机械基础(中级)第五章-数控机床加工基础知识课件.ppt

1、 了解数控机床的组成、分类、工作原理及加工特点；了解数控机床编程的内容和方法；熟悉常用的数控编程指令及应用。目目 录录 数字控制机床（Numerical Control Machine Tools)是用数字代码形式的信息（程序指令）控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控（NC）机床，而现代数控机床都采用计算机数控系统（Computer Numerical Control)，故又称CNC机床。1.计算机促进了数控机床的发展 20世纪五六十年代用电子元件来构成专门的逻辑部件，组成专用计算机来实现机床加工的要求，故称之为硬接线数控，简称为NC。20世纪60年代后期，NC

2、部分功能开始改由软件来实现。20世纪70年代初，大规模集成电路构成的微处理器引入数控并取代了小型计算机。20世纪80年代中期及以后，数控系统在高速化、多功能化、智能化、高精度化和高可靠性等方面得到了提高。20世纪90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快的更新换代。2.自动化加工与数控机床3.数控机床的特征及发展“刚性自动化”“柔性自动化”世界数控技术及其装备的发展主要体现为：（1）高速、高效 高速主轴单元（转速15000100000r/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60120m/min）主轴转数在30000r/min（2）高精度普通的加工精度提高了一倍

3、，达到5m；精密加工精度提高了两个数量级；超精密加工精度进入纳米级（0.001m）；主轴回转精度要求达到0.010.05m；加工圆度为0.1m；加工表面粗糙度Ra=0.003m等。（3）高可靠性（4）复合化（5）多轴化（6）智能化（7）网络化（8）柔性化图5-1 数控机床组成1.控制介质（1）穿孔纸带（2）数据磁带（3）磁盘 2.数控装置包括输入装置、输出装置、运算器、控制器、存储器及相应的软件。3.伺服机构 伺服驱动系统是数控系统的执行部分，作用是把来自数控装置的运动指令进行放大，驱动机床的移动部件运动，并对运动或定位的速度和精度加以控制。伺服系统由伺服驱动电路、功率放大电路、伺服电动机、传

4、动机构和位置检测装置组成。4.辅助控制装置 辅助控制装置是把计算机送来的辅助控制指令经机床接口转换成强电信号，用来控制切削液、润滑油、机床防护门的控制，主轴的起动、停止、进给运动坐标原点的控制，限位控制等等。5.反馈系统 反馈系统的主要部件是测量装置，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。6.机床 其设计要求比普通机床更严格，制造要求更精密，采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施。（1）普通数控机床（2）加工中心 1.按自动化程度分类2.按运动轨迹分类（1）点位控制数控机床（2）点位直线控

5、制数控机床（3）轮廓控制数控机床图5-3 点位直线加工示意图图5-2 点位控制加工示意图图5-4 轮廓控制加工示意图（1）开环控制系统（2）半闭环控制系统（3）闭环控制系统3.按控制方式分类图5-5 开环控制系统图5-6 半闭环控制系统图5-7 闭环控制系统1.分析零件图 检查零件图样的尺寸是否标注正确，计算各坐标点的数值；各图形几何元素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）是否明确；明确加工的内容和要求；选择适合的数控机床。2.制定加工工艺3.编写数控加工程序4.将数控程序输入数控装置5.数控装置对伺服机构发出控制信号6.伺服机构驱动机床的运动部件进行加工图5-8 数控机床加工过程1.适

6、应性强 数控机床的适应性强，生产准备周期短，有利于机械产品迅速更新换代。3.生产率高2.加工精度高一般在0.0050.1mm之间。比普通机床的生产率高34倍甚至更高。4.劳动强度低5.经济效益好6.有利于实现现代化管理1.程序编制的内容图5-9 程序编制的内容程序检验与首件试切1）空运行。2）图形模拟。3）首件试切。2.程序编制的方法（1）手工编程 手工编程是指对于几何形状不太复杂的零件，程序编制的整个步骤几乎全部是由人工来完成的。（2）自动编程 计算机语言编程（APT）和计算机绘图编程（CAM）1.指令格式（1）程序的结构与格式 一个完整的程序由程序号、程序的内容和程序结束三部分组成。例如：

