1、數控車理實一體化教案2012。2(浙江ningboshi）第一章 數控機床基本知識一、數控機床的產生1947年，美國巴森茲（Parson）公司在生產直升機機翼檢驗樣板時，提出了數控機床的初始設想，這一設想迎合了美國空軍為開發航天及導彈產品的需要，于是在1949年與麻省理工學院（MIT）合作,開始了三坐標銑床的數控化工作,到1952年3月公布了世界上第一臺數控機床的試制成功，取名為:“Numerical Control"，這就是第一臺數控機床。從此，其它一些國家,如德國、日本、英國等國都開始研制數控機床，其中發展最快的還是日本,當今著名的數控系統廠商有:日本的法那科（FANUC）、德國

2、的西門子（SIEMENS）等公司。1959年美國Keaney&Treckre公司研制出具有刀庫、換刀裝置和回轉工作臺的新一代數控機床加工中心（Machining Center）誕生了，并成為數控機床的主力。自1952年開始,經歷多次的發展演變，數控機床的發展大至可分為幾下六個階段:第一階段：1952年Parson公司與MIT合作開發的第一臺電子管數控系統。第二階段：1960年出現晶體管和印刷電路板的數控系統.第三階段:1965年出現小規模集成電路的數控系統.第四階段：1970年小型計算機數控系統硬件的出現，并以軟件形式開始實現數控功能的數控系統。第五階段：1974年出現了微處理器或微型

3、計算機數控系統。第六階段:20世紀90年代后出現的PC+NC智能數控系統.二、數控技術的基本概念數字控制（Numerical Control),簡稱NC，是用數字化信息實現機床控制的一種方法。數字控制機床(Numerically Controlled Machine Tool）是采用了數字控制技術的機床,也稱數控機床。這種NC機床是由硬件來實現數控功能。計算機數控（Computer Numerical Control），簡稱CNC,它是采用微處理器或專用微機的數控系統,由事先存入在存儲器中的系統程序來控制，從而實現部分或全部數控功能，這樣的機床一般稱為CNC機床。三、數控機床的組成現代數控機床

4、一般由控制介質、數控裝置、伺服系統、測量反饋裝置和機床主機組成,如圖11所示。圖1-1 數控機床的組成1、控制介質控制介質是存儲數控加工所需程序的介質，目前常用的控制介質有穿孔帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤等.早期常用的控制介質是8單位標準穿孔帶。2、數控裝置數控裝置是數控機床的核心，它能夠完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及實現各種控制功能。3、伺服系統伺服系統是接收數控裝置的指令，是數控系統的執行部分.它包括伺服驅動電機、各種伺服驅動元件和執行機構.每個進給運動的執行部件都有相應的伺服驅動系統，而整個機床的性能主要取決于伺服系統。常用的伺服驅動元件有交流伺服系統和直流伺服系統。4、測量反饋裝

5、置測量反饋裝置是用來檢測速度和位移以及加工狀態,并將檢測到的信息轉化為電信號反饋給數控裝置，通過比較,計算出偏差，并發出糾正誤差指令。測量反饋裝置可分為半閉環和閉環兩種。5、機床主體機床主體是數控機床的本體，主要包括：床身、主軸、進給機構等機械部件,還有冷卻、潤滑、轉位部件，如換刀裝置、夾緊裝置等輔助裝置。四、數控機床的分類(一）、按控制系統的特點分類1、點位控制數控機床(Positioing Control）這類機床只控制刀具從一個坐標點到另一個坐標點的位置，而不控制運動的軌跡，因為在移動的過程中不進行任何切削加工.如數控鉆床、數控坐標鏜銑床和數控沖床等。2、直線控制系統(Strainght

6、line Control）這類機床不僅要求控制刀具從一點到另一點的位置,而且還要具有準確的定位功能.也稱點位直線控制系統。這類的機床有：數控車床、數控鏜銑床等。3、輪廓控制系統（Contour Control）輪廓控制系統是對兩個或兩個以上的坐標軸同時進行控制，具有插補功能。其運動軌跡可是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。(二）、按伺服系統的類型分類1、開環控制系統（Open Loop Control）開環控制系統是沒有檢測反饋裝置，即系統沒有位置反饋元件。這類數控機床其精度主要取決于伺服系統的性能，優點是比較穩定，調試方便。2、閉環控制系統（closed Loop Control)這類機床是在

