数控技术课件

第一章概述1-1数控系统及数控机床的基本概念1-2数控机床的分类1-3数控机床的产生与发展*第一章概述1-1数控系统及数控机床的基本概念1-2数控机床的分类1-3数控机床的产生与发展*

一数控技术的基本概念数字控制（NumericalControlTechnology，NC）是一种借助数字化信息（数字、字符）对某一工作过程（如加工、测量、装配等）发出指令并实现自动控制的技术。数控系统（NumericalControlSystem）采用数字控制技术的自动控制系统。数控机床（NumericalControlMachineTools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。是数控技术典型应用的例子。1-1数控系统及数控机床的基本概念*1-1数控系统及数控机床的基本概念二、数控机床的组成*

(一)CNC系统

1-1数控系统及数控机床的基本概念*

(一)CNC系统

1-1数控系统及数控机床的基本概念1.CNC装置*组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心1-1数控系统及数控机床的基本概念*

(一)CNC系统

1-1数控系统及数控机床的基本概念1.CNC装置

硬件计算机

管理软件

软件

控制软件*

(一)CNC系统

1-1数控系统及数控机床的基本概念1.CNC装置2)可编程控制器*2)PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；功能：接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并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接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。1-1数控系统及数控机床的基本概念*3)接口与上位机的通信接口:串行通信+网络通信与各种输入/输出设备接口与机床侧信号往来的I/O接口1-1数控系统及数控机床的基本概念*

(一)CNC系统

1-1数控系统及数控机床的基本概念2.输入/输出设备和控制介质

*

控制介质是记录零件加工程序的媒介输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表1：1-1数控系统及数控机床的基本概念2.输入/输出设备和控制介质

*表1控制介质和输入输出设备表1-1数控系统及数控机床的基本概念*

(一)CNC系统

1-1数控系统及数控机床的基本概念3.伺服单元、驱动装置和测量装置*

伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机测量装置位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）3.伺服单元、驱动装置和测量装置1-1数控系统及数控机床的基本概念*1-1数控系统及数控机床的基本概念

(二)机床

*机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。1-1数控系统及数控机床的基本概念

(二)机床

*高刚度和高抗振性小的机床热变形高效率、无间隙、低摩擦传动简化的机械传动结构1-1数控系统及数控机床的基本概念

数控机床主机特点

*

1.适应性强,适合加工单件小批量复杂零件

2.加工精度高,产品质量稳定

3.自动化程度高,劳动强度低

4.生产效率高减少辅助时间和机动时间

5.良好的经济效率

6.有利于生产管理的现代化

二、数控机床的特点1-1数控系统及数控机床的基本概念*第一章概述1-1数控系统及数控机床的基本概念1-2数控机床的分类1-3数控机床的产生与发展*

数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：1-2数控机床的分类*点位控制数控机床

(位置控制)轮廓控制数控机床

(连续控制)(一)按控制刀具与工件相对运动的轨迹分类1-2数控机床的分类*特点:仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。点位控制1-2数控机床的分类*轮廓控制轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。1-2数控机床的分类*

开环控制系统

闭环控制系统半闭环控制系统全闭环控制系统(一)按照伺服驱动系统的控制方式分类1-2数控机床的分类*开环数控系统电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大1-2数控机床的分类*

开环控制框图工作台步进电机数控装置1-2数控机床的分类*没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。1-2数控机床的分类*

半闭环数控系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈1-2数控机床的分类*工作台伺服电动机数控装置伺服放大器位置检测（编码器）半闭环控制框图1-2数控机床的分类*半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。1-2数控机床的分类*

全闭环数控系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈1-2数控机床的分类*工作台伺服电动机数控装置伺服放大器

闭环控制框图

检测装置（光栅）1-2数控机床的分类*闭环数控系统的位置采样点如图所示，直接检测运动部件的实际位置，精度高。闭环环路内包括机械传动环节多，易导致系统不稳定闭环数控系统复杂、调试较难、成本高。1-2数控机床的分类*性能类别CPU位数联动轴数分辨率(um)进给速度(m/min)显示高级型325<0.1>24三维动态普及型2630.1~1015~24字符/图形经济型8<3<10<15字符4、按照CNC装置的功能水平分类1-2数控机床的分类*3按工艺用途分类切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC等。成型加工类：数控折弯机、数控冲裁机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等。1-2数控机床的分类*第一章概述1-1数控系统及数控机床的基本概念1-2数控机床的分类1-3数控机床的产生与发展*产生——要解决如下问题：单件（小批量）生产精度复杂型面加工发展五代：电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模集成电路及小型计算机、微型计算机1.数控机床的出现和发展*第一代:1952年,电子管控制的第一台三坐标联动的铣床；第二代:1959年,出现了晶体管控制的“加工中心”；

