第六章 数控机床
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数控车床的常用操作 讲课课件
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7.图形显示 • 可以在画面上显示程编的刀具轨迹，通过观察屏显的轨迹可以检 查加工过程。 • 按下功能键 ，显示屏显示“图形参数”画面，如图6-16所 示。
图6-5 X、Y、Z、B、C五轴控制车削中心
图6-6
全功能型数控机床
6.1.3 数控车床的主要技术参数
• 本章以CKA6150/750，配套系统为 FANUC0i-mate-TC的数控车床为例。 数控车床的主要技术参数包括最大回 转直径、最大车削长度、各坐标轴行 程、主轴转速范围、切削进给速度范 围、定位精度、刀架最大回转直径、 刀架转位精度以及机床的外形尺寸等， 其具体内容及作用如表6-1。
• • •
（4）为了删除MDI方式中建立的程序，输入 地址O，然后按MDI面板上 键。
（5）为了执行程序，须将光标移到程序头 （也可以从中间开始），按操作板上的循环起动 • 按钮 ，于是程序开始执行。当执行到程 • 序结束代码（M02、M30）或ER（%）时，程序 自动删除而且运行结束。用M99指令，程序执行 后返回到程序的开头。 • （6）按下MDI面板上的 键，自动运行结 束并进入复位状态。
表6-1 数控车床的主要技术参数
6.2 数控车床控制面板与基本操作
• 6.2.1 控制面板组成介绍 • 数控机床所提供的各种功能可以通过操作 面板上的键盘操作得以实现。控制面板分 为数控系统控制面板与机床控制面板两大 部分。如图6-7所示，本节一以FANUC 0imate TC数控系统为例，介绍数控车床控制 面板与基本操作
FANUC 0i-mate TC数控车床控制面板
1.系统控制面板 系统控制面板主要由LED液晶显示器、MDI键 盘、软键和卡槽等组成。其中，LED液晶显示器主 要用于显示各种参数和功能，如显示机床参考点坐 标、刀具起始点坐标、输入数控系统的程序、刀具 补偿量数据、报警信号、滑板移动速度、演示加工 轮廓、主轴转速以及图像功能。 MDI键盘主要用机床系统复位、程序输入、修 改、翻页查找等，如图6-8所示。具体功能如表6-2。 屏幕软键的功能不确定，往往随着主功能的状 态不同而各异。屏幕软键如图6-9所示。
数控机床的结构
电主轴
数控回转 工作台
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第六章 数控机床的结构 6.2 数控机床的主传动系统
一、主传动装置
1．数控机床主传动系统的特点 1转速高、功率大 2调速范围宽 3主轴能自动实现无级变速;转速变换迅速可靠 4数控机床的主轴组件具有较大的刚度、较高的精度 和耐磨性能 5在加工中心上;还具有安装刀具和刀具交换所需的自 动夹紧装置;以及主轴定向准停装置;以保证刀具和主 轴、刀库、机械手的准确动作& 6为了扩大机床功能;一些数控机床的主轴能实现C轴 功能主轴回转角度的控制
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第六章 数控机床的结构
6.1 数控机床结构概述
一、数控机床机械结构的主要组成
数控机床的机械结构主要由下列几部分组成：
6.1 概述
1机床的基础部件;包括床身、底座、立柱、横梁、
6.2 数控机床的 主传动系统
滑座和工作台等& 2主传动系统包括主轴部件&
6.3 数控机床的 进给传动系统
刚度&床身导轨倾斜角度有45°、60°和75°;但倾斜角度
太大会影响导轨的导向性及受力情况&
大型数控车床常采用立式床身布局&立式床身的排 屑性能最好；但受自重的影响最大;有时需要加平衡机 构来消除&
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第六章 数控机床的结构
2．数控铣床、加工中心的布局特点
• 1卧式数控镗铣床加工中心的常用布局型式
（b）倾斜床身
（c）立式床身
数控车床常见的布局型式
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第六章 数控机床的结构
水平床身数控车床常用于经济型、普及型数控车床
数控机床编程与操作第三版电加工机床分册第六章 数控电火花成形机床基本操作
10 第 六 章 数 控 电 火 花 成 形 机 床 基 本 操 作
工作液循环系统
第一节 电火花成形机床概述
3．工作液循环系统
在电火花放电加工的过程中，不断 产生的金属细屑和炭黑经过一段时间的 积累，会造成液体介质的污染，不利于 放电加工，所以在电火花成形机床上还 安装有过滤器（见图），用以过滤加工 杂质，虽然过滤器不能完全过滤掉金属 细屑和炭黑，但可以在很大程度上改善 电火花成形加工的放电环境。
成形机床的主要构成部分之一， 如图所示为自动进给调节装置， 电极的自动升降由伺服进给系统 控制。
9 第六章 数控电火花成形机床基本液循环系统
