《数控车床》-任务1.2认识数控车床与编程基础

任务1.2认识数控车床

【技能目标】1.会仿真操作数控机床面板2.独立进行对刀操作1．掌握数控面板操作指令含义3．能够掌握数控车床分类及机床坐标系的规定【知识目标】1、执行对刀操作和，完成如图1.2.1所示光轴右端的加工。材料为45钢，毛坯尺寸为2、加工完成后，老师对课题完成情况打分。任务描述：执行对刀操作1.2.1数控机床(CNClathes)基本知识1.数控机床的产生1949年与麻省理工学院（MIT）合作，开始三坐标铣床的数控化1952年3月公开宣布了世界上第一台数控机床的试制成功，可作直线插补。数控机床于1955年进入实用化阶段。当今世界著名的数控系统厂家有日本的法那科（FANUC）公司、德国的西门子（SIEMENS）公司、美国的A-BOSZA公司等。1959年，美国Keaney&Treckre公司开发成功了具有刀库、刀具交换装置及回转工作台的数控机床，可以在一次装夹中对工件的多个面进行多工序加工，如进行钻孔、铰孔、攻螺纹、镗削、平面铣削、轮廓铣削等加工。至此，数控机床的新一代类型—加工中心（MachiningCenter）诞生，成为当今数控机床发展的主流。2．数控技术的基本概念数字控制（NumericalControl，NC）是指用输入的数字化信息来控制机械执行预定的动作。数字信息包括字母、数字和符号。而用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，称作数控机床。综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。

3、计算机数控（ComputerNumericalControl，CNC）是采用微处理器或专用微机的数控系统，由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行连接，称为CNC系统，这样的机床一般称为CNC机床。图1-１

零件程序产生流程4.数控机床的分类(1)按加工方式分类金属切削类数控机床此类数控机床包括数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、加工中心等。加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，它将铣、镗、钻、攻螺纹等功能集中于一台设备上，具有多种工艺手段。在加工过程中由程序自动选用和更换刀具，大大提高了生产效率和加工精度。金属成型类数控机床此类数控机床有数控板料折弯机、数控弯管机、数控冲床等。特种加工类数控机床此类数控机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机等。其他类数控机床包括数控火焰切割机、数控三坐标测量仪等。(2)．按控制系统功能分类点位控制系统点位控制系统又称点到点控制系统，它是指刀具从某一位置向另一目标点位置移动，不管

图1-5点位控制系统加工其中间刀具移动轨迹如何而最终能准确到达目标点位置的控制方式。点位控制的数控机床在刀具的移动过程中，并不加工，而是做快速空行程的定位运动。属点位控制的数控机床有数控钻床、数控镗床、数控冲床等。直线控制系统直线控制系统是控制刀具或机床工作台以适当速度，沿着平行于某一坐标轴方向或坐标轴成45°的斜线方向进行直线加工的控制系统。但该系统不能沿任意斜率的直线进行直线加工。图1-6所示为直线控制系统加工。图1-6直线控制系统加工图1-5所示为点位控制系统加工轮廓控制数控系统该系统能对刀具相对于零件的运动轨迹进行连续控制，以加工任意斜率的直线、圆弧、抛物线或其他函数关系的曲线。这种系统一般都是两坐标或两坐标以上的多坐标联动控制系统，其功能齐全，可加工任意形状的曲线或型腔。例：数控铣床、功能完善的数控车床、数控凸轮磨床和数控线切割机床等。图1-7连续控制系统加工(3)

