1、FANUCFANUC系統系統 數控車削編程與考級數控車削編程與考級第一章第一章 數控車床概述數控車床概述第二章第二章 數控車床編程基本知識數控車床編程基本知識第三章第三章 數控車床程序編制的基本方法數控車床程序編制的基本方法第四章第四章 數控車床操作數控車床操作第五章第五章 數控車床操作工（中級）考核練習題數控車床操作工（中級）考核練習題第六章第六章 數控車床操作工（高級）考核練習題數控車床操作工（高級）考核練習題第一章第一章1.1 1.1 數控機床的基本知識數控機床的基本知識1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點1

2、.4 1.4 數控機床分類數控機床分類1.1 1.1 數控機床的基本知識數控機床的基本知識1.1.1 1.1.1 數控與數控機床的概念數控與數控機床的概念 數字控制（Numerical Control，簡稱數控或NC）技術，國家標準（GB8129-87）定義為：“用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法”。裝備了數控系統的機床稱為數控機床。隨著科學技術的發展，數控系統也采用專用或通用計算機及控制軟件與相關的電氣元部件一起來實現數控功能，稱為計算機數控（CNC）系統。1.1 1.1 數控機床的基本知識數控機床的基本知識1.1.2 1.1.2 數控車床型號及技術參數數控車床型號及技術參

3、數 1.1.2.1 數控車床型號 根據金屬切削機床型號編制的方法（JB1838-85）中規定，機床均用漢語拼音字母和數字，按一定規律組合進行編號，以表示機床的類型和主要規格。數控車床編號CK6136中，字母與數字含義如下所示：C K 6 1 36 主參數代號 （床身上工件最大回轉直徑的1/10，單位） 系代號（臥式車床系） 組代號（落地及臥式車床組） 特性代號（數控） 類代號（車床類）1.1 1.1 數控機床的基本知識數控機床的基本知識 1.1.2.2 數控車床技術參數 技術參數是用戶購買機床時的主要依據，表11為CK6136和CA6140的技術參數，旨在了解數控車床與普通車床在技術參數種類和

4、數值上的不同。數控機床性能指標的含義和對機床的影響見表12數控機床性能指標表。規格及參數名稱單位CK6136ACA6140與工件尺寸和工夾具有關的參數床身上工件最大回轉直徑360400兩頂尖間最大支撐長度750750主軸通孔直徑5848主軸內孔錐度No.莫氏6號莫氏6號主軸端部代號No.D6尾架套筒內孔錐度No.莫氏4號莫氏4號表11數控車床和普通車床技術參數1.1 1.1 數控機床的基本知識數控機床的基本知識與 機 床動 力 特性 和 技術 經 濟指 標 有關 的 參數主軸轉速范圍r/min2001820101400（正轉）141580（反轉）主軸轉速級數無級正轉24，反轉12Z軸最快進給速

5、度m/min64X軸最快給速度n/min32最小設定單位（脈沖當量）Z：0.01 X：0.005Z：0.1 X：0.02定位精度0.04（z）0.03（x）重復定位精度0.016（z）0.012（x）主電機功率Kw4 或5.57.5進給電機功率Kw外形尺寸（長寬高）機床凈重kg160020001.1 1.1 數控機床的基本知識數控機床的基本知識種類項目含義影響精度指標定位精度數控機床工作臺等移動部件在確定的終點所達到的實際位置的水平直接影響加工零件的位置精度重復定位精度同一數控機床上， 應用相同加工程序加工一批零件所得連續質量的一致程度影響一批零件的加工一致性、質量穩定性分度精度分度工作臺在分

6、度時，理論要求回轉的角度值與實際回轉角度值的差值影響零件加工部位的空間位置及孔系加工的同軸度分辨率數控機床對兩個相鄰的分散細節間可分辨的最小間隔，決定機床的加工精度和表面質量脈沖當量執行運動部件的移動量決定機床的加工精度和表面質量表12數控機床性能指標表1.1 1.1 數控機床的基本知識數控機床的基本知識坐標軸可控軸數機床數控裝置能控制的軸數影響機床功能、加工適應性和工藝范圍聯動軸數機床數控裝置控制的坐標軸同時到達空間某一點的坐標數目影響機床功能、加工適應性和工藝范圍運動性能指表主軸轉速機床主軸轉動速度可加工小孔和提高零件表面質量進給速度機床進給線速度影響零件加工質量、生產效率、刀具壽命行程數

7、控機床坐標軸空間運動范圍影響零件加工大小擺角范圍數控機床擺角坐標的轉角大小影響加工零件的空間大小和機床剛度刀庫容量刀庫能存放加工所需的刀具數量加工適應性及加工資源換刀時間帶自動換刀裝置的機床在主軸用刀與刀庫中下一工序用刀交換所需的時間影響加工效率加工能力指標每分鐘最大金屬切除率單位時間內去除金屬余量的體積影響加工效率1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理1.2.1 1.2.1 數控車床組成及其作用數控車床組成及其作用圖11 CK6136外形圖圖11為數控車床CK6136外形圖。 1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 傳統觀點認為數控機床由程序載體、輸入輸出設備、數控系統、

8、伺服系統、機床主體等組成。但現代數控機床的數控系統都采用模塊化結構，伺服系統中的伺服單元和驅動裝置為數控系統中的一個子系統，輸入輸出裝置也為數控系統中的一個功能模塊，所以現在的觀點認為數控機床主要由計算機數控系統和機床本體組成，如圖12。其中每一部分的功用如下。1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 機床 I/O 電路和裝置測量裝置主軸驅動裝置進給驅動裝置主軸伺服單元進給伺服單元計算機數 控裝 置操作面板PLC計算機數控系統計算機數控系統機機 床床輔助控制機構進給傳動機構主運動機構鍵盤輸入輸出設備圖12 數控機床的組成1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 1.2.1.1

