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1、参 考 译 文第一单元 数控技术基本概念第1课 数控的发展史机床数控技术是在二战后的1947至1952年间由美国麻省理工学院首次开发出来的。数控的发展得益于美国空军，他们意识到必须为现代飞机尤其是航天飞行器的生产，研发更高效的制造技术以加工尺寸精度更高、形状更复杂的零件。由于大部分的加工都涉及到铣削加工，因而美国空军赞助麻省理工学院建立研究项目来开发数控铣床样机。这个样机通过对传统的靠模铣床的三坐标轴添加数控伺服机构而改进得到。1952年3月，麻省理工学院在实验室举办了第一次数控机床展示会。同时，一些工业界用户，特别是飞机制造商也致力于研发数控机床来满足他们自己特定的生产需求。美国空军鼓励麻省
2、理工学院继续立项开展曲面加工研究，并提供赞助。它导致了1959年自动编程工具语言（APT）的发展。这是一种数控编程的专用语言，它使用与英语非常接近的语句来定义零件的几何尺寸，描述刀具配置，指定必需的运动。指令程序写在穿孔纸带上，但穿孔纸带很容易在加工过程中被撕破或者磨损。穿孔纸带后来被磁性塑料磁带取代。塑料磁带通过一系列的磁点来携带指令，并且比纸带要结实得多。然而，塑料磁带仍然留下两个问题：要改变已经输入到磁带上的指令非常困难或者不可能。即使为了对程序中的指令作极微小的调整，也必须中断加工过程，重新制作一盘新磁带；每加工一个零件，仍然需要再读取一次磁带来获得指令。幸运的是，在70年代实现了计算
3、机技术，并很快地解决了与数控技术相关的穿孔纸带和磁带问题。第2课 控制系统当加工单元配备了计算机数控系统通常被称为数控机床。计算机数控系统类似于身体系统，控制单元就是其大脑神经中枢。通过计算机数控系统的主控单元，程序员可编程控制机床所有的速度、进给、轴运动和数以百计的其他任务。对数控机床的编程就是对控制系统编程，就是用控制单元确定程序的格式、结构和语法。为了充分了解数控编程过程，掌握机械加工的各项复杂环节是十分重要的，例如，如何加工零部件，如何选择刀具、速度和进给以及如何设置工作和许多其他功能。同样重要的是要知道计算机数控装置是如何运作的，而了解这些并不需要你成为一个电子或计算机科学的专家。机
4、床制造商在自家操作面板上会添加操作开关和按钮来控制数控机床并发挥其特有功能。一个典型的操作面板如下图所示:即使是简单一看，都能发现任何一个控制单元都包含两个基本组件：一个是带有旋转开关、钮子开关和按钮的操作面板；另一个是带有键盘的显示屏。根据数控机床的不同类型，下表包含了现代操作面板上最典型和常用的功能键。虽然加工中心和车床在操作上有一些小差异，但操作面板是相似的。正如参考书中所说那样，操作前最好仔细阅读制造商的说明书和建议，因为通常许多在工厂里使用的机床都会有很多特殊功能。专项描述专项描述换向开关主动力和控制单元的动力和控制开关换刀开关允许手动换刀循环启动启动执行程序或手动数据输入指令参考位
5、置开关和指示灯与从参考位置（原点）设置机床相关紧急停车停止机床所有任务并且关闭通向控制装置的电源手轮模式手动脉冲发生器(MPG)用于选轴和操作增量开关暂停暂时停止所有轴的运动尾座开关尾座和/或尾座套筒可手动调整尾座位置单程序段每次运行一个单程序段分度盘开关手动设置机床工作台分度选择停机暂时停止程序的执行(M01所需的程序)手动数据输入模式手动数据输入模式执行单节跳跃程序中用正斜杠(/)表示忽略前段程序自动模式可自动操作试运行在高速下测试程序(不安装工件)记忆模式允许从计算机数控装置的存储器调用程序执行主轴调整通常在50 - 120%的范围内调整主轴转速编程穿孔带模式允许从外部设备,如台式电脑或
6、穿孔纸带调用程序执行进给率调整通常在0 - 200%的范围内调整进给率编程编辑模式允许更改保存在计算机数控存储器中的程序卡盘夹紧显示卡盘夹紧的当前状态(外/内夹紧)手动模式允许设置手动操作冷却液开关冷却液控制开关开/关/自动寸动模式选择设置寸动模式齿轮选择显示当前齿轮工作范围选择的状态快速模式选择设置快速模式主轴旋转表明主轴旋转方向(顺时针或逆时针方向)内存访问开关设为允许编辑程序主轴定位主轴手动定位出错显示灯红灯显示出现错误尽管某些功能可能没有罗列出来，但是表格里所描述的所有功能或多或少都是与数控程序相关的。许多控制系统有自己的独特功能。数控机床的编程应该是灵活而非僵化的，是“便于用户使用的
7、”。屏幕是计算机显示的窗口，可以用来查看当前的程序、控制的状态、当前刀具位置、各种补偿、参数以及刀轨图。在所有数控单元中，操作员可以通过输入键(键盘垫和软键)来选择单色或彩色屏幕，同时也可设置不同的语言。指令是通过键盘和软键来输入数控系统的。现有的程序可以被修改或删除,也可以添加新程序。使用键盘输入，不仅可以控制运动轴，也可控制主轴转速和进给速度。修改内部参数和诊断评估往往局限于维修人员。键盘和屏幕用于设置程序起点并连接到外部设备，如与另一台计算机连接。还有很多其他的选择。每个键盘允许使用字母、数字和符号来输入数据。但并不是每个键盘都允许使用所有可用的字母或符号。一些控制面板按键有操作功能的描
8、述，而不是一个字母、数字或符号，例如，补偿按键。第3课 计算机数控原理 个人计算机（PC）的出现和普及使得计算机数控技术得到了发展。在计算机数控中，微型计算机用于控制一台或多台数控机床，而不是通过磁带阅读器来获得穿孔纸带或磁带上的指令。数控程序输入到微机，微机执行程序。这就允许操作员在磁盘上开发数控程序，然后通过一个磁盘驱动器将程序装载到微机控制器或者直接从一个主机上下载程序。随着时间的推移和技术的持续发展，计算机数控将越来越占主导的优点就是它允许零件在设计和绘图时所创建的数据库能被用于描述数控程序进而用来制造零件。计算机数控有时被称为软件固化的数控。计算机数控的另外一个优点是可以创建数控程序
