一、数控机床 的产生

常见数控机床:
数控车床
数控铣床
加工中心
多轴数控机床
柔性制造单元
数控线切割机床

二、数控机床的发展历程
第一代 1952年-1959年 电 子管的硬件数控系统
第二代1959年-1965年 晶体管电路为主的硬件数控系统
第三代1965年开始     小、中规模集成电路的硬件数控系统
第四代  1970年开始   大规模集成电路及小型计算机数控系统
现代计算机数控系统CNC:应用一个或多个微处理器作为数控装置核心组件的数控系统。

三、数控机床的发展趋

高速化：主轴转速高、进给速度高、换刀速度快
高精度：数控机床的加工精度高
高柔性

主要体现:变换品种时，只要相应改变夹具、刀具和加工程序即可，方便快捷。
发展趋势:柔性生产线(FML)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)|
复合化

车铣复合加工机床、车磨复合加工机床、铣磨复合加工机床

优点：提高生产效率、降低运行成本、减少占地面积、节约能源、绿色环保

智能化：

智能化的内容
●伺服参数的自动优化
●自适应控制切削技术
●自学习功能
●自动编程技术
●零件图像自动识别技术
●自动上下料技术
●故障自诊断技术
绿色化

干切削、微量润滑切削、油气液净化技术===》环保节能降耗

数控机床分类

1、加工工艺

金属切削类：数控车床、数控铣床、加工中心
特种加工类：数控电火花线切割机床、数控激光加工机床、数控高压水射流切割机床
板材加工类：数控压力机、数控剪板机

2、运动轨迹

 

点位控制

点位控制数控机床特点
(1)控制刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动
(2) 对中间轨迹不作控制要求
(3)运动过程中不进行任何加工
常见点位直线控制机床：数控冲床、数控钻床、数控点焊机


点位直线控制

点位直线控制数控机床特点
(1)控制刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动
(2) 以给定的速度，实现平行于坐标轴方向的直线运动
(3)运动过程中进行加工
常见直线控制数控机床：数控铣床、数控车床

轮廓控制

轮廓控制数控机床特点
(1)控制几个进给轴同时协调运动，可以实现多坐标联动
(2)运动方式为仿形运动方式
3、控制方式

开环控制
开环控制数控机床：驱动电动机采用步进电动机，没有检测装置和反馈回路

优点:设备投资低、调试维修方便、稳定性好
缺点:进给速度低、加工精度低
主要用于：中低档数控机床、普通机床的数控改造
 

半闭环控制

 半闭环控制数控机床：驱动电动机采用伺服电动机，角位移检测装置和反馈回路，检测装置与丝杠或电动机主轴同轴安装

 优点:稳定性比较好、调试维修比较方便、成本适中

缺点:只能测量到进给、传动链部分误差、加工精度较高

用于精度要求适中的中、小型数控机床

闭环控制

闭环控制数控机床：伺服电动机，直线位移检测装置，反馈回路，检测装置安装在工作台上

优点:能测量所有误差，加工精度高
缺点: 稳定性差，调试维修难， 对传动机构的要求高
主要运用于精度要求较高的大型数控机床

4、坐标轴数

可联动控制坐标轴数分类：2轴联动（平面曲线）、（空间曲线）3轴联动、4轴联动、5轴联动、6轴联动

  5、功能水平

数控机床的主要特点：对加工对象的适应性强；加工精度高、产品质量稳定性好；生产效率高；自动化程度高、劳动强度低；良好的经济效益；有利于生产的现代化管理。

1.3 数控机床的基本结构及工作原理

 控制介质：存储数控加工程序，数控加工程序上存储着加工零件所需的全部操作信息和刀具相对
于工件的位移信息等。曾经常用的控制介质为：穿孔纸带、磁带、磁盘；现在常用的控制介质为：U盘、CF卡。

