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数控技术及应用数控技术及应用 绪论绪论山东英才学院山东英才学院课程简介课程简介本课程是机电一体化专业的专业必修课程之一。本课程分理论、实训和仿真三个部分。技术环节多，实践性强，须要理论联系实际且要求动手实力强。本课程讲授的主要内容为：绪论、数控车床程序编制、数控车床操作、数控铣床（加工中心）程序编制、数控铣床（加工中心）操作、宇龙数控仿真软件操作。绪论绪论（一）学问目标（一）学问目标了解数控技术和数控机床的基本概念、产生、发展了解数控技术和数控机床的基本概念、产生、发展及趋势及趋势驾驭数控机床的结构组成与工作原理驾驭数控机床的结构组成与工作原理驾驭数控机床的分类、加工特点及应用驾驭数控机床的分类、加工特点及应用了解数控编程的内容、步骤和方法了解数控编程的内容、步骤和方法驾驭数控机床的各种坐标系的作用和确定方法驾驭数控机床的各种坐标系的作用和确定方法驾驭数控加工程序的组成和格式驾驭数控加工程序的组成和格式了解数控编程常用的功能指令了解数控编程常用的功能指令学习目标学习目标绪论绪论（二）实力目标（二）实力目标 通过对数控机床和数控编程基本学问的了解通过对数控机床和数控编程基本学问的了解和驾驭，建立起对数控机床操作和数控程序编制的和驾驭，建立起对数控机床操作和数控程序编制的基本印象，为今后的学习打下扎实的基础。基本印象，为今后的学习打下扎实的基础。绪论绪论一、数控机床概述一、数控机床概述（一）数控机床的概念、产生与发展（一）数控机床的概念、产生与发展1.1.数控机床的基本概念数控机床的基本概念数控（数控（Numerical ControlNumerical Control，NCNC）是指接受数字和符号构成的数字化是指接受数字和符号构成的数字化信息对机床信息对机床的运动及其加工过程进行自动限制的技的运动及其加工过程进行自动限制的技术。术。数控机床（数控机床（Numerically Controlled Numerically Controlled Machine ToolMachine Tool）是指装备了数控系统的机床。是指装备了数控系统的机床。绪论绪论2.2.数控机床的产生和发展数控机床的产生和发展19461946年，世界上第一台电子计算机问世，此后不久年，世界上第一台电子计算机问世，此后不久将数控技术应用于机械加工的设想也随之出现。将数控技术应用于机械加工的设想也随之出现。19481948年，美国帕森斯公司首先提出了接受数字限制年，美国帕森斯公司首先提出了接受数字限制技术进行机械加工的方案。技术进行机械加工的方案。19521952年，诞生了世界上第一台数控机床，是一台立年，诞生了世界上第一台数控机床，是一台立式数控铣床，成功实现了三轴联动。式数控铣床，成功实现了三轴联动。19541954年底，第一台工业用数控机床生产出来。年底，第一台工业用数控机床生产出来。绪论绪论 随着计算机电子技术的不断发展，数控系统发展至今已经验了两个阶段，共六代系统。（1）数控（NC）阶段第一代：19521959年 接受电子管元件构成的专用NC系统其次代：19591964年 接受晶体管电路的NC系统第三代：19651970年 接受小、中规模集成电路的NC系统绪论绪论（2 2）计算机数控（）计算机数控（CNCCNC）阶段）阶段第四代：第四代：1970197019741974年年 接受小型计算机的接受小型计算机的NCNC系统系统第五代：第五代：1974197419901990年年 接受微处理器的接受微处理器的NCNC系统系统第六代：第六代：19901990年至今年至今 基于基于PCPC机的机的NCNC系统系统绪论绪论3.3.我国数控系统的发展我国数控系统的发展19581958年，以高等院校为主导，起先了数控机床的研制年，以高等院校为主导，起先了数控机床的研制19661966年，生产出第一台用于直线年，生产出第一台用于直线圆弧插补的晶体管数控圆弧插补的晶体管数控机床机床19701970年初，起先进入第三代数控系统的制造阶段，但发展缓年初，起先进入第三代数控系统的制造阶段，但发展缓慢，数控系统的稳定性、牢靠性较差，主要生产数控线切慢，数控系统的稳定性、牢靠性较差，主要生产数控线切割机床割机床19801980年后，引进日本、美国、德国等国家的先进技术，并起年后，引进日本、美国、德国等国家的先进技术，并起先合资批量生产数控机床先合资批量生产数控机床19851985年后，生产数控机床的品种达到年后，生产数控机床的品种达到8080多种，数控设备进入多种，数控设备进入了好用阶段，同时数控机床功能部件的专业厂商也渐渐形了好用阶段，同时数控机床功能部件的专业厂商也渐渐形成规模成规模19901990年后，我国加强了数控系统的自主研发，并取得了确定年后，我国加强了数控系统的自主研发，并取得了确定成效，国产数控系统起先崭露头角成效，国产数控系统起先崭露头角绪论绪论3.3.