．按伺服控制方式分类开环伺服系统一般是由环形分配器、步进电动机功率放大器、步进电动机、齿轮箱、丝杠螺母传动副等组成。每当数控装置发出一个指令脉冲信号，就使步进电动机的转子旋转一个固定角度，该角称为步距角，而机床工作台将移动一定的距离，即脉冲当量。无检测系统图1-8开环伺服系统原理图闭环伺服系统主要是由比较环节（直线位移传感器C和放大元件、速度传感器A和放大元件）、驱动元件、机械传动装置和测量装置等组成。其中驱动元件可采用宽调速直流电动机或宽调速交流电动机，测量元件可采用感应同步器或光栅等直线测量元件。图1-9闭环伺服系统原理图半闭环伺服系统用测量丝杠或电动机轴旋转角位移来代替测量工作台直线位移的伺服系统称为半闭环伺服系统，如图1-10所示。半闭环伺服系统的加工精度低于闭环伺服系统的加工精度。但半闭环伺服系统将惯性大的工作台安装在闭环之外，使这种系统调试较容易，稳定性也较好。图1-10半闭环伺服系统(４).位移测量系统直接式位移测量：位置检测装置安装在执行部件（即末端件）上直接测量执行部件末端件的直线位移或角位移。间接式位移测量：位置检测装置安装在执行部件前面的传动元件或驱动电机轴上，测量其角位移，经过传动比变换以后才能得到执行部件的直线位移量。(４).位移测量系统增量式位移测量：增量式检测方式只测量位移增量，并用数字脉冲的个数来表示单位位移（即最小设定单位）的数量，每移动一个测量单位就发出一个测量信号。绝对式位移：测出的是被测部件在某一绝对坐标系中的绝对坐标位置值(４).位移测量系统判断案例例：在一台数控车床上车这个轴（件号6）。下面图示的旋转传感器用来测量位移。请问这里采用的哪一种位移测量方法？3①直接绝对位移测量②直接增量位移测量③间接增量位移测量④间接绝对位移测量⑤直接数字位移测量5.数控车床(CNCLathes)的组成

1）.数控车床的组成数控车床由车床主体、数控装置、伺服系统、辅助装置等几部分组成数控车床2）.数控车床的结构车床本体：机械部件，包括主传动系统统，进给传动系统，辅助装置等数控系统：向驱动机构发出各种指令伺服系统：驱动和执行检测装置：通过位置传感器将角位移和直线位移转换成电信号，比较，纠正，使机床按程序要求加工辅助装置：液压，气动，冷却，润滑，防护和排屑等装置图1-3CNC系统图命令信息指令数控装置伺服系统检测装置车床主体输入辅助反馈6.数控车床的加工特点轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件精度要求高，质量稳定易于建立计算机通讯网络生产准备周期短自动化程度高7.数控机床的加工范围生产批量小的零件（100件以下）加工精度高结构复杂的零件：如特殊的螺旋零件、淬硬工件的加工等需要多次发型设计的零件加工一至性要求高的零件价值昂贵的零件。9.数控机床的发展历程10.数控机床的发展方向1．高精度数控机床的精度已达微米级，如普通级中等规格的加工中心的定位精度为±（0.15～３）

m/1

000

mm，重复定位精度为±0.5

m。2．高速化如加工时主轴转速超过每分钟１万转，工作台快速移动速度达40～60

ｍ/min。3．智能化数控加工智能化趋势有两个方面：一方面是采用自适应控制技术，以提高加工质量和效率；另一方面是在现代数控机床上装备有各种监控和检测装置，对工件、刀具等进行监测，实时监视加工的全部过程，发现工件尺寸超差、刀具磨损或崩刃破损，便立即报警，并给予补偿或调换刀具。4．复合化复合化加工是通过增加机床的功能，减少工件加工过程中的定位装夹次数及对刀等辅助工艺时间，从而提高机床生产率。复合化加工还可减少辅助工序，减少夹具和加工机床数量，对降低整体加工和机床维护费用有利。11．

以数控为基础的现代制造技术(1)．柔性制造单元（FMC）FMC是在制造单元的基础上发展起来的，又具有一定的柔性。所谓柔性是指能够较容易地适应多品种、小批量的生产功能。FMC可由一台或少数几台设备组成。FMC具有独立自动加工的功能，又部分具有自动传送和监控管理功能，可实现某些产品的多品种小批量的加工。

图1-14带有机器人的FMS图1-15带有托盘交换系统的FMS(2)．柔性制造系统（FMS）

FMS是一个由中央计算机控制的自动化制造系统。它是由一个传输系统联系起来的一些设备（通常是具有换刀装置的数控机床或加工中心）。传输装置把工件放在托盘或其他连接装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动。采用FMS后，可显著提高劳动生产率，大大缩短制造周期，提高机床利用率，减少操作人员数量，压缩在制品数量和库存量，因而使成本大为降低，缩小了生产场地，提高了经济效益。FMS由加工系统、物料输送系统和信息系统组成。(3)．计算机集成制造系统（CIMS）

