數控機床與編程技術

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魯曉輝制作2/4/20231內容數控機床的組成數控機床的工作原理數控機床的機械結構特點數控編程基礎數控車床編程數控銑床編程數控加工中心編程自動編程數控機床的操作2/4/20232第一章概論數控機床的組成及工作原理數控機床的分類數控機床加工的特點數控機床的應用范圍2/4/20233第一節數控機床的組成及工作原理零件加工程序程序載體輸入裝置數控裝置伺服驅動裝置輔助控制裝置檢測反饋裝置機床本體2/4/20234第一節數控機床的組成及工作原理2/4/20235第一節數控機床的組成及工作原理CNC裝置(CNC單元)

CNC裝置是數控機床的核心部件。組成：計算機系統、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應的控制軟件。作用：根據輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執行部件(伺服單元、驅動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內硬件和軟件協調配合，合理組織，使整個系統有條不紊地進行工作的。2/4/20236第一節數控機床的組成及工作原理

1.操作面板操作面板的是操作人員與機床數控裝置進行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態燈、按鍵陣列（功能與計算機鍵盤一樣）和顯示器；。它是數控機床特有的部件。2/4/20237第一節數控機床的組成及工作原理2.控制介質與輸入輸出設備控制介質記錄零件加工程序的媒介輸入輸出設備

CNC系統與外部設備進行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質上的零件加工程序輸入CNC系統或將調試好了的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質上。2/4/20238表1控制介質和輸入輸出設備表2/4/20239第一節數控機床的組成及工作原理3.通訊

現代的數控系統除采用輸入輸出設備進行信息交換外，一般都具有用通訊方式進行信息交換的能力。它們是實現CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術。采用的方式有：串行通訊（RS-232等串口）、自動控制專用接口和規范（DNC，MAP等）網絡技術（internet，LAN等）。2/4/202310第一節數控機床的組成及工作原理

4.CNC裝置(CNC單元)CNC裝置是數控機床的核心部件。組成：計算機系統、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應的控制軟件。作用：根據輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執行部件(伺服單元、驅動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內硬件和軟件協調配合，合理組織，使整個系統有條不紊地進行工作的。2/4/202311第一節數控機床的組成及工作原理伺服單元、驅動裝置和測量裝置伺服單元和驅動裝置主軸伺服驅動裝置和主軸電機進給伺服驅動裝置和進給電機測量裝置位置和速度測量裝置。以實現進給伺服系統的閉環控制。作用保證靈敏、準確地跟蹤CNC裝置指令：進給運動指令：實現零件加工的成形運動（速度和位置控制）。主軸運動指令，實現零件加工的切削運動（速度控制）2/4/202312第一節數控機床的組成及工作原理PLC(ProgrammableLogicController)

、機床I/O電路和裝置PLC：用于控制機床順序動作，完成與邏輯運算有關的開關量I/O控制，它由硬件和軟件組成；機床I/O電路和裝置：實現開關量I/O控制的執行部件，即由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等電器組成的邏輯電路；功能：接受CNC的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應開關動作接受操作面板和機床側的I/O信號，送給CNC裝置，經其處理后，輸出指令控制CNC系統的工作狀態和機床的動作。2/4/202313第一節數控機床的組成及工作原理7.機床機床：數控機床的主體，是實現制造加工的執行部件。組成：由主運動部件、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應的傳動機構）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統工件自動交換系統）和輔助裝置（如排屑裝置等）。2/4/202314第二節數控機床的分類按加工工藝分類按控制系統的功能水平分類按伺服裝置的功能水平分類按數控機床的檔次分類

2/4/202315第二節數控機床的分類

一.按加工工藝分類普通數控機床：如：數控車床、數控銑床、數控磨床、數控鉆床等等加工中心：帶刀庫和自動換刀裝置如：車削中心、加工中心其它：三坐標測量機、機械手（工業機器人）、自動繪圖機等2/4/202316第二節數控機床的分類

二.按控制系統的功能特點分類點位控制的數控機床點位-直線控制的數控機床輪廓控制的數控機床2/4/202317第二節數控機床的分類二、按控制功能分類

1.點位控制數控系統僅能實現刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。適用范圍：數控鉆床、數控鏜床、數控沖床和數控測量機。2/4/202318第二節數控機床的分類

二、按控制功能分類2.輪廓控制數控系統具有控制幾個進給軸同時諧調運動(坐標聯動)，使工件相對于刀具按程序規定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續切削加工的數控系統。適用范圍：數控車床、數控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面零件的機床?，F代的數控機床基本上都是裝備的這種數控系統。2/4/202319第二節數控機床的分類

三.按伺服系統的特點分類按數控系統的進給伺服子系統有無位置測量裝置可分為開環數控系統和閉環數控系統，在閉環數控系統中根據位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環和半閉環兩種。開環控制的數控機床半閉環控制的數控機床閉環控制的數控機床2/4/202320第二節數控機床的分類

開環控制的數控機床

特點：結構簡單，步進驅動、步進電機，無位置速度反饋2/4/202321第二節數控機床的分類

半閉環控制的數控機床

特點：精度較高，采用交流或直流伺服驅動及伺服電機，有角位移、角速度檢測裝置，結構緊湊2/4/202322

特點：精度高，采用交流或直流伺服驅動及伺服電機，有直線位移、速度檢測裝置，價格貴，調試困難第二節數控機床的分類

閉環控制的數控機床2/4/202323第二節數控機床的分類四、按聯動軸數分2軸聯動（平面曲線）3軸聯動（空間曲面，球頭刀）4軸聯動（空間曲面）5軸聯動及6軸聯動（空間曲面，端銑刀）。

聯動軸數越多數控系統的控制算法就越復雜。2/4/202324五.按控制系統的功能水平分類控制系統功能高檔中檔低檔（經濟型）主軸功能無級變速、C軸功能機械變速分辯率0.1μm1μm10μm進給速度15~100m/min15~24m/min8~15m/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2~4軸或2~5軸2~3軸通信功能MAP，聯網功能RS232C、RS485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2/4/202325第三節數控機床加工特點加工精度高對加工對象的適應性強自動化程度高，勞動強度低生產效率高良好的經濟效益有利于現代化管理2/4/202326第四節數控機床的應用范圍多品種小批量生產的零件形狀結構比較復雜的零件需要頻繁改型的零件價值昂貴，不允許報費的關鍵零件需要最少周期的急需零件批量較大精度要求高的零件2/4/202327第二章數控機床機械結構的特點對數控機床機械結構的要求數控機床的主傳動及主軸部件數控機床的進給運動及傳動機構自動換刀裝置其它輔助裝置2/4/202328第一節對數控機床機械結構的要求提高機床的動、靜剛度減少機床的熱變形減少運動副的摩擦，提高傳動精度提高機床的壽命和精度保持性自動化的機構，宜人的操作性安全防護和宜人的造型2/4/202329第一節對數控機床機械結構的要求一.提高機床的靜、動剛度合理選擇支承件的結構形式合理的結構布局采用補償變形的措施合理選用構件的材料2/4/202330第一節對數控機床機械結構的要求二.減少機床熱變形的措施減少機內發熱改善散熱和隔熱條件合理設計機床的結構與布局進行熱變形補償2/4/202331第一節對數控機床機械結構的要求三.減少運動副的摩擦采用滾動導軌或靜壓導軌采用貼塑滑動導軌用滾珠絲杠代替滑動絲杠采用無間隙滾珠絲杠傳動和無間隙齒輪傳動以提高傳動精度2/4/202332第二節數控機床的主傳動系統數控機床的主傳動系統概述