9、輸入裝置 數控機床是按照編程人員編制的工件加工程序運行的。在工件加工程序中，包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數（走刀量、主軸轉速等）和輔助運動等。通常編程人員將工件加工程序以一定的格式和代碼存儲在一種載體上，如錄音磁帶、軟磁盤或硬盤等，通過數控機床的輸入裝置，將程序信息輸入到數控裝置內。 輸入裝置的作用是將程序載體內有關加工的信息讀入數控裝置。根據程序載體的不同，輸入裝置可以是錄音機或軟盤驅動器等。 數控機床還可以不用任何程序載體，通過數控機床操作面板上的鍵盤，用手工將工件加工程序輸入數控裝置；或者將存儲在計算機硬盤上的工件加工程序傳送到數控裝置。1.2 1.2 數控車床工作原理數控

10、車床工作原理 1.2.1.2 計算機數控裝置 數控裝置是數控機床的核心。它根據輸入的數據，完成數值計算、邏輯判斷、輸入輸出控制等。數控裝置一般由專用（或通用）計算機、輸入輸出接口板及可編程序控制器（PLC）等組成。可編程序控制器主要用于對數控機床輔助功能、主軸轉速功能和刀具功能的控制。1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 1.2.1.3 伺服系統 伺服系統包括主軸伺服單元、進給伺服單元、機床控制線路、功率放大線路及驅動裝置，它接受數控裝置發來的各種動作命令，驅動數控機床傳動系統的運動。它的伺服精度和動態響應是影響數控機床的加工精度、表面質量和生產率的重要因素之一。 1.2 1.2

11、數控車床工作原理數控車床工作原理 1.2.1.4 測量裝置 測量裝置的作用是通過位置傳感器將伺服電動機的角位移或數控車床執行機構的直線位移轉換成電信號，輸送給數控裝置，使之與指令信號進行比較，并由數控裝置發出指令，糾正所產生的誤差，使數控車床按工件加工程序要求的進給位置和速度完成加工。1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 1.2.1.5 機床本體 機床本體包括：主傳動系統、進給系統以及輔助裝置等。對于數控加工中心，還有存放刀具的刀庫、自動換刀裝置（ATC）和自動托盤交換裝置等。與傳統的機床相比，數控機床的結構強度、剛度和抗振性，傳動系統和刀具系統的部件結構，操作機構等方面都發生了很

12、大的變化，其目的是為了滿足數控技術的要求和充分發揮數控機床的效能。 1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 1.2.2 1.2.2 數控系統的主要功能數控系統的主要功能 數控系統的功能取決于數控系統硬件和軟件的配置，一般說來，數控系統的主要功能可歸納為以下幾點： 1.2.2.1 多軸控制功能 控制系統可以控制坐標軸的數目指的是數控系統最多可以控制多少個坐標軸,其中包括平動軸和回轉軸, 基本平動坐標軸是X、Y、Z軸， 基本回轉坐標軸是A、B、C軸。 聯動軸是指數控系統按照加工的要求可以控制同時運動的坐標軸的數目。 如某型號的數控機床具有X、Y、Z三個坐標軸運動方向, 而數控系統只能同時

13、控制兩個坐標(XY、YZ或XZ)方向的運動, 則該機床的控制軸數為3軸(稱為三軸控制),而聯動軸數為2軸(稱為兩聯動)。1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 1.2.2.2 插補功能 指數控機床能夠實現的運動軌跡。 如直線、圓弧、螺旋線、拋物線、正弦曲線等。 數控機床的插補功能越強， 說明加工的輪廓種類越多。 1.2.2.3 進給功能 包括快速進給(空行程移動)、切削進給、手動連續進給、點動， 進給量調整(倍率開關)、自動加速減速功能等性能。 進給功能與伺服驅動系統的性能有很大的關系。 1.2.2.4 主軸功能 可實現恒轉速、恒線速度、定向停車及轉速調整(倍率開關)等功能。恒線速度

14、指的是主軸可以自動變速， 使得刀具對工件切削點的線速度保持不變。 主軸定向停車功能主要用于數控機床在換刀、精鏜等工序退刀前， 對主軸進行準確定位， 以便于退刀。1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 1.2.2.5 刀具功能 指在數控機床上可以實現刀具的自動選擇和自動換刀。 1.2.2.6 刀具補償功能 包括刀具位置補償、半徑補償和長度補償功能。 半徑補償中有車刀的刀尖半徑、銑刀半徑的補償， 長度補償中有車刀長度變化的補償。 1.2.2.7 機械誤差補償功能 指系統可以自動補償機械傳動部件因間隙產生的誤差的功能。 1.2.2.8 操作功能 數控機床通常有單程序段運行、跳段執行、連續運

15、行、試運行、圖形模擬仿真、機械鎖住、暫停和急停等功能， 有的還有軟件操作功能。 1.2.2.9 程序管理功能 指對加工程序的檢索、編制、插入、刪除、更名、鎖住、在線編輯(即后臺編輯, 在執行自動加工的同時進行編輯)以及程序的存儲通信等。1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 1.2.2.10 圖形顯示功能 在顯示器(CRT)上進行二維或三維、單色或彩色的圖形顯示。圖形可以進行縮放、旋轉， 還可以進行刀具軌跡動態顯示。 1.2.2.11 輔助編程功能 如固定循環、鏡像、圖形縮放、子程序、宏程序、坐標軸旋轉、極坐標等功能， 可減少手工編程的工作量和難度。 1.2.2.12 自診斷報警功能

