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分类号密级
UDC
学 位 论 文
基于知识的数控机床产品配置方法研究与应用
作者姓名： 刘大伟
指导教师： 王宛山 教授
东北大学机械工程与自动化学院 申请学位级别： 硕士 学科类别：工学
学科专业名称： 机械设计及理论
论文提交日期： 2010年6月论文答辩日期：2010年6月 学位授予日期： 年 月答辩委员会主席：
评阅人：
东北大学
2010年6月
A Thesis in Mechanical Design and Theory
Research on CNC Machine Tool Configuration Method and Application
Based on Knowledge
By Liu Dawei
Supervisor: Professor Wang Wanshan
Northeastern University
June 2010
独创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名：
日期：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。
作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：
半年□ 一年□ 一年半□ 两年□
学位论文作者签名：导师签名：
签字日期：签字日期：
基于知识的数控机床产品配置方法研究与应用
摘 要
在网络化制造环境下，利用已有数控机床系列类型进行新机型的开发，成为企业未来发展的趋势。基于实例的数控机床配置技术，作为一种基于知识的数控机床开发方法，充分的利用企业现有的数控机床知识，能快速开发新型数控机床，缩短产品设计的生命周期，降低开发的成本，已得到了越来越多机床企业的重视。
本文以高等学校博士学科点专项科研基金项目（2006014501）和“Web环境下数控机床协同设计与虚拟样机研究”为课题背景，针对机床制造企业新机型开发的特点，提出了面向客户需求基于实例的数控机床配置方法，并以沈阳机床成套设备有限公司的HTC系列数控车床为应用对象设计开发产品配置系统，证明了基于实例的配置方法的可行性。
本文的主要研究内容有：
(1)论述了基于知识的数控机床产品配置方法研究的课题背景，以及与产品配置相关的研究现状。分析了传统的机床开发存在的不足，针对这些不足提出本文的研究内容，并阐述了本文研究的目的和意义。
(2)论述了产品配置的相关概念与重用技术，探讨了基于知识的产品配置方法，主要有基于类产品结构的配置方法和基于实例的配置方法，并对两种方法进行了分析对比，结合数控机床配置开发的特点，本文采用基于实例的配置方法。
(3)研究了数控机床配置实例库，介绍了基于实例库的推理方法，构建数控机床配置实例库，主要包括实例库的内容和实例库中机型实例的表示。提出基于实例库的数控机床配置方法，研究了数控机床实例库的检索和修正。
(4)研究了基于知识的数控机床配置的过程，首先介绍了客户需求信息的获取和特征映射，接着提出了数控机床配置模型，最后基于配置模型设计了基于实例的数控机床配置开发流程。
(5)结合上述章节论述的研究理论，开发了基于实例的数控机床配置系统。首先介绍系统的总体框架。接着对主要的功能模块，包括客户需求获取模块、实例库模块和基于实例库的配置模块分别进行论述。最后给出了系统运行的实例。关键词：数控机床；产品配置；实例推理；知识：最相邻算法
Research on CNC Machine Tool Configuration Method and Application Based on Knowledge
Abstract
In order to satisfy the needs of customers, a new CNC machine tool development by used of existing CNC machine tools by Machine tool manufacturers will become tendency of enterprise’s development in the future. As a knowledge-based CNC machine tool development methodology, Case-based configuration technologies for CNC machine tools makes full use of the existing knowledge of CNC machine tools, develops rapidly new CNC machine tools, shortens the product design life cycle, and Reduces development costs, so it has gained more and more attentions by enterprise.
This article takes College Doctoral Special Research Fund Program (2006014501) and "Research on collaborative design of CNC machine tools and virtual prototyping in network environment" as Subject background. The method of customer order-oriented configuration based on knowledge and CNC machine tool system is proposed in this paper against the development properties of new models. Combine with HTC series CNC lathe of Shenyang Machine Tool Automotive Equipment co., LTD, a production configuration system is developed, and proved feasibility of configuration method based on case.
The structure of this paper is as follow:
(1)The background of case-based CNC configuration technology is presented. In order to improve the traditional technology’s flaw, the contents are introduced. At last, the general thesis structure is put forward, as well as the purpose and the significance.
(2)The knowledge based CNC machine tool configuration technology is researched systematically. Firstly, the reuse technology in CNC machine tool development is introduced. Secondly, the knowledge-based product configuration is presented, mainly including generic product structure based configuration and case based configuration, which has also been madden a specified comparison, and against the features of CNC machine tool, it brings out the case-based configuration method.
(3)The CNC machine tool-case is specified researched. First of all, the CNC
machine tool configuration cases are designed, including the contents of case and the representation of case model. What’s more, the CNC machine tool configuration method based on case is brought forth. The modification and searches as well as revision for the case-based are researched. In the end, an example is analyzed.
(4)The process of knowledge-base CNC machine tool configuration is studied, including the requirement obtain from customers and characteristic mapping. Besides, the model of CNC machine tool configuration and the process of CNC machine tool configuration based on case are designed to direction the CNC machine tool configuration.
(5)The case-based CNC machine tool configuration system is designed and developed on theory above-mentioned. Firstly the system frame, including system development platform, system structure and function module, is introduced. And then the main function modules: customer’s need acquirement module, CNC machine tool configuration case module, case-based configuration module are discussed separately. Finally the system operation case is introduced.
