1、數控車床培訓一.精要v授課內容數控機床的編程與操作v v v 授課老師：刁燕數控車床培訓一.精要第第1章章 數控加工編程基礎數控加工編程基礎1.1數控加工編程基礎數控加工編程基礎 1.21.31.4數控車床培訓一.精要1.1數控機床的基本知識數控機床的基本知識v1.1.1 數控機床的產生和發展歷程 v1.數控技術與數控機床v 數控即數字控制(Numerical Control，簡稱NC），數控技術即NC技術，是用數字化信號發出指令并控制機械執行預定動作的技術。計算機數控(Computer Numerical Control，簡稱CNC）是指用計算機，按照存儲在計算機內讀寫存儲器中的控制程序去執

2、行數控裝置的一部分或全部數控功能，實現部分或全部的數控功能。 采用數控技術實現數字控制的一整套裝置和設備，稱為數控系統。v 數控機床就是裝備有數控系統，采用數字信息進行自動控制機床運動及其加工過程的機床。它是用輸入專用或通用計算機中的數字信息來控制機床的運動，自動將零件加工出來。 數控車床培訓一.精要v2.數控機床的產生和發展v 數控機床主要是為了實現復雜多變零件的自動化加工而產生的，數控機床的發展，依賴于電子技術、計算機技術、自動控制和精密測量技術的發展，軟件式數控是采用微處理器及大規模或超大規模集成電路組成的數控系統，它具有很強的程序存貯能力和控制功能，這些控制功能是由一系列控制程序 (駐

3、留系統內）來實現的。軟件或數控系統通用性很強，幾乎只需要改變軟件，就可以適應不同類型機床的控制要求，具有很大的柔性。目前微型機數控系統幾乎完全取代了以往的普通數控系統。 數控車床培訓一.精要1.1.2數控機床的組成及加工原理v1數控機床的組成v數控機床主要由以下幾部分組成，如圖1-1所示。v（1）控制介質與程序輸入輸出設備v（2） 數控裝置v（3）伺服系統v（4）輔助控制裝置v（5）機床本體v2.數控機床的加工原理數控車床培訓一.精要機床本體機床本體 主主 進進 輔輔運運 給給 助助動動 運運 動動機機 動動 作作構構 機機 機機 構構 構構電控制裝置電控制裝置輔助控制及強輔助控制及強 數數

4、控控 裝裝 置置CNC輸入輸出裝置輸入輸出裝置置檢測裝置置檢測裝置伺服驅動及位伺服驅動及位圖1-1 數控機床的組成數控車床培訓一.精要零件圖工藝分析刀具方案夾具方案工藝設計刀輔具選擇刀具確定刀具調整卡手工編程自動編程組合夾具通用夾具程序單刀具調整手動輸入紙帶輸入夾具調整數控機床通訊傳輸(R232C)合格零件圖1-2 數控機床的加工過程數控車床培訓一.精要1.1.3 數控機床的分類 v1按工藝用途分v（1）金屬切削類數控機床v（2）金屬成型類數控機床v（3）特種加工類數控機床v（4）其他類數控機床v2按控制運動軌跡分類v（1）點位控制數控機床v（2）直線控制數控機床v（3）輪廓控制數控機床數控車

5、床培訓一.精要v3. 按伺服系統的控制方式分類v （1）開環伺服系統v工作原理：每當數控裝置發出一個指令脈沖信號，就使步進電動機的轉子旋轉一個固定角度，機床工作臺移動一定的距離。v特點： 開環伺服系統沒有工作臺位移檢測裝置，對機械傳動精度誤差沒有補償和校正，工作臺的位移精度完全取決于步進電動機的步距角精度、齒輪箱中齒輪副和絲杠螺母副的精度與傳動間隙等，所以這種系統很難保證較高的位置控制精度。同時由于受步進電動機性能的影響，其速度也受到一定的限制。但這種系統的結構簡單、調試方便、工作可靠、穩定性好、價格低廉，因此被廣泛用于精度要求不太高的經濟型數控機床上。數控車床培訓一.精要v（2）閉環伺服系統