在电火花成形加工过程中，通 过液体介质的流动，带走金属细屑 和高温分解出来的炭黑等电蚀产物， 有利于控制电火花加工精度和加工 表面质量。同时，液体介质的流动 还有利于液体介质本身的冷却。工 作液循环系统主要给液体介质提供 循环动力，如图所示。
（3）开机后，如果各项准备 工作均已完成，并且已设置好各项 加工参数，显示屏幕进入正常加工 界面，即可进行加工。
29 第 六 章 数 控 电 火 花 成 形 机 床 基 本 操 作
图1-按下控制面板上的启动按钮 图2-系统操作主界面
第一节 电火花成形机床概述
2.用手控盒操作机床的运动 电火花成形机床手控盒按键说
2.电火花成形机床的日常维护和保养 对于易燃类工作液，使用中要
注意防火，如图所示为手工灭火。
25 第 六 章 数 控 电 火 花 成 形 机 床 基 本 操 作
润滑油箱
第一节 电火花成形机床概述
2.电火花成形机床的日常维护和保养 （4）定期擦拭电火花成形机床的外表面，如控制面板、系统显示器
等。定期检查电气柜以及电气柜进出线处是否有粉尘。如果有粉尘，要及 时擦拭干净。
工作液循环系统
第一节 电火花成形机床概述
3．工作液循环系统
在电火花放电加工的过程中，不断 产生的金属细屑和炭黑经过一段时间的 积累，会造成液体介质的污染，不利于 放电加工，所以在电火花成形机床上还 安装有过滤器（见图），用以过滤加工 杂质，虽然过滤器不能完全过滤掉金属 细屑和炭黑，但可以在很大程度上改善 电火花成形加工的放电环境。
成形机床的主要构成部分之一， 如图所示为自动进给调节装置， 电极的自动升降由伺服进给系统 控制。
9 第六章 数控电火花成形机床基本液循环系统
在电火花成形加工过程中，通 过液体介质的流动，带走金属细屑 和高温分解出来的炭黑等电蚀产物， 有利于控制电火花加工精度和加工 表面质量。同时，液体介质的流动 还有利于液体介质本身的冷却。工 作液循环系统主要给液体介质提供 循环动力，如图所示。
（3）开机后，如果各项准备 工作均已完成，并且已设置好各项 加工参数，显示屏幕进入正常加工 界面，即可进行加工。
29 第 六 章 数 控 电 火 花 成 形 机 床 基 本 操 作
图1-按下控制面板上的启动按钮 图2-系统操作主界面
第一节 电火花成形机床概述
2.用手控盒操作机床的运动 电火花成形机床手控盒按键说
2.电火花成形机床的日常维护和保养 对于易燃类工作液，使用中要
注意防火，如图所示为手工灭火。
25 第 六 章 数 控 电 火 花 成 形 机 床 基 本 操 作
润滑油箱
第一节 电火花成形机床概述
2.电火花成形机床的日常维护和保养 （4）定期擦拭电火花成形机床的外表面，如控制面板、系统显示器
等。定期检查电气柜以及电气柜进出线处是否有粉尘。如果有粉尘，要及 时擦拭干净。
数控技术及应用第6章 数控机床的电气驱动-步进电动机
工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、 双六拍；三相双三拍等 双六拍；三相双三拍等。“单”是指每次只有一相 绕组通电，“三拍”是指每三次换接为一个循环。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 三相绕组联接方式： （2）三相绕组中的通电顺序为： 三相绕组中的通电顺序为： A相 → B相 → C相 通电顺序也可以为： 通电顺序也可以为： A 相 → C 相→ B 相
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。 相通电使转子1 对齐。
A
B'
A C' B
B'
C' B
A'
C
A'
C
B相通电，转子2、4齿 相通电，转子 、 齿 相通电 相轴线对齐， 和B相轴线对齐，相对 相轴线对齐 A相通电位置转 °； 相通电位置转30° 相通电位置转
C相通电再转 ° 相通电再转30° 相通电再转
（3）工作过程 ） A 相通电，A 方向的磁 相通电，
A
B' 4 1 2 3 A'
通经转子形成闭合回路。 通经转子形成闭合回路。
C' B
若转子和磁场轴线方向 原有一定角度， 原有一定角度，则在磁 场的作用下，转子 场的作用下，
C
被磁化，吸引转子， 被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁 阻最小的路径闭合， 阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 定子的齿对齐停止转动。 定子的齿对齐停止转动。
2、步进电动机
工作原理： 工作原理 ： 步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲 脉冲 线位移或角位移的电动机。每来一个 信号转换成线位移或角位移 线位移或角位移 信号 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小 段距离。 特点： 特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比。
数控加工基础教案——第六章数控机床的操作与维护(劳动版)
