2. 机械工程实践中心课件 机床数控技术

3. 目 录 第一部分 机床数控技术的基本知识 第 二 部分 数控机床的手工编程与操作

4. 第一部分 机床数控技术的基本知识 兰州交通大学机械工程实践中心

5. §1 有关机床数控的概念 1 、数控（ NC ） 数字控制（ Numerical control ）的简称。 指用数字信息通过控制装置实现对机械设 备动作的控制。 2 、数控系统（ NCS ） 数字控制系统（ Numerical Control System ）的简称。指采用数控技术的控制 系统。 3 、数控设备（ NCU ） 数字控制设备（ Numerical Control U ）的 简称，指装备了数控系统的受控设备。

6. §1 有关机床数控的概念（续） 4 、机床数控技术 机床数字控制技术的简称，指用数字化的信 息对机床实行控制的一门技术。 5 、数控机床 数字控制机床（ Numerical Control tools ） 的简称，指装备了数控系统的机床，包含在 数控设备中。国际信息处理联盟第五技术委 员会对数控机床作了如下定义：数控机床是 一个装有程序控制系统的机床，该系统能够 逻辑地处理具有使用号码，或其它符号编码 指令规定的程序。

7. §2 数控机床的优点

8. §2 数控机床的优点 ( 续 ) 数控铣削加工的零件 加工中心加工的零件

9. §2 数控机床的优点（续） 1 、适合于复杂形状零件的加工 2 、加工精度和尺寸重复精度高，加工质量稳 定性好。 3 、实现计算机控制，排除人为误差。 4 、生产效率高，经济效益明显。 5 、减轻工人劳动强度，改善劳动条件，可以 实现一人多机操作。 6 、可以精确地计算成本和安排生产进度，有 利于生产管理的现代化。

10. §3 数控机床的组成 1 、输入输出装置 2 、数控系统（亦称 CNC 装置） 3 、伺服系统 4 、位置检测装置（亦称反馈元件） 5 ．辅助装置 6 ．机床本体

11. §3 数控机床的组成（续） 数控机床的逻辑组成

12. §3 数控机床的组成（续） FANUC 系列 150i B 型数控装置

13. §4 数控机床的工作过程 数控机床加工一个零件的过程

15. §5 数控机床的应用范围 数控机床的应用范围

16. §5 数控机床的应用范围（续） 1 批量小而又多次重复生产的零件； 2 几何形状、结构复杂的零件； 3 在加工过程中必须进行多种加工的零件； 4 切削余量大的零件 5 必须严格控制公差的零件 6 需要频繁改型的零件 7 加工过程中如果发生错误将会造成严重浪费 的贵重零件 8 需要全部检验的零件；

17. §6 数控机床的分类 二、按伺服系统类型分类 1 、开环控制数控机床

18. §6 数控机床的分类（续） 2 、闭环控制数控机床

19. §6 数控机床的分类（续） 3 、半闭环控制数控机床

20. §6 数控机床的分类（续） 二、按控制系统的特点分类 1 、点位控制数控机床

21. §6 数控机床的分类（续） 1 、点位控制数控机床

22. §6 数控机床的分类（续） 2 、直线控制数控机床

23. §6 数控机床的分类（续） 2 、直线控制数控机床

24. §6 数控机床的分类（续） 3 、轮廓控制数控机床

25. §6 数控机床的分类（续） 3 、轮廓控制数控机床

26. §6 数控机床的分类 ( 续 ) 三、按加工工艺及机床用途的类型分类 1 、金属切削类 2 、金属成型类 3 、特种加工类 4 、测量绘图类 四、按同时控制坐标轴数分类 1 、两坐标数控机床 2 、 5/2 坐标数控机床（两坐标半联动） 3 、三坐标数控机床 4 、多坐标数控机床