我国数控系统的发展我国数控系统的发展 相比先进的工业国家，我国在数控领域存在确定的相比先进的工业国家，我国在数控领域存在确定的差距：差距：数控机床方面，数控机床方面，“低端混战，高端失守低端混战，高端失守”。我国目。我国目前还是以生产经济型数控机床为主（前还是以生产经济型数控机床为主（80%80%），高、），高、中档数控机床仍旧依靠于进口。中档数控机床仍旧依靠于进口。数控机床的产量也远不能满足国内生产的须要，更无数控机床的产量也远不能满足国内生产的须要，更无法满足出口要求。法满足出口要求。数控系统方面是我国最为薄弱的环节，虽然我国已经数控系统方面是我国最为薄弱的环节，虽然我国已经驾驭多项关键技术，打破了西方对高端数控系统的驾驭多项关键技术，打破了西方对高端数控系统的垄断。但主要还是以开发经济型数控系统为主。垄断。但主要还是以开发经济型数控系统为主。绪论绪论4.4.数控机床发展趋势数控机床发展趋势（1 1）高速化）高速化主轴转速：假如机床接受电主轴（内装式主轴电机），主轴转速：假如机床接受电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴最高转速即主轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴最高转速达达200000r/min200000r/min。进给速度：在辨别率为进给速度：在辨别率为0.01m0.01m时，最大进给率达到时，最大进给率达到240m/min240m/min且可获得困难型面的精确加工；且可获得困难型面的精确加工；换刀速度：数控车床的自动回转刀架转位时间一般可换刀速度：数控车床的自动回转刀架转位时间一般可达达0.40.40.6s0.6s，加工中心的刀具交换时间普遍可达，加工中心的刀具交换时间普遍可达3s3s，最快可达到，最快可达到1s1s以内。以内。DMG接受直线电机的卧式加工中心（接受直线电机的卧式加工中心（120米米/分）分）绪论绪论进给速度达进给速度达240240米米/分的分的NSKNSK滚珠丝杆和滚动导轨滚珠丝杆和滚动导轨 绪论绪论绪论绪论（2 2）高精度化）高精度化当前的数控机床辨别率可达到当前的数控机床辨别率可达到0.1m0.1m，有的可达到，有的可达到0.01m0.01m，实现了高精度加工。，实现了高精度加工。目前数控机床的定位精度可达目前数控机床的定位精度可达0.001 mm0.001 mm，重复定位精度可达，重复定位精度可达0.0005mm0.0005mm。（3 3）加工复合化）加工复合化数控机床正在向着一机多能的趋势发展，即在一台机床上实数控机床正在向着一机多能的趋势发展，即在一台机床上实现多工序、多方法加工。现多工序、多方法加工。即可以避开工件多次装夹造成的定位误差，提高加工精度，即可以避开工件多次装夹造成的定位误差，提高加工精度，还可以削减设备台数，节约占地面积和协助时间，提高还可以削减设备台数，节约占地面积和协助时间，提高工作效率。工作效率。镗铣钻复合镗铣钻复合加工中心、五面加工中心（主轴立卧转换）加工中心、五面加工中心（主轴立卧转换）车铣复合车铣复合车削中心（动力刀头）；车削中心（动力刀头）；DMG的车铣复合数控机床的车铣复合数控机床 绪论绪论绪论绪论（4 4）结构新型化（虚拟轴机床或并联机床）结构新型化（虚拟轴机床或并联机床）19941994年在美国芝加哥机床展上首次面世即被誉为是年在美国芝加哥机床展上首次面世即被誉为是“21“21世纪的世纪的机床机床”。没有任何导轨和滑台，接受能够伸缩的没有任何导轨和滑台，接受能够伸缩的“6“6条腿条腿”（伺服轴）支（伺服轴）支撑并联，无实体坐标系，可实现多坐标轴联动加工。撑并联，无实体坐标系，可实现多坐标轴联动加工。限制系统结构困难，加工精度、加工效率较一般加工中心高限制系统结构困难，加工精度、加工效率较一般加工中心高210210倍。倍。