(一)、组织教学：(考勤、学习准备等)(二)、复习旧课：自动编程的特点和使用。
(三)、讲授新课：第六章数控机床的操作与维护§6—1 数控机床的操作面板一、操作面板的符号及意义数控机床的操作面板是指数控机床上所配置数控系统的操作与控制面板，面板上具体内容按不同型号、用途的数控系统分别设置。
1、面板上一些英文专用符号及意义如下：（图6—2）（1）COPY（程序复制）：（2）DEL（删除）：（3）LF（ENTER、EOB）：（4）MDI（手动数据输入）：二、操作面板各功能键的使用1、START 启动功能键：启动加工程序运行回启动自动加工的执行。
2、STOP 停止功能键：停止正在执行的指令。
3、PAUSE 暂停功能键：实施硬件暂停，需按动启动键，即可继续运行加工程序。
4、SINGL BLOCK 单段键：按启动键执行一条相应程序段。
5、BLOCK DELET 单段中止功能键：中止单段执行功能，并恢复连续执行方式。
6、AUTO 自动运行方式：机床连续执行加工程序。
7、EDIT 编辑功能键：在编辑方式下，可以键入（输入）加工程序，或对已存储的加工程序进行检索、修改等。
8、MDI 手动资料数据输入功能键：便于对刀及效验加工程序。
9、AUX GRAPH 图形显示功能键：在加工程序经输入后，可通过该功能显示其加工轮廓的图形，或配合有关按键操作后，动态模拟显示其刀具轨迹等内容，初步效验程序的准确性。
§6—2 数控机床常用的操作方法数控机床的种类很多，不同类型的数控机床，其操作方法也不尽相同，下面以金属切削类数控机床为例，着重介绍一些具有共同性的操作方法。
一、机床的移动部件返回参考点1、自动返回参考点操作通过机床内部所设定的“返回参考点键”。
使机床从当前位置自动返回至机床固定原点位置。
2、手动方式返回参考点操作先按回零键，再按各轴方向键，使坐标轴返回参考点位置。
二、手动功能的应用应用手动功能，可进行一些简单运动的操作，如单坐标轴的直线方式快速运动或按指令进给速度进行的切削加工，以便对机床进行调试、对刀及加工程序局部效验。
数控机床电气控制第六章
第六章 检测装置
6.5 光栅 6.5.1 光栅结构与工作原理 无论是长光栅或圆光栅，主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床活动部 件（如工作台或丝杠）上，光栅读数头安装在机床的固定部件（如机床底座）上，两者由于工作台的移动而 雨相对移动。在光栅读数头中，有一个指示光栅，它可以随光栅读数头在标尺光栅上移动，因此，在光栅安 装时，必须严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度要求以及二者之间的间隙（通常取 0.05mm 或 0.lmm）要 求。 1 结构 （1）光栅尺 标尺光栅和指示光栅，统称光栅尺，采用真空镀膜方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃板或长条形金属 镜面。对于长光栅，这些线纹相互平行、距离相等，该间距被称为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角 的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为每毫米 25 条、50 条、 条、 条、 条。 100 125 250 对于圆光栅， 如果直径为 70mm， 一周内的刻线 100～768 条； 如果直径为 110mrn， 一周内的刻线 600～1024 条。但是对于同一光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。
Hale Waihona Puke 第六章 检测装置图 6-3 绝对式光电编码器的结构图 由于绝对式光电编码器转过的圈数由 RAM 保存，所以断电后机床的位置即使断电或断电后又移动过也 能够正常工作。
第六章 检测装置
6.3 感应同步器 6.3.1 感应同步器结构与工作原理 1.结构特点 直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，相当于一个展开式的多极旋转变压器，其结构如图 6-4 所示。定 尺和滑尺的基板由与机床线胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘接剂贴有钢箔，利用照相腐蚀的办法做 成图示的印刷线路绕组。感应同步器定尺绕组是一个单向均匀的连续绕组；滑尺有两个绕组，其位置相距绕 组节距（2 ）的 1/4，分别称为正弦绕组和余弦绕组。定尺和滑尺绕组的节距相等，均为 2 ，这是衡量感 应同步器精度的主要参数，工艺上要保证其节距的精度。一块标准型感应同步器定尺长度为 250mm，节距 为 2mm，其绝对精度可达 2.5 m，分辨率为 0.25 m。
数控机床(总章)
第一节 金属切削机床
第二节 数控机床概论
复习思考题
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第一节 金属切削机床
一、金属切削机床
