數控編程與操作河南機電高等專科學校機電系數控教研室2025/2/281目錄單元1數控機床概述單元2數控加工工藝根底〔略〕單元3數控編程根底單元4數控車削加工〔華中數控〕單元5數控車削加工〔FANUC〕單元6數控車削加工〔SIEMENS〕單元7數控銑削加工〔華中數控〕單元8數控銑削加工〔FANUC〕單元9數控銑削加工〔SIEMENS〕數控宏程序2單元1數控機床概述1.1數控機床簡介數控機床的產生和開展數控機床的組成數控機床的工作原理數控機床的分類數控機床的性能指標與功能數控機床的特點數控機床的本體結構典型的數控系統簡介1.2數控機床平安使用及日常維護數控機床平安使用數控機床日常維護3MV4VACYCLE

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PROTECT數控加工：根據被加工零件的圖樣和工藝要求，編制成以數碼表示的程序，輸入到機床的數控裝置或控制計算機中，以控制工件和刀具的相對運動，使之加工出合格零件的方法。1.1數控機床簡介4一、數控機床的產生和開展5開展沿革1949年美國帕森斯〔Parsons〕公司接受美國空軍的委托，加工飛機零部件，1952年，Parsons公司和麻省理工學院〔MIT〕合作研制了世界上第一臺數控銑床，加工直升飛機螺旋槳葉片輪廓的檢查樣板。1955年，在Parsons專利的根底上，第一臺工業用數控機床由美國Bendix公司生產出來?！?6年第一臺計算機誕生〕一、數控機床的產生和開展6一、數控機床的產生和開展從1952年至今，數控系統經歷了兩個階段〔NC和CNC階段〕和六代的開展。第一代：1952-1959年采用電子管元件構成的專用數控裝置，體積大，功耗大。第二代：1959-1964年采用晶體管電路的數控裝置，廣泛采用印刷電路板。第三代：1965-1970年采用小、中規模集成電路的數控裝置，體積小功耗低可靠性有了提高。第四代：1970-1974年采用大規模集成電路的小型通用計算機取代專用計算機。第五代：1974-1990年微處理器應用于數控系統，不僅價格進一步降低，體積進一步縮小，使實現真正意義上機電一體化成為可能。第六代：1990年-現在進入基于PC〔個人計算機〕時代。7二、數控機床的組成圖1-1數控機床的組成

81、計算機數控裝置〔CNC裝置〕數控裝置是數控機床的核心，其主要作用是接受輸入的零件加工程序或操作命令，經過數控裝置的系統軟件和邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理，向伺服單元、驅動裝置、PLC等輸出相應的控制命令，并通過伺服系統控制機床運動部件按加工程序指令運動，完成零件加工程序或操作所需的工作。

9二、數控機床的組成2、伺服單元、驅動裝置和測量裝置伺服單元和驅動裝置包括：主軸伺服驅動裝置和主軸電機進給伺服驅動裝置和進給電機測量裝置是指位置和速度測量裝置，以實現進給伺服系統的閉環控制。作用保證靈敏、準確地實現CNC裝置指令：主軸運動指令：實現零件加工的切削運動〔速度控制〕；進給運動指令：實現零件加工的成形運動〔速度和位置控制〕。10二、數控機床的組成3、控制面板又叫操作面板。它是操作人員與數控裝置進行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態燈、按鍵陣列〔功能與計算機鍵盤一樣〕和顯示器；。它是數控機床一個特有的輸入輸出部件。11二、數控機床的組成

4、控制介質與輸入輸出設備控制介質是記錄零件加工程序的媒介。輸入輸出設備是CNC系統與外部設備進行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質上的零件加工程序輸入CNC系統或將調試好了的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質上。12二、數控機床的組成13二、數控機床的組成 5、PLC、機床I/O電路和裝置PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成與邏輯運算有關順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成；機床I/O電路和裝置：實現I/O控制的執行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等〕組成的邏輯電路；功能：接受CNC的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作接受操作面板和機床側的I/O信號，送給CNC裝置，經其處理后，輸出指令控制CNC系統的工作狀態和機床的動作。14二、數控機床的組成6、機床本體機床本體：數控系統的控制對象，是實現加工零件的執行部件。組成：由主運動部件〔主軸、主運動傳動機構〕、進給運動部件〔工作臺、拖板及相應的傳動機構〕、支承件〔立柱、床身等〕以及特殊裝置〔工件自動交換系統、自開工作臺交換APC系統、自動刀具交換ATC系統〕和輔助裝置〔如冷卻、潤滑、排屑、轉位和夾緊裝置等〕。15數控機床加工零件的工作過程分以下幾個步驟：根據被加工零件的圖樣與工藝方案，用規定的代碼和程序格式編寫加工程序；所編寫程序指令輸入數控裝置；數控裝置將程序(代碼)進行譯碼、運算之后，向機床各個坐標的伺服機構和輔助控制裝置發出信號，以驅動機床的各運動部件，并控制所需要的輔助動作，最后加工出合格的零件。三、數控機床的工作原理數控裝置伺服系統加工程序仿真演示16四、數控機床的分類數控機床的種類很多，從不同角度對其進行考查，就有不同的分類方法，通常有以下幾種不同的分類方法：17

