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1、1.1数控机床的产生与发展第一章 数控机床概述1.2数控机床的组成与工作原理1.3数控机床的分类第1页/共83页1.1 数控机床的产生与发展随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备，第2页/共83页1.1.1 数控机床的产生帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（Servo Servo Mechanism Laboratory of
2、the Massachusetts Institute of TechnologyMechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合）合作，于作，于19521952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。19591959年，美国年，美国克耐克耐杜列克公司（杜列克公司（Keaney&TreckerKeaney&Trecker）首次成功开发了加工中心）首次成功开发了加工中心（Machining CenterMachining Center）。第3页/共83页数控机床的定义
3、数控：（数控：（Numerical ControlNumerical Control，NCNC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。法。数控机床：数控机床：用数控技术控制的机床称为数控机床。用数控技术控制的机床称为数控机床。数控机床的一般工作形式为：数控机床的一般工作形式为：第4页/共83页1.1.2 数控机床的发展简况第第1 1代数控机床：代数控机床：19521952年年19591959年采用电子管元件构成的专用数控装置年采用电子管元件构成的
4、专用数控装置（NCNC）。）。第第2 2代数控机床：从代数控机床：从19591959年开始采用晶体管电路的年开始采用晶体管电路的NCNC系统。系统。第第3 3代数控机床：从代数控机床：从19651965年开始采用小、中规模集成电路的年开始采用小、中规模集成电路的NCNC系统。系统。第5页/共83页第第4 4代数控机床：从代数控机床：从19701970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（控制的系统（CNCCNC）。）。第第5 5代数控机床：从代数控机床：从19741974年开始采用微型计算机控制的系统（年开始采用微型计算机控制的系统
5、（MNCMNC）。）。第6页/共83页1.1.3 我国数控机床发展概况19581958年开始并试制成功第一台电子管数控机年开始并试制成功第一台电子管数控机床。床。19651965年开始研制晶体管数控系统，直到年开始研制晶体管数控系统，直到2020世纪世纪6060年代末至年代末至7070年代初成功。从年代初成功。从2020世纪世纪8080年代开始，先后从日本、美国、德国等国年代开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。如北京机床研究所家引进先进的数控技术。如北京机床研究所从日本从日本FANUCFANUC公司引进公司引进FANUC3FANUC3、FANUC5FANUC5、FANUC6F
6、ANUC6、FANUC7FANUC7系列产品的制造技术；系列产品的制造技术；上海机床研究所引进美国上海机床研究所引进美国GEGE公司的公司的MTC-1MTC-1数数控系统等。控系统等。第7页/共83页2）我国自主研发的并联机床样机1.1.4数控机床的发展趋势第8页/共83页1.1.4数控机床的发展趋势第9页/共83页 日本 FANUC1.1.4数控机床的发展趋势第10页/共83页 德国 SIEMENS1.1.4数控机床的发展趋势第11页/共83页 国产 华中1.1.4数控机床的发展趋势第12页/共83页德国肖特德国肖特1.1.4数控机床的发展趋势第13页/共83页美国哈挺美国哈挺1.1.4数控
7、机床的发展趋势第14页/共83页瑞士米克朗瑞士米克朗1.1.4数控机床的发展趋势第15页/共83页德国斯宾纳TC系列1.1.4数控机床的发展趋势第16页/共83页韩国现代韩国现代1.1.4数控机床的发展趋势第17页/共83页1.1.4数控机床的发展趋势日本东芝日本东芝第18页/共83页1.1.4数控机床的发展趋势美国新新那提美国新新那提第19页/共83页1.2 数控机床的组成结构及工作原理 1.2.1 数控机床的组成1控制介质数控机床工作时，不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意数控机床工作时，不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图，这就需要在人与机床之间建立某种联系