金属切削机床通常是指用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的一种机器。
二、金属切削机床的分类与编号
1.机床的分类 按照万能程度，机床又分为： （1）通用机床 （2）专门化机床 （3）专用机床 2.机床型号的编制方法 （1）型号表示方法。型号的构成如下：
二、加工中心的分类
l.按加工范围分类 2.按机床结构分类 3.按数控系统分类 4.按精度分类
第一节 加工中心概述
三、加工中心的发展
1.高速化 (1)主轴转速的高速化 1)选用陶瓷轴承 2)主轴轴承采用预紧量可调装置 3)改进主轴轴承润滑、冷却方式 ①油气润滑方式 ②喷注润滑。这是近年开始采用的新型润滑方式，其原理 如图3-1所示。 (2)进给速度的高速化 (3)自动换刀的高速化 (4)自动托盘交换装置的高速化
针轴承 15-堵头
第三节 数控车床传动系统的主要结构
安全联轴器的作用是在进给过程中当进给力过大或滑板移 动过载时，为了避免整个运动传动机构的零件损坏，安全联轴 器动作，终止运动的传递。其原理如图2-11所示。
图2-11 安全联轴器工作原理
第三节 数控车床传动系统的主要结构
2．横同滑板传动系统。横向滑板通过矩形导轨安装在纵 向滑板的上面．作横向进给运动。如图2-12所示。
四、尾座套筒的驱动
尾座套筒的驱动是由液压驱动来实现
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第三节 数控车床传动系统的主要结构
一、主轴箱
数控机床主轴箱是个比较复杂的传动部件。如图2-7所示 为TND360数控机床的主轴箱展开图。
图2-7 TND360数控机 床的主轴箱展开图
第二节 数控机床概论
复习思考题
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第一节 金属切削机床
一、金属切削机床
金属切削机床通常是指用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的一种机器。
二、金属切削机床的分类与编号
1.机床的分类 按照万能程度，机床又分为： （1）通用机床 （2）专门化机床 （3）专用机床 2.机床型号的编制方法 （1）型号表示方法。型号的构成如下：
二、加工中心的分类
l.按加工范围分类 2.按机床结构分类 3.按数控系统分类 4.按精度分类
第一节 加工中心概述
三、加工中心的发展
1.高速化 (1)主轴转速的高速化 1)选用陶瓷轴承 2)主轴轴承采用预紧量可调装置 3)改进主轴轴承润滑、冷却方式 ①油气润滑方式 ②喷注润滑。这是近年开始采用的新型润滑方式，其原理 如图3-1所示。 (2)进给速度的高速化 (3)自动换刀的高速化 (4)自动托盘交换装置的高速化
针轴承 15-堵头
第三节 数控车床传动系统的主要结构
安全联轴器的作用是在进给过程中当进给力过大或滑板移 动过载时，为了避免整个运动传动机构的零件损坏，安全联轴 器动作，终止运动的传递。其原理如图2-11所示。
图2-11 安全联轴器工作原理
第三节 数控车床传动系统的主要结构
2．横同滑板传动系统。横向滑板通过矩形导轨安装在纵 向滑板的上面．作横向进给运动。如图2-12所示。
四、尾座套筒的驱动
尾座套筒的驱动是由液压驱动来实现
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第三节 数控车床传动系统的主要结构
一、主轴箱
数控机床主轴箱是个比较复杂的传动部件。如图2-7所示 为TND360数控机床的主轴箱展开图。
图2-7 TND360数控机 床的主轴箱展开图
数控加工工艺与编程第六章
第6章 数控车床的手工编程
演讲人：何文
CONTENTS 目录
01 数控车床编程的特点和方法 02 数控车床的对刀 03 数控车床编程实例
6.1数控车床编程的特点和方法
第6章 数控车床的手工编程
数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。车削中心则可在一次装夹中完成更 多的加工工序，大大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。通 过加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成型表面、螺纹和端面等工序的切削加 工，并能进行车槽、钻孔、铰孔等加工。 数控车床的编程特点
第6章 数控车床的手工编程
(3)有的机床具有主轴恒线速控制(G96)和恒转速控制(G97 )的指令功能，那么，对于 端面螺纹和锥面螺纹的加工来说，若恒线速控制有效，则主轴转速将是变化的，这样加工出 的螺纹螺距也将是变化的，所以，在螺纹加工过程中就不应该使用恒线速控制功能。从粗加 工到精加工，主轴转速必须保持一常数。否则，螺距将发生变化。
第6章 数控车床的手工编程
第6章 数控车床的手工编程
循环过程如图6-8所示X,Z为端平面切削终点坐标值，U,W端面切削终点相对循环 起点的坐标增量。
第6章 数控车床的手工编程
