刀具功能T

1、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(shí)有效。主軸轉(zhuǎn)速是變頻調(diào)速的機(jī)床，S所編程的轉(zhuǎn)速可借助機(jī)床控制面板上的主軸倍率開(kāi)關(guān)進(jìn)行修調(diào)。第五十頁(yè)，共七十五頁(yè)。2、進(jìn)給功能F

F指令表示工件被加工時(shí)刀具相對(duì)于工件的合成進(jìn)給速度，F(xiàn)的單位取決于G94（每分鐘進(jìn)給量mm/min）或G95（主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具的進(jìn)給量mm/r）。當(dāng)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(wú)關(guān)。第五十一頁(yè)，共七十五頁(yè)。3、刀具功能T

T代碼用于選刀，其后的4位數(shù)字分別表示選擇的刀具號(hào)和刀具補(bǔ)償號(hào)。執(zhí)行T指令，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架，選用指定的刀具，同時(shí)調(diào)入刀補(bǔ)寄存器中的補(bǔ)償值（刀具的幾何補(bǔ)償值即偏置補(bǔ)償與磨損補(bǔ)償之和），該值不立即移動(dòng)，而是當(dāng)后面有移動(dòng)指令時(shí)一并執(zhí)行。當(dāng)一個(gè)程序段同時(shí)包含T代碼與刀具移動(dòng)指令時(shí)，先執(zhí)行T代碼指令，而后再執(zhí)行刀具移動(dòng)指令。第五十二頁(yè)，共七十五頁(yè)。三、準(zhǔn)備功能G代碼

準(zhǔn)備功能G指令是由G后一或二位數(shù)值組成，它用來(lái)規(guī)定刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、機(jī)床坐標(biāo)系、坐標(biāo)平面、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)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(chēng)為非模態(tài)G功能，其余組稱(chēng)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(shí)被注銷(xiāo)；而模態(tài)G功能指的是一組可相互注銷(xiāo)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(xiāo)為止。模態(tài)G功能組中都包含一個(gè)缺省G功能，上電時(shí)將被初始化為該指令。第五十三頁(yè)，共七十五頁(yè)。準(zhǔn)備功能G代碼一覽表第五十四頁(yè)，共七十五頁(yè)。（一）常用準(zhǔn)備功能G代碼的應(yīng)用1、絕對(duì)值編程G90與相對(duì)值編程G91格式：G90G91

說(shuō)明：G90：絕對(duì)值編程，每個(gè)編程坐標(biāo)軸上的編程值是相對(duì)于程序原點(diǎn)的。G91：相對(duì)值編程，每個(gè)編程坐標(biāo)軸上的編程值是相對(duì)于前一位置而言的。第五十五頁(yè)，共七十五頁(yè)。例：如下圖所示，使用G90/G91編程，要求刀具由程序原點(diǎn)按順序移動(dòng)到１、２、３點(diǎn)，再返回到原點(diǎn)。xY0123204060152545第五十六頁(yè)，共七十五頁(yè)。２、工件坐標(biāo)系設(shè)定G92格式：G92X

YＺ

說(shuō)明：G92通過(guò)設(shè)定對(duì)刀點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的相對(duì)位置建立工件坐標(biāo)系。此坐標(biāo)系一旦建立起來(lái)，后序的絕對(duì)值指令坐標(biāo)位置都是此工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。其中：Ｘ、Ｙ、Ｚ分別為設(shè)定的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)到對(duì)刀點(diǎn)的有向距離。例：如下圖所示，使用G92編程，建立工件坐標(biāo)系。

第五十七頁(yè)，共七十五頁(yè)。當(dāng)以工件左端面為工件原點(diǎn)時(shí),應(yīng)按下行建立坐標(biāo)系。

G92X40Z40當(dāng)以工件右端面為工件原點(diǎn)時(shí),應(yīng)按下行建立坐標(biāo)系。

G92X40Z10第五十八頁(yè)，共七十五頁(yè)。

X、Z值的確定，即確定對(duì)刀點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。其選擇的一般原則為：

1、方便數(shù)學(xué)計(jì)算和簡(jiǎn)化編程；2、容易找正對(duì)刀；3、便于加工檢查；4、引起的加工誤差小；5、不要與機(jī)床、工件發(fā)生碰撞；6、方便拆卸工件；7、空行程不要太長(zhǎng)。第五十九頁(yè)，共七十五頁(yè)。注意:

