数控加工编程实验报告
班级：机制092班姓名：李深学号： 20091055 （一）课程简介
《数控加工编程》以FANUC系统为例，介绍了各类常用数控机床的加工程序编制方法。全书共分七章，第一章为数控编程基础知识，第二章为数控加工工艺处理，第三章为数控车床加工编程，第四章为数控铣床加工编程，第五章为加工中心的加工编程，第六章为线切割机床加工编程，第七章为自动编程系统概述。
车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。
铣床是指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件(和)铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。
加工中心第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。加工中心是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。工件在加工中心上经一次装夹后，能对两个以上的表面完成多种工序的加工，并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。加工中心按其加工工序分为镗铣和车削两大类，按控制轴数可分为三轴、四轴和五轴加工中心。
线切割机床利用移动的金属丝做移动电极，并在金属丝与工件间通以脉冲电流，利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的。
自动编程它是利用计算机专用软件来编制数控加工程序。编程人员只需根据零件图样的要求，使用数控语言，由计算机自动地进行数值计算及后置处理，编写出零件加工程序单，加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。自动编程使得一些计算繁琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成。实现自动编程的CAM软件常用的有UG，PROE，MASTERCAM，Powermill等，可以实现多轴联动的自动编程并进行仿真模拟．
（二）主要设备
数控机床一般由输入/输出设备、CNC装置、伺服单元、驱动装置（或执行机构）可编程控制器及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成，如下图所示为数控机床的组成框图。其中除机床本体以外的部分统称为CNC系统。
1.各组成部分的作用：
输入/输出装置输入装置的作用是将载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内，一般为键盘。输入装置为显示器，其作用是为数控系统通过显示器为操作人员提供必要的信息，如正在编辑的程序、坐标值、报警信号等。因此，输入/输出装置是机床数控系统和打操作人员进行信息交流、人机对话必须具备和必要的交互设备。
数控装置是计算机数控系统的核心，接收的是输入装置送来的脉冲信号；经数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，使其进行规定的、有序的动作。这些控制信号中最基本的信号是经插补运算决定各坐标轴的进给速度、方向和位移指令，还有如主轴的变速、换向和启停信号，刀具的指令信号，冷却液、润滑油启停，工件和机床部件的松开、夹紧、分度工作台转位等辅助指令信号等。它主要包括微处理器（CPU）、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统其它组成部分联系的接。
伺服单元接收来自数控装置的速度和位移微弱指令放大成控制驱动装置的大功率信号。它是数控装置与机床本体的联系环节。有开环系统、半闭环系统和闭环系统之分，
驱动装置把经过放大的指令信号变为机械运动驱动机床工作台，加工出符合要求的零件。与伺服单元相对应，驱动装置有步进电动机、交流伺服电动机等。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，是数控机床的重要组成部分，从某种意义上说，数控机床的功能主要取决于数控装置，而数控机床的性能主要取决于伺服驱动系统。
可编程控制器通过CNC和PLC的谐调配合来共同完成数控机床的控制，其中CNC主要完成与数字运算和管理等有关的功能如零件程序的编辑、插补运算、译码、位置伺服等。PLC 主要完成与逻辑运算有关的一些动作而没有轨迹上的具体要求，它主要接收CNC的控制代码M、S、T等顺序动作信息，对顺序动作信息进行译码转化成对应的控制信号，控制辅助单元
完成相应的开关动作如工作的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作。它还可接收机床面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往数控装置用于加工过程的控制。数控机床上的PLC一般分为两类。一类是将CNC和PLC综合起来即内装型PLC；另一类为独立型PLC。
机床本体数控机床的机械部件，包括主运动部件、进给运动部件和支承部件，是数控系统的执行对象。
2.工作原理
用代码化的数字信息将刀具移动的轨迹的信息记录在程序介质上，然后送入数控系统，以过译码、运算控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件的一类机床即为数控机床。
3.特点:
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。与普通机床相比，数控机床有如下特点：
●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
4.加工语言
分为ATL语言和NC语言。
ATL语言由CAM软件产生，用来描述刀具运行轨迹的一种说明性语言，并且可在CAM软件里逐行进行加工仿真模拟。
NC语言由后置处理器产生，是实际输入机床的加工语言。NC程序也可以直接在数控机床上编写。主要有G代码（加工代码），M代码（辅助功能），T代码（刀具），S,F（主轴转速和切屑速度）等。
5.分类
●按工艺用途分类
金属切削类数控机床,包括数控车床,数控钻床，数控铣床,数控磨床，数控镗床发及加工中心.这些机床都有适用于单件、小批量和多品种和零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。金属成型类数控机床；这类机床包括数控折弯机，数控组合冲床、数控弯管机、数控回转头压力机等。数控特种加工机床；这类机床包括数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、数控火焰切割机、