16、 指數控系統對其軟件、硬件故障的自我診斷能力。 這項功能可以用于監視整個機床和整個加工過程是否正常， 并在發生異常時及時報警。 1.2.2.13 通訊功能 現代數控系統中一般到配有RS232接口或DNC接口, 可以與上級計算機進行信號的高速傳輸。 高檔數控系統還可與MAP或INTERNET相連，以適應FMS、CIMS的要求。1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 1.2.3 1.2.3 數控機床工作原理數控機床工作原理 數控機床工作原理如圖13。1.2 1.2 數控車床工作原理數控車床工作原理 根據零件圖樣，進行工藝分析，確定工藝方案，依據數控系統的規定指令，編制零件的加工程序。視零

17、件結構的復雜程度，可以采用手工或計算機編程，程序較小時，可以直接在車床的操作面板的輸入區域操作；程序較大時，也可在裝有編程軟件的普通計算機上進行，編程軟件國內一般采用模擬軟件和專業軟件，經過相應的后置處理，生成加工程序。再通過車床控制系統上的通信接口或其他存儲介質（軟盤、光盤等），把生成的加工程序輸入到車床的控制系統中。進入數控裝置的信息，經過一系列處理和運算轉變成脈沖信號。有的信號輸送到機床的伺服系統，通過伺服機構處理，傳到驅動裝置（主軸電機、步進或交、直流伺服電機），使刀具和工件嚴格執行零件加工程序說規定的運動；有的信號送到可編程控制器，用以控制機床的其他輔助運動，如主軸和進給運動的變速、

18、液壓或氣動裝夾工件、冷卻液開關等。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 1.3.1 數控車削加工工藝范圍 數控車床是數控機床中應用最廣泛的一種，在數控車床上可以加工各種帶有復雜母線的回轉體零件，高級的數控車床（一般稱為車削中心）還能進行銑削、鉆削以及加工多邊形零件。如圖14為在數控車床上加工的工藝范圍。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點圖14 車削工藝范圍1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 1.3.2 1.3.2 數控車削特點數

19、控車削特點 數控車床加工有普通車床無法比擬的特點，主要有以下幾點。 1.3.2.1 數控車床的特點 （1）傳動鏈短 與普通車床相比，主軸驅動不再是電機-皮帶-齒輪副機構變速，而是采用橫向和縱向進給分別由兩臺伺服電機驅動刀架運動完成，不再使用掛輪、離合器等傳動部件，傳動鏈大大縮短。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 （2）剛性高 為了與數控系統的高精度相匹配，數控機床的剛性高，以便適應高精度的加工。 （3）輕拖動 刀架移動采用滾珠絲杠副，摩擦小，移動輕便。絲杠兩端的支承是專用軸承，其壓力角比普通軸承大，在出廠時便選配好；數控車床的潤滑部分采用油霧自動潤滑，這些措

20、施都使得數控車床移動輕便。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 1.3.2.2 數控車床加工特點 （1）自動化程度高，可以減輕操作者的體力勞動強度 數控加工過程是按輸入的程序自動完成的，操作者只需開始時對刀、裝卸工件、更換刀具，加工過程中，主要是觀察和監督機床運行。但是，由于數控機床的技術含量高，操作者的腦力勞動強度相應提高。 （2）加工的零件質量高且穩定 數控機床的定位精度和重復定位精度都很高，較容易保證一批零件尺寸的一致性，只要工藝設計和程序正確合理，加之精心操作，就可以保證零件獲得較高的加工精度，也便于對加工過程實行質量控制。1.3 1.3 數控車削加工工

21、藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 （3）生產效率高 數控機床加工時能在一次裝夾中加工多個加工表面，一般只檢測首件，所以可以省去普通機床加工時的不少中間工序，如劃線、尺寸檢測等，減少了輔助時間和機動時間， 而且由于數控加工出的零件質量穩定，為后續工序帶來方便，其綜合效率明顯提高。 （4）便于新產品研制和改型 數控加工一般不需要很多復雜的工藝裝備，通過編制加工程序就可把形狀復雜和精度要求較高的零件加工出來，當產品改型，更改設計時，只要改變程序，而不需要重新設計工裝。所以，數控加工能大大縮短產品研制周期，為新產品的研制開發、產品的改進、改型提供了捷徑。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點

22、數控車削加工工藝范圍及特點 （5）可向更高級的制造系統發展 數控機床及其加工技術是計算機輔助制造的基礎。 （6）加工成本較高 這是由于數控機床設備費用高，首次加工準備周期較長，維修成本高等因素造成。 （7） 維修要求高 數控機床是技術密集型的機電一體化的典型產品，需要維修人員既懂機械，又要懂微電子維修方法的知識，同時還要配備較好的維修裝備。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 1.3.2.3 適合數控機床加工的零件 （1）多品種中小批量零件最合適。隨著數控車床制造成本的逐步下降，現在不管是國內還是國外，加工大批量零件的情況也已經出現。加工很小批量和單件生產時，如

23、能縮短程序的調試時間（機外編程與調試）和工裝（刀、量、夾具）的準備時間也是可以選用的。 （2）精度要求高的零件。由于數控車床的剛性好，制造精度高，對刀精確，能方便的進行尺寸補償，所以能加工尺寸精度要求高的工件。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 （3）表面粗糙度值小的零件。在工件和刀具的材料、精車余量及刀具角度一定的情況下，表面粗糙度取決于切削速度和進給速度。普通車床是恒定轉速，直徑不同，切削速度（線速度）不同，而數控車床具有恒線速度切削功能，車端面、不同直徑外圓時可以用同樣的線速度，保證表面粗糙度值既小又一致；在車削表面粗糙度不同的表面時，粗糙度小的表面選用