第三代:1965年,出现了小规模集成电路.使数控系统的可靠性得到了进一步的提高；第四代:1967年以计算机作为控制单元的数控制系统.FMS(FlexibleManufacturingSystem),柔性制造系统。第五代:1970年,美国英特尔开发使用了微处理器.1.数控机床的出现和发展1-3数控机床的产生与发展*2.数控机床的发展趋势1）数控系统的发展趋势

1．高速高精度2．智能化：（1）应用自适应控制技术（2）自动编程技术（3）具有故障自动诊断功能（4）应用模式识别技术3．开放式数控系统1-3数控机床的产生与发展*2.数控机床的发展趋势1）数控系统的发展趋势

1．高速高精度2．智能化：（1）应用自适应控制技术（2）自动编程技术（3）具有故障自动诊断功能（4）应用模式识别技术3．开放式数控系统1-3数控机床的产生与发展*4．基于网络的数控系统数控系统内部的CNC装置与数字伺服间的通信，主要通过SERCOS链式网络传送数字伺服控制信息；数控系统与上级主计算机间的通信；与车间现场设备及I/O装置的通信，主要通过现场总线，如PROFIBUS等进行通讯；通过因特网与服务中心的通信，传递维修数据；通过因特网与另一个工厂交换制造数据。1-3数控机床的产生与发展*2.数控机床的发展趋势2）数控机床的发展趋势

采用开放式结构：进线、联网、专用要求。向智能化发展

自动编程、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿，人机界面极为友好，有故障专家诊断系统。1-3数控机床的产生与发展*运行高速化加工高精化功能复合化控制智能化体系开放化交互网络化1-3数控机床的产生与发展2）数控机床的发展趋势*运行高速化：使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。

进给率高速化：在分辨率为1m时，Fmax=240m/min。在Fmax下可获得复杂型面的精确加工；在程序段长度为1mm时，Fmax=30m/min，并且具有1.5g的加减速率；1-3数控机床的产生与发展*主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴最高转速达200000r/min。主轴转速的最高加（减）速为1.0g，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。换刀速度

0.9秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）工作台（托盘）交换速度

6.3秒。1-3数控机床的产生与发展*加工高精化：提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。

提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上106

脉冲/转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到0.01m/脉冲）位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。1-3数控机床的产生与发展*采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术;设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60％～80％。三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工中心的定位精度为±0.1

m。1-3数控机床的产生与发展*功能复合化复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。镗铣钻复合—加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）；车铣复合—车削中心（ATC，动力刀头）；铣镗钻车复合—复合加工中心（ATC，可自动装卸车刀架）；铣镗钻磨复合—复合加工中心（ATC，动力磨头）；可更换主轴箱的数控机床—组合加工中心；1-3数控机床的产生与发展*

控制智能化

随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：1-3数控机床的产生与发展*

加工过程自适应控制技术

通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；并根据这些状态实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。1-3数控机床的产生与发展*加工参数的智能优化与选择

将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间的目的。采用经过优化的加工参数编制的加工程序，可使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。1-3数控机床的产生与发展*

智能故障诊断与自修复技术

智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法（AI、ES、ANN等），实现故障快速准确定位的技术。智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。智能自修复技术集故障自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并贯穿于加工过程的整个生命周期。智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系统中已有应用，基本上都是应用专家系统实现的。智能化自修复技术还在研究之中。1-3数控机床的产生与发展*

智能化交流伺服驱动装置

目前已开始研究能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。1-3数控机床的产生与发展*体系开放化定义（IEEE）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。开放式数控系统特点：系统构件（软件和硬件）具有标准化(Standardization)与多样化(Diversification)和互换性(Interchangeability)的特征允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统“积木式”的集成。构造应该是可移植的和透明的；1-3数控机床的产生与发展*开放体系结构CNC的优点向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；标准化的人机界面：标准化的编程语言，方便用户使用，降低了和操作效率直接有关的劳动消耗；向用户特殊要求开放：更新产品、扩充能力、提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求，给用户提供一个方法，从低级控制器开始，逐步提高，直到达到所要求的性能为止。另外用户自身的技术诀窍能方便地融入，创造出自己的名牌产品；可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。1-3数控机床的产生与发展*