（5 5）数控系统智能化）数控系统智能化为追求加工效率和加工质量方面的智能化为追求加工效率和加工质量方面的智能化为提高驱动性能及运用连接的智能化为提高驱动性能及运用连接的智能化简化编程和操作方面的智能化简化编程和操作方面的智能化数控系统的智能诊断、智能监控等，便利系统的诊断及修理数控系统的智能诊断、智能监控等，便利系统的诊断及修理自适应限制（自适应限制（Adaptive ControlAdaptive Control）、模糊系统和神经网络的限）、模糊系统和神经网络的限制机理制机理绪论绪论（6 6）数控系统的高牢靠性）数控系统的高牢靠性高牢靠性是指数控系统的牢靠性要高于被控设备的高牢靠性是指数控系统的牢靠性要高于被控设备的牢靠性在一个数量级以上，即牢靠性在一个数量级以上，即NCNC系统与机床的失系统与机床的失效比为效比为1 1：1010。可以实行提高线路集成度、改善硬件的结构和功能、可以实行提高线路集成度、改善硬件的结构和功能、增加故障自诊断、自复原和爱护功能等措施，来增加故障自诊断、自复原和爱护功能等措施，来提高牢靠性。提高牢靠性。可用平均无故障运行时间（可用平均无故障运行时间（MTBF MTBF）来衡量，国外）来衡量，国外数控系统的数控系统的MTBFMTBF在在7000070000100000h100000h以上，国产数以上，国产数控系统平均无故障时间可达控系统平均无故障时间可达10000h10000h以上。以上。绪论绪论（二）数控机床的结构组成与工作原理（二）数控机床的结构组成与工作原理1.1.数控机床的结构组成数控机床的结构组成协助限制装置伺服系统绪论绪论（1 1）输入输出装置）输入输出装置v机床与外部设备的接口，目前较为常用的加工程序输入方法有两种。通过编辑面板编辑面板，在MDI方式（手动数据输入）或编辑方式下直接将程序输入CNC系统。手动输入手动输入 利用串行通信串行通信的方式（常用RS-232C接口），可以实现与上级计算机或其他数控机床之间的信息交互。自动输入自动输入绪论绪论绪论绪论（2 2）计算机数控装置（）计算机数控装置（CNCCNC）数控机床的核心核心绪论绪论将加工程序翻译成便于计算机处理的格式包括刀具补偿（长度、半径、磨损补偿）、速度计算和协助指令的处理经插补运算可确定各坐标轴的进给速度、方向和位移量，并以脉冲信号的方式传输给伺服系统。传输主轴的变速、换向、启停；刀具的选择和交换；工件夹紧和松开、冷却液启停等协助指令绪论绪论插补：在被加工轨迹的起点和终点之间，进行“数据密化”，并求取中间点坐标，然后利用已知线性靠近的过程。绪论绪论经插补运算可获得各坐标轴进给速度、进给方向和位移量，并以脉冲信号的方式传输给伺服系统。由于直线和圆弧是构成零件轮廓的基本几何元素，故大多数数控系统都具有直线和圆弧插补功能。插补运算是整个CNC软件的核心，其速度和精度干脆影响数控机床的加工速度和精度。绪论绪论（3 3）伺服系统）伺服系统数控机床的执行机构，接受数控机床的执行机构，接受CNCCNC装置的脉冲信号，经装置的脉冲信号，经过调解、转换和放大后驱动机床的各个运动部件过调解、转换和放大后驱动机床的各个运动部件来完成相应的动作。来完成相应的动作。伺服系统包括主轴伺服系统和进给伺服系统。伺服系统包括主轴伺服系统和进给伺服系统。主轴伺服系统主轴伺服系统实现零件加工的切削运动，限制实现零件加工的切削运动，限制机床主轴的转速；机床主轴的转速；进给伺服系统进给伺服系统实现零件加工所需的成型运动，实现零件加工所需的成型运动，限制机床移动部件的位置和速度。限制机床移动部件的位置和速度。绪论绪论（4 4）测量反馈装置）测量反馈装置检测机床各移动部件的位置和速度，并将信号反馈检测机床各移动部件的位置和速度，并将信号反馈回回CNCCNC装置，通过比较发觉误差并进行订正，从而装置，通过比较发觉误差并进行订正，从而提高机床的加工精度。提高机床的加工精度。（5 5）协助限制装置）协助限制装置接受接受CNCCNC装置输出协助限制信号，驱动相应电器带动装置输出协助限制信号，驱动相应电器带动机床机械部件、液压气动等协助装置完成指令规机床机械部件、液压气动等协助装置完成指令规定的动作。定的动作。目前多接受可编程限制器（目前多接受可编程限制器（Programmable Logic Programmable Logic ControlControl，PLCPLC）作为数控机床的协助限制装置。）作为数控机床的协助限制装置。绪论绪论（6 6）机床本体）机床本体包括主运动机构、进给运动机构和协助运动机构。包括主运动机构、进给运动机构和协助运动机构。其主体结构与一般机床大体一样。与一般机床相比，其主体结构与一般机床大体一样。与一般机床相比，数控机床的组成有如下几个特点：数控机床的组成有如下几个特点：接受了高性能的主轴及进给伺服驱动装置，机械接受了高性能的主轴及进给伺服驱动装置，机械传动结构得到简化，传动链较短。