24、小的進給速度，粗糙度大的表面選用大些的進給速度，可變性很好，這點在普通車床很難做到。 （4）輪廓形狀復雜的零件。任意平面曲線都可用直線或圓弧來逼近，數控車床具有圓弧插補功能，因此數控車床不僅可以加工素線為直線的回轉體，也可以加工素線為曲線的回轉體。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點1.3.2.4 數控車床所用工藝裝備的特點（1）刀架的特點 刀架是數控車床的重要部件，它安裝各種切削加工刀具，其結構直接影響機床的切削性能和工作效率。轉塔式刀架是普遍采用的刀架形式，如圖1-5所示。它通過轉塔頭的旋轉、分度、定位來實現機床的自動換刀工作。兩軸連續控制的數控車床，一般都

25、采用 612 工位轉塔式刀架。排刀式刀架主要用于小型數控車床，適用于短軸或套類零件加工。方刀架在中低檔數控車床中也有使用。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點（2）刀具的特點 數控機床刀具應滿足以下要求： a. 精度較高、壽命高、尺寸穩定、變化小。數控車床能兼作粗精車削，為使粗車能大切深、大走刀，要求粗車刀具有強度高、耐用度好；精車則保證加工精度，所以要求刀具鋒利、精度高、耐用度好。 b. 快速換刀； c. 刀柄應為標準系列； d. 能很好地控制切屑的折斷、卷曲和排出；數控車床一般在封閉環境中進行，要求刀具具有良好的斷屑性能，斷屑范圍要寬，一般采用三維斷屑槽，其

26、形式很多，選擇時應根據零件的材料及精度要求來確定。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 e. 具有很好的可冷卻性能。 從結構上看，車刀可分為整體式車刀、焊接式車刀和機械夾固式車刀三大類。整體式車刀主要是整體式高速鋼車刀，它具有抗彎強度、沖擊韌性好，制造簡單和刃磨方便、刃口鋒利等優點；焊接式車刀是將硬質合金刀片用焊接的方法固定在刀體上，經刃磨而成；機械夾固式車刀可分為機械夾固式可重磨車刀和機械夾固式不重磨車刀。數控車床應盡可能使用機夾刀。由于機夾刀在數控車床上安裝時，一般不采用墊片調整刀尖高度，所以刀尖高的精度在制造時就得到保證。對于長徑比較大的內徑刀桿，應具有良

27、好的抗震結構。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 從刀具的形狀看，數控車削加工中常用的車刀如圖16所示。圖16 數控車床用刀具1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 從刀具的材料看，由于在數控加工中，速度要遠高于普通加工，為適合因高速而帶來的高切削溫度及嚴重摩擦，而不致使刀具磨損過于迅速，數控加工刀具以硬質合金為主，一般采用 YT 、YW類硬質合金加工鋼料，YG 類硬質合金加工鑄鐵。 為不斷提高刀具切削性能，數控刀具中，越來越多地采用涂層硬質合金，涂層材料及涂層技術的迅猛發展，為數控刀具的性能提高提供了良好的條件。除此以外，數控刀

28、具中，亦有采用CBN 、金屬復合陶瓷等特硬材料的。1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點1.3 1.3 數控車削加工工藝范圍及特點數控車削加工工藝范圍及特點 （3）夾具的特點 在經濟型數控車床中，考慮成本的因素，一般使用與普通車床一樣的手動自定心卡盤。在全功能型數控車床中使用自定心液壓或氣動卡盤，如圖17所示。液壓動力卡盤用于夾持加工零件，它主要由固定在主軸后端的液壓缸和固定在主軸前端的卡盤兩部分組成，其夾緊力的大小通過調整液壓系統的壓力進行控制 ,具有結構緊湊、動作靈敏、能夠實現較大夾緊力的特點。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類1.4.1 1.4.1 根

29、據機床加工特性和主要加工工序分根據機床加工特性和主要加工工序分 與普通機床一樣，數控機床根據加工特性和主要加工工序可分成數控車床（含車削中心）、數控銑床（含銑削中心）、數控鏜床、以銑鏜削為主帶刀庫的加工中心（型號用TH）、數控磨床（含磨削中心）、數控鉆床（含鉆削中心）、數控拉床、數控刨床、數控切斷機床、數控齒輪加工機床、數控電火花加工機床（含電加工中心）、數控板材成形加工機床、數控管料成形加工機床、柔性加工單元（FMC）、柔性制造系統（FMS）等。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類1.4.2 1.4.2 根據數控系統的技術水平分根據數控系統的技術水平分 1.4.2.1 運動方式 （1）點

30、位控制數控機床 這類數控機床的數控裝置只控制刀具從一點到另一點的準確定位。 在移動過程中不進行加工，對兩點間的移動速度及運動軌跡沒有嚴格的要求。如圖18所示，起點到終點的運動軌跡可以是1軌跡或2軌跡種的任意一種。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類 這類數控機床主要有數控鉆床、數控沖剪床、數控鏜床和數控測量機等。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類（2）直線控制數控機床 這類數控機床的數控裝置除了控制點與點之間的準確位置以外，還要保證兩點之間移動的軌跡是一條直線，而且對移動的速度也要進行控制，以便適應隨工藝因素變化的不同需要。這類數控機床主要有簡易數控車床、數控鏜銑床等。如圖19所示。