主運動系統是指驅動主軸運動的系統，主軸是數控機床上帶動刀具和工件旋轉，產生切削運動的運動軸，它往往是數控機床上單軸功率消耗最大的運動軸。

主傳動系統的作用：

①傳遞動力，傳遞切削加工所需要的動力

②傳遞運動，傳遞切削加工所需要的運動；

③運動控制，控制主運動運行速度的大小、方向和起停。

與進給伺服系統相比，它具有轉速高、傳遞的功率大等特點，是數控機床的關鍵部件之一，對它的運動精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有較高的要求。2/4/202333數控機床對主運動系統的要求動力功率高由于對高效率的要求日益增長，加之刀具材料和技術的進步，大多數NC機床均要求有足夠高的功率來滿足高速強力切削。一般NC機床的主軸驅動功率在3.7kW～250kW之間調速范圍寬除了功率方面的要求外，還應使主軸轉速具有足夠大的調整范圍。調速范圍是指最高轉速與最低轉速之比，即Rn=nmax/nmin控制功能多樣化性能要求高

2/4/202334主傳動功率機床主傳動的功率N可根據切削功率Nc與主運動傳動鏈的總效率η由下式來確定

N=Nc/η數控機床的加工范圍一般都比較大，切削功率可以根據有代表性的加工情況，由其主切削力Pz按下式來確定

2/4/202335調速范圍寬在主運動系統中調速范圍有恒扭矩、恒功率調速范圍之分，如圖所示，在基本轉速(額定轉速nc)以下是恒轉速調速范圍，通過調整電樞電壓來實現，在nc以上是恒功率調速，通過調磁調速。而且現在恒功率調速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率(在低速時往往由于電流的限制，只能進行恒扭矩調速。因為加工一些難加工材料所需求的轉速范圍相差很大，例如，鈦需要低速加工，而鋁合金材料卻需要高速加工，而采用齒輪變速箱擴大變速范圍的方法已不能滿足要求。2/4/202336調速范圍寬主運動為旋轉運動的機床，主軸轉速n(r/min)由切削速度v(m/min)和工件或刀具的直徑d(mm)來確定

對于數控機床，為了適應切削速度和工件（或刀具）直徑的變化，主軸的最低和最高轉速可根據下式確定

2/4/202337控制功能多樣化由于NC機床的種類繁多，不同的機床對主軸功能有不同的要求。NC車床車螺紋時要求有同步控制功能；加工中心為了能進行自動換刀需要主軸準停功能；NC車床和NC磨床在進行端面加工時，為了保證端面加工的粗糙度要求，要求接觸點處的線速度為恒值，需要恒線速切削功能；還有些NC機床有C軸控制功能2/4/202338性能要求高對主軸電機的性能要求如下：電機抗過載能力強，要求有較長時間(1～30min)和較大倍數的抗過載能力；在斷續負載下，電機轉速波動要??；速度響應要快，升降速時間要短；電機溫升低，振動和噪音??；可靠性高，壽命長，維護容易；體積小，重量輕，與機床聯接容易2/4/202339交、直流主軸電機—主軸部件配置方式特點：電機經同步齒形帶傳動主軸電機是性能更好的交、直流主軸電機，變速范圍寬，最高轉速可達8000r/min在傳動上能基本能滿足目前大多數數控機床的要求，易于實現豐富的控制功能結構簡單、安裝調試方便，可滿足現在中高檔數控機床的控制要求對于越來越高的速度的需求，該配置方式已難以滿足2/4/202340電主軸這種電機由三個基本部分組成：空心軸轉子、帶繞組的定子、速度檢測元件?？招妮S轉子，它既是電機的轉子，也是主軸，中間是空心的，用于裝夾刀具或工件；帶繞組的定子，它和其他電機相似。這種電機構成了較簡單的主運動部件。它不僅可以使轉速提高，若在其內應用較先進的軸承（如陶瓷軸承、磁懸浮軸承等）而且可使主軸部件結構緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止的響應特性，利于控制振動和噪聲。轉速高，目前最高可達200000r/min。它的出現大大簡化了主運動系統結構，實現了所謂的“零傳動”，因而使傳動精度大大提高，由于它具有上述特點，在高速數控機床大量采用。在目前也存在著一些缺點，主要是電機運轉產生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機平衡、溫度控制和冷卻是內裝式主軸電機的關鍵問題。

2/4/202341電主軸結構圖

2/4/202342三位液壓撥叉作用原理圖2/4/202343嚙合式電磁離合器

2/4/202344數控機床的主軸部件組成：主軸部件由主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件及裝夾刀具或工件的附件組成。

主要作用：①夾持工件或刀具實現切削運動；②傳遞運動及切削加工所需要的動力。

機床對其主軸部件的主要要求有：

①主軸的精度要高。精度包括運動精度(回轉精度、軸向竄動)和安裝刀具或夾持工件的夾具的定位精度(軸向、徑向)。

②部件的結構剛度和抗振性。

③運轉溫升不能太高以及較好的熱穩定性。

④部件的耐磨性和精度保持能力。

對數控機床除上述要求外，在機械結構方面還應有：

①刀具的自動夾緊裝置。

②主軸的準停裝置。

③主軸孔的清理裝置等2/4/202345進給傳動系統裝置概述

進給系統機械傳動結構是進給伺服系統的重要組成部分，它是實現成形加工運動所需的運動及動力的執行機構。它主要由傳動機構、運動變換機構、導向機構、執行件組成。如下圖所示。其中常用的傳動機構有傳動齒輪和同步帶；運動變換機構有絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等；導向機構有滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌、軸承等。數控機床對進給運動的要求

減少摩擦阻力提高傳動精度和剛度消除傳動間隙減小運動件的慣量2/4/202346進給傳動系統裝置2/4/202347進給傳動系統裝置對進給傳動系統裝置的要求：由于機械傳動結構的剛性、制造精度、摩擦阻尼特性等，對執行件運動特性和運動精度有重要影響，因此進給伺服系統對機械傳動機構提出了較高的要求，主要有：

①摩擦力小，尤其是動靜摩擦系數之差要小，故廣泛采用如滾動摩擦等摩擦力較小的傳動件及導軌；

②傳動精度和剛度要高，要求消除傳動間隙，并進行適當的預緊。以增加傳動系統剛度；

③運動慣量要小，盡可能減小運動部件質量，以提高響應速度。2/4/202348進給傳動系統裝置齒輪傳動及齒輪消隙

齒輪傳動在伺服進給系統中的作用是：改變運動方向、降速、增大扭矩、適應不同絲杠螺距和不同脈沖當量的配比等。當在伺服電機和絲杠之間安裝齒輪（直齒、斜齒、錐齒等）時，必然產生齒側間隙，造成反向運動的死區，必須設法消除。目前消除齒側間隙普遍采用雙片齒輪結構，如下圖（a），將一對齒輪中的大齒輪分成1、2兩部分，并分別與螺釘3、8固定，再將彈簧4與3、8聯接起來，這樣齒輪的1、2兩部分的齒輪自然錯開，達到自動消除齒側間隙的目的。圖（b）為斜齒輪傳動消隙結構。它是將一個斜齒輪分成兩個薄片3、4，且在其中加一墊片2，改變墊片2的厚度，薄片3、4的螺旋線就會錯位，分別與寬齒輪1的齒槽左、右側面貼緊，消除了間隙。2/4/202349鍵聯接消隙當齒輪與軸聯接時，鍵兩側的間隙也必須設法消除，其措施如下圖。圖（a）為雙鍵消除間隙，用緊定螺釘頂緊。圖（b）將其中一個鍵灌環氧樹酯，但不易拆卸維修。2/4/202350聯軸節