6、v工作原理：數控裝置發出位移指令脈沖，經電動機和機械傳動裝置使機床工作臺移動，安裝在工作臺上的位量檢測器把機械位移變成電學量，反饋到輸入端與輸入信號相比較，得到的差值經過放大和變換，最后驅動工作臺向減少誤差的方向移動。如果輸入信號不斷地產生，則工作臺就不斷地跟隨輸入信號運動。v特點：閉環伺服系統的位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，將工作臺的實際位置檢測出來并與CNC裝置的指令進行比較，用差值進行控制，因而可以達到很高的定位精度，同時還能達到較高的速度。在精度要求高的大型和精密機床上應用十分廣泛。由于系統增加了檢測、比較和反饋裝置，所以結構比較復雜，不穩定因素多，調試維修比較困難 .數控車床培訓一

7、.精要v（3）半閉環伺服系統v 半閉環控制系統是在開環控制系統的伺服機構中裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服機構的滾珠絲杠轉角間接檢測移動部件的位移，然后反饋到數控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進行比較，用比較后的差值進行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止的控制系統。v特點：半閉環控制系統伺服機構沒有將絲杠螺母機構齒輪機構等傳動機構包括在閉環中，所以這些傳動機構的傳動誤差仍然會影響移動部件的位移精度。但半閉環伺服系統將慣性大的工作臺安排在閉環之外，系統調試較容易，穩定性好。所能達到的精度、速度和動態特性優于開環伺服機構，為大多數中小型數控機床所采用。數控車床培訓一.精要v4按可控制軸

8、數與聯動軸數分類v 可控制軸數是指系統最多可以控制的坐標軸數目，聯動軸數是指數控系統按加工要求控制同時運動的坐標軸數目。v 多坐標軸按照一定的函數關系同時協調運動，稱為多軸聯動。按照聯動軸數可以分為：v（1）兩軸聯動v（2）兩軸半聯動 v（3）三軸聯動v（4）多坐標聯動 數控車床培訓一.精要1.1.4 數控機床的加工特點v1適應性強，用于單件小批量和具有復雜型面的工件的加工.v2加工精度高，加工零件質量穩定.v3生產效率高.v4能實現復雜的運動.v5減輕勞動強度，改善勞動條件 .v6有利于生產管理.數控車床培訓一.精要1.3 數控機床坐標系數控機床坐標系v1.3.1標準坐標系及其運動方向v機床

9、相對運動的規定v 2坐標系的規定v 在數控機床上加工零件，機床的動作是由數控系統發出指令來控制的，為了確定機床上運動的位移和運動的方向，需要坐標系來實現，這個坐標系叫標準坐標系，也稱為機床坐標系。v 數控機床上的坐標系采用右手笛卡爾直角坐標系。圍繞X、Y、Z坐標旋轉的旋轉坐標分別用A、B、C表示，根據右手螺旋定則，大拇指的指向為X、Y、Z坐標中任意軸的正向，則其余四指的旋轉方向即為旋轉坐標A、B、C的正向，數控車床培訓一.精要+ Z+ Y+ Z+ C+ X+ Y+ B+ X+ A+ A 、 + B或+ C+ X 、 + Y 或 + Z圖1-9 右手笛卡爾直角坐標系數控車床培訓一.精要v3、運動

10、方向的規定vJB3051-82中規定：機床某一部件運動的正方向是增大刀具與工件之間距離的方向。v（1）Z坐標 v Z坐標的運動由傳遞切削力的主軸決定，即平行主軸軸線的坐標軸為Z坐標。v（2）X坐標v X坐標平行于工件的裝夾面，一般是水平的。對于工件旋轉的機床，X坐標的在工件的徑向上，且平行于橫向拖板。刀具離開工件旋轉中心的方向為X坐標的正方向，X運動的正方向指向右，v（3）Y坐標 v Y坐標軸垂直于X、Z坐標軸。Y坐標的正方向根據X和Z坐標的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標系來確定。數控車床培訓一.精要圖1-10 機床坐標系數控車床培訓一.精要1.3.2機床原點與機床參考點v1.機床原點v 機床