交互网络化

支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成“全球制造”的基础单元。网络资源共享。数控机床的远程（网络）监视、控制。数控机床的远程（网络）培训与教学（网络数控）数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程（网络）诊断、远程维护、电子商务等）。1-3数控机床的产生与发展*简述数控机床的基本组成部分及其基本功能2简明阐述数控技术的发展趋势（要求参考3篇以上相关参考文献，并注明作者、文献名称、期刊名称或出版社，出版时间）作业*第二章数控加工程序编制2-1概述2-2数控机床的坐标系2-3程序编制的代码及格式2-4镗铣数控加工及其手工编程2-5车削数控加工及其手工编程2-6自动编程概述*

第一节

概述*程序编制的基本概念

数控加工程序编制概念

从零件图纸到数控加工指令的有序排列（制成控制介质）的全过程。根据零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上，再按规定把程序单制备成控制介质，变成数控系统能读取的信息，并通过输入设备送入数控装置。即将加工的工艺分析、加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(f、s、t)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。第一节概述

*编程方法：手工编程和自动编程

手动编程

定义：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力）

适用：①几何形状不太复杂的零件；

②三坐标联动以下加工程序

第一节概述*自动编程：

定义：编程人员根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，编程系统将能根据数控系统的类型输出数控加工程序。

适用：①形状复杂的零件

②虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）

③虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线轮廓的计算）第一节概述*

比较用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1。数控机床不能开动的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及时编制出造成的编程自动化是当今的趋势！但手工编程是学习自动编程基础！第一节概述*二、数控机床程序编制的内容和步骤

第一节概述*图纸工艺分析

在对图纸工艺分析（与普通加工的图纸分析相似）的基础上：确定加工机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序；切削用量（f、s、t）等工艺参数。

计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改第一节概述*计算运动轨迹

根据图纸尺寸及工艺线路的要求：选定工件坐标系计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值；将坐标值按NC机床规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。错误计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸修改第一节概述*

编制程序及初步校验

根据制定的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改第一节概述*制备控制介质

将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上（如存储在磁盘上），作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。第一节概述计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改*

程序的校验和试切

所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。

常用的校验和试切方法：阅读法、模拟法、试切法等。第一节概述计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改*三、数控加工工艺简介和数控加工方法

数控加工的工艺分析

数控机床加工零件除按一般方式对零件进行工艺分析外，还必须注意以下几点：选择合适的对刀点和换刀点加工线路的确定程序编制中的误差第一节概述*第一节概述

（1）选择合适的对刀点和换刀点对刀点（起刀点）

：确定刀具与工件相对位置的点,刀具相对于工件运动的起点，又称起刀点，也就是程序运行的起点。

对刀点的选择原则：

①对刀点应便于数学处理和程序编制；②对刀点在机床上容易校准；③在加工过程中便于检查；④引起的加工误差小。*第一节概述

CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XYZ35（1）选择合适的对刀点和换刀点

对刀点可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。对刀点确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。*第一节概述

（1）选择合适的对刀点和换刀点

换刀点：一把刀具用完后，为防止刀具与工件相碰，刀具要先到工件之外，再进行换刀这个位置就叫换刀点。换刀点应根据工序内容的安排。为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在零件的外面。*

刀位点：

用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。第一节概述镗刀钻头立铣刀、端铣刀面铣刀指状铣刀球头铣刀车刀*第一节概述

对刀：使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。YZ3530工件对刀示意图刀具夹具垫板螺栓工件螺帽选择对刀点的原则：

选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。选在对刀方便，便于测量的地方。选在便于坐标计算的地方*（2）加工线路的确定

加工线路——加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。孔类加工（钻孔、镗孔）

原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程：

第一节概述

n个))(1)1(2bananb+-=-+=（黄线长红线长ba+切入/出段+切入/出段*车削或铣削：原则：尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。

第一节概述

切向切入径向切入*

空间曲面的加工第一节概述

(c)(b)(a)*加工线路的选择应遵从的原则：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。保证零件的工艺要求。利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。第一节概述*（3）工件的装夹方式

尽可能选用标准夹具（组合夹具），在成批生产时才考虑专用夹具，并力求夹具结构简单。装卸工件要方便可靠，以缩短辅助时间和保证安全。工件定位夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具产生碰撞的现象。夹具的安装要准确可靠，同时应具备足够的强度和刚度，以减小其变形对加工精度的影响。应尽可能采用气、液压夹具。第一节概述*第一节概述

（4）切削用量的选择

影响切削条件的因素有：

机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命。上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。*第一节概述

