《数控机床与编程》实验指导书(瓯江)

1、温州大学瓯江学院WENZHOU UNIVERSITY OUJIANG COLLEGE数控机床与编程实验指 导书温州大学瓯江学院教务部制实验一 数控系统的原理与连接1 实验目的（1）了解数控系统的特点、基本组成和应用；（2）熟悉数控系统综合实验台，了解数控系统综合实验台各部件之间的连接关系；（3）了解数控系统常用部件的原理及作用；（4）了解数控综合实验台的基本操作。2 实验器材（1）数控系统综合实验台一套（2）专用连接线一套3 实验内容3.1数控系统的组成数控技术集传统的机械制造技术、液压气动技术、传感检测技术，现代控制技术、计算机技术、信息处理技术、网络通讯技术于体，是制造自动化的关键基础，是

2、现代制造装备的灵魂核心，亦广泛应用于机器人、生产线、轻工机械、火炮控制等其它机电一体化领域，是国家工业和国防工业现代化的重要手段。 采用数控技术设计和制造的机电体化产品具有以下几个特点： 体积小、重量轻 速度快、精度高 可靠性好、性能高 柔性好，可供利用的软、硬件资源极为丰富数控(国外早已改称计算机数控，即CNC，而我国仍习称数控，即NC)系统一般由输入输出装置、数控装置(或数控单元)、主轴单元、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、测量装置组成。图1.1虚线框内即为计算机数控系统(CNC)，它与机床本体起构成数控机床。计算机数控系统机 床 本 体辅助

3、装置电气回路主轴驱动装置主轴单元PLC操作面板进给驱动装置进给伺服单元数控装置输入/输出设备CNC单元测量装置图1.1 数控机床的组成(1)输入输出装置 输入输出装置主要用于零件加工程序的编制、存储、打印和显示或是机床加工信息的显示等。简单的输入输出装置只包括键盘和若干个数码管，较高级的系统一般配有CRT显示器或液晶显示器。一般的输入输出装置除了人机对话编程键盘和CRT显示器外，还有纸带阅读机、磁带机或磁盘，高级的输入输出装置还包括自动编程机或CAD/CAM系统。(2)数控装置数控装置是数控系统的核心，这一部分主要包括微处理器、存储器、外围逻辑电路及与数控系统其它组成部分联系的接口等。其原理是

4、根据输入的数据段插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件 (伺服单元、驱动装置和机床)，加工出所需要的零件。因此，输入、轨迹插补、位置控制是数控装置的三个基本部分(即一般计算机的输入决策输出三个方面)。而所有这些工作是由数控装置内的系统程序(亦称控制程序)进行合理的组织，使整个系统有条不紊地进行工作。(3)伺服单元和驱动装置伺服单元接受来自数控装置的进给指令，经变换和放大后通过驱动装置转变成机床工作台的位移和速度。因此伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接受指令的不同伺服单元有脉冲式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类又

5、分为直流伺服单元和交流伺服单元。驱动装置把放大的指令信号变成为机械运动，通过机械连接部件驱动机床工作台，是工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置。从某种意义上说，数控机床功能强弱主要取决于数控装置，性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。(4)可编程控制器可编程控制器(PC，Programmable Controller)是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研究这种装置的目的，是为了解决生产

6、设备的逻辑及开关量控制，故也称为可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)。当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称为可编程逻辑机床控制器(PMC，Programmable Machine Controller)。PLC主要完成与逻辑预算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，它接受数控装置的控制代码M(辅助功能)、S(主轴转速)、T(选刀、换刀)等顺序动作信息，对其进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作；它还机床操作面板的指令，一方面直接控制机床动作，另一方面将指令送往数

7、控装置用于加工过程的控制。(5)主轴驱动系统主轴驱动系统和进给伺服驱动系统有很大的差别，主轴驱动系统主要是旋转运动。现代数控机床对主轴驱动系统提出了更高的要求，这包括有很高的主轴转速和很宽的无级调速范围等，为满足上述要求，现在绝大多数数控机床均采用鼠笼式感应交流异步电动机配矢量变换变频调速的主轴驱动系统。(6)测量装置测量装置也称反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，供数控装置与指令值比较产生误差信号以控制机床向消除该误差的方向移动。此外，由测量装置和数显环节构成数显装置，可以在线显示机床坐标值，可以大大提高工作效率和工件的加工精度。常见