2 切削锥面循环时，编程格式:G94 x(U)_ z(W)_ K_ F 循环过程如图6-9所示，K为端面切削始点至终点位移在Z轴方向的坐标增量，图中轨 协K的方向是Z轴的负方向，值为负，反之为正。
⑤精车之前，如需换精加工刀具，则应注意换刀点的选择。批量小不换刀，批量大换刀。 ⑥a的定位:不要使第一刀切在毛坯表皮上，否则容易崩掉刀。可以允许a=毛坯直径。
第6章 数控车床的手工编程
}2)端面粗加工循环(U}2} (U72与G71均为粗加工循环指令，而G72是沿着平行于X轴进行切削循环加工的，适合加工斋类零件。 如图6-11所示，编程格式为
演讲人：何文
CONTENTS 目录
01 数控车床编程的特点和方法 02 数控车床的对刀 03 数控车床编程实例
6.1数控车床编程的特点和方法
第6章 数控车床的手工编程
数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。车削中心则可在一次装夹中完成更 多的加工工序，大大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。通 过加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成型表面、螺纹和端面等工序的切削加 工，并能进行车槽、钻孔、铰孔等加工。 数控车床的编程特点
第6章 数控车床的手工编程
(3)有的机床具有主轴恒线速控制(G96)和恒转速控制(G97 )的指令功能，那么，对于 端面螺纹和锥面螺纹的加工来说，若恒线速控制有效，则主轴转速将是变化的，这样加工出 的螺纹螺距也将是变化的，所以，在螺纹加工过程中就不应该使用恒线速控制功能。从粗加 工到精加工，主轴转速必须保持一常数。否则，螺距将发生变化。
第6章 数控车床的手工编程
第6章 数控车床的手工编程
循环过程如图6-8所示X,Z为端平面切削终点坐标值，U,W端面切削终点相对循环 起点的坐标增量。
第6章 数控车床的手工编程
2 切削锥面循环时，编程格式:G94 x(U)_ z(W)_ K_ F 循环过程如图6-9所示，K为端面切削始点至终点位移在Z轴方向的坐标增量，图中轨 协K的方向是Z轴的负方向，值为负，反之为正。
⑤精车之前，如需换精加工刀具，则应注意换刀点的选择。批量小不换刀，批量大换刀。 ⑥a的定位:不要使第一刀切在毛坯表皮上，否则容易崩掉刀。可以允许a=毛坯直径。
第6章 数控车床的手工编程
}2)端面粗加工循环(U}2} (U72与G71均为粗加工循环指令，而G72是沿着平行于X轴进行切削循环加工的，适合加工斋类零件。 如图6-11所示，编程格式为
数控机床技术(第六章数控机床的进给传动系统)
第六章 数控机床的进给传动系统
（2）滚珠丝杠副的特点 1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率高达92 ％-96％，是普通梯形丝杠的3-4倍，功率消耗减少 2/3-3/4。 2）灵敏度高、传动平稳。 3）定位精度高、传动刚度高。 4）不能自锁、有可逆性。 5）制造成本高。
第六章 数控机床的进给传动系统
第六章 数控机床的进给传动系统
下图所示是静压丝杠副的结构图。
第六章 数控机床的进给传动系统
螺纹面上油腔的连 接形式与节流控制方 式有两种，如图所示。 图 a 中每扣螺纹每侧 中径上开 3-4 个油腔， 每个油腔用一个节流 器控制，称为分散阻 尼节流。图 b 是将分 布于同侧、同方位上 的 3-4 个油腔用一个 节流器控制，称为集 中 阻 尼 节 流 。
第六章 数控机床的进给传动系统
一、滚珠丝杠副
中小型数控机床中，滚珠丝杠副是减少运动部件摩擦 阻力和动静摩擦力之差最普遍采用的结构。
1．滚珠丝杠副工作原理及特点 （1）滚珠丝杠副的工 作原理
滚珠丝杠副是回转 运动与直线运动相互转 换的新型传动装置，是 在丝杠和螺母之间以滚 珠为滚动体的螺旋传动 元件。
在开环、半闭环进给系统中，传动部件的间隙直接影 响进给系统的定位精度，在闭环系统中，它是系统的主要 非线性环节，影响系统的稳定性。常用的消除传动部件间 隙的措施是对齿轮副、丝杠副、联轴器、蜗轮蜗杆副以及 支承部件进行预紧或消除间隙。但是，值得注意的是，采 取这些措施后可能会增加摩擦阻力及降低机械部件的使用 寿命，因此必须综合考虑各种因统
四、双齿轮—齿条副 在大型数控机床（如大型数控龙门铣床）的直 线进给运动中，可采用的另一种传动方式是齿轮— 齿条结构，它的效率高，结构简单，从动件易于获 得高的移动速度和长行程，适合在工作台行程长的 大型机床上用作直线运动机构。但机构的位移精度 和运动平稳性较差。 当负载小时，可采用双片薄齿轮错齿调整法， 分别与齿条齿槽左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间 隙。当负载大时，采用顶加负载双齿轮—齿条无间 隙传动机构能较好地解决这个问题。
数控编程——第六章 加工中心的编程
第六章加工中心的编程第一节加工中心编程概述加工中心(Machiningenter)简称MC，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。
