機(jī)床數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床編程及加工

機(jī)械工程實(shí)踐中心課件

機(jī)床數(shù)控技術(shù)目錄

第一部分機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本知識(shí)

第二部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的手工編程與操作第一部分機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本知識(shí)蘭州交通大學(xué)機(jī)械工程實(shí)踐中心§1有關(guān)機(jī)床數(shù)控的概念1、數(shù)控（NC）數(shù)字控制（Numericalcontrol）的簡(jiǎn)稱。指用數(shù)字信息通過(guò)控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作的控制。2、數(shù)控系統(tǒng)（NCS）數(shù)字控制系統(tǒng)（NumericalControlSystem）的簡(jiǎn)稱。指采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)。3、數(shù)控設(shè)備（NCU）數(shù)字控制設(shè)備（NumericalControlU）的簡(jiǎn)稱，指裝備了數(shù)控系統(tǒng)的受控設(shè)備。

§1有關(guān)機(jī)床數(shù)控的概念（續(xù)）4、機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)字控制技術(shù)的簡(jiǎn)稱，指用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床實(shí)行控制的一門技術(shù)。5、數(shù)控機(jī)床數(shù)字控制機(jī)床（NumericalControltools）的簡(jiǎn)稱，指裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，包含在數(shù)控設(shè)備中。國(guó)際信息處理聯(lián)盟第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼，或其它符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。

§2數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)§2數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)(續(xù))數(shù)控銑削加工的零件加工中心加工的零件§2數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)（續(xù)）1、適合于復(fù)雜形狀零件的加工2、加工精度和尺寸重復(fù)精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定性好。3、實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差。4、生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟(jì)效益明顯。5、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，可以實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)操作。6、可以精確地計(jì)算成本和安排生產(chǎn)進(jìn)度，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。§3數(shù)控機(jī)床的組成

1、輸入輸出裝置2、數(shù)控系統(tǒng)（亦稱CNC裝置）3、伺服系統(tǒng)4、位置檢測(cè)裝置（亦稱反饋元件）5．輔助裝置6．機(jī)床本體§3數(shù)控機(jī)床的組成（續(xù)）

數(shù)控機(jī)床的邏輯組成

§3數(shù)控機(jī)床的組成（續(xù)）

FANUC系列150iB型數(shù)控裝置

FANUC系列150iB型數(shù)控裝置

§4數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程

數(shù)控機(jī)床加工一個(gè)零件的過(guò)程

§5數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍

數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍

§5數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍（續(xù)）1批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件；2幾何形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件；3在加工過(guò)程中必須進(jìn)行多種加工的零件；4切削余量大的零件5必須嚴(yán)格控制公差的零件6需要頻繁改型的零件7加工過(guò)程中如果發(fā)生錯(cuò)誤將會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重零件8需要全部檢驗(yàn)的零件；§6數(shù)控機(jī)床的分類二、按伺服系統(tǒng)類型分類

1、開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床§6數(shù)控機(jī)床的分類（續(xù)）2、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床§6數(shù)控機(jī)床的分類（續(xù)）3、半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床§6數(shù)控機(jī)床的分類（續(xù)）二、按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分類1、點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床§6數(shù)控機(jī)床的分類（續(xù)）1、點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床§6數(shù)控機(jī)床的分類（續(xù)）2、直線控制數(shù)控機(jī)床§6數(shù)控機(jī)床的分類（續(xù)）2、直線控制數(shù)控機(jī)床§6數(shù)控機(jī)床的分類（續(xù)）3、輪廓控制數(shù)控機(jī)床§6數(shù)控機(jī)床的分類（續(xù)）3、輪廓控制數(shù)控機(jī)床§6數(shù)控機(jī)床的分類(續(xù))三、按加工工藝及機(jī)床用途的類型分類1、金屬切削類2、金屬成型類3、特種加工類4、測(cè)量繪圖類四、按同時(shí)控制坐標(biāo)軸數(shù)分類1、兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床2、5/2坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床（兩坐標(biāo)半聯(lián)動(dòng)）3、三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床4、多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床§7數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的確定1、坐標(biāo)軸的確定規(guī)則

1）假設(shè)：工件固定，刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)。2）標(biāo)準(zhǔn)：右手笛卡兒直角坐標(biāo)系（拇指為X向，食指為Y向，中指為Z向）。

XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A基本坐標(biāo)：X、Y、Z軸由右手定則確定回轉(zhuǎn)坐標(biāo)：A、B、C軸由右手螺旋法則確定2、坐標(biāo)軸的確定方法

順序：先

確定Z軸，再確定X軸，最后確定Y軸。

1）Z軸有主軸的機(jī)床以平行于主軸的方向?yàn)閆坐標(biāo)軸；通常規(guī)定機(jī)床的主軸作為Z坐標(biāo)軸。沒(méi)有主軸的機(jī)床

以垂直于工件裝夾面的方向?yàn)閆坐標(biāo)。刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸的正方向。