数控激光切割机床、专用组合机床等。 其他类型的数控设备；非加工设备采用数控技术，如自动装配机、多坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。
●按运动方式分类
点位控制 点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工序。如数控钻床、数按坐标镗床、数控焊机和数控弯管机等。
直线控制 点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另一个位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线进给运动。
轮廓控制 轮廓控制数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个坐标轴同时进行联动控制。它不仅要求控制机床运动部件的起点与终点坐标位置，而且要求控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要求控制运动轨迹，将零件加工成在平面内的直线、曲线或在空间的曲面。
●按控制方式分类
开环控制
即不带位置反馈装置的控制方式。
工作台
点位控制系统 直线控制系统 轮廓控制系统
指令进给脉冲 驱动电路 步进电动机 传动结构
半闭环控制指在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地检测出运动部件的位移反馈给数控装置的比较器，与输入的指令进行比较，用差值控制运动部件。
闭环控制是在机床的最终的运动部件的相应位置直接直线或回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移值反馈到数控装置的比较器中与输入指令移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。
●按数控制机床的性能分类
经济型数控机床；中档数控机床；高档数控机床；
●按所用数控装置的构成方式分类
硬线数控系统；软线数控系统；
（三）实验内容
⑴了解安全规范
●没有获得工厂相关人员许可，活在其监督下切勿随便启动或操作任何机器。
●机器运转中，切勿做清理，调整或修理等工作，机器停用时应该立即将动力开关关妥。
●若有漏电应该立即关闭开关并报告工厂相关人员。
●运转中的机器切勿试图用手或身体使其停止。
●启动机器前，应先检查工作及刀具是否安装牢固妥善。
●地面应该随时保持清洁，不可有油污留存地面，工具，零件，工作物。
●当两个人以上在一组工作时，切记只能有一个人单独操作机器或者开关。
●不穿宽松衣服，不蓄长发操作机器，长发需盘起并戴上帽子，不穿拖鞋，凉鞋或者短裤。
⑵观察
数控机床
数控车床 CK0638
数控车床刀架
数控车床控制面板
数控车床 CJK6140A
数控铣床 XK 200
加工中心 KVC 800
KVC 800
加工中心控制面板
加工中心 KVC 800
Z轴的确定规定平行于机床主轴轴线的刀具运动为Z轴。对于没有主轴的机床（如牛头刨床），则去垂直于装夹工件的工作台的方向为Z轴方向。如果机床有几个主轴，则选择其中一个与装夹工件的工作台的主轴为主要主轴，并以他的方向作为Z轴方向。
X轴的确定 X轴为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工件的装夹平面。对于工件旋转的机床（如车床，磨床等），取平行于横向滑座的方向为X轴。
Y轴的确定 Y轴垂直于X,Z轴。当X,Z轴确定后，用右手笛卡尔坐标系确定Y轴方向。
立式数控铣床坐标系数控车床坐标系
右手直角笛卡尔坐标系
●车刀
●铣刀
（5）机床夹具
机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。
（6）步骤
●上坯料
将工件在三爪卡盘上装夹好
●上刀
挑选好要使用的车刀，将车刀放置在刀架上，通过调整刀具的高度，是刀尖与坯料轴线重合，调整好之后固定刀具。
●对刀
采用手动试切对刀，具体的步骤为：
1）回参考点操作采用ZERO或HOME（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时数控系统显示器上将显示刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置的坐标值。
2）试切对刀先用已选好的刀具将工件外圆表面车一刀，保持X向尺寸不变，Z向退刀，然后，停止主轴，测量工件外圆直径D,根据不同的数控系统输入刀具的X向刀具长度补偿。再将工件端面车一刀，z向尺寸不变，X向退刀，根据不同的数控系统输入刀具的z向刀具长度补偿。
3）建立工件坐标系程序运行时刀具添加相应对刀时的补偿值,刀具即处于编程的坐标
系,工件坐标系即建立。 ●编程
根据加工图编程，并输入到车床中。 ●加工
输入程序完成之后，运行程序，车床工作，开始加工。
（7）零件图及其加工程序
3456φ0
φ0
φ4
φ8
2×45
R7
R5
253552
6282
数控加工程序如下： 程序段号 程序内容 N010 T0101 N020 G00 X100 Z80 N030 S400 M03 N040 X80 Z1
N050 G72 P80 Q170 U-0.4 W0.4 D1.2 F150 N060 G00 X100 Z80 N070 G00 G42 X80 Z1 N080 Z-73
N090 G01 X54 Z-52 F80 N100 Z-42
N110 G02 U-14 W7 R7 N120 G01 X40 N130 Z-25
N140 G03 U-10 W5 R5 N150 Z-2 N160 U-6 W3 N170 G00 X50 N180 G40 X100 Z80 N1900 M05 N200 M30
（四）实验小结
（1）数控机床与普通机床相比，增加了功能，提高了效率，简化了机械结构。其性能对比如表所示。
数控机床与普通机床的相比
主要性能数控机床普通机床
对异形复杂零件的加工性适宜不适宜
对加工精度的保证性易保证较困难
对精度补偿和优化控制能实现不能实现
对加工质量的稳定性稳定不稳定
对加工对象更改的方便性方便差些
加工效率高低
对机床操作管理可多机看管只能一人一机
经费投资大较小
对工人的文化素质要求高较低
（2）通过本次实验，对各种数控机床有了一定的了解，另外观察并接触了各种刀具，对学习其他学科提供了不少帮助。
（3）通过实验后的实验报告，总结了本课程的重点，对该课程有一个整体的了解。（五）参考文献
[1] 数控加工编程．黄康美．上海交通大学出版社．2004
[2] 数控加工工艺与编程．关雄飞．机械工业出版社．2011
[3] 数控实用技术．王贵明．机械工业出版社．2000
注：刀具部分图片来源于互联网，各机床图片来源于金工实习长拍摄。