8、，这种联系的中间媒介物即称为图，这就需要在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即称为控制介质。控制介质。第20页/共83页2数控系统数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件，数控系体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件，数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置4 4大部分组成大部分组成 。第21页/共83页3伺服系统伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执
9、行部伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床的移动部件运动或使执行部分动作，以加工出符合要求的工件。每一个脉的移动部件运动或使执行部分动作，以加工出符合要求的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数控系统脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数控系统脉冲当量通常为冲当量通常为0.001mm/0.001mm/脉冲。脉冲。第22页/共83页4辅助控制系统辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之
10、间的强电控制装置。5机床本体机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。第23页/共83页1.3 数控机床的分类 1.3.1 按运动轨迹分类1点位控制数控机床点点位置精确控制，保证的是定位精度，以慢快慢的运动方式。这类机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控点焊机和数控折弯机等，其相应的数控装置称为点位控制数控装置。第24页/共83页按运动轨迹分类点位控制钻孔点位控制钻孔点位控制钻孔点位控制钻孔加工加工加工加工工件工件工件工件刀具刀具刀具刀具AB第25页/共83页2直线控制数控机床 位位置置控控制制+速速度度和和路路线线控控制制，只只能
11、能沿沿某某个个坐坐标标轴轴方方向向（平平行行或或4545）切削加工。切削加工。这这类类机机床床主主要要有有数数控控车车床床、数数控控磨磨床床和和数数控控镗镗铣铣床床等等，相相应应的的数数控控装装置称为直线控制装置置称为直线控制装置。第26页/共83页按运动轨迹分类点点点点位位位位直直直直线线线线控控控控制切削加工制切削加工制切削加工制切削加工第27页/共83页3 3轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床每点的位置+速度+路线控制，可对2坐标或2坐标以上坐标轴进行控制。属于这类机床的有数控车床、数控铣床、加工中心等。其相应的数控装置称为轮廓控制装置。轮廓数控装置比点位、直线控制装置结构复杂得多，功能齐
12、全得多。第28页/共83页按运动轨迹分类工件工件工件工件刀具刀具刀具刀具轮廓控制加轮廓控制加轮廓控制加轮廓控制加工工工工第29页/共83页1.3.2 按进给伺服系统的类型分类1开环进给伺服系统数控机床减速器减速器减速器减速器数控数控数控数控装置装置装置装置控制控制控制控制电路电路电路电路工作台工作台工作台工作台输入输入输入输入开环控制系统框图开环控制系统框图开环控制系统框图开环控制系统框图步进步进步进步进电机电机电机电机第30页/共83页2闭环进给伺服系统数控机床数控数控数控数控装置装置装置装置控制控制控制控制电路电路电路电路伺服伺服伺服伺服电机电机电机电机工作台工作台工作台工作台输入输入输入
13、输入闭环控制系统框图闭环控制系统框图闭环控制系统框图闭环控制系统框图位置检位置检位置检位置检测元件测元件测元件测元件速度检速度检速度检速度检测元件测元件测元件测元件速度反馈速度反馈速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈位置反馈位置反馈第31页/共83页3半闭环进给伺服系统数控机床数控数控数控数控装置装置装置装置控制控制控制控制电路电路电路电路伺服伺服伺服伺服电机电机电机电机工作台工作台工作台工作台输入输入输入输入半闭环控制系统框图半闭环控制系统框图半闭环控制系统框图半闭环控制系统框图速度检测元件速度检测元件速度检测元件速度检测元件速度反馈速度反馈速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈位置反馈位置反馈转角检
14、测元件转角检测元件转角检测元件转角检测元件第32页/共83页1.3.3 按工艺用途分类1金属切削类数控机床数数控控车车床床数数控控铣铣床床数数控控钻钻床床加加工工中中心心第33页/共83页2金属成型类数控机床数控电火花成型机数控电火花成型机快速成型设备快速成型设备数控多工位冲床数控多工位冲床第34页/共83页3数控特种加工机床数控特种加工机床如数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、火焰切割机和数控激光切割机床等。数控电火花成型机数控电火花成型机数控线切割机床数控线切割机床第35页/共83页4其他类型的数控机床其他类型的数控机床如数控三坐标测量机等三座标测量机三座标测量机第36页/共83页