+Z數(shù)控車床+Z+Z立式5軸數(shù)控銑床立式3軸數(shù)控銑床3）Y軸

右手笛卡兒直角坐標(biāo)系（拇指為X向，食指為Y向，中指為Z向）。

4）回轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C+Z+X立式5軸數(shù)控銑床+Y+A+CXYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A用右手螺旋法則判斷。1、數(shù)控機(jī)床程序編制的內(nèi)容和步驟

§8數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)1、程序的組成

§8數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)（續(xù)）2、程序代號(hào)

放在程序的最開(kāi)始，給零件加工程序一個(gè)編號(hào)，以便進(jìn)行程序檢索，并說(shuō)明該零件加工程序開(kāi)始。

格式：O

說(shuō)明：程序名由字母O(或P或符號(hào)％)以及1～8位數(shù)字組成。

舉例：

O0001§8數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)(續(xù))

3、程序段由若干單節(jié)組成，每一個(gè)單節(jié)由程序段號(hào)(順序號(hào))、程序內(nèi)容、程序段結(jié)束符組成。

格式：NGXYZFSTM；

說(shuō)明：N—程序段號(hào)，后跟1～5位數(shù)字；G、M—指令代碼，后跟2位數(shù)字；X、Y、Z±.—進(jìn)給坐標(biāo)軸及進(jìn)給量；F—進(jìn)給速度功能；S—主軸功能；T—刀具功能；;—程序段結(jié)束符。

舉例：N30G01G42X150.Y400.F200;§8數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)(續(xù))

4、程序結(jié)束標(biāo)志

放在程序的末尾，說(shuō)明該程序(或子程序)結(jié)束。

格式：M02;或M30;或M99;

說(shuō)明：M02(或M30)為主程序結(jié)束標(biāo)志，M99為子程序結(jié)束標(biāo)志。

舉例：M02;

§8數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)(續(xù))

5、子程序

在程序中把某些固定順序或重復(fù)出現(xiàn)的程序單獨(dú)抽出來(lái)、編成一個(gè)程序供調(diào)用。

格式：與主程序同。

說(shuō)明：調(diào)用格式為M98P----L----。

§8數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)(續(xù))

舉例：§8數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)（續(xù)）§9數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)功能一、快速定位指令（G00指令）1．功能：從所在點(diǎn)，按機(jī)床提供的快速進(jìn)給速度移動(dòng)到規(guī)定位置。2．格式：G00X-Y-Z-；3．說(shuō)明：（1）G00模態(tài)指令；（2）G00快速定位的速度與以前程序段中的進(jìn)給速度無(wú)關(guān)；（3）G00開(kāi)始時(shí)刀具逐漸加速至設(shè)定速度，快速移動(dòng)接近目標(biāo)點(diǎn)后，再減速至目標(biāo)點(diǎn)；（4）不能用于切削加工?！?數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)功能(續(xù))二、直線插補(bǔ)（G01指令）1、功能：以給定的進(jìn)給速度，采用直線插補(bǔ)方式進(jìn)行切削加工。2、格式：G01X-Y-Z-F-；3、說(shuō)明：①模態(tài)指令；②最初的G01指令單節(jié)中的速度F必須指定，否則進(jìn)給速度被認(rèn)為是0，執(zhí)行程序時(shí)，機(jī)械不能動(dòng)，并產(chǎn)生警示?！?數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)功能(續(xù))三、圓弧插補(bǔ)指令（G02，G03指令）1、功能使刀具在給定平面內(nèi)，以給定的進(jìn)給速度進(jìn)行順時(shí)針（逆時(shí)針）圓弧插補(bǔ)加工，切削出圓弧輪廓。2、格式

G17G02（G03）X-Y-I-J-F-；XY平面R-G18G02（G03）X-Z-I-K-F-；XZ平面R-G19G02（G03）Y-Z-J-K-F-；YZ平面R-第二部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的手工編程與操作蘭州交通大學(xué)機(jī)械工程實(shí)踐中心§1數(shù)控車床的手工編程

