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1、数控机床与编程技术数控机床与编程技术培训教程培训教程9/7/20241内容数控机床的组成数控机床的工作原理数控机床的机械结构特点数控编程基础数控车床编程数控铣床编程数控加工中心编程自动编程数控机床的操作9/7/20242课程安排总学时：70学时， 理论54学时 实验16学时考核：100分=平时成绩20分+期末考试80分 平时成绩20分：考勤5分+作业5分+实验10分 期末考试80分：笔试40分+上机操作40分 9/7/20243课程基本要求掌握数控机床的组成及结构特点掌握数控车床的手工编程掌握数控铣床的手工编程掌握数控机床的基本操作，能够独立完成零件的编程与加工了解加工中心的编程与操作掌握Ma
2、ster-CAM零件造型及后置处理方法，能通过自动编程独立完成零件的编程与加工9/7/20244第一章第一章 概论概论数控机床的组成及工作原理数控机床的分类数控机床加工的特点数控机床的应用范围9/7/20245第一节第一节 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理零件加工程序程序载体输入装置数控装置伺服驱动装置辅助控制装置检测反馈装置机床本体9/7/20246第一节第一节 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理9/7/20247第一节第一节 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理CNCCNCCNCCNC装置装置装置装置(CNC(CNC单元单元) ) CNCCNC装置
3、是数控机床的核心部件。装置是数控机床的核心部件。组成：组成：组成：组成：计算机系统、位置控制板、计算机系统、位置控制板、PLCPLC接口板，通讯接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：作用：作用：作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件命令到相应的执行部件( (伺服单元、驱动装置和伺服单元、驱动装置和PLCPLC等等) )，所有这些工作是由，所有这些工作是由CNCCNC装置内硬
4、件和软件协调配装置内硬件和软件协调配合，合，合合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。9/7/20248第一节第一节 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理 1. 1. 操作面板操作面板操作面板操作面板操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。的工具。组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。盘一样）和显示器；。它是数控机床特有的部件。它是数控机床特有的部件。9/7/20249第一节第一节 数控机床的组成及工作原理数
5、控机床的组成及工作原理2. 2. 控制介质与输入输出设备控制介质与输入输出设备控制介质与输入输出设备控制介质与输入输出设备控制介质控制介质控制介质控制介质 记录零件加工程序的媒介记录零件加工程序的媒介输入输出设备输入输出设备输入输出设备输入输出设备 CNCCNC系统与外部设备进行交互装置。系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入在控制介质上的零件加工程序输入CNCCNC系统或将调试系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的
6、控制介质上。的控制介质上。9/7/202410表表表表1 1 1 1 控制介质和输入输出设备表控制介质和输入输出设备表控制介质和输入输出设备表控制介质和输入输出设备表9/7/202411第一节第一节 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理3. 3. 通讯通讯通讯通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAMCAD/CAM的的集成、集成、FMSFMS和和CIMSCIMS的基本技术。采用的方式有：的基本技术。采用的方式有
7、：串行通讯（串行通讯（RS-232RS-232等串口）、等串口）、自动控制专用接口和规范（自动控制专用接口和规范（DNCDNC，MAPMAP等）等）网络技术（网络技术（internetinternet，LANLAN等）。等）。9/7/202412第一节第一节 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理 4. 4. CNCCNCCNCCNC装置装置装置装置(CNC(CNC(CNC(CNC单元单元单元单元) ) ) )CNCCNC装置是数控机床的核心部件。装置是数控机床的核心部件。组成：组成：组成：组成：计算机系统、位置控制板、计算机系统、位置控制板、PLCPLC接口板，通讯接口接口板，通讯
8、接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：作用：作用：作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件应的执行部件( (伺服单元、驱动装置和伺服单元、驱动装置和PLCPLC等等) )，所有这些工，所有这些工作是由作是由CNCCNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。系统有条不紊地进行工作的。9/7/202413第一节第一节
9、 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机进给伺服驱动装置和进给电机测量装置测量装置测量装置测量装置 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用作用作用作用 保证灵敏、准确地跟踪保证灵敏、准确地跟踪CNCCNC装置指令：装置指令：进给运动指令：实现零件加工的成形运动（
10、速度和位置进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。控制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）9/7/202414第一节第一节 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理PLC PLC ( (P Programmable rogrammable L Logic ogic C Controller)ontroller) 、机床机床机床机床I/OI/OI/OI/O电路和装置电路和装置电路和装置电路和装置PLCPLC：用于控制机床顺序动作，完成与逻辑运算有关的用于控制机床顺序动作，完成与逻辑运算有关的开关量开关量I/O
11、I/O控制，它由硬件和软件组成；控制，它由硬件和软件组成；机床机床机床机床I/OI/OI/OI/O电路和装置：电路和装置：电路和装置：电路和装置：实现开关量实现开关量I/OI/O控制的执行部件，控制的执行部件，即由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等电器组成的即由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等电器组成的逻辑电路；逻辑电路；功能：功能：功能：功能：接受接受CNCCNC的的MM、S S、T T指令，对其进行译码并转换成对应指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应开关动作的控制信号，控制辅助装置完成机床相应开关动作接受操作面板和机床侧的接受操作面板和机床侧的I/OI/O信
12、号，送给信号，送给CNCCNC装置，经其装置，经其处理后，输出指令控制处理后，输出指令控制CNCCNC系统的工作状态和机床的动作。系统的工作状态和机床的动作。9/7/202415第一节第一节 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理7. 7. 机床机床机床机床机床机床机床机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件行部件。组成组成组成组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统身等）以及特殊装置
13、（刀具自动交换系统 工件自工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。9/7/202416第二节第二节 数控机床的分类数控机床的分类按加工工艺分类按控制系统的功能水平分类按伺服装置的功能水平分类按数控机床的档次分类 9/7/202417第二节第二节 数控机床的分类数控机床的分类一一.按加工工艺分类按加工工艺分类普通数控机床： 如：数控车床、数控铣床、 数控磨床、数控钻床等等加工中心：带刀库和自动换刀装置 如：车削中心、加工中心其它：三坐标测量机、机械手（工业机器人）、 自动绘图机等9/7/202418第二节第二节 数控机床的分类数控机床的分类二二.按控
14、制系统的功能特点分类按控制系统的功能特点分类点位控制的数控机床点位-直线控制的数控机床轮廓控制的数控机床9/7/202419第二节第二节 数控机床的分类数控机床的分类 二、按控制功能分类 1.1.点位控制数控系统点位控制数控系统仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；精确定位运动；对轨迹不作控制要求；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。运动过程中不进行任何加工。适用范围适用范围适用范围适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。和数控测量机。9/7/202420第二节第二节 数控机床的分类数控机床
15、的分类 二、按控制功能分类二、按控制功能分类二、按控制功能分类二、按控制功能分类2. 2. 轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统轮廓控制数控系统具有控制几个进给轴同时谐调运动具有控制几个进给轴同时谐调运动( (坐标联动坐标联动) )，使工件，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。进行连续切削加工的数控系统。适用范围适用范围适用范围适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面零件的机床。现代的数控机床基本上都是装备曲线和曲面零件的机床。