8、测量装置有光电编码器、光栅尺、旋转变压器等。3.2 数控系统综合实验台简介HED2lS数控系统综合实验台用于培养学生掌握数控系统的编程方法、数控系统电气设计、安装、调试、维修等实际动手能力的一套实验装置。数控系统综合实验台采用模块化设计，便于组合和扩展，也便于检查和调试，利用该实验装置可以使学员掌握数控系统控制原理、电气原理、电气设计方法、元器件的选用，能够掌握数控系统电气布局、安装、电气调试等方法，能够模拟工业生产过程，达到工业现场实习效果。不仅可按照推荐的方式进行设计、安装、调试，也可根据各自对课程设置的要求，自行设计、组合安装、调试，更好地培养学生的动手能力和分析能力。HED21S数控系

9、统综合实验台集成了数控装置、变频主轴及三相异步电机、交流伺服及交流伺服电机、步进电机驱动器及步进电机、测量装置、十字工作台。数控装置采用华中数控股份有限公司的“世纪星”HNC21TF车床数控装置。“世纪星” HNC21TF车床数控装置采用先进的开放式体系结构， 内置嵌入式工业PC机，配置7 .7彩色液晶显示屏和通用工程面板，全汉字操作界面、故障诊断与报警、多种形式的图形加工轨迹显示和仿真，操作简便，易于掌握和使用，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式plc接口于一体，可自由选配各种类型的脉冲接口、模拟接口交流伺服单元或步进电机驱动器，内部已提供标准车床控制的PLC程序，用户也司自行编

10、制?LC程序，采用国际标准G十代码编程，与各种流行的CAD/CAM自动编程系统兼容，具有直线、圆弧、螺纹切削、刀具补偿、宏程序等功能，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点。图1.2所示为HNC2iTF数控装置与其他装置、单元连接的总体框图和连线图。XS1 XS40-XS43XS2 XS30-XS33 XS3 XS21 XS4 XS20XS5 XS11XS6 XS10XS8 XS9开关量输出开关量输出开关量输入 键盘 以太网 软驱 RS232 键盘 以太网 软驱 RS232远程I/O板远程I/O板手

11、持单元手持单元HSV-11伺服驱动装置其它类型进给装置其它类型进给装置开关量输出开关量输出主轴单元HNC21AC24V/DC24V电源注：图中除电源接口外，其他接口部都不是必须使用的。图1.2 数控系统总体框图图1.3 HNC-21TF数控装置接口图 XSl：电源接口 XS2：外接PC键盘接口 XS3：以太网接口 XS4：软驱接口， XS5：RS232接口 KS6：远程I/O板接口 XS8：手持单元接口 XS9：主轴控制接口 XS10、XS11：输入开关量接口 XS20，XS21：输出开关量接口 XS30一XS33：模拟式、脉冲式(含步进式)进给轴控制接口 XS40XS43： 串行式HSV1l

12、型伺服轴控制接口 若使用软驱单元则XS2、XS3、XS4、XS5为软驱单元的转接口。 软驱单元提供3.5”软盘驱动器、RS232接口、PC键盘接口、以太网接口。需要通过转接线与HNC21数控装置连接使用。图1.4 软驱单元接口图变频主轴采用西门子MiCROMASTER 440系列的6SE6440-2UD21-5AA0变频器配三相异步电机。变频器采用矢量控制，三相交流380V电源，功率范围(恒转矩)1.5KW，输入电流(恒转矩)3.9A，最大输出电流(恒转矩)4.0A，两个模拟量输入010V，020mA或010V，020mA。电机采用普通三相异步电机，功率0.55Kw，转速1390r/m。交流伺