1、執(zhí)行此段程序只是建立在工件坐標(biāo)系中刀具起點(diǎn)相對(duì)于程序原點(diǎn)的位置，刀具并不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。2、執(zhí)行此段程序之前必須保證刀位點(diǎn)與程序起點(diǎn)（對(duì)刀點(diǎn)）符合。3、G92指令必須單獨(dú)一個(gè)程序段指定，并放在程序的首段。第六十頁(yè)，共七十五頁(yè)。3、快速定位G00格式：G00XYZ

說(shuō)明：X、Z、Y快速定位終點(diǎn)，G90時(shí)為終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；G91時(shí)為終點(diǎn)相對(duì)于起點(diǎn)的位移量。

G00指令中的快移速度由機(jī)床參數(shù)“快移進(jìn)給速度”對(duì)各軸分別設(shè)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。快移速度可由面板上的快速修調(diào)旋扭修正。第六十一頁(yè)，共七十五頁(yè)。4、直線插補(bǔ)G01格式：G01XYZF說(shuō)明：X、Y、Z為線形進(jìn)給終點(diǎn)。在G90時(shí)為終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；在G91時(shí)為終點(diǎn)相對(duì)于起點(diǎn)的位移量；F為合成進(jìn)給速度。

G01指令刀具以聯(lián)動(dòng)的方式，按F規(guī)定的合成進(jìn)給速度，從當(dāng)前位置按線性路線（聯(lián)動(dòng)直線軸的合成軌跡為直線）移動(dòng)到程序段指令的終點(diǎn)。第六十二頁(yè)，共七十五頁(yè)。5、圓弧插補(bǔ)G02/G03格式：XYZF說(shuō)明：G02/G03指令刀具，按F規(guī)定的和成進(jìn)給速度，從當(dāng)前位置按順時(shí)針/逆時(shí)針進(jìn)行圓弧加工。圓弧插補(bǔ)G02/G03的判斷，在在加工平面內(nèi)，根據(jù)其插補(bǔ)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針/逆時(shí)針來(lái)區(qū)別的。在G90時(shí)，X、Y、Z為圓弧終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；在G91時(shí)，X、Y、Z為圓弧終點(diǎn)相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的位移量。

G02G03IJKR第六十三頁(yè)，共七十五頁(yè)。數(shù)控車(chē)中圓弧插補(bǔ)G02/G03的判斷是以觀察者迎著Y軸的指向所面對(duì)的平面。（見(jiàn)下圖所示）

+Z+X+ZG02G02G02G02+XG02G02G02G02+YG03G03G03G03G03G03G03G03+Y第六十四頁(yè)，共七十五頁(yè)。數(shù)控車(chē)床順圓、逆圓的判斷實(shí)例第六十五頁(yè)，共七十五頁(yè)。數(shù)控銑中圓弧插補(bǔ)G02/G03的判斷是以不同的

平面來(lái)選擇的。（見(jiàn)下圖所示）

000G17G18G19XXYYZZG02G02G02G03G03G03第六十六頁(yè)，共七十五頁(yè)。

I、J、K分別為圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的偏移值（等于圓心的坐標(biāo)減去圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)，如圖所示）在G90/G91時(shí)都是以增量方式來(lái)指定。

R為圓弧半徑，當(dāng)圓弧圓心角小于180°時(shí)，R為正值，否則R為負(fù)值。F為被編程的兩個(gè)軸的合成進(jìn)給速度。圓心起點(diǎn)終點(diǎn)（X、Y）圓心圓心起點(diǎn)起點(diǎn)終點(diǎn)（X、Z）終點(diǎn)（Y、Z）KIIKJJ0OOXXYYZZ第六十七頁(yè)，共七十五頁(yè)。6、直徑編程和半徑編程格式：G36G37說(shuō)明：G36直徑編程G37半徑編程

G36和G37指令主要用于數(shù)控車(chē)床的編程，因車(chē)床工件外型通常是旋轉(zhuǎn)體，其X軸尺寸可以用兩種方式加以指定：直徑方式和半徑方式。機(jī)床出廠時(shí)一般設(shè)G36為缺省值。但當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置為半徑時(shí)，則半徑編程為缺省狀態(tài)，但程序中可用G37、G36指令改變編程