1、一.數控技術：用數字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法二.數控機床的工作流程1.數控加工程序編制：從零件圖樣到制成控制介質全部過程。2.程序輸入：將零件程序、控制參數和補償數據輸入數控裝置。3.譯碼：將加工信息和其它輔助信息翻譯成計算機能識別的數據形式并存在指定內存區域。4.刀具補償：補償刀具形狀及尺寸誤差，包括刀具半徑補償和刀具長度補償。5.插補：根據給定速度和輪廓線型的要求，在輪廓之間，確定中間點的方法。6.位置控制和機床加工 ：伺服電機驅動機床的運動部件加工工件。第二節 數控機床的組成和分類一. 數控機床的組成 數控機床一般由輸入輸出設備、數控裝置、伺服系統、測量反饋裝置和機

2、床本體五部分組成。 二. 數控機床的分類三、數控機床主要技術指標Ø 數控機床的規格指標 1.行程范圍 2.擺角范圍 3.刀庫容量和換刀時間4.控制軸數與聯動軸數 Ø 數控機床的精度指標 1.分辨率和脈沖當量 2.定位精度和重復定位精度 3.分度精度 Ø 數控機床的運動性能指標 1.主軸轉速 2.位移速度和進給速度 Ø 數控機床的可靠性指標 1.平均無故障工作時間 2.平均修復時間 3.平均有效度A四.數控機床適用范圍數控機床適用于品種變換頻繁、批量較小，加工方法區別大且復雜程度較高的零件。第二章三.數控編程的方法1.手工編程手工完成程序編制全部工作(包括

3、用計算機進行輔助數值計算)。 特點：耗費時間長，易出錯，無法勝任復雜形狀零件編程。適用情況：幾何形狀較為簡單零件，點位加工及由直線與圓弧組成的輪廓加工。2.自動編程 在編程過程中，除分析零件圖樣和制定工藝方案由人工進行外，其余工作均由計算機輔助完成，如坐標值計算、零件加工程序單的編寫、自動輸出加工程序單及制備控制介質等。特點：計算機自動繪制刀具中心運動軌跡，使編程人員可及時檢查程序正確性，并及時修改；計算機代替編程人員完成繁瑣數值計算，提高編程效率；解決手工編程無法完成復雜零件編程。 根據編程信息的輸入與計算機處理信息的方式不同，分為語言式自動編程和圖形交互式自動編程。適用：形狀復雜零件，具有

4、非圓曲線、列表曲線或曲面的零件。 手工編程適用于：幾何形狀不太復雜的零件。 自動編程適用于： 形狀復雜的零件 雖不復雜但編程工作量很大零件（如有數千個孔零件） 雖不復雜但計算工作量大的零件（如輪廓加工時，非圓曲線的計算）第二節 編程基礎知識1.程序構成 加工程序由程序號(名)和若干個程序段組成。每個程序段又由程序段號和若干個指令字組成，指令字由字母、符號、數字組成。每段程序由；結束。程序段是數控程序的基本組成單元。 程序段由程序段號和指令字組成，指令字由字母、符號、數字組成。每段程序由；結束。程序段是數控程序的基本組成單元。2.程序段格式程序段格式指一個程序段內指令字的排列順序和表達方式，即程

5、序段的書寫規則，程序中的字、字符、數據的安排規則。 主要有三種：固定順序程序段格式、帶分隔符的固定順序程序段格式和字地址程序段格式。固定順序程序段格式：程序段中無地址符，字的順序和程序段長度固定不變，不能省略。格式簡單，但程序長，不直觀。帶分隔符的固定順序程序段格式：程序段中也不使用地址符，但字的順序固定，各字之間用分隔符隔開以表示地址的順序。由于有分隔符，不需要的字可省略，但須保留相應的分隔符。 字地址程序段格式：目前采用字地址程序段格式，也稱地址符可變程序段格式。程序段由順序號字、準備功能字、尺寸字、進給功能字、主軸功能字、刀具功能字、輔助功能字和程序段結束符組成。每個字都由字母開頭，稱為