由于伺服電機性能的提高，目前許多場合都采用伺服電機與絲杠直接相聯，由于伺服系統對傳動精度要求較高，因而對聯軸節也提出了較高的要求，主要有無間隙、傳動中彈性變形小、高速傳動平穩、穩定可靠等。圖是較典型的聯軸節的結構形式。

圖（a）用錐銷聯接，為防止振松，用螺母加彈簧墊圈鎖緊。圖（b）將錐銷放在側邊，故可承受較大的剪切力。圖（c）為套筒中心線上互為90°的兩個錐銷。套筒聯接尺寸小、轉動慣量小。圖（d）為十字滑塊聯軸節，接頭槽口需研配，適于負載較小的傳動。圖（e）是現在廣泛采用的直接聯接電機軸和絲杠的彈性無鍵聯軸節。這種聯軸節的工作原理是：聯軸節的左半部裝在電機軸上，當擰緊螺釘2時，件3和件6相互靠近，擠壓內錐環4、外錐環5，使外錐環內徑縮小，內錐環外徑脹大，使件6與電機軸1形成無鍵聯接。右半部也同樣形成無鍵聯接。左半部通過彈性鋼片組8兩個對角孔與螺栓10、球面墊圈7、9相聯。圖中表明球面墊圈9與右半部件16沒有任何聯接關系。同樣，彈簧鋼片組8的另兩個對角孔，通過球面墊圈17、18、螺栓19與右半部的件16聯接，墊圈18與件6也沒有任何聯接關系。這樣依靠彈性鋼片組對角聯接（即彈性）傳遞扭矩，且與電機軸和絲杠都無鍵聯接。2/4/2023512/4/202352滾珠絲杠螺母副絲杠螺母副是運動變換機構，其功用是將旋轉運動變換成直線運動。按絲杠與螺母的摩擦性質分類：①滑動絲杠螺母副，主要用于舊機床的數控化改造、經濟型數控機床等；②滾珠絲杠螺母副，廣泛用于中、高檔數控機床；③靜壓絲杠螺母副，主要用于高精度數控機床、重型機床。工作原理

絲杠（螺母）旋轉，滾珠在封閉滾道內沿滾道滾動、迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實現將旋轉運動變換成直線運動。2/4/202353滾珠絲杠螺母副滾珠循環方式

滾珠絲杠螺母副的滾珠循環方式常用的有兩種：滾珠在循環過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環；始終與絲杠保持接觸的稱內循環。滾珠絲杠螺母副的每個循環稱為一列，每個導程稱為一圈。外循環

下圖為常用的一種外循環方式，這種結構是在螺母體上軸向相隔2.5圈或3.5圈螺紋處鉆兩個孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進口與出口。再用弧形銅管插入進口和出口內，形成滾珠返回通道，由彎管的端部來引導滾珠；這種彎管由兩半合成，采用沖壓件，工藝性好。

外循環方式制造工藝簡單、應用廣泛，但螺母徑向尺寸較大，因用彎管端部作擋珠器，故剛性差、易磨損，噪音較大。外循環的工作圈數是2.5圈或3.5圈，1～2列。2/4/2023542/4/202355滾珠絲杠螺母副內循環

圖為滾珠內循環方式，它采用圓柱凸鍵反向器實現滾珠循環，反向器的圓柱部分嵌入螺母內，端部開有反向槽2，反向槽靠圓柱外圓面及其上端的凸鍵1定位，以保持對準螺紋滾道方向。在一個螺母上沿螺紋周向錯開120°，軸向錯開（t為導程），裝三個反向器，形成三圈滾珠循環。內循環螺母結構緊湊，定位可靠，剛性好，不易磨損，反回滾道短，不易產生滾珠堵塞，摩擦損失小。缺點是結構復雜、制造較困難。內循環的工作圈數是3列。2/4/202356滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副的特點

1。傳動效率高達85%～98%，是普通滑動絲杠的2～4倍，

2。摩擦阻力小:靜摩擦阻力及動靜摩擦阻力差值小，采用它是提高進給系統靈敏度、定位精度和防止爬行的有效措施之一；

3。傳動精度高，可消除傳動間隙，實現無間隙傳動；

4。由于效率高，無自鎖能力，故對于垂直使用的情況，應增加自鎖裝置。2/4/202357滾珠絲杠副的選用選用要點

應該根據機床的精度要求來選用滾珠絲杠副的精度，根據機床的載荷來選定絲杠的直徑，并且要驗算絲杠扭轉剛度、壓曲剛度、臨界轉速與工作壽命等。精度等級的選擇

滾珠絲杠副的精度將直接影響數控機床各坐標軸的定位精度。普通精度的數控機床，一般可選用D級，精密級數控機床選用C級精度的滾珠絲杠副。絲杠精度中的導程誤差對機床定位精度影響最明顯。而絲杠在運轉中由于溫升引起的絲杠伸長，將直接影響機床的定位精度。通常需要計算出絲杠由于溫升產生的伸長量，該伸長量稱為絲杠的方向目標。用戶在定購滾珠絲杠時，必須給出滾珠絲杠的方向目標值。2/4/202358滾珠絲杠副的選用結構尺寸的選擇

滾珠絲杠副的結構尺寸主要有：絲杠的名義直徑D0、螺距t、長度L、滾珠直徑d0等，尤其是名義直徑與剛度直接相關，直徑大、承載能力和剛度越大，但直徑大轉動慣量也隨之增加，使系統的靈敏度降低。所以，一般是在兼顧二者的情況下選取最佳直徑。有關資料推薦：名義直徑D0對于小型加工中心采用32、40（mm），中型加工中心選用40、50(mm)，大型加工中心采用50、63(mm)的滾珠絲杠，但通常應大于L/30--L/35；螺距t：t越小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高，但傳動效率低，承載能力低，應折中考慮；絲桿長度L：一般為工作行程+螺母長度+（5～10）；滾珠直徑d0越大，承載能力越高，盡量取大值。一般取d0=0.6t；滾珠的工作圈數、列數和工作滾珠總數對絲桿工作特性影響較大；當前面三項確定后，后兩項也確定了，一般不用用戶考慮。2/4/202359滾珠絲杠副的選用驗算

當有關結構參數選定后，還應根據有關規范進行扭轉剛度、臨界轉速和壽命的驗算校核：剛度驗算

絲杠屬細長桿，受扭矩會引起扭轉變形，從而“吃掉”若干輸入的位置指令，致使執行間的輸出不到位，這些被“吃掉”的輸入稱為失動量。剛度驗算就是校驗絲杠在額定軸向（扭轉）載荷作用下，執行件的失動量。失動量的計算方法如下：

2/4/202360滾珠絲杠副的選用臨界轉速驗算

對于數控機床來說，滾珠絲杠的最高轉速是指快速移動時的轉速。因此，只要此時的轉速不超過臨界轉速就可以了。應校核絲杠軸的轉速與絲杠自身的自振頻率是否接近，如果很接近，會導致強迫共振，影響機床正常工作。應根據有關計算公式進行的校核。壽命驗算

滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。在工程計算中，采用"額定疲勞壽命"這一概念，它指一批尺寸、規格、精度相同的滾珠絲杠，在相同條件下回轉時，其中90%不發生疲勞剝落的情況下運轉的總轉數。也可用總回轉時間或總走行距離來表示。可根據有關經驗公式校核，應保證總時間壽命Lt≥20000(h)。如果不能滿足這一條件，而且軸向載荷已由工作要求所決定不能減小，則只有選取直徑較大，即額定動載荷較大的絲杠，以保證

Lt≥20000(h)。

2/4/202361滾珠絲杠的支承結構滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要來自于臥式絲杠的自重。由于滾珠絲杠的軸向剛度對位移精度的影響很大，因此，如何從利用支撐結構來提高滾珠絲桿的軸向剛度是至關重要的。

美國CINCINNATI10HC臥式加工中心的Z坐標（立柱水平方向移動）的滾珠絲杠支承采用一端固定，一端自由的結構形式如圖5-19（a），固定端采用四個接觸角為60°的推力角接觸球軸承，兩個同向、面對面安裝，加上預緊，軸向剛度和承載能力都很高。該固定端連同伺服電機都安裝在支架2上。絲杠的另一端自由懸伸，滾珠絲杠螺母4固定在底座3上?？梢暈橐环N輔助支承。工作時，伺服電機12帶動滾珠絲杠5旋轉，并推動支架和重達5噸的立柱1（包括主軸箱和刀庫）沿Z

方向運動。2/4/2023622/4/2023632/4/202364滾珠絲杠的制動滾珠絲杠副的傳動效率高但不能自鎖，用在垂直傳動或高速大慣量場合時需要制動裝置。目前常見的有機械式和電氣式兩種。

電氣方式制動是采用電磁制動器，而且這種制動器就做在電機內部。圖為FANUC公司伺服電機帶制動器的示意圖。機床工作時，在制動器線圈7電磁力的作用下，使齒輪8與內齒輪9脫開，彈簧受壓縮，當停機或停電時，電磁鐵失電，在彈簧恢復力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機端蓋為一體，故與電機軸聯接的絲杠得到制動，這種電磁制動器裝在電機殼內，與電機形成一體化的結構。2/4/202365滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副的安裝

一般要求

滾珠絲杠螺母副在安裝時首先應滿足以下要求：

①滾珠絲杠螺母副相對工作臺不能有軸向竄動；

②螺母座孔中心應與絲杠安裝軸線同心；

③滾珠絲杠螺母副中心線應平行于相應的導軌;④能方便地進行間隙調整、預緊和預拉伸。

預緊

滾珠絲杠螺母副的預緊是使兩個螺母產生軸向位移（相離或靠近），以消除它們之間的間隙并施加預緊力，預緊目的是消除運動間隙,提高運動精度及傳動剛度。2/4/202366滾珠絲杠副的軸向間隙的消除和預緊軸向間隙：指絲杠和螺母無相對轉動時，絲杠和螺母之間最大軸向竄動。除了結構本身的游隙之外，還包括在施加軸向載荷之后彈性變形所造成的竄動。預緊消隙的方法：

1修磨墊片厚度

2用鎖緊螺母消隙

3齒差式調整2/4/202367雙螺母消隙

特點：調整方便，不能精確調整2/4/202368修磨墊片消隙2/4/202369齒差式調整

螺距P

左螺母齒數Z1

右螺母齒數Z2

同向各轉一個齒調整量為：

△=P（1/Z1-1/Z2）

特點：能精確調整間隙2/4/202370數控機床的導軌對數控機床導軌的要求：

摩擦系數小、運動平穩、噪聲低、傳動靈活、精度高常用導軌類型：

滾動導軌：滾動導軌塊直線滾動導軌靜壓導軌：滑動導軌：貼塑導軌2/4/202371數控機床的導軌直線滾動導軌

2/4/202372數控機床的導軌貼塑導軌：2/4/202373數控機床的導軌靜壓導軌2/4/202374第四節刀具、刀庫及自動換刀裝置數控機床對刀具的要求數控機床所用刀具的材料及其選擇數控機床用刀具類型自動換刀系統的組成原理刀庫與刀具管理刀具交換裝置2/4/202375數控機床對刀具的要求適應高速切削要求。高速度、大進給是數控加工的特點，數控機床的刀具必須具有良好的切削性能。高的可靠性較高的尺寸耐用度。刀具在兩次調整之間所能加工出合格零件的數量，稱為刀具的尺寸耐用度。高精度。為適應數控機床加工的高精度和自動換刀的要求，刀具及其裝夾結構也必須有很高的精度，以保證它在機床上的安裝精度和重復定位精度。可靠的斷屑及排屑措施刀具的調整、更換方便、快速而且精確符合標準化、模塊化、通用化及復合化2/4/202376數控機床刀具材料的性能、種類刀具材料的性能較高的硬度和耐磨性。刀具切削部分的硬度必須高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高耐磨性就越好。足夠的強度和韌性。以抵抗切削過程中的沖擊和振動較高的耐熱性。是指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性和強度及韌性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要標志較好的導熱性刀具材料的種類高速鋼：通用型高速鋼、高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼硬質合金：硬質合金的硬度和耐磨性都很高，其切削性能比高速鋼高得多，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍；但抗彎強度和沖擊韌性較差。涂層刀具：涂層刀具是在韌性較好的硬質合金刀具基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物。陶瓷刀具：陶瓷刀具材料是在陶瓷基體上重添加各種碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并按一定生產工藝制成的。它具有很高的硬度、耐磨性、耐熱性和化學穩定性等獨特的優越性，在高速切削范圍以及加工某些難加工材料，特別是加熱切削法方面，包括涂層刀具在內的任何高速鋼和硬質合金刀具都無法與之相比。2/4/202377自動換刀裝置概述

自動換刀系統應該滿足換刀時間短，刀具重復定位精度高，刀具儲存數量足夠，結構緊湊，便于制造、維修、調整，應有防屑、防塵裝置，布局應合理等要求。同時也應具有較好的剛性，沖擊、振動及噪聲小，運轉安全可靠等特點。組成：自動換刀系統由刀庫、選刀機構、刀具交換機構(如機械手)、刀具在主軸上的自動裝卸機構等部分組成。

2/4/202378換刀方式：分為兩大類

由刀庫和主軸的相對運動實現刀具交換。用這種形式交換刀具時，主軸上用過的刀具送回刀庫和從刀庫中取出新刀，這兩個動作不能同時進行，選刀和換刀由數控定位系統來完成，因此換刀時間長，換刀動作也較多。由機械手進行刀具交換。

由于刀庫及刀具交換方式的不同，換刀機械手也有多種形式。2/4/202379刀具必須裝在標準的刀柄內，我國TSG刀具系統規定了刀柄標準，有直柄及7∶24錐度的錐柄兩類。分別用于圓柱形主軸孔及圓錐形主軸孔其結構如下圖所示。圖中3為刀柄定位及夾持部位，2為機械手抓取部位，1為鍵槽，用于傳遞切削扭矩，4為螺孔，用以安裝可調節拉桿，供拉緊刀柄用。刀具的軸向尺寸和徑向尺寸應先在調刀儀上調整好，才可裝入刀庫中。絲錐、鉸刀要先裝在浮動夾具內，再裝入標準刀柄內。圓柱形刀柄在使用時需在軸向和徑向夾緊，因而主軸結構復雜，圓柱柄安裝精度高，但磨損后不能自動補償。而錐柄稍有磨損也不會過分影響刀具的安裝精度。在換刀過程中，由于機械手抓住刀柄要作快速回轉，拔、插刀具的動作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對準主軸上的驅動鍵。因此，機械手的夾持部分要十分可靠，并保證有適當的夾緊力，其活動爪要有鎖緊裝置，以防止刀具在換刀過程中轉動或脫落。2/4/202380柄式夾持：