13、服和交流伺服电机采用松下MINAS A系列的MSDA023A1A和MSMA022A1C。MSDA023A1A与MSMA022A1C构成闭环控制系统，提供位置控制、速度控制、转矩控制三种控制方式(需设置交流伺服参数，并修改相应连线)。MSMA022A1C为小型小惯量电机，配11线2500P/r增量式码盘，功率200W，额定转速3000r/min，额定转矩0.64Nm。步进驱动器和步进电机采用深圳雷塞M535和57HSl3。M535是细分型高性能步进驱动器，适合驱动中小型的任何两相或四相混合式步进电机。电流控制采用先进的双极性等角度恒力矩技术，每秒两万次的斩波频率。在驱动器的侧边装有一排拨码开关组

14、，可以用来选择细分精度，以及设置动态工作电流和静态工作电流。57HSl 3是四相混合式步进电机，步进角为1.8度，静转矩l.3Nm，额定相电流2.8A。开关量输入/输出采用HC53018输入接线端子板和HC5301-R继电器板，作为HNC2l数控装置XS10、XS11、XS20、XS21接口的转接单元使用，以方便连接及提高可靠性。输入接线端子板提供NPN和PNP两种类型开关量信号输入，每块输入接线端子板有20个NPN或PNP开关量信号输入接线端子，最多可接20路NPN或PNP开关量信号输入。继电器板集成八个单刀单投继电器和两个双刀双投继电器，最多可接16路NPN开关量信号输出及急停(两位)与超

15、程(两位)信号，其中8路NPN开关量信号输出用于控制八个单刀单投继电器，剩下的8路NPN开关量信号输出通过接线端子引出，可用来控制其它电器，两个双刀双投继电器可由外部单独控制。图1.5 HC53018输入端子板接口图图1.6 HC5301R继电器板XY工作台集成了雷塞57HSl3四相混合式步进电机，MSMA022A1C交流伺服电机，光栅尺。机械部分采用滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，用于实现目标轨迹和动作。X轴执行装置采用四相混合式步进电机，步进电机没有传感器，不需要反馈，用于实现开环控制。Y轴执行装置采用交流伺服电机，交流伺服和交流伺服电机组成一个速度闭环控制系统。安装在交流伺服电机轴上的增

16、量式码盘充 当位置传感器，用于间接测量机械部分的移动距离，可构成一个位置 半闭环控制系统；也可用安装在十字工作台上的光栅尺直接测量机械部分移动位移，构成一个位置闭环控制系统。4 实验步骤（1）指出数控系统综合实验台各个组成部件及其原理或作用。（2）了解数控系统综合实验台各个组成部件之间的连接，认清各个信号线来源和去向（3）了解数控系统综合实验台上电顺序，了解HNC21TF车床数控装置基本操作(可参见世纪星车削数控装置操作说明书)，进入数控系统，运行演示程序。（4）在实验老师的指导下，将实验台上的几根线断开或交换位置，对出现的故障现象进行分析并得出诊断结论。5 实验报告要求（1）列举一个数控系统

17、应用实例。（2）用框图将数控系统综合实验台的结构表示出来，列举主要部件的原理或作用。（3）描述数控系统综合实验台启动和关机时的基本操作。（4）列举两个故障现象，并分析故障原因。实验二 数控系统参数设置实验1 实验目的（1）熟悉并掌握数控系统参数的定义及设置方法；（2）了解参数设置对数控系统运行的作用及影响。2 实验器材（1）数控系统综合实验台一套（2）专用连接线一套3 实验内容数控系统正确的运行，必须保证各种参数的正确设定，不正确的参数设置与更改，可能造成严重的后果。因此，必须理解参数的功能和熟悉设定值3.1 常用名词和按键说明部件：HNC21数控装置中的各种控制接口或功能单元。权限：HNC2

18、1数控装置中，设置了三种级别的权限，即：数控厂家、机床厂家、用户；不同级别的权限，可以修改的参数是不同的。数控厂家权限级别最高，机床厂家权限其次，用户权限的级别最低。通过权限口令的限制，对重要参数进行保护，防止因误操作而引起故障和事故。主菜单与子菜单：在某一个菜单中，用"ENTER"键选中某项后，出现另一个菜单，则前者称主菜单，后者称子菜单。菜单可以分为两种：弹出式菜单和图形按键式菜单如图2.l所示。图2.1 主菜单和子菜单3.2 参数详细说明世纪星的各级参数组成参数树结构，如图2.2所示。其中，系统参数部分主要是设置系统控制软件计算过程中需要指定的参数，如插补周期、脉冲当