11、原點又稱機械原點，是機床坐標系的原點。該點是機床上設置的一個固定點，它在機床裝配、調試時就已確定下來，是數控機床進行加工運動的基準參考點。v 數控車床的機床原點一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點處，如圖1-11所示。 數控銑床的機床原點一般取在X、Y、Z坐標的正方向極限位置上，如圖1-12所示。 v2.機床參考點v 機床參考點的位置是由機床制造廠家在每個進給軸上用限位開關精確調整好的，坐標值已輸入數控系統中。v 通常在數控銑床上機床原點和機床參考點是重合的；而在數控車床上機床參考點是離機床原點最遠的極限點。圖1-13所示為數控車床的參考點與機床原點。數控車床培訓一.精要圖1-11 車床的機床原

12、點圖1-12 銑床的機床原點數控車床培訓一.精要圖1-13 數控車床的參考點數控車床培訓一.精要v1.3.3編程坐標系v 編程坐標系是編程人員根據零件圖樣及加工工藝等建立的坐標系。v 編程坐標系一般供編程使用，確定編程坐標系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置。如圖1-14所示，其中O2即為編程坐標系原點 數控車床培訓一.精要圖1-14 編程坐標系數控車床培訓一.精要v1.3.4加工坐標系v 加工坐標系是指以確定的加工原點為基準所建立的坐標系。v 加工原點也稱為編程原點，是指零件被裝夾好后，相應的編程原點在機床坐標系中的位置。 v 加工原點一般按如下原則選取：v(1) 加工原點應選在工件圖

13、樣的尺寸基準上。 v(2) 能使工件方便地裝夾、測量和檢驗。v(3) 盡量選在尺寸精度、光潔度比較高的工件表面上，這樣可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。v(4) 對于有對稱幾何形狀的零件，加工原點最好選在對稱中心點上。 數控車床培訓一.精要1.4 數控加工的工藝設計v1.4.1數控加工工藝內容的選擇v 1.適于數控加工的內容v（1）通用機床無法加工的內容應作為優先選擇內容； v（2）通用機床難加工，質量也難以保證的內容應作為重點選擇內容； v（3）通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內容。v 2.不適于數控加工的內容v（1）占機調整時間長。v（2）加工部位分散，需要多次安裝、

14、設置原點。v（3）按某些特定的制造依據（如樣板等）加工的型面輪廓。數控車床培訓一.精要1.4.2 數控加工零件圖的工藝性分析v 被加工零件的數控加工工藝性問題涉及面很廣，下面結合編程的可能性和方便性提出一些必須分析和審查的主要內容。v1.尺寸標注應符合數控加工的特點 v2.幾何要素的條件應完整、準確v3.定位基準可靠v4.統一幾何類型及尺寸數控車床培訓一.精要1.4.3數控加工的工藝設計v1加工方法的選擇v 一般地，數控車床適合于加工形狀比較復雜的軸類零件和由復雜曲線回轉形成的模具內型腔；立式數控銑床適合于加工平面凸輪、樣板、形狀復雜的平面或立體零件，以及模具的內、外型腔等；臥式數控銑床則適合

15、于加工箱體、泵體和殼體類零件；多坐標聯動的加工中心還可以用于加工各種復雜的曲線、曲面、葉輪和模具等。v2工序的劃分v（1）工序的劃分的原則v工序的劃分原則有工序集中原則和工序分散原則兩種。 v（2）工序劃分方法 v 按零件裝夾定位方式劃分v 按所用刀具劃分v 按粗、精加工劃分v 按加工部位劃分數控車床培訓一.精要v3加工順序的安排v 基面先行原則v 先粗后精原則 v 先面后孔原則v 先主后次原則 v4零件的定位與夾具的選擇v（1）定位與夾緊方案的選擇v 盡可能使設計基準、工藝基準與編程計算基準統一。v 減少裝夾次數，盡可能在一次裝夾后能加工出全部待加工表面。v 避免采用占機人工調整時間長的裝夾