（4）切削用量的选择

决定切削速度的因素：

刀具材质工件材料刀具寿命切削深度与进刀量刀具的形状冷却液使用机床性能*第一节概述

（5）程序编制中的误差

数控机床上加工零件的误差分类：加工过程的误差：它是加工误差的主体，主要包括数控系统（包括伺服）的误差和整个工艺系统（机床—刀具—夹具—毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。编程误差：：采用近似计算方法逼近列表曲线、曲面轮廓时所产生的误差：采用直线段或圆弧段插补逼近零件轮廓曲线时产生的误差：数据处理中为满足分辨率（最小设定单位）的要求，进行数据圆整（四舍五入）产生的误差*第一节概述

数控加工方法

（1）平面孔系零件的加工方法

对这类孔的形位精度或尺寸精度要求较高的零件，采用数控钻床与镗床加工。*第一节概述

（2）旋转体类零件的加工方法

采用数控车床或数控磨床加工，车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，在编程中，粗车加工线路要重点考虑。4321先用直线程序进行粗加工，再按零件轮廓进行精加工

可先按图中的方法进行1~4次粗加工，再精加工成形。*第一节概述（3）平面轮廓零件的加工方法采用数控铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段，若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。

*第一节概述（4）空间轮廓表面的加工方法空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法：三轴两联动加工三轴联动加工

四轴联动加工方法五轴联动加工*第一节概述

三轴两联动加工-----“行切法”。

以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给。这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。*第一节概述

三轴联动加工下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近，因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编程计算复杂，宜采用自动编程。

*第一节概述

四轴联动加工方法如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三坐标联动加工，则只能用球头刀。不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联动机床上进行加工。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。

*五轴联动加工：螺旋桨是典型零件一般采用端铣刀加工，为了保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角摆动运动。因此，叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，这种编程只能采用自动编程系统。

第一节概述*第一节概述五轴联动加工：螺旋桨是典型零件*第一节概述

3.数控程序编制中的数学处理

根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算编程时所需要的资料，称为数控加工的数值计算。数值计算的内容包括计算零件轮廓的基点和节点的坐标以及刀具中心运动轨迹的坐标。基点：各几何元素间的连接点，如直线与直线的交点，直线与圆弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点或切点等。节点：逼近直线小段和圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点*第一节概述

常见数学处理方法

直线和圆弧轮廓基点计算方法联立方程组法求解基点坐标三角函数法求解基点坐标*第一节概述

常见数学处理方法

非圆曲线的节点计算方法直线逼近零件轮廓曲线时的节点

等间距直线逼近的节点计算等步长法直线逼近的节点计算等误差法（变步长法）*第一节概述

非圆曲线的节点计算方法圆弧逼近零件轮廓曲线时的节点

圆弧分割法三点作图法

*第二节

数控机床的坐标系*坐标轴的运动方向及其命名

统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给维修和使用带来极大的方便。ISO和我国都拟定了命名的标准。第二节数控机床的坐标系

*第二节数控机床的坐标系

进给运动坐标系

ISO和中国标准规定：坐标轴：数控装备的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。数控装备坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统*第二节数控机床的坐标系

基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。坐标轴相互关系：由右手定则决定。回转坐标：绕X.Y.Z轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A*第二节数控机床的坐标系

坐标轴方向：定义为刀具相对工件运动的方向。增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向。编程时不必知道机床运动的具体配置，就能正确地进行编程。附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用U、V、W表示。

*第二节数控机床的坐标系

Z坐标（轴）方位Z坐标平行主轴轴线的进给轴。没有主轴或有多个主轴：垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。主轴能摆动：在摆动的范围内其轴线只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则该坐标便是Z坐标；若在摆动的范围内其轴线可与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。*立式5轴数控铣床的坐标系Z坐标正方向规定：刀具远离工件的方向。+Z+Z第二节数控机床的坐标系

*+Z第二节数控机床的坐标系

*X坐标

在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。+Z+X第二节数控机床的坐标系

*Z轴垂直（立式）：

单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X第二节数控机床的坐标系

*+Z

Z轴垂直（立式）：双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，

X轴的正方向指向右边。+X第二节数控机床的坐标系

*在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。+Z+X第二节数控机床的坐标系

*Y坐标

利用已确定的X、Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在XZ平面，从Z至X，姆指所指的方向为+y。

