《数控技术》_教材

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1、机电工程系|贾小伟 1 / 60数控技术 （Numerical Control Technology）是指用数字量及字符发出指令并 实现自动控制的技术，它已经成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的 基础技术。 数控系统（Numerical Control System）是指采用数字控制技术的控制系统。 计算机控制系统（Computer Numerical Control System）是以计算机为核心 的数控系统。 数控机床（Numerical Control Machine Tools）是指采用数字控制技术对机 床的加工过程进行自动控制的一类机床。第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论

2、第一节机床数控技术的组成 一、机床本体 机床本体主要有床身、立柱、工作台、导轨等基础件和刀库、刀架等配套 件组成。二、数控系统 数控系统是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中的数控加工 程序，控制数控机床运动并加工出零件。机床数控技术机床本体数控系统外围设备基 础 件配 套 件数 控 装 置伺 服 驱 动 装 置测 量 反 馈 装 置工 具 系 统编 程 技 术管 理 技 术三、外围技术 外围技术主要包括工具系统（主要指刀具系统） 、编程技术和管理技术。贾小伟|机电工程系 2 / 60第二节数控机床的特点与分类 一、数控机床的特点 （一）适应性、灵活性好 （二）精度高、质量稳定 （三）

3、生产效率高 （四）劳动强度低，劳动条件好 （五）有利于现代化生产与管理 （六）使用、维护技术要求二、数控机床的分类 表-数控机床的分类 分类方法数控机床类型按运动控制方式分类点位控制 数控机床直线控制 数控机床轮廓控制 数控机床按伺服系统类型分类开环 数控系统半闭环 数控系统闭环 数控系统按功能水平分类经济型 数控机床中档型 数控机床高档型 数控机床按工艺方法分类金属切削 数控机床金属成形 数控机床特种加工 数控机床机电工程系|贾小伟 3 / 60第三节数控技术的发展趋势 一、数控机床的产生 数控机床最早诞生于美国。 1952 年，Parsons 公司与 MIT 合作，研制出世界上第一台三坐标

4、铣床，用 于加工直升机叶片检查板。 1968 年，北京第一机床厂研制出第一台数控机床。二、数控机床发展经历 第一代数控（19521959 年） ：采用电子管构成的硬件数控系统； 第二代数控（19591965 年） ：采用晶体管电路为主的硬件数控系统； 第三代数控（1965 年开始） ：采用小、中规模集成电路的硬件数控系统； 第四代数控（1970 年开始） ：采用大规模集成电路的小型通用电子计算机 数控系统； 第五代数控（1974 年开始） ：采用微型计算机控制的系统； 第六代数控（1990 年开始） ：采用工控 PC 机的通用数控系统。 前三代为第一阶段，数控系统主要是由硬件联结构成，称为硬件

5、数控；后 三代成为计算机数控，其功能主要由软件完成。三、数控技术的发展趋势 （一）向高速度、高精度方向发展 （二）向柔性化、功能集成化方向发展 （三）向智能化方向发展 （四）向高可靠性方向发展 （五）向网络化方向发展贾小伟|机电工程系 4 / 60第二章第二章第二章第二章数控程序编制数控程序编制数控程序编制数控程序编制第一节编程基础 一、程序编制的目的 （一）编程的含义：工件加工程序的编制是指从零件图样到制成控制介质的全 部过程，简称为数控编程。 （二）编程内容：数控加工是指数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。包 括加工工件的工艺过程、运动轨迹、工艺参数、辅助操作等。二、程序编制的方法 （一

6、）手工编程：编程的过程全部由人工完成的方法。 （二）自动编程：编程的过程全部或部分由计算机来完成的方法。三、编程的内容与步骤图-数控编程的步骤 四、程序的构成 % O1000/ 程序开始部分 - N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000； N20 G01 X88.1Y30.2 F500T02 M08； N30 X90；/ 程序主体部分 - N300 M30；/ 程序结束部分 %五、程序段格式 （一）程序段格式是指一个程序段中字的排列顺序和表达方式。 （二）字地址程序段的一般格式机电工程系|贾小伟 5 / 60采用的标准为 ISO6983-I-1982 和 GB8870-88。