19、量分母等；通道参数部分主要设置不同控制通道的全局参数，如通道名称、通道使能、某逻辑轴名对应的实际轴号等；坐标轴参数部分主要设置具体某一个坐标轴的相关参数，如轴名称、所属通道号、轴类型、外部脉冲当量分子分母、正负软极限位置回参考点方式、加减时间常数、定位允差等；轴补偿参数部分主要设置具体某一个坐标轴的各种补偿参数，如反向间隙、补偿间隙等；硬件参数部分主要通过参数设置实现具体部件号与实际硬件的控制接口的对应，参数包括部件型号、标识、地址和配置0和配置1；PMC系统参数部分主要设置输入输出端口的相关参数；PMC用户参数、外部报警参数、DNC参数等在具体应用中可参考使用说明进行设置，这里不再做详细介绍

20、。通道0通道1通道2通道3轴0轴1轴2轴3轴0轴1轴2轴3系统参数硬件配置参数通道参数坐标轴参数PMC系统参数轴补偿参数PMC用户参数外部报警参数DNC参数参数索引图2.2 数控装置的参数树轴0轴1轴2轴3部件0部件1部件2部件3部件10部件11部件20部件21输入部件0输入部件1输入部件0输入部件1手持部件XS30XS31XS40XS41Xs10,Xs11Xs20,Xs21Xs9部件号X轴C轴Y轴U轴V轴Z轴A轴B轴W轴主轴轴名轴名PMC系统参数部件号部件号型号、地址、标识型号、地址、标识通道参数坐标轴参数硬件配置参数轴控制接口部件号识别依据返回数据I/O接口以为例：在硬件配置参数中通过将部

21、件3的型号设为5301，标识为49，配置0设为0将由XS40控制的11型伺服分配到系统硬件清单中的3号部件； 在坐标轴参数中通过将轴2的部件号设为3，而使得系统实际轴2控制的轴为部件3指定的轴即XS40控制的11型伺服轴； 在通道参数中通过将A轴的轴号设为2，使得轴2成为逻辑A轴，相应的轴2的名称即为A；综合起来：用户在编零件程序时的A轴即为X40所控制的轴，而对系统底层程序来讲是轴2，对系统硬件设备来讲是第3号部件 图2.3 HNC-21主要参数关系图 (1) PLC地址定义在系统程序、PLC程序中，机床输入的开关量信号定义为X(即各接口中的I信号)；输出到机床的开关量信号定义为Y(即各接口

22、中的O信号)。将各个接口中的I/O(输入/输出)开关量定义为系统程序中的X、Y变量，需要通过设置参数中的硬件配置参数和PMC系统参数实现。图2.4 硬件配置参数中关于输入输出开关量的设置 图2.5 PMC系统参数中关于输入输出开关量的设置(2) 与手摇单元相关的参数设置 手摇单元上的坐标选择输入开关量与其他部分的输入/输出开关量的参数统一设置，不需要单独设置参数；手摇单元上的手摇脉冲发生器需要设置相关的“件配置参数”和“PMC系统参数”，如图2.6、图2.7所示。通常在“硬件配置参数”中部件24被标识为手摇脉冲发生器（标识为31，配置0为5），并在“PMC系统参数”中引用，如图2.7所示。图2

23、.6手持单元硬件配置参数的设置图2.7手持单元PMC系统参数的设置(3) 与主轴相关的参数设置与主轴控制相关的输入/输出开关量与数控装置其他部分的输入/输出开关量的参数统一设置，不需要单独设置参数。主轴控制接口(XS9)中包含两个部件：主轴速度控制输出(模拟电压)和主轴编码器输入。需要在“硬件配置参数”、“PMC系统参数”和“通道参数”中设定。参数设置如图2.8、图2.5所示。图2.8主轴速度控制（模拟电压）在硬件配置参数中的设置(4) 使用步进电机时有关参数设置硬件配置参数 参数名 型 号 标 识 地 址 配置0配置1 部件0530146(不带反馈)0 部件l 部件2 部件3：D0D3(二进