第二节数控机床的坐标系

*立、卧式数控铣床+Z+X+Z+X+Y+Y第二节数控机床的坐标系

*+Z+X+Y立式5轴联动数控铣床+Z+X+Y龙门数控铣床第二节数控机床的坐标系

*+Z+X+Y+Z+X+Y+C+A+C5.回转坐标A、B、C

第二节数控机床的坐标系

*立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X+Y+A+C+W6.辅助坐标U、V、W

第二节数控机床的坐标系

*二、机床坐标系与工件坐标系编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的。第二节数控机床的坐标系

*机床原点与机床坐标系

机床原点（零点）机床坐标系原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。机床原点的建立：用回零方式建立。机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程。第二节数控机床的坐标系

*机床坐标系以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系。注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。第二节数控机床的坐标系

*工件原点与工件坐标系工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以是对刀点重合。工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。现代数控机床均可设置多个工件坐标系，在加工时通过G指令进行换。第二节数控机床的坐标系

*Y轴偏置量X轴偏置量工件原点Z轴偏置量Y轴机床原点X轴Z轴卧式数控机床的坐标系X轴Z轴偏置量Y轴Y轴偏置量X轴偏置量机床原点工件原点立式数控机床的坐标系Z轴第二节数控机床的坐标系

*三、绝对坐标编程和相对坐标编程定义绝对坐标编程：编程中所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件）零点计量的编程方式。相对坐标编程：编程中运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。第二节数控机床的坐标系

*绝对坐标增量坐标第二节数控机床的坐标系

*表达方式：G90/G91；X.Y.Z绝对，U.V.W相对选用原则：主要根据具体机床的坐标系，考虑编程的方便(如图纸尺寸标注方式等)及加工精度的要求，选用坐标的类型。注意：在机床坐标系和工件坐标系中均可用绝对坐标编程；而在使用相对坐标编程时，上述两个坐标系是无意义的。第二节数控机床的坐标系

*第三节

程序编制的代码及格式*第三节程序编制的代码及格式

经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO（InternationalStandardizationOrganization）和EIA(ElectronicIndustriesAssociation)两种。*第三节程序编制的代码及格式

一、代码及其分类

1.定义

系统操作命令的总称，又称代码或编程指令。它由文字、数字、符号以及它们的组合组成，它是程序的最小功能单元。*2.代码（指令）分类

G指令——准备功能

功能：规定机床做某种操作的指令，包括运动线型、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作。组成：G后带2～3位数字组成，有100~1000种。有模态（续效）指令与非模态（非续效）指令之分。模态代码一旦执行就保持有效,直到同组另一代码出现

非模态代码只有在其所在的程序段内有效示例：G01，G03，G41，G91，G04，G18，G54等 第三节程序编制的代码及格式

*M指令——辅助功能功能：控制机床及其辅助装置的动作或状态。如开、 停冷却泵；主轴正反转、停转；程序结束等

组成：M后带2~3位数字组成，共有100~1000种。有模态（续效）指令与非模态（非续效）指令之分。示例：M02，M03，M08等

M00:程序停止

M01:可选择stop

M02:全段程序停止.

M30:程序停止.指针指向程序头

M03/M04:主轴顺/逆时针方向

M05:主轴停止

M06:换刀指令

第三节程序编制的代码及格式

*

F、S、T、D指令

F

指令——指定（合成）进给速度指令

1.直接指定法

组成：F后带若干位数字，如F150、F3500等。其中数字表示实际的合成速度值。它是模态指令。

单位：mm/min（公制）或inch/min（英制）

。视用户选定的编程单位而定，若为公制单位，则上述两个指令分别表示：

150mm/min；3500mm/min。

第三节程序编制的代码及格式

*F

指令——指定（合成）进给速度指令

2.时间倒数法(进给速率数-FRN)表示:直线插补:FRN=1/TORFRN=V/L

圆弧插补:FRN=

/TORFRN=V/R

单位：1/min,用G93指令指定第三节程序编制的代码及格式

*F

指令——指定（合成）进给速度指令

3.几何级数法

单位：

与主轴转速无关:mm/min

与主轴转速有关:mm/r

切螺纹/攻丝/套扣:mm/r

进给仅用于回转运动:rad/min第三节程序编制的代码及格式

*

S指令（切削速度）——指定主轴转速指令

组成：S后带若干位数字，如S500、S3500等。其中数字表示实际的主轴转速值。它是模态指令。

单位：r/min或mm/min。对于具有恒线速度控制机床，用G96或G97配合S指令实用。G96恒线速度指令，G96S200－200mm/minG97注销恒线速度指令，G97S2000－2000r/min第三节程序编制的代码及格式

