數(shù)控技術基礎

數(shù)控技術基礎第一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日1.1概述1.1.1數(shù)控加工（1）數(shù)控（NC）的含義數(shù)控：是數(shù)字控制（Numericalcontrol）的簡稱，通常稱為NC，是用數(shù)字信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種控制方法。數(shù)控系統(tǒng)中的譯碼、處理、計算公式和控制的步驟一般都是通過預先設計好的，是專門用于數(shù)控的專用微型計算機來實現(xiàn)的，所以NC也稱為硬件控制，反之采用小型通用計算機或微型計算機來實現(xiàn)控制的稱為軟件控制，簡稱為CNC(ComputerNumericalControl)第二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

數(shù)控加工的優(yōu)點：加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠；自動化生產(chǎn)，效率高，周期短；可直接從CAD系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)處理的一致性；減輕勞動強度改善勞動條件有利于生產(chǎn)管理（2）數(shù)控加工的含義

一種在數(shù)控機床上加工零件的工藝方法。

實質(zhì)：用數(shù)控裝置（系統(tǒng)）代替人操作機床進行零件加工的一種自動化加工方法。第三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日（1）組成輸入裝置數(shù)控系統(tǒng)伺服系統(tǒng)機床執(zhí)行部件指令驅(qū)動位置、速度反饋溫度反饋1.1.2數(shù)控機床輸入介質(zhì)第四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

控制介質(zhì)

數(shù)控加工時，所需的各種控制信息要靠某種中間載體攜帶和傳輸，這種載體稱為控制介質(zhì)。在控制介質(zhì)上保存著加工零件所必需的全部操作信息和刀具及工件移動的信息，它記載著零件的加工程序?？刂平橘|(zhì)有：穿孔紙帶、磁帶或磁盤

數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機床的中樞，它接收輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路編譯、運算及邏輯處理后，輸出各種信號及指令，控制機床的各個部分進行規(guī)定的、有序的動作。伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)有伺服電路、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。第五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日（2）分類 點位控制數(shù)控機床按加工功能 直線控制數(shù)控機床 輪廓控制數(shù)控機床第六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日點位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機。第七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日點位直線控制數(shù)控系統(tǒng)點位直線控制數(shù)控機床的特點是機床移動部件不僅要實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確移動定位，而且能夠?qū)崿F(xiàn)平行坐標軸方向的直線切削加工運動。點位直線數(shù)控機床雖然擴大了點位控制數(shù)控機床的工藝范圍，但它的應用仍然受到了很大的限制運動過程中不進行任何加工。適用范圍：簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑鏜床。第八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制(連續(xù)控制)系統(tǒng)：具有控制幾個進給軸同時諧調(diào)運動(坐標聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機床。現(xiàn)代的數(shù)控機床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。第九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

按工藝用途分類

數(shù)控銑床加工中心線切割機床點火花機床第十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

按伺服系統(tǒng)的特點分類按數(shù)控系統(tǒng)的進給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。第十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電機機械執(zhí)行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大第十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅(qū)動元件。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。第十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋第十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日第十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應用。第十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋第十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日第十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設計、安裝和調(diào)試都相當困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。第十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

按聯(lián)動軸數(shù)分2軸聯(lián)動（平面曲線）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動（空間曲面）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面）。聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復雜。

按控制系統(tǒng)的功能水平分類第二十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

不同聯(lián)動軸數(shù)所能加工的型面(a)2軸聯(lián)動(b)2.5軸聯(lián)動；(c)3軸聯(lián)動第二十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日5軸聯(lián)動銑削曲面零件第二十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日6軸加工中心坐標示意圖第二十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

機床坐標系與工件坐標系機床坐標系－－機床固有坐標系。機床坐標系原點的確定方法。工件坐標系－－建立在工件上的坐標系。

工件坐標系原點的確定由編程人員按加工工藝要求自定。工件原點偏置：工件原點偏離機床原點的距離。1.2數(shù)控編程基礎知識第二十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

工件上各點坐標的表示絕對坐標表示相對（增量）坐標表示

絕對尺寸指機床運動部件的坐標尺寸值相對于坐標原點給出,如圖所示。增量尺寸指機床運動部件的坐標尺寸值相對于前一位置給出

絕對尺寸增量尺寸第二十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

數(shù)控機床坐標系原點

在數(shù)控車床上，機床原點一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點處，見左圖。同時，通過設置參數(shù)的方法，也可將機床原點設定在X、Z坐標的正方向極限位置上。數(shù)控銑床的原點在數(shù)控銑床上，機床原點一般取在X、Y、Z坐標的正方向極限位置上，見右圖車床的機床原點銑床的機床原點第二十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