传动结构得到简化，传动链较短。机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、阻尼机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、阻尼刚度、耐磨性以及抗热变形性能。刚度、耐磨性以及抗热变形性能。较多地接受了高效传动件，如滚珠丝杠螺母副、较多地接受了高效传动件，如滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨等，传动精度高。直线滚动导轨等，传动精度高。绪论绪论2.2.数控机床的工作原理数控机床的工作原理形（零件图纸）形（零件图纸）编写数控程序编写数控程序输入到输入到CNCCNC装置装置CNCCNC系统发出脉冲信号系统发出脉冲信号驱动机床各部件完成零件的加工驱动机床各部件完成零件的加工零件图纸的工艺处理零件图纸的工艺处理数数(数控程序）数控程序）形（成型零件）形（成型零件）绪论绪论（三）数控机床的分类（三）数控机床的分类按照运动控制的特点按照运动控制的特点按伺服系统的类型按伺服系统的类型按照加工工艺方法按照加工工艺方法按数控系统的功能水平按数控系统的功能水平点位限制数控机床点位限制数控机床 直线限制数控机床直线限制数控机床 轮廓限制数控机床轮廓限制数控机床 开环限制数控机床开环限制数控机床 闭环限制数控机床闭环限制数控机床 半闭环限制数控机床半闭环限制数控机床金属切削类数控机床金属切削类数控机床 金属成形类数控机床金属成形类数控机床特种加工类数控机床特种加工类数控机床 低档数控系统低档数控系统中档数控系统中档数控系统 高档数控系统高档数控系统 绪论绪论1.1.依据运动限制的特点分类依据运动限制的特点分类（1 1）点位限制数控机床）点位限制数控机床实现从一点到另一点的精确、快速定位。实现从一点到另一点的精确、快速定位。在两点间移动时没有切削加工。在两点间移动时没有切削加工。不要求轨迹和速度。不要求轨迹和速度。该类机床多用于平面内孔系的加工，该类机床多用于平面内孔系的加工，如数控钻床、数控镗床、数控冲床等。如数控钻床、数控镗床、数控冲床等。绪论绪论（2 2）直线限制数控机床）直线限制数控机床限制刀具或工作台以确定的速度沿限制刀具或工作台以确定的速度沿直线从一个点移动到另一个点。直线从一个点移动到另一个点。移动过程中进行切削加工。移动过程中进行切削加工。可控轴数一般为可控轴数一般为2 23 3个，但联动轴个，但联动轴数只有数只有1 1个。个。代表机床：简易数控车、数控铣。代表机床：简易数控车、数控铣。（3 3）轮廓限制数控机床）轮廓限制数控机床可以同时限制两个或两个以上的坐可以同时限制两个或两个以上的坐标轴进行加工标轴进行加工连续限制加工过程中每个点的坐标连续限制加工过程中每个点的坐标和速度，以形成所需的曲线或曲和速度，以形成所需的曲线或曲面。面。依据联动轴数可细分为依据联动轴数可细分为2 2轴联动、轴联动、2.52.5轴联动、轴联动、3 3轴联动、轴联动、4 4轴联动、轴联动、5 5轴联动。轴联动。除了少数专用数控机床，如数控钻除了少数专用数控机床，如数控钻床、冲床等以外，现代数控机床床、冲床等以外，现代数控机床都具有轮廓限制功能。都具有轮廓限制功能。绪论绪论2.2.依据伺服系统的类型分类依据伺服系统的类型分类（1 1）开环限制数控机床）开环限制数控机床特点：无测量反馈装置，指令信号为单向传递特点：无测量反馈装置，指令信号为单向传递优点：结构简洁、工作稳定、调试修理便利、价格低优点：结构简洁、工作稳定、调试修理便利、价格低缺点：限制精度不高缺点：限制精度不高应用：经济型的中小型数控机床或旧机床的数控化改造应用：经济型的中小型数控机床或旧机床的数控化改造绪论绪论（2 2）闭环限制数控机床）闭环限制数控机床特点：位置检测装置安装在移动部件上，干脆测量实际位置特点：位置检测装置安装在移动部件上，干脆测量实际位置优点：可以消退机械传动部分的各种误差，限制精度高、加工优点：可以消退机械传动部分的各种误差，限制精度高、加工精度高精度高缺点：结构困难、调试修理困难、工作稳定性差、价格昂贵缺点：结构困难、调试修理困难、工作稳定性差、价格昂贵 应用：主要用于精度要求高的镗铣床、超精车床、超精磨床以应用：主要用于精度要求高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及大型的精密加工中心等。及大型的精密加工中心等。