31、1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類（3）輪廓控制數控機床 這類數控機床的數控裝置能同時對兩個或兩個以上運動坐標的位移及速度進行連續相關的控制，它不僅要控制機床移動部件的起點與終點坐標，而且要控制整個加工過程每一點的速度、方向和位移量，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足加工的要求，如圖110所示。由于需要精確地同時控制兩個或更多的坐標運動，數據處理的速度比點位控制要高，因此，機床計算機一般要求具有較高速度的運算和信息處理能力。這類數控機床主要有數控銑床、數控車床等。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類 隨著數控裝置的發展，要增加輪廓控制功能，只需增加插補運算軟件即可，這幾乎不帶來成本的

32、提高。因此，除少數專用的數控機床（如數控鉆床、沖床等）以外，現代的數控機床都具有輪廓控制功能。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類 1.4.2.2 伺服系統的控制方式 （1）開環控制系統的數控機床 開環控制系統的數控機床通常不帶位置檢測元件，使用功率步進電動機作為執行元件。數控裝置每發出一個指令脈沖，經驅動電路功率放大后，就驅動步進電動機旋轉一個角度，再由傳動機構帶動工作臺移動。圖1-11是一個典型的開環控制系統。 開環控制系統的數控機床受步進電動機的步距精度和傳動機構的傳動精度的影響，難于實現高精度加工。但由于系統結構簡單、成本較低、技術容易掌握，所以目前仍有應用。普通機床的數控化改造大

33、多采用開環控制系統。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類 （2）閉環控制系統的數控機床 閉環控制系統的數控機床是按閉環控制系統。數控裝置將位移指令信號與位置元件檢測測得的工作臺實際位置反饋信號隨時進行比較，根據其差值及指令進給速度的要求，按一定的規律進行轉換后，得到進給伺服系統的速度指令信號。此外還利用與伺服驅動電動機同軸鋼性連接的測速元器件，隨時實測驅動電動機的轉速，得到速度反饋信號，將它與速度指令信號相比較，得到速度誤差信號，對驅動電動機的轉速隨時進行校正。利用上述的位置控制和速度控制的兩個回路，可以獲得比開環伺服系統精度更高、速度更快、驅動功率

34、更大的特性指標。從圖1-12中可以看到，閉環系統的位置檢測元件安裝在執行部件上，用以實測執行部件的位置或位移量。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類 （3）半閉環控制系統的數控機床 如果將位置檢測元件安裝在驅動電動機的端部，或安裝在傳動絲杠端部，間接測量執行部件的實際位置或位移，就是半閉環控制系統。如圖1-13所示。它可以獲得比開環系統更高的精度，但它的位移精度比閉環系統的要低。由于位置檢測元件安裝方便、調試容易，現在大多數數控機床多采用半閉環控制系統。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類 1.4.2.3

35、功能水平 （1）經濟型數控機床 經濟型數控機床大多指采用開環控制系統的數控機床，其功能簡單，價格便宜，適用于自動化程度和加工精度要求不高的場合。 （2）中檔數控車床，中檔數控機床大多指采用半閉環控制系統的數控機床，一般具有單色顯示的CRT，程序儲存和編輯功能，能進行刀尖圓弧半徑補償、固定循環、螺紋切削等功能。 （3）多功能型數控機床 這類數控機床的功能齊全，價格較貴。加工復雜零件的大中型機床及柔性制造系統、計算機集成制造系統使用的數控機床一般為多功能型。這是指較高檔次的數控車床，這類機床一般具備刀尖圓弧半徑自動補償、恒線速度切削、倒角、固定循環、螺紋切削、圖形顯示、用戶宏程序等功能。1.4 1

36、.4 數控機床分類數控機床分類 各種功能數控機床的性能比較如表13。系統功能高檔中檔經濟型功能無級變速、C軸功能機械變速分辯率0.1m1 m10 m進給速度15100m/min1524m/min815m/min伺服驅動閉環半閉環開環電機交、直流伺服電機步進電機聯動軸數24軸或25軸23軸通信功能MAP，聯網功能RS232CRS485無顯示功能三維圖形彩顯CRT圖形顯示數碼或CRT字符內裝PLC有有無主CPU32位或64位16位或32位8位表13 各種功能數控機床的性能1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類 對數控車床而言,又可根據主軸的配置形式，可以分為臥式數控車床和立式數控車床；根據床身導

37、軌結構形式，分為水平導軌和斜床身導軌數控車床，如圖1-14所示。1.4 1.4 數控機床分類數控機床分類 車削中心的主體是數控車床，一般配有刀庫、自動換刀裝置、分度裝置、銑削動力頭和機械手等部件，與數控車床單機相比，其自動選擇和使用的刀具數量大大增加，可實現多工序復合加工。臥式車削中心還具備如下兩種功能：一是動力刀具功能，即刀架上某一刀位或所有刀具可使用回轉刀具，如銑刀和鉆頭；另一種是C軸位置控制功能（分度，低速回轉）,所謂C軸是指以z軸（對于車床是指卡盤與工件的軸線）為中心的旋轉坐標軸。該功能主軸能達到很高的角度定位分辨率（一般0.001）,還能使主軸和卡盤按進給脈沖作任意低速的回轉,這樣車

38、床就具有X、Z和C三坐標，可實現三坐標兩聯動輪廓控制。近年出現的雙軸車削中心，在一個主軸進行加工結束后，無需停機，零件被轉移至另一主軸加工另一端，加工完畢后，零件除了去毛刺以外，不需要其它的補充加工。第二章第二章2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系2.3 2.3 數控車床編程特點數控車床編程特點2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述 2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述 數控編程是實現零件數控加工的關鍵環節，它包括從零件分析到獲得數控加工程序的全過程。如圖21所示。圖21數控機床加工過程2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述 2.1.1