9、库，并将其存储再使用。此外，可通过修改特定数控程序而生成一个新的数控程序。一个计算机数控系统由三部分组成（图3-1）：1、控制部分2、输入部分3、输出部分输入部分允许系统从操作员那里接受输入，也可以从作为系统一部分的接口设备接受反馈信息。控制部分具有任何一个计算机控制系统的中央处理器（CPU）所能提供的完全相同的功能。这些功能包括数控程序的存储，算法与逻辑判定，以及输入输出之间的通信。输出部分将指令从控制部分传送到执行任务的实际机器。这些机器都在一个闭环系统中并反馈信息回到控制器，这样它们的运行就能被连续监控。和任何计算机控制系统一样，计算机数控系统可以有两种存储类型：随机存储器（RAM）和只
10、读存储器（ROM）。数控程序通常是存储在随机存储器中的，这样它们可以方便的存取和随时编辑。只有诸如系统操作程序和诊断程序一类的静态程序才存储在只读存储器中。在典型的计算机数控设备中，操作员在操作台输入数控程序。程序传送到控制器的存储单元存储起来备用。需要使用该程序时调用它。第4课 数控机床的发展趋势数控技术及设备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控设备列为国家的战略物资。1.高速化、高精度化、高可靠性高速化：提高进给速度与主
11、轴转速。 高精度化：其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级高可靠性：新数控系统的可靠性一般要比旧数控系统高一个数量级以上。2.复合化数控机床功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。3.智能化智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为提高加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智能诊断、智能监控等方面的内容，方便系统的诊断及维修。4.柔性化、集成化现代数控机床的柔性自动化系统发展的趋势是：
12、从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。新一代数控系统的开发核心是它的开放性。软件平台和硬件平台是开放式系统，采用模块化，层次化的结构，并通过形式向外提供统一的应用程序接口。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控设备是近两
13、年的一个新的焦点。数控设备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。第二单元 数控编程基础第5课 数控编程简介数控机床编程有四种方式：手工编程，数字化编程，语言编程，图形编程。（图5-1）手工编程是这四种中最为麻烦的。它涉及到确定刀具位置和指定刀具方向的数值计算。当这些数值计算出来之后，将其记录下来并输入到机床控制单元。数字化是常用于计算机辅助设计和制图中的一种方法，零件图通过电子化处理后，图形上各个不同的点被转化为X-Y坐标，并存入计算机。一旦零件图被完全描绘出来，存储在计算机中的X-Y坐标就确定了该零件，可
14、以输送到数控机床以产生刀具位置和运动指令。语言程序类似于为任何计算机应用而开发的程序。用这类程序，人们可以用接近英语的语言来描述刀具位置和运动，以及速度和进给速度。此类程序输入到机床控制单元，在机床控制单元中将其翻译成机器语言后转交给数控机床的执行部件。交互式的图形自动编程系统通过启动屏幕上相应的指示，利用图形和编辑功能向计算机输入几何形状来完成零件的成形。同时，利用人机交互的方式指定零件将被加工的区域，加工方法，以及刀具方向，输入通过软件和系统自动生成的加工参数和刀具路径程序文件。系统动态的显示刀具的运动轨迹，为指定的数控系统生成相适应的数控加工程序，并最终将数控程序传输到机床的数控系统。最
15、现代的，成熟的数控机床编程方法是通过使用零件的三维模型产生指导数控机床加工零件的数据。随着数控技术的不断发展，这种编程方法最终将比其他的方法应用更为广泛。图5-2显示了一套数控编成系统。第6课 基本编程指令刀具沿着构成加工件零件图的直线或弧线运动。沿直线或弧线移动刀具的功能叫做插补。编程指令符号G01，G02等被称为准备功能，指明了在控制单元执行的插补类型。刀具为切削工件在给定速度下的运动称之为进给。进给速度可用实际的数字来指定。例如，以150毫米/分的速度进刀，在程序中说明如下：F150.0。确定进给速度的功能叫做进给功能。刀具运动的指令用绝对指令或增量指令来说明。绝对指令：刀具运动到一个点，距离是从坐标系统的原点到该点，即为该位置的坐标值。增量指令：指明从前一刀具位置到下一刀具位置的位移。在工件被切削时，刀具相对于工件的速度称为切削速度。对于计算机数控，切削速度可以用“转/分”的主轴转速来表示。与主轴转速相关的指令称为主轴转速功能。在钻孔，攻丝，镗孔，铣削加工或其他类似操作时，应当选择合适的刀具。当每一把刀具分配一个编号，这个编号在程序中指明了，相对应的刀具就被选中。当刀具存放在自动换刀刀库的01号位置，该刀具可通过指明T01来选择。这就叫做刀具功能（图6-1）。开始加工，主轴必须转动并同时输送冷却液。为此目的，应