27. §7 数控机床坐标系的确定

28. 1 、坐标轴的确定规则 1 ）假设：工件固定，刀具相对工件运动。 1 ）假设：工件固定，刀具相对工件运动。 2 ）标准：右手笛卡儿直角坐标系（拇指为 X 向， 食指为 Y 向，中指为 Z 向）。 2 ）标准：右手笛卡儿直角坐标系（拇指为 X 向， 食指为 Y 向，中指为 Z 向）。 X Y Z X、Y、ZX、Y、ZX、Y、ZX、Y、Z +A 、 +B 、 +C X Z Y +C +B +A 基本坐标： X 、 Y 、 Z 轴 由右手定则确定 回转坐标： A 、 B 、 C 轴 由右手螺旋法则 确定

29. 2 、坐标轴的确定方法 顺序：先 确定 Z 轴，再确定 X 轴，最后确定 Y 轴。 顺序：先 确定 Z 轴，再确定 X 轴，最后确定 Y 轴。 1）Z轴1）Z轴 有主轴的机床 有主轴的机床 以平行于主轴的方向为 Z 坐标轴；通常规 定机床的主轴作为 Z 坐标轴 。 以平行于主轴的方向为 Z 坐标轴；通常规 定机床的主轴作为 Z 坐标轴 。 没有主轴的机床 没有主轴的机床 以垂直于工件装夹面的方向为 Z 坐标。 以垂直于工件装夹面的方向为 Z 坐标。 刀具远离工件的方向为 Z 轴的正方向。

30. +Z 数控车床

31. +Z +Z 立式 5 轴数控铣床立式 3 轴数控铣床

37. 3 ） Y 轴 右手笛卡儿直角坐标系（拇指为 X 向，食指为 Y 向，中 指为 Z 向）。 右手笛卡儿直角坐标系（拇指为 X 向，食指为 Y 向，中 指为 Z 向）。 4 ）回转坐标 A 、 B 、 C +Z +X 立式 5 轴数控铣床 +Y +A +C X Y Z X、Y、ZX、Y、ZX、Y、ZX、Y、Z +A 、 +B 、 +C X Z Y +C +B +A 用右手螺旋法则判断。

38. 1 、数控机床程序编制的内容和步骤 §8 数控加工程序的结构

39. 1 、程序的组成 §8 数控加工程序的结构（续）

40. 2 、程序代号 放在程序的最开始，给零件加工程序 一个编号，以便进行程序检索，并说明该 零件加工程序开始。 放在程序的最开始，给零件加工程序 一个编号，以便进行程序检索，并说明该 零件加工程序开始。 格式： O_ _ _ _ 格式： O_ _ _ _ 说明：程序名由字母 O( 或 P 或符号％ ) 以及 1 ～ 8 位数字组成。 说明：程序名由字母 O( 或 P 或符号％ ) 以及 1 ～ 8 位数字组成。 举例： O0001 举例： O0001 §8 数控加工程序的结构 ( 续 )

41. 3 、程序段 由若干单节组成，每一个单节由程序段号 ( 顺序 号 ) 、程序内容、程序段结束符组成。 由若干单节组成，每一个单节由程序段号 ( 顺序 号 ) 、程序内容、程序段结束符组成。 格式： N_ G_ X_Y_Z_ F_ S_ T_ M_ ； 格式： N_ G_ X_Y_Z_ F_ S_ T_ M_ ； 说明： N— 程序段号，后跟 1 ～ 5 位数字； 说明： N— 程序段号，后跟 1 ～ 5 位数字； G 、 M— 指令代码，后跟 2 位数字； G 、 M— 指令代码，后跟 2 位数字； X 、 Y 、 Z ±_. _— 进给坐标轴及进给量； X 、 Y 、 Z ±_. _— 进给坐标轴及进给量； F— 进给速度功能； F— 进给速度功能； S— 主轴功能； S— 主轴功能； T— 刀具功能； T— 刀具功能； ; — 程序段结束符。 ; — 程序段结束符。 举例： 举例： N30 G01 G42 X150. Y400. F200; §8 数控加工程序的结构 ( 续 )