16、现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统的这种数控系统。9/7/202421第二节第二节 数控机床的分类数控机床的分类三三.按伺服系统的特点分类按伺服系统的特点分类 按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环开环数控系统数控系统和闭环数控系统闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环全闭环和半闭环半闭环两种。开环控制的数控机床半闭环控制的数控机床闭环控制的数控机床9/7/202422第二节第二节 数控机床的分类数控机床的分类开环控制的数控机床开环控制的数控机床特点：结构简单，步进驱动、步进电机，无位置速度反馈9/7/202423第二节第二节 数控机床的分
17、类数控机床的分类半闭环控制的数控机床半闭环控制的数控机床特点：精度较高，采用交流或直流伺服驱动及伺服电机，有角位移、角速度检测装置，结构紧凑9/7/202424特点：精度高，采用交流或直流伺服驱动及伺服电机，有直线位移、速度检测装置，价格贵，调试困难第二节第二节 数控机床的分类数控机床的分类闭闭环环控制的数控机床控制的数控机床9/7/202425第二节第二节 数控机床的分类数控机床的分类四、按联动轴数分四、按联动轴数分四、按联动轴数分四、按联动轴数分1.1.2 2轴联动（平面曲线）轴联动（平面曲线）2.2.3 3轴联动（空间曲面，球头刀）轴联动（空间曲面，球头刀）3.3.4 4轴联动（空间曲面
18、）轴联动（空间曲面）4.4.5 5轴联动及轴联动及6 6轴联动（空间曲面，端铣刀）轴联动（空间曲面，端铣刀） 。 联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。9/7/202426五五.按控制系统的功能水平分类按控制系统的功能水平分类控制系统功能高档中档低档（经济型）主轴功能无级变速、C轴功能机械变速分辩率0.1m1 m10 m进给速度15100m/min1524m/min815m/min伺服驱动闭环半闭环开环电机交、直流伺服电机步进电机联动轴数24轴或25轴23轴通信功能MAP，联网功能RS232C、RS485无显示功能三维图形彩显CRT图形显示数码或CRT
19、字符内装PLC有有无主CPU32位或64位16位或32位8位9/7/202427第三节第三节 数控机床加工特点数控机床加工特点加工精度高对加工对象的适应性强自动化程度高，劳动强度低生产效率高良好的经济效益有利于现代化管理9/7/202428第四节第四节 数控机床的应用范围数控机床的应用范围多品种小批量生产的零件形状结构比较复杂的零件需要频繁改型的零件价值昂贵，不允许报费的关键零件需要最少周期的急需零件批量较大精度要求高的零件9/7/202429第第二二章章数数控控机机床床的的机机械械结结构构特特点点第二章第二章 数控机床机械结构的特点数控机床机械结构的特点对数控机床机械结构的要求数控机床的主传
20、动及主轴部件数控机床的进给运动及传动机构自动换刀装置其它辅助装置9/7/202431第一节第一节 对数控机床机械结构的要求对数控机床机械结构的要求提高机床的动、静刚度减少机床的热变形减少运动副的摩擦，提高传动精度提高机床的寿命和精度保持性自动化的机构，宜人的操作性安全防护和宜人的造型9/7/202432第一节第一节 对数控机床机械结构的要求对数控机床机械结构的要求一一. 提高机床的静、动刚度提高机床的静、动刚度合理选择支承件的结构形式合理的结构布局采用补偿变形的措施合理选用构件的材料9/7/202433第一节第一节 对数控机床机械结构的要求对数控机床机械结构的要求二二.减少机床热变形的措施减少
21、机床热变形的措施减少机内发热改善散热和隔热条件合理设计机床的结构与布局进行热变形补偿9/7/202434第一节第一节 对数控机床机械结构的要求对数控机床机械结构的要求三三. 减少运动副的摩擦减少运动副的摩擦采用滚动导轨或静压导轨采用贴塑滑动导轨用滚珠丝杠代替滑动丝杠采用无间隙滚珠丝杠传动和无间隙齿轮传动以提高传动精度9/7/202435第二节第二节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统概述数控机床的主传动系统概述 主运动系统是指驱动主轴运动的系统，主轴是数控机床上带动刀具和工件旋转，产生切削运动的运动轴，它往往是数控机床上单轴功率消耗最大的运动轴。主传动系统的作用主传动
22、系统的作用： 传递动力，传递切削加工所需要的动力 传递运动，传递切削加工所需要的运动； 运动控制，控制主运动运行速度的大小、方向和起停。 与进给伺服系统相比，它具有转速高、传递的功率大等特点，是数控机床的关键部件之一，对它的运动精度、刚度、噪声、温升、热变形都有较高的要求。9/7/202436数控机床对主运动系统的要求数控机床对主运动系统的要求动力功率高力功率高 由于对高效率的要求日益增长，加之刀具材料和技术的进步，大多数NC机床均要求有足够高的功率来满足高速强力切削。一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kW250kW之间调速范速范围宽 除了功率方面的要求外，还应使主轴转速具有足够大的调整范围。
23、调速范围是指最高转速与最低转速之比，即Rn=nmax/nmin控制功能多样化控制功能多样化性能要求高性能要求高9/7/202437主传动功率主传动功率机床主传动的功率N可根据切削功率Nc与主运动传动链的总效率由下式来确定 N=Nc/数控机床的加工范围一般都比较大，切削功率可以根据有代表性的加工情况，由其主切削力Pz按下式来确定9/7/202438调速范围宽调速范围宽在主运动系统中调速范围有恒扭矩、恒功率调速范围之分，如图所示，在基本转速(额定转速nc )以下是恒转速调速范围，通过调整电枢电压来实现，在nc以上是恒功率调速，通过调磁调速。而且现在恒功率调速范围尽可能大，以便在尽可能低的速度下，利
24、用其全功率(在低速时往往由于电流的限制，只能进行恒扭矩调速。因为加工一些难加工材料所需求的转速范围相差很大，例如，钛需要低速加工，而铝合金材料却需要高速加工，而采用齿轮变速箱扩大变速范围的方法已不能满足要求。9/7/202439调速范围宽调速范围宽主运动为旋转运动的机床，主轴转速n(r/min)由切削速度v(m/min)和工件或刀具的直径d(mm)来确定对于数控机床，为了适应切削速度和工件（或刀具）直径的变化，主轴的最低和最高转速可根据下式确定9/7/202440数控机床的主传动变速方式数控机床的主传动变速方式 无级变速 分段无级变速 内置电动机主轴变速（电主轴） 有级变速（机械变速）9/7/
25、202441现代数控机床均采用交流主轴电机及交流变频驱动装置，下图为主轴输出特性曲线9/7/2024429/7/202443控制功能多样化控制功能多样化由于由于NC机床的种机床的种类繁多，不同的机床繁多，不同的机床对主主轴功能有不同的要求功能有不同的要求。NC车床车螺纹时要求有同步控制功能；加工中心为了能进行自动换刀需要主轴准停功能；NC车床和NC磨床在进行端面加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求，要求接触点处的线速度为恒值，需要恒线速切削功能；还有些NC机床有C轴控制功能9/7/202444性能要求高性能要求高对主主轴电机的性能要求如下：机的性能要求如下：电机抗过载能力强，要求有较长时间(1
26、30min)和较大倍数的抗过载能力；在断续负载下，电机转速波动要小；速度响应要快，升降速时间要短；电机温升低，振动和噪音小；可靠性高，寿命长，维护容易；体积小，重量轻，与机床联接容易9/7/202445普通普通电机机机械机械变速系速系统主主轴部件配置方式部件配置方式该配置方式是一种传统的配置方式，它能够满足各种切削运动转矩输出的要求，但变速范围不大，由于是有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较复杂，所以现在仅有少数经济型数控机床采用该配置，其他已很少采用。 9/7/202446变频器器交流交流电机机12级级机械机械变速速主主轴部件配置方式部件配置方式特点：特点：变频电机经一对齿轮
27、变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化能力；具有结构简单、安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要求；调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些；主要用于经济型或中低档数控机床上。 9/7/2024479/7/202448交交、直、直流流主主轴电机机 主主轴部件配置方式部件配置方式特点：特点：电机经同步齿形带传动主轴电机是性能更好的交、直流主轴电机，变速范围宽，最高转速可达8000r/min在传动上能基本能满足目前大多数数控机床的要求，易于实现丰富的控制功能结构简单、安装调试方便，可满
28、足现在中高档数控机床的控制要求对于越来越高的速度的需求，该配置方式已难以满足9/7/2024499/7/202450电主主轴这种电机由三个基本部分组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。空心轴转子，它既是电机的转子，也是主轴，中间是空心的，用于装夹刀具或工件；带绕组的定子，它和其他电机相似。这种电机构成了较简单的主运动部 件。它不仅可以使转速提高，若在其内应用较先进的轴承（如陶瓷轴承、磁悬浮轴承等）而且可使主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。它的出现大大简化了主运动系统结构，实现了所谓的“零传动”
29、，因而使传动精度大大提高，由于它具有上述特点，在高速数控机床大量采用。在目前也存在着一些缺点，主要是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机的关键问题。 9/7/202451电主轴结构图电主轴结构图9/7/202452电主轴外观图电主轴外观图9/7/202453三位液压拨叉作用原理图三位液压拨叉作用原理图9/7/202454啮合式电磁离合器啮合式电磁离合器9/7/202455加加工工中中心心典典型型主主轴轴部部件件9/7/202456数控机床的主轴部件数控机床的主轴部件组成组成：主轴部件由主轴的支承、安装在主轴上的传动零件及装夹刀具或工
30、件的附件组成。主要作用主要作用：夹持工件或刀具实现切削运动；传递运动及切削加工所需要的动力。机床对其主轴部件的主要要求有机床对其主轴部件的主要要求有：主轴的精度要高。精度包括运动精度(回转精度、轴向窜动)和安装刀具或夹持工件的夹具的定位精度(轴向、径向)。部件的结构刚度和抗振性。运转温升不能太高以及较好的热稳定性。部件的耐磨性和精度保持能力。对数控机床除上述要求外，在机械结构方面还应有：刀具的自动夹紧装置。主轴的准停装置。主轴孔的清理装置等9/7/202457进给传动系统装置进给传动系统装置概述概述进给系统机械传动结构是进给伺服系统的重要组成部分，它是实现成形加工运动所需的运动及动力的执行机构
31、。它主要由传动机构、运动变换机构、导向机构、执行件组成。如下图所示。其中常用的传动机构有传动齿轮和同步带；运动变换机构有丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等；导向机构有滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承等。数控机床对进给运动的要求数控机床对进给运动的要求 减少摩擦阻力 提高传动精度和刚度 消除传动间隙 减小运动件的惯量9/7/202458进给传动系统装置进给传动系统装置9/7/202459进给传动系统装置进给传动系统装置对进给传动系统装置的要求：由于机械传动结构的刚性、制造精度、摩擦阻尼特性等，对执行件运动特性和运动精度有重要影响，因此进给伺服系统对机械传动机构提出了较高的要求，主要有：摩擦力