五坐標的數控機床示意圖數控線切割機床示意圖

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數控車床數控車床加工零件車削中心加工零件車削中心19

數控銑床及加工零件20

加工中心及加工零件21四、數控機床的分類1.按控制功能分類(1)點位控制數控機床僅能控制兩個坐標軸，實現刀具或工作臺從一個點到另一個點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工適用范圍：數控鉆床、數控鏜床、數控沖床和數控測量機22四、數控機床的分類(2)直線控制數控機床控制刀具或工作臺以給定的速度從一點以直線準確地移動到下一個點運動過程中不進行任何加工同時控制的坐標軸只有一個，CNC無插補功能適用范圍：現代組合機床采用數控進給伺服系統，驅動動力頭帶動多軸箱沿工件軸向進給進行鉆削、鏜削等切削加工，它可以算作這種數控機床。23四、數控機床的分類(3)輪廓控制〔連續控制〕數控機床具有控制2~5個進給軸同時諧調運動(坐標聯動)的能力，使工件相對于刀具按程序規定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續切削加工的數控系統。運動軌跡是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。適用范圍：數控車床、數控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機床?，F代的數控機床根本上都是裝備的這種數控系統。24四、數控機床的分類2.按進給伺服系統的類型分類按數控系統的進給伺服子系統有無位置測量裝置可分為開環數控系統和閉環數控系統，在閉環數控系統中根據位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環和半閉環兩種。25四、數控機床的分類〔1〕開環數控系統沒有位置測量裝置，信號流是單向的〔數控裝置→進給系統〕，故系統穩定性好。電機機械執行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數n換算脈沖環形分配變換功率放大圖1-3開環進給伺服系統簡圖26四、數控機床的分類無位置反響，精度相對閉環系統來講不高，其精度主要取決于伺服驅動系統和機械傳動機構的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅動元件。這類系統具有結構簡單、工作穩定、調試方便、維修簡單、價格低廉等優點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經濟型數控機床。27四、數控機床的分類〔2〕半閉環數控系統半閉環數控系統的位置采樣點是從驅動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采用轉角檢測元件〔旋轉變壓器、脈沖編碼器、圓光柵直接安裝在伺服電機或絲杠端部〕，采樣旋轉角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。28

位置控制調節器速度控制調節與驅動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋圖1-4半閉環進給伺服系統簡圖29四、數控機床的分類半閉環環路內不包括或只包括少量機械傳動環節，因此可獲得穩定的控制性能，其系統的穩定性雖不如開環系統，但比閉環要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環差，較開環好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環數控系統結構簡單、調試方便、精度也較高，因而在現代CNC機床中得到了廣泛應用。30四、數控機床的分類〔3〕全閉環數控系統全閉環數控系統的位置采樣點如圖中虛線所示，采用直線位移檢測元件〔光柵、磁尺、感應同步器等〕，安裝在機床拖板上，直接對運動部件的實際位置進行檢測。位置控制調節器速度控制調節與驅動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋圖1-5閉環進給伺服系統簡圖31四、數控機床的分類從理論上講，可以消除整個驅動和傳動環節的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環內的許多機械傳動環節的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統的不穩定，使閉環系統的設計、安裝和調試都相當困難。該系統主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數控機床等。32四、數控機床的分類334.按數控系統的功能水平分類四、數控機床的分類經濟型數控機床又稱簡易數控機床

這一檔次的數控機床僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋的零件，采用的微機系統為單板機或單片機系統，具有數碼顯示，CRT字符顯示功能，機床進給由步進電動機實現開環驅動，控制的軸數和聯動軸數在3軸或3軸以下。34這類數控系統功能較多，除了具有一般數控系統的功能以外，還具有一定的圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能等，采用的微機系統為16位或32位微處理機，具有RS-232C通信接口，機床的進給多用交流或直流伺服驅動，一般系統能實現4軸或4軸以下聯動控制。四、數控機床的分類性能類別CPU位數聯動軸數分辨率(um)進給速度(m/min)顯示高級型325<0.1>24三維動態普及型1630.1~1010~24字符圖形經濟型8<3<10<10字符