CIMS就是用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，以求得企业的总体效益。采用CIMS有以下好处。①工程设计自动化方面：可采用现代化工程设计手段，如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM），提高产品的研制和生产能力，保证产品设计和工艺设计质量，缩短设计周期，从而加快产品更新换代速度，满足用户要求。②加工制造方面：可采用诸如FMC、FMS、DNC等先进技术，提高制造质量，增加制造过程柔性；提高设备利用率，缩短产品制造周期，增强生产能力。③经营管理方面：使企业的经营决策科学化。在市场竞争中，可使产品报价快速、准确和及时；在生产过程中，可有效地解决生产“瓶颈”，减少在制品，使库存量压到最低水平，减少制造过程中占用的资金，减少仓库面积，从而可降低生产成本，加速企业的资金周转。总之，计算机集成制造系统是通过计算机、网络、数据库等硬、软件将企业的产品设计、加工制造、经营管理等方面的所有活动集成起来，使企业的产品质量大幅度提高，缩短产品开发和生产周期，提高生产效率，降低生产成本。CIMS被称为21世纪的生产模式。CIMS通常由管理信息系统、产品设计与制造工程设计自动化系统、制造自动化系统、质量保证系统、计算机网络系统和数据库系统6个分系统组成，它们之间的关系，如图1-16所示中。

图1-16CIMS的组成图

1.2数控编程的步骤与方法手工编程手工编程主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。自动编程自动编程即计算机辅助编程，是利用计算机及专用自动编程软件，以人—机对话方式确定加工对象和加工条件，自动进行运算并生成指令的编程过程。1.2.1数控编程的方法

数控加工中心与对刀有关的概念刀位点：刀具的基准点。起刀点：刀具相对零件运动的起点。对刀点：确定工件坐标系与机床坐标系的关系点。１.2.2数控机床坐标系

1．确定数控车床坐标系及运动方向坐标系的命名(一般假定被加工工件静止，刀具在动，并规定刀具远离工件的方向为坐标的正方向）在笛卡儿坐标系中，用X、Y、Z表示3个直线坐标轴；围绕X、Y、Z各轴的回转坐标轴分别为A、B、C坐标轴，其正方向分别为+A、+B、+C用右手螺旋定则判断。右手直角笛卡儿坐标系2．机床坐标轴的确定方法(Ｚ轴－Ｘ轴－Ｙ轴)

（1）先确定Z轴一般是选取产生切削力的主轴作为Z轴，规定刀具远离的方向作为Z轴的正方向。（2）再确定X轴

X轴一般平行于工件装夹面且与Z轴垂直。①对于工件旋转的机床，刀具远离工件旋转中心的方向为X轴的正向。②对于刀具旋转的机床，若主轴为垂直的面对刀具主轴朝立柱看时，X轴正向指向右；若主轴为水平方向时，当从主轴向工件看时，X轴正向指向右。（3）最后确定Y轴Y轴垂直于X轴和Z轴。当X轴和Z轴及正方向确定后，按右手直角笛卡儿坐标系即可判定Y轴及正方向。（4）机床的附加坐标系如果在X、Y、Z坐标的运动之外还有第二组和第三组坐标平行于它们，则分别用U、V、W和P、Q、R指定。（5）机床的回转坐标数控机床上有回转进给运动时，且回转轴线平行于X、Y或Z坐标，则对应的回转坐标分别为A、B或C坐标。1.2.3机床坐标系与工件坐标系

３．机床原点与机床参考点机床原点：称为机械原点，是机床坐标系的原点。该点是机床上一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的。机床参考点：是机床坐标系中一个固定不变的极限点，一般设置在刀具运动的X、Y、Z轴正向最大极限位置，由机械挡块确定。工件坐标系：由编程人员根据零件图样及加工工艺，以零件上某一固定点为原点建立的坐标系，又称为编程原点数控车床加工零件一般设在工件的左或右端面。数控铣床加工零件的工件原点选择时应注意，工件原点应选在零件图的尺寸基准上，对称零件原点设在对称中心，一般零件原点设在外轮廓的某一角上。Z轴方面的原点，一般设在工件上表面，并尽量选在精度较高的工件表面上。４．工件坐标系与工件原点