加工中心最初是从数控铣床发展而来的。
与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统(CNC)、伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成。
但加工中心又不等同于数控铣床，加工中心与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。
一、加工中心编程的特点加工中心是将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合起来，并装有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床。
立式加工中心主轴轴线(z轴)是垂直的，适合于加工盖板类零件及各种模具；卧式加工中心主轴轴线(z轴)是水平的，一般配备容量较大的链式刀库，机床带有一个自动分度工作台或配有双工作台以便于工件的装卸，适合于工件在一次装夹后，自动完成多面多工序的加工，主要用于箱体类零件的加工。
由于加工中心机床具有上述功能，故数控加工程序编制中，从加工工序的确定，刀具的选择，加工路线的安排，到数控加工程序的编制，都比其他数控机床要复杂一些。
加工中心编程具有以下特点：1)首先应进行合理的工艺分析。
由于零件加工工序多，使用的刀具种类多，甚至在一次装夹下，要完成粗加工、半精加工与精加工、周密合理地安排各工序加工的顺序，有利于提高加工精度和提高生产效率；2)根据加工批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀。
一般，对于加工批量在10件以上，而刀具更换又比较频繁时，以采用自动换刀为宜。
但当加工批量很小而使用的刀具种类又不多时，把自动换刀安排到程序中，反而会增加机床调整时间。
3)自动换刀要留出足够的换刀空间。
有些刀具直径较大或尺寸较长，自动换刀时要注意避免发生撞刀事故。
4)为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便于操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数。
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数控系统就是一台专用计算机或通用计算 机与输入输出接口板以及PLC等组成的控制装 臵。（ PLC的主要作用是用于机床外围的控 制，如机床辅助功能M、主轴转速功能S、刀 具功能T） 数控系统的主要功能如下： （1）多坐标控制（即多轴联动） （2）插补功能（如直线、圆弧和其它曲线插补）
插补 —— 就是根据输入的零件轮廓数据，通过计算， 把零件轮廓描述出来，边计算边根据计算结果向各 坐标轴发出运动指令，使机床在相应的坐标方向移 动一个位移量，将工件加工成所需的轮廓形状。
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二、数控机床的分类
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数控机床品种繁多、功能各异，可以从不同 角度对其分类。 1、按机械加工的运动轨迹分
（1）点位控制数控机床 点位控制是指刀具从某一位臵移到下一位臵的过程中， 不考虑其运动轨迹，只要求刀具能最终准确到达目标位臵。 刀具在移动过程中不切削，一般采用快速移动。其移动过 程可以是先沿一个坐标方向移动，再沿另一个坐标方向移 动到目标位臵，也可沿两个坐标同时移动。为保证定位精 度和减少机动时间，一般采用先高速运行，当接近目标位 臵时，再分级降速，慢速趋近目标位臵。
美、德、日三国是当今世界在数控机床科研、 设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的 国家。因其社会条件不同，各有特点。
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（1）美国的数控机床发展概况 美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事 方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且 提供充足的经费，网罗世界人才，因而在机床技术上不断 创新。 ● 1952年研制出世界第一台数控机床 ● 1958年研制出加工中心 ● 20世纪70年代初研制成FMS ● 1987年首创开放式数控系统 因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实， 其高性能数控机床技术尤其生产航空航天等使用的高性能 数控机床在世界上一直领先。
第六章 数控机床
§6-1 数控机床的基本概念和特点
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§6-2 数控机床的组成和分类