42. 4 、程序结束标志 放在程序的末尾，说明该程序 ( 或子程 序 ) 结束。 放在程序的末尾，说明该程序 ( 或子程 序 ) 结束。 格式： M02; 或 M30; 或 M99; 格式： M02; 或 M30; 或 M99; 说明： M02 ( 或 M30) 为主程序结束标 志， M99 为子程序结束标志。 说明： M02 ( 或 M30) 为主程序结束标 志， M99 为子程序结束标志。 举例： M02; 举例： M02; §8 数控加工程序的结构 ( 续 )

43. 5 、子程序 在程序中把某些固定顺序或重复出现的 程序单独抽出来、编成一个程序供调用。 在程序中把某些固定顺序或重复出现的 程序单独抽出来、编成一个程序供调用。 格式：与主程序同。 格式：与主程序同。 说明：调用格式为 说明：调用格式为 M98 P---- L---- 。 M98 P---- L---- 。 §8 数控加工程序的结构 ( 续 )

44. 举例： §8 数控加工程序的结构（续）

45. §9 数控机床的插补功能 一、快速定位指令（ G00 指令） 1 ．功能：从所在点，按机床提供的快速进给速度移 动到规定位置。 2 ．格式： G00 X- Y- Z- ； 3 ．说明： （ 1 ） G00 模态指令； （ 2 ） G00 快速定位的速度与以前程序段中的进给速度 无关； （ 3 ） G00 开始时刀具逐渐加速至设定速度，快速移动 接近目标点后，再减速至目标点； （ 4 ）不能用于切削加工。

46. §9 数控机床的插补功能 ( 续 ) 二、直线插补（ G01 指令） 1 、功能：以给定的进给速度，采用直线插补 方式进行切削加工。 2 、格式： G01 X- Y- Z- F- ； 3 、说明： ①模态指令； ②最初的 G01 指令单节中的速度 F 必须指 定，否则进给速度被认为是 0 ，执行程序时， 机械不能动，并产生警示。

47. §9 数控机床的插补功能 ( 续 ) 三、圆弧插补指令（ G02 ， G03 指令） 1 、功能 使刀具在给定平面内，以给定的进给速度进行顺 时针（逆时针）圆弧插补加工，切削出圆弧轮廓。 2 、格式 G17 G02 （ G03 ） X- Y- I- J- F- ； XY 平面 R- G18 G02 （ G03 ） X- Z- I- K- F- ； XZ 平面 R- G19 G02 （ G03 ） Y- Z- J- K- F- ； YZ 平面 R-

48. 第二部分 数控机床的手工编程与操作 兰州交通大学机械工程实践中心

49. §1 数控车床的手工编程 1. 熟悉数控车床的操作面板 2. 采用单段运行方式练习数控车床的常用加工指令操 作

50. §1 数控车床的手工编程 3. 手工编程 如图所示工件，毛坯为 φ45 ㎜ ×120 ㎜棒材，材料为 45 钢，数控车削端 面、外圆。 （ 1 ）根据零件图样要求、毛坯情况，确定工艺方案及加工路线 1 ）对短轴类零件，轴心线为工艺基准，用三爪自定心卡盘夹持 φ45 外圆，使工件 伸出卡盘 80 ㎜，一次装夹完成粗精加工。 2 ）工步顺序 ① 粗车端面及 φ40 ㎜外圆，留 1 ㎜精车余量。 ② 精车 φ40 ㎜外圆到尺寸。