输入装置：将控制介质(信息载体)的数控代码传递并存入数系统内。

U盘==>USB接口；CF卡===读卡器===>PCMCIA适配器

数控装置：是数控机床的中枢（核心）

 内部存储器输入装置==>加工程序==>逻辑电路；系统软件==>编译、运算；逻辑处理==>控制信息和指令==>控制机床各部分工作

 驱动装置：驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件以加工出符合图样要求的零件。

伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量、生产率重要因素之一

检测装置：将数控机床各坐标轴实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置中。

 辅助控制装置：

 开关量动作主要有：主轴运动部件的变速、换向和启停指令；刀具的选择和交换指令；冷却、润滑装置的启停；工件和机床部件的松开、夹紧；分度工作台转位分度。

机床本体：

 机床本体的作用是连接、支撑

机床工作原理

    根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写程序，将编号的程序输入机床数控装置中，程序代码经过数控系统的翻译、运算和逻辑处理，向机床各个坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置发出信号，驱动伺服电动机带动各轴运动，同时检测装置测量实际位移并进行反馈控制，使刀具和工件及其他辅助运动装置严格按照要求运动，从而在机床上加工出合格的零件。

数控机床的基本术语
数字控制技术、数控系统、数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统、计算机集成制造系统

 数字控制技术：采用数字化信号对被控设备进行控制，使其产生规定的运动和动作的技术，
称为数字控制技术。

数控系统：

 数控机床：机床的操作命令以数值数据形式描述，是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，具有一定的智能。

NC机床：早期的数控机床控制系统采用各种逻辑单元、记忆元件构成逻辑控制电路，属于固定接线的硬件结构，即用硬件来实现数控功能，称为硬件数控。采用硬件数控的机床成为NC机床。

CNC机床：现代数控系统是采用微处理器中的系统程序及软件来实现控制逻辑，实现 部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备连接成为计算机数控系统，称为软件数控系统，简称CNC系统，采用CNC系统的机床成为CNC机床。

加工中心：有些机床具有刀库、自动换刀装置、自动交换工作台或回转工作台在一次加工中能对工件多个表面进行多工序加工，如进行钻孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、平面铣削、轮廓铣削等加工，这种新一代的数控机床成为加工中心，加工中心是现代数控机床发展的主流。

柔性制造单元：如果某个加工中心有较多的交换工作台，便可时间长时间无人看管的加工，成为柔性制造单元。

柔性制造系统：一种将自动化加工设备、物流自动化处理、信息流自动处理容为一体的系统成为柔性制造系统。

计算机集成系统

CIM是一种组织现代化生产的哲理。CIMS是基于CIM哲理构成的优化运行的企业制造系统。CIMS是一种工程技术系统，是CIM的具体实施。

CIMS组成： 管理信息系统、设计自动化系统、制造自动化系统、计算机辅助质量保证体系、计算机通讯网络系统、计算机数据库系统
 

2 数控机床坐标系

2.1 数控机床坐标轴

一、机床轴的定义

直线轴：直线运动的坐标轴用X.Y.Z字母表示，沿着平行XYZ轴的运动用U,V, W字母表示
旋转轴：在数控机床上，做回转运动部件的运动方向称为回转轴。回转运动的坐标轴使用A,B,C字母表示。

绕x轴的回转运动为A轴、绕Y轴的回转运动为B轴、绕Z轴的回转运动为C轴

二、数控机床标准坐标系

右手直角笛卡尔坐标系：

右手直角笛卡尔坐标系对回转轴的规定:围绕X、Y、z坐标旋转的回转轴分别用A、B、C表示。

右手直角笛卡尔坐标系规定：
①不论机床的具体结构，一律看作工件是相对静止的，刀具是相对运动的。
②机床的直线坐标轴X、Y、Z遵守右手直角关系，回转坐标轴A、B、C遵守右手螺旋定则。

③机床的直线坐标轴X、Y、z的判定顺序是:先z轴，再X轴，最后按右手直角定则判定Y轴。
④增大刀具与工件之间距离的方向为坐标轴正方向。
⑤当坐标系认为工件运动时，在坐标轴符号上加“ ’ ”表示，如: X' Y' Z'等

三、坐标轴运动方向的确定

先Z轴再X轴，最后Y轴

Z坐标轴的运动由传递切削力的主轴决定，与主轴平行的标准坐标轴为Z坐标轴

X轴的正方向:刀具离开工件回转中心的方向

四、数控车床坐标系

 