24、制)：轴号，0000-1111； D4D5(二进制)： 00(缺省)单脉冲输出；0l单脉冲输出；10双脉冲输出；11AB相输出。：0：编码器Z脉冲边沿； 8：编码器Z脉冲高电平；8：编码器Z脉冲低电平；其他：以开关量代替Z脉冲。坐标轴参数的设置参数名参数说明参数范围伺服驱动型号(不带反馈)步进电动机不带反馈代码为4646伺服驱动器部件号该轴对应的硬件部件号03位置环开环增益(0.01s-1)不使用0位置环前馈系数(1/1000)不使用0速度环比例系数不使用0速度环积分时间常数(ms)不使用0最大力矩值不使用0额定力矩值不使用0最大跟踪误差(不带反馈)00电动机每转脉冲数电动机转动圈对应的输出脉

25、冲当量数1060000伺服内部参数0(不带反馈)步进电动机拍数160000伺服内部参数1(不带反馈)00伺服内部参数2(不带反馈)00伺服内部参数3不使用0伺服内部参数4不使用0伺服内部参数5不使用0(5) 使用脉冲接口伺服驱动时有关参数设置硬件配置参数参数名 型 号 标 识 地 址 配置0配置1部件0530146(不带反馈)00部件l部件2部件3：D0D3(二进制)：轴号，0000-1111； D4D5(二进制)： 00(缺省)单脉冲输出；0l单脉冲输出；10双脉冲输出；参数名参数说明参数范围伺服驱动型号脉冲接口伺服驱动型号代码为4545伺服驱动器部件号该轴对应的硬件部件号03位置环开环增益

26、(0.01 s-1)在伺服驱动装置上设置0位置环前馈系数(1/10000)在伺服驱动装置上设置0速度环比例系数在伺服驱动装置上设置0速度环积分时间常数(ms)在伺服驱动装置上设置0最大力矩值在伺服驱动装置上设置0额定力矩值在伺服驱动装置上设置0最大跟踪误差本参数用于“跟踪误差过大”报警，设置为0时无“跟踪误差过大报警”功能。使用时应根据最高速度和伺服环路滞后性能合理选取，一般可按下式(近似公式)选取：最高速度X(10000一位置环前馈系数X0.7)/位置环比例数/3单位：最大跟踪误差，pm；最高速度，mm/min；位置环前馈系数，l/10000；位置环比例系数，0.01s-1060000电动机

27、每转脉冲数电动机转动一圈对应的输出脉冲当量数1060000伺服内部参数0设置为0 0伺服内部参数1反馈电子齿轮分子l32000，32000-1坐标轴参数参数名参数说明参数范围伺服内部参数2反馈电子齿轮分母132000，32000-1伺服内部参数正3不使用0伺服内部参数4不使用0伺服内部参数5不使用04 实验步骤（1）进入世纪星华中数控系统参数修改界面，查看参数树结构，了解各个部分所包含的参数种类；（2）分别调整X轴的正负软极限、回零方式、定位允差、加工加减速时间常数、外部脉冲当量分子（UM）和外部脉冲当量分母参数，观察参数修改前后的系统发生的变化，并对看到的现象进行分析。5 实验报告要求（1）

28、简述数控系统参数设置方法，并列出数控系统的主要参数。（2）指出快移加减速时间常数、快移加速度时间常数、加工加减速时间常数、外部脉冲当量分子（UM）和外部脉冲当量分母参数对步进电机和交流伺机服电机运行的影响。实验三 数控机床机械结构认识、拆装实验1 实验目的（1）认识数控机床工作台机械结构及组成工作原理；（2）认识数控铣床的部件组成和各部件相互几何位置关系。2 实验器材（1）数控系统综合实验台一套（2）数控小型教学铣床一台（3）内六角扳手、起子、活动把手等拆装工具一套（4）百分表及磁力表架一套（5）检测平尺一只(300mm)3 实验内容数控工作台是个数控机械中的一种附件(参考图3.1)，两个数控