普及型數控機床又稱全功能數控機床35采用的微機系統為32位以上微處理機系統，機床的進給大多采用交流伺服驅動，除了具有一般數控系統的功能以外，應該至少能實現5軸或5軸以上的聯動控制。具有三維動畫圖形功能和宜人的圖形用戶界面，同時還具有豐富的刀具管理功能、寬調速主軸系統、多功能智能化監控系統和面向用戶的宏程序功能，還有很強的智能診斷和智能工藝數據庫，能實現加工條件的自動設定，且能實現與計算機的聯網和通信。四、數控機床的分類高檔數控系統36四、數控機床的分類37四、數控機床的分類按聯動軸數分，2軸聯動〔平面曲線〕3軸聯動〔空間曲面，球頭刀〕4軸聯動〔空間曲面〕5軸聯動及6軸聯動〔空間曲面〕。聯動軸數越多數控系統的控制算法就越復雜。38五、數控機床的性能指標與功能

39五、數控機床的性能指標與功能插補功能：數據密化進給功能主軸功能刀具補償功能操作功能2.數控機床的主要功能程序管理功能圖形顯示功能輔助編程功能自診斷報警功能通信功能40數控機床的加工特點對加工對象的適應性強加工精度高自動化程度高，勞動強度低生產效率高良好的經濟效益有利于現代化的生產管理六、數控機床的特點41六、數控機床的特點42數控車床七、數控機床的本體結構43數控銑床44立式加工中心45臥式加工中心46快走絲線切割機床47慢走絲線切割機床48虛擬軸機床49三坐標測量機50八、典型的數控系統簡介FAGOR〔發格〕

SIEMENSFANUC華中HNC此外還有天津大學數控系統等511.2數控機床平安使用及日常維護52

3.熟悉機床特性，掌握機床運行規律各類數控機床都有其各自的特性，尤其是使用了一段時間的機床，做到了解它繼而熟悉它，總結其運行規律，發現其特性，預見其可能出現的故障，是保證機床平安運行的有效手段。53

4.遵循機床操作規程違規操作是釀成重大事故的罪魁禍首。數控機床都有一套嚴格的平安操作規程，作為操作者，操作之前的首要任務是閱讀并理解這些平安操作規程，同時在日后的操作中認真貫徹執行。操作規程因機床而異，但有一些共性的內容需熟知。①開機前先進行常規檢查，檢查機床各部位是否正常，開關、按鈕是否在合理位置。②機床通電后檢查電、氣、液系統是否正常。③機床空運轉15分鐘以上，使機床到達熱平衡狀態。④執行機床各坐標軸回參考點操作，以確立機床坐標系。⑤保持機床運動局部良好的潤滑狀態，尤其是需手動潤滑的部位，要定期加注潤滑油。⑥機床運行過程中要堅守崗位，出現異常及時采取應急措施。⑦機床運行過程中不得隨意開啟電氣柜門。⑧工件裝夾要準確可靠。⑨程序需經校驗無誤前方可自動運行。54

5.做好機床日常記錄機床運行過程中發現的不正常情況須認真做好記錄，以便分析故障原因，為維修提供第一手資料。6.嚴格遵守勞動保護制度雖然設備平安是數控操作人員的崗位職責，但人生平安更是第一位的。在操作數控機床時，一定要遵守勞動保護制度，正確著裝，穿收袖束腰的工作服，戴工作帽，禁穿高跟鞋、拖鞋上崗，禁止戴手套操作數控機床，長發要盤起收于工作帽內。55

7.冷靜處理機床故障機床在使用中不可防止地會出現一些故障，此時操作者要冷靜對待，不可盲目處理，切忌驚慌失措，以免產生更為嚴重的后果，要注意保存現場，待維修人員來后如實說明故障前后的情況，并參與共同分析問題，盡早排除故障。假設故障是由于操作失誤所致，操作人員要及時吸取經驗教訓，防止下次犯同樣的錯誤。56二、數控機床的日常維護保養

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2.保持機床清潔對于數控機床操作人員來講，隨時做好機床清潔工作，也是崗位職責中很重要的一局部。要堅持對主要部位如工作臺、裸露的導軌、操作面板等每班擦一次，尤其是導軌面在下班前用軟棉紗擦拭干凈，涂上潤滑油，防止導軌面的腐蝕。每周對整機進行一次徹底的清掃與擦拭，如電氣柜冷卻裝置的防塵網、壓縮空氣系統的過濾器，冷卻液中的切屑等，都要清理干凈。另外，機床使用說明書對特定的機床還有一些其他的清潔要求，應參考執行。58

3.定期對機床各部位進行檢查數控機床的液壓系統、潤滑系統、冷卻系統、急停按鈕、行程限位開關等與設備平安相關的部位需經常進行檢查，以便及時發現問題，消除隱患。傳動帶的磨損及松緊情況；液壓油、潤滑油及冷卻液的潔凈程度；電動機及測速發電機電刷的磨損情況；斷路器、接觸器、繼電器、單相滅弧器、三相滅弧器等需定期進行檢查。數控系統和電氣柜的散熱通風裝置需定時檢查，一旦這些裝置不能正常工作，便會導致電氣元器件的工作環境惡化，造成設備運行故障。59

4.杜絕機床帶故障運行