32、小，尤其是动静摩擦系数之差要小，故广泛采用如滚动摩擦等摩擦力较小的传动件及导轨；传动精度和刚度要高，要求消除传动间隙，并进行适当的预紧。以增加传动系统刚度；运动惯量要小，尽可能减小运动部件质量，以提高响应速度。9/7/202460进给传动系统装置进给传动系统装置齿轮传动及齿轮消隙齿轮传动及齿轮消隙齿轮传动在伺服进给系统中的作用是：改变运动方向、降速、增大扭矩、适应不同丝杠螺距和不同脉冲当量的配比等。当在伺服电机和丝杠之间安装齿轮（直齿、斜齿、锥齿等）时，必然产生齿侧间隙，造成反向运动的死区，必须设法消除。目前消除齿侧间隙普遍采用双片齿轮结构，如下图（a），将一对齿轮中的大齿轮分成1、2两部分，
33、并分别与螺钉3、8固定，再将弹簧4与3、8联接起来，这样齿轮的1、2两部分的齿轮自然错开，达到自动消除齿侧间隙的目的。图（b）为斜齿轮传动消隙结构。它是将一个斜齿轮分成两个薄片3、4，且在其中加一垫片2，改变垫片2的厚度，薄片3、4的螺旋线就会错位，分别与宽齿轮1的齿槽左、右侧面贴紧，消除了间隙。9/7/2024619/7/202462键键联接消隙联接消隙当齿轮与轴联接时，键两侧的间隙也必须设法消除，其措施如下图。图（a）为双键消除间隙，用紧定螺钉顶紧。图（b）将其中一个键灌环氧树酯，但不易拆卸维修。9/7/202463联轴节联轴节由于伺服电机性能的提高，目前许多场合都采用伺服电机与丝杠直接相
34、联，由于伺服系统对传动精度要求较高，因而对联轴节也提出了较高的要求，主要有无间隙、传动中弹性变形小、高速传动平稳、稳定可靠等。图是较典型的联轴节的结构形式。图（a）用锥销联接，为防止振松，用螺母加弹簧垫圈锁紧。图（b）将锥销放在侧边，故可承受较大的剪切力。图（c）为套筒中心线上互为90的两个锥销。套筒联接尺寸小、转动惯量小。图（d）为十字滑块联轴节，接头槽口需研配，适于负载较小的传动。图（e）是现在广泛采用的直接联接电机轴和丝杠的弹性无键联轴节。这种联轴节的工作原理是：联轴节的左半部装在电机轴上，当拧紧螺钉2时，件3和件6相互靠近，挤压内锥环4、外锥环5，使外锥环内径缩小，内锥环外径胀大，使件
35、6与电机轴1形成无键联接。右半部也同样形成无键联接。左半部通过弹性钢片组8两个对角孔与螺栓10、球面垫圈7、9相联。图中表明球面垫圈9与右半部件16没有任何联接关系。同样，弹簧钢片组8的另两个对角孔，通过球面垫圈17、18、螺栓19与右半部的件16联接，垫圈18与件6也没有任何联接关系。这样依靠弹性钢片组对角联接（即弹性）传递扭矩，且与电机轴和丝杠都无键联接。9/7/2024649/7/202465滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副丝杠螺母副是运动变换机构，其功用是将旋转运动变换成直线运动。按丝杠与螺母的摩擦性质分类：滑动丝杠螺母副，主要用于旧机床的数控化改造、经济型数控机床等；滚珠丝杠螺母副，广泛
36、用于中、高档数控机床；静压丝杠螺母副，主要用于高精度数控机床、重型机床。工作原理丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。9/7/202466滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副滚珠循环方式滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式常用的有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称内循环。滚珠丝杠螺母副的每个循环称为一列，每个导程称为一圈。外循环下图为常用的一种外循环方式，这种结构是在螺母体上轴向相隔2.5圈或3.5圈螺纹处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再用弧形铜管插入进口和出口内，形成滚珠返回通道，由弯
37、管的端部来引导滚珠；这种弯管由两半合成，采用冲压件，工艺性好。外循环方式制造工艺简单、应用广泛，但螺母径向尺寸较大，因用弯管端部作挡珠器，故刚性差、易磨损，噪音较大。外循环的工作圈数是2.5圈或3.5圈，12列。9/7/2024679/7/202468滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副内循环图为滚珠内循环方式，它采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽2，反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键1定位，以保持对准螺纹滚道方向。在一个螺母上沿螺纹周向错开120，轴向错开（t为导程），装三个反向器，形成三圈滚珠循环。内循环螺母结构紧凑，定位可靠，刚性好，不易磨损，反回滚道短，不
38、易产生滚珠堵塞，摩擦损失小。缺点是结构复杂、制造较困难。内循环的工作圈数是3列。9/7/202469滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副的特点滚珠丝杠螺母副的特点1。传动效率高达85%98%，是普通滑动丝杠的24倍，2。摩擦阻力小:静摩擦阻力及动静摩擦阻力差值小，采用它是提高进给系统灵敏度、定位精度和防止爬行的有效措施之一；3。传动精度高，可消除传动间隙，实现无间隙传动；4。由于效率高，无自锁能力，故对于垂直使用的情况，应增加自锁装置。9/7/202470滚珠丝杠副的选用滚珠丝杠副的选用选用要点应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠副的精度，根据机床的载荷来选定丝杠的直径，并且要验算丝杠扭
39、转刚度、压曲刚度、临界转速与工作寿命等。精度等级的选择滚珠丝杠副的精度将直接影响数控机床各坐标轴的定位精度。普通精度的数控机床，一般可选用D级，精密级数控机床选用C级精度的滚珠丝杠副。丝杠精度中的导程误差对机床定位精度影响最明显。而丝杠在运转中由于温升引起的丝杠伸长，将直接影响机床的定位精度。通常需要计算出丝杠由于温升产生的伸长量，该伸长量称为丝杠的方向目标。用户在定购滚珠丝杠时，必须给出滚珠丝杠的方向目标值。9/7/202471滚珠丝杠副的选用滚珠丝杠副的选用结构尺寸的选择结构尺寸的选择滚珠丝杠副的结构尺寸主要有：丝杠的名义直径D0、螺距t、长度L、滚珠直径d0等，尤其是名义直径与刚度直接相
40、关，直径大、承载能力和刚度越大，但直径大转动惯量也随之增加，使系统的灵敏度降低。所以，一般是在兼顾二者的情况下选取最佳直径。有关资料推荐有关资料推荐：名义直径D0对于小型加工中心采用32、40（mm），中型加工中心选用40、50(mm)，大型加工中心采用50、63(mm)的滚珠丝杠，但通常应大于L/30-L/35；螺距t：t越小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高，但传动效率低，承载能力低，应折中考虑；丝杆长度L：一般为工作行程+螺母长度+（510）；滚珠直径d0越大，承载能力越高，尽量取大值。一般取d0=0.6t；滚珠的工作圈数、列数和工作滚珠总数对丝杆工作特性影响较大；当前面三项确定后，后两
41、项也确定了，一般不用用户考虑。9/7/202472滚珠丝杠副的选用滚珠丝杠副的选用验算验算当有关结构参数选定后，还应根据有关规范进行扭转刚度、临界转速和寿命的验算校核：刚度验算刚度验算丝杠属细长杆，受扭矩会引起扭转变形，从而“吃掉”若干输入的位置指令，致使执行间的输出不到位，这些被“吃掉”的输入称为失动量。刚度验算就是校验丝杠在额定轴向（扭转）载荷作用下，执行件的失动量。失动量的计算方法如下：9/7/202473滚珠丝杠副的选用滚珠丝杠副的选用临界转速验算临界转速验算对于数控机床来说，滚珠丝杠的最高转速是指快速移动时的转速。因此，只要此时的转速不超过临界转速就可以了。应校核丝杠轴的转速与丝杠自
42、身的自振频率是否接近，如果很接近，会导致强迫共振，影响机床正常工作。应根据有关计算公式进行的校核。寿命验算寿命验算滚珠丝杠副的寿命，主要是指疲劳寿命。在工程计算中，采用额定疲劳寿命这一概念，它指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杠，在相同条件下回转时，其中90%不发生疲劳剥落的情况下运转的总转数。也可用总回转时间或总走行距离来表示。可根据有关经验公式校核，应保证总时间寿命Lt20000(h)。如果不能满足这一条件，而且轴向载荷已由工作要求所决定不能减小，则只有选取直径较大，即额定动载荷较大的丝杠，以保证Lt20000(h)。9/7/202474滚珠丝杠的支承结构滚珠丝杠的支承结构滚珠丝杠的主要载
43、荷是轴向载荷，径向载荷主要来自于卧式丝杠的自重。由于滚珠丝杠的轴向刚度对位移精度的影响很大，因此，如何从利用支撑结构来提高滚珠丝杆的轴向刚度是至关重要的。美国CINCINNATI10HC卧式加工中心的Z坐标（立柱水平方向移动）的滚珠丝杠支承采用一端固定，一端自由的结构形式如图5-19（a），固定端采用四个接触角为60的推力角接触球轴承，两个同向、面对面安装，加上预紧，轴向刚度和承载能力都很高。该固定端连同伺服电机都安装在支架2上。丝杠的另一端自由悬伸，滚珠丝杠螺母4固定在底座3上。可视为一种辅助支承。工作时，伺服电机12带动滚珠丝杠5旋转，并推动支架和重达5吨的立柱1（包括主轴箱和刀库）沿Z方
44、向运动。9/7/2024759/7/2024769/7/202477滚珠丝杠的制动滚珠丝杠的制动滚珠丝杠副的传动效率高但不能自锁，用在垂直传动或高速大惯量场合时需要制动装置。目前常见的有机械式和电气式两种。电气方式制动是采用电磁制动器，而且这种制动器就做在电机内部。图为FANUC公司伺服电机带制动器的示意图。机床工作时，在制动器线圈7电磁力的作用下，使齿轮8与内齿轮9脱开，弹簧受压缩，当停机或停电时，电磁铁失电，在弹簧恢复力作用下，齿轮8、9啮合，齿轮9与电机端盖为一体，故与电机轴联接的丝杠得到制动，这种电磁制动器装在电机壳内，与电机形成一体化的结构。9/7/202478滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠
45、螺母副滚珠丝杠螺母副的安装滚珠丝杠螺母副的安装一般要求滚珠丝杠螺母副在安装时首先应满足以下要求：滚珠丝杠螺母副相对工作台不能有轴向窜动；螺母座孔中心应与丝杠安装轴线同心；滚珠丝杠螺母副中心线应平行于相应的导轨;能方便地进行间隙调整、预紧和预拉伸。预紧预紧滚珠丝杠螺母副的预紧是使两个螺母产生轴向位移（相离或靠近），以消除它们之间的间隙并施加预紧力，预紧目的是消除运动间隙,提高运动精度及传动刚度。9/7/202479滚珠丝杠副的轴向间隙的消除和预紧滚珠丝杠副的轴向间隙的消除和预紧轴向轴向间隙：间隙：指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间最大轴向窜动。除了结构本身的游隙之外，还包括在施加轴向载荷之