7、O0001；程序号N10G50X150Z150；N20M03S600；N30T0100；N40G00X40Z50；程序内容N50G01Z0F0.3；N60G00X150Z150；N70M05；N80M02；程序结束 1）程序号。一般以规定的英文字母（多用O、P）开头，后面跟若干位数字组成。有些系统的程序号由英文字母、数字或英文、数字混合组成。2）程序内容。是整个程序的核心，它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，它表示数控机床要完成的全部动作。3）程序结束。程序结束是以程序结束指令M02或M30作为整个程序结束的符号，来结束整个程序。（2）程序段格式 程序段格式是指程序段中的字、字

8、符和数据的安排形式。通常使用地址符的可变程序段格式，又称字地址格式。对这种格式，每个程序段有若干程序字组成，而程序字通常是由英文字母表示的地址符和地址符后面的数字及符号组成，字的功能类别由地址符决定。程序段格式如下：N G X Y Z其他坐标顺序号 准备功能 运动轨迹的坐标尺寸F S T M LF进给功能 主轴功能 刀具功能 辅助功能 结束符号 在程序段的顺序号之前，还可输入斜线符“/”。当机床控制面板上的程序跳步功能有效时，有该符号的程序段在程序的执行过程中会被跳过不执行。有些系统在程序段的后面还可加上注释，如：G00 X100 Y200 （POCKET）LF（括号中的内容为注释）。字地址格

9、式的特点：1）程序段中字的前后排列顺序并不严格，但为了编辑、修改程序的方便，最好按上面的格式顺序书写。2）没有必要的功能字可以省去。3）有一些功能字属模态指令，所谓模态指令是指一经使用一直有效，直到被同组的其他代码取代为止。所以，由前面程序段指定的某些G功能或F、S、T、M功能，若本程序段仍然有效，可省略。4）坐标尺寸字中可只写有效数字，省略前置零。（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。地址字符的含义见表5-1。1）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24位）来表示。一般都将第一程序段冠以N10，后面以10为间隔设置

10、。需要注意的是程序的执行顺序和程序输入的顺序有关，而与顺序号的大小无关。整个程序中也可以全不设顺序号，或只在需要的部分设置。2）准备功能字。G指令根据功能定义分成若干个组，同一程序段中同组G指令只能使用一个，若指定两个以上时，则只有最后一个有效。G指令分模态指令和非模态指令两种。模态指令是指一经使用一直有效，直到被同组的其他代码取代为止；非模态指令只在本程序段中有效。G代码中前置“0”允许省略，如G1就表示G01。表5-2为JB/T 3208-1999标准与几种国外数控系统的G功能含义对照表字符意义字符意义A关于X轴的角度尺寸N顺序号B关于Y轴的角度尺寸O程序号C关于Z轴的角度尺寸P平行于X轴

11、的第三尺寸D第二刀具功能Q平行于Y轴的第三尺寸E第二进给功能R平行于Z轴的第三尺寸FF第一进给功能S主轴速度功能G准备功能T第一刀具功能H刀具长度补偿U平行于X轴的第二尺寸I平行于X轴的插补参数或螺纹导程V平行于Y轴的第二尺寸J平行于Y轴的插补参数或螺纹导程W平行于Z轴的第二尺寸K平行于Z轴的插补参数或螺纹导程X基本X尺寸L循环次数Y基本Y尺寸M辅助功能Z基本Z尺寸表5-1 地址字符表5-2 G功能字含义对照表G功能JB/T 3208-1999规定的功能含义日本FANUC3MC系统德国SIEMENS810系统G00点定位点定位点定位G01直线插补直线插补直线插补G02顺时针圆弧插补顺时针圆弧插

12、补顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补G04暂停暂停暂停G05不指定G06抛物线插补主轴插补G07不指定G08加速G09减速准停，减速停G10不指定设定偏置值同步G11G16不指定G功能JB/T 3208-1999规定的功能含义日本FANUC3MC系统德国SIEMENS810系统G17XY平面选择XY平面选择G18XZ平面选择XZ平面选择G19YZ平面选择YZ平面选择G20不指定英制输入G21不指定米制输入G22G26不指定G27不指定参考点返回检验G28不指定自动返回参考点G29不指定从参考点返回G30G31不指定G32不指定表5-2 G功能字含义对照表（续）G功能