绪论绪论绪论绪论（3 3）半闭环限制数控机床）半闭环限制数控机床特点：测量反馈装置安装在驱动电机或丝杠的端部，通过测量电特点：测量反馈装置安装在驱动电机或丝杠的端部，通过测量电动机或丝杠的旋转角度来间接测量机床移动部件的位移。动机或丝杠的旋转角度来间接测量机床移动部件的位移。优缺点：可以获得比较满足的限制精度，工作稳定性较好、成本优缺点：可以获得比较满足的限制精度，工作稳定性较好、成本较低、调试修理也比较便利，兼顾开环与闭环的优点。较低、调试修理也比较便利，兼顾开环与闭环的优点。应用：广泛应用于大多数中、小型数控机床应用：广泛应用于大多数中、小型数控机床 。3.3.依据加工工艺方法分类依据加工工艺方法分类（1 1）金属切削类数控机床）金属切削类数控机床包括数控车床、铣床、钻床、磨床、镗床和加工中包括数控车床、铣床、钻床、磨床、镗床和加工中心等。心等。加工中心是指具有刀库和自动换刀装置（加工中心是指具有刀库和自动换刀装置（ATCATC）的数）的数控机床。控机床。加工中心可以实现工件一次装夹，完成多个工序的加工中心可以实现工件一次装夹，完成多个工序的加工。削减了重复定位误差，提高了生产效率和加工。削减了重复定位误差，提高了生产效率和加工质量，降低了生产成本。加工质量，降低了生产成本。绪论绪论（2 2）金属成形类机床）金属成形类机床接受挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床接受挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床.包括数控冲床、数控弯管机、数控压力机、数控折弯包括数控冲床、数控弯管机、数控压力机、数控折弯机等。机等。虽然起步较晚，但目前发展快速。虽然起步较晚，但目前发展快速。（3 3）特种加工类数控机床）特种加工类数控机床主要包括数控线切割机床、数控电火花机床、数控激主要包括数控线切割机床、数控电火花机床、数控激光切割机床、数控火焰切割机床等。光切割机床、数控火焰切割机床等。绪论绪论绪论绪论4.4.依据数控系统的功能水平分类依据数控系统的功能水平分类功能水平指标功能水平指标低档低档中档中档高档高档分辨率（分辨率（）10101 10.10.1进给速度进给速度（m/minm/min）6 61515121224242424100100伺服系统类型伺服系统类型开环、步进电机开环、步进电机半闭环或闭环的直流或交流伺服系统半闭环或闭环的直流或交流伺服系统联动轴数联动轴数2 23 3轴轴2 24 4轴轴3 35 5轴以上轴以上通信能力通信能力无无RS-232CRS-232C或或DNCDNC接口接口MAPMAP（制造自动化协议）（制造自动化协议）通信接口，具有联网功能通信接口，具有联网功能显示功能显示功能LEDLED或简单的或简单的CRTCRT较齐全的较齐全的CRTCRT显示（字符显示（字符、图形、人机对话、自动、图形、人机对话、自动诊断等功能的显示）诊断等功能的显示）三维动态图显三维动态图显内装内装PLCPLC与否与否无无有有功能强大的内装功能强大的内装PLCPLC主主CPUCPU8bit8bit或或16bit16bit16bit16bit、32bit32bit32bit32bit、64bit64bit绪论绪论（四）数控机床的加工特点及应用（四）数控机床的加工特点及应用数控机床的加工特点数控机床的加工特点（1 1）适应性、敏捷性好）适应性、敏捷性好数控机床一般接受通用夹具，所以当数数控机床一般接受通用夹具，所以当数控机床加工的工件变更时，不须要制控机床加工的工件变更时，不须要制作特殊的工装夹具，也不须要调整机作特殊的工装夹具，也不须要调整机床，只须要重新编写数控程序即可实床，只须要重新编写数控程序即可实现新工件的加工现新工件的加工绪论绪论（2 2）加工精度高、质量稳定）加工精度高、质量稳定数控机床具有较高的单位位移精度，即脉冲当量。脉数控机床具有较高的单位位移精度，即脉冲当量。脉冲当量是指冲当量是指CNCCNC装置每发出一个脉冲信号，机床移装置每发出一个脉冲信号，机床移动部件移动的一个基本长度单位。脉冲当量越小，动部件移动的一个基本长度单位。脉冲当量越小，机床的加工精度越高，表面质量越好。机床的加工精度越高，表面质量越好。数控机床还具备较高的定位精度和重复定位精度。定数控机床还具备较高的定位精度和重复定位精度。定位精度是指数控机床的工作台等移动部件所达到位精度是指数控机床的工作台等移动部件所达到的实际位置的精度；重复定位精度是指相同条件的实际位置的精度；重复定位精度是指相同条件下，相同的操作方法，重复进行同一动作时得到下，相同的操作方法，重复进行同一动作时得到的一样性程度。