39、2.1.1 數控編程的內容數控編程的內容 一般說來，數控編程包括以下工作。 2.1.1.1 分析零件圖，制定加工工藝方案 根據零件圖樣，對零件的形狀、尺寸、材料、精度和熱處理要求等進行工藝分析，合理選擇加工方案，確定工件的加工工藝路線、工序及切削用量等工藝參數，確定所用機床、刀具和夾具。2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述 2.1.1.2 數學處理 根據零件的幾何尺寸、工藝要求及編程的方便，設定坐標系，計算工件粗、精加工的輪廓軌跡，獲得刀位數據。數控系統一般具有直線和圓弧插補功能，所以對于由直線和圓弧組成的形狀簡單的零件輪廓加工，只需計算出幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心、兩幾何元素的交點

40、或切點坐標值即可，有些要計算刀具中心的運動軌跡；對于由非圓曲線或曲面組成的形狀復雜的零件，需要用直線段或圓弧段來逼近曲線，根據加工精度的要求，計算出節點坐標，這個工作一般使用計算機完成。2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述 2.1.1.3 編寫零件加工程序 根據制定的加工工藝路線、切削用量、刀具補償量、輔助動作及刀具運動軌跡等條件，按照機床數控系統規定的功能指令代碼及程序格式，逐段編寫加工程序。 2.1.1.4 制備控制介質并輸入到數控機床 把編制好的程序記錄在控制介質上，并輸入到數控機床中，這個工作可通過手工在操作面板直接輸入，或利用通信方式輸入，由傳輸軟件把計算機上的加工程序傳輸到數控

41、機床。2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述 2.1.1.5 程序校驗和試切 輸入到數控系統的加工程序在正式加工前需進行驗證，以確保程序正確。通常可以采用機床空運行的方法，檢查機床動作和運動軌跡是否正確；在有圖形顯示功能的數控機床上，可以利用模擬加工的圖形顯示來檢查運行軌跡的正確性。需注意的是這些方法只能檢驗運動軌跡是否正確，不能檢驗被加工零件的精度。因此，需進行零件的首件試切，當發現加工的零件不符合加工技術要求時，分析產生加工誤差的原因，找出問題，修改程序或采取尺寸補償等措施。2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述2.1.2 2.1.2 數控編程方法數控編程方法 2.1.2.1 手工編程

42、 手工編程就是指數控編程內容的工作全部由人工完成。對加工形狀較簡單的工件，其計算量小，程序短，手工編程快捷、簡便。對形狀復雜的工件采用手工編程有一定的難度，有時甚至無法實現。一般說來，由直線和圓弧組成的工件輪廓采用手工編程，非圓曲線、列表曲線組成的輪廓采用自動編程。 2.1.2.2 自動編程 自動編程就是利用計算機專用軟件完成數控機床程序編制工作。編程人員只需根據零件圖樣的要求，使用數控語言，由計算機進行數值計算和工藝參數處理，自動生成加工程序，再通過通訊方式傳入數控機床。 2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述2.1.3 2.1.3 程序格式程序格式 2.1.3.1 字符與代碼 字符是用于

43、組織、控制或表示數據的一些符號，進行信息交換，數字、字母、標點符號、數學運算符都可以用作字符，常規加工程序應用四種字符：英文字母、數字和小數點、正負號、功能字符。 2.1.3.2 程序字（簡稱字或指令字） 字是一套可以作為一個信息單元進行存儲、傳遞和操作的有規定次序的字符，字符的個數即為字長。常規加工程序中的字都是由英文字及隨后的數字組成，這個英文字稱為地址符，地址符與后續數字之間可有正負號。如X30 Z15。2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述 2.1.3.3 字的幾種功能 （1）語句號N （也稱為程序段號）程序是一句一句編寫的，一句程序稱為程序段。程序段號字用以識別每一程序段，由地址碼

44、N和若干位數字組成。例如：N40表示該程序段的語句號為40。 （2）準備功能字G（又稱G功能、G指令，G代碼） 顧名思義，準備功能用來建立機床或數控系統工作方式的一種命令，使數控機床做好某種操作準備，用地址碼G和兩位或三位數字表示。需要指出的是不同生產廠家數控系統的G指令的功能相差大，編程時必須遵照機床使用說明書進行。 G指令分為模態指令（續效指令）和非模態指令，非模態指令只在本程序段中有效，模態指令可在連續幾個程序段中有效，直到被相同組別的指令取代。指令表中標有相同字母或數字的為一組。如G00、G01、G02、G03，其中G00為非模態指令，其余為模態指令。2.1 2.1 數控編程概述數控編

45、程概述 （3）尺寸字 表示由地址碼、符號（、）、絕對（或相對）數值組成。尺寸字的地址碼有X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、I、J、K、D、H等。例如：X15 Y-20。其中“”可省略。 （4）進給功能字F 表示加工時的進給速度，單位由地址碼F和后面的若干位數字組成。 （5）主軸轉速功能字S 表示數控機床主軸轉速，單位由地址碼S和后面的若干位數字組成。 （6）刀具功能字T 表示由地址碼T和后面的若干位數字組成。數字表示刀號，數字位數由數控系統決定。 （7）輔助功能字M（又稱M功能、M指令、M代碼） 用來控制機床輔助動作或系統的開關功能，由地址碼M和后面的兩位數字組成。2.1 2.1