*T、D指令

指定刀具号和刀具长度、半径存放寄存器号指令。

组成

车床:

1.T后跟两位数字，如T11，其中数字表示存放的在库中的刀具号

2.T后跟四位数字,前两位表示刀具号,后两位表示刀具补偿号

3.T后跟六位数字,前两位表示刀具号,两位表示刀具刀尖圆弧半径补偿号,两位表示长度补偿号,刀具补偿号00表示撤销刀补

加工中心T后跟数字(1~4位),均表示刀具号

D(H)存储器存储刀具补偿值,D(H)00表示撤销刀补第三节程序编制的代码及格式

*尺寸指令指定的刀具沿坐标轴移动方向和目标位置的指令

X、Y、Z

、U、V、W指令指定沿直线坐标轴移动方向和目标位置指令

组成：后带符号的数字组成。如X100、Y-340等，其中数字表示沿由字母指定的坐标轴运动的目标位置值,

符号表示运动的方向。

单位：

mm、μm（公制）或inch（英制）

。视用户选定的编程单位而定.

第三节程序编制的代码及格式

*

A、B、C指令指定沿回转坐标轴移动方向和目标位置指令

组成：后带符号的数字组成。如A100、C-340等，其中数字表示沿由字母指定的坐标轴运动的目标位置值,

符号表示运动的方向。

单位：

度°、弧度。视用户选定的编程单位而定.第三节程序编制的代码及格式

*I、J、K、R指令圆弧插补圆心位置和半径指定指令

组成：后带符号的数字组成。如I10、J-34、R30等，其中带符号数字表示圆心位置和半径值。

单位：mm、μm（公制）或inch（英制）

。视用户选定的编程单位而定.第三节程序编制的代码及格式*其它指令子程序名和子程序调用指令

用于给子程序命名和在主程序中调用该子程序，该指令的标准化程度不高，不同系统有不同的规定。

组成：①子程序名指令地址符（字母或符号，如O、%

等）后带若干数字组成；

②子程序调用指令地址符+调用子程序名部分+调用次数部分。

示例：M98P08L12（FANUC、华中数控系统）第三节程序编制的代码及格式

*程序段标号，程序段结束字符以及变量组成：①程序段标号指令地址符N后带若干数字组成；程序段号:查找、跳转注意，程序段标号与程序的执行顺序无关，不管有无括号，程序都是按排列的先后次序执行。

②程序段结束指令每一个程序段都应有结束符，它是数控系统编译程序的标志。常用的有：“*”、“；”、“LF”、“NL”、“CR”等视具体数控系统而定。

③变量为简化编程有些系统还允许采用变量编程，从而可简化编程。它由地址符（字母或符号，如#、

R等）后带若干数字组成；第三节程序编制的代码及格式

*二、数控加工程序的结构

1.程序的组成一个完整的数控加工程序由程序名、程序体和程序结束三部分组成%0001；程序名N01G92X50.0Y20.0；N02………………；N03………………；程序体N04………………；N05…;M30；程序结束第三节程序编制的代码及格式

*

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。示例：国产华中I型系统“%”，日本FANUC系统“O”。后面所带的数字一般为4～8位。如：%2000

程序体它表示数控加工要完成的全部动作，是整个程序的核心。组成：它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成。程序结束

它是以程序结束指令M02或M30，结束整个程序的运行。第三节程序编制的代码及格式

*2、程序段的格式定义：程序段中指令的排列顺序和书写规则，不同的数控系统往往有不同的程序段格式。

目前广泛采用地址符可变程序段格式（字地址程序段格式）N03

G91G01

X50Y60

F200

S400

M03M08

；程序段号G指令尺寸指令进给速度指令主轴转速指令M指令程序段结束符第三节程序编制的代码及格式

*

地址符可变程序段格式的特点：

程序段中的每个指令均以字母（地址符）开始，其后再跟数字或无符号的数字。指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书写。上段相同的模态指令（包括G、M、F、S及尺寸指令等）可以省略不写。第三节程序编制的代码及格式

*3、主程序、子程序主程序、子程序在一个零件的加工程序中，若有一定量的连续的程序段在几处完全重复出现，则可将这些重复的程序串单独抽出来，按一定的格式做成子程序。

主程序：N01……；

N02……；

N11调用子程序1；

N28调用子程序8；

N××……M02；

……

子程序1：N01……；

N××……M99；子程序8：N01……LFN××……M99；第三节程序编制的代码及格式

*三、与坐标系有关的指令

G90/G91、G92、G53～G59、G17～G19G90/G91指令：G90指令表示程序中的编程尺寸是在某个坐标系下按其绝对坐标给定的。G91指令表示程序中编程尺寸是相对于本段的起点，即编程尺寸是本程序段各轴的移动增量，故G91又称增量坐标指令。