Key words: CNC machine tool; product configuration; case-based reasoning; knowledge; most adjacent algorithm
目录
独创性声明..................................................................................................................I 摘要.........................................................................................................................III ABSTRACT................................................................................................................V 第1章绪论 (1)
1.1 课题的研究背景 (1)
1.2 相关技术研究现状 (3)
1.3 课题来源与研究内容 (6)
1.3.1 目前数控机床开发的现状 (6)
1.3.2 研究内容 (7)
1.3.3 课题来源 (8)
1.4 课题研究目的与意义 (8)
1.4.1 课题研究目的 (8)
1.4.2 课题研究意义 (8)
1.5 本章小结 (8)
第2章数控机床配置开发技术研究 (9)
2.1 相关概念 (9)
2.1.1 产品配置 (9)
2.1.2 设计重用 (10)
2.2 数控机床开发中配置技术研究 (11)
2.2.1 基于知识的产品配置技术 (11)
2.2.1.1 基于类产品结构的配置方法 (11)
2.2.1.2基于实例的配置方法 (14)
2.2.2两种技术方法的比较 (15)
2.2.3 新型数控机床配置技术的确定 (16)
2.3 配置开发过程中的管理 (17)
第3章数控机床配置实例库研究 (19)
3.1 基于实例的数控机床配置技术的概述 (19)
3.1.1 基于实例机型的推理 (19)
3.1.2 基于实例数控机床的组织方法 (20)
3.2 数控机床配置实例库的构建 (21)
3.2.1 实例库内容 (21)
3.2.2 数控机床实例的表示 (22)
3.2.3 数控机床实例库结构 (24)
3.3 实例库中数控机床产品配置 (25)
3.3.1 数控机床模块划分与平台的建立 (25)
3.3.2 基于实例的配置模型 (27)
3.3.3 配置数控机床实例 (28)
3.3.4 实例库的修正 (30)
3.3.5 实例分析 (34)
3.4 本章小结 (35)
第4章基于实例的数控机床配置方法研究 (37)
4.1 客户需求获取与特征映射 (37)
4.1.1 客户需求获取 (37)
4.1.2 客户需求特征映射 (41)
4.2 基于实例的数控机床配置模型的建立 (43)
4.3数控机床配置流程图设计 (44)
4.4 数控机床配置管理研究 (46)
4.4.1 数控机床配置管理的内容 (46)
4.4.2 数控机床配置过程特点分析 (47)
4.5 本章小结 (48)
第5章数控机床配置系统的实现与应用 (48)
5.1 系统整体框架 (48)
5.1.2 数控车床主要构成模块与主要配置参数 (48)
5.1.3 系统结构 (48)
5.1.4 系统功能模块划分 (48)
5.2 系统各功能模块 (48)
5.2.1 客户需求获取模块 (48)
5.2.2 数控车床实例库模块 (48)
5.2.2.1 实例库实例的表示 (48)
5.2.2.2 实例库的构架 (48)
5.2.2.3 实例库的实例属性定义 (48)
5.2.3 基于实例推理的产品配置模块 (48)
5.2.3.1技术方法 (48)
5.2.3.2配置方式 (48)
5.3 系统运行实例 (48)
5.3.1 客户需求的获取 (48)
5.3.2 客户需求信息分析和需求特征映射 (48)
5.3.3 C/S构架登陆系统 (48)
5.3.4基于实例进行配置 (48)
5.3.5 实例库的管理 (48)
5.4 本章小结 (48)
第6章结论与建议 (48)
6.1 结论 (48)
6.2 建议 (48)
参考文献 (48)
致 谢 (48)
第1章绪论
1.1 课题的研究背景
20世纪90年代以来，科学技术的不断更新为国家间、企业间经济的发展提供了新的手段和条件。特别是因特网的迅速发展，互联网经济正逐步成为现代经济中的重要组成部分。由于网络化进一步的促进了经济全球化，使我国的机床制造企业将参与全球的竞争。而机床制造企业面临的市场也由过去相对稳定的市场变成了一个动态的多变的市场。这对于我国机床制造企业是一个严峻的挑战，主要表现在以下几个方面：
(1)数控机床的更新换代加快，新机型的产品生命周期缩短
机床制造企业推出新型数控机床，意味着该机床企业能及早地占领市场，取得先机，所以机床制造企业能否以更快速度、更高质量、更低成本推出新型数控机床，将是机床制造企业能否在激烈的市场竞争中生存的关键。对于机床制造企业来说，缩短产品生命周期就是效益。同时，客户尽快购买到新型数控机床，就能及早的组织生产，达到“双赢”，因此，机床制造企业既要不断的推出新型数控机床以占领市场，又要尽可能的缩短机床生产的生命周期，这就势必要求机床制造企业要准确把握市场脉搏，迅速掌握客户需求，提高新产品的开发能力。
(2)客户对新型数控机床的需求多样化
随着科技进步和市场经济快速发展，当人们的基本要求得到满足后，便会很自然地产生更高层次的需求。例如，对大多数产品，除了满足其基本要求的功能需求外，同时注重产品的质量、性价比、外观、人－机－环境等一些非功能性要求，在一些家电产品或日常消费品上这种多样性需求表现尤为突出[1]。同样，对于数控机床也是如此。现在的客户已不仅仅满足数控机床的基本需求，而是希望企业能提供更个性化的新机型，在选购时不再追求千篇一律，来满足客户的生产需要。客户需求的多样性和个性化已逐渐成为世界的潮流。比如有的客户看重数控机床的加工质量，而有的客户则把数控机床操作简单人性化作为选择标准。客户需求的多样化导致市场的多样化，机床制造企业需要即时调整固有的生产方式才能适应市场的变化。
(3)数控机床的小批量多品种的比例增大
市场是多样化的，也是多变的，如果机床企业仅仅是靠单一的机型，将会在
市场竞争中遇到很大的风险，所以越来越多的机床制造企业开始倾向多品种、小批量的生产方式。一旦某种机型没有了销路，该机床制造企业可以凭借其他机型而继续生存下去，同时，为了降低在市场的风险，很多企业开始改为由预测市场组织生产转向按订单组织生产，客户需求什么，企业生产什么，使企业从少品种、大批量的生产模式转变为多品种、小批量的生产模式。
(4)互联网的发展时刻影响着机床行业
在互联网经济的市场环境下，机床制造企业为了生存和发展，必须由传统的规模式生产降低成本方式向规模生产与客户定制相结合的生产方式转化，特别是以客户需求为中心的生产模式呼之欲出，因此迫切需要建立一种由市场驱动、具有快速响应机制的定制生产方式，而互联网技术的发展催生了基于Internet的客户化定制生产模式的出现。由此可见，个性化定制生产模式是伴随着市场变化需求逐步发展起来的，它一方面在满足客户个性化需求，同时企业可以充分利用各种资源，缩短原材料和产品的运输距离与交货时间，以减少生产成本。
传统的企业成功要素质量与成本，随着技术的普及，竞争对手之间已无明显的优势可言。为此，企业需要从客户的角度需求出发，不断满足客户的多样化需求，才能在激烈的竞争中立于不败之地。
新型数控机床的开发是机床行业的重中之重。为了能迎接上述的挑战，满足客户的多样化需求，机床制造企业就必须对新型数控机床的开发这个“源头”开始变革。
(1)实现新型数控机床开发的知识化。新型数控机床开发需要面向市场，由客户的需求来驱动。开发过程中应更多的依赖于各种知识的获取而不是靠一些设计规则和设计原理，也就是说设计的重心要由传统的基于规则的设计转变为基于知识的设计[2]。
