數(shù)控編程01 數(shù)控加工技術(shù)概述02和數(shù)控機(jī)床編程及加工

并聯(lián)機(jī)床

傳統(tǒng)機(jī)床為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，存在懸臂部件，不易獲得高的結(jié)構(gòu)剛度；另外，其組成環(huán)節(jié)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，限制了加工精度和速度的提高。在2O世紀(jì)9O年代中期問(wèn)世的并聯(lián)機(jī)床，正是為解決傳統(tǒng)機(jī)床存在的問(wèn)題而進(jìn)行的一種新的嘗試。并聯(lián)機(jī)床是機(jī)器人技術(shù)、機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)、現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，被稱為“21世紀(jì)的機(jī)床”，具有很大的開(kāi)發(fā)潛力和廣泛的應(yīng)用前景。動(dòng)平臺(tái)靜平臺(tái)輸入輸出并聯(lián)機(jī)構(gòu)及其拓?fù)錂C(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)（parallelmechanism）是一組由兩個(gè)或兩個(gè)以上的分支機(jī)構(gòu)并聯(lián)而成的。所有分支機(jī)構(gòu)可同時(shí)接受驅(qū)動(dòng)器輸入，而最終共同給出輸出。并聯(lián)機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)學(xué)上是多路閉環(huán)機(jī)構(gòu)。

并聯(lián)機(jī)床的主軸(動(dòng)平臺(tái))與機(jī)座(靜平臺(tái))之間采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)。它沒(méi)有滑臺(tái)，沒(méi)有導(dǎo)軌，而只用幾根可自由伸縮的驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)主軸箱、帶著刀具（或工件）在空間運(yùn)動(dòng)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算完成加工任務(wù)。并聯(lián)機(jī)床具有承載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、精度高、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種“硬件”簡(jiǎn)單、“軟件”復(fù)雜、技術(shù)附加值高的產(chǎn)品。

載荷/質(zhì)量比大響應(yīng)速度快便于模塊化設(shè)計(jì)布局形式靈活多樣控制復(fù)雜工作空間相對(duì)較小靈活度差與串聯(lián)結(jié)構(gòu)互為補(bǔ)充（對(duì)偶關(guān)系）并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)傳統(tǒng)機(jī)床與并聯(lián)機(jī)床的綜合性能比較IMTS’94美國(guó)Giddings&Lewis公司首次展出Variax型并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)床VARIAX型加工中心嗣后，美國(guó)Ingersoll推出了VOH1000（立式）和HOH600（臥式）型加工中心，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上得到了較大的改進(jìn)，從“內(nèi)銑”改為“外銑”。右圖為VOH1000.HOH600Hexa6X立式五坐標(biāo)高速銑床歐洲第一臺(tái)商品化的并聯(lián)機(jī)床。由歐共體Esprit高科技研究計(jì)劃資助，有4家德國(guó)的單位參加。Linapod立式加工中心德國(guó)斯圖加特大學(xué)機(jī)床控制研究所ISWSKM400型臥式加工中心德國(guó)Heckert公司P800型五桿并聯(lián)機(jī)床德國(guó)Metrom公司自動(dòng)化餅干包裝（瑞士Demaurex）機(jī)器人化機(jī)床Reconfigurablemanufacturingsystemusingtriceptrobots物流和裝配系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的工作原理一、數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成操作面板信息載體（控制介質(zhì)）與輸入輸出設(shè)備二、信息載體及輸入輸出三、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）裝置（或CNC單元）計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心。

四、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置

伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置是指主軸伺服裝置和主軸電機(jī)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給電機(jī)。測(cè)量裝置是指位置和速度測(cè)量裝置，它是實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制（主軸、進(jìn)給）和位置閉環(huán)控制（進(jìn)給）的必要裝置。五、PLC、機(jī)床I/O電路和PLC裝置用于完成與邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的I/O控制，它由硬件和軟件組成。

六、機(jī)床驅(qū)動(dòng)模塊數(shù)控系統(tǒng)模塊顯示、輸入單元I/O接口數(shù)控機(jī)床的分類一、按工藝用途分類（機(jī)床類型）

切削加工類：如數(shù)控銑床、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、FMC等。成型加工類：數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)等。特種加工類：數(shù)控線切割機(jī)、電火花加工機(jī)、激光加工機(jī)等。其它類型：數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測(cè)量機(jī)、機(jī)器人等。二、按加工路線分類（控制功能）