7、機床移動部件(工作臺）上直接裝有位置檢測裝置,將測量的結果直接反饋到數控裝置中，并與輸入的指令進行比較,根據差值不斷控制運動，進行誤差補償，最終實現精確定位。閉環控制數控機床主要用在一些精度要求很高的加工中心、數控鏜銑床、超精磨床等.3、半閉環控制系統(Semiclosed Loop Control)半閉環控制系統是在開環系統的絲杠或電機上裝有檢測元件.這類機床具有穩定的控制特性.由于采用了高分辨率的測量元件，又可以獲得比較滿意的精度與速度，故大多數數控機床中采用這種半閉環控制系統。五、數控機床的特點數控機床與普通機床相比較,具有以下六個特點。1、適應范圍廣在數控機床上加工零件是按照事先編制好

8、的程序來實現自動化加工，當加工對象改變時，只須重新編制加工程序輸入到數控系統中，即可加工各種不同類型的零件。2、加工精度高由于數控機床在進給裝置中采用了滾珠絲杠螺母機構，又增加了消除絲杠螺母間隙裝置。故加工精度一般可達到0.0050。1mm之間，同時也保證了較高的質量穩定性。3、生產率高數控機床能有效地減少零件加工時間和輔助時間,同時在結構設計上也采用了有針對性的設計，主軸轉速和進給量的范圍也得到了相應增加,其切削用量是普通機床的十幾倍，再加上自動換刀裝置等輔助措施，使得數控機床的生產率非常高。4、加工質量穩定、可靠在同一臺數控機床中，使用相同刀具加工同一類零件時，其走刀軌跡也是完全一致，因此

9、加工出來的零件質量是比較穩定、可靠。5、改善勞動條件由于數控機床能夠實現自動化或半自動化;在加工中，操作者主要是程序的編輯、輸入、裝卸、刀具準備、加工狀態的觀察等，其勞動量極大地得到了降低。6、利于生產管理現代化在數控機床上加工時，可預先精確估計加工時間，所使用的刀具、夾具可進行規范化、現代化管理.數控機床使用數字信號與標準代碼為控制信息,易于實現加工信息的標準化，目前已與計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）有機地結合起來，是現代集成制造技術的基礎。六、數控車床工作原理圖電機工作臺絲桿信號齒輪主軸第二章KENT-18T編程§2。1 KENT-18T編程知識一 概要1 準備功能G指令

10、（1） 直線插補（2） 圓弧插補（3） 螺紋插補2 進給功能F為了切削零件，用指定的速度使刀具運動稱進給,通常用mm/min表示。3 坐標系與刀具運動（1） 參考點:機床零點，某個特定的位置.主軸箱XZ（2） 機床坐標系：（3） 工件坐標系：（4） 絕對坐標與增量坐標:X、Z/U、W（5） 絕對坐標絕對坐標與原點位置有關ZX(直徑）604020080604020（6） 增量坐標BACD4 主軸功能Sn=1000V/Dr/min。5 刀具功能TT 0 10 1刀號 刀補號6 輔助功能M有關主軸、冷卻和程序等一些輔助動作.7 程序（1)程序的構成O1111刀具運動的順序程序段；程序段；程序段;M3

11、0（2）程序段Noooo Goo X±oooo。oo Z±oooo。ooMoo Soo Too CR順序號 準備功能 坐標 輔助功能 主軸功能 刀具功能(3）主程序與子程序。在工件的不同的地方加工相同的圖形時,可以把這部分作為子程序來用,以縮短程序，提高編程效率。8 刀具補償需經過對刀處理，使刀具的刀尖補償后能達到重合。二 控制軸1 控制軸數兩軸：X軸和Z軸2 設定單位公制：X:0。001Z:0。0013 最大行程編程的最大單位9999999實際是達不到.三 準備功能G1 模態指令與非模態指令：非模態：只有一段有效;模態§2。2準備功能（G00、G01）1 快速定

12、位G00格式：N×××× G00×× X（U）±××××。×× Z（W）±××××。×× M×× T×× S××××*5010050100ZXO50100ZXO50100如上圖：刀具沿平行于坐標軸的直線快速走刀N20 G00 X150 Z25N30（G00)X50（Z25) G00模態指令可省, Z25，坐標沒發生變化