13、JB/T 3208-1999规定的功能含义日本FANUC3MC系统德国SIEMENS810系统G33等螺距螺纹切削铣等螺距螺纹G34增螺距螺纹切削铣增螺距螺纹G35减螺距螺纹切削铣减螺距螺纹G36G39永不指定G40刀具补偿偏置注销刀具半径补偿注销刀具半径补偿注销G41刀具补偿-左刀具半径补偿-左刀具半径补偿-左G42刀具补偿-右刀具半径补偿-右刀具半径补偿-右G43刀具偏置-正正向长度补偿G44刀具偏置-负负向长度补偿G45刀具偏置+/+G46刀具偏置+/-G47刀具偏置-/-G48刀具偏置-/+表5-2 G功能字含义对照表（续）G功能JB/T 3208-1999规定的功能含义日本FANUC

14、3MC系统德国SIEMENS810系统G49刀具偏置0/+取消长度补偿G50刀具偏置0/-G51刀具偏置+/0G52刀具偏置-/0G53直线偏移注销附加零点偏置G54直线偏移X零点偏置1G55直线偏移Y零点偏置2G56直线偏移Z零点偏置3G57直线偏移XY零点偏置4G58直线偏移XZG59直线偏移YZG60准确定位1（精）准停G61准确定位2（中）表5-2 G功能字含义对照表（续）G功能JB/T 3208-1999规定的功能含义日本FANUC3MC系统德国SIEMENS810系统G62快速定位（粗）G63攻螺纹G64不指定G65不指定用户宏指令命令G66G67不指定G68刀具偏置，内角G69刀

15、具偏置，外角G70不指定英制G71不指定米制G72不指定G73不指定分级进给钻削指令G74不指定反攻螺纹循环G75G79不指定表5-2 G功能字含义对照表（续）G功能JB/T 3208-1999规定的功能含义日本FANUC3MC系统德国SIEMENS810系统G80固定循环注销固定循环注销固定循环注销G81G89固定循环固定循环固定循环G90绝对尺寸绝对值编程绝对尺寸G91增量尺寸增量值编程增量尺寸G92预置寄存工件坐标系设定主轴转速极限G93时间倒数，进给率G94每分钟进给每分钟进给每分钟进给G95主轴每转进给每转进给G96恒线速度恒线速度G97主轴每分钟转数注销G96G98不指定固定循环中

16、退到起始点G99不指定固定循环退到R点表5-2 G功能字含义对照表（续）3）坐标尺寸字。尺寸字给定机床在各种坐标轴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。X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R表示直线坐标；A、B、C表示角度坐标；I、J、K表示圆心坐标；R还可指定圆弧半径。坐标尺寸可以通过G指令选择米制或英制。4）进给功能字。由地址符F和若干位数字组成，故又称F功能或F指令。进给速度的单位有每转进给（mm/r）和每分钟进给（mm/min）两种，一般通过G99、G98指令来选择。通常加工中心、数控铣床使用每分钟进给；数控车床使用每转进给，数控车床中F还可用来指定螺纹导程。5）主轴转

17、速功能字。由地址码S和若干位数字组成，故又称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。vc=Dn/1000 6）刀具功能字。由地址符T和若干位数字组成，故又称T功能或T指令，主要用来指定加工所用的刀具，还可指定刀具数据补偿号。T0202刀具刀具号刀具补偿号 7）辅助功能字。又称M功能，主要用于数控机床开关量的控制，是表示一些机床辅助动作的指令。8）程序段结束。写在每一程序段之后，表示程序段结束。当用EIA标准代码时，结束符为“CR”，用ISO标准代码时为“NL”或“LF”。有的用符号“；”、“*”、“#”表示。表5-3 M功能字含义对照表M功能字JB/T 3208-199

18、9规定的功能含义美国辛辛那提850系统日本FANUC6T-B系统M00程序停止程序停止程序停止M01选择停止选择停止选择停止M02程序结束程序结束程序结束M03主轴顺时针方向主轴顺时针方向主轴顺时针方向M04主轴逆时针方向主轴逆时针方向主轴逆时针方向M05主轴停止主轴停止主轴停止M06换刀换刀M072号切削液开2号切削液开M081号切削液开1号切削液开切削液开M09切削液停切削液停切削液停M10夹紧M11松开M12不指定M功能字JB/T 3208-1999规定的功能含义美国辛辛那提850系统日本FANUC6T-B系统M13主轴正转，切削液开主轴正转，切削液开M14主轴逆转，切削液开主轴逆转，切