注意：这两个指令是同组续效指令，也就是说在同一程序段中只允许用其中之一，而不能同时使用。在缺省的情况下（即无G90又无G91）,默认是在G90状态下。第三节程序编制的代码及格式

*G92指令坐标系设定的预置寄存指令，它只有在采用绝对坐标编程时才有意义。编程格式：

G92X

a_Y_b

Z_c_a、b、c为当前刀位点在所设定工件坐标系中的坐标值第三节程序编制的代码及格式

*使用该指令，便建立了工件坐标系，数控系统在加工之前送入系统的某个单元，其后的加工程序中的编程尺寸都是在这个工件坐标系的尺寸。该指令还有补偿工件在机床上安装误差的功能，即当首件零件加工完成后，测量工件尺寸精度。如果发现是由于工件安装不准引起的误差，则不必重新安装工件，只需修改所设的坐标值，即可消除这一加工误差。第三节程序编制的代码及格式

*G53,G54~G59：坐标系选择指令G53——选择机床坐标系；G54~G59——选择工件坐标系1~工件坐标系6。在使用该指令后，其后的编程尺寸都是相对于相应坐标系的。这类指令是续效指令，缺省值是G53。注意：这类指令只在绝对坐标下有意义（G90），在G91下无效。第三节程序编制的代码及格式

*G17,G18,G19指令坐标平面指定指令。G17，G18，G19分别表示规定的操作在XY,ZX,YZ坐标平面内。程序段中的尺寸指令必须按平面指令的规定书写。若数控系统只有一个平面的加工能力可不必书写。这类指令为续效指令，缺省值为G17。第三节程序编制的代码及格式

*四、与控制方式有关的指令

G00指令——快速定位指令编程格式：G00X__Y__Z__

；功能：指令刀具从当前点，以数控系统预先调定的快进速度，快速移动到程序段所指令的下一个定位点。进给速度不能由程序改变，但可用倍率开关改变。不同的系统有不同的速度，一般都在10～30m/min之间.注意：G00的运动轨迹不一定是直线，若不注意则容易干涉。第三节程序编制的代码及格式

*G01指令——直线插补指令编程格式：G01X_a_Y_b_Z_c_F_f_

；功能：指令多坐标（2、3坐标）以联动的方式，按程序段中规定的合成进给速度f，使刀具相对于工件按直线方式，由当前位置移动到程序段中规定的位置（a、b、c）。当前位置是直线的起点，为已知点，而程序段中指定的坐标值即为终点坐标。第三节程序编制的代码及格式

*G02,G03指令——圆弧插补指令

G02：顺时针圆弧插补。G03：逆时针圆弧插补。顺、逆方向判别规则：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察，来判别圆弧的顺、逆时针方向。第三节程序编制的代码及格式

*编程格式：XY平面：G17X_a_Y_b_()F_f_；ZX平面：G18X_a_Z_c_()F_f_；

YZ平面：G19Y_b_Z_c_()F_f_；G02G03G02G03G02G03第三节程序编制的代码及格式

注:有些系统不能用R编程，如果圆弧的起点和终点相同，由于数控系统无法用确定圆弧的中心位置，只能用I、J、K确定圆心的方式来编程*圆弧的终点坐标，由a、b、c后的数值指定。圆心的位置通常有以下几种方法：由圆心指向起点的向量在

X,Y,Z轴上的分量用I,J,K表示

由起点指向圆心的向量在

X,Y,Z轴上的分量用I,J,K表示XYIJ起点XXYIJ起点第三节程序编制的代码及格式

*R表示法：用半径R带有符号的数值来表示：

θAB≤180○

：R≥0R100；

θ′BA＞180○

：R＜0R-100

说明：a、具体采用哪种方法，视具体的数控系统而定。

b、G00,G01,G02,G03是同组续效指令。

c、本段终点若与上一段终点位置相同，即起点与终点最终没有相对位移，则可省略不写。

θABΘ′ABABR100第三节程序编制的代码及格式

*五、与刀具补偿有关的指令

G40G41G42指令——刀具半补偿指令第三节程序编制的代码及格式

其中：G41：左刀补，即沿加工方向看刀具在左边

G42：右刀补，即沿加工方向看刀具在右边

G40：取消刀补

D：偏置值寄存器选用指令。

xx：刀具补偿偏置值寄存器号

刀补指令的程序段格式：

1）G00（或G01）G41（或G42）D_X_Y_F_2）G00（或G01）G40X_Y_*G40G41G42指令——刀具半补偿指令

第三节程序编制的代码及格式

刀具右补偿G42刀具左补偿G41*G40、G44、G43指令——刀具长度补偿指令

该指令可以根据储存在偏置寄存器D01~D99中的设定值（与终点坐标值进行加法（G43）或减法（G43）运算后）使刀具的实际移动距离增加或减少一个偏置值。编程格式：

