数控车理实一体化教案2012.2（浙江）第一章数控机床基本知识一、数控机床的产生1947年，美国巴森兹（）公司在生产直升机机翼检验样板时，提出了数控机床的初始设想，这一设想迎合了美国空军为开发航天及导弹产品的需要，于是在1949年及麻省理工学院（）合作，开始了三坐标铣床的数控化工作，到1952年3月公布了世界上第一台数控机床的试制成功，取名为：“”,这就是第一台数控机床。

从此，其它一些国家，如德国、日本、英国等国都开始研制数控机床，其中发展最快的还是日本，当今著名的数控系统厂商有：日本的法那科（）、德国的西门子（）等公司。

1959年美国公司研制出具有刀库、换刀装置和回转工作台的新一代数控机床——加工中心（）诞生了，并成为数控机床的主力。

自1952年开始，经历多次的发展演变，数控机床的发展大至可分为几下六个阶段：第一阶段：1952年公司及合作开发的第一台电子管数控系统。

第二阶段：1960年出现晶体管和印刷电路板的数控系统。

第三阶段：1965年出现小规模集成电路的数控系统。

第四阶段：1970年小型计算机数控系统硬件的出现，并以软件形式开始实现数控功能的数控系统。

第五阶段：1974年出现了微处理器或微型计算机数控系统。

第六阶段：20世纪90年代后出现的智能数控系统。

二、数控技术的基本概念数字控制（），简称，是用数字化信息实现机床控制的一种方法。

数字控制机床（）是采用了数字控制技术的机床，也称数控机床。

这种机床是由硬件来实现数控功能。

计算机数控（）,简称，它是采用微处理器或专用微机的数控系统，由事先存入在存储器中的系统程序来控制，从而实现部分或全部数控功能，这样的机床一般称为机床。

三、数控机床的组成现代数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主机组成，如图1-1所示。

图1-1 数控机床的组成1、控制介质控制介质是存储数控加工所需程序的介质，目前常用的控制介质有穿孔带、穿孔卡片、磁带和磁盘等。

早期常用的控制介质是8单位标准穿孔带。

2、数控装置数控装置是数控机床的核心，它能够完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。

3、伺服系统伺服系统是接收数控装置的指令，是数控系统的执行部分。

它包括伺服驱动电机、各种伺服驱动元件和执行机构。

每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，而整个机床的性能主要取决于伺服系统。

常用的伺服驱动元件有交流伺服系统和直流伺服系统。

4、测量反馈装置测量反馈装置是用来检测速度和位移以及加工状态，并将检测到的信息转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算出偏差，并发出纠正误差指令。

测量反馈装置可分为半闭环和闭环两种。

5、机床主体机床主体是数控机床的本体，主要包括：床身、主轴、进给机构等机械部件，还有冷却、润滑、转位部件，如换刀装置、夹紧装置等辅助装置。

四、数控机床的分类（一）、按控制系统的特点分类1、点位控制数控机床（）这类机床只控制刀具从一个坐标点到另一个坐标点的位置，而不控制运动的轨迹，因为在移动的过程中不进行任何切削加工。

如数控钻床、数控坐标镗铣床和数控冲床等。

2、直线控制系统（–）这类机床不仅要求控制刀具从一点到另一点的位置，而且还要具有准确的定位功能。

也称点位直线控制系统。

这类的机床有：数控车床、数控镗铣床等。

3、轮廓控制系统（）轮廓控制系统是对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制，具有插补功能。

其运动轨迹可是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。

（二）、按伺服系统的类型分类1、开环控制系统（）开环控制系统是没有检测反馈装置，即系统没有位置反馈元件。

这类数控机床其精度主要取决于伺服系统的性能，优点是比较稳定，调试方便。

2、闭环控制系统（）这类机床是在机床移动部件（工作台）上直接装有位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，并及输入的指令进行比较，根据差值不断控制运动，进行误差补偿，最终实现精确定位。

闭环控制数控机床主要用在一些精度要求很高的加工中心、数控镗铣床、超精磨床等。

3、半闭环控制系统（）半闭环控制系统是在开环系统的丝杠或电机上装有检测元件。

这类机床具有稳定的控制特性。

由于采用了高分辨率的测量元件，又可以获得比较满意的精度及速度，故大多数数控机床中采用这种半闭环控制系统。

五、数控机床的特点数控机床及普通机床相比较，具有以下六个特点。

1、适应范围广在数控机床上加工零件是按照事先编制好的程序来实现自动化加工，当加工对象改变时，只须重新编制加工程序输入到数控系统中，即可加工各种不同类型的零件。

2、加工精度高由于数控机床在进给装置中采用了滚珠丝杠螺母机构，又增加了消除丝杠螺母间隙装置。

故加工精度一般可达到0.005～0.1之间，同时也保证了较高的质量稳定性。

3、生产率高数控机床能有效地减少零件加工时间和辅助时间，同时在结构设计上也采用了有针对性的设计，主轴转速和进给量的范围也得到了相应增加，其切削用量是普通机床的十几倍，再加上自动换刀装置等辅助措施，使得数控机床的生产率非常高。