13、可省或N20 G00（U0）W75N30 G00 U-100 （W0)絕對坐標沒有變化U0可省，W0可省右圖：斜線 N20 G00 X50 Z25 或 N20 G00 U150 W-75注意:（1）G00模態指令，可以自保，碰到G01、G02等指令后被相應功能代替。（2）G00的速度在事先設定（20005000mm/min)，F××××視為無效，同時必須防止刀具與工件發生碰撞.(3）G00可保留前面所設置好的進給速度.2 直線插補G01N×× G01 X（U)±××××.×&

14、#215;Z（W）±××××。××F××××X（U)、Z(W）:終點坐標F:刀具進給速度,范圍：000mm/min。ZX1035551222CBA如：AB:N30 G01 X24 Z35 F120* N30 G01 W20 F120BC:N40 G01 X44 Z10 N40 U20 W-20用G00和G01舉例:G00X0Z2 G01Z0F50X30Z30X50Z60X62G00X100Z30G01 模態指令，可以自保，與G1對應的X、Z、F也具有相應的模態功能。第一次使用G01等指

15、令應指明進給速度F。§2。3準備功能（G02、G03）1圓弧插補G02/G03LG02順時針圓弧，G03 逆時針圓弧。LG02或G03后必須R半徑，范圍999。999mm，過任意象限.LG02或G03將被其它模態指令代替.2G02/G03舉例(1）。編寫精加工程序O1111;M03S800T0101;G01 X32。;G00 X24.Z0； G03 X40。 Z28。R4。； G01 X0 F50； G01 Z35.； X12。； G02 X50.Z-40 R5。;G03X22.Z5R5; G01X45；G01 Z21.； G00X200Z100；G02 X28。Z-24。R3。；M

16、05；M30；§2。4準備功能(G04、G28、G50）1。暫停在進行切槽、鉆孔、車螺紋之前，可進行延時. G04 X G04 P G04 U000199999.999延時過程中，主軸轉，刀具不做任何運動。例如要暫停2秒鐘，則可寫成如下指令:G04 X2.；或G04 U2.;或G04 P2. 2。G28返回參考點參考點事先設定,有很多場合如：需進行換刀、車削完畢等時候，可讓刀具返回到設置好的參考點。參考點中間點30205025程序段格式:G28 X（U）Z（W）當G28后跟X(U)、Z（W）時,通過中間點返回參考點。注意:L由于返回參考點速度極快，與G00相同，因此必須防止刀具返回時

17、與工件相碰撞。L單向返回:G28 U0； G28 W0；舉例：例（1)如上圖所示返回參考點程序段如下：通過中間點（30，20）間接返回程序段N120 G28 X60 Z20 *例(2）其它情況G28 U10:先向+X移動雙邊10,再X向回零.G28X100:X向退到直徑100，再X向回零.G28W10：先向+Z向移動10,再Z向回零.G28Z-20：先移動到Z20處,再Z向回零。例。 33、G50 坐標系設定或主軸最大速度設定 說明： G50指定用于在程序中設定編程坐標原點的位置，即為預置寄存指令.大多數系統使用G92指令作為預置寄存指令。G50也可用天恒線速度加工中，限制主軸最高轉速。格式：

18、G50 S；§2.5 準備功能(G32、G92）一G32螺紋插補(1）。格式LX(U）、Z（W）后跟螺紋路線終點坐標；螺紋路線切削長度應略大于工件螺紋段的實際長度;LF螺距或導程，范圍：0。0001mm500。0000mm.LG32可以把前面G1、G2、G3、G90、G94等指令設置的F速度保留，G32結束后,F速度仍有效.L多刀車螺紋時，螺紋切削靠脈沖發生器上的一個零點標志保證刀具每次能從同一點切入.2舉例:N10M03S400T0101;N20G00X32。Z-30。；N30G01X22。F75；N40X32.；N50G00X200.Z3.；N60T0202；N70G00X29。

19、2Z3。；N80G32Z-28.F1.5;N90G00X35。；N100Z3。；N110X28。6；N120G32Z28。F1。5N130G00X35.；N140Z3。；N150X28。37；N160G32Z28。F1.5；N170G00X35。N180G00X200。Z3。；N190M05；N200M30； (3）。其它問題螺紋加工時的頭尾讓出距離由于螺紋切削時存在加速、勻速、減速過程,為防止加速和減速兩過程造成螺紋頭尾兩段螺距變小。螺紋切削前延時主軸換帶后應延時12秒，以使主軸轉速穩定.螺紋切削進給速度及主軸轉速的選擇大導程螺紋轉速宜低，而小導程螺紋轉速可高些。螺n=2000/F30，二、