刀柄前端有V形槽，供機械手夾持用，目前我國數控機床較多采用這種夾持方式。如圖所示為機械手手掌結構示意圖。由固定爪7及活動爪1組成，活動爪1可繞軸2回轉，其一端在彈簧柱塞6的作用下，支靠在擋銷3上，調整螺栓5以保持手掌適當的夾緊力，鎖緊銷4使活

動爪1牢固夾持刀柄，防止刀具在交換過程中松脫。鎖緊銷4要軸向壓進，放松活動爪1，以便抓刀或松刀時手爪從刀柄V形槽中退出。2/4/202381法蘭盤式夾持

法蘭盤式夾持，也稱徑向夾持或碟式夾持，如圖所示在刀柄的前端有供機械手夾持用的法蘭盤，圖中所示為采用帶洼形肩面的法蘭盤供機械手夾持用。圖（a）上圖為松開狀態，下圖為夾持狀態。采用法蘭盤式夾持的突出優點是：當采用中間搬運裝置時，可以很方便地從一個機械手過渡到另一個輔助機械手上去，如圖（b）所示。法蘭盤式夾持方式、換刀動作較多，不如柄式夾持方式應用廣泛。2/4/202382以EV-810A立式加工中心為例，來說明自動換刀系統的工作原理。該自動換刀系統由盤式刀庫和刀具交換裝置組成。刀庫安裝在機床立柱的左側，刀庫容量為24把刀具，換刀機械手安裝在刀庫和主軸之間。機械手將刀具從刀庫中取出送至機床主軸上，然后將用過的刀具送回刀庫。其自動換刀動作過程簡述如下：

刀套下轉90°：如圖所示，刀庫位于立柱左側，刀具軸線在刀庫中的安裝方向在換刀前與主軸垂直，刀庫將待換刀具5送到換刀位置，刀套4連同刀具5向下翻轉90°，使刀具軸線與主軸軸線平行。

機械手轉75°：下圖所示K向視圖為機械手的原始位置，換刀時機械手順時針轉75°，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸3上的刀柄。

機械手拔刀：待主軸上自動夾緊機構松開刀具后，機械手下降，同時拔出主軸上和刀庫上的刀具。

刀具位置交換：機械手順時針轉180°，使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。

機械手插刀：機械手上升，分別將刀具插入主軸錐孔和刀庫刀套中。

機械手逆時針轉75°：待主軸上自動夾緊機構夾緊刀具后，機械手逆時針轉75°，回到原始位置。

刀套上轉90°：刀套帶著換回的舊刀具向上翻轉90°，準備下一次選刀。

該機床使用回轉式單臂雙手機械手換刀。在自動換刀過程中，機械手要完成抓刀、拔刀、交換主軸上和刀庫上的刀具、插刀和復位等動作，這些動作由氣壓系統來控制完成。這種自動換刀系統結構簡單，換刀可靠，換刀動作也少，得到了廣泛應用。

2/4/202383刀套下轉90°機械手轉75°

機械手拔刀刀具位置交換機械手逆時針轉75°刀套上轉90°主軸Z向定位、準停刀臂式換刀動作流程2/4/202384刀庫和刀具管理

刀庫類型：數控機床上普遍采用盤式刀庫和鏈式刀庫。密集型的鼓刀庫或格子式刀庫雖然占地面積小，但由于結構的限制，很少用于單機加工中心。密集型的固定刀庫目前多用于FMS中的集中供刀系統。

盤式刀庫：盤式刀庫一般用于刀具容量較少的刀庫

鏈式刀庫：一般刀具數量在30～120把時，多采用鏈式刀庫

2/4/202385盤式刀庫2/4/202386鏈式刀庫2/4/202387自動換刀的選刀方式順序選刀將刀具按預定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內，也可以按加工順序放入下一個刀座內。

特點：不需要刀具識別裝置，驅動控制也較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同的工序中不能重復使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產生嚴重的后果。這種方式現在已很少采用。刀具編碼方式：采用特殊的刀柄結構，對每把刀進行編碼刀座編碼方式：永久性編碼、臨時性編碼（鑰匙編碼）方式任意選刀：軟件選刀2/4/202388軟件選刀方式

ATC（自動換刀）控制和刀號數據表2/4/202389刀具識別與換刀

1。刀具在刀庫中任意放置，刀具編號可任意設定

2。刀具表中刀具號與刀套號的對應關系應始終與刀具在刀庫中的實際位置對應

3。計算機通過查刀具表識別刀具

4。換刀時，通過軟件修改刀具表，使相應刀具表中的刀號與交換后的刀號一致。2/4/2023902/4/202391刀具交換裝置的形式

回轉刀架換刀

回轉刀架換刀裝置，常用于數控車床?？稍O計成四方、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架，并相應地安裝四把、六把或更多的刀具。

換刀流程如下：更換主軸換刀更換主軸箱換刀更換刀庫換刀帶刀庫的自動換刀系統刀架抬起刀架轉位刀架壓緊轉位油缸復位2/4/2023922/4/202393更換主軸換刀

特點：結構復雜，主軸剛性差，適應切削力不大的場合。2/4/202394更換主軸箱換刀2/4/202395更換刀庫換刀2/4/202396帶刀庫的自動換刀系統

這類換刀裝置由刀庫、選刀機構、刀具交換機構及刀具在主軸上的自動裝卸機構等四部分組成，應用最廣泛。

刀庫可裝在機床的工作臺上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個獨立部件裝在機床之外。

特點：帶刀庫的自動換刀系統，整個換刀過程比較復雜。換刀時，根據選刀指令先在刀庫上選刀，由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，進行刀具交換。這種換刀裝置和轉塔主軸頭相比，由于機床主軸箱內只有一根主軸，在結構上可以增強主軸的剛性，有利于精密加工和重切削加工；可采用大容量的刀庫，以實現復雜零件的多工序加工，從而提高了機床的適應性和加工效率。但換刀過程的動作較多，換刀時間較長。

2/4/202397工作臺快速向右移動刀庫空刀座對準主軸主軸箱下降、主軸松刀主軸箱上升、刀庫回轉主軸箱下降，主軸插刀主軸箱上升機床工作臺快速向左返回工件復位1。刀庫裝在工作臺上2/4/2023982。刀庫裝在立柱上