2.2局部坐标系、坐标系预置、返回参考点编程

一、局部坐标系指令

1.格式

 2.举例

二、坐标系预置指令

 工件坐标系预置指令G92
        编程格式: G92 X_ Y_ Z_；
        X、Y、Z指定希望预置工件坐标系的轴地址。

        X、Y、Z为当前刀位点在所建工件坐标系中的坐标值。

        该指令应置于程序第一段，不会引起机床动作。

        G92预置工件坐标系，当前刀位点有关，机床坐标系无关，仅适用于单刀具加工单件零件

三、返回参考点指令
 

 参考点是数控机床上的固定点，参考点在机床坐标系中的位利用参数事先设置好。
参考点返回分为：手动参考点返回和自动参考点返回，手动参考点返回即“回零”操作，作用是建立机床坐标系；自动参考点返回，使用指令控制，常用于加工中心自动换刀时使用。
注意:数控机床接通系统电源后必须先进行一次“手动参考点返回”，否则不能进行其它操作。
1.自动返回参考点指令G28
        当前位置-->中间点-->第一参考点
 

G90指定绝对坐标值编程
G91指定增量坐标值编程

X、Y、z为经过的中间点坐标值

指令格式: G90/G91 G28 X_ _ Y_ _Z_ _ ;

 自动参考点返回也可以控制刀具，直接从当前位置自动返回参考点，不经过指定的中间点， 无需中间点的编程为：G91 G28 X0 Y0 或者 G91 G28 Z0

 从参考点自动返回指令G29

        编程格式为: G29 X_ Y_ Z_；其中X、Y、Z为返回目标点的坐标。返回路径为从参考点快速定位到G28指定的中间点，再从中间点快速定位到返回点。
2.3 建立坐标系编程

机床坐标系

机床坐标系是机床上固有的坐标系，是基本坐标系，建立在机床原点上。

1）机床原点

机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。

对数控车床一般机床原点设置在卡盘端面与主轴中心线交点处，Z轴方向向右，X轴方向向前。

在数控铣床上，机床原点一般取在X,Y，Z轴的正方向极限位置。

 2.机床参考点

机床参考点也是机床上的一个固定点，与机床原点不同，机床参考点相对于机床原点的坐标是个已知值

前置刀架数控车床

 数控铣床一般机床参考点与机床原点重合

 “回零”一一回‘机床参考点”

工件坐标系

 编程人员在编程时，设定的坐标系，为工件坐标系，也成为编程坐标系。

 工件坐标系坐标轴机床坐标系坐标轴(方向一致)

1)工件坐标系原点

也称为工件原点或编程原点，一般选择在零件图上，最重要的设计基准点。

2.工件坐标系与机床坐标系的关系

数控铣床与加工中心，机床坐标系原点一般在右上方，工件坐标系原点一般在工件表面的几何中心。

3.数控车床

机床原点一般为卡盘端面与轴线交点处，工件坐标系原点一般选择工件右端面与轴线交点处

坐标系指令

        数控机床坐标系指令主要包括：指定机床坐标系指令G53、建立工件坐标系指令G92、选择工件坐标系指令G54-G59、坐标平面选择指令G17/G18/G19
1.指定机床坐标系指令G53
G53指令后面出现的坐标值，是机床坐标系中的坐标值，是相对于机床原点的坐标值

2.建立工件坐标系指令G92
格式:G92 X_ Y_ Z_
其中X、Y、Z为刀具起点在所建立的工件坐标系中的坐标值。

注意:G92指令建立的工件坐标系与刀具起点的位置有关。
 

 注意事项
①执行此段程序只是建立工件坐标系，刀具并不产生运动。
②执行此程序段之前必须保证刀具起点与工件原点的相对位置。
③G92指令后坐标值需指定刀具起点在工件坐标系中的位置，且必须为单独一个程序段。
④G92指令段一般放在一个程序的首段。

 3.工件坐标系选择指令G54-G59

格式G54  G55  G56  G57  G58  G59
注意事项
①使用G54~ G59指令前，必须先用MDI方式输入该工件坐标系坐标原点在机床坐标系中的坐标值。
②使用G54~G59选择工件坐标系时，该指令可单独指定也可与其他指令同段指定，如果该段程序中有位置指令就会产生运动。
③工件坐标系一旦选定，后续程序段中的绝对坐标值均为相对此，工件坐标系原点的值。
④G54-G59和G92均为模态指令，可相互注销，G54为默认值。
举例：