15、2.1 数控编程概述2.1.1 程序编制的内容和步骤 数控机床程序编制过程的主要内容包括：1零零件件图图的的分分析析第37页/共83页2数控机床的选择 第38页/共83页3工件装夹方法的确定第39页/共83页4加工工艺的确定第40页/共83页5刀具的选择第41页/共83页6程序的编制第42页/共83页7程序的调试第43页/共83页2.1.2 程序编制的方法1手工编程 通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程.第44页/共83页（1）自动编程软件编程利用通用的微型计算机及专用的自动编程软件，以人机对话方式确定加工对象和加工条件自动进行
16、运算和生成指令。1手工编程手工编程第45页/共83页 利用CAD/CAM系统进行零件的设计、分析及加工编程。该种方法适用于制造业中的CAD/CAM集成编程数控系统，目前正被广泛应用。（2）CAD/CAM集成数控编程系统自动编程集成数控编程系统自动编程第46页/共83页2.2数控车床编程基础知识一.程序的结构1.程序的构成 一个完整的一个完整的数控加工数控加工程序由程序由程序名程序名、程序体程序体和和程序结束程序结束三部分组成三部分组成。程序体程序体由若干程序段组成。O0001；N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 G
17、01 X10.0 Y50.0 F150；N110 M30；程程序序体体 程序名程序结束指令第47页/共83页p 程序名 程序名是一个程序必需的标识符。组成：由地址符后带若干位数字组成。地址符常见的有：“%”、“O”、“P”等，视具体数控系统而定。西门子系统和国产华中I型系统“%”，日本FANUC 系统 “O”，AB8400系统用P。后面所带的数字一般为48位。如：%20001.程序的构成例如：第48页/共83页FanucFanucFanucFanuc数控系统程序格式数控系统程序格式数控系统程序格式数控系统程序格式华中数控系统程序格式华中数控系统程序格式华中数控系统程序格式华中数控系统程序格式第
18、49页/共83页程序体 表示数控加工要完成的全部动作，是整个程序的核心。组成：它由许多程序段组成 O0001；N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 G01 X10.0 Y50.0 F150；N110 M30；程程序序体体 第50页/共83页2.2.程序段的构成程序段的构成程序段：程序段：表示一个完整的加工工步或加工动作。表示一个完整的加工工步或加工动作。程程序序段段号号G G指指令令尺尺寸寸指指令令进进给给速速度度指指令令主主轴轴转转速速指指令令MM指指令令程程序序段段结结束束符符N03N03 G91 G01G91
19、G01 X50 Y60X50 Y60 F200F200 S400S400 M03 M08M03 M08 ；目前广泛采用目前广泛采用地址符可变程序段格式地址符可变程序段格式（字地址程序段格式）（字地址程序段格式）程序段格式程序段格式是指一个程序段中指令字的排列顺序和表达方式。是指一个程序段中指令字的排列顺序和表达方式。第51页/共83页第52页/共83页第53页/共83页 程序结束 用指令M02 或M30，结束整个程序的运行。O0001；N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 G01 X10.0 Y50.0 F150；N
20、110 M30；程序结束指令第54页/共83页2.2.程序段的构成程序段的构成程序段：程序段：表示一个完整的加工工步或加工动作。表示一个完整的加工工步或加工动作。程程序序段段号号G G指指令令尺尺寸寸指指令令进进给给速速度度指指令令主主轴轴转转速速指指令令MM指指令令程程序序段段结结束束符符N03N03 G91 G01G91 G01 X50 Y60X50 Y60 F200F200 S400S400 M03 M08M03 M08 ；目前广泛采用目前广泛采用地址符可变程序段格式地址符可变程序段格式（字地址程序段格式）（字地址程序段格式）程序段格式程序段格式是指一个程序段中指令字的排列顺序和表达方式
21、。是指一个程序段中指令字的排列顺序和表达方式。第55页/共83页 1.程序段序号N 顺序号又称程序段序号，顺序号位于程序段之首，由字母和数字组成。格式：N*(14位数字)例：N0030 G01 X20 Y50 F150 M03；注：注：1）N后面的两个后面的两个00可以省略写成可以省略写成N30 2）程序段序号可以省略不写）程序段序号可以省略不写二二.功能指令简介功能指令简介第56页/共83页二二.功能指令简介功能指令简介 1.准备功能准备功能G指令指令(Preparatory Function)n 使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。n 组成：组
22、成：G*表示表示两位数字两位数字（从从G00到到G99共共100种）种）第57页/共83页二二.功能指令简介功能指令简介 2.辅助功能辅助功能M指令指令(Miscellaneous Function)n 用于用于控制机床的辅助动作，如主轴正反转、冷却液的开停、控制机床的辅助动作，如主轴正反转、冷却液的开停、工件的夹紧松开等。工件的夹紧松开等。n 组成：组成：M*表示表示两位数字两位数字（从从M00到到M99共共100种）种）第58页/共83页 （1）程序停止指令（）程序停止指令（M00）暂停暂停指令指令,作用使程序停止运行。作用使程序停止运行。常用于加工过程中测量工件的尺寸、工件调头、手动变速