6、“地址”。Ø 特點：程序段中指令字均以字母(地址符)開始，后跟符號和數字。Ø 指令字在程序段中的順序無嚴格規定，可以任意順序書寫。Ø 不需要的指令字或與上段相同的續效代碼可省略不寫。Ø 雖增加了地址譯碼環節，但程序直觀、簡單，可讀性強，便于檢查，廣泛應用于現在數控機床。3.主、子程序異同主程序是加工程序主體部分，是一個完整的零件加工程序。不同零件或不同的加工要求，都有唯一主程序。 為簡化編程，可將一個程序或多個程序中的重復動作編寫為單獨程序，并通過程序調用的形式來執行，稱為子程序。具有以下特點: Ø 子程序可被主程序或其他子程序調用，且可多次循

7、環執行；Ø 主程序調用子程序，還可調用其他子程序，即子程序嵌套；Ø 子程序執行結束，能自動返回到調用的程序中；子程序一般不可以作為獨立的加工程序使用，只能通過調用來實現加工中局部動作。相同：都是完整的程序，包括程序號、程序段、程序結束指令。不同：（程序結束指令不同 ）（子程序不能單獨運行，由主程序或上層子程序調用執行。）4. F、S、T指令(1)進給速度指令（F）(Feed Function) 進給速度指令用字母F及其后面的數字來表示，單位為mm/min或mm/r。例如，F150表示進給速度為150mm/min。(2)主軸轉速指令（S） (Spindle Function)

8、 用字母S及其后面的數字來表示，單位為r/min。例如，S300表示主軸轉速為300r/min。(3)刀具功能指令（T）(Tool Function) 在自動換刀的數控機床中，該指令用以選擇所需的刀具號和刀補號。刀具可以用字母T及其后的兩位或四位數字表示。如T06表示6號刀具，T0602表示6號刀具選用2號刀補號。（2）機床坐標系確定方法順序：先確定Z軸，再確定X軸，最后確定Y軸。1）Z坐標n 將平行于機床主軸的刀具運動坐標定義為Z坐標。n 主軸指產生切削動力的軸，例如銑床、鉆床、鏜床上的刀具旋轉軸，車床上的工件旋轉軸。n 如果主軸能夠擺動，即主軸軸線方向是變化的，則以軸線垂直于機床工作臺裝夾

9、面時的狀態來定義Z軸。 對于Z軸的方向，規定以增大刀具與工件間距離的方向為其正方向。2）X坐標n X軸為水平面方向，垂直于Z軸并平行于工件裝夾面。 n 對于不同類型機床，X軸及其方向有具體規定：p 對于刀具旋轉機床，如銑床、鉆床等，若Z軸垂直 (立式)，X軸為從刀具向立柱方向看向右為正；若Z軸水平 (臥式)，X軸為從刀具主軸后端向工件方向看向右為正。p 對于工件旋轉機床，如車床，X軸在工件徑向，并平行于橫向拖板，刀具離開工件旋轉中心方向其正方向。 3）Y坐標Y軸垂直于X、Z坐標，其方向根據X和Z軸按右手法則確定。4）A、B、C坐標A、B、C坐標分別為繞X、Y、Z坐標的回轉進給運動，確定X、Y、

10、Z坐標的正方向后，可按右手螺旋定則來確定其正方向。5）附加運動坐標 X、Y、Z為機床的主坐標系或稱第一坐標系；如除第一坐標系外還有平行于主坐標系的其它坐標系則稱為附加坐標系。 附加的第二坐標系命名為、。 附加的第三坐標系命名為P、Q 、。（車床X向人，Y向下，Z向右）（銑床X向右，Y向前，Z向上）數控加工對刀目的1）將編程（工件）坐標系與機床坐標系聯系起來，使機床運動部件按照編程坐標系中坐標值運動。2）實質上是獲取編程坐標系坐標原點在機床坐標系中的坐標值（編程坐標系原點的機床坐標）。3）依據是機床坐標系與編程坐標系之間的關系。刀具補償分類基點與節點基點：構成零件輪廓的兩相鄰幾何元素的交點或切點