工件上某一工序加工完，主軸準停，主軸箱返回換刀點準備換刀，刀庫上的“新刀”按預定指令轉到換刀位置上。

機械手由圖(a)的原始位置逆時針回轉90°，到圖（b）的位置，機械手的兩卡爪同時抓住刀庫中的“新刀”4與主軸中的“舊刀”3。

機械手沿軸向同時將刀具從主軸與刀庫中拔出，圖（c）。

機械手順時針回轉180",把"新刀"轉到主軸處，"舊刀"轉到刀庫的換刀位置，圖（d）。

機械手沿軸向將刀具同時裝入主軸及刀庫中，圖（e）。

機械手順時針回轉90°，恢復原始水平位置，圖（f）。

這種換刀裝置換刀時間較短，刀庫可儲存較多的刀具，適用于加工較復雜的工件。2/4/2023992/4/20231003。刀庫裝在主軸箱上

如圖所示為刀庫2裝在主軸箱上方，刀庫中刀具軸線與機床主軸軸線相差90°，不能用一個機械手1直接換刀。需通過刀具回轉機構3先將刀具翻轉90°，使其軸線與主軸軸線平行，再由機械手一端卡爪抓取回轉機構上的刀具，另一端卡爪抓取主軸4上的刀具5，實現刀具的相互交換，從主軸上卸下的刀具只能由機械手送至刀具的回轉機構中，然后反轉90°送回刀庫。2/4/20231014。刀庫獨立裝在機床之外

刀庫的容量大、刀具較重或機床總體布局等原因，刀庫也可作為一個獨立部件，裝在機床之外。如圖所示，鏈式刀庫置于機床左側，通過機械手實現刀具的交換。

2/4/2023102刀庫遠離機床

這種換刀系統常常要附加運輸裝置，來完成刀庫與主軸之間刀具的運輸。機床左側的鏈式刀庫由四排刀鏈組成，雙臂式交叉機械手要在四排刀鏈的任一排刀鏈上選擇所需的刀具，所以機械手必需上下移動，并可停在四個換刀位置上取刀。為了能在刀庫及主軸上裝卸刀具，機械手回轉架可回轉180°，裝刀手與卸刀手還必沿本身導軌作直線往復運動，以裝卸刀具。2/4/2023103第三章數控加工編程什么是數控加工編程數控編程的基礎知識數控加工的工藝特點數控銑床編程數控車床編程數控加工中心編程

2/4/2023104什么是數控加工編程這是一個鉆孔程序的實例，程序如下：

P0001；程序名

N10T01M06S1000M03；選擇刀具，啟動主軸

N20G54G90G00Z10；建立工件原點，快移

N30G81G99X20Y40Z2I-15F80；鉆孔循環

N40X40Y60；鉆第二孔

N50X60Y40；鉆第三孔

N60X40Y20；鉆第四孔

N70G80G00Z50M05M30；結束鉆孔，程序結束2/4/2023105程序格式：

P××××

N10T××M06S××××F××M03

N20G54G90G00X-Y-Z-M08

N30……

…

…

N100……M09

N110M30/M02

注：

程序段由若干個指令字組成，如M03，X10等

每個指令字由地址符和數字組成如G54，G——地址符

2/4/2023106程序內容：

程序的編號；如：P0001工件的原點（編程原點）；如：G54FST指令，即：進給速度、主軸轉速、刀具指令主軸啟動、換刀；如：M03，M06刀具的引進、退出（快進、快退）；如：G00Z10刀具的運動軌跡；如：G01，G02冷卻液的開停；如：M08，M09程序結束；如M02，M302/4/2023107編程步驟確定加工工藝節點位置計算熟悉零件圖用機床識別的代碼編程圖形模擬首件試切修改，完成2/4/2023108工藝分析與數值計算分析零件加工工藝：確定加工機床、刀具與夾具；

確定零件加工的工藝線路、工步順序；

切削用量（f、s、t）等工藝參數；數值計算：根據圖紙尺寸及工藝線路的要求：選定工件坐標系

計算零件輪廓和刀具運動軌跡的坐標值；

將坐標值按NC機床規定編程單位（脈沖當量）換算為相應的編程尺寸。

2/4/2023109坐標系建立的原則刀具相對于靜止的工件而運動的原則標準右手直角坐標系，用X、Y、Z表示直線運動的三個方向Z軸正方向為刀具遠離工件的方向用A、B、C表示分別繞X、Y、Z坐標軸的旋轉運動，符合右手螺旋定則平行于X、Y、Z坐標軸的符加軸為U、V、W及P、Q、R2/4/2023110如何確定機床的坐標系1.先確定Z軸：

⑴.主運動軸為Z軸

⑵.多個主軸時，垂直于工件裝夾平面的為主要主軸，平行于該軸方向的為Z軸

⑶.無主軸時，垂直于工件裝夾平面的方向為Z軸

⑷.刀具遠離工件的方向為Z軸正方向2.再確定X軸：主軸（Z軸）帶工件旋轉的機床，如車床

1.X軸分布在徑向，平行于橫向滑座

2.刀具遠離主軸中心線的方向為正向主軸（Z軸）帶刀具旋轉的機床，如銑、鉆、鏜床

1.X軸是水平的，平行于工件的裝夾平面

2.立式：主軸垂直布置,由主軸向立柱看，X軸的正方向指向右

3.臥式：主軸水平布置,由主軸向工件看，X軸的正方向指向右3.最后按右手定則確定Y軸2/4/2023111銑床坐標軸的分布2/4/2023112車床坐標軸的分布2/4/2023113雙立柱龍門銑床的坐標系對ZZ軸軸線在豎直方向且為雙立柱的數控機床(如：龍門機床)，規定由刀具向左立柱看時，X坐標的正方向指向右邊。參見右圖。2/4/2023114機床坐標系、機床零點和機床參考點機床坐標系是機床固有的坐標系，機床坐標系的原點也稱為機床原點或機床零點在機床經過設計制造和調整后這個原點便被確定下來,它是固定的點。數控裝置上電時并不知道機床零點每個坐標軸的機械行程是由最大和最小限位開關來限定的。機床參考點：機床上已知的確定的點。為了正確地在機床工作時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，機床起動時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CNC就建立起了機床坐標系。2/4/2023115工件坐標系、編程原點和對刀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稱編程原點或工件原。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。工件坐標系的原點選擇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，一般情況下以坐標式尺寸標注的零件，編程原點應選在尺寸標注的基準點；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上表面。對刀點是零件程序加工的起始點，對刀的目的是確定工件原點在機床坐標系中的位置。對刀點可與程序原點重合也可在任何便于對刀之處，但該點與程序原點之間必須有確定的坐標聯系?？梢酝ㄟ^CNC將相對于程序原點的任意點的坐標轉換為相對于機床坐標系的坐標。加工開始時要設置工件坐標系，用G92指令可建立工件坐標系。用G54~G59指令可選擇工件坐標系。2/4/2023116數控銑床（加工中心）的坐標系及尺寸傳遞關系刀位點通過刀具尺寸（R、L）及刀具磨損補償值（I、K）到刀柄相關點T刀柄（與主軸刀具相關點T主軸相重合），此點通過訪問機床參考點建立了坐標尺寸關系，從機床原點通過G54-G59（或G92）得到了工件原點。2/4/2023117絕對坐標編程和相對坐標編程定義

絕對坐標編程：工件所有點的坐標值基于某一坐標系（機床或工件）零點計量的編程方式相對坐標編程：運動軌跡的終點坐標值是相對于起點計量的編程方式（增量坐標編程）。圖中A、B兩點的編程值在絕對坐標編程中為：A（10，20）、B（25，50），在相對坐標編程中：A（0，0）、B（15，30）

2/4/2023118程序代碼準備功能G代碼功能：規定機床運動線型、坐標系、坐標平面、刀具補償、暫停等操作。

組成：G后帶二位數字組成，共有100種（G00～G99）。有模態（續效）指令與非模態指令之分。

示例：G01，G03，G41，G91，G04，G18，G54等。輔助功能M代碼功能：控制機床及其輔助裝置的通斷的指令。如開、停冷卻泵；主軸正反轉、停轉；程序結束等。

