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1、主讲：乔振华数控机床编程与操作1.1数控机床的产生与发展第一章 数控机床概述1.2数控机床的组成与工作原理1.3数控机床的分类1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 随着社会生产和科学技术的不断进步，各随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。机械制造产业作类工业新产品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需为复杂且往往批量较小，加工这

2、类产品需要经常改装或调整设备，要经常改装或调整设备，1.1.1 数控机床的产生数控机床的产生 帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（学院伺服机构实验室（Servo Mechanism Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Laboratory of the Massachusetts Institute of TechnologyTechnology）合作，于）合作，于19521952年试制成功世年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。界上第一台数控机床试验性

3、样机。 19591959年，美国克耐年，美国克耐杜列克公司（杜列克公司（Keaney & Keaney & TreckerTrecker）首次成功开发了加工中心（）首次成功开发了加工中心（Machining CenterMachining Center） 。数控机床的定义数控机床的定义 数控：（数控：（Numerical ControlNumerical Control， NCNC） 是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。 数

4、控机床：数控机床： 用数控技术控制的机床称为数控机床。用数控技术控制的机床称为数控机床。数控机床的一般工作形式为：数控机床的一般工作形式为：1.1.2 数控机床的发展简况数控机床的发展简况 第第1 1代数控机床：代数控机床：19521952年年19591959年采用电年采用电子管元件构成的专用数控装置（子管元件构成的专用数控装置（NCNC）。）。 第第2 2代数控机床：从代数控机床：从19591959年开始采用晶体年开始采用晶体管电路的管电路的NCNC系统。系统。 第第3 3代数控机床：从代数控机床：从19651965年开始采用小、年开始采用小、中规模集成电路的中规模集成电路的NCNC系统。系

5、统。 第第4 4代数控机床：从代数控机床：从19701970年开始采用大规年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（的系统（CNCCNC）。）。 第第5 5代数控机床：从代数控机床：从19741974年开始采用微型年开始采用微型计算机控制的系统（计算机控制的系统（MNCMNC）。）。 1.1.3 我国数控机床发展概况我国数控机床发展概况 19581958年开始并试制成功第一台电子管数控机床年开始并试制成功第一台电子管数控机床。19651965年开始研制晶体管数控系统，直到年开始研制晶体管数控系统，直到2020世世纪纪6060年代末至年代末至707

6、0年代初成功。从年代初成功。从2020世纪世纪8080年代年代开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。如北京机床研究所从日本进的数控技术。如北京机床研究所从日本FANUCFANUC公司引进公司引进FANUC3FANUC3、FANUC5FANUC5、FANUC6FANUC6、FANUC7FANUC7系列产品的制造技术；上系列产品的制造技术；上海机床研究所引进美国海机床研究所引进美国GEGE公司的公司的MTC-1MTC-1数控数控系统等。系统等。 2）我国自主研发的并联机床样机）我国自主研发的并联机床样机1.1.4数控机床的发展趋势1.1.4数

7、控机床的发展趋势 日本日本 FANUC1.1.4数控机床的发展趋势 德国德国 SIEMENS1.1.4数控机床的发展趋势 国产国产 华中华中1.1.4数控机床的发展趋势德国肖特德国肖特1.1.4数控机床的发展趋势美国哈挺美国哈挺1.1.4数控机床的发展趋势瑞士米克朗瑞士米克朗1.1.4数控机床的发展趋势德国斯宾纳德国斯宾纳TC系列系列1.1.4数控机床的发展趋势韩国现代韩国现代1.1.4数控机床的发展趋势1.1.4数控机床的发展趋势日本东芝日本东芝1.1.4数控机床的发展趋势美国新新那提美国新新那提1.2 数控机床的组成结构及工作原理数控机床的组成结构及工作原理 1.2.1 数控机床的组成数控

8、机床的组成 1控制介质控制介质 数控机床工作时，不需要操作工人直接数控机床工作时，不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图操纵机床，但机床又必须执行人的意图，这就需要在人与机床之间建立某种联，这就需要在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即称为控制系，这种联系的中间媒介物即称为控制介质。介质。 2数控系统数控系统 数控装置是一种控制系统，是数控机床数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件，数控系统通常由机床进给并加工零件，数控

9、系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置输入装置、控制器、运算器和输出装置4 4大部分组成大部分组成 。 3伺服系统伺服系统 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。装置组成，它是数控系统的执行部分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床的移动部按照指令信息的要求带动机床的移动部件运动或使执行部分动作，以加工出符件运动或使执行部分动作，以加工出符合要求的工件。每一个脉冲使机床移动合要求的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前部件产生的位移量叫做脉冲当量

10、。目前所使用的数控系统脉冲当量通常为所使用的数控系统脉冲当量通常为0.001mm/0.001mm/脉冲。脉冲。 4辅助控制系统辅助控制系统 辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。 5机床本体机床本体 机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。 1.3 数控机床的分类数控机床的分类 1.3.1 按运动轨迹分类按运动轨迹分类1点位控制数控机床点位控制数控机床点点点位置精确控制，保证的是定位精度，以慢点位置精确控制，保证的是定位精度，以慢快快慢的运动方式。慢的运动方式。 这类机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数