16、方案。v 夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位。1.4.3數控加工的工藝設計數控車床培訓一.精要v（2）選擇夾具的基本原則v 數控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能協調零件和機床坐標系的尺寸關系。同時考慮以下幾點：v 單件小批量生產時優先選用組合夾具、可調夾具和其他通用夾具，以縮短生產準備時間和節省生產費用。 v 零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間，減少輔助時間。v 夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工。即夾具要開敞，其定位夾緊機構元件不能影響加工中的走刀（如產生碰撞等）。v 為提高數控加工效率，批量較大的零

17、件加工可采用氣動或液壓夾具、多工位夾具。v 為滿足數控加工精度，要求夾具定位、夾具精度高。 1.4.3數控加工的工藝設計數控車床培訓一.精要v5.確定走刀路線和工步順序v 走刀路線是刀具在整個加工工序中相對于工件的運動軌跡，它不但包括了工步的內容，而且也反映出工步的順序。走刀路線是編寫程序的依據之一。走刀路線的確定在數控車削編程和數控銑削編程的對應章節中作具體介紹。 v6.刀具與切削用量的選擇v（1）刀具的選擇v 選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內容和工件材料等因素。數控加工不僅要求刀具的精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩定、安裝調整方便。1.4.3數控加工的工藝設計數控車床培訓一

18、.精要v（2）切削用量的選擇v（3）切削用量的選擇原則v 粗加工時切削用量的選擇原則 首先選取盡可能大的背吃刀量；其次要根據機床動力和剛性的限制條件等，選取盡可能大的進給量；最后根據刀具耐用度確定最佳的切削速度。v 精加工時切削用量的選擇原則 首先根據粗加工后的余量確定背吃刀量；其次根據已加工表面的粗糙度要求，選取較小的進給量；最后在保證刀具耐用度的前提下，盡可能選取較高的切削速度。1.4.3數控加工的工藝設計數控車床培訓一.精要v7.對刀點與換刀點的確定v（1）對刀點v 對刀點是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準點。對于數控機床來說，在加工開始時，確定刀具與工件的相對位置是很重要的，這一

19、相對位置是通過確認對刀點來實現的。對刀點可以設置在被加工零件上，也可以設置在夾具上與零件定位基準有一定尺寸聯系的某一位置，有時對刀點就選擇在零件的加工原點。對刀點的選擇原則如下。v 所選的對刀點應使程序編制簡單。v 對刀點應選擇在容易找正、便于確定零件加工原點的位置。v 對刀點應選在加工時檢驗方便、可靠的位置。v 對刀點的選擇應有利于提高加工精度。1.4.3數控加工的工藝設計數控車床培訓一.精要v7.對刀點與換刀點的確定v（2）刀位點v刀位點是指刀具的定位基準點。在進行數控加工編程時，往往是將整個刀具濃縮視為一個點，那就是刀位點。它是在刀具上用于表現刀具位置的參照點。一般來說，立銑刀、端銑刀的刀位點是刀具軸線與刀具底面的交點；球頭銑刀的刀位點是球頭的球心點或球頭頂點；鏜刀、車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭是鉆尖或鉆頭底面中心；線切割的刀位點則是線電極的軸心與零件面的交點。常見刀具的刀位點如圖1-15所示。1.4.3數控加工的工藝設計數控車床培訓一.精要圖1-15 刀位點1.4.3數控加工的工藝設計數控車床培訓一.精要v1.4.4 數控編程中的數值計算v1.基點和節點的坐標計算v2.刀位點軌跡的計算v 刀位點時標志刀具所處不同位置的坐標點，不同類型的刀具其刀位點不同，數控系統就是從對刀點開始控制刀位點運動，并由刀具的切削刃加工出所要求的零件輪廓，零