46、 數控編程概述數控編程概述 2.1.3.4 程序段格式 零件的加工程序由若干個程序段組成。程序段格式是指一個程序段中字、字符、數據的書寫規則，目前使用最多的是“字地址”程序段格式。 字地址程序段格式由程序段號字、數據字和程序段結束組成。各字后有地址，字的排列順序要求不嚴格,數據的位數可多可少，不需要的字以及與上一程序段相同的續效字可以不寫。排列順序如下：NGXUAYVBZWCFSTMLF2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述 例：N30 G01 X50 Z-20 F100 S400 T01 M03 該格式的優點是程序簡短、直觀、容易檢查和修改。 需要說明的是數控加工程序內容、指令和程序段格式

47、雖然在國際上有很多標準，實際上并不是完全統一。所以在編制加工程序前，必須詳細了解機床數控系統的編程說明書中的具體指令格式和編程方法。2.1 2.1 數控編程概述數控編程概述 2.1.3.5 初識加工程序 加工程序可分為主程序和子程序。但不論是主程序還是子程序，每一個程序都是由程序號、程序內容和程序結束三部分組成。下表是FANUC Oi-TB數控車床的一個加工程序:程序說明O001N10 G54 G95 S500 M03 T01N20 G00 X18 Z2N30 G01 Z-15 F0.2 X24Z-30X26N40 G00 X50 Z200N50 M05N60 M02程序名程序內容 程序結束2

48、.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 為簡化編程和保證程序的通用性，對數控機床的坐標軸和方向命名制訂了統一的標準，國際標準化組織以及一些工業發達國家都先后制定了數控機床坐標和運動命名的標準，我國機械工業部在1982頒布了JB3052 -82部頒標準，本書在此作簡單介紹。2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 2.2.1 2.2.1 坐標和運動方向命名的原則坐標和運動方向命名的原則 2.2.1.1 在數控機床中統一規定采用右手直角笛卡兒坐標軸命名，如圖2-2a)所示。圖中大拇指的指向為X軸的正方向，食指指向為Y軸的正方向，中指指向為Z的正方向。 2.2.1.2 坐標系中的各個坐標軸與

49、機床的主要導軌相平行。 2.2.1.3 機床在加工過程中不論是刀具移動，還是被加工工件移動，都一律假定被加工工件相對靜止不動，而刀具在移動，并規定刀具遠離工件的運動方向為坐標軸的正方向。 2.2.1.4 旋轉運動：在圖2-2中，圍繞X，Y，Z軸旋轉的圓周進給坐標軸分別用A，B，C表示，其正方向用右手螺旋法則確定，以大姆指指向+X，+Y，+Z方向，則食指、中指等的指向是圓周進給運動的+A，+B，+C，如圖22c)所示。 2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系2.2.2 2.2.2 坐標運動的規定坐標運動的規定 2.2.2.1 Z坐標運動 Z坐標的運動由傳遞切削動力的主軸所決定： （1）與主

50、軸軸線平行的標準坐標軸即為Z坐標。 如數控車床、數控立式鏜銑床等。 （2）若機床沒有主軸（如數控刨床等），則Z坐標垂直于工件主要裝夾面。 （3）若機床有幾個主軸，可選擇一垂直于工件裝夾面的主要軸作為主軸，并以它確定Z標，如數控龍門銑床。 （4）Z坐標的正方向是增加刀具和工件之間距離的方向如在鉆鏜加工中，鉆入或鏜入工件的方向是Z的負方向。2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 2.2.2.2 X坐標的運動 X坐標運動是水平的，它平行于工件裝夾面，是刀具或工件定位平面內運動的主要坐標。 （1）在沒有回轉刀具和沒有回轉工件的機床上（如牛頭刨床）X坐標平行于主要切削方向，并且以該方向為正方向。

51、（2）在有回轉工件的機床上，如車床、磨床等，X坐標方向是在工件徑向，而且平行于橫向滑座，對于安裝在橫向滑座的主要刀架上的刀具，離開工件回轉中心的方向是X的正方向。 （3）在有刀具回轉的機床上（如銑床），若Z坐標是水平的（主軸是臥式的），當由主要刀具主軸向工件看時，X運動的正方向指向右方。如Z坐標是垂直的（主軸是立式的），當由主要刀具主軸向立柱看時，X運動的正方向指向右方。2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 2.2.2.3 Y坐標的運動：正向Y坐標的運動，根據X和Z的運動，按照右手笛卡兒坐標系來確定。 2.2.2.4 機床坐標系的原點：機床坐標系的原點位置是任意選擇的，由生產廠家調定的

52、。A，B，C的運動原點（0的位置）也是任意的，但A，B，C原點的位置最好選擇為與Y，Z，X坐標平行。 2.2.2.5 附加坐標 如果在X，Y，Z主要直線運動之外另有第二組平行與它們的坐標運動，就稱為附加坐標。它們分別被規定為U，V和W，如圖22a)所示。 如果在第一組回轉運動A，B，C之外，還有平行或不平行于A，B，C的第二組回轉運動，可指定為D，E或F。2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 2.2.2.6 工件的運動：對于移動部分是工件而不是刀具的機床，必須將前面所介紹的移動部分是刀具的各項規定，在理論上作相反的安排。若用+X，+Y、+Z表示刀具相對于工件正向運動的指令，則如果是工件

53、移動則用加“”的字母表示，按相對運動的關系，工件運動的正方向恰好與刀具運動的正方向相反，即有： +X =-X, +Y =-Y, +Z =-Z， +A =-A, +B =-B, +C =-C 同樣兩者運動的負方向也彼此相反, 如圖22d)所示。2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系2.2.3 2.2.3 機床坐標系、機床原點和機床參考點機床坐標系、機床原點和機床參考點 2.2.3.1 機床坐標系 機床坐標系是機床上固定有的坐標系，并設有固定的坐標原點，就是機床原點，又稱機械原點，即x=0、y=0、z=0的點。對某一具體機床來說，在經過設計、制造和調整后，這個原點便被確定下來，它是機床上固定