29、工作台组装装在一起后，可以构成一台XY工作台，实现两个坐标的定位和连续轨迹运动。也可以把数控工作台看成是数控机床的一个进给运动部件，执行某一个固定坐标轴的进给运动。数控工作台是由底座、导轨、滚珠丝杆螺母副、电机座、丝杆支承、拖板、行程开关、防护罩等部件组成。数控工作台装配完成后，要求运动平稳；拖板运行到不同位置时，空载推动力一致；拖板移动的直线性：拖板平面与移动方向的平行度：拖板平面与底座底面的平行度都必须规定技术指标。折装前后要进行检查登记。图3.1 数控工作台4 实验步骤（一）拆装数控工作台（1）拆下工作台与导轨滑块、螺母支座的定位销钉和连接螺钉，取下工作台(拖板)；（2）卸下滚珠丝杆支架

30、与底座连接的定位销和螺钉，取下滚珠丝杆副，松开联轴器卸下驱动电动机；（3）卸下滚动导轨与底座连接的定位销钉和螺钉，取下滚动导轨；（4）清洗已经拆散的各个部件；（5）重新组装各个部件，并保证安装精度。（二）拆装数控工作台（1）查看数控机床电控箱内部结构；（2）查看华中数控装置内部结构；5 实验报告要求（1）列举数控工作台组成部件。（2）列举数控工作台装配技术要求。实验四 数控车床编程实验1 实验目的（1）掌握数控车床编程的基本知识；（2）熟悉并掌握数控车床编程方法及数控车床加工过程；（3）掌握数控加工仿真系统的基本使用方法。2 实验器材（1）数控加工仿真软件一套（2）PC机一台3 实验内容3.1

31、 机床坐标轴规定直线进给运动的坐标轴用X、Y、Z表示，常称基本坐标轴。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定，如图5.l所示，图中大姆指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。图5.1 机床坐标轴围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，如图所示，以大姆指指向+X、+Y、+Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的+A，+B，+C方向。上述坐标轴正方向，是假定工件不动，刀具相对于工件做进给运动的方向。如果是工件移动则用加单引号的字母表示，按相对运动的关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有： +X=X，+Y=Y，

32、+Z=Z， +A=A，+B=B，+CC同样两者运动的负方向也彼此相反。在基本的线性坐标轴X、Y、Z之外的附加线性坐标轴指定为U，V，W和P，Q，R。这些附加坐标轴的运动方向，可按决定基本坐标轴运动方向的方法来决定。3.1 机床坐标系、机床零点和机床参考点机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点。这个原点在机床一经设计和制造调整后，便被确定下来，它是固定的点。数控系统的处理器能计算所有坐标轴相对于机床零点的位移量，但系统上电时并不知道测量起点，每个坐标轴的机械行程是由最大和最小限位开关来限定的。为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一

33、个机床参考点(测量起点)，机床起动时，通常要进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。机床参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过机床参数指定参考点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置，也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC就建立起了机床坐标系。机床坐标轴的有效行程范围是由软件限位来界定的，其值由制造商定义。机床零点(OM)、机床参考点(Om)、机床坐标轴的机械行程及有效行程的关系如图5.2所示。图5.2 机床零点OM和机床参考点Om3.3 工件坐标系、程序原点和对刀点工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为原点(也称程序原点)，建立一个

34、新的坐标系，称为工件坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。工件坐标系的原点选择要尽量满足编程简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条件。一般情况下，以坐标式尺寸标注的零件，程序原点应选在尺寸标注的基准点；对称零件或以同心圆为主的零件，程序原点应选在对称中心线或圆心上O。Z轴的程序原点通常选在工件的上表面。对刀点是零件程序加工的起始点，对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可与程序原点重合，也可在任何便于对刀之处，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。可以通过CNC将相对于程序原点的任意点的坐标转换为相对于机床零点的坐标。加工开始时要设置工件坐标系，用