(2)实现新型数控机床开发的个性化。激烈的市场竞争和需求的个性化要求机床制造企业的新机型开发和制造方式必须以客户为中心，实现产品的定制设计。传统的设计方法面向统一和稳定的市场，已不适合当前的市场要求。而个性化的设计，则显示了巨大的优势[3]。
(3)实现新型数控机床开发的敏捷化。为了缩短新机型的上市时间，能在市场中占据主动，新机型的开发需要能及时的响应市场。能有效地处理各种市场信息和决策，快速开发新产品。
新型数控机床开发的知识化、个性化和敏捷化是适应了新市场变化而产生的，
新型数控机床的配置正是基于这些特征的一种新机型开发方法，是二十一世纪机床制造企业主要的开发方法，得到各国研究人员的广泛重视。目前，新型数控机床的配置开发已在国外的一些企业有了一定的应用，为企业取得了很好的效益，相信不久的将来，这种新机型的配置开发将在中国的机床制造企业中得到广泛的应用，推动中国的机床制造企业进军国际化。
1.2 相关技术研究现状
产品配置是网络化制造模式下个性化定制的一个重要组成部分，是实现产品快速定制的重要设计手段。个性化产品定制中的产品配置可以使客户根据自己的个性化需求系统配置所需要的产品和服务，从功能、产品构成、价格和发送方式等多种项目的菜单中进行选择。客户的选择结果向供应商的制造系统发出信号，从而自动启动采购、组装和发送的过程。目前对产品配置的研究一般包括客户需求的描述和需求建模、产品配置建模方法、配置推理方法等几个方面。
Rafael M等人，提出了结构化约束建模和基本配置单元的推理方法[4]。基本配置单元由一些预定义的元件和元件间的连接构成，配置模型是这些基本配置单元的组合。基本配置单元通过元件的属性、元件间的构成，配置模型是这些基本配置单元的组合。基本配置单元通过元件的属性、元件间的接口以及结构化的约束条件所描述，结构化配置建模则是基于这些基本配置单元的约束满足。
Ulrich John设计了ConBaConL（Constraint-based Configuration Language）语言专门描述配置模型，将配置问题转化为约束求解的过程[5]。Lisa Purvis和Pearl Pu 将约束满足技术应用于产品配置设计和产品装配序列问题中。T.W.Simpson等人提出的PPCEM（Product Platform Concept Exploration Method）建立产品族平台的方法中，将配置设计当作动态约束满足问题（Dynamic Constraint Satisfaction Problem，DCSP）DCSP进行求解，求出典型参数，聚类出产品族平台。
Chandrasekaran提出“提议——评价——修改”（Propose Critique and Modify，PCM）的配置方法，求解过程是：首先提出配置问题，然后用约束和需求条件检验该配置问题，如果发现约束冲突，则修改并消除冲突。M. Sabin等人提出了条件约束满足问题（Conditional Constraint Satisfaction Problem，CondCSP）的求解方法，利用约束条件控制变量参与问题的求解，将约束分为活动性约束和兼容性约束，并给出了几种有效的问题搜索方法[6]。
Ingo Kreuz在基于知识的配置中，提出了相关知识优先（Relevant Knowledge
First，RKF）的方法，通过计算知识的年龄、知识的有用性来判断信息的相关性，为新任务提供最恰当的配置知识[7]。
Wielinga认为大规模定生产中的配置设计是一个性预先定义的通用化组件的基础上，根据一定约束来搜寻组件的装配组合以满足一组需求的过程[8]。配置知识分为特殊问题知识和多问题解决过程中的固有知识，特殊知识分类关注当前的解决案例，固有知识标明产品。
Tsen提出结合已有客户需求与预测分析，根据产品拟采用的定制方法提取变型参数，同时设计一族产品的设计方法，其目标是提供可变型的产品模型，为针对单个客户需求进行产品配置和快速设计提供基础[9]。
寇飞宏着重分析了目前产品配置表示的两种主流方法，提出了使用广义产品结构树进行配置知识的表达，并把配置问题转化为基于用户的约束满足问题[10]。同时分析了经典的回溯算法，利用动态回溯的思想提出了基于广义产品结构的配置求解设计等概念，并给出了基于重用设计诊断的产品重用设计求解算法。
谭建荣研究了针对大批量定制生产的特点，提出基于产品功能结构单元的产品配置模板来完成对客户配置需求的快速响应，给出了产品配置模板的信息模型和配置求解策略，由于机械产品结构的复杂性，引入配置设计知识的混合表达方法以适应不同产品设计类型的要求最后给出基于产品配置模板信息模型的配置设计系统的实例[11]。
杨煜俊提出了一种基于条件约束满足问题框架的配置建模方法，该方法利用配置变量和配置约束来统一表达配置模型中的产品模型和用户需求，从而使配置模型具有表达一致性；配置变量分为类型变量、属性变量、接口变量、基数变量四种类型；配制约束包含依赖约束和活动约束两种类型；在构建统一形式配置模型的基础上，采用一种模型分解策略进行求解[12]。最后采用一个汽车产品实例说明配制建模和配置求解过程。
高鹏提出了一种基于本体映射的用户需求知识向产品配置知识自动转换的方法[13]。讨论了用户需求本体和产品配置本体，给出了基于本体的用户需求模型和产品配置模型，建立了本体映射规则，提出了以本体映射、知识映射、模型映射三层映射模式为核心的产品配置模型建模框架，并给出了产品配置模型获取算法。
王世伟分析了可配置产品的特点，研究了可配置产品的设计方法，以及产品配置和产品平台、产品族等之间的关系，建立了产品配置的前提和物质基础；研究了产品配置设计过程问题；针对产品配置设计中动态性和配置产品的可维护性，
研究了产品配置模型的演化和产品的再配置问题[14]。
以上研究从不同的方面对产品配置技术进行了研究，建立了多种配置模型。在产品配置的应用方面，陈洪军研究了基于Web和KBE的个性化机电产品定制系统关键技术研究及应用[15]。建立了基于Web的KBE个性化机电产品定制系统框架，包括逻辑框架模型、功能框架模型和物理框架模型，分析了该框架下的基于知识工程（KBE）的系统内涵.接着，根据机电产品的设计特点、KADS知识模型框架、产品定制设计和制造过程的关键特征，结合本体技术和知识的逻辑表达方法，建立了包含产品领域知识、产品任务知识和产品推理知识的个性化机电产品知识模型。
庄林远研究了家电产品的设计与需求特征，探讨了基于XML的家电产品零部件、产品结构节点、配置规则、配置实例等知识本体的表示方法[16]。探讨了基于网络和本体的家电产品知识模型获取框架、所获取知识的语义有效性保证机制及产品配置过程中对XML文档和关系型数据库的知识查询方法。探讨了利用产品配置实例、规则推理技术、产品配置知识、配置模型实现产品快速配置的方法，从而满足客户的个性化需求。
万飞对产品配置理论进行了研究，指出了面向大规模定制的敏捷产品开发方法，比如标准化、规范化设计，模块化设计，后延设计等的出现为产品配置技术提供了前提和保障[17]。对产品配置的基础理论进行了研究，阐述了产品配置系统的基本组成与结构模型。然后以产品配置为基础原理，结合具体的电梯产品，设计了电梯配置系统的功能模型，详细阐述了该系统的体系结构和功能实现。
在已实现的配置系统中，知识管理是一个很主要的问题。为了提高系统的可靠性，保证系统的易维护性和配置知识的一致性已经成为现代设计系统的一个重要要求。对产品配置知识进行有效管理的必要性主要表现在以下几个方面：
(1)随着客户需求和市场变化，产品不断演化。由于新的产品不断更新，新的功能也不断的加入到产品当中，同时一些旧的功能被剔除。这就要求产品配置模型也要不断的相应更新，那么配置管理也变得很重要。
(2)企业对于销售产品需要进行长期的维护。为了满足客户可能在功能上的改进的要求，需要对销售产品进行跟踪记录更改的详细信息。对其进行管理。
(3)产品配置模型本身的动态演化特性，当需要对再配置知识模型化时，长期管理配置模型与产品实例是一项十分繁琐的工作。对已有产品再配置需要对版本和有效区间模型化，并记录产品实例的变化。只有给定这些信息，设计人员才