46、后弹性变形所造成的窜动。预紧消隙的方法：预紧消隙的方法： 1 修磨垫片厚度 2 用锁紧螺母消隙 3 齿差式调整9/7/202480 双螺母消隙双螺母消隙特点：调整方便，不能精确调整9/7/202481修磨垫片消隙修磨垫片消隙9/7/202482齿差式调整齿差式调整螺距P左螺母齿数Z1右螺母齿数Z2同向各转一个齿调整量为：=P（1/Z1-1/Z2）特点：能精确调整间隙9/7/202483数控机床的导轨数控机床的导轨对数控机床导轨的要求：对数控机床导轨的要求： 摩擦系数小、运动平稳、噪声低、传动灵活、精度高常用导轨类型：常用导轨类型： 滚动导轨：滚动导轨块 直线滚动导轨 静压导轨： 滑动导轨：贴塑
47、导轨9/7/202484数控机床的导轨数控机床的导轨直线滚动导轨直线滚动导轨 9/7/202485数控机床的导轨数控机床的导轨贴塑贴塑导轨：导轨：9/7/202486数控机床的导轨数控机床的导轨静压导轨静压导轨9/7/202487第四节第四节 刀具、刀库及自动换刀装置刀具、刀库及自动换刀装置数控机床对刀具的要求数控机床所用刀具的材料及其选择数控机床用刀具类型自动换刀系统的组成原理刀库与刀具管理刀具交换装置9/7/202488数控机床数控机床对刀具的要求对刀具的要求适应高速切削要求。高速度、大进给是数控加工的特点，数控机床的刀具必须具有良好的切削性能。高的可靠性较高的尺寸耐用度。刀具在两次调整之
48、间所能加工出合格零件的数量，称为刀具的尺寸耐用度。高精度。为适应数控机床加工的高精度和自动换刀的要求，刀具及其装夹结构也必须有很高的精度，以保证它在机床上的安装精度和重复定位精度。可靠的断屑及排屑措施刀具的调整、更换方便、快速而且精确符合标准化、模块化、通用化及复合化9/7/202489数控机床刀具材料的性能、种类数控机床刀具材料的性能、种类刀具材料的性能刀具材料的性能较高的硬度和耐磨性。刀具切削部分的硬度必须高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高耐磨性就越好。足够的强度和韧性。以抵抗切削过程中的冲击和振动较高的耐热性。是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性和强度及韧性的性能，是衡量刀具材料切削
49、性能的主要标志较好的导热性刀具材料的种类刀具材料的种类高速钢：通用型高速钢、高性能高速钢、粉末冶金高速钢硬质合金：硬质合金的硬度和耐磨性都很高，其切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍；但抗弯强度和冲击韧性较差。涂层刀具：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物。陶瓷刀具：陶瓷刀具材料是在陶瓷基体上重添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并按一定生产工艺制成的。它具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和化学稳定性等独特的优越性，在高速切削范围以及加工某些难加工材料，特别是加热切削法方面，包括涂层刀具在内的任何高速钢和硬质合金刀具都无法与之相比。9
50、/7/202490数控车床所用刀具数控车床所用刀具9/7/202491数控车床所用刀具数控车床所用刀具9/7/202492数控镗铣床所用刀具数控镗铣床所用刀具9/7/202493自动换刀装置自动换刀装置概述概述 自动换刀系统应该满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，刀具储存数量足够，结构紧凑，便于制造、维修、调整，应有防屑、防尘装置，布局应合理等要求。同时也应具有较好的刚性，冲击、振动及噪声小，运转安全可靠等特点。组成：组成：自动换刀系统由刀库、选刀机构、刀具交换机构(如机械手)、刀具在主轴上的自动装卸机构等部分组成。9/7/202494换刀方式：换刀方式：分为两大类由刀库和主轴的相对运动实现刀
51、具交换。由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换。用这种形式交换刀具时，主轴上用过的刀具送回刀库和从刀库中取出新刀，这两个动作不能同时进行，选刀和换刀由数控定位系统来完成，因此换刀时间长，换刀动作也较多。 由机械手进行由机械手进行刀具交换。刀具交换。 由于刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式。9/7/202495刀具必须装在标准的刀柄内，我国TSG刀具系统规定了刀柄标准，有直柄及724锥度的锥柄两类。分别用于圆柱形主轴孔及圆锥形主轴孔其结构如下图所示。图中3为刀柄定位及夹持部位，2为机械手抓取部位，1为键槽，用于传递切削扭矩，4为螺孔，用以安装可调节拉杆，供拉紧刀柄用。刀具的轴向尺寸和径
52、向尺寸应先在调刀仪上调整好，才可装入刀库中。丝锥、铰刀要先装在浮动夹具内，再装入标准刀柄内。圆柱形刀柄在使用时需在轴向和径向夹紧，因而主轴结构复杂，圆柱柄安装精度高，但磨损后不能自动补偿。而锥柄稍有磨损也不会过分影响刀具的安装精度。在换刀过程中，由于机械手抓住刀柄要作快速回转，拔、插刀具的动作，还要保证刀柄键槽的角度位置对准主轴上的驱动键。因此，机械手的夹持部分要十分可靠，并保证有适当的夹紧力，其活动爪要有锁紧装置，以防止刀具在换刀过程中转动或脱落。9/7/202496柄式夹持：柄式夹持：刀柄前端有V形槽，供机械手夹持用，目前我国数控机床较多采用这种夹持方式。如图所示为机械手手掌结构示意图。由
53、固定爪7及活动爪1组成，活动爪1可绕轴2回转，其一端在弹簧柱塞6的作用下，支靠在挡销3上，调整螺栓5以保持手掌适当的夹紧力，锁紧销4使活动爪1牢固夹持刀柄，防止刀具在交换过程中松脱。锁紧销4要轴向压进，放松活动爪1，以便抓刀或松刀时手爪从刀柄V形槽中退出。9/7/202497法兰盘式夹持法兰盘式夹持法兰盘式夹持，也称径向夹持或碟式夹持，如图所示在刀柄的前端有供机械手夹持用的法兰盘，图中所示为采用带洼形肩面的法兰盘供机械手夹持用。图（a）上图为松开状态，下图为夹持状态。采用法兰盘式夹持的突出优点是：当采用中间搬运装置时，可以很方便地从一个机械手过渡到另一个辅助机械手上去，如图（b）所示。法兰盘式
54、夹持方式、换刀动作较多，不如柄式夹持方式应用广泛。9/7/202498以EV-810A立式加工中心为例，来说明自动换刀系统的工作原理。该自动换刀系统由盘式刀库和刀具交换装置组成。刀库安装在机床立柱的左侧，刀库容量为24把刀具，换刀机械手安装在刀库和主轴之间。机械手将刀具从刀库中取出送至机床主轴上，然后将用过的刀具送回刀库。其自动换刀动作过程简述如下：刀套下转90：如图所示，刀库位于立柱左侧，刀具轴线在刀库中的安装方向在换刀前与主轴垂直，刀库将待换刀具5送到换刀位置，刀套4连同刀具5向下翻转90，使刀具轴线与主轴轴线平行。机械手转75：下图所示K向视图为机械手的原始位置，换刀时机械手顺时针转75
55、，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。机械手拔刀：待主轴上自动夹紧机构松开刀具后，机械手下降，同时拔出主轴上和刀库上的刀具。刀具位置交换：机械手顺时针转180，使主轴刀具与刀库刀具交换位置。机械手插刀：机械手上升，分别将刀具插入主轴锥孔和刀库刀套中。机械手逆时针转75：待主轴上自动夹紧机构夹紧刀具后，机械手逆时针转75，回到原始位置。刀套上转90：刀套带着换回的旧刀具向上翻转90，准备下一次选刀。该机床使用回转式单臂双手机械手换刀。在自动换刀过程中，机械手要完成抓刀、拔刀、交换主轴上和刀库上的刀具、插刀和复位等动作，这些动作由气压系统来控制完成。这种自动换刀系统结构简单，换刀可靠，换刀动作也
56、少，得到了广泛应用。9/7/202499刀套下转90机械手转75机械手拔刀刀具位置交换机械手逆时针转75刀套上转90主轴Z向定位、准停刀臂式换刀动作流程刀臂式换刀动作流程9/7/2024100刀库和刀具管理刀库和刀具管理刀库类型刀库类型：数控机床上普遍采用盘式刀库和链式刀库。密集型的鼓刀库或格子式刀库虽然占地面积小，但由于结构的限制，很少用于单机加工中心。密集型的固定刀库目前多用于FMS中的集中供刀系统。盘式刀库盘式刀库：盘式刀库一般用于刀具容量较少的刀库链式刀库：链式刀库：一般刀具数量在30120把时，多采用链式刀库9/7/2024101盘盘式式刀刀库库9/7/2024102链式刀库链式刀库
57、9/7/2024103自动换刀的选刀方式自动换刀的选刀方式顺序选刀顺序选刀将刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。特点：特点：不需要刀具识别装置，驱动控制也较简单，工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同的工序中不能重复使用，为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量，这就降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。这种方式现在已很少采用。刀具编码方式刀具编码方式：采用特殊的刀柄结构，对每把刀进行编码刀座编码方式刀座编码方式：永久性编码、临时性编码（
58、钥匙编码）方式任意选刀任意选刀：软件选刀9/7/2024104软件选刀方式软件选刀方式ATC（自动换刀）控制和刀号数据表自动换刀）控制和刀号数据表9/7/2024105刀具识别与换刀刀具识别与换刀1。刀具在刀库中任意放置，刀具编号可任意设定2。刀具表中刀具号与刀套号的对应关系应始终与刀具在刀库中的实际位置对应3。计算机通过查刀具表识别刀具4。换刀时，通过软件修改刀具表，使相应刀具表中的刀号与交换后的刀号一致。9/7/20241069/7/2024107刀具交换装置的形式刀具交换装置的形式回转刀架换刀回转刀架换刀装置，常用于数控车床。可设计成四方、六方刀架或圆盘式轴向装刀刀架，并相应地安装四把、
59、六把或更多的刀具。换刀流程如下：换刀流程如下：更换主轴换刀更换主轴箱换刀更换刀库换刀带刀库的自动换刀系统刀架抬起刀架转位刀架压紧转位油缸复位9/7/20241089/7/2024109更换主轴换刀更换主轴换刀特点：结构复杂，主轴刚性差，适应切削力不大的场合。9/7/2024110更更换换主主轴轴箱箱换换刀刀9/7/2024111更换刀库换刀更换刀库换刀9/7/2024112带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统 这类换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换机构及刀具在主轴上的自动装卸机构等四部分组成，应用最广泛。刀库可装在机床的工作台上、立柱上或主轴箱上，也可作为一机床的工作台上、立柱上或主轴箱上
60、，也可作为一个独立部件装在机床之外个独立部件装在机床之外。特点：特点：带刀库的自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂。换刀时，根据选刀指令先在刀库上选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换。这种换刀装置和转塔主轴头相比，由于机床主轴箱内只有一根主轴，在结构上可以增强主轴的刚性，有利于精密加工和重切削加工；可采用大容量的刀库，以实现复杂零件的多工序加工，从而提高了机床的适应性和加工效率。但换刀过程的动作较多，换刀时间较长。9/7/2024113工作台快速向右移动刀库空刀座对准主轴主轴箱下降、主轴松刀主轴箱上升、刀库回转主轴箱下降，主轴插刀主轴箱上升机床工作台快速向左返回工件复位1。刀