7、六、数控机床的坐标系 （一）坐标系的确定原则 1、标准坐标系 根据 JB/T3051-1999 规定，标准坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系，大拇 指的指向为 X 轴的正向，食指的指向为 Y 轴的正向，中指的指向为 Z 轴的正 向。围绕 X、Y、Z 轴旋转的圆周分别用 A、B、C 表示，其正方向采用右手螺 旋定则确定，即用右手半握拳，大拇指分别指向 X、Y、Z 的正向，则四指弯 曲的方向为对应的 A、B、C 的正向。 2、运动原则及运动规定 假定工件不动，刀具相对于工件作进给运动的坐标系。 以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向。 3、机床坐标轴的确定 Z 坐标轴 规定传递切削动力的主轴线

8、为 Z 坐标轴。 如果机床上有多个主轴，则选一垂直于工件装夹面的主轴作为主要的主 轴。 如果机床没有主轴，则规定 Z 坐标轴垂直于工件装夹面。 X 坐标轴 X 坐标为水平方向，平行于工件装夹面，是刀具或工件定位平面内运动 的主要坐标。 对于没有旋转运动的机床，X 轴平行于主要切削方向，并以该方向为正 方向。与切削力的方向一致。 对工件旋转的数控机床，X 轴的方向在工件的径向上，并且平行于横滑 座。 对刀具旋转的数控机床， 如果 Z 轴是水平的， 则从刀具尾端向工件看时 ， X 轴的正方向指向右边；如果 Z 轴是垂直的，则从刀具向主轴看时，X 轴的正 方向指向右边。 对于具有双立柱的数控机床，则

9、从刀具向左侧立柱看去，X 轴的正方向 指向右边。贾小伟|机电工程系 6 / 60Y 坐标轴 按照右手直角笛卡尔坐标系来确定 Y 坐标轴。 A、B、C 坐标轴 A、B、C 坐标轴分别为绕 X、Y、Z 坐标轴的回转进给运动坐标轴，在确 定 X、Y、Z 坐标轴的正方向后，可按右手螺旋定则来确定 A、B、C 坐标轴的 正方向。（二）机床坐标系与工件坐标系 1、机床坐标系 机床坐标系是机床上固有坐标系，并设有固定的坐标原点，其坐标和运动 方向视机床的种类和结构而定。 机床坐标系的原点也称机床原点、机械原点。 2、工件坐标系 工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图样上的某一 点所建立的坐标

10、系。 工件坐标系的原点也称工件原点、编程原点。 3、机床坐标系与工件坐标系的关系 一般来说，工件坐标系的坐标轴与机床坐标相应的坐标轴相平行，方向也 相同，但原点不同。机电工程系|贾小伟 7 / 60第二节基本编程指令 一、功能代码简介 二、准备功能字（G 代码） （一）概述 （二）常用指令 1、G17、G18、G19 坐标平面选择指令 2、G90 /G91 绝对/增量值编程指令 3、G00 快速定位指令 格式：G00X_Y_Z_； 4、G01 直线插补指令 格式：G01X_Y_Z_F_； 5、G02 /G03 顺/逆时针方向圆弧插补 格式：G02/G03 X_Y_R_F_；或 G02/G03

11、X_Y_I_J_F_； 6、G04 暂停指令 格式：G04X/U/P_； 说明：X 或 U 后面可跟带小数点的数表示暂停时间，单位为秒（s） ，P 后面只能跟整数，单位为毫秒（ms） 。有些数控系统，X（U）后面的数字表 示刀具或工件空转的圈数。三、辅助功能字（M 代码） （一）概念 （二）常用指令 1、M00 程序暂停指令 功能：执行 M00 指令后，程序停止不执行下一程序段，使主轴停转、进给 暂停、切削液关，相当于程序暂停。当按下控制面板上的机床启动键，可以继 续执行下一段程序。 2、M01 计划停止指令 功能：M01 功能与 M00 相似，不同的是，当程序执行到 M01 之前时，操 作员