能检查和改变客户产品实例的内容。实际的再配置任务必须要由设计人员来完成。
机床制造行业是一个竞争激烈、技术密集型行业。各个机床企业为了适应市场的变化，不断的开发新型数控机床。对于新型机床的快速开发已成为各个企业的研究热点。本文在国内外对配置技术研究的基础上，结合数控车床配置开发的相应特点，对新型数控车床配置开发进行了研究。
1.3 课题来源与研究内容
1.3.1 目前数控机床开发的现状
机床制造行业是我国走向新型工业化的主要支柱性行业之一。为了适应新的市场环境，我国各个机床制造企业必须采取新的生产模式，即大规模定制的生产模式。但是，我国机床企业还处于低水平的重复生产阶段，有很多不足之处：
(1)机床开发工程师与客户之间缺少沟通
由于目前大部分的机床制造企业都是根据对市场的预测来组织机床的开发和生产。造成了客户实际需求与机床开发的工程师缺少了联系。而如上节所述现在的客户已不仅仅满足机床的基本要求，而是希望企业能提供更多个性化的机床，来满足不同客户的个性化需求。用户需求的多样化和个性化已逐渐成为世界的潮流。因此，机床制造企业之间的竞争不仅存在技术领域，也存在于生产模式上，只有面向客户开发新型数控机床，才能在瞬息万变的市场变化中，立于不败之地。
(2)新型数控机床知识与现有数控机床知识缺少联系
对于机床制造企业来说，新型数控机床的开发很大程度是基于已有机型的基础上的变型设计开发，新型数控机床与已有机型形成同一机型的系列。但目前一些机床制造企业再开发新型数控机床时，往往是借鉴别的企业的机型或借用别的企业机型的技术来开发。这种照搬模式不利于企业的长期发展。其实，企业已有的旧机型时企业的“无形”资产，一些过去开发过程中积累的经验与知识是企业的一个宝贵的财富。只有对这些宝贵资源重用，才能使机床制造企业走出一条自主发展的道路。
(3)新型开发数控机床的各个部件缺少统一化标准
目前一些机床制造企业在开发新型机床时，数控机床各个部件的设计还是采用传统的设计方式，不仅设计周期长，生产效率低，而且生产成本也高。为了适应市场和客户的需求，企业应采用模块化设计，并制定统一的设计标准，实现模
安全操作规则 一．安全操作基本注意事项： 1．工作时请穿好工作服、安全鞋，戴好工作帽及防护镜，注意：不允许戴手套操作机床。 2．注意不要移动或损坏安装在机床上的警告标牌。 3．注意不要在机床周围放置障碍物，工作空间应足够大。 4、请同学们一定注意决不允许两个同学同时操作机床以及机床数控系统的操作界面。 5S安全生产管理：整理、整顿、清扫、清洁、素养二．工作前的准备工作： L．机床工作开始工作前要有预热，认真检查润滑系统工作是否正常，如机床长时间未开动，可先采用手动方式向各部分供油润滑。 2．使用的刀具应与机床允许的规格相符，有严重破损的刀具要及时更换。 3．调整刀具所用工具不要遗忘在机床内。 4．检查卡盘夹紧工作的状态。 5．机床开动前，必须关好机床防护门。 6、工件装夹好后一定要检查卡盘扳手是否拿出卡盘外。 三．工作过程中的安全注意事项： 1．禁止用手接触刀尖和铁屑，铁屑必须要用铁钩子或毛刷来清理。
2．禁止用手或其它任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其它运动部位。 3．禁止加工过程中量活、变速，更不能用棉丝擦拭工件、也不能清扫机床。 4．车床运转中，操作者不得离开岗位，机床发现异常现象立即停车。 5．在加工过程中，不允许打开机床防护门。 6．工件伸出车床100mm以外时，须在伸出位置设防护物。 7．学生必须在操作步骤完全清楚时进行操作，遇到问题立即向教师询问，禁止在不知道操作规程的情况下进行尝试性操作，操作中如机床出现异常，必须立即向指导教师报告； 8．手动原点回归时，注意机床各轴位置要距离原点-100mm 以上，机床原点回归顺序为：首先+X轴，其次+Z轴。 9．使用手轮或快速移动方式移动各轴位置时，一定要看清机床X、Z轴各方向“＋、－”号标牌后再移动。移动时先慢转手轮观察机床移动方向无误后方可加快移动速度。 10．程序运行注意事项： （1）对刀应准确无误，刀具补偿号应与程序调用刀具号符合。 （2）检查机床各功能按键的位置是否正确。 （3）光标要放在主程序头。 （4）站立位置应合适，启动程序时，右手作按停止按钮准备，程序在运行当中手不能离开停止按钮，如有紧急情况立即按下停止按钮。
一入门知识 本课题主要讲述的内容： 1. 数控铣床安全操作规程 2. 数控铣削在工业生产中的地位及加工范围 3. 编程基础知识(一)： ①机床的坐标轴及运动代号； ②基本指令； ③加工程序编制初步； 实训目的： 1.了解掌握数控铣床的安全操作及基本指令和基础编程知识。 2. 了解掌握机床坐标轴的判别方式和动运代号，运动方向。 一、安全文明生产 (一) 文明生产 1. 严格遵守车间记律，准时上下班； 2. 操作结束要清扫机床和清洁量具； 3. 下班前要清扫工场、清点和清洁量具、清点和清洁刀具、清理整齐工件和毛坯； 4. 废品工件加工、折断的刀具必须回收，不得丢弃和藏幂； 5. 严禁不文明行为。 (二) 安全生产 1. 严禁在工场追逐、打闹、快速奔跑； 2. 严禁着拖鞋、高跟鞋，严禁着不符合工作服要求的服装（如
宽大的、衣领或套袖上有装饰带的），头发长的同学必须戴帽子，头 发必须盘在帽子内； 3. 操作机床严格按照老师规定的步骤执行； 4. 一台机床只能单人操作！同组其他同学在旁边只能观察操作 过程、口头指出错误，严禁动手！唯一的例外是：发生紧急情况时， 可代操作者拍按“急停”按钮！ 5. 发生事故要及时停机，并马上报告老师处理；严禁私自处理！严禁隐瞒不报！ 6. 对刀时要及时调整“进给倍率”旋钮（按键）：刀具远离工件时（大于50mm），可用较大倍率；靠近工件时（50～10mm），必须用较小倍率（10％～20％）；准备切到工件时（1～10mm），必须选用1～2％倍率档！ 7. 加工工件过程：检查平口钳装夹是否牢靠→正确装夹工件→ 对刀、设置坐标偏置→登录程序→检查程序→提高坐标偏置（如G54）中的Z坐标偏置100mm（即 +Z 方向）→正确设置刀具补偿→选择“空运行”、“单段”之后，自动运行程序；观察走刀轨迹是否正确。若正确，则取消“空运行”、恢复坐标偏置、保留“单段”→开始加工； 8. 切削前必须确认已经取消“空运行”、调整“进给倍率”旋钮（按键）到较低档、坐标偏置正确、“单段”已经选用。切入工件后 可取消“单段”、调整“进给倍率”到100％或适当倍率； 9. 加工过程必须值守在机床操作位； 10. 严格遵守学校颁布的《数控铣床安全操作规程》。
数控机床 是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件的控制单元，数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。 加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 数控机床一般由下列几个部分组成： 主机，是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。它是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置，是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 数控机床加工流程说明 CAD：Computer Aided Design，即计算机辅助设计。2D或3D的工件或立体图设计 CAM：Computer Aided Making，即计算机辅助制造。使用CAM软体生成G-Code CNC：数控机床控制器，读入G-Code开始加工
广州市XXXX技工学校 教案册 ( 生产实习 ) 课题数控车床基本知识 教师 时间