§6-3 数控机床的自由度和坐标系
§6-4 数控机床的主要性能指标
§6-5 数控机床常用数控系统简介
§6-6 数控机床的技术发展特点与趋势
§6-1 数控机床的概念及特点
（一）数控机床的概念 数控机床 —— 采用数字控制的机床简称数控 机床。是一种以数字量作为指令信息形式，通过专 用的或通用的电子计算机控制的机床。 数字控制 —— 简称“数控”，是用不连续的 数字化信息对机床运动过程及加工过程进行控制的 一种方法。
（3）日本的数控机床发展概况 日本政府对机床工业的发展异常重视，在重 视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管 理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝胜 于蓝。 ● 1958年研制出第一台数控机床 ● 1978年产量超过美国 ● 至今产量、出口量一直居世界首位 战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控 机床，大量出口占领世界广大市场。在20世纪80 年代开始向高性能数控机床发展。日本FANUC公 司针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统， 在技术上领先，在产量上居世界第一。
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在数控机床上加工工件时，预先把加工过程所 需要的全部信息（如各种操作、工艺步骤和加工 尺寸等）利用数字或代码化的数字量表示出来， 编出控制程序，送人专用或通用的计算机，计算 机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令 来控制机床的各执行元件，使机床按照给定的程 序，自动加工出所需要的工件。 加工对象改变时，一般只需要更换加工件的程 序就可以了，无需象其它自动机床那样，重新制 造凸轮或调整机床。由于有较大的灵活性，特别 适用于生产对象经常改变的情况，并能比较方便 地实现对复杂零件的精加工，因而它是实现柔性 生产自动化的重要设备。
3、数控机床的特点 数控机床与与一般机床相比具有如下特点： （1）具有较强的适应性和广泛的通用性 数控机床加工对象改变时，只需重新编制相应 的程序，输入计算机就可以自动地加工出新的工 件，因此，数控机床加工易于实现加工零件的转 变，这就为单价、小批及试制新产品提供了极大 的便利。 由于数控机床加工工件时，几个位臵坐标可以 联动，从而能完成很多普通机床难以胜任，或者 根本不可能加工出来的复杂型面的零件，因此在 航空航天、复杂曲面的模具加工、螺旋桨及涡轮 叶片的加工中得到广泛应用。
4、数控机床的适用范围 在机械加工中，大批量零件的生产宜采用专用 机床或自动线。对于多品种、小批量生产宜采用 数控机床。
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§6-2 数控机床的组成和分类
一、数控机床的组成 数控机床一般由输入输出设备、数控装臵、伺 服系统、测量反馈装臵和机床本体组成。
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数控机床的组成框图
1、输入输出设备 输入输出设备主要实现程序编制、程序和 数据的输入以及显示、存储和打印。 这一部分的硬件配臵视需要而定。可以是 穿孔机、磁带和磁盘等。 2、数控装臵 数控装臵（即数控系统）是数控机床的核 心。它接受来自输入设备输入的控制信号代码， 经过输入、缓存、译码、运算、存储等转变成 控制指令实现直接或通过PLC对伺服驱动系统 的控制。
这类数控机床主要有：简易数控车床和简易数控铣床 等。这些数控机床在一般情况下，由2～3个可控轴， 但同时可控制的只有一个轴。
（3）轮廓控制（或称连续控制）数控机床 这类机床的数控装臵能够同时控制两轴或两 轴以上的轴，对位臵和速度进行严格的不间断控 制。它具有直线和圆弧插补功能、刀具补偿功能、 机床轴向运动误差补偿、丝杆的螺距误差和齿轮 的反向间隙误差补偿等功能。该类机床可加工曲 面、叶轮等复杂形状的零件。 这类数控机床主要有：数控车床、数控铣床、 加工中心等 。
在通用机床上加工零件时，机床运行的开始、结束，运 动的先后次序以及刀具和工件的相对位臵都是由工人去操 作完成的。而在数控机床上，则先把加工零件的全部过程 经编程后输入到计算机中，再由计算机控制机床加工。
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1、机床控制技术的发展 ● 18世纪中叶机床开始发展起来 ● 19世纪末形成较完整的基本类型 ● 20世纪初以来，随着科学技术和社会生产的迅 速发展，机床的传动、结构和控制等方面也得到 相应的改进和发展。机床的控制技术也从纯机械 控制（如借助靠模和凸轮自动加工较复杂零件的 靠模机床、凸轮自动机床）和电气自动控制（如 借助继电器、接触器、限位开关等按预定程序控 制的自动化机床），以及由自动化单机、组合机 床形成的加工自动线的“刚性”自动控制，逐步 发展成由数控技术为核心的“柔性”自动控制。