11、控点焊机这类机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控点焊机和数控折弯机等，其相应的数控装置称为点位控制数控和数控折弯机等，其相应的数控装置称为点位控制数控装置。装置。按运动轨迹分类AB2直线控制数控机床直线控制数控机床 位置控制位置控制+ +速度和路线控制，只能沿某个坐速度和路线控制，只能沿某个坐标轴方向（平行或标轴方向（平行或4545）切削加工。）切削加工。 这类机床主要有数控车床、数控磨床和数控这类机床主要有数控车床、数控磨床和数控镗铣床等，相应的数控装置称为直线控制装镗铣床等，相应的数控装置称为直线控制装置置。按运动轨迹分类3 3轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床 每点的位置+速度+路线控制

12、，可对2坐标或2坐标以上坐标轴进行控制。 属于这类机床的有数控车床、数控铣床、加工中心等。其相应的数控装置称为轮廓控制装置。轮廓数控装置比点位、直线控制装置结构复杂得多，功能齐全得多。按运动轨迹分类1.3.2 按进给伺服系统的类型分类按进给伺服系统的类型分类1开环进给伺服系统数控机床开环进给伺服系统数控机床2闭环进给伺服系统数控机床闭环进给伺服系统数控机床3半闭环进给伺服系统数控机床半闭环进给伺服系统数控机床1.3.3 按工艺用途分类按工艺用途分类1金属切削类数控机床金属切削类数控机床数数控控车车床床数数控控铣铣床床数控钻床数控钻床加工中心加工中心2金属成型类数控机床金属成型类数控机床数控电火

13、花成型机数控电火花成型机快速成型设备快速成型设备数控多工位冲床数控多工位冲床 3数控特种加工机床数控特种加工机床 数控特种加工机床如数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、火焰切割机和数控激光切割机床等。数控电火花成型机数控电火花成型机数控线切割机床数控线切割机床4其他类型的数控机床其他类型的数控机床其他类型的数控机床如数控三坐标测量机等其他类型的数控机床如数控三坐标测量机等三座标测量机三座标测量机2.1 数控编程概述2.1.1 程序编制的内容和步骤程序编制的内容和步骤 数控机床程序编制过程的主要内容包括：1零件图的分析零件图的分析2数控机床的选择数控机床的选择 3工件装夹方法的确定工件装

14、夹方法的确定4加工工艺的确定加工工艺的确定5刀具的选择刀具的选择6程序的编制程序的编制7程序的调试程序的调试2.1.2 程序编制的方法程序编制的方法1手工编程手工编程 通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程. （1）自动编程软件编程）自动编程软件编程 利用通用的微型计算机及专用的自动编程软件，以人机对话方式确定加工对象和加工条件自动进行运算和生成指令。 1手工编程手工编程 利用CAD/CAM系统进行零件的设计、分析及加工编程。该种方法适用于制造业中的CAD/CAM集成编程数控系统，目前正被广泛应用。（2）CAD/CAM集成数控编程

15、系统自动编程集成数控编程系统自动编程2.2数控车床编程基础知识 一一.程序的结构程序的结构 1.程序的构成程序的构成。由若干程序段组成。 O0001； N10 G92 X0 Y0 Z200.0； N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03； N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ； N110 M30；程程序序体体 程序名程序结束指令p 程序名 程序名是一个程序必需的标识符。组成：由地址符后带若干位数字组成。地址符常见的有： “%”、“O”、“P”等，视具体数控系统而定。西门子系统和国产华中I型系统 “%”，日本FANUC 系统 “O”， AB8400系统用P

16、 。 后面所带的数字一般为48位。如：%20001.程序的构成程序的构成例如：程序体程序体 表示数控加工要完成的全部动作，是整个程序的核心。 组成：组成：它由许多程序段程序段组成 O0001； N10 G92 X0 Y0 Z200.0； N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03； N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ； N110 M30；程程序序体体 2.2.程序段的构成程序段的构成程序段：程序段：表示一个完整的加工工步或加工动作。表示一个完整的加工工步或加工动作。 程序段格式程序段格式是指一个程序段中指令字的排列顺序和表达方式。是指一个程序段中指令字的

17、排列顺序和表达方式。 程序结束程序结束 用指令M02 或M30，结束整个程序的运行。 O0001； N10 G92 X0 Y0 Z200.0； N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03； N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ； N110 M30；程序结束指令2.2.程序段的构成程序段的构成程序段：程序段：表示一个完整的加工工步或加工动作。表示一个完整的加工工步或加工动作。 程序段格式程序段格式是指一个程序段中指令字的排列顺序和表达方式。是指一个程序段中指令字的排列顺序和表达方式。 1.程序段序号N 顺序号又称程序段序号，顺序号位于程序段之首，由字母和数字