組成：M后帶二位數字組成，共有100種（M00～M99）。有模態（續效）指令與非模態指令之分。

示例：M02，M03，M08等2/4/2023119程序代碼FST功能代碼：

F：進給速度，單位：mm/min,mm/rS：主軸轉速,單位：r/minT、D指令：指定刀具號和刀具長度、半徑存放寄存器號指令。

組成：T、D后跟兩位數字，如T11、D02等。其中數字分別表示存放在庫中的刀具號和刀具長度、半徑補償寄存器號。

模態代碼：代碼一經定義，其功能一直保持有效，直到被相應的代碼取消或被同組的代碼所取代。尺寸指令

指定的刀具沿坐標軸移動方向和目標位置的指令X、Y、Z、U、V、W指令指定沿直線坐標軸移動方向和目標位置指令。

組成：后帶符號的數字組成。如X100、Y-340等，其中數字表示沿由字母指定的坐標軸運動的目標位置值,符號表示運動的方向。

單位：mm、μm（公制）或inch（英制）。視用戶選定的編程單位而定。

2/4/2023120程序代碼A、B、C指令

指定沿回轉坐標軸移動方向和目標位置指令

組成：后帶符號的數字組成。如A100、C-340等，其中數字表示沿由字母指定的坐標軸運動的目標位置值,符號表示運動的方向。

單位：度°、弧度。視用戶選定的編程單位而定。I、J、K、R指令

圓弧插補圓心位置和半徑指定指令

組成：后帶符號的數字組成。如I10、J-34、R30等，其中帶符號數字表示圓心位置和半徑值。

單位：mm、μm（米制）或in（英制）。視用戶選定的編程單位而定。2/4/2023121程序代碼子程序名和子程序調用指令

用于給子程序命名和在主程序中調用該子程序，該指令的標準化程度不高，不同系統有不同的規定。

組成：

①子程序名指令地址符（字母或符號，如O、%等）后帶若干數字組成；

②子程序調用指令地址符+調用子程序名部分+調用次數部分。

示例：M98

P08

L12（FANUC、華中數控系統）程序段標號，程序段結束字符以及變量

組成：

①程序段標號指令地址符N后帶若干數字組成；

②程序段結束指令每一個程序段都應有結束符，它是數控系統編譯程序的標志。常用的有：“*”、“；”、“LF”、“NL”、“CR”等，視具體數控系統而定。

③變量：為簡化編程有些系統還允許采用變量編程，從而可簡化編程。它由地址符（字母或符號如#、R等）后帶若干數字組成；2/4/2023122數控加工程序的結構程序的組成

一個完整的數控加工程序由程序名、程序體和程序結束三部分組成,程序名

程序名是一個程序必需的標識符。

組成：由地址符后帶若干位數字組成。地址符常見的有：“%”、“O”、“P”等，視具體數控系統而定。

示例：國產華中I型系統“%”，日本FANUC系統“O”。后面所帶的數字一般為4～8位。如：%2000程序體

它表示數控加工要完成的全部動作，是整個程序的核心。

組成：它由許多程序段組成，每個程序段由一個或多個指令構成。程序結束

它是以程序結束指令M02或M30，結束整個程序的運行。2/4/2023123數控加工程序的結構程序段的格式定義：程序段中指令的排列順序和書寫規則，不同的數控系統往往有不同的程序段格式。

目前廣泛采用地址符可變程序段格式（字地址程序段格式）。2/4/2023124數控加工程序的結構地址符可變程序段格式的特點：

程序段中的每個指令均以字母（地址符）開始，其后再跟數字或無符號的數字。

指令字在程序段中的順序沒有嚴格的規定，即可以任意順序的書寫；

上段相同的摸態指令（包括G、M、F、S及尺寸指令等）可以省略不寫。

2/4/2023125數控加工程序的結構主程序、子程序

有時被加工零件上，有多個形狀和尺寸都相同的部位，若按通常的方法編程，則有一定量的連續程序段在幾處完全重復的出現，則可以將這些重復的程序串，單獨抽出來按一定格式做成一個稱為子程序的獨立的單元，在原程序中相應位置使用子程序調用指令即可，這一部分程序稱為主程序。2/4/2023126數控加工的工藝特點工序、工步劃分的原則

1。保證精度的原則工序集中，粗精加工一次裝夾下完成，先粗后精對箱體零件，先面后孔加工孔時，先定中心，再鉆孔冷卻液噴淋，減少熱變形

2。提高生產效率的原則減少換刀次數減少空行程數控機床對刀具的要求：強度、剛度好、耐用度高、尺寸穩定、排屑性能好、安裝調整方便2/4/2023127數控加工工藝分析選擇合適的對刀點

對刀點（起刀點）：確定刀具與工件相對位置的點。

對刀點可以是工件或夾具上的點，或者與它們相關的易于測量的點。如圖所示的對刀點，當該工件安裝到機床上以后，可通過該點采用“對刀”的辦法來確定它和刀具的相對位置，或者說確定機床坐標系與工件坐標系的相對關系。2/4/2023128數控加工工藝分析刀位點：用于確定刀具在機床坐標系中位置的刀具上的特定點。2/4/2023129數控加工工藝分析對刀：就是使“對刀點”與“刀位點”重合的操作。

該操作是工件加工前必需的步驟，即在加工前采用手動的辦法，移動刀具或工件，使刀具的刀位點與共建的對刀點重合。選擇對刀點的原則：

①選在零件的設計基準或工藝基準上，或與之相關的位置上，以保證工件的加工精度。

②選在對刀方便，便于測量的地方，以保證對刀的準確性。

③選在便于坐標計算的地方，以簡化和方便加工程序的編制。2/4/2023130數控加工工藝分析加工線路的確定

加工線路是指加工過程中刀具相對于工件的運動軌跡。對于不同的加工方法，有不同的考慮原則，簡述如下：孔類加工（鉆孔、鏜孔）：

由于孔的加工屬于點位控制，在設計加工線路時，要考慮孔的位置精度，即對位精度要求較高的孔，應該考慮采用單邊定位的方法；另外，在滿足精度要求的前提下，盡可能減少空行程，即要盡量使運動路線總和為最短。車削或銑削：

在采用這類加工工藝時，首先其加工線路的切入（出）段，應盡量從切向切入（出），以避免由于徑向切入（出）時，刀具改變方向時速度的減慢，造成該處零件表面加工質量的降低。另外，設計的加工線路應考慮盡量減少程序段，應有利于工藝處理。2/4/2023131數控加工工藝分析如下圖，在銑削帶島槽型零件時，為了避免刀具多次嵌入式切入，應正確選擇加工路線。下圖為加工槽型零件，內部有兩個島不加工，圖中列出了兩種不同的加工路線：圖中（a）為行切法，刀具沿著與坐標軸線平行（或成一定角度）的方向作往復運動，除在開始下刀點有嵌入式切入以外，在兩個島周圍有多處嵌入式切入，虛線兩端表示刀具抬刀和下刀。圖中（b）為環切加工法，采用這種方式加工可以減少嵌入式切入點，可以避免圖a的現象，因此選用圖（b）的加工路線為佳。2/4/2023132數控加工工藝分析空間曲面的加工