的一样性程度。绪论绪论（3 3）生产效率高）生产效率高数控机床的加工效率较一般为一般机床的数控机床的加工效率较一般为一般机床的3 35 5倍，加倍，加工困难零件时可以提高十几倍甚至几十倍。特殊工困难零件时可以提高十几倍甚至几十倍。特殊是运用加工中心时，一次装夹可以完成多面、多是运用加工中心时，一次装夹可以完成多面、多工序的连续加工，生产效率的提高更为明显。工序的连续加工，生产效率的提高更为明显。（4 4）劳动强度低、劳动条件好）劳动强度低、劳动条件好（5 5）有利于现代化生产和管理）有利于现代化生产和管理（6 6）良好的经济效益）良好的经济效益绪论绪论2.2.数控机床的应用数控机床的应用数控机床的选用一般应遵循以下三点原则：要保证加工零件的技术要求，加工出合格的零件加工出合格的零件；提高生产率提高生产率；降低生降低生产成本产成本。绪论绪论综上所述，数控机床通常适合加工具有以下特点的零件：综上所述，数控机床通常适合加工具有以下特点的零件：（1 1）多品种、中小批量生产的零件或新产品试制中的零件。）多品种、中小批量生产的零件或新产品试制中的零件。（2 2）形态结构比较困难，对加工精度要求较高的零件。）形态结构比较困难，对加工精度要求较高的零件。（3 3）用一般机床加工时，须要有昂贵的工艺装备（工具、夹）用一般机床加工时，须要有昂贵的工艺装备（工具、夹具和模具）的零件。具和模具）的零件。（4 4）须要频繁改型的零件。）须要频繁改型的零件。（5 5）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。（6 6）须要最短生产周期的急需零件。）须要最短生产周期的急需零件。绪论绪论二、数控编程基础二、数控编程基础（一）数控编程的内容、步骤和方法（一）数控编程的内容、步骤和方法1.1.数控编程的内容数控编程的内容绪论绪论2.2.数控编程的步骤数控编程的步骤（1 1）分析零件图纸）分析零件图纸通过分析零件的材料、形态、尺寸、精度、毛坯以通过分析零件的材料、形态、尺寸、精度、毛坯以及热处理等要求，以便选择数控机床、确定加工及热处理等要求，以便选择数控机床、确定加工内容和支配工序。内容和支配工序。（2 2）确定加工工艺过程）确定加工工艺过程包含数控加工工艺性分析、加工方案的确定、工序包含数控加工工艺性分析、加工方案的确定、工序的划分、走刀路途的设计、切削用量的选择、刀的划分、走刀路途的设计、切削用量的选择、刀具的选择以及零件的定位与夹紧等内容。具的选择以及零件的定位与夹紧等内容。绪论绪论（3 3）计算刀具运动轨迹的坐标）计算刀具运动轨迹的坐标对于形态比较简洁的工件（如由直线和圆弧组成的工件），需计算基点的对于形态比较简洁的工件（如由直线和圆弧组成的工件），需计算基点的坐标值坐标值对于形态比较困难的工件（由非圆曲线、曲面构成的工件），须要计算节对于形态比较困难的工件（由非圆曲线、曲面构成的工件），须要计算节点坐标，该项工作一般须要由计算机完成。点坐标，该项工作一般须要由计算机完成。（4 4）编写加工程序）编写加工程序依据已经确定的加工工艺过程和计算出的刀具运动轨迹坐标，依据指定数依据已经确定的加工工艺过程和计算出的刀具运动轨迹坐标，依据指定数控系统的指令代码和程序段格式编写零件的加工程序。控系统的指令代码和程序段格式编写零件的加工程序。（5 5）输入数控装置）输入数控装置 将编写好的程序输入到数控装置中。将编写好的程序输入到数控装置中。绪论绪论（6 6）程序校验和首件试切）程序校验和首件试切常用的程序校验方法有两种：一是在机床上进行程常用的程序校验方法有两种：一是在机床上进行程序的空运行；二是利用仿真软件在计算机上进行序的空运行；二是利用仿真软件在计算机上进行模拟。模拟。通过程序校验，可以检查机床动作和刀具运动轨迹通过程序校验，可以检查机床动作和刀具运动轨迹的正确性。的正确性。首件试切可以检查出由于编程计算不精确或刀具调首件试切可以检查出由于编程计算不精确或刀具调整不当等因素造成的加工误差，试切后依据实际整不当等因素造成的加工误差，试切后依据实际状况对程序进行修改或进行刀具补偿，以保证加状况对程序进行修改或进行刀具补偿，以保证加工出合格的零件。工出合格的零件。3.3.数控编程的方法数控编程的方法（1 1）手工编程）手工编程定义定义从零件图样分析、工艺处理、数值计算、从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序、程序输入、程序校验等各个步骤，均编写程序、程序输入、程序校验等各个步骤，均由人工完成。由人工完成。