12、必须预先按下操作面板上的“选择停止”按钮，才会使程序暂停。若不按 下操作面板上的“选择停止”按钮，M01 指令无效。 3、M02/M30 程序结束指令 功能：M02 与 M30 均使主轴、进给及切削液全部停止，加工程序全部结 束，机床复位。与 M02 相比，M30 能自动返回程序起始位置，为加工下一个 工件做准备。 4、M03/M04/M05 主轴控制指令 5、M06 换刀指令 6、M07/M08/M09 切削液控制指令 功能：M07 使二号切削液（雾状）开，M08 一号切削液（液状）开，M09 切削液停。贾小伟|机电工程系 8 / 60四、进给功能字（F 代码） 进给速度功能代码， 模态 （

13、续效） 代码。用来指定进给速度，单位 mm/min， 当进给速度与主轴转速有关时，单位 mm/r。五、主轴转速功能字（S 代码） 主轴转速功能代码，模态（续效）代码。用来指定主轴转速，单位 r/min。六、刀具功能字（T 代码） 刀具功能代码。一般的，T 代码格式是地址符 T 后跟两位或四位数字，数 字位数由数控系统而定，用来指定刀具号及刀具补偿号。也有的数控系统用 T D，“”表示数字，T 后面数字表示刀具号，D 后面数字表示刀具 补偿号。机电工程系|贾小伟 9 / 60第三节数控车床程序编程 一、数控车床的编程特点 （一）可采用绝对编程、增量编程或混合编程。 （二）采用直径编程。 （三）为

14、提高工件的径向尺寸精度，X 向的脉冲当量取 Z 向的一半。 （四）具有多种固定循环程序。 （五）刀具半径补偿。 （六）许多数控车床用 X、Z 表示绝对坐标指令，用 U、W 表示增量坐标指令。 （七）I、K 在圆弧切削时表示圆心坐标。 （八）刀架分前置和后置。二、基本编程指令 （一）G50 工件坐标设定指令 格式：G50 X Z ； （二）G00 快速定位指令 格式：G00 X_Z_； （三）G01 直线插补指令 格式：G01 X_Z_F_； （四）G02/G03 圆弧插补指令 格式：G02/G03 X_Z_I_K_F_； G02/G03 X_Z_R_F_； 1、车锥法。 在车圆弧时， 不可能一

15、刀就把圆弧车好， 因为这样吃刀量太大 ， 容易打刀，可以先车一个圆锥，再车圆弧。 2、车圆法。在车圆弧时，除用上面的车锥法还有车圆法。车圆法就是用不 同半径的圆来车削，最终把所需圆弧车削出来。 3、移圆法。移圆法与车圆法不同，它的半径不变，而是同过移动圆心的位 置，而最终把所需圆弧车出。 （五）G20/G21 英制/米制输入指令 （六）G27/G28/G29/G30 参考点指令 （七）G96/G97 主轴恒线速控制/取消主轴恒线速度控制指令 （八）G98/G99 每分进给/每转进给控制指令三、单一形状固定循环 （一）G90 外圆切削循环 格式：G90X_Z_I_F_； 式中：X_Z_为切削终点坐标； I_为圆锥起点与终点的半径差； F_ 为进给速度。 刀具轨迹：刀具从循环起点按 1R2F3R4R 循环，循环终点即循环起 点。R=0 时，刀具轨迹为矩形，即进行直线切削循环。R0 时，刀具轨迹为梯 形，即进行锥形切削循环。贾小伟|机电工程系 10 / 60G90 循环轨迹G94 循环轨迹（二）G94 外圆切削循环 G94X_Z_