（1）運動方向的規(guī)定

增大刀具與工件距離的方向即為各坐標軸的正方向，如圖1-10所示為數(shù)控銑床上三個運動的正方向。機床運動的方向第二十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

(2).機床坐標系各軸判斷

（1）Z坐標（2）X坐標（3）Y坐標數(shù)控立式銑床的坐標系第二十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

(3).機床原點與機床參考點

機床原點又稱為機械原點，它是機床坐標的原點。該點是機床上的一個固定的點，其位置是由機床設計和制造單位確定的，通常不允許用戶改變。機床原點是工件坐標系、編程坐標系、機床參考的基準點。這個點不是一個硬件點，而是一個定義點。機床參考點是采用增量式測量的數(shù)控機床所特有的，機床原點是由機床參考點體現(xiàn)出來的。機床參考點是一個硬件點。第二十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

機床原點與機床參考點

第三十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

(4).工件坐標系

工件坐標系的原點就是工件原點，也叫做工件零點。與機床坐標系不同，工件坐標系是人為設定的，選擇工件坐標系的原點的一般原則是：

1．盡量選在工件圖樣的基準上，便于計算，減少錯誤，以利于編程。

2．盡量選在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提高被加工件的加工精度。

3．要便于測量和檢驗。

4．對于對稱的工件，最好選在工件的對稱中心上。

5．對于一般零件，選在工件外輪廓的某一角上。

6．Z軸方向的原點，一般設在工件表面。第三十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

工件坐標系

第三十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日1.2.1數(shù)控加工程序編制的內(nèi)容與步驟

編制程序的目的： 用程序去實現(xiàn)數(shù)控加工的全部工藝規(guī)范。內(nèi)容與步驟分析零件幾何形狀、尺寸和精度要求分析零件圖選擇工夾具、確定裝夾方式、加工路線和切削用量等

確定工藝過程根據(jù)零件圖和加工路線計算基點和節(jié)點等數(shù)控關鍵數(shù)據(jù)

數(shù)值計算按數(shù)控系統(tǒng)要求的格式編寫程序編寫程序單制備信息載體校對檢查信息載體試加工修改1.3數(shù)控（銑床）編程方法第三十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

（1）分析零件圖樣和工藝處理

對零件圖樣進行分析，以明確加工內(nèi)容和要求、確定加工方案、選擇合適的數(shù)控機床、設計夾具、選擇刀具、確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。工藝處理涉及的問題很多，編程人員需要注意以下幾點：

1）確定加工方案，此時應考慮數(shù)控機床使用的合理性及經(jīng)濟性，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能。

2）工夾具的設計和選擇，應特別注意要快速完成工件的定位和夾緊過程，以減少輔助時間。此外，所用夾具應便于安裝，便于協(xié)調(diào)工件和機床坐標的尺寸關系。

3）正確選擇編程原點及編程坐標系，編程原點及編程坐標系的選擇原則為：所選的程序原點及編程坐標系應使程序編制簡單；編程原點應選在容易找正、在加工過程中便于檢查的位置；引起的加工誤差小。第三十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日4）選擇合理的走刀路線，合理地選擇走刀路線選擇應從以下幾方面考慮：盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程，提高生產(chǎn)效率；合理選擇起刀點、切入點和切入方式，保證過渡平穩(wěn)無沖擊；保證加工零件的精度和表面粗糙度；保證加工過程的安全性，避免刀具與非加工面的干涉；有利于簡化數(shù)值計算，減少程序段數(shù)和編制程序工作量。

5）選擇合理的刀具，根據(jù)工件材料的性能、機床的加工能力、加工工序的類型、切削用量以及其他與加工有關的因素來選擇刀具，并確定合理的切削用量。（2）數(shù)學處理在完成工藝處理后，需根據(jù)零件的幾何尺寸、加工路線和刀具半徑補償方式計算刀具運動軌跡，以獲得刀位數(shù)據(jù)。一般數(shù)控系統(tǒng)都具有直線插補、圓弧插補和刀具補償功能。第三十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