3、数控编程的格式

①．程序的结构一个完整的程序由程序名、程序的内容和程序结束3部分组成。②．程序段格式程序段格式是指在同一个程序段中关于字母、数字、符号等各个信息代码的排列顺序和含义的规定表示方法。如：G01X20.0Y50.0F100例如图所示，为了将刀具从P1点移到P2点，必须在程序段中明确以下几点：①移动的目标是那里？②沿什么样的轨迹移动？③移动速度有多快？④刀具的切削速度是多少？⑤选择哪一把刀移动？⑥机床还需要哪些辅助动作?

③．程序字说明程序字是组成程序的最基本单元，它是由地址字符和数字字符组成的。顺序号字：又称程序段号，位于程序段之首，用地址符N和后面的若干位数字（常用2～4位）来表示，与程序执行的先后次序无关。准备功能字：地址符为G，又称G功能或G代码。G代码由地址字G加后2位数值组成，从G00～G99共100种。FANUC0i系统常用的G功能一览表坐标尺寸字：尺寸字给定机床在各种坐标上的移动方向和位移量，由尺寸地址符和带正、负号的数字组成。进给功能字：由地址符F和若干位数字组成，又称F功能或F指令。它的功能是指定切削的进给速度。单位有每转进给（mm/r）和每分钟进给（mm/min）两种G98mm/min\G99mm/r)主轴转速功能字：由地址符S和若干位数字组成，又称S功能或S指令，后面的数字直接指定主轴的转速，单位为r/min。

刀具功能字：由地址符T和若干位数字组成，又称T功能或T指令，主要用来指定加工所用的刀具和刀具补偿号。辅助功能字：由地址字M和其后的两位数字组成，又称M功能。M指令有M00～M99共100种。程序段结束：每一程序段后，都必须有一个结束符表示程序段结束。当用EIA标准代码时，结束符为“CR”；用ISO标准代码时，结束符为“NL”或“LF”。有的用符号“；”、“*”、“#”表示结束。FANUC0i系统常用的M功能一览表辅助功能M指令

表3.2是中华人民共和国机械行业标准JB/T3208-1999规定的辅助功能M代码的定义表。常用的M指令功能及其应用如下：（1）程序停止指令：M00功能：执行完包含M00的程序段后，机床停止自动运行，此时所有存在的模态信息保持不变，用循环启动使自动运行重新开始。（程序无条件暂停，用于检验工件，为非模态指令）

程序计划停止指令：M01功能：与M00类似，执行完包含M01的程序段后，机床停止自动运行，只是当机床操作面板上的任选停机的开关置1时，这个代码才有效。（选择性暂停）

主轴顺时针方向旋转、主轴逆时针方向旋转、主轴停指令：M03、M04、M05功能：开动主轴时，M03指令可使主轴按右旋螺纹进入工件的方向旋转，M04指令可使主轴按右旋螺纹离开工件的方向旋转。M05指令可使主轴在该程序段其它指令执行完成后停转。格式：

M03S

M04S

M05说明：数控机床的主轴转向的判断方法是，沿+Z方向看，顺时针方向旋转为正转，逆时针方向旋转为反转。

换刀指令：M06功能：自动换刀。用于具有自动换刀装置的机床，如加工中心、数控车床。格式：M06T0101

说明：当数控系统不同时，换刀的编程格式有所不同，具体编程时应参考操作说明书。

程序结束指令：M02或M30

功能：该指令表示主程序结束，同时机床停止自动运行，CNC装置复位。M30还可使控制返回到程序的开头，故程序结束使用M30比M02要方便些。

说明：该指令必须编在最后一个程序段中。

对于BEIJING-FANUC0i系统，一般情况下，在一个程序段中仅能指定一个M代码。但是，设定参数No.3