61、库装在工作台上刀库装在工作台上9/7/20241142。刀库装在立柱上。刀库装在立柱上 工件上某一工序加工完，主轴准停，主轴箱返回换刀点准备换刀，刀库上的“新刀”按预定指令转到换刀位置上。 机械手由图(a)的原始位置逆时针回转90，到图（b）的位置，机械手的两卡爪同时抓住刀库中的“新刀”4与主轴中的“旧刀”3。机械手沿轴向同时将刀具从主轴与刀库中拔出，图（c）。机械手顺时针回转180,把新刀转到主轴处，旧刀转到刀库的换刀位置，图（d）。机械手沿轴向将刀具同时装入主轴及刀库中，图（e）。机械手顺时针回转90，恢复原始水平位置，图（f）。这种换刀装置换刀时间较短，刀库可储存较多的刀具，适用于加工较
62、复杂的工件。9/7/20241159/7/20241163。刀库装在主轴箱上。刀库装在主轴箱上如图所示为刀库2装在主轴箱上方，刀库中刀具轴线与机床主轴轴线相差90，不能用一个机械手1直接换刀。需通过刀具回转机构3先将刀具翻转90，使其轴线与主轴轴线平行，再由机械手一端卡爪抓取回转机构上的刀具，另一端卡爪抓取主轴4上的刀具5，实现刀具的相互交换，从主轴上卸下的刀具只能由机械手送至刀具的回转机构中，然后反转90送回刀库。9/7/20241174。刀库独立装在。刀库独立装在机床之外机床之外 刀库的容量大、刀具较重或机床总体布局等原因，刀库也可作为一个独立部件，装在机床之外。如图所示，链式刀库置于机床
63、左侧，通过机械手实现刀具的交换。9/7/2024118刀库远离机床刀库远离机床 这种换刀系统常常要附加运输装置，来完成刀库与主轴之间刀具的运输。机床左侧的链式刀库由四排刀链组成，双臂式交叉机械手要在四排刀链的任一排刀链上选择所需的刀具，所以机械手必需上下移动，并可停在四个换刀位置上取刀。为了能在刀库及主轴上装卸刀具，机械手回转架可回转180，装刀手与卸刀手还必沿本身导轨作直线往复运动，以装卸刀具。9/7/2024119第三章第三章 数控加工编程数控加工编程什么是数控加工编程数控编程的基础知识数控加工的工艺特点数控铣床编程数控车床编程数控加工中心编程9/7/2024120什么是数控加工编程什么是
64、数控加工编程这是一个钻孔程序的实例，程序如下：P0001； 程序名N10 T01 M06 S1000 M03； 选择刀具，启动主轴N20 G54 G90 G00 Z10； 建立工件原点，快移N30 G81 G99 X20 Y40 Z2 I-15 F80 ；钻孔循环N40 X40 Y60； 钻第二孔 N50 X60 Y40； 钻第三孔N60 X40 Y20； 钻第四孔N70 G80 G00 Z50 M05 M30；结束钻孔，程序结束9/7/2024121程序格式：P N 10 T M 06 S F M03N 20 G54 G90 G00 X- Y- Z- M08N30 N100 M09N110
65、M30/M02注：程序段由若干个指令字组成，如M03，X10等每个指令字由地址符和数字组成如G54，G地址符 9/7/2024122程序内容：程序内容：程序的编号；如：P0001工件的原点（编程原点）；如：G54FST指令，即：进给速度、主轴转速、刀具指令主轴启动、换刀；如：M03，M06刀具的引进、退出（快进、快退）；如：G00 Z10刀具的运动轨迹；如：G01，G02冷却液的开停；如：M08，M09程序结束；如M02，M309/7/2024123编程步骤编程步骤确定加工工艺节点位置计算熟悉零件图用机床识别的代码编程图形模拟首件试切修改，完成9/7/2024124工艺分析与数值计算工艺分析与
66、数值计算分析零件加工工艺：分析零件加工工艺：确定加工机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序；切削用量（f、s、t）等工艺参数；数值计算：数值计算：根据图纸尺寸及工艺线路的要求：选定工件坐标系计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值；将坐标值按NC机床规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。9/7/2024125坐标系建立的原则坐标系建立的原则刀具相对于静止的工件而运动的原则标准右手直角坐标系，用X、Y、Z表示直线运动的三个方向Z轴正方向为刀具远离工件的方向用A、B、C表示分别绕X、Y、Z坐标轴的旋转运动，符合右手螺旋定则平行于X、Y、Z坐标轴的符加轴为U、V、W及P、Q、R9/7/
67、2024126如何确定机床的坐标系如何确定机床的坐标系1.先确定先确定Z轴：轴： .主运动轴为Z轴 . 多个主轴时，垂直于工件装夹平面的为主要主轴，平行于该轴方向的为Z轴 . 无主轴时，垂直于工件装夹平面的方向为Z轴 .刀具远离工件的方向为Z轴正方向2.再确定再确定X轴轴：主轴（Z轴）带工件旋转的机床，如车床 1. X轴分布在径向，平行于横向滑座 2. 刀具远离主轴中心线的方向为正向主轴（Z轴）带刀具旋转的机床，如铣、钻、镗床 1. X轴是水平的，平行于工件的装夹平面 2. 立式：主轴垂直布置, 由主轴向立柱看，X轴的正方向指向右 3. 卧式：主轴水平布置, 由主轴向工件看，X轴的正方向指向右
68、3.最后按右手定则确定最后按右手定则确定Y轴轴9/7/2024127铣床坐标轴的分布铣床坐标轴的分布9/7/2024128车床坐标轴的分布车床坐标轴的分布9/7/2024129双立柱龙门铣床的坐标系双立柱龙门铣床的坐标系对ZZ 轴轴线在竖直方向且为双立柱的数控机床(如：龙门机床)，规定由刀具向左立柱看时，X 坐标的正方向指向右边。参见右图。9/7/2024130机床坐标系、机床零点和机床参考点机床坐标系、机床零点和机床参考点机床坐标系机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点在机床经过设计制造和调整后这个原点便被确定下来,它是固定的点。数控装置上电时并不知道机床零点
69、每个坐标轴的机械行程是由最大和最小限位开关来限定的。机床参考点：机床参考点：机床上已知的确定的点。为了正确地在机床工作时建立机床坐标系通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点作为测量起点，机床起动时通常要进行机动或手动回参考点以建立机床坐标系。机床参考点可以与机床零点重合也可以不重合通过参数指定机床参考点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置也就知道了该坐标轴的零点位置找到所有坐标轴的参考点CNC就建立起了机床坐标系。9/7/2024131工件坐标系、编程原点和对刀点工件坐标系、编程原点和对刀点工件坐标系工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为原点称编程原点或
70、工件原。工件坐标系一旦建立便一直有效直到被新的工件坐标系所取代。工件坐标系的原点选择工件坐标系的原点选择要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件，一般情况下以坐标式尺寸标注的零件，编程原点应选在尺寸标注的基准点；对称零件或以同心圆为主的零件，编程原点应选在对称中心线或圆心上；Z 轴的程序原点通常选在工件的上表面。对刀点对刀点是零件程序加工的起始点，对刀的目的是确定工件原点在机床坐标系中的位置。对刀点可与程序原点重合也可在任何便于对刀之处，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。可以通过CNC将相对于程序原点的任意点的坐标转换为相对于机床坐标系的坐标。加工开始时要设置工件坐标系，
71、用G92指令可建立工件坐标系。用G54G59指令可选择工件坐标系。9/7/2024132数控铣床（加工中心）的坐标系及尺寸传递关系数控铣床（加工中心）的坐标系及尺寸传递关系刀位点通过刀具尺寸（R、L）及刀具磨损补偿值（I、K）到刀柄相关点T刀柄（与主轴刀具相关点T主轴相重合），此点通过访问机床参考点建立了坐标尺寸关系，从机床原点通过G54-G59（或G92）得到了工件原点。9/7/2024133绝对坐标编程和相对坐标编程定义绝对坐标编程和相对坐标编程定义绝对坐标编程：绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件）零点计量的编程方式相对坐标编程：相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是
72、相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。图中A、B 两点的编程值在绝对坐标编程中为：A（10，20）、B（25，50），在相对坐标编程中：A（0，0）、B（15，30）9/7/2024134程序代码程序代码准备功能G代码功能：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作。组成：G后带二位数字组成，共有100种（G00G99）。有模态（续效）指令与非模态指令之分。示例：G01，G03，G41，G91，G04，G18，G54等。辅助功能M代码功能：控制机床及其辅助装置的通断的指令。如开、停冷却泵；主轴正反转、停转；程序结束等。组成：M后带二位数字组成，共有100种（M00M99）。有
73、模态（续效）指令与非模态指令之分。示例：M02，M03，M08等9/7/2024135程序代码程序代码FST功能代码功能代码： F：进给速度，单位：mm/min, mm/r S：主轴转速, 单位：r/min T、D指令：指定刀具号和刀具长度、半径存放寄存器号指令。组成：T、D后跟两位数字，如T11、D02等。其中数字分别表示存放在库中的刀具号和刀具长度、半径补偿寄存器号。模态代码：代码一经定义，其功能一直保持有效，直到被相应的代码取消或被同组的代码所取代。尺寸指令尺寸指令指定的刀具沿坐标轴移动方向和目标位置的指令X、Y、Z、U、V、W指令指定沿直线坐标轴移动方向和目标位置指令。组成：后带符号的
74、数字组成。如X100、Y-340等，其中数字表示沿由字母指定的坐标轴运动的目标位置值,符号表示运动的方向。单位：mm、m（公制）或inch（英制）。视用户选定的编程单位而定。9/7/2024136程序代码程序代码A、B、C 指令指令指定沿回转坐标轴移动方向和目标位置指令组成：后带符号的数字组成。如A100、C-340等，其中数字表示沿由字母指定的坐标轴运动的目标位置值,符号表示运动的方向。单位：度、弧度。视用户选定的编程单位而定。I、J、K、R 指令指令圆弧插补圆心位置和半径指定指令组成：后带符号的数字组成。如I10、J-34、R30等，其中带符号数字表示圆心位置和半径值。单位：mm、m（米制
75、）或in（英制）。视用户选定的编程单位而定。9/7/2024137程序代码程序代码子程序名和子程序调用指令用于给子程序命名和在主程序中调用该子程序，该指令的标准化程度不高，不同系统有不同的规定。组成：子程序名指令地址符（字母或符号，如O、%等）后带若干数字组成；子程序调用指令地址符+调用子程序名部分+调用次数部分。示例：M98P08L12（FANUC、华中数控系统）程序段标号，程序段结束字符以及变量组成：程序段标号指令地址符N后带若干数字组成；程序段结束指令每一个程序段都应有结束符，它是数控系统编译程序的标志。常用的有：“*”、“；”、“LF”、“NL”、“CR”等，视具体数控系统而定。变量：