1.熟悉數(shù)控車床的操作面板

2.采用單段運(yùn)行方式練習(xí)數(shù)控車床的常用加工指令操作§1數(shù)控車床的手工編程

3.手工編程

如圖所示工件，毛坯為φ45㎜×120㎜棒材，材料為45鋼，數(shù)控車削端面、外圓。

（1）根據(jù)零件圖樣要求、毛坯情況，確定工藝方案及加工路線1）對(duì)短軸類零件，軸心線為工藝基準(zhǔn)，用三爪自定心卡盤夾持φ45外圓，使工件伸出卡盤80㎜，一次裝夾完成粗精加工。2）工步順序①粗車端面及φ40㎜外圓，留1㎜精車余量。②精車φ40㎜外圓到尺寸?！?數(shù)控車床的手工編程(續(xù))（2）選擇機(jī)床設(shè)備根據(jù)零件圖樣要求，選用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床即可達(dá)到要求。故選用SK50型數(shù)控臥式車床。（3）選擇刀具根據(jù)加工要求，選用兩把刀具，T01為90°粗車刀，T03為90°精車刀。同時(shí)把兩把刀在自動(dòng)換刀刀架上安裝好，且都對(duì)好刀，把它們的刀偏值輸入相應(yīng)的刀具參數(shù)中。（4）確定切削用量切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)該機(jī)床性能、相關(guān)的手冊(cè)并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定，詳見(jiàn)加工程序。（5）確定工件坐標(biāo)系、對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)確定以工件右端面與軸心線的交點(diǎn)O為工件原點(diǎn)，建立XOZ工件坐標(biāo)系。采用手動(dòng)試切對(duì)刀方法（操作與前面介紹的數(shù)控車床對(duì)刀方法基本相同）把點(diǎn)O作為對(duì)刀點(diǎn)。換刀點(diǎn)設(shè)置在工件坐標(biāo)系下X55、Z20處?！?數(shù)控車床的手工編程(續(xù))（6）編寫程序(以SK50車床為例)按該機(jī)床規(guī)定的指令代碼和程序段格式，把加工零件的全部工藝過(guò)程編寫成程序清單。該工件的加工程序如下：N0010G59X0Z100；設(shè)置工件原點(diǎn)N0020G90N0030G92X55Z20；設(shè)置換刀點(diǎn)N0040M03S600N0050M06T01；取1號(hào)90°偏刀，粗車N0060G00X46Z0N0070G01X0Z0N0080G00X0Z1N0090G00X41Z1N0100G01X41Z-64F80；粗車φ40㎜外圓，留1㎜精車余量N0110G28N0120G29；回?fù)Q刀點(diǎn)N0130M06T03；取3號(hào)90°偏刀，精車N0140G00X40Z1N0150M03S1000N0160G01X40Z-64F40；精車φ40㎜外圓到尺寸N0170G00X55Z20N0180M05N0190M02§2數(shù)控車床的操作

1）工裝夾具;2）工件毛坯;3）刀具2.程序的輸入（手動(dòng)輸入或RS-232接口輸入）

對(duì)刀的目的是確定程序原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)在零件上、夾具上或機(jī)床上，對(duì)刀時(shí)應(yīng)使對(duì)刀點(diǎn)與刀位點(diǎn)重合。

1）外徑刀的對(duì)刀方法Z向?qū)Φ度?a)所示。先用外徑刀將工件端面(基準(zhǔn)面)車削出來(lái)；車削端面后，刀具可以沿X方向移動(dòng)遠(yuǎn)離工件，但不可Z方向移動(dòng)。Z軸對(duì)刀輸入：“Z0測(cè)量”。

X向?qū)Φ度?b)所示。車削任一外徑后，使刀具Z向移動(dòng)遠(yuǎn)離工件，待主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，測(cè)量剛剛車削出來(lái)的外徑尺寸。例如，測(cè)量值為Φ50.78mm,則X軸對(duì)刀輸入：“X50.78測(cè)量”。

§2數(shù)控車床的操作(續(xù))

2）內(nèi)孔刀的對(duì)刀方法

類似外徑刀的對(duì)刀方法。Z向?qū)Φ秲?nèi)孔車刀輕微接觸到己加工好的基準(zhǔn)面（端面）后，就不可再作Z向移動(dòng)。Z軸對(duì)刀輸入：“Z0測(cè)量”。X向?qū)Φ度我廛囅饕粌?nèi)孔直徑后，Z向移動(dòng)刀具遠(yuǎn)離工件，停止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，然后測(cè)量已車削好的內(nèi)徑尺寸。例如，測(cè)量值為Φ45.56mm，則X軸對(duì)刀輸入：“X45.56測(cè)量”。3）鉆頭、中心鉆的對(duì)刀方法Z向?qū)Φ度纾╝）所示。鉆頭(或中心鉆)輕微接觸到基準(zhǔn)面后，就不可再作Z向移動(dòng)。Z軸對(duì)刀輸入：“Z0測(cè)量”。

X向?qū)Φ度纾╞）所示。主軸不必轉(zhuǎn)動(dòng)，以手動(dòng)方式將鉆頭沿X軸移動(dòng)到鉆孔中心，即看屏幕顯示的機(jī)械坐標(biāo)到“X0.0”為止。X軸對(duì)刀輸入：“X0測(cè)量”。

§2數(shù)控車床的操作(續(xù))

1）機(jī)床鎖定圖形模擬運(yùn)行（鎖定刀具，X、Y軸移動(dòng)）2）去掉毛坯空運(yùn)行（利用空運(yùn)行按鈕完成）1）單段運(yùn)行2）慢速連續(xù)切削7.再次試切（如有問(wèn)題返回6）

機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過(guò)程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語(yǔ)言記錄在程序單上的全過(guò)程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對(duì)程序經(jīng)過(guò)處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。數(shù)控編程的目的機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過(guò)程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對(duì)程序及首件試加工。數(shù)控編程的內(nèi)容機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運(yùn)動(dòng)控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對(duì)坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時(shí)G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開(kāi)冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開(kāi)關(guān)1有效M20√M21自定義開(kāi)關(guān)1無(wú)效M21√8M22自定義開(kāi)關(guān)2有效M22√M23自定義開(kāi)關(guān)2無(wú)效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定