（3）編寫零件加工程序單按照所使用的數(shù)控裝置規(guī)定使用的功能指令代碼及規(guī)定的程序格，逐段編寫零件加工程序單。附必要的加工示意圖、刀具布置圖、機床調(diào)整卡、工序卡以及必要的說明。

（4）制各控制介質(zhì)控制介質(zhì)有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、軟盤和硬盤等。

（5）程序驗校和首件試切程序單和制各的控制介質(zhì)必須經(jīng)過驗校和試切才能正式加工。一般的方法是：對于平面輪廓可在機床上采用空走刀檢測，空運轉(zhuǎn)、空運行畫圖檢驗，在屏幕上模擬加工過程的軌跡和圖形顯示檢測；對于空間曲面零件采用鋁、塑料、石蠟或木料等易切材料進行試切方法檢驗程序。第三十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日（1）程序格式（編程規(guī)則）以人工編程G代碼為例程序組成程序－－若干程序段（行）的集合；程序段（行）－－完成某個或某些特定動作的指令（代碼字）集合；指令（代碼字）－－由操作（地址）符和操作內(nèi)容（數(shù)據(jù)）構(gòu)成。例如：N001G91G00X2700X3000Z15000M03LFN002………………N017X-5000Y-4000Z14800M02LF數(shù)控程序編制（重點）第三十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日程序行內(nèi)指令（代碼字）的順序及其含義模態(tài)（續(xù)）代碼與一次性代碼第三十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日代碼功能代碼功能G00G01G02G03G04G06G08G09G17G18G19G33G34點位控制直線插補順時針圓弧插補逆時針圓弧插補暫停拋物線插補加速減速XY平面選擇ZX平面選擇YZ平面選擇螺紋切削(等螺距)螺紋切削(增螺距)G35G36~39G40G41G42G43G44G60G65~79G80G81~89G90G91螺紋切削(減螺距)內(nèi)部保留取消刀具補償?shù)毒邚较蜃笱a償?shù)毒邚较蛴已a償?shù)毒咻S向正補償?shù)毒咻S向負補償準確定位保留用于點位控制取消固定循環(huán)固定循環(huán)#1~#9絕對坐標編程增量坐標編程常用G功能代碼摘要第三十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日代碼功能代碼功能M00M01M02M03M04M05M06M07M08M09M10M11M13程序停機任選停機程序結(jié)束主軸順時針方向旋轉(zhuǎn)主軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)主軸停轉(zhuǎn)換刀開2號切削液開1號切削液關閉切削液夾緊松開主軸順轉(zhuǎn)并開切削液M14M15M16M19M30M31M32~35M40~45M50M51M60M68M69主軸逆轉(zhuǎn)并開切削液正向(＋)運動反向(－)運動主軸定向停止紙帶結(jié)束旁路互鎖固定切削速度保留開3號切削液開4號切削液換工件工件夾緊工件松開常用M功能代碼摘要第四十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

模態(tài)代碼，它表示組內(nèi)某G代碼（如c組中G17）一旦被指定，功能一直保持到出現(xiàn)同組其它任一代碼（如G18或G19）時才失效，否則繼續(xù)保持有效。所以在編下一個程序段時，若需使用同樣的G代碼則可省略不寫，這樣可以簡化加工程序編制。

非模態(tài)代碼只在本程序段中有效。

第四十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

M、F、S功能

(1)輔助功能M代碼

輔助功能由地址字M和其后的一或兩位數(shù)字組成，主要用于控制零件程序的走向，以及機床各種輔助功能的開關動作。具體功能見下表。第四十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

注意：當機床移動指令和M指令編在同一程序段時，按下面兩種情況執(zhí)行:①同時執(zhí)行移動指令和M指令，該類M指令稱為前指令碼，如M03、M04等；②直到移動指令執(zhí)行完成后再執(zhí)行M指令，該類M指令稱為后指令碼，如M09等。

M指令可單獨占一程序段，但同一程序段中如有兩個以上的M指令時，后一個M指令有效。第四十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

（2）主軸功能SS指令：用于控制主軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。如S500表示主軸轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)。（3）F指令指定刀具的進給速度，該速度的上限值由系統(tǒng)參數(shù)設定。若程序中編寫的進給速度超出限制范圍，實際進給速度即為上限值。