课题学习要求（引言） 本课题的教学目的 掌握数控加工的入门知识、组成及工作原理，及数控编程的基础知识；熟练数控的基本功能。掌握数控编程通用G代码、M功能、S功能、T功能。 一、数控车床加工特点以及加工流程（0.3课日） 1、数控的定义： 数控是指用数字来控制，通过计算机进行自动控制的技术通称为数控技术。 2、数控机床的特点： 1)、具有高度柔性， 2)、加工精度高， 3)、加工质量稳定、可靠。 4)、生产率高。 5)、改善劳动条件。 6)、利于生产管理现代化。 3、数控机床的组成和工作原理 1）、数控机床的组成 数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。 下图是数控机床的组成框图，其中除机床本体之外的部分统称为计算机数控(CNC)系统。
4、数控车床编程的基础知识 数控车床之所以能够自动加工出不同形状、尺寸及高精度的零件，是因为数控车床按事先编制好的加工程序，经其数控装置“接收”和“处理”，从而实现对零件的自动加工的控制。 使用数控车床加工零件时，首先要做的工作就是编制加工程序。从分析零件图样到获得数控车床所需控制介质（加工程序单或数控带等）的全过程，称为程序编制，其主要内容和一般过程如下图所示： 1）图样分析 根据加工零件的图纸和技术文件，对零件的轮廓形状、有关标注、尺寸、精度、表面粗糙度、毛坯种类、件数、材料及热处理等项目要求进行分析并形成初步的加工方案。 2）辅助准备 根据图样分析确定机床和夹具、机床坐标系、编程坐标系、刀具准备、对刀方法、对刀点位置及测定机械间隙等。 3）制定加工工艺 拟定加工工艺方案、确定加工方法、加工线路与余量的分配、定位夹紧方式并合理选用机床，刀具及切削用量等。 4）数值计算 在编制程序前，还需对加工轨迹的一些未知坐标值进行计算，作为程序输入数据，主要包括：数值换算、尺寸链解算、坐标计算和辅助计算等。对于复杂的加工曲线和曲面还须使用计算机辅助计算。 5）编写加工程序单 根据确定的加工路线、刀具号、刀具形状、切削用量、辅助动作以及数值计算的结果按照数控车床规定使用的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序。此外，还应附上必要的加工示意图、刀具示意图、机床调整卡、工序卡等加工条件说明。 6）制作控制介质 加工程序完成以后，还必须将加工程序的内容记录在控制介质上，以便输入到数控装置中。如穿孔带、磁带及软盘等，还可采用手动方式将程序输入给数控装置。 7）程序校核 加工程序必须经过校验和试切削才能正式使用，通常可以通过数控车床的空运行检查程序格式有无出错或用模拟防真软件来检查刀具加工轨迹的正误，根据加工模拟轮廓的形状，与图纸对照检查。但是，这些方法尚无法检查出刀具偏置误差和编程计算不准而造成的零件误差大小，及切削用量选用是否合适、刀具断屑效果和工件表面质量是否达到要求，所以必须采用首件试切的方法来进行实际效果的检查, 以便对程序进行修正。
模块二数控车床编程入门知识 数控车床的程序编制必须严格遵守相关的标准，数控编程是一项很严格的工作，首先必须掌握一些基础知识，才能学好编程的方法并编出正确的程序。 一、数控车床的坐标系与运动方向的规定 （一）建立坐标系的基本原则 1．永远假定工件静止，刀具相对于工件移动。 2．坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系。如图1-28所示大拇指的方向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。在确定了X、Y、Z坐标的基础上，根据右手螺旋法则，可以很方便地确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。 图1-28 右手笛卡尔直角坐标系 3、规定Z坐标的运动由传递切削动力的主轴决定，与主轴轴线平行的坐标轴即为Z轴，X轴为水平方向，平行于工件装夹面并与Z轴垂直。 4、规定以刀具远离工件的方向为坐标轴的正方向。 依据以上的原则，当车床为前置刀架时，X轴正向向前，指向操作者，如图1-29所示；当机床为后置刀架时，X轴正向向后，背离操作者，如图1-30所示。 学习目标 知识目标：●掌握数控车床坐标系的定义。 ●掌握数控加工程序的格式与组成。 ●熟悉数控车床编程常用符号及指令代码。 能力目标：●掌握数控车床编程的入门知识，并能灵活运用。
图1-29 水平床身前置刀架式数控车床的坐标系 图1-30 倾斜床身后置刀架式数控车床的坐标系 （二）机床坐标系 机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立起来的ZOX轴直角坐标系。 1．机床原点 机床原点（又称机械原点）即机床坐标系的原点，是机床上的一个固定点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。数控车床的机床原点一般为主轴回转中心与卡盘后端面的交点，如图1-31所示。 图1-31 机床原点 2．机床参考点 机床参考点也是机床上的一个固定点，它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。作用主要是用来给机床坐标系一个定位。因为如果每次开机后无论刀架停留在哪个
数控技术的基本知识 教学目的：1.了解数控机床的产生背景、发展趋势及先进的制造技术。 2．熟悉数控机床加工特点和加工对象。 3．掌握数控机床的组成及种类。 重点：数控机床的结构、组成及应用 难点：数控机床的加工特点和加工对象 一、数控机床的产生与发展 （一）、数控机床的产生 1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。 1952年的第一代——电子管数控机床 1959年的第二代——晶体管数控机床 1965年的第三代——集成电路数控机床 1970年的第四代——小型计算机数控机床 1974年的第五代——微型计算机数控系统 1990年的第六代——基于PC的数控机床。 （二）、数控机床的发展趋势 1、高速度高精度化 速度和精度是数控机床的两个重要指标，直接关系到加工效率和产品的质量，为实现更高速度，更高精度的指标，目前主要从以下几点采取措施进行研究。 数控系统：采用位数，频率更高的微处理器，以提高系统的基本运算速度。目前程序中断处理时间小于1MS/1K指令。 伺服驱动系统：全数字伺服交流系统，大大提高了系统的空位粘度，进给速度。所谓数字伺服系统，指的是伺服系统中的控制信息用数字来处理它一般具有以下特征： a)采用现代控制理论，通过计算机软件实现最佳最优的控制。 b)数字伺服系统是一种离散系统，它是由采样器和保持器两个基本环节组成的，位置， 速度，电流构成的反馈全部数字化，PID软件化。 c)数字伺服系统具有较高的动静精度，有很强的抗干扰能力。 d)系统一般配有SERCOS（串行实时通信系统）板，可实现大信息量数据的高速，无 声的传输。 机床静动摩擦的线形补偿控制技术： 机械动静磨擦的线形会导致机床的爬行。 高速大功率电主轴的应用： 在超高速加工中，对机床主轴转速提出了极高的要求（10000-75000R/MIN）传统的齿轮变速主传动系统已不能适应其要求。 配备高速，功能强的装式可编控制器PLC： 提高可编程控制器的进行速度，来满足数控机床高速加工的速度要求。 （2）多功能化、智能化、小型化 数控机床采用一机多能，以最大限度地提高设备的利用率。 前台加工，后台编辑的前后台功能，以充分提高其工作效率和机床利用率。 具有更高的通讯功能，现代数控机床除具有通信口，DNC功能外，还具有网络功能。