76、为简化编程有些系统还允许采用变量编程，从而可简化编程。它由地址符（字母或符号如#、R等）后带若干数字组成；9/7/2024138数控加工程序的结构数控加工程序的结构程序的组成程序的组成一个完整的数控加工程序由程序名、程序体和程序结束三部分组成,程序名程序名程序名是一个程序必需的标识符。组成：由地址符后带若干位数字组成。地址符常见的有：“%”、“O”、“P”等，视具体数控系统而定。示例：国产华中I型系统“%”，日本FANUC系统“O”。后面所带的数字一般为48位。如：%2000程序体程序体它表示数控加工要完成的全部动作，是整个程序的核心。组成：它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成。
77、程序结束它是以程序结束指令M02或M30，结束整个程序的运行。9/7/2024139数控加工程序的结构数控加工程序的结构程序段的格式程序段的格式定义：程序段中指令的排列顺序和书写规则，不同的数控系统往往有不同的程序段格式。目前广泛采用地址符可变程序段格式（字地址程序段格式）。9/7/2024140数控加工程序的结构数控加工程序的结构地址符可变程序段格式的特点：程序段中的每个指令均以字母（地址符）开始，其后再跟数字或无符号的数字。指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书写；上段相同的摸态指令（包括G、M、F、S及尺寸指令等）可以省略不写。9/7/2024141数控加工程序的结构数
78、控加工程序的结构主程序、子程序主程序、子程序有时被加工零件上，有多个形状和尺寸都相同的部位，若按通常的方法编程，则有一定量的连续程序段在几处完全重复的出现，则可以将这些重复的程序串，单独抽出来按一定格式做成一个称为子程序的独立的单元，在原程序中相应位置使用子程序调用指令即可，这一部分程序称为主程序。9/7/2024142数控加工的工艺特点数控加工的工艺特点工序、工步划分的原则 1。保证精度的原则 工序集中，粗精加工一次装夹下完成，先粗后精 对箱体零件，先面后孔 加工孔时，先定中心，再钻孔 冷却液喷淋，减少热变形 2。提高生产效率的原则 减少换刀次数 减少空行程数控机床对刀具的要求： 强度、刚度
79、好、耐用度高、尺寸稳定、排屑性能好、安装调整方便9/7/2024143数控加工工艺分析数控加工工艺分析选择合适的对刀点选择合适的对刀点对刀点（起刀点）：确定刀具与工件相对位置的点。对刀点可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。如图所示的对刀点，当该工件安装到机床上以后，可通过该点采用“对刀”的办法来确定它和刀具的相对位置，或者说确定机床坐标系与工件坐标系的相对关系。9/7/2024144数控加工工艺分析数控加工工艺分析刀位点：刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。9/7/2024145数控加工工艺分析数控加工工艺分析对刀：对刀：就是使“对刀点”与“刀位点”重合的
80、操作。该操作是工件加工前必需的步骤，即在加工前采用手动的办法，移动刀具或工件，使刀具的刀位点与共建的对刀点重合。选择对刀点的原则：选择对刀点的原则：选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上，以保证工件的加工精度。选在对刀方便，便于测量的地方，以保证对刀的准确性。选在便于坐标计算的地方，以简化和方便加工程序的编制。9/7/2024146数控加工工艺分析数控加工工艺分析加工线路的确定加工线路的确定加工线路是指加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹。对于不同的加工方法，有不同的考虑原则，简述如下：孔类加工（钻孔、镗孔）：孔类加工（钻孔、镗孔）：由于孔的加工属于点位控制，在设计加工线路时，要考虑
81、孔的位置精度，即对位精度要求较高的孔，应该考虑采用单边定位的方法；另外，在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程，即要尽量使运动路线总和为最短。车削或铣削：车削或铣削：在采用这类加工工艺时，首先其加工线路的切入（出）段，应尽量从切向切入（出），以避免由于径向切入（出）时，刀具改变方向时速度的减慢，造成该处零件表面加工质量的降低。另外，设计的加工线路应考虑尽量减少程序段，应有利于工艺处理。9/7/2024147数控加工工艺分析数控加工工艺分析如下图，在铣削带岛槽型零件时，为了避免刀具多次嵌入式切入，应正确选择加工路线。下图为加工槽型零件，内部有两个岛不加工，图中列出了两种不同的加工路线：图中（a
82、）为行切法，刀具沿着与坐标轴线平行（或成一定角度）的方向作往复运动，除在开始下刀点有嵌入式切入以外，在两个岛周围有多处嵌入式切入，虚线两端表示刀具抬刀和下刀。图中（b）为环切加工法，采用这种方式加工可以减少嵌入式切入点，可以避免图a的现象，因此选用图（b）的加工路线为佳。9/7/2024148数控加工工艺分析数控加工工艺分析空间曲面的加工空间曲面的加工对空间曲面的加工除考虑尽量减少加工线路外，还应考虑加工方法对零件表面粗糙度的影响以及加工过程中零件的受力变形对加工精度的影响。例如下面的曲面有三种加工方法：从减少加工线路和提高零件表面粗糙度考虑，方法C最好，但受到零件长度的限制；对于方法A和B，
83、从加工线路的长度来看，两种方法差不多，但从加工过程中零件的受力情况来看，方法A要优于方法B，因为对于方法B当刀具到零件中间进行纵向加工时，零件可能会由于受力让刀而影响加工精度。加工线路的选择应遵从的原则：加工线路的选择应遵从的原则：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率；保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；保证零件的工艺要求；利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。9/7/2024149数控加工工艺分析数控加工工艺分析程序编制中的误差程序编制中的误差数控加工误差是由多种因素造成的，包括控制系统误差、机床进给系统误差、零件定位误差、对刀误差以及编程误差，其中影响较大的是进给误
84、差和定位误差，因此允许的编程误差较小。通常为零件公差的10%20%。一般数控机床，只具有直线插补和圆弧插补的功能。对于非圆曲线，只能用直线段或圆弧段来逼近零件轮廓，造成编程误差。如图所示。如果已知允许的编程逼近误差，则可以用弦高差法求出各点弦长L1，L2，L3等。允许弦长l可由下式求出，式中：l=AB弦长，mn允许逼近误差，曲线A点处的曲率半径。9/7/2024150数控加工工艺分析数控加工工艺分析对于曲面加工，当用行切法加工时，还应正确选取行距，以保证加工表面的粗糙度要求。如图采用球头刀加工曲面F，刀具01从点A 移动行距AB到02的点B 时，称为行距 S，产生残留区域，其高度为H。假定曲面
85、在A点处的曲率半径(OA)，球头刀的半径为r,则可根据允许的残留高度H，求出编程中的加工行距的允许值S，计算公式如下：9/7/2024151数控加工方法数控加工方法平面孔系零件的加工方法平面孔系零件的加工方法这类零件的孔通常都有形状精度和位置精度（由数控机床保证）、尺寸精度（由刀具尺寸和数数控机床精度保证）的要求较高的零件，采用数控钻床或数控铣床、加工中心中的镗削功能加工。旋转体类零件的加工方法旋转体类零件的加工方法 对旋转体类零件采用数控车床或数控磨床加工。在车削零件时，毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在规划其加工方案时，应重点考虑合理选择粗车的加工线路。9/7/2024152
86、数控加工方法数控加工方法对较难加工部位对较难加工部位，要特别注意选择合理的加工方案，例如图(a)为陀螺转子示意图，其全部表面均采用数控车床加工，通常是先加工左边部分，再掉头加工右边部分，其中右边（图(a)中用红色圆圈框起来的部分）为较难加工部位，其局部放大图如图(b、c)所示，该部分为一喇叭口形，既深又窄，常用“小脚刀”加工，刀头半径一般在0.3mm左右，强度极差。若采用图(b)方法按矩形走刀线路加工，当处在轴向进刀时，成为不自由切削，切削力会陡增而且排屑不畅，极易引起崩刃。此时可采用图(c)方法按斜线走刀线路加工，由于没有单独的轴向进刀，切削条件大为改善，而且程序段数还可减少一半。实践证明，
87、这种方案是行之有效的加工方法。9/7/2024153数控加工方法数控加工方法平面轮廓零件的加工方法：平面轮廓零件的加工方法：这类零件常用铣床加工。在编程时则应注意，为保证加工平滑，在加工线路中应增加切入和切出程序段，若加工的轮廓曲线是数控机床所不具备插补功能的曲线时，则应先采用数控机床所具备的插补线型（直线、圆弧）去逼近该零件的轮廓。9/7/2024154数控加工方法数控加工方法空间轮廓表面的加工方法空间轮廓表面的加工方法空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法：三轴两联动加工“行切法”。以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给
88、。这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。该方法加工的表面光洁度较差。9/7/2024155数控加工方法数控加工方法三轴联动加工三轴联动加工下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近，因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编程计算复杂，宜采用自动编程。9/7/2024156数控加工方法数控加工方法四轴联动加工方法四轴联动加工方法如右图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三坐标联动加工，则只能用球头刀，不仅效率低，而且加工表面粗糙，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方
89、式在四轴联动机床上进行加工，再加工过程中，除了X、Y 轴联动形成大梁的基线，为了保证刀具与工件型面在全长上始终贴合，同时刀具还应作B 轴摆动（绕Y 轴旋转的运动），由于摆动运动，则需直线移动座标进行补偿，即可能进行X、Y、Z 三个方向的补偿，所以需四轴联动。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。9/7/2024157数控加工方法数控加工方法五轴联动加工：五轴联动加工：螺旋桨是典型零件，一般采用端铣刀加工，为了保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角相对应的摆动运动。并且还要作相应的附加补偿运动（摆动中与铣刀的刀位点不重合）。综上所述