11、。節點：在誤差允許范圍內，逼近非圓曲線的若干個直線段或圓弧段的交點或切點。一般數控機床都具有直線和圓弧插補功能、刀具半徑補償功能，由直線和圓弧組成零件輪廓，只需計算零件輪廓基點坐標。方法：選定零件坐標系，列出各直線和圓弧的解析方程：將兩相鄰幾何元素的方程聯立，解出各交點或切點的坐標。若數控機床沒有刀具半徑補償功能，由直線和圓弧組成零件輪廓，需要根據零件輪廓和刀具半徑計算出刀位點軌跡上基點坐標。方法：選定零件坐標系，列出各直線和圓弧等距線解析方程：二.自動編程自動編程可分為：以自動編程語言為基礎的自動編程方法（語言式自動編程）和以計算機繪圖為基礎的自動編程方法（圖形交互式自動編程）。(1)語言式

12、自動編程 編程人員根據工件的圖樣要求，分析其工藝特點，以語言(源程序)的形式表達出加工的全部內容。然后把這些內容全部輸入計算機進行處理，制作出數控加工程序。源程序用規定的語言和語法編寫，如APT語言等，有別于手工編程的加工程序，它不能直接被數控機床接受，必須經過計算機的編譯、后置處理后，才能輸出給數控機床。 計算機對源程序的處理方式是編程人員必須一次性將編程信息全部向計算機交待清楚，計算機對這些信息一次處理完畢，并得到結果。 (2)圖形交互式自動編程 以計算機繪圖為基礎，用圖形交互式進行自動編程的方法。 編程人員首先對工件圖樣進行工藝分析，確定構圖方案，然后利用自動編程軟件本身的CAD和CAM

13、功能，在屏幕上以人機對話方式構建出幾何圖形，并選擇刀具路徑和加工方式，系統自動輸出加工程序。 圖形定義、進給路線的確定和加工參數的選擇，整個過程都在對話方式下完成，不需用數控語言編寫源程序。 圖形交互式自動編程軟件從適用范圍上可以十分方便地實現三維曲面的幾何造型及自動編程。常用軟件：UG、Pro/E、CATIA、MasterCAM、CIMATRON、CAXA等。 第三章簡化編程指令 1.鏡像功能G24、G25 功能：利用鏡像功能和子程序，只對工件的一部分進行編程，而能加工出工件的對稱部分。 鏡像功能G24、G25格式: G24 X_Y_Z_； M98 P_； G25 X_Y_Z_；說明： G2

14、4指令建立鏡像，G25指令取消鏡像。G24、G25為模態指令，可相互注銷，G25為缺省值。 X、Y、Z為鏡像位置。 M98調用的子程序為原像的刀具軌跡。 2. 縮放功能G50、G51 功能 使用圖形比例變換功能可使原編程尺寸按各軸按相同比例縮放編程縮小或放大。 格式 G51 X_Y_Z_P_； M98 P_； G50； G51指令建立縮放，G50取消縮放。X、Y、Z為縮放中心的坐標值，P為縮放倍數。G51既可指定平面縮放，也可指定空間縮放。縮放加工以G51后的坐標值（X，Y，Z）為縮放中心，按P規定的縮放比例進行自動編程。3. 旋轉變換G68、G69 功能: 當工件的某一部分可以通過工件的其他

15、部分繞某坐標原點旋轉一定角度來生成時，可以利用旋轉變換功能和子程序只對工件的一部分進行編程，而能加工出工件的其它部分。G68建立旋轉，G69取消旋轉，X、Y、Z為旋轉中心的坐標值，P為旋轉角度，單位是(°) ，0P360°。在有縮放功能的情況下，先縮放后旋轉。G68、G69為模態指令，G69為缺省值。 格式:G17 G68 X_Y_P_；（在XOY平面旋轉）；G18 G68 X_Z_P_；（在XOZ平面旋轉）；G19 G68 Y_Z_P_；（在YOZ平面旋轉）；M98 P_；CNC系統CNC系統由數控程序、輸入輸出設備、 CNC裝置、可編程控制器(PLC)、主軸驅動裝置、進