51. §1 数控车床的手工编程 ( 续 ) （ 2 ）选择机床设备 根据零件图样要求，选用经济型数控车床即可达到要求。故 选用 SK50 型数控卧式车床。 （ 3 ）选择刀具 根据加工要求，选用两把刀具， T01 为 90° 粗车刀， T03 为 90° 精车刀。同时把两把刀在自动换刀刀架上安装好，且都对好 刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。 （ 4 ）确定切削用量 切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合 实际经验确定，详见加工程序。 （ 5 ）确定工件坐标系、对刀点和换刀点 确定以工件右端面与轴心线的交点 O 为工件原点，建立 XOZ 工件坐标系。 采用手动试切对刀方法（操作与前面介绍的数控车床对刀方 法基本相同）把点 O 作为对刀点。换刀点设置在工件坐标系 下 X55 、 Z20 处。

52. §1 数控车床的手工编程 ( 续 ) （ 6 ）编写程序 ( 以 SK50 车床为例 ) 按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成 程序清单。该工件的加工程序如下： N0010 G59 X0 Z100 ；设置工件原点 N0020 G90 N0030 G92 X55 Z20 ；设置换刀点 N0040 M03 S600 N0050 M06 T01 ；取 1 号 90° 偏刀，粗车 N0060 G00 X46 Z0 N0070 G01 X0 Z0 N0080 G00 X0 Z1 N0090 G00 X41 Z1 N0100 G01 X41 Z-64 F80 ；粗车 φ40 ㎜外圆，留 1 ㎜精车余量 N0110 G28 N0120 G29 ；回换刀点 N0130 M06 T03 ；取 3 号 90° 偏刀，精车 N0140 G00 X40 Z1 N0150 M03 S1000 N0160 G01 X40 Z-64 F40 ；精车 φ40 ㎜外圆到尺寸 N0170 G00 X55 Z20 N0180 M05 N0190 M02

53. §2 数控车床的操作 1. 安装 1 ）工装夹具 ; 2 ）工件毛坯 ; 3 ）刀具 2. 程序的输入（手动输入或 RS-232 接口输入） 3. 对刀建立工件坐标系 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 以设在零件上、夹具上或机床上，对刀时应使对刀点与刀位点重合。 1 ）外径刀的对刀方法 Z 向对刀如 (a) 所示。先用外径刀将工件端面 ( 基准面 ) 车削出来； 车削端面后，刀具可以沿 X 方向移动远离工件，但不可 Z 方向移动。 Z 轴对刀输入： “Z0 测量 ” 。 X 向对刀如 (b) 所示。车削任一外径后，使刀具 Z 向移动远离工 件，待主轴停止转动后，测量刚刚车削出来的外径尺寸。例如，测 量值为 Φ50.78mm, 则 X 轴对刀输入： “X50.78 测量 ” 。

54. §2 数控车床的操作 ( 续 ) 2 ）内孔刀的对刀方法 类似外径刀的对刀方法。 Z 向对刀内孔车刀轻微接触到己加工好的基准面（端面）后， 就不可再作 Z 向移动。 Z 轴对刀输入： “Z0 测量 ” 。 X 向对刀任意车削一内孔直径后， Z 向移动刀具远离工件，停 止主轴转动，然后测量已车削好的内径尺寸。例如，测量值为 Φ45.56mm ，则 X 轴对刀输入： “X45.56 测量 ” 。 3 ）钻头、中心钻的对刀方法 Z 向对刀如（ a ）所示。钻头 ( 或中心钻 ) 轻微接触到基准面后， 就不可再作 Z 向移动。 Z 轴对刀输入： “Z0 测量 ” 。 X 向对刀如（ b ）所示。主轴不必转动，以手动方式将钻头沿 X 轴移动到钻孔中心，即看屏幕显示的机械坐标到 “X0.0” 为止。 X 轴 对刀输入： “X0 测量 ” 。

55. §2 数控车床的操作 ( 续 ) 4. 程序的试运行 1 ）机床锁定图形模拟运行（锁定刀具， X 、 Y 轴移动） 2 ）去掉毛坯空运行（利用空运行按钮完成） 5. 试切 1 ）单段运行 2 ）慢速连续切削 6. 程序的修改 7. 再次试切（如有问题返回 6 ） 8. 正常切削加工