90、，叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，这种编程只能采用自动编程系统。9/7/2024158数控加工的工艺特点数控加工的工艺特点升降速曲线注意：在升降速的过渡过程，伺服系统的刚度较差，当对运动距离要求严格时，此时刀具就不能接触工件进行切削9/7/2024159工艺上应注意的几个问题工艺上应注意的几个问题刀具引入、退出距离：210mm加工螺纹时引入距离：3P（P-螺距） 退出距离：2P铣削轮廓时应切向切切向切入，切向切出入，切向切出， 避免法向切入法向切出避免法向切入法向切出 设计合理的切入、切出辅助轮廓 选择合理的加工路径以减少空行程，如：行切、环切、先行切再环切等9/7/202416
91、0圆孔铣削圆孔铣削过渡圆弧切入切出过渡圆弧切入切出9/7/2024161零件程序的结构零件程序的结构9/7/2024162指令字的格式指令字的格式一个指令字是由地址符(指令字符)和带符号如定义尺寸的字或不带符号如准备功能字G代码的数字数据组成的。9/7/20241639/7/2024164程序段格式程序段格式9/7/2024165程序的一般结构程序的一般结构一个零件程序必须包括起始符和结束符一个零件程序是按程序段的输入顺序执行的而不是按程序段号的顺序执行的，但书写程序时建议按升序书写程序段号华中世纪星数控装置HNC-21M 的程序结构程序起始符%(或O)，符%(或O)后跟程序号程序结束M02或
92、M30注释符括号()内或分号后的内容为注释文字9/7/2024166辅助功能辅助功能M 代码代码辅助功能由地址字M和其后的一或两位数字组成，主要用于控制零件程序的走向以及机床各种辅助功能的开关动作。M功能有非模态非模态M 功能功能和模态模态M 功能功能二种形式 非模态M功能(当段有效代码)只在书写了该代码的程序段有效 模态M功能(续效代码)：一组可相互注销的M功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。M功能还可分为前作用M 功能和后作用M 功能二类 前作用M功能在程序段编制的轴运动之前执行 后作用M功能在程序段编制的轴运动之后执行9/7/2024167注：注：1、M00、M02、M3
93、0、M98、M99用于控制零件程序的走向是CNC內定的辅助功能，不由机床制造商设计决定，也就是说与PLC程序无关； 2、其余M代码用于机床各种辅助功能的开关动作其功能不由CNC內定而是由PLC程序指定，所以有可能因机床制造厂不同而有差异，(表內为标准PLC指定的功能)请使用者参考机床说明书。9/7/2024168CNC CNC 内定的辅助功能内定的辅助功能程序暂停M00M00： 当CNC执行到M00指令时将暂停执行当前程序以方便操作者进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作。暂停时机床的主轴进给及冷却液停止，而全部现存的模态信息保持不变。欲继续执行后续程序重按操作面板上的循环启即可。
94、M00为非模态后作用M功能。程序结束M02M02M02编在主程序的最后一个程序段中，当CNC执行到M02指令时机床的主轴、进给、冷却液全部停止，加工结束。M02为非模态后作用M功能程序结束并返回到零件程序头M30M30M30和M02功能基本相同，只是M30指令还兼有控制返回到零件程序头(%)的作用。使用M30的程序结束后若要重新执行该程序只需再次按操作面板上的循环启动键。9/7/2024169CNC CNC 内定的辅助功能内定的辅助功能子程序调用M98 M98 及从子程序返回M99M99 M98 用来调用子程序 M99 表示子程序结束执行M99 使控制返回到主程序 子程序的格式：子程序的格式：
95、%*M99 在子程序开头必须规定子程序号以作为调用入口地址，在子程序的结尾用M99以控制执行完该子程序后返回主程序。 调用子程序的格式：调用子程序的格式：M98P_L_P被调用的子程序号，L重复调用次数9/7/2024170主轴功能主轴功能S 进给功能进给功能F 和刀具功能和刀具功能T主轴功能主轴功能S 主轴功能S控制主轴转速，其后的数值表示主轴速度，单位为转/每分钟(r/min)；S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时有效。进给速度进给速度FF指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度。F的单位取决于G94(每分钟进给量mm/min)或G95(每转进给量mm/r)。 当工作在G01
96、、G02或G03方式下，编程的F一直有效直到被新的F值所取代；而工作在G00、G60方式下快速定位的速度是各轴的最高速度，与所编F无关。借助操作面板上的倍率开关，F可在一定范围内进行倍率修调。 当执行攻丝循环G84、螺纹切削G33时倍率开关失效，进给倍率固定在100%。9/7/2024171主轴功能主轴功能S 进给功能进给功能F 和刀具功能和刀具功能T刀具功能刀具功能(T (T 机能机能) )T代码用于选刀，其后的数值表示选择的刀具号。T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。 在加工中心上执行T指令刀库转动，选择所需的刀具，然后等待直到M06指令作用时自动完成换刀。T指令同时调入刀补寄存器中的
97、刀补值(刀补长度和刀补半径)。T指令为非模态指令，但被调用的刀补值一直有效直到再次换刀调入新的刀补值。9/7/2024172准备功能准备功能G 代码代码 一、概述：概述： 准备功能G指令由G后一或二位数值组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。G功能有非模态G 功能和模态G 功能之分： 非模态G功能只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销； 模态G功能是一组可相互注销的G功能，这些功能一旦被执行则一直有效直到被同一组的G功能注销为止。模态G功能组中包含一个缺省G功能，上电时将被初始化为该功能。 没有共同参数的不同组G代码可以放在同一
98、程序段中而且与顺序无关，例如G90、G17可与G01放在同一程序段，但G24、G68、G51等不能与G01放在同一程序段。9/7/2024173准备功能准备功能G 代码代码二、有关单位的设定二、有关单位的设定尺寸单位选择G20 G21 G22 格式：G20 G21 G22说明：G20英制输入制式，inchG21公制输入制式,mm G22脉冲当量输入制式,脉冲当量G20、G21、G22为模态功能可相互注销,G21为缺省值进给速度单位的设定G94 G95 格式：G94F_G95F_ 说明：G94每分钟进给量G95每转进给量G94G95为模态功能可相互注销G94为缺省值9/7/2024174准备功能
99、准备功能G 代码代码三、有关坐标系和坐标的指令三、有关坐标系和坐标的指令绝对值编程G90 与相对值编程G91 格式：G90G91 说明：G90绝对值编程，终点坐标值是相对于编程原点的绝对坐标；G91相对值编程，终点坐标值是相对于本次运动起点的增量值，该值等于沿轴移动的距离。G90G91为模态功能可相互注销，G90为缺省值。工件坐标系设定G92 格式：G92X_Y_Z_A_ 说明：刀具当前位置在工件坐标系中的坐标。G92指令通过设定刀具起点（对刀点）与坐标系原点的相对位置建立工件坐标系，工件坐标系一旦建立绝对值编程时的指令值就是在此坐标系中的坐标值。在程序中写入G92可以建立新的工件坐标系。 G
100、92G92只建立工件坐标系刀具并不产生运动只建立工件坐标系刀具并不产生运动9/7/2024175 建立工件坐标系建立工件坐标系 转移原点转移原点G92 X90 Y1009/7/2024176准备功能准备功能G 代码代码工件坐标系选择G54G59 格式：G54 G55说明G54原点坐标平面G17,G18,G19指令：G17、G18、G19分别表示规定的操作在XY,ZX,YZ坐标平面内9/7/2024177准备功能准备功能G 代码代码四四.与控制方式有关的指令与控制方式有关的指令1。G00快速点定位编程格式：G00 X a Y b Z c；功能：指令刀具从当前点，以数控系统预先调定的快进速度，快速
101、移动到程序段所指令的下一个定位点（a、b、c)。注意：G00的运动轨迹不一定是直线，若不注意则容易干涉。该指令不用指定运行速度。2.G01指令指令直线插补指令直线插补指令编程格式：G01 X a Y b Z c F f ；功能：指令多坐标（2、3坐标）以联动的方式，按程序段中规定的合成进给速度f，使刀具相对于工件按直线方式，由当前位置移动到程序段中规定的位置（a、b、c）。当前位置是直线的起点，为已知点，而程序段中指定的坐标值即为终点坐标9/7/2024178准备功能准备功能G 代码代码3.G02,G03指令指令圆弧插补指令圆弧插补指令编程格式：G17G02(G03)X a Y b R r(I
102、 i J j )F f ；G18G02(G03) X a Z c R r(I i K k )F f ；G19G02(G03) Y b Z c R r(J j K k )F f ；G02：顺时针圆弧插补，G03：逆时针圆弧插补。顺、逆方向判别规则：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察，来判别圆弧的顺、逆时针方向。圆心的位置通常有以下几种方法9/7/2024179准备功能准备功能G 代码代码由圆心指向起点的向量在X,Y,Z 轴上的分量用I,J,K 表示由起点指向圆心的向量在X,Y,Z轴上的分量用I,J,K 表示R表示法：用半径R 带有符号的数值来表示：AB180o：R0R100；BA180o：
103、R 0R-100；具体采用哪种方法，视具体的数控系统而定。G00,G01,G02,G03是同组续效指令，缺省值G01。本段终点若与上一段终点位置相同，即起点与终点最终没有相对位移，则可省略不写9/7/2024180准备功能准备功能G 代码代码G40 G41 G42指令指令刀具半径补偿刀具半径补偿指令指令编程格式：G01(G02、G03) G41 D_X_Y_；左刀补，沿加工方向看刀具在左边G01(G02、G03) G42 D_X_Y_；右刀补，沿加工方向看刀具在右边G01(G02、G03) G40 X_Y_；刀具半径补偿注销其中：D偏置值寄存器选用指令，一般在数控系统中有多个这样的寄存器，如D
104、00D99。功能：编程时假定的理想刀具半径与实际使用的刀具半径之差作为偏置设定在偏置存储器D01D99中。在实际使用的刀具选定后，将其与编程刀具半径的差值事先在偏置寄存器中设定，就可以实现用实际选定的刀具进行正确的加工，而不必对加工程序进行修改。使用这组指令，一方面可使得编程人员在编程中不必精确指定刀具半径，另一方面在加工过程中即使刀具失效而换刀或因刀具磨损使刀具半径变小，都不必修改程序，只需重新设定刀具偏置参数即可，因而方便了编程，简化了编程。这组指令是同组模态指令，缺省值是G40。9/7/2024181准备功能准备功能G 代码代码G40、G44、G43指令指令刀具长度补偿指令刀具长度补偿指
105、令编程格式：G01 G43 D_Z_；刀具长度正补偿G01 G44 D_Z_；刀具长度负补偿G01 G40 Z_；刀具长度注销功能：编程时假定的理想刀具长度与实际使用的刀具长度之差作为偏置设定在偏置存储器D01D99中。D99中。在实际使用的刀具选定后，将其与编程刀具长度的差值事先在偏置寄存器中设定，就可以实现用实际选定的刀具进行正确的加工，而不必对加工程序进行修改。这组指令是同，缺省值是G409/7/2024182准备功能准备功能G 代码代码五。其它指令五。其它指令G04暂停指令编程格式：G04X_或G04F_其中：X,F其后的数值表示暂停时间（ms），或是刀具、工件的转数，视具体数控系统而