Dxx；其中：为X、Y、Z中任何一个。第三节程序编制的代码及格式

*六、其它指令G04——暂停指令功能：可使刀具作短时的无进给运动编程格式：G04X____或G04F____其中：X,F其后的数值表示暂停的时间，单位为ms;或者是刀具、工件的转数，视具体数控系统而定。用途：用车削环槽、锪平面、钻孔等光整加工用作时间匹配，对于那些动作较长的外部，或者为了使某一操作有足够的时间可靠的完成，可在程序中插入该指令。第三节程序编制的代码及格式

*G80、G81~G89——固定循环指令在用NC机床上加工零件，一些典型加工工序，如钻孔、攻丝、深孔钻削、切螺纹等，所完成的动作循环十分典型，将这些动作预先编好程序并存储在存储器中，并用相应的G代码来指令。固定循环中的G代码所指令的动作程序，要比一般G代码所指令的动作要多得多，因此使用固定循环功能，可以大大简化程序编制。第三节程序编制的代码及格式

*G80——取消固定循环G81——钻孔、中心孔G82——扩孔

G83——深孔

G84——攻丝

G85~G89——镗孔编程格式：G8Х

XYZ

R

Q

P

F

L孔位坐标切入点坐标每次进给深度在孔底停留时间重复次数进给速度第三节程序编制的代码及格式

*第四节

镗铣数控加工及其手工编程*第四节镗铣数控加工及其手工编程一、镗铣数控加工中的基本工艺问题工件坐标系的确定及程序原点的设置

安全高度

*进刀/退刀方式

a)切线方向进刀b)侧向进刀第四节镗铣数控加工及其手工编程*刀具半径补偿

a)合理方式b)不合理方式建立刀补半径补偿第四节镗铣数控加工及其手工编程*刀具半径确定

对于铣削加工，精加工刀具半径选择的主要依据是零件加工轮廓和加工轮廓凹处的最小曲率半径或圆弧半径。刀具半径应小于该最小曲率半径值。

第四节镗铣数控加工及其手工编程*二、绝对编程与相对编程图中OXY:机床坐标系，O′X′Y′Z′:工件坐标系，图中的相对位置表示工件在机床上安装后，工件坐标系与机床坐标系的相对位置。X′Y

35300100R100R10010050100O′Y′OXZ′

3510070200Z第四节镗铣数控加工及其手工编程*编程方式：绝对坐标方式：机床坐标系绝对坐标方式：工件坐标系相对坐标方式。

编程参数编程单位：mm，刀具半径(D01)：8mm

，主轴转速：400r/min

进给速度：250mm/minX′Y

35300100R100R10010050100O′Y′OXZ′

3510070Z200第四节镗铣数控加工及其手工编程*1、绝对坐标编程（机床坐标系）N01G90G17G00G42D01X50Y70S400M03M08；N02Z-240；N03G01X400F250；N04X300Y370；N05G03X200Y270J-100；N06G02X100Y170I-100；N07G01Y50；N08G00G40Z-165M05M09；N09X300Y120M02；X′Y

35300100R100R10010050100O′Y′OXZ′

3510070200Z第四节镗铣数控加工及其手工编程*2、绝对坐标编程（工件坐标系：G92指令）N01G92X0Y0Z35；N02G90G17G00G42D01X-250Y-50S400M03M08；N03Z-40；N04G01X100F250；N05X0Y250；N06G03X-100Y150J-100；N07G02X-200Y50I-100；N08G01Y-70；N09G00G40Z35M05M09；N10X0Y0M02；X′Y

35300100R100R10010050100O′Y′OXZ′

3510070Z200第四节镗铣数控加工及其手工编程*3、绝对坐标编程（工件坐标系：G54指令）编程取消N01程序段

N02改成：

N02G90G54G17G00G42D01X6Y10S400M03M08；其余同上。参数设置在G54画面下设置：