19、削液开M15正（方向）运动M16负（方向）运动M17不指定主轴正转，2号切削液开排屑器起动M18不指定主轴逆转，2号切削液开排屑器停止M19主轴定向停止M20不指定M21不指定误差检测通，尖角M22不指定误差检测关，圆角M23永不指定倒角M24永不指定主轴正转，主轴孔冷却倒角解除M25永不指定主轴逆转，主轴孔冷却M26M27永不指定M28永不指定表5-3 M功能字含义对照表（续）M功能字JB/T 3208-1999规定的功能含义美国辛辛那提850系统日本FANUC6T-B系统M29永不指定第三切削液开主轴速度一致检出M30纸带结束子程序结束穿孔带结束M31互锁解除进给修调取消M32不指定当前子

20、程序结束进给修调恢复M33M34不指定M35不指定M36进给范围1M37进给范围2主轴低速范围M38主轴速度范围1主轴中速范围M39主轴速度范围2主轴高速范围M40可作齿轮换挡M41可作齿轮换挡M42可作齿轮换挡表5-3 M功能字含义对照表（续）M功能字JB/T 3208-1999规定的功能含义美国辛辛那提850系统日本FANUC6T-B系统M43可作齿轮换挡M44可作齿轮换挡M45可作齿轮换挡M46不指定M47不指定M48注销M49M49进给率修正旁路M503号切削液开M514号切削液开M52M54不指定M55刀具直线位移，位置1M56刀具直线位移，位置2M57不指定卡盘闭M58不指定卡盘开

21、表5-3 M功能字含义对照表（续）M功能字JB/T 3208-1999规定的功能含义美国辛辛那提850系统日本FANUC6T-B系统M59不指定M60更换工件M61刀具直线位移，位置1M62刀具直线位移，位置2M63不指定M64不指定M65不指定刀头确认M66不指定刀台回转禁止M67不指定刀台回转允许M68M69不指定M70不指定刀检空气吹扫M71刀具角度位移，位置1M72刀具角度位移，位置2M73M79不指定表5-3 M功能字含义对照表（续）M功能字JB/T 3208-1999规定的功能含义美国辛辛那提850系统日本FANUC6T-B系统M80不指定第一刀具组跳读M81不指定第二刀具组跳读M

22、82不指定第三刀具组跳读M83不指定第四刀具组跳读M84不指定第五刀具组跳读M85不指定M86不指定机外计测，内径M87不指定机外计测，外径M88M89不指定M90M91永不指定M92永不指定外部输入刀具补偿M93永不指定外部输入刀具补偿M94M97永不指定M98永不指定子程序调出M99永不指定返回主程序表5-3 M功能字含义对照表（续）(1)有关坐标系的指令2.准备功能指令1）坐标系设定指令G92（在EIA代码中为G50）。2）绝对尺寸与增量尺寸指令G90、G91。3）坐标平面选择指令G17、G18、G19。程序格式为：G92/G50 X Y Z式中，X、Y、Z是指起刀点相对于加工原点的位置

23、。图5-10 设置加工坐标系（2）快速定位及插补指令1）快速点定位指令G00 程序格式为：G00 X Y Z2）直线插补指令G01。程序格式为：G01 X Y Z F其中，X、Y、Z为坐标直线终点。3）圆弧插补指令G02、G03。XY平面加工圆弧时程序格式为：G02/G03 XYIJFG02/G03 XYRF其中，X、Y、Z为指定圆弧终点的坐标；I、J、K为指定圆弧的圆心位置；R为指定圆弧的半径。图5-12 用R编程时两条圆弧线的处理图5-11 圆弧顺逆方向的判别（3）刀具补偿指令1）刀具半径补偿指令G40、G41、G42。图5-13 刀具半径补偿G41刀具半径左补偿。G42刀具半径右补偿。G

24、40刀具半径补偿撤消。图5-14 左偏刀具半径补偿图5-15 右偏刀具半径补偿程序段格式：建立刀补程序段格式：G01/G00 G41/G42 X Y D F 撤消刀补程序段格式：G01/G00 G40 X Y F 其中，X、Y为建立/撤消刀补直线段的终点坐标；D为指定刀具半径补偿值所在的存储地址。刀具半径补偿的过程分为三步：刀补的建立。刀补进行。刀补的撤消。图5-17 加工内轮廓转角图5-16 刀具半径补偿的过程 几点说明：a.补偿是平面的，通常在XY平面。b.补偿状态中不得改变补偿平面。c.撤消刀具半径补偿的终点应放在刀具切出工件以后，避免发生碰撞。d.建立/撤消刀补时，移动指令只能是G00