 4.坐标平面选择指令G17/G18/G19

G17选择XY平面、G18选择ZY平面、G19选择YZ平面
坐标平面选择指令注意事项：

①该指令选择一个平面，在此平面中进行圆弧插补和刀具半径补偿。
②移动指令与平面选择无关。
③G17、G18、G19为模态指令，可相互注销，，G17为默认值
 

2.4坐标值和尺寸

（一）坐标值的公制与英制

                     G20→英制                         G21→公制（默认状态）

                        0.25英寸=6.35毫米                1英寸=25.4毫米
英制公制转换下面的数值单位制也将变化
        ●用F代码指定的进给速度
        ●有关位置的指令值
        ● 工件原点偏置量
        ●刀具偏置量
        ● 手摇脉冲发生器每一刻度的值
        ●增量进给的移动量
程序中进行公制与英制的转换必须在机械原点进行切换

（二）小数点输入方式

小数点输入方式分为：计算器型小数点输入和标准型小数点输入，可以使用参数3401#0进行设置，适用于具有距离、时间、速度单位的指令值。

不能使用小数点的地址：P、D、H、S、T、M、Q

（三）绝对值方式

指定运动部件在本程序段移动到的目标点距离坐标系原点的坐标值，以G90方式指定的尺寸值为绝对尺寸。

 从A点到B点的编程绝对坐标值：G90 X30. Y37.
（四）量值方式——数控铣床
增量尺寸是指定本程序段移动到的目标点相对于本段起点的距离。以G91方式指定的尺寸值为增量尺寸。

 数控车床编程可以采用绝对坐标编程，也可以采用增量坐标编程：

        绝对坐标编程→接受G01指令→刀具移至坐标值为X、Z的点上

        增量坐标编程→刀具移至距当前点距离为U、W值的点上

绝对指令编程：G01  X40.0  Z20.1  F0.2

增量指令编程： G01  U20.0  W-25.9  F0.2

3数控基本指令编程
3.1认识数控程序

（一）数控程序的结构与格式

程序结构包括程序号、程序内容、程序结束三部分结构，程序执行顺序：

程序内容：程序的最基本单元是信息字，又称功能字，由地址字符和数字字符组成（如G00 X100 Z100）。

程序结束：M代码：M02、M30、M99

（二）程序号

每一个程序都有一个名称，即程序号，一般情况下可以省略。

 注意事项
        ①必须以“0”字母来开头后面跟四位数字范围为1-9999（如  01122）

        ② 主程序调用子程序在P后跟程序号（如  M98P1111）
（三）程序保护

程序保护分：存储器保护和参数保护

存储器保护：通过钥匙开关触发存储器保护信号，可以防止其他人员操作机床修改加工相关数据。

参数保护：将相应参数设定为1时，不能够进行下列操作:程序的删除、程序的输出、程序号检索、程序的编辑、程序的显示

（四）程序段和字

程序段如用语言一样，NC程序由程序段组成，程序又由字组成，（字→程序段→NC程序）

为了使加工程序的结构清晰明了，程序段中的字建议如下顺序排列：顺序号→准备功能→位置信息→进给速度→主轴功能→刀具功能→辅助功能

字：NC语言的一个字由一个地址符和一个数字或者一串数字组成（如G01  X-50  S2000）。

（五）常用地址范围表

（六）程序结束和程序分类

程序结束指令：M30、M02、M99
        程序执行中执行了代码M30,CNC就终止该程序的执行，并复位。
        当执行代码M99时，返回到调用该子程序的主程序中。
（七）程序分类

程序分为主程序和子程序
子程序中编制的指令是要多次重复加工的形状或者重复执行的工艺步骤。对于反复出现的加工形状和工艺顺序在子程序中仅编程一次，将其和主程序一样保存起来。用主程序反复调用
 

子程序调用指令格式：

调用次数为1时可省略，第一个非零数字之前的零可省略
 

3.2准备功能(G代...

 

 

3.3辅助功能(MFS...

3.4线性运动编程G0.

3.5圆弧插补编程G0.

3.6螺纹加_ I编程G32

3.7暂停编程G04