點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動(dòng)；對(duì)軌跡不作控制要求；運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測(cè)量機(jī)。直線控制數(shù)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)的功能能實(shí)現(xiàn)沿平行某個(gè)坐標(biāo)軸（如X、Y、Z）或兩軸等速的方向進(jìn)行加工；適用范圍：數(shù)控鏜銑床、數(shù)控組合機(jī)床等。輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制（連續(xù)控制）系統(tǒng)：具有控制幾個(gè)進(jìn)給軸同時(shí)諧調(diào)運(yùn)動(dòng)（坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)），使工件相對(duì)于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機(jī)床?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。三、按伺服系統(tǒng)的控制方式分類按數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)有無(wú)位置測(cè)量裝置可分為開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測(cè)量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。開(kāi)環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補(bǔ)指令脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大無(wú)位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車(chē)床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。++-實(shí)際速度反饋速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元速度控制單元電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋位置控制單元位置控制調(diào)節(jié)器半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)，是從驅(qū)動(dòng)裝置（常用伺服電機(jī)）或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開(kāi)環(huán)好。但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分2軸聯(lián)動(dòng)（平面曲線）3軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面）5軸聯(lián)動(dòng)及6軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面）。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)一、數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定

統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸及其運(yùn)動(dòng)的方向，可使編程方便，并使編出的程序?qū)ν愋蜋C(jī)床有通用性。同時(shí)也給維修和使用帶來(lái)極大的方便。

坐標(biāo)軸：具有位移控制和速度控制功能的運(yùn)動(dòng)軸。標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系(基本坐標(biāo)系)：是一個(gè)右手笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)。附加坐標(biāo)軸的命名：平行于標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中相應(yīng)坐標(biāo)軸的進(jìn)給軸，稱為附加坐標(biāo)軸

。統(tǒng)一規(guī)定：以增大工件與刀具之間距離的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向。立式數(shù)控銑床的坐標(biāo)軸

機(jī)床坐標(biāo)軸的確定方法Z坐標(biāo)（軸）

：

①對(duì)只有一個(gè)主軸，且主軸無(wú)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的，則平行主軸軸線的坐標(biāo)軸為Z坐標(biāo)；

②對(duì)沒(méi)有主軸或有多個(gè)主軸的數(shù)控機(jī)床，則規(guī)定垂直于工件裝夾面的方向的坐標(biāo)軸為Z坐標(biāo)；

③對(duì)主軸能擺動(dòng)，且在擺動(dòng)的范圍內(nèi)只與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中的某一坐標(biāo)平行的數(shù)控機(jī)床，則該坐標(biāo)軸便是Z坐標(biāo)；

④對(duì)主軸能擺動(dòng)，若在擺動(dòng)的范圍內(nèi)與多個(gè)坐標(biāo)平行的數(shù)控機(jī)床，則取垂直于工件裝夾面方向的坐標(biāo)軸為Z坐標(biāo)。

X坐標(biāo)（軸）：

規(guī)定x坐標(biāo)軸為水平方向，且垂直于z軸并平行于工件的裝夾面。對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如車(chē)床、外圓磨床等)，x坐標(biāo)的方向是在工件的徑向上，且平行于橫向滑座。對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如銑床、鏜床等)，則規(guī)定：當(dāng)z軸為水平時(shí)，從刀具主軸后端向工件方向看，向右方向?yàn)閤軸的正方向；當(dāng)z軸為垂直時(shí)，對(duì)于單立柱機(jī)床，面對(duì)刀具主軸向立柱方向看，向右方向?yàn)閤軸的正方向。

y坐標(biāo)（軸）：按右手定則確定y坐標(biāo)的正方向。

A、B、C坐標(biāo)：

按右手螺旋定則來(lái)確定A、B、C坐標(biāo)的正方向。

右手定則：大拇指指向+X，中指指向+Z，則+Y方向?yàn)槭持钢赶?。右手螺旋法則：在XZ平面，從Z至X，拇指所指的方向?yàn)?Ｙ。二、數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)三軸兩聯(lián)動(dòng)加工——“行切法”

以X、Y、Z軸中任意兩軸作插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，另一軸（軸）作周期性進(jìn)給。這時(shí)一般采用球頭或指狀銑刀，在可能的條件下，球半徑應(yīng)盡可能選擇大一些，以提高零件表面光潔度。該方法加工的表面光潔度較差。類似的還有所謂“環(huán)切法”。三軸聯(lián)動(dòng)加工

回珠器三軸聯(lián)動(dòng)加工示意圖四軸聯(lián)動(dòng)加工方法

飛機(jī)大梁四軸聯(lián)動(dòng)加工示意圖

五軸聯(lián)動(dòng)加工

五軸聯(lián)動(dòng)加工示意圖

螺旋槳類零件

三、數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度坐標(biāo)行程擺角范圍刀庫(kù)容量和換刀時(shí)間四、數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)定位精度重復(fù)定位精度分度精度分辨率與脈沖當(dāng)量機(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(xiě)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(xiě)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(chē)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(chē)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指定速度F12～F4000√機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進(jìn)行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯(cuò)編譯等。每一個(gè)工件程序由若干個(gè)程序段組成；每一個(gè)程序段完成一個(gè)加工步驟；每一個(gè)程序指令有程序段號(hào)和若干個(gè)指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意