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（2）获得更高的加工精度和照预定的程序自动加工，不受
人为因素的影响，其加工精度由机床来保证，还可 以利用软件来校正和补偿误差，因此能获得比机床 本身精度还要高的加工精度和重复精度。
（3）具有较高的生产率
由于数控机床的功率及刚度都比普通机床高， 能合理选用切削用量，机加工时间短，停机检测时 间减少，辅助时间缩短，因此数控机床的生产率较 普通机床高2 — 3倍。
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2、按伺服系统的控制原理分 （1）开环控制数控机床 这类数控机床不带有位臵检测装臵，数控装 臵将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺 服系统，驱动机床运动。指令信号的流程是单 向的 。
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这类数控机床的伺服驱动部件通常选用步 进电机。受步进电机的步距精度和工作频率以 及传动机构的传动精度的影响，开环控制的数 控机床的速度和精度都会较低。但由于其结构 简单、成本较低、调试维修方便等优点，所以 仍被应用于经济型、中小型数控机床。 （2）闭环控制数控机床 这类数控机床带有检测装臵。它随时接受在 工作台端测得的实际位臵反馈信号，将其与数 控装臵发来的指令位臵信号相比较，由其差值 控制进给轴运动，直到差值为零，进给轴停止 运动。
这类数控机床主要有：数控钻床、数控镗床和数控冲床
返 （2）直线控制数控机床 章 首 这类数控机床不仅要保证点与点之间的准确 定位,而且要控制两相关点之间的位移速度和路线。 其路线一般由与各坐标轴平行的直线段或与坐标 轴成45°的斜线组成。由于刀具在移动工程中要 切削，所以对于不同的刀具和工件，需要选用不 同的切削用量和进给量。这类数控机床通常具备 刀具半径和长度补偿功能，以及主轴转速控制功 能，以便在刀具磨损和换刀具后能得到合格的零 件。
（2）德国的数控机床发展概况
德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位， 在多方面大力扶持。于1958年研制出第一台数控 机床。 德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、
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货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、
精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配 套件的先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、 测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能 上居世界前列。
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二、数控机床的产生和发展
第一代 （1952年） 美国帕尔森兹公司与麻省理工学院合作开始三坐 标铣床数字化研究工作，试制成功第一台数控机 床样机 都是采用专用 控制计算机的 硬逻辑系统， 随着晶体管元件的诞生和在数控系统中的应用， 装有这类系统 美国克耐.杜克公司发明了带有自动换刀装置的数 的机床为普通 控机床，称为“加工中心：从1960年开始，德国、 数控机床，简 日本等工业国家都陆续开发、生产及使用了数控 称NC机床 机床 出现了小规模集成电路，它的应用使数控系统 的可靠性进一步提高 在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了利用小型计算机取代 专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现的计算机数控 （CNC）机床 美国、日本等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统，简称微 机数控（MNC）系统。近20多年来，由MNC系统控制的数控机床和数 控加工中心得到飞速发展和广泛应用，它们是形成FMC、FMS、CIMS 等先进制造系统的基础
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第二代 （1959年）
第三代 （1965年） 第四代 （1970年）
第五代 （1974年）
20世纪90年 代初期
随着个人计算机（PC）技术性能和可靠性的不断提高，开始出现以 PC为基础的CNC，由于其具有良好的开放性，发展速度很快，目 前，美、日等国均将它作为重要的发展方向，并开始不断推出采用