机床CNC 基础知识 一．CNC 机床与CNC 系统 CNC 的含义是计算机数值控制。 1．CNC 机床 ⑴．金属切削用 孔加工、攻丝、镗削、铣削、车削、切螺纹、切平面、轮廓加工、平面磨削、外圆磨削、内圆磨削等。 ⑵．线电极切割机。 ⑶．冲床、步冲、冲压、金属成型、弯管等机床。 ⑷．产业机器人。 ⑸．注塑机。 ⑹．检测、测量机。 ⑺．木工机械。 ⑻．特殊材料加工机械：如加工石材、玻璃、发射性矿料等。 ⑼．特种加工机械 激光加工机、气体切割机、焊接机、制图机、印刷机等。随着电子技术和计算机技术以及IT 技术的发展，目前，这些机床与加工设备都可用数值计算机用数值数据进行控制，称为CNC 控制。 2．CNC 系统 CNC 系统的含义是计算机数值控制系统。 CNC 系统的基本配置 机床的CNC 控制是集成多学科的综合控制技术。一台CNC 系统包括： ⑴．CNC 控制单元（数值控制器部分）。 ⑵．伺服驱动单元和进给伺服电动机。 ⑶．主轴驱动单元和主轴电动机。 ⑷．PMC（PLC）控制器。 ⑸．机床强电柜（包括刀库）控制信号的输入/输出（I/O）单元。 ⑹．机床的位置测量与反馈单元（通常包括在伺服驱动单元中）。 ⑺．外部轴（机械）控制单元。如：刀库、交换工作台、上下料机械手等的驱动轴。 ⑻．信息的输入/输出设备。如电脑、磁盘机、存储卡、键盘、专用信息设备等。 ⑼．网络。如以太网、HSSB（高速数据传输口）、RS-232C 口等和加工现场的局域网。CNC 单元（控制器部分）的硬件实际上就是一台专用的微型计算机。是CNC 设备制造厂自己设计生产的专门用于机床的控制的核心。下面的几张图表示出其基本硬件模块；基本的控制功能模块和一台实际的控制器硬件。 二．机床的运动坐标及进给轴
第1 章绪论 教学提示：数控机床是采用数字控制技术对机床各移动部件相对运动进行控制的机床， 它是典型的机电一体化产品,是现代制造业的关键设备。计算机、微电子、信息、自动控 制、精密检测及机械制造技术的高速发展，加速了数控机床的发展。目前数控机床正朝着 高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展,同时其应用范围也越 来越广泛。 教学要求:本章主要讲述数控机床的基本概念和特点、主要技术参数、分类以及技术 与发展水平等。本章内容是数控机床的基本知识和内容，要求学生理解并掌握数控机床的 基本概念、组成与特点以及分类,了解其发展趋势和在先进制造技术中的作用。 1.１概述 １.1.１数控机床的定义 数控即数字控制(Numｅrical Conｔｒｏl,NC)。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对 一台或多台机械设备进行控制的一门技术。 数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的
各种动作、工件的形 状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示,把这些数字代码通过信息载体输入给 数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理,发出相应的动作指令,自动地控制机床的 刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。 实际上，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。所以说数控机床是最典型的 机电一体化产品。 １.1．2 数控机床的组成及特点 1．数控机床的组成 数控机床主要由程序介质、数控装置、伺服系统、机床主体四部分组成，如图1.1所示。 图１．1 数控机床的组成 机床数控技术 ·2· ·２· 其中，程序介质用于记载机床加工零件的全部信息。如零件加工的工艺过程、工艺参 数、位移数据、切削速度等。常用的程序介质有磁带、磁盘等。也有一些数控机床采用操
欢迎阅读数字控制是用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动 化技术，简称数控。 控制坐标运动来完成各种不同的空间曲面的加工，是数控的主要任务。曲线加工时刀具的运动轨迹与理论上的曲线（包括直线）不吻合。 数控机床的工作工程：1、数控编程2、程序输入3、译码4、数据处 理5 3。 ， 高4、 数控加工过程中，数控系统要解决控制刀具或工件运动轨迹的问题，在数控机床中，刀具或工件能够移动的最小位移量称为数控机床的脉冲当量或最小分辨率。 计算出轮廓线上中间点位置坐标值的过程称为“插补”。
基准脉冲插补：每个脉冲使各坐标轴仅产生一个脉冲当量，代表了刀具或工件的最小位移；脉冲的数量代表了刀具或工件移动的位移量；脉冲序列的频率代表了刀具或工件运动的速度。仅适用于一些由步进电机驱动的中等精度或中等速度要求的开环数控系统。 数据采样插补：这种插补方法的特点是数控装备产生的不是单个脉冲， R成反比。 δ度F 若令半径误差相等，则内外差分弦的轮廓步长l或角步距是内接弦的√2. 数字积分法又称数字微分分析器法，是利用数字积分的原理，计算刀具沿坐标轴的位移，使刀具沿着所加工的轨迹运动。积分运算→累加和运算DDA直线插补的整个过程要经过n2次累加才能到达直线的终点。n = m2
DDA直线插补的分析可知，判断终点是用累加次数N为条件的，当累加寄存器的位数一旦选定，比如m位，累加次数即为常数m 了，而不 N2 管加工行程长短都需作N次计算。这就造成行程长进给速度加快，行程短进给速度变慢，使之各程序段进给速度不均匀，其结果将影响进给表面质量和效率。为此要进行速度均化处理。 得多； G42 B C 线与圆弧；圆弧与圆弧。 根据两段程序轨迹的矢量夹角α和刀具补偿方向的不同，又有伸长型、缩短型和插入型几种转接过渡方式。 区别：1直线插补时，被积函数寄存器的数值为常用Xe和Ye，而圆弧插补时，被积函数寄存器的数值Xi和Yi
数字控制是用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术，简称数控。 控制坐标运动来完成各种不同的空间曲面的加工，是数控的主要任务。 曲线加工时刀具的运动轨迹与理论上的曲线（包括直线）不吻合。 数控机床的工作工程：1、数控编程 2、程序输入 3、译码 4、数据处理 5、插补 6、伺服控制与加工。 插补的任务就是通过插补计算程序，根据程序规定的进给要求，完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算，也即数据点的密化工作。 控制轴数：机床数控装置能够控制的坐标轴数，车床为2，铣床为3。 联动轴数：机床数控装置能够同时控制的坐标轴数目。平面曲面2.5，空间曲面3及以上。 定位精度：数控设备停止时实际到达的位置和你要求到达的位子误差。 重复定位精度：同一个位置两次定位过去产生的误差。通常重复定位精度比定位精度要高的多。 数控机床的优缺点：1、适应性强 2、精度高，质量稳定 3、生产效率高 4、减轻疲劳强度，改善劳动条件 5、有利于生产管理现代化 6、使用、维护技术要求高。 数控加工过程中，数控系统要解决控制刀具或工件运动轨迹的问
题，在数控机床中，刀具或工件能够移动的最小位移量称为数控机床的脉冲当量或最小分辨率。 计算出轮廓线上中间点位置坐标值的过程称为“插补”。 基准脉冲插补：每个脉冲使各坐标轴仅产生一个脉冲当量，代表了刀具或工件的最小位移；脉冲的数量代表了刀具或工件移动的位移量；脉冲序列的频率代表了刀具或工件运动的速度。仅适用于一些由步进电机驱动的中等精度或中等速度要求的开环数控系统。 数据采样插补：这种插补方法的特点是数控装备产生的不是单个脉冲，而是标准二进制字。第一步粗插补，采用时间分割思想，把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，称为插补周期T 。第二步为精插补，一般将粗插补运算称为插补，由软件完成，而精插补可由软件实现，也可由硬件实现。 逼近误差δ与进给速度F 、插补周期T 的平方成正比，与圆弧半径R 成反比。 进给速度F 、圆弧半径R 一定的条件下，插补周期T 越短，逼近误差δ就越小，当δ给定及插补周期T 确定之后，可根据圆弧半径R 选择进给速度F ，以保证逼近误差δ不超过允许值。 弦线逼近：R FT R l l R R 8)(8)2()(2222 2==→=--δδ 割线逼近：R FT R l R l R R 16)(16)16()()(2 2222==→=--+δδδ 当轮廓步长l 相等时，内外差分弦的半径误差是内接弦的一半 若令半径误差相等，则内外差分弦的轮廓步长l 或角步距是内接弦的√2.