35、G92指令可建立工件坐标系；用G54G59指令可选择工件坐标系。3.4 程序的结构一个数控系统的零件程序是一组被传送到数控系统中去的指令和数据。一个零件程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个指令字组成的。如图5.3所示。图5.3 程序的结构3.5 指令字的格式一个指令字是由地址符和带符号(如定义尺寸的字)或不带符号(如准备功能字G代码)的数字数据组成的。程序段中不同的指令字符及其后续数值确定了每个指令字的含义。在数控程序段中包含的主要指令字符如表1所示。表1指令字符一览表机 能地 址意 义 程序号 程序编号(l9999) 程序段号 N 程序段编号(N1

36、N9999) 准备机能 G 指令动作方式(直线插补、圆弧插补等，G00G99)尺寸字 X，Y，Z； A，B，C； U，V，W 坐标轴的移动命令(土99999。999) R 圆弧的半径 I，J，K 圆弧中心的坐标 进给速度 F 进给速度的指定(F0F15000) 主轴机能 S 主轴旋转速度的指定(S0一S9999) 刀具机能 T 刀具编号的指定(T0T99) 辅助机能 M 机床侧开/关控制的指定(M0M99) 补偿号 H，D 刀具补偿号的指定(H00一H99或D00D99) 暂停 X 暂停时间的指定程序号的指定 P 子程序号的指定(PlP9999) 重复次数 L 子程序的重复次数，固定循环的重复

37、次数(L2L9999) 参数 P，Q，R 固定循环的参数 3.6 程序段的格式一个程序段定义一个将由数控系统执行的指令行，该指令行由指令字组成。程序段的格式定义了每个程序段中功能字的句法，如图5.4所示。图5.4 程序段格式3.7 程序的一般结构一个零件程序必须包括起始符和结束符。一个程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程序段号的顺序执行的，然而我们建议书写程序时，按升序书写程序段号。在同一个程序中，程序段号不能重复。华中世纪星车削数控装置的程序结构：程序起始符：(或O)符，(或O)后跟程序号程序结束：M02或M30；注释符：括号“（）”或分号“；”，括号内或分号后的内容为注释文字。3.8

38、 HNC-21T的车床编程指令体系 (1) 准备功能G代码华中世纪星HCN-21T车床数控装置G功能指令如表5.2所示：表5.2 数控车床准备功能一览表G代码组功 能参数(后续地址字)G0001快速定位X，ZG01直线插补G02顺圆插补X，Z，I，K，R G03逆圆插补G0400暂停PG2008英寸输入G21毫米输入G2800返回到参考点X，ZG29由参考点返回G3201螺纹切削X，Z，R，E，P，FG4009刀尖半径补偿取消D G41左刀补G42 G42右刀补、右刀补G5411坐标系选择 G55 G56 G57 G58G59G代码组功 能参数(后续地址字) G65宏指令简单调用P，AZ G7

39、1：06外径/内径车削复合循环X，Z，U，W，C，P，Q，R，E G72端面车削复合循环 G73闭环车削复合循环 G76螺纹切削复合循环 G8006内/外径车削固定循环X，Z，工，K，C，P，R，E G81端面车削固定循环 G82螺纹切削固定循环G9013绝对值编程 G91-增量值编程 G9200工件坐标系设定X，ZG9414每分钟进给 G95每转进给 G9616恒线速度切削SG97注：1.00组中的G代码是非模态的，其他组的G代码是模态的。 2.标记“”缺省值(2)辅助功能M代码HNC21T数控车床系统功能M指令功能如表5.4所示（标记者为缺省值）：表5.4 数控车床M代码及功能M代码 模态

40、 功能说明M代码 模态 功能说明 M00 非模态 程序停止 M03 模态 主轴正转启动 M02 非模态 程序结束 M04 模态 主轴反转启动 M30 非模态程序结束并返回程序起点 M05 模态 主轴停止转动 M98 非模态 调用子程序 M07M08 模态 切削液打开 M99 非模态 子程序结束 M09 模态 切削液停止4 实验步骤（1）熟悉数控加工仿真系统华中数控子系统的用法；（2）选择车床，安装零件；（3）按照实验报告中零件图的要求，结合理论课知识编写数控车床加工程序；（4）运行加工程序，检验仿真加工结果；（5）若要求加工零件直径均减少6mm，试修改加工程序，并验证之。5 实验报告要求（1）列出程序清单