16、給驅動裝置、檢測裝置等組成。接口電路主要作用： 一、進行必要電氣隔離，防止干擾信號引起誤動作。主要用光電耦合器或繼電器將CNC裝置和機床之間信號在電氣上加以隔離。 二、進行電平轉換和功率放大。一般CNC裝置的信號是TTL電平，而機床控制信號通常不是TTL電平，且負載較大，需要進行必要的信號電平轉換和功率放大。 三、進行模擬量與數字量之間轉換。第五章1.插補的基本概念脈沖增量插補 每次插補結束向各運動坐標軸輸出一個控制脈沖，各坐標產生一個脈沖當量或行程增量。脈沖頻率代表坐標運動速度，脈沖數量代表運動位移大小。主要有逐點比較法、數字積分法等。數據采樣插補 采用時間分割思想，根據編程進給速度，將輪廓

17、曲線分割為每個插補周期的進給直線段(輪廓步長)，進行數據密化來逼近輪廓曲線，再將輪廓步長分解為各個坐標軸進給量(一個插補周期的進給量)，作為指令發給伺服驅動裝置。位置測量裝置測量實際位移，并反饋給插補器與指令值比較，有誤差則運動，誤差為零則停止，完成閉環控制。主要有直接函數法、雙DDA算法等。一、逐點比較法基本原理：數控裝置在控制刀具按要求的軌跡移動過程中，不斷比較刀具與給定輪廓誤差，由此誤差決定下一步刀具的移動方向，使刀具向減少誤差方向移動。第一節拍：偏差判別第二節拍：進給第三節拍：偏差計算第四節拍：終點判別第六章數控伺服系統是以機床運動部件(如工作臺、主軸和刀具等)的位置和速度作為控制量的

18、自動控制系統。數控伺服系統作用在于接受來自數控裝置的進給脈沖信號，經過一定的信號變換及電壓、功率放大，驅動機床運動部件實現運動，并保證動作的快速性和準確性。 伺服系統既是數控機床控制器與刀具、主軸間的信息傳遞環節，又是能量放大與傳遞的環節，它的性能在很大程度上決定了數控機床的性能。二、數控機床伺服系統的基本組成開環伺服系統由驅動控制單元、執行元件和機床運動部件組成。執行元件通常選用步進電動機。 閉環（半閉環）伺服系統由驅動控制單元、執行元件、機床運動部件、反饋檢測元件、比較環節組成。三、數控機床伺服驅動系統的分類按控制原理和有無位置反饋裝置分為開環和閉環伺服系統；按用途和功能分為進給驅動系統和

19、主軸驅動系統；按驅動執行元件的動作原理分為電液伺服驅動系統和電氣伺服驅動系統。電氣伺服驅動系統又分為直流伺服驅動系統、交流伺服驅動系統及直線電動機伺服系統。 一、步進電機工作原理 步進電機伺服系統是典型的開環控制系統。步進電機受驅動線路控制，將進給脈沖序列轉換成為具有一定方向、大小和速度的機械轉角位移，并通過齒輪和絲杠帶動工作臺移動。進給脈沖的頻率代表了驅動速度，脈沖的數量代表了位移量，而運動方向是由步進電機的各相通電順序來決定。系統沒有反饋檢測環節，精度主要由步進電機來決定，速度也受到步進電機性能的限制。檢測裝置：旋轉變壓器、感應同步器、編碼器、光柵、磁柵第七章數控機床機械結構 機床基礎件

20、：床身、底座、立柱、橫梁、工作臺 主運動系統（主軸） 進給傳動系統 輔助功能部件：氣動、潤滑、冷卻、排屑、防護等 刀架或自動換刀裝置（ATC） 自動托盤交換裝置（APC、AWC） 特殊功能裝置：刀具破損監控、精度檢測等。 二、數控機床的主傳動系統1.帶有變速齒輪的主傳動：大、中型數控機床采用較多的一種方式。2.通過皮帶傳動的主傳動：主要應用在小型數控機床上。3.由主軸電機直接驅動的主傳動 ：簡化主軸箱體結構，提高主軸部件剛度。三.進給傳動系統作用將伺服電機的旋轉運動轉變為執行部件的直線運動或回轉運動。進給系統組成:伺服電機及檢測元件、傳動機構、運動變換機構、導向機構、執行件。常用的傳動機構:一