4、加工质量稳定、可靠在同一台数控机床中，使用相同刀具加工同一类零件时，其走刀轨迹也是完全一致，因此加工出来的零件质量是比较稳定、可靠。

5、改善劳动条件由于数控机床能够实现自动化或半自动化；在加工中，操作者主要是程序的编辑、输入、装卸、刀具准备、加工状态的观察等，其劳动量极大地得到了降低。

6、利于生产管理现代化在数控机床上加工时，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。

数控机床使用数字信号及标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已及计算机辅助设计及制造（）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。

六、数控车床工作原理图第二章18T编程§2.1 18T编程知识一．概要1．准备功能G指令（1）直线插补（2）圆弧插补（3）螺纹插补2．进给功能F为了切削零件，用指定的速度使刀具运动称进给，通常用表示。

3．坐标系及刀具运动（1）参考点：机床零点，某个特定的位置。

（3）（4）（5）绝对坐标绝对坐标及原点位置有关（6）增量坐标4．主轴功能S1000ЛD。

5．刀具功能TT 0 1 0 1刀号刀补号6．辅助功能M有关主轴、冷却和程序等一些辅助动作。

7．程序（1）程序的构成O1111程序段；程序段；……刀具运动程序段；M30（2）程序段X± Z±顺序号准备功能坐标辅助功能主轴功能刀具功能（3）主程序及子程序。

在工件的不同的地方加工相同的图形时，可以把这部分作为子程序来用，以缩短程序，提高编程效率。

8．刀具补偿需经过对刀处理，使刀具的刀尖补偿后能达到重合。

二．控制轴1．控制轴数两轴：X轴和Z轴2．设定单位公制：X：0.001Z：0.0013．最大行程编程的最大单位9999．999实际是达不到。

三．准备功能G1．模态指令及非模态指令：非模态：只有一段有效；模态§2.2准备功能(G00、G01)1．快速定位G00 格式：N ×××× G00×× X （U ）±××××.×× Z(W)±××××.×× M ×× T ×× S ××××*如上图：刀具沿平行于坐标轴的直线快速走刀 N20 G00 X150 Z25N30（G00）X50（Z25）G00模态指令可省， Z25，坐标没发生变化可省 或N20 G00（U0）75 N30 G00 100 （W0）绝对坐标没有变化U0可省，W0可省50 10050 100ZXO 50100 ZXO 50100右图：斜线N20 G00 X50 Z25 或 N20 G00 150 75注意：（1）G00模态指令，可以自保，碰到G01、G02等指令后被相应功能代替。

（2）G00的速度在事先设定（20005000mm）××××视为无效，同时必须防止刀具及工件发生碰撞。

（3）G00可保留前面所设置好的进给速度。

2．直线插补G01N×× G01 X（U）±××××.×× Z（W）±××××.××F ××××*X（U）、Z（W）：终点坐标F：刀具进给速度，范围： 000。

如：A→B：N30 G01 X24 Z35 F120* N30 G01 W-20 F120*B→C：N40 G01 X44 Z10 N40 U20 20用G00和G01举例：G00X0Z2 G01Z0F50X30 30X5060 X62G00X100Z30G01 模态指令，可以自保，及G1对应的X、Z、F也具有相应的模态功能。

第一次使用G01等指令应指明进给速度F。

§2.3准备功能(G02、G03)1．圆弧插补G0203G02顺时针圆弧，G03 逆时针圆弧。

G02或G03后必须R半径，范围999.999,过任意象限。

G02或G03将被其它模态指令代替。

2．G0203举例(1).编写精加工程序O1111；M03S800T0101; G01 X32.;G00 X240; G03 X40. 284.;G01 X0 F50; G01 35.;X12.; G02 X5040 R5.;;G03X225R5; G01X45;G01 21.; G00X200Z100;G02 X28243.; M05; M30;§2.4准备功能(G04、G28、G50)1.暂停在进行切槽、钻孔、车螺纹之前，可进行延时。

G04 X G04 P G04 U0．001-99999.999延时过程中，主轴转，刀具不做任何运动。

例如要暂停2秒钟，则可写成如下指令： G04 X2.； 或G04 U2.；或G04 P2。

228返回参考点参考点事先设定，有很多场合如：需进行换刀、车削完毕等时候，可让刀具返回到设置好的参考点。

程序段格式： G28 X （U ）Z （W ）当G28后跟X （U ）、Z （W ）时，通过中间点返回参考点。

注意：由于返回参考点速度极快，及G00相同，因此必须防止刀具返回时及工件相碰撞。

单向返回：G28 U0; G28 W0; 举例：例（1）如上图所示返回参考点程序段如下：参考点中间点 3020 5025 ②通过中间点（30，20）间接返回程序段N120 G28 X60 Z20 *例（2）其它情况G28 U10：先向移动双边10，再X向回零。