20、準備功能(G92）1. G92等螺距螺紋單一形狀固定循環:格式與路線直螺紋單形狀矩形循環格式：N G92 X（U）Z（W)F錐螺紋單一形狀循環格式：N G94 X(U）Z(W) R F分三刀:30à29。2à28。6à28。37G00X34。Z3.；G92X29。2Z-28。F1。5；X28。6；X28。37；注意：G90、G94、G92為模態指令,可以自保,直到碰到G00、G01、G02、G03等指令為止。G90、G94和G92的起點和終點為同中點，刀具位移后位置沒有改變。§2。6準備功能（G90、G94）1G90的格式與路線2舉例(1）例一G90 X

21、30 Z-40 F150相當于:N50 G00 X30 N60 G01 Z40 F60 N70 X40 N80 G00 Z2（2）練習:G00X40Z2；G90X30Z-40R5。5F60;(3)練習已經毛坯直徑50，45鋼按照粗精車要求完成加工程序。粗：S450 T0101 F200a=2mm（雙邊)余量：0。5mm精：S800 T0202 F503、 G94 端面矩形循環說明：本指令主要用于加工長徑比較小的盤類工件,它的車削特點是利用刀具的端面切削刃。G94和G90的區別是G94先沿Z方向快速走刀，再車削工件端面,退刀光整外圓，再快速退刀回起點。按刀具走刀方向,第一刀為G00方式快速進刀，

22、第二刀切削工件端面，第三刀Z向退刀光整工件外圓;第四刀G00方式快退刀回起點。舉例：程序：O0001;M03 S500 T0101；G00 X52。 Z1。;G94 X20.2 Z2。 F100； （粗加工）Z-4。；Z6.;Z8。；Z9。8;X20。 Z10。 F50。S800 ; （精加工）G00 X100。 Z100.;M05；M30；§2.10準備功能（G71、G70)1、G71 指令格式:說明：G71指令主要適用于毛坯料粗車外徑和粗車內徑.在G71指令描述零件的精加輪廓時，CNC系統中會根據加工程序所描述的輪廓形狀和G71指令中所設的參數自動生成加工路徑,將粗加工待切除余量

23、切削完成。其走刀軌跡如上圖所示。2、G70指令格式:G70 精車固定循環格式：G70 P（ns）Q(nf ）式中： ns 精加工固定循環程序段的開始行號 nf 精加工固定循環程序段的結束行號說明:G70指令主要用在G71、G72、G73指令粗車后的精車循環。在G70的狀態下，在指定的精車描述程序段中的F、S、T有效；若不指定時,則按原粗加工時的F、S、T值。注意在G70到G73中的ns到nf循環程序段中不能調用子程序；當G70循環結束時，刀具返回到起點，并讀入下一程序段。3、舉例：G71、G70外圓循環加工程序:O0003；N10 M03 S500;N20 T0202；N30 G00 X44。

24、 Z2。；N40 G71 U2。 R0。5;N50 G71 P60 Q170 U0。3 W0。1 F100；N60 G00 X0 ;N70 G01 Z0 F50；N80 X18。；N160 X38。29 Z51。;N170 X44。；N180 G00X44。 Z2.;N190 G70 P60 Q170；N200 G00 X100.Z100.；N210 M05;N220 M30;§12.1準備功能（G72、G70)1、G72指令格式：說明：G72加工的刀具軌跡必須沿X或Z方向都是單調變化。外圓切削時走刀軌跡如圖所示。X和Z向精車預留量u 、w的符號取決于順序號“ns”、“nf”間程序段

25、所描述的輪廓形狀.G72不能用于加工端面內有凹的形狀；精加工時第一刀須有Z向進給.2、G70指令格式：G70 精車固定循環格式：G70 P（ns)Q(nf )式中: ns -精加工固定循環程序段的開始行號 nf 精加工固定循環程序段的結束行號說明:G70指令主要用在G71、G72、G73指令粗車后的精車循環。在G70的狀態下，在指定的精車描述程序段中的F、S、T有效;若不指定時,則按原粗加工時的F、S、T值。注意在G70到G73中的ns到nf循環程序段中不能調用子程序；當G70循環結束時，刀具返回到起點,并讀入下一程序段。3、舉例：用G72、G70指令加工如下圖所示的零件.O0004;N10