特点特点效率低、耗费时间较长，简洁出现错误；效率低、耗费时间较长，简洁出现错误；但可避开一些多余的空行程、退刀，加工效率高。但可避开一些多余的空行程、退刀，加工效率高。应用应用适用于加工形态简洁、计算简洁、加工程适用于加工形态简洁、计算简洁、加工程序段不多的零件，如由直线和圆弧组成的轮廓的序段不多的零件，如由直线和圆弧组成的轮廓的加工。加工。绪论绪论（2 2）自动编程（计算机协助编程）自动编程（计算机协助编程）定义定义除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作的大部分除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作的大部分或全部由计算机完成的过程。或全部由计算机完成的过程。特点特点编程效率高、精确性高，编程人员劳动强度低，缩短生产周期，提高编程效率高、精确性高，编程人员劳动强度低，缩短生产周期，提高数控机床的利用率。数控机床的利用率。图形交互式图形交互式它是利用某种它是利用某种CADCAD软件人机交互完成加工图形的定义和工艺参软件人机交互完成加工图形的定义和工艺参数的设置，由软件自动生成数控程序文件，同时可以动态模拟刀具的加工数的设置，由软件自动生成数控程序文件，同时可以动态模拟刀具的加工轨迹。目前常用的软件有轨迹。目前常用的软件有MasterCAMMasterCAM、CimatronCimatron、Pro/EPro/E、UGUG、CAXACAXA等。等。应用应用适用于形态困难，特殊是由列表曲线、非圆曲线及曲面构成的零件，适用于形态困难，特殊是由列表曲线、非圆曲线及曲面构成的零件，或者是形态不困难但程序量很大的零件。或者是形态不困难但程序量很大的零件。绪论绪论绪论绪论（二）数控机床的坐标系（二）数控机床的坐标系1.1.坐标和运动方向命名的原则坐标和运动方向命名的原则不论机床在加工过程中是刀具移动，还是被加工的工件移动，在坐标轴命名和编程时，都一律假定被加工工件相对工件相对静止不动静止不动，而刀具在移动刀具在移动。同时规定刀具远离工件的方向为各坐标轴的正方向刀具远离工件的方向为各坐标轴的正方向。绪论绪论2.2.标准坐标系的规定标准坐标系的规定数控机床的标准坐标系接受右手笛卡尔直角坐标系。数控机床的标准坐标系接受右手笛卡尔直角坐标系。旋转坐标轴及其正方向按右手螺旋定则判定。旋转坐标轴及其正方向按右手螺旋定则判定。绪论绪论3.3.机床各坐标轴的确定机床各坐标轴的确定（1 1）Z Z轴的确定轴的确定与传递切削力的主轴轴线平行主轴轴线平行的坐标轴为Z轴；若机床有多根主轴，可选择其中一个与工件装夹面垂直的主轴为主要主轴，Z轴则平行于该主轴轴线；若机床没有主轴，则规定垂直于工件装夹面的坐标轴为Z轴；并且刀具远离工件的方向为Z轴的正方向。一般应一般应先确定先确定Z Z轴轴，然后再确定，然后再确定X X轴和轴和Y Y轴。轴。绪论绪论绪论绪论（2 2）X X轴的确定轴的确定平行于导轨面，且垂直于Z轴的坐标轴为X轴，刀具远离工件的方向X轴正方向。对于工件旋转的机床工件旋转的机床，X轴在工件的径向上，且与横向导轨平行。+X+X+Z+Z绪论绪论绪论绪论（2 2）X X轴的确定轴的确定对于刀具旋转刀具旋转的机床，若主轴垂直主轴垂直，则面对主轴看立柱时，右手平伸方向右手平伸方向为X轴正向。若主轴为水平主轴为水平，则面对主轴看立柱时，左手平伸方向左手平伸方向为X轴正向。对于工件、刀具均不旋转的机床，X轴平行于主要进给方向，并以此方向为正。（3 3）Y Y轴的确定轴的确定在确定了X、Z轴的正方向后，即可按右手笛卡尔右手笛卡尔直角坐标确定Y轴正方向。绪论绪论 假如在基本的直角坐标轴X、Y、Z之外，还有其他平行于它们的坐标轴，则称为附加坐标轴。一般运用U、V、W来指定其次组直线运动坐标轴，用P、Q、R来指定第三组直线运动坐标轴。绪论绪论+Z+Z+X+X+Y+Y绪论绪论绪论绪论4.4.机床坐标系、机床原点和参考点机床坐标系、机床原点和参考点（1 1）机床坐标系和机床原点）机床坐标系和机床原点数控机床坐标系是机床的基本坐标系，是安装调试时便设定好的一个固定固定的坐标系统。机床坐标系的原点就是机床原点，又称机械原点或零点（M），是机床上的一个固定固定的点。数控车床数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或后端面与主轴卡盘前端面或后端面与主轴中心线的交点中心线的交点。数控铣床数控铣床和加工中心加工中心的机床原点一般设在进给行程范围的进给行程范围的正向极限点处正向极限点处（机床左前下方）。