21、到兩級傳動齒輪和同步帶； 運動變換機構:絲杠螺母副、蝸桿蝸輪副、齒輪齒條副等；導向機構:滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌、軸承等。編程O1234;N1 T0101; （換1號刀，確定其坐標系）N2 M03 S400 ;（主軸以400r/min 正轉）N3 G00 X40 Z5 ;（到程序起點位置）N4 G00 X0; （刀具移到工件中心）N5 G42 G01 Z0 F60; （加入刀尖圓弧半徑補償，工進接觸工件）N6 G03 U24 W-24 R15; （加工R15 圓弧段）N7 G02 X26 Z-31 R5; （加工R5 圓弧段）N8 G01 Z-40; （加工26 外圓）N9 G00 X30

22、; （退出已加工表面）N10 G40 X40 Z5; （取消半徑補償，返回程序起點位置）N11 M30 ;（主軸停、主程序結束并復位）編制加工程序：工件坐標系如圖，XOY坐標平面設定在工件上表面，按箭頭所示路徑進行加工，加工開始時刀具距工件上表面50mm，切削深度為5mm，采用5 mm立銑刀。G01 X30O0100;N010 G92 X-10 Y-10 Z50;N020 G90 G17;N030 G00 Z-5;N040 G42 G00 X4 Y10 D01;N050 M03 S900;N060 F800;N070 G03 X40 Y20 R10;N080 G02 X30 Y30 R10;N

23、090 G01 X10 Y20;N100 Y5;N110 G00 Z50 M05;N120 G40 G00 X-10 Y-10;N130 M30;O0010;N0010 G92 X50 Z10; (設定編程原點)N0020 G90 G00 X20 Z2 T0101 S600 M03; (快進A-B)N0030 G01 X20 Z-14 F100; (車外圓B-)N0040 G01 X28 Z-38; (車圓錐C-D)N0050 G01 X28 Z-48; (車外圓-E)N0060 G01 X42 Z-48; (車平面E-F)N0070 G00 X50 Z10 M05; (快退至起刀點F-A)

24、N0080 M02; (程序結束) 使用增量值且I、J方式： O0002; N0010 G92 X0 Y0； N0020 G91 G17 G00 X40 Y-40 S600 M03 T01 ； N0030 G01 X-120 Y0 F200； N0040 X0 Y20； N0050 G02 X40 Y40 I40 J0 F100； N0060 G03 X60 Y60 I0 J60； N0070 G01 X20 F200； N0080 Y-120； N0090 G00 X-40 Y40 M05; N0010 M02; 螺距為1.5，分4次切削，每次吃刀量為0.8、0.6、0.4、0.16mmO0

25、005;N010G92 X50 Z120;N020G00 X100 Z100;N030 T0101;N040M03 S300;N100G00 X100 Z100 T0100;N110T0201;N120G00 X60 Z101.5 ;N130X29.2;N140G32 Z19 F1.5;N150G00 X60;N160Z101.5;N170X28.6;N180G32 Z19 F1.5;N190G00 X60;N200Z101.5;N210X28.2;N220G32 Z19 F1.5;N230G00 X60;N240Z101.5;N250X28.04;N260G32 W-82.5 F1.5;N270G00 X60;N280Z101.5 T0200;N290M05;N300M30;螺距為1.5，分4次切削，每次吃刀量為0.8、0.6、0.4、0.16mmL11.5 L21 C2 P180 F3O0002; N010G92 X50 Z120;N020G00 X100 Z100 T0101;N030M03 S300;N100G00 X100 Z100 T0100;N110 M06 T0201;N115 G00 X60 Z101.5;N120G82 X29.2 Z19 C