26、M03 S500 ；N20 T0101；N30 G00 X61.Z1。；N40 G72 P50 Q100 U0。1 W0。3 F100；N50 G0 Z12。;N60 G01 X40。；N70 X30。Z8.；N80 Z-3.;N90 G03 X20.Z0 R3。；N100 G0 Z1。；N110 G70 P50 Q100；N120 G00 X100。 Z100.；N130 M05;N140 M30； §14。1準備功能（G73、）1、G73編程格式:說明:(1)當值I和K，或者U和W規定時，它們的意義由G73程序段中的地址P和Q決定,當P和Q沒有指定在同一個程序段中時，U和W分別表

27、示I和W.（2)有P和Q和G73指令執行循環加工時，不同的進刀方式(共有四種)。U和W和K、I的符號不同，應注意，刀具返回A點。舉例:(1）X、Z向雙向進刀O0005;N10 M03 S500；N20 T0101;N30 G00 X150. Z30。;N40 G73 U25.W10.R13。；N50 G73 P60 Q120。U0。3 W0。2 F100;N110 G00 X150。 Z30。；（2）X向進刀O0006;N10 M03 S500；N20 T0101；N30 G00 X150. Z2.;N40 G73 U25。 W0 R13.；N50 G73 P60 F100;N110 G00

28、X150.Z2。;(3）Z向進刀O0007；N10 M03 S500；N20 T0101；N30 G00 X92。 Z45。；N40 G73 U0 W40。 R13。；N50 G73 P60 Q120。 U0。3 W0。2 F100；N110 G00 X92。 Z45。；O4020；N10 T0303;（60°螺紋刀)N20 G00 X35。 Z3. S300 M3;N30 G76 P021260 Q100 R100; (螺紋參數設定）N40 G76 X26.97 Z30. R0 P1510 Q200 F40；N50 G0 Z5。；N60 G76 P021260 Q100 R100；

29、N70 G76 X26.97 Z30。 R0 P1510 Q200 F40；N80 G00 X100. Z100。；N90 M05;§11。1綜合零件編程（一）一、工藝分析及編程（Ø42×83mm）1、工藝分析:（1）、先夾毛坯加工左端，伸出長度50mm。(2）、1號刀為90°外圓車刀，3號為60°外圓螺紋刀,分別對刀并檢查其刀補。（3)、粗精車左端外圓,粗車并留0。5余量給精加工（4）、測量并修改刀補。（5）、車螺紋(6）調頭,夾Ø26處，將總長車至81mm。（7）對刀并檢查刀補(8)粗精車右端（9)測量并修改刀補，精加工至合格2、

30、編程:O0001；（左端）M03 S500 T0101；G00 X45。Z3.;G71 U1.5 R0。5；G71 P1 Q2 U0.5 W0.1 F100；N1 G00 X0 ; G01 Z0 F50； X19。； X22。 Z1.5； Z-20。； G03 X26. Z-22。 R2。； G01 Z32。; G02 X32. Z36。R 4。; G01 X38。； X40。 Z37。； Z45; N2 X45。； M03 S800 T0101； G00 X45。 Z3.； G70 P1 Q2； G00 X100。 Z100。; M05 ;M30；O0002;M03 S600 T0303；G

31、00 X25。 Z3。；G92 X21.2 Z-15。 F1。5； X20。6； X20.4; X20。2;G00 X100。 Z100。； M05； M30;§13。1 綜合零件編程(二）一、工藝分析及編程（Ø45×83mm）1、工藝分析:（1）、先夾毛坯加工右端，伸出長度45mm。(2）、1號刀為90°外圓車刀,對刀并檢查其刀補。(3）、粗精車左端外圓，粗車并留0.5余量給精加工（4）、測量并修改刀補。(5）、調頭,夾Ø25處，將總長車至80mm。（6）對刀并檢查刀補(7)粗精車左端(9）測量并修改刀補，精加工至合格2、編程:O0001；（右端）M03 S500 T0101;G00 X47。 Z3.；G71 U1.5 W0.5；G71 P1 Q2 U0.5 W0。1 F100；N1 G00 X0 ； G01 Z0 F50 ； X23。; X25. Z-1。; Z20.；G03 X30. W2。5 R2。5；G01 Z-25。；G02 X40. Z30。 R5。;G01 X42.W-1。;Z40。；N2 X47.；M03 S800 T0101 ；G00 X47. Z3。；G70 P1 Q2 ;G00 X100。 Z100。；M05;M30；O0002；左端M03 S500 T0101；G00 X47。