绪论绪论（2 2）机床参考点）机床参考点数控机床参考点（数控机床参考点（R R）也称基准点，其在机床坐标系中的坐标）也称基准点，其在机床坐标系中的坐标值是个已知固定值值是个已知固定值通常设在各轴正向行程的极限点上。通常设在各轴正向行程的极限点上。机床原点由机床参考点定义，当数控机床每次开机后，必需机床原点由机床参考点定义，当数控机床每次开机后，必需先执行移动件返回参考点的操作（回零操作），来建立机先执行移动件返回参考点的操作（回零操作），来建立机床坐标系。床坐标系。接受增量位置测量系统的数控机床，每次开机启动或机床因接受增量位置测量系统的数控机床，每次开机启动或机床因意外断电、紧急制动等缘由停机而重新启动时，都必需先意外断电、紧急制动等缘由停机而重新启动时，都必需先执行返回参考点操作，进行一次位置校准，以消退上次运执行返回参考点操作，进行一次位置校准，以消退上次运动所带来的位置误差。动所带来的位置误差。绪论绪论绪论绪论5.5.工件坐标系工件坐标系编程人员为了编程便利自行设定的坐标系，又称编程编程人员为了编程便利自行设定的坐标系，又称编程坐标系。坐标系。工件坐标系的原点称为工件原点或编程原点，理论上工件坐标系的原点称为工件原点或编程原点，理论上可以选在工件或机床上的随意位置。可以选在工件或机床上的随意位置。数控车床的工件原点一般选择工件的左端面或右端面数控车床的工件原点一般选择工件的左端面或右端面与主轴中心线的交点；与主轴中心线的交点；数控铣床和加工中心的工件原点一般设在工件外轮廓数控铣床和加工中心的工件原点一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件的对称中心上，而进刀深度的某一个角上或工件的对称中心上，而进刀深度方向上的零点，多设在工件表面。方向上的零点，多设在工件表面。工件原点确定以后，工件坐标系各坐标轴的方向与机工件原点确定以后，工件坐标系各坐标轴的方向与机床坐标系各坐标轴的方向保持一样。床坐标系各坐标轴的方向保持一样。绪论绪论（三）数控程序的组成和格式（三）数控程序的组成和格式1.1.程序字程序字数控程序中的英文字母和字符称为地址符地址符，通常每个地址代表着一类指令代码。地址符后加符号（+、-）和数字（09）组成程序字程序字，也称指令字或指令代码，是组成数控加工程序的最基本单位最基本单位，如G01、X-50。绪论绪论功能功能地址符地址符说明说明程序号程序号O O或或P P或或%程序号程序号程序段号程序段号N N程序段顺序号程序段顺序号准备功能准备功能G G定义运动方式定义运动方式辅助功能辅助功能M M机床的辅助动作机床的辅助动作坐标字坐标字X X、Y Y、Z Z；U U、V V、W W；P P、Q Q、R R直线坐标轴直线坐标轴A A、B B、C C旋转坐标轴旋转坐标轴R R圆弧半径圆弧半径I I、J J、K K圆心坐标圆心坐标进给功能进给功能F F定义进给速度定义进给速度主轴功能主轴功能S S定义主轴转速定义主轴转速刀具功能刀具功能T T定义刀具参数定义刀具参数绪论绪论2.2.程序段程序段可变程序段格式（字地址格式）的程序段由若干程序可变程序段格式（字地址格式）的程序段由若干程序字和程序段结束标记（常用字和程序段结束标记（常用“；”）组成。）组成。一般地，一个程序段可按如下形式书写：一般地，一个程序段可按如下形式书写：N_ G_ X_ Y_ Z_ F_ S_ T_ M_ N_ G_ X_ Y_ Z_ F_ S_ T_ M_；各程序字的字长不固定，排列依次也没有严格的要求。各程序字的字长不固定，排列依次也没有严格的要求。书写、打印和屏幕显示程序时，每个程序段占一行。书写、打印和屏幕显示程序时，每个程序段占一行。多行程序段组成一个数控加工程序。多行程序段组成一个数控加工程序。字母字母+符号符号+数字数字程序字程序字程序段程序段程序程序3.3.数控程序的组成和格式数控程序的组成和格式一个完整的零件程序应当包括程序号、程序内容一个完整的零件程序应当包括程序号、程序内容和程序结束三个部分。和程序结束三个部分。O0001 O0001 N01 G99 M03 S600;N01 G99 M03 S600;N02 T0101;N02 T0101;N03 G00 X55.0 Z5.0;N03 G00 X55.0 Z5.0;.N11 G00 X100.0 Z50.0;N11 G00 X100.0 Z50.0;N12 M30;N12 M30;程序号程序号程序结束程序结束程序内容程序内容绪论绪论（1 1）程序号）程序号加工程序的代号