18、组成。格式： N *(14位数字) 例：N0030 G01 X20 Y50 F150 M03； 注：注： 1）N后面的两个后面的两个00可以省略写成可以省略写成N30 2）程序段序号可以省略不写）程序段序号可以省略不写二二.功能指令简介功能指令简介二二.功能指令简介功能指令简介 1.准备功能准备功能G指令指令(Preparatory Function)n 使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。n 组成：组成： G * *表示表示两位数字两位数字（ 从从G00到到G99共共100种）种） 二二.功能指令简介功能指令简介 2.辅助功能辅助功能M指令指令

19、(Miscellaneous Function)n 用于用于控制机床的辅助动作，如主轴正反转、冷却液的开控制机床的辅助动作，如主轴正反转、冷却液的开停、工件的夹紧松开等。停、工件的夹紧松开等。n 组成：组成： M * *表示表示两位数字两位数字（ 从从M00到到M99共共100种）种） （1）程序停止指令（）程序停止指令（M00） 暂停暂停指令指令,作用使程序停止运行。作用使程序停止运行。常用于加工过程中测量工件的尺寸、工件调头、手动变速等固定操作常用于加工过程中测量工件的尺寸、工件调头、手动变速等固定操作。例：N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y6

20、0.0 S300 M03；N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ；例：N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 M00N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ；（2）选择停止指令（）选择停止指令（M01） 作用和作用和M00相似，是程序停止运行。相似，是程序停止运行。该指令常用于该指令常用于工件关键性尺寸的停机抽样检查或工件关键性尺寸的停机抽样检查或临时停车的场合临时停车的场合等，当检查完毕后，按等，当检查完毕后，按“启动启动”键可继续执行以后的程序。键可继续执行以后的程序。（3）M07、M08

21、为切削液开，为切削液开，M09为切削液关。为切削液关。（4）与主轴有关的指令（）与主轴有关的指令（M03、M04、M05） （5）换刀指令（）换刀指令（M06）（6）程序结束指令（）程序结束指令（M02/ M30 ） 4.尺寸字 用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。 格式： X100 Y100 Z100 例：N0030 G01 X20 Y50 F150 M03； 单位是毫米单位是毫米二二.功能指令简介功能指令简介3. F、S、T指令指令 (1)进给速度指令（进给速度指令（F）(Feed Function) 功能：设定刀具或工作台移动的速度。功能：设定刀具或工作台移动的速度。 组成：组成： F

22、 * *表示四位数字表示四位数字 单位是单位是mm/min或或mm/r 例：例： G98 F150 表示移动部件进给速度为表示移动部件进给速度为150mm/min。 G99 F150 表示表示移动部件进给速度为移动部件进给速度为150mm/r (2)主轴转速指令（主轴转速指令（S） (Spindle Function) 功能：设定主轴的旋转速度。功能：设定主轴的旋转速度。 组成：组成： S * *表示四位数字表示四位数字 单位是单位是r/min 例：例： M03 S300 表示主轴正转转速为表示主轴正转转速为300r/min。 (3)刀具功能指令（刀具功能指令（T）(Tool Function

23、) 功能：机床刀具选择指令。功能：机床刀具选择指令。 组成：组成： T* *表示四位数字表示四位数字 例：例：T0607 其中其中06是刀具号是刀具号 后两位是刀位号后两位是刀位号 例：例： T0607后两位后两位07表示刀具表示刀具的补偿号。的补偿号。问题：问题： 想一下，数控机床是怎么控制刀想一下，数控机床是怎么控制刀 具从小汽车的一段走向另一端，具从小汽车的一段走向另一端， 它是怎么准确确定位置的？它是怎么准确确定位置的？2.3数控机床的坐标系p 进给运动坐标系 ISO和中国标准规定： 数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给) 定义为坐标系中的一个坐标轴。标准的数控机床坐标系：标准的数控

24、机床坐标系：是一个是一个右手笛卡尔直角坐标系右手笛卡尔直角坐标系，其基本坐标轴为，其基本坐标轴为X X、Y Y、Z Z直角坐标直角坐标. .工件不动，刀具相对于静止的工件运动。工件不动，刀具相对于静止的工件运动。增大工件与刀具之间距离的方向为机床某一运动的正方向。增大工件与刀具之间距离的方向为机床某一运动的正方向。p 坐标轴的判定方法Z轴：平行于机床主轴轴线的坐标轴。（远离工件为正方向）数控车床的Z轴数控立式升降台铣床的Z轴X轴：平行于工件装夹平面的坐标轴，呈水平方向。数控车床的X轴，（指向操作者为正）数控立式升降台铣床的X轴（向右）Y轴：与Z、X轴垂直的坐标轴。手控盒机床原点：是机床坐标系的零点. 这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点(见机床说明书)，不能随意改变. （1）机床坐标系与机床原点机床原点的建立：用回零运行方式建立。 在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处主轴中心线的交点处。 a. 数控车床的原点数控车床的原点 在数控铣床上，机床原点一般取在在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的坐标的正方向极限位置正方向极限位置上。上