教师教案 6.1 数控车床基本程序指令及应用 一、授课内容 (一数控车床坐标系 数控机床的加工是由程序控制完成的, 所以坐标系的确定与使用非常重要。根据 ISO841标准,数控机床坐标系用右手笛卡儿坐标系作为标准确定。数控车床平行于主轴方向即纵向为 Z 轴,垂直于主轴方向即横向为 X 轴,刀具远离工件方向为正向。如图 1-1所示 数控车床有三个坐标系即机械坐标系、编程坐标系和工件坐标系。机械坐标系的原点是生产厂家在制造机床时的固定坐标系原点, 也称机械零点。它是在机床装配、调试时已经确定下来的, 是机床加工的基准点。在使用中机械坐标系是由参考点来确定的, 机床系统启动后, 进行返回参考点操作, 机械坐标系就建立了。坐
标系一经建立, 只要不切断电源, 坐标系就不会变化。编程坐标系是编程序时使用的坐标系, 一般把我们把 Z 轴与工件轴线重合, X 轴放在工件端面上。工件坐标系是机床进行加工时使用的坐标系, 它应该与编程坐标系一致。能否让编程坐标系与工坐标系一致,是操作的关键。 图 1-1 (二数控车床加工工艺制定方法 在数控车床上加工零件时,应该遵循如下原则: (1 选择适合在数控车床上加工的零件。 (2 分析被加工零件图样,明确加工内容和技术要求。 (3 确定工件坐标系原点位置。原点位置一般选择在工件右端面和主轴回转中心交点 P ,也可以设在主轴回转中心与工件左端面交点 O 上,如图 1-2所示。
图 1-2 编程原点 (4 制定加工工艺路径,应该考虑加工起始点位置,起始点一般也作为加工结束的位置, 起市点应便于检查和装夹工件; 应该考虑粗车、半精车、精车路线, 在保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下, 尽可能以最少的进给路线完成零件的加工, 缩短单件的加工时间; 应考虑换刀点的位置, 换刀点是加工过程中刀架进行自动换刀的位置,换刀点位置的选择应考虑在换刀过程中不发生干涉现象, 且换刀路线尽可能短,加工起始点和换刀点可选同一点或者不选同点。 (5 选择切削参数。在加工过程中,应根据零件精度要求选择合理的主轴转速、进给速度、和切削深度。 (6 合理选择刀具。根据加工的零件形状和表面精度要求,选择合适的刀具进行加工。 (7 编制加工程序,调试加工程序,完成零件加工。 (四数控加工程序的构成 在数控车床上加工零件, 首先要编制程序, 然后用该程序控制机床的运动。数控指令的集合称为程序。在程序中根据机床的实际运动顺序书写这些指令。一个完整的数控加工程序由程序开始部分、若干程序段、程序结束部分组成。一个程序段由程序段号和若干个“字”组成,一个“字”由地址符和数字组成。 下面是一个完整的数控加工程序,该程序由程序号开始,以 M30结束。程序说明 O1234 程序开始 N10 T0101 G95 M3 S500 程序段 1 N20 G0 X100 Z100 程序段 2
第一章数控机床基础知识 一、单项选择题 1、世界上第一台数控机床是( C )年研制出来的。 A)1942 B)1948 C)1952D)1958 2、下列关于数控机床组成的描述不正确的是( D )。 A)数控机床通常是由控制装置、数控系统、机床本体组成 B)数控机床通常是由控制装置、数控装置、伺服系统、测量反馈装置、辅助控制装置和机床组成C)数控机床通常是由控制装置、数控系统、伺服系统、机床组成 D)数控机床通常是由键盘、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床组成 3、闭环控制系统的反馈装置是装在( C )。 A)传动丝杠上B)电机轴上C)机床工作台上D)装在减速器上 4、用来确定生产对象上几何要素间的( B )所依据的那些点、线、面称为基准。 A)尺寸关系B)几何关系C)位置关系D)相对关系 5、工件夹紧的三要素是( A ) 。 A)夹紧力的大小、夹紧的方向、夹紧力的作用点 B)夹紧力的大小、机床的刚性、工件的承受能力 C)工件变形小、夹具稳定、定位精度高 D)工件的大小、材料、硬度 6、为了保障人身安全，在正常情况下，电气设备的安全电压规定为( C )。 A)12V B)24V C)36V D)48V 7、利用计算机辅助设计与制造技术，进行产品的设计和制造，可以提高产品质量，缩短产品研制周A)CD/CM B) CAD/COM C)CAD/CAM D) CAD/CM 8、数控装置将所必到的信号进行一系列处理后，再将其处理结果以( D )形式向伺服系统发出执行命令A)输入信号B)位移信号C)反馈信号D)脉冲信号 9、开环伺服系统的主要特征是系统内( B )位置检测反馈装置。 A)有B)没有C) 某一部分有D)可能有 10、CNC系统中的PLC是( A )。 A)可编程序逻辑控制器B)显示器C)多微处理器D)环形分配器 11、对于配有设计完善的位置伺服系统的数控机床，其定位精度和加工精度主要取决于( C )。 A)机床机械结构的精度B)驱动装置的精度 C)位置检测元器件的精度D)计算机的运算速度 12、按照机床运动的控制轨迹分类，加工中心属于( A )。 A) 轮廓控制B)直线控制C)点位控制D)远程控制 13、数控机床中把脉冲信号转换成机床移动部件运动的组成部分称为( C )。 A)控制介质B)数控装置C)伺服系统D)机床本体 14、数控机床的联运轴数是指机床数控装置的( C )同时达到空间某一点的坐标数
课题一数控车床操作入门知识 1.数控车床工作范围： 数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。 2.实习车间情况及规章制度： 安全操作规则 一．安全操作基本注意事项： 1．工作时请穿好工作服、安全鞋，戴好工作帽及防护镜，注意：不允许戴手套操作机床。 2．注意不要移动或损坏安装在机床上的警告标牌。 3．注意不要在机床周围放置障碍物，工作空间应足够大。 4、请同学们一定注意决不允许两个同学同时操作机床以及机床数控系统的操作界面。 二．工作前的准备工作： L．机床工作开始工作前要有预热，认真检查润滑系统工作是否正常，如机床长时间未开动，可先采用手动方式向各部分供油润滑。 2．使用的刀具应与机床允许的规格相符，有严重破损的刀具要及时更换。 3．调整刀具所用工具不要遗忘在机床内。 4．检查卡盘夹紧工作的状态。 5．机床开动前，必须关好机床防护门。 6、工件装夹好后一定要检查卡盘扳手是否拿出卡盘外。三．工作过程中的安全注意事项：