25、/G01，不能用G02/G03；而且程序段中应指定偏置平面内不为0的任意一轴的移动。e.程序中若指定了D00，则就取消了刀补。f.注意刀具半径补偿引起的过切。图5-18 产生工件轮廓损伤图图5-20 刀补功能的利用 g.若D代码中存放的偏移量为负值，那么G41和G42指令将相互取代。因此，可用同一程序加工出凹凸两模。h.常用刀具半径补偿功能实现对零件轮廓的粗、精加工。5-19 对过切的处理示意图2）刀具长度补偿指令G43、G44、G49。刀具长度补偿：G43/G44 Z H撤消刀具长度补偿：G49（4）暂停指令G04 其程序格式为：G04 X/P 其中，X、P指定暂停时间，范围为0.00199

26、999.999s。X可用小数点编程，单位为s，P不允许用小数点，单位为ms。3.辅助功能指令（1）M00程序停止，必须重新按起动按钮。（2）M01选择停止，只有按下机床控制面板 上的“选择停止”按钮时，该指令才有效。（3）M02程序结束（4）M03、M04主轴正转、反转（5）M05主轴停转（6）M06换刀 （7）M072号切削液开（8）M081号切削液开（9）M09切削液关（10）M30程序结束 编写如图5-21所示零件的精加工程序步骤如下：1）根据零件图样要求、毛坯情况，确定工艺方案及加工路线。用三爪自定心卡盘夹持55mm外圆一头（图中未画出），使工件伸出卡盘8085mm，一次装夹完成精加工

27、。2）选择机床设备。选用经济型数控车床。3）选择刀具。根据加工要求，选用1把刀具，T01为精加工90外圆车刀。4）确定切削用量。5）确定工件坐标系、对刀点和换刀点。1.数控车床编程举例图5-21 数控车床编程实例6）编写程序。精加工程序：O0001；N10 G50 X100 Z50；N20 G90；N30 M03 S800 T0100；N40 G00 X0 Z2；N50 M08；N60 G01 Z0 F0.5；N70 G03 X20 Z-10 R10 F0.1；N80 G01 Z-20；N90 X30.01 Z-25；N100 Z-40；N110 G02 X40 Z-45 R5；N120 G0

28、1 Z-50；N130 X42；N140 X50 Z-55；N150 Z-75；N160 X57；N170 G00 X100 Z50；N180 M09；N190 M05；N200 M30；编写如图5-22所示零件的外轮廓精加工程序，深5mm，材料为45钢。加工设备：FANUC 0M系统数控车床 1）根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况确定工艺方案及加工路线。以已加工过的底面为定位基准，用机用平口虎钳夹紧工件前后两侧面，平口虎钳固定于铣床工作台上。一次装夹完成精加工。2）选择机床设备。根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。故选用XKN7125型数控立式铣床。2.数控铣床编程举例图5-

29、22 数控铣床编程实例 3）选择刀具。现采用18mm的平底立铣刀，并把该刀具的半径输入刀具参数表（D01）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）确定工件坐标系和对刀点。在XOY平面内确定以工件左下角为工件原点，Z方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系。采用手动对刀方法。6）编写程序。6）编写程序。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。精加工程序：O0002；N10 G90；N20 G92 X0 Y0 Z50；N30 M03 S600；N40 G00 X-20 Y-20 Z5；N50 M0

30、8；N60 G01 Z-5 F60；N70 G01 G41 X6 Y15 D01 F100；N80 Y77；N90 G02 X24 Y95 R18；N100 G01 X42.188；N110 G03 X89.812 Y95 R36；N120 G01 X94；N130 Y25；N140 G03 X76 Y7 R18；N150 G01 X20；N160 X4 Y23；N170 G00 Z50；N180 G40 G00 X0 Y0；N190 M09；N200 M30；1.什么叫数控机床？它有哪几部分组成？2.什么叫脉冲当量？3.什么叫加工中心？它的特点是什么？4.点位控制和轮廓控制有什么不同？各适用于什么场合？5.简述开环、半闭环、闭环系统的特点及区别？6.常用的控制介质有哪些？7.程序检验的方法有哪些？8.程序字主要有哪几类？简述其含义？9.什么叫模态指令和非模态指令？举例说明。10.精铣图5-23、图5-24所示零件的轮廓，材料为45钢，试编程。11.分别编制图5-25、图5-26所示车床零件的精加工程序，材料为45钢。图5-26 精车外圆 图5-23 铣削槽图5-24 铣削外轮廓（深3mm）图5-25 车削端面、外圆