F的單位通常有兩種：mm/min和mm/r，由G94和G95分別指定。如G94F100表示進給速度為100mm/min

第四十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

2.G功能指令

G功能指令有模態(tài)和非模態(tài)二種形式。①模態(tài)G功能：一組可相互注銷的G功能，這些功能一旦被執(zhí)行，則一直有效，直到被同一組的G功能注銷為止。②非模態(tài)G功能：只在所規(guī)定的程序段中有效，程序段結(jié)束時被注銷；（1）有關單位的設定①進給速度單位的設定

格式：G94[F_]每分鐘進給

G95[F_]每轉(zhuǎn)進給G94、G95為模態(tài)功能，可相互注銷，G94為缺省值。第四十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日加工程序的一般格式舉例：%//開始符

O1000//程序名

N10G00G54X50Y30M03S3000N20G01X88.1Y30.2F500T02M08N30X90……N300M30//結(jié)束符%//程序主體第四十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日（2）點位、直線控制系統(tǒng)的程序編制以點位控制系統(tǒng)為例編程原則：定位準確，進給路徑短。刀具到達孔位后的鉆孔行程計算Z=0ZoZrZsZaZdZb例如右圖其中：第四十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

注意：對于點位加工，孔徑的精度由刀具自己保證（如，刀徑、刀與主軸的同軸度、直線度、剛度、耐磨性等）；孔距和孔位精度由機床控制系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和編程保證。點位加工舉例：N005G91G00X2700Y3000Z15000M03;N010Z-14800;N015G01Z-1700F200;N020G00Z1700;N025X1300Y2000;N030G01Z-1700;N035G00Z1700;N040X2000;N045G01Z-1700;N050G00Z1700;N055X100Y-1500;N060G01Z-1700;N065G00Z1700;N070X-7000Y-3500Z14800M02;第四十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日（3）輪廓控制系統(tǒng)的程序編制（以銑削平面為例）1）基點和節(jié)點計算基點－－構(gòu)成零件輪廓各相鄰幾何元素的交點和切點。節(jié)點－－逼近線段的交點，用于處理非標準曲線或曲面（對于標準圓弧、直線和二次曲面，節(jié)點的計算可以省去）。交點切點節(jié)點節(jié)點第四十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日由于刀具中心軌跡是零件輪廓的等距線，所以，只要在基點或節(jié)點計算的基礎上，參照刀具半徑和加工余量，便可計算出中心軌跡的全部坐標值。工件輪廓加工余量刀位點移動軌跡2）刀具中心軌跡（即刀位點移動軌跡）計算3）輔助程序段計算主要對刀點到切入點、切出點到刀具停止點的路徑計算。第五十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日4）增量坐標計算（選項）增量相當于平移變換中的平移量。規(guī)定： 插補類型 計算對象 直線插補 終點相對起點的增量 圓弧插補 ①以起點為參考點，計算圓心相對起點的增量； ②以圓心為參考點，計算起點相對圓心的增量；注意：無論是增量編程或是絕對編程，圓弧插補均應采用增量方式。第五十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日5）脈沖數(shù)計算（選項）

要求分別計算X方向和Y方向上的脈沖數(shù)。程序段舉例：絕對坐標編程

N001G00G17G90X30Y0;N002G02X30Y0I-30F100;N003G00X0Y0M02;

增量坐標編程

N001G00G17G91X30Y0;N002G02X0Y0I-30F100;N003G00X-30Y0M02;YXA0R30第五十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日6）刀具補償徑向補償（刀具偏置）

?含義－－刀位點徑向偏離工件輪廓。

補償值 D=R+△

式中：R－－刀具半徑

△－－加工余量工件輪廓加工余量刀位點移動軌跡第五十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

采用刀具徑向補償編程的優(yōu)越性：不考慮刀具半徑，直接按工件輪廓尺寸編程；適當改變半徑補償量，以實現(xiàn)同一刀具，同一程序完成輪廓從粗到精的全部加工。第五十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

長度補償含義－－在Z軸方向上實現(xiàn)對刀具移動距離的補償。a－工件坐標系的Z軸設定值，b－刀尖到刀柄校準面的距離，c－指令動作，d－實際移動量，e－補償量注：事先將測定的a，b值存入刀補表中。Z軸機械原點工件坐標系的Z軸零點abcde+Z-Z第五十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期日

長度補償指令：G43－正補償（如前圖，e=c-d）