106、定。功能：可使刀具作短时的无进给运动用途：用于车削环槽、锪平面、钻孔等光整加工；用作时间匹配，对于那些动作较长的外部，或者为了使某一操作有足够的时间可靠的完成，可在程序中插入该指令。G80、G81G89固定循环指令固定循环指令9/7/2024183准备功能准备功能G 代码代码功能：在用NC机床上加工零件，一些典型加工工序，如钻孔、攻丝、深孔钻削、切螺纹等所完成的动作循环十分典型，将这些动作预先编好程序并存储在存储器中，并用相应的代码来指令。固定循环中的G代码所指令的动作程序，要比一般G代码所指令的动作要得多，因此使用固定循环功能，可以大大简化程序编制。具体指令的含义如下：G80取消固定循环G8
107、1钻孔、中心孔G82扩孔G83深孔G84攻丝G85G89镗孔这组指令是同组模态指令，缺省值是G809/7/2024184准备功能准备功能G 代码代码9/7/20241859/7/20241869/7/2024187自动编程自动编程一般认为，手工编程仅适用于3轴联动以下加工程序的编制，3轴联动（含3轴）以上的加工程序必须采用自动编程。据有关资料介绍，一般手工编程时间与加工时间之比平均为30:1，在数控机床不能开动的原因中，有2030%是由于等待编程。现在广泛使用的自动编程方式是交互式图形自动编程。9/7/2024188自动编程自动编程一一.自动编程的基本工作原理自动编程的基本工作原理交互式图形自
108、动编程系统采用图形输入方式，通过激活屏幕上的相应菜单，利用系统提供的图形生成和编辑功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，完成零件造型。同时以人机交互方式指定要加工的零件部位，加工方式和加工方向，输入相应的加工工艺参数，通过软件系统的处理自动生成刀具路径文件，并动态显示刀具运动的加工轨迹，最终生成适合指定数控系统的数控加工程序。并通过通讯接口，把数控加工程序送给机床数控系统完成加工。这种编程系统具有交互性好，直观性强，运行速度快，便于修改和检查，使用方便，容易掌握等特点。因此交互式图形自动编程软件已成为国内外流行的CAD/CAM软件所普遍采用的数控编程方法。在交互式图形自动编程系统中，需要输入二
109、种数据以产生数控加工程序：零件几何模型数据和切削加工工艺数据。交互式图形自动编程系统实现了从图样模型数控编程和加工的一体化，它的三个主要处理过程是：零件几何造型、生成刀具路径文件、生成零件加工程序。9/7/2024189自动编程自动编程零件几何造型零件几何造型交互式图形自动编程系统（CAD/CAM），可通过三种方法获取和建立零件几何模型：软件本身提供的CAD设计模块，其他CAD/CAM系统生成的图形，通过标准图形转换接口（例如STEP，DXFIGES，STL，DWG，PARASLD，CADL，NFL等），转换成本软件系统的图形格式。三坐标测量机数据或三维多层扫描数据。9/7/2024190自动
110、编程自动编程生成刀具路径生成刀具路径在完成了零件的几何造型以后，交互式图形自动编程系统第二步要完成的是产生刀具路径。其基本过程为：首先确定加工类型（轮廓、点位、挖槽或曲面加工），用光标选择加工部位，选择走刀路线或切削方式。选取或输入刀具类型、刀号、刀具直径、刀具补偿号、加工裕留量、进给速度、主轴转速、退刀安全高度、粗精切削次数及余量、刀具半径长度补偿状况、进退刀延伸线值等加工所需的全全部工艺切削参数。软件系统根据这些零件几何模型数据和切削加工工艺数据，经过分析、计算、处理，生成刀具运动轨迹数据，即刀位文件CLF(CutLocationFile),并动态显示刀具运动的加工轨迹。刀位位文件与采用哪
111、一种特定的数控机床无关，是一个中性文件，因此通常称产生刀具路径的过程为前置处理。9/7/2024191自动编程自动编程后置处理后置处理后置处理的目的是生成针对某一特定数控系统的数控加工程序。由于各种机床使用的数控系统各不相同，例如有FANUC,SIEMENS,AB,GE等系统，每一种数控系统所规定的代码及格式不尽相同，为此，自动编程软件系统通常提供多种专用的或通用的后置处理文件，这些后置处理文件的作用是将已生成的刀位文件转变成合适的数控加工程序。早期的后置处理文件是不开放的，使用者无法修改。目前绝大多数优秀的CAD/CAM软件提供开放式的通用后置处理文件。使用者可以根据自己的需要打开文件，按照
112、希望输出的数控加工程序格式，修改文件中相关的内容。这种通用后置处理文件，只要稍加修改，就能满足多种数控系统的要求。9/7/2024192自动编程自动编程模拟和通讯模拟和通讯系统在生成了刀位文件后模拟显示刀具运动的加工轨迹是非常必要和直观的，它可以检查编程过程中可能的错误。通常自动编程系统提供了一些模拟方法，下面简要介绍线架模拟和实体模拟基本过程：线架模拟中可以设置的参数有：以步进方式一步步模拟或自动连续模拟；步进方式中按设定的步进增量值方式运动或按端点方式运动；运动中每一步保留刀具显示的静态模拟或不保留刀具显示的动态模拟；刀具旋转；模拟控制器刀具补偿；模拟旋转轴；换刀时刷新刀具路径；刀具轨迹涂
113、色；显示刀具和夹具等。实体模拟可以设置的参数有：模拟实体加工过程或仅显示最终加工零件实体；零件毛坯定义；视角设置；光源设置；步长设置；显示加工被除去的体积；显示加工时间；暂停模拟设置；透视设置等。通常自动编程系统还会提供计算机与数控机床之间数控加工程序的通讯传输。通过RS232通讯接口，可以实现计算机与数控机床之间NC程序的双向传输（接受，发送和终端模拟），可以设置NC程序格式（ASC,EIA,BIN）,通讯连接口（COM1,COM2），传输速度（波特率），奇偶校验，数据位数，停止位数及发送延时参数等有关的通讯参数。9/7/2024193自动编程自动编程国内外典型国内外典型CAM软件介绍软件介
114、绍1. Pro/Engineer软件软件Pro/Engineer软件是美国PTC公司于1988年推出的产品,它是一种最典型的基于参数化(parametric)实体造型的软件。可工作在工作站和Unix操作环境下，也可以在微机的Windows环境下运行。Pro/Engineer包含了从产品的概念设计，详细设计，工程图，工程分析，模具，直至数控加工的产品开发过程。Pro/EngineerCAD功能具有简单零件设计，装配设计，设计文档（绘图）和复杂曲面的造型等功能。具有从产品模型生成模具模型的所有功能。可直接从Pro/E实体模型生成全关联的工程视图，包括尺寸标注，公差，注释等。还提供三坐标测量仪的软件
115、接口，可将扫描数据拟合成曲面，完成曲面光顺和修改，提供图形标准数据库交换接口，包括IGES、SET、VDA、CGM、SLA等。还提供Pro/E与CATIA软件的图形直接交换接口。Pro/EngineerCAM功能提供车加工，25轴铣加工、电火花线切割，激光切割等功能。加工模块能自动识别工件毛坯和成品的特征。当特征发生修改时，系统能自动修改加工轨迹。9/7/2024194自动编程自动编程UGII 软件软件UGII软件是美国UnigraphicsSolutions公司的CAD/CAM/CAE产品。其核心parasolid提供强大的实体建模功能和无缝数据转换能力。UGII提供用户一个灵活的复合建模，
116、包括实体建模，曲面建模，线框建模和基于特征的参数建模。UGII覆盖制造全过程，融合了工业界丰富的产品加工经验，为用户提供了一个功能强劲的、实用的、柔性的CAM软件系统。UGII可以运行在工作站和微机，UNIX或Windows操作环境下。UGII的CAD功能提供实体建模、自由曲面建模等造型手段，提供装配建模、标准件库建模等环境。可建立和编辑各种标准的设计特征，例如孔，槽，型腔，凸台，导角和导圆等。能从实体模型生成完全相全相关的二维工程图。提供IGES,STEP等标准图形接口。还提供大量的直接转接器，如与CATIA，CADDS，I-DEAS，AutoCAD等CAD/CAM系统的直接高效地数据转换。
117、具有有限元分析、机构分析模块，能对二维、三维机构进行复杂的运动学分析和设计仿真。9/7/2024195自动编程自动编程UGII的CAM功能提供24轴车加工，具有粗车，多次走刀，精车，车沟槽，车螺纹和中心钻孔等功能。25轴或更高铣加工，型芯和型腔铣削。提供粗切单个或多个型腔，沿任意形状切去大量毛胚材料以及可加工出型芯的全部功能。对加工模具和冷冲模特别有用，支持线切割加工等。它还具有固定轴铣削功能、Cut清根切削功能、可变轴铣削功能、顺序铣切削功能、切削仿真(VERICUT)功能、EDM线切削功能、机床仿真功能（包含了整个加工环境、机床、刀具、夹具和工件，对数控加工程序进行仿真，检查相互间的碰撞和
118、干涉情况）等。它还提供非均匀B样条轨迹生成器。可从NC处理器中直接生成基于NURBS的刀具轨迹数据。直接从UG的实体模型中产生新的刀具轨迹，其加工程序可比原来程序减少50%70%，特别适用于高速加工。除上述模块以外，UG还提供注塑分析、钣金设计、排样和制造、管路、快速成型转换等。9/7/2024196自动编程自动编程MasterCAM软件软件MasterCAM是美国CNC公司开发的一套适用于机械设计、制造的运行在PC平台上的3DCAD/CAM交互式图形集成系统。它可以完成产品的设计和各种类型数控机床的自动编程，包括数控铣床（355轴）、车床（可带C轴）、线切割机（4轴）、激光切割机、加工中心等
119、的编程加工。产品零件的造型可以由系统本身的CAD模块来建立模型，也可通过三坐标测量仪测得的数据建模，系统提供的DXF、IGES、CADL、VDA、STL，PARASLD等标准图形接口，可实现与其他CAD系统的双向图形传输，也可通过专用DWG图形接口与AutoCAD进行图形传输。系统具有很强的加工能力，可实现多曲面连续加工、毛坯粗加工、刀具干涉检查与消除、实体加工模拟、DNC连续加工以及开放式的后置处理功能。9/7/2024197自动编程自动编程“CAXA制造工程师制造工程师”软件软件“CAXA制造工程师”软件是由北京北航海尔软件有限公司开发的全中文CAD/CAM软件。CAXA的CAD功能：提供
120、线框造型、曲面造型方法来生成3D图形。采用NURBS非均匀B样条造型技术，能更精确的描述零件形体。有多种方法来构建复杂曲面。包括扫描、放样、拉伸、导动、等距、边界网格等对曲面的编辑方法有：任意裁剪、过度、拉伸、变形、相交、拼接等。可生成真实感图形。具有DXF和IGES图形数据交换接口。9/7/2024198自动编程自动编程CAXA的CAM功能支持车加工，具有轮廓粗车、精切、切槽、钻中心孔、车螺纹功能。可以用参数修改功能对轨迹的各种参数进行修改，以生成新的加工轨迹；支持线切割加工，具有快、慢走丝切割功能，可输出3B或G代码的后置格式；25轴铣加工，提供轮廓，区域，3轴和45轴加工功能。区域加工允许区域内有任意形状和数量的岛。可分别指定区域边界和岛的拔模斜度，自动进行分层加工针对叶轮、叶片类零件提供45轴加工功能。可以利用刀具侧刃和端刃加工整体叶轮和大型叶片，还支持带有锥度的刀具进行加工，可任意控制刀轴方向。此外还支持钻加工。系统还提供丰富的工艺控制参数，多种加工方式（粗加工、参数线加工、限制线加工、复杂曲线加工、曲面区域加工、曲面轮廓加工）、刀具干涉检查、真实感仿真功能模拟加工、数控代码反读、后置处理功能。9/7/2024199自动编程自动编程9/7/2024200自动编程自动编程9/7/2024201自动编程自动编程9/7/2024202自动编程自动编程9/7/2024203