54、的點。2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 2.2.3.2 機床參考點 為了正確地建立機床坐標系，通常在每個坐標軸的移動范圍內設置一個機床參考點作為測量起點，它是機床坐標系中一個固定不變的極限點，其固定位置由各軸向的機械擋塊來確定。一般數控機床開機后，通常要進行機動或手動回參考點以建立機床坐標系。 機床參考點可以與機床零點重合也可以不重合，通過參數指定機床參考點到機床零點的距離。 機床回到了參考點位置也就知道了該坐標軸的零點位置，找到所有坐標軸的參考點，機床坐標系就建立起來了。 機床參考點在數控機床出廠時，就已經調好并記錄在機床使用說明書中供用戶編程使用，一般情況下，不允許隨意變動。2

55、.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 2.2.3.3 工件坐標系與原點 工件坐標系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點為原點（也稱工件原點、程序原點），建立一個新的坐標系，稱為工件坐標系。工件坐標系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐標系所取代。 工件坐標系的原點是人為設定的，設定的依據是要盡量滿足編程簡單、尺寸換算少、引起的加工誤差小等條件。一般情況下，程序原點應選在尺寸標注的基準或定位基準上。對稱零件或以同心圓為主的零件，編程原點應選在對稱中心線或圓心上；Z 軸的程序原點通常選在工件的表面。2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系2.2.4 2.2.4 數控車

56、床坐標系數控車床坐標系 2.2.4.1 數控車床坐標系 數控車床坐標系如圖2-3所示，Z軸與車床導軌平行（取卡盤中心線），正方向是遠離車床卡盤的方向，X軸與Z軸垂直，平行于橫向滑座，正方向是刀具遠離主軸軸線的方向，坐標原點0定在卡盤后端面與中心線交點處。2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 數控車床坐標系的表示形式如圖2-4所示，機床原點為主軸軸線與卡盤后端面的交點，如圖24中的o點。機床參考點為刀具退離到一個固定不變的極限點，如圖24中的o點，其位置由機械擋鐵或行程開關確定。2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 2.2.4.2 工件坐標系和工件原點 工件坐標系原點可選在工件軸

57、線與工件的前端面、后端面、卡爪前端面的交點上。為方便編程，數控車床的工件原點一般建立在工件設計基準上，工件直徑方向為x軸方向，工件軸線方向為z軸方向，如圖25所示。 2.2 2.2 數控機床坐標系數控機床坐標系 2.2.4.3 起刀點和換刀點的確定 起刀點是指在數控機床上加工工件時，刀具相對于工件運動的起始點。起刀點應選擇在不妨礙工件裝夾、不會與夾具相碰及編程簡單的地方。對于數控車床一般選在靠近參考點附近。 數控車床在加工時常需換刀，故編程時還要設置一個換刀點。換刀點應設在工件的外部，避免換刀時碰傷工件。一般換刀點選擇在第一個程序的起刀點或機床參考點上。2.3 2.3 數控車床編程特點數控車床

58、編程特點 2.3.1 2.3.1 尺寸字選用靈活尺寸字選用靈活 在一個程序中，根據被加工零件的圖樣標注尺寸，從方便編程的角度出發，可采用絕對尺寸編程、增量尺寸編程，也可以采用絕對、增量尺寸混合編程。 2.3.2 2.3.2 重復循環切削功能重復循環切削功能 由于車削加工常用圓棒料或鍛料作毛坯，加工余量較大，要加工到圖樣標注尺寸，需要一層層切削，如果每層加工都編寫程序，編程工作量將大大增加。為簡化編程，數控系統有不同形式的循環功能，可進行多次重復循環切削。2.3 2.3 數控車床編程特點數控車床編程特點 2.3.3 2.3.3 直接按工件輪廓編程直接按工件輪廓編程 對于刀具位置的變化、刀具幾何形

59、狀的變化及刀尖圓弧半徑的變化，都無需更改加工程序，編程人員可以按照工件的實際輪廓尺寸進行編程。數控系統具有的刀具補償功能使編程人員只要將有關參數輸入到存儲器中，數控系統就能自動進行刀具補償。這樣安裝在刀架上不同位置的刀具，雖然在裝夾時其刀尖到機床參考點的坐標各不相同，但都可以通過參數的設置，實現自動刀具補償，編程人員只要使用實際輪廓尺寸進行編程并正確選擇刀具即可。 2.3.4 2.3.4 采用直徑編程采用直徑編程 由于加工零件的圖樣尺寸及測量都是直徑值，所以通常采用直徑尺寸編程。在用直徑尺寸編程時，如采用絕對尺寸編程，X表示直徑；如采用增量尺寸編程，X表示徑向位移量。第三章第三章3.1 3.1

60、 數控車床程序的結構組成數控車床程序的結構組成3.2 3.2 數控車床程序編制的基本方法數控車床程序編制的基本方法3.1 3.1 數控車床程序的結構組成數控車床程序的結構組成 FANUC 0i-TB數控系統編制的程序無論是主程序還是子程序都是由程序開始符、程序號、程序段和程序結束語、結束符組成。一個程序是由遵循一定結構、句法和格式規則的若干個程序段組成的，而每個程序段是由若干個指令字組成的。如圖3-1所示。 O1000 N10 G00 X50 Z60 N20 G01X100 Z500 F150 S300 M03 N. N200 M30 程序 程序段 指令字 圖 3-1 程序的結構 3.1 3.