1．禁止用手接触刀尖和铁屑，铁屑必须要用铁钩子或毛刷来清理。 2．禁止用手或其它任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其它运动部位。 3．禁止加工过程中量活、变速，更不能用棉丝擦拭工件、也不能清扫机床。 4．车床运转中，操作者不得离开岗位，机床发现异常现象立即停车。 5．在加工过程中，不允许打开机床防护门。 6．工件伸出车床100mm以外时，须在伸出位置设防护物。 7．学生必须在操作步骤完全清楚时进行操作，遇到问题立即向教师询问，禁止在不知道操作规程的情况下进行尝试性操作，操作中如机床出现异常，必须立即向指导教师报告； 8．手动原点回归时，注意机床各轴位置要距离原点-100mm 以上，机床原点回归顺序为：首先+X轴，其次+Z轴。 9．使用手轮或快速移动方式移动各轴位置时，一定要看清机床X、Z轴各方向“＋、－”号标牌后再移动。移动时先慢转手轮观察机床移动方向无误后方可加快移动速度。 10．程序运行注意事项： （1）对刀应准确无误，刀具补偿号应与程序调用刀具号符合。 （2）检查机床各功能按键的位置是否正确。 （3）光标要放在主程序头。 （4）站立位置应合适，启动程序时，右手作按停止按钮准备，程序在运行当中手不能离开停止按钮，如有紧急情况立即
作为一名设计者，在设计零件图时，要保证设计的零件能在机床上加工出来，这就要求我们对工艺和机加工有一定基础。这个月重点学习了数控机床加工方面的知识。 1、机床原点与参考点 机床原点是指机床坐标系的原点，即X=0，Y=0，Z=0。机床原点是机床的基本点，它是其他所有坐标，如工件坐标系、编程坐标系，以及机床参考点的基准点。机床原点一般设置在机床移动部件沿其坐标轴正向的极限位置。 机床参考点是用于对机床工作台、滑板以及刀具相对运动的测量系统进行定标和控制的点，有时也称机床零点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中，因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。数控机床在工作时，移动部件必须首先返回参考点，测量系统置零之后即可以参考点作为基准，随时测量运动部件的位置，刀具（或工作台）移动才有基准。一般来说，加工中心的参考点为机床的自动换刀位置。 2、工作原点 编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程人员以工件图样上某点为工作坐标系的原点，称工作原点。工作原点一般设在工件的设计工艺基准处，便于尺寸计算。 3、对刀点 对刀点就是在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，程序就是从这一点开始的。对刀点也可以称为“程序起点”或“起刀点”。编制程序时应首先考虑对刀点的位置选择。选定的原则如下：①选定的对刀点位置应使程序编制简单。 ②对刀点在机床上找正容易。③加工过程中检查方便。④引起的加工误差小。 对刀点可以设在被加工零件上，也可以设在夹具上，但是必须与零件的定位基准有一定的坐标尺寸联系，这样才能确定机床坐标系与零件坐标系的相互关系。对刀点最好能与工作原点重合。对刀点不仅是程序的起点而且往往又是程序的终点。 4、对刀方法 4.1 试切对刀法 在X、Y、Z三个方向上，让刀具慢慢靠近工件，是刀具恰好接触到工件表面
数控车床编程入门以及个G—M代码全集数控车床的程序编制必须严格遵守相关的标准，数控编程是一项很严格的工作，首先必须掌握一些基础知识，才能学好编程的方法并编出正确的程序。 一、数控车床的坐标系与运动方向的规定 （一）建立坐标系的基本原则 1．永远假定工件静止，刀具相对于工件移动。 2．坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系。如图1-28所示大拇指的方向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。在确定了X、Y、Z坐标的基础上，根据右手螺旋法则，可以很方便地确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。 图1-28 右手笛卡尔直角坐标系 3、规定Z坐标的运动由传递切削动力的主轴决定，与主轴轴线平行的坐标轴即为Z轴，X轴为水平方向，平行于工件装夹面并与Z轴垂直。 4、规定以刀具远离工件的方向为坐标轴的正方向。 依据以上的原则，当车床为前置刀架时，X轴正向向前，指向操作者，如图1-29所示；当机床为后置刀架时，X轴正向向后，背离操作者，如图1-30所示。
图1-29 水平床身前置刀架式数控车床的坐标系 图1-30 倾斜床身后置刀架式数控车床的坐标系 （二）机床坐标系 机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立起来的ZOX轴直角坐标系。 1．机床原点 机床原点（又称机械原点）即机床坐标系的原点，是机床上的一个固定点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。数控车床的机床原点一般为主轴回转中心与卡盘后端面的交点，如图1-31所示。 图1-31 机床原点
2．机床参考点 机床参考点也是机床上的一个固定点，它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。作用主要是用来给机床坐标系一个定位。因为如果每次开机后无论刀架停留在哪个位置，系统都把当前位置设定成（0，0），这就会造成基准的不统一。 数控车床在开机后首先要进行回参考点（也称回零点）操作。机床在通电之后，返回参考点之前，不论刀架处于什么位置，此时CRT上显示的Z与X的坐标值均为0。只有完成了返回参考点操作后，刀架运动到机床参考点，此时CRT上显示出刀架基准点在机床坐标系中的坐标值，即建立了机床坐标系。 （三）工件坐标系 数控车床加工时，工件可以通过卡盘夹持于机床坐标系下的任意位置。这样一来在机床坐标系下编程就很不方便。所以编程人员在编写零件加工程序时通常要选择一个工件坐标系，也称编程坐标系，程序中的坐标值均以工件坐标系为依据。 工件坐标系的原点可由编程人员根据具体情况确定，一般设在图样的设计基准或工艺基准处。根据数控车床的特点，工件坐标系原点通常设在工件左、右端面的中心或卡盘前端面的中心。 注意机床坐标系与工件坐标系的区别，注意机床原点、机床参考点 和工件坐标系原点的区别。 二、数控车床加工程序结构与格式 （一）程序段结构 一个完整的程序，一般由程序名、程序内容和程序结束三部分组成。 1．程序名 FANUC系统程序名是O××××。××××是四位正整数，可以从0000-9999。如O2255。