對空間曲面的加工除考慮盡量減少加工線路外，還應考慮加工方法對零件表面粗糙度的影響以及加工過程中零件的受力變形對加工精度的影響。例如下面的曲面有三種加工方法：從減少加工線路和提高零件表面粗糙度考慮，方法C最好，但受到零件長度的限制；對于方法A和B，從加工線路的長度來看，兩種方法差不多，但從加工過程中零件的受力情況來看，方法A要優于方法B，因為對于方法B當刀具到零件中間進行縱向加工時，零件可能會由于受力讓刀而影響加工精度。加工線路的選擇應遵從的原則：

①盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程以提高生產率；

②保證零件的加工精度和表面粗糙度要求；

③保證零件的工藝要求；

④利于簡化數值計算，減少程序段的數目和程序編制的工作量。2/4/2023133數控加工工藝分析程序編制中的誤差

數控加工誤差是由多種因素造成的，包括控制系統誤差、機床進給系統誤差、零件定位誤差、對刀誤差以及編程誤差，其中影響較大的是進給誤差和定位誤差，因此允許的編程誤差較小。通常為零件公差的10%～20%。一般數控機床，只具有直線插補和圓弧插補的功能。對于非圓曲線，只能用直線段或圓弧段來逼近零件輪廓，造成編程誤差。如圖所示。如果已知允許的編程逼近誤差δ，則可以用弦高差法求出各點弦長L1，L2，L3等。允許弦長l

可由下式求出，式中：l=AB

弦長，δ＝mn

允許逼近誤差，ρ＝曲線A點處的曲率半徑。2/4/2023134數控加工工藝分析對于曲面加工，當用行切法加工時，還應正確選取行距，以保證加工表面的粗糙度要求。如圖采用球頭刀加工曲面F，刀具01從點A移動行距AB到02的點B時，稱為行距

S，產生殘留區域，其高度為H。假定曲面在A點處的曲率半徑ρ(＝OA)，球頭刀的半徑為r,則可根據允許的殘留高度H，求出編程中的加工行距的允許值S，計算公式如下：2/4/2023135數控加工方法平面孔系零件的加工方法

這類零件的孔通常都有形狀精度和位置精度（由數控機床保證）、尺寸精度（由刀具尺寸和數數控機床精度保證）的要求較高的零件，采用數控鉆床或數控銑床、加工中心中的鏜削功能加工。旋轉體類零件的加工方法

對旋轉體類零件采用數控車床或數控磨床加工。在車削零件時，毛坯多為棒料或鍛坯，加工余量較大且不均勻，因此在規劃其加工方案時，應重點考慮合理選擇粗車的加工線路。2/4/2023136數控加工方法對較難加工部位，要特別注意選擇合理的加工方案，例如圖(a)為陀螺轉子示意圖，其全部表面均采用數控車床加工，通常是先加工左邊部分，再掉頭加工右邊部分，其中右邊（圖(a)中用紅色圓圈框起來的部分）為較難加工部位，其局部放大圖如圖(b、c)所示，該部分為一喇叭口形，既深又窄，常用“小腳刀”加工，刀頭半徑一般在0.3mm左右，強度極差。若采用圖(b)方法按矩形走刀線路加工，當處在軸向進刀時，成為不自由切削，切削力會陡增而且排屑不暢，極易引起崩刃。此時可采用圖(c)方法按斜線走刀線路加工，由于沒有單獨的軸向進刀，切削條件大為改善，而且程序段數還可減少一半。實踐證明，這種方案是行之有效的加工方法。2/4/2023137數控加工方法平面輪廓零件的加工方法：

這類零件常用銑床加工。在編程時則應注意，為保證加工平滑，在加工線路中應增加切入和切出程序段，若加工的輪廓曲線是數控機床所不具備插補功能的曲線時，則應先采用數控機床所具備的插補線型（直線、圓弧）去逼近該零件的輪廓。

2/4/2023138數控加工方法空間輪廓表面的加工方法

空間輪廓表面的加工可根據曲面形狀、機床功能、刀具形狀以及零件的精度要求，有不同加工方法：

三軸兩聯動加工——“行切法”。

以X、Y、Z軸中任意兩軸作插補運動，另一軸（軸）作周期性進給。這時一般采用球頭或指狀銑刀，在可能的條件下，球半徑應盡可能選擇大一些，以提高零件表面光潔度。該方法加工的表面光潔度較差。

2/4/2023139數控加工方法三軸聯動加工

下圖為內循環滾珠螺母的回珠器示意圖。其滾道母線SS'為空間曲線，可用空間直線去逼近，因此，可在具有空間直線插補功能的三軸聯動的數控機床上進行加工，但由于編程計算復雜，宜采用自動編程。2/4/2023140數控加工方法四軸聯動加工方法

如右圖所示的飛機大梁，其加工面為直紋扭曲面，若采用三坐標聯動加工，則只能用球頭刀，不僅效率低，而且加工表面粗糙，為此可采用如圖所示的圓柱銑刀周邊切削方式在四軸聯動機床上進行加工，再加工過程中，除了X、Y軸聯動形成大梁的基線，為了保證刀具與工件型面在全長上始終貼合，同時刀具還應作B軸擺動（繞Y軸旋轉的運動），由于擺動運動，則需直線移動座標進行補償，即可能進行X、Y、Z三個方向的補償，所以需四軸聯動。由于計算較復雜，故一般采用自動編程。2/4/2023141數控加工方法五軸聯動加工：

螺旋槳是典型零件，一般采用端銑刀加工，為了保證端銑刀的端面加工處的曲面的切平面重合，銑刀除了需要三個移動軸（X、Y、Z）外，還應作與螺旋角、后傾角相對應的擺動運動。并且還要作相應的附加補償運動（擺動中與銑刀的刀位點不重合）。

綜上所述，葉面的加工需要五軸（X、Y、Z、A、B）聯動，這種編程只能采用自動編程系統。2/4/2023142數控加工的工藝特點升降速曲線注意：在升降速的過渡過程，伺服系統的剛度較差，當對運動距離要求嚴格時，此時刀具就不能接觸工件進行切削2/4/2023143工藝上應注意的幾個問題刀具引入、退出距離：2~10mm加工螺紋時引入距離：3P（P-螺距）退出距離：2P銑削輪廓時應切向切入，切向切出，

避免法向切入法向切出

設計合理的切入、切出輔助輪廓選擇合理的加工路徑以減少空行程，如：行切、環切、先行切再環切等2/4/2023144圓孔銑削過渡圓弧切入切出2/4/2023145零件程序的結構2/4/2023146指令字的格式一個指令字是由地址符(指令字符)和帶符號如定義尺寸的字或不帶符號如準備功能字G代碼的數字數據組成的。2/4/20231472/4/2023148程序段格式2/4/2023149程序的一般結構一個零件程序必須包括起始符和結束符一個零件程序是按程序段的輸入順序執行的而不是按程序段號的順序執行的，但書寫程序時建議按升序書寫程序段號華中世紀星數控裝置HNC-21M的程序結構程序起始符%(或O)，符%(或O)后跟程序號程序結束M02或M30注釋符括號()內或分號后的內容為注釋文字2/4/2023150輔助功能M代碼輔助功能由地址字M和其后的一或兩位數字組成，主要用于控制零件程序的走向以及機床各種輔助功能的開關動作。M功能有非模態M功能和模態M功能二種形式非模態M功能(當段有效代碼)只在