23、等固定操作常用于加工过程中测量工件的尺寸、工件调头、手动变速等固定操作。例：N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 G01 X10.0 Y50.0 F150；例：N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 M00N30 G01 X10.0 Y50.0 F150；第59页/共83页（2）选择停止指令（M01）作用和M00相似，是程序停止运行。该指令常用于工件关键性尺寸的停机抽样检查或临时停车的场合等，当检查完毕后，按“启动”键可继续执行以后的程序。第
24、60页/共83页（3）M07、M08为切削液开，为切削液开，M09为切削液关。为切削液关。（4）与主轴有关的指令（）与主轴有关的指令（M03、M04、M05）（5）换刀指令（）换刀指令（M06）（6）程序结束指令（）程序结束指令（M02/M30）第61页/共83页 4.尺寸字 用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。格式：X100 Y100 Z100 例：N0030 G01 X20 Y50 F150 M03；单位是毫米单位是毫米二二.功能指令简介功能指令简介第62页/共83页3.F、S、T指令指令(1)进给速度指令（进给速度指令（F）(Feed Function)功能：设定刀具或工作台移动的速度
25、。功能：设定刀具或工作台移动的速度。组成：组成：F*表示四位数字表示四位数字 单位是单位是mm/min或或mm/r 例：例：G98 F150 表示移动部件进给速度为表示移动部件进给速度为150mm/min。G99 F150 表示表示移动部件进给速度为移动部件进给速度为150mm/r第63页/共83页(2)主轴转速指令（S）(Spindle Function)功能：设定主轴的旋转速度。组成：S*表示四位数字 单位是r/min 例：M03 S300 表示主轴正转转速为300r/min。第64页/共83页(3)刀具功能指令（T）(Tool Function)功能：机床刀具选择指令。组成：T*表示四位
26、数字 例：T0607 其中06是刀具号 第65页/共83页后两位是刀位号后两位是刀位号 例：例：T0607后两位后两位07表示刀具表示刀具的补偿号。的补偿号。第66页/共83页问题：问题：想一下，数控机床是怎么控制刀想一下，数控机床是怎么控制刀 具从小汽车的一段走向另一端，具从小汽车的一段走向另一端，它是怎么准确确定位置的？它是怎么准确确定位置的？第67页/共83页2.3数控机床的坐标系p 进给运动坐标系 ISO和中国标准规定：数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。标准的数控机床坐标系：标准的数控机床坐标系：是一个是一个右手笛卡尔直角坐标系右手笛卡尔直角坐标系，其
27、基本坐标轴为，其基本坐标轴为X X、Y Y、Z Z直角坐标直角坐标.工件不动，刀具相对于静止的工件运动。工件不动，刀具相对于静止的工件运动。增大工件与刀具之间距离的方向为机床某一运动的正方向。增大工件与刀具之间距离的方向为机床某一运动的正方向。第68页/共83页p 坐标轴的判定方法Z轴：平行于机床主轴轴线的坐标轴。（远离工件为正方向）数控车床的Z轴数控立式升降台铣床的Z轴X轴：平行于工件装夹平面的坐标轴，呈水平方向。数控车床的X轴，（指向操作者为正）数控立式升降台铣床的X轴（向右）Y轴：与Z、X轴垂直的坐标轴。第69页/共83页手控盒第70页/共83页机床原点：是机床坐标系的零点.这个原点是在
28、机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点(见机床说明书)，不能随意改变.（1）机床坐标系与机床原点机床原点的建立：用回零运行方式建立。第71页/共83页 在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处主轴中心线的交点处。a.数控车床的原点数控车床的原点第72页/共83页 在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上。b.数控铣床的原点数控铣床的原点第73页/共83页以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的座标系，它具有唯一性.机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系.注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系,仅作
29、为工件坐标系的参考坐标系(即编程坐标与机床坐标系平行但不重合).机床坐标系机床坐标系第74页/共83页第75页/共83页（2）编程坐标系与编程原点 编程坐标系（工件坐标系）：为编程方便在零件、为编程方便在零件、或工装夹具上选定的某一点做原点或工装夹具上选定的某一点做原点.以工件以工件 原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都以此坐标系为准来计算尺寸都以此坐标系为准来计算.p编程原点：为编程方便在零件、或工装夹为编程方便在零件、或工装夹 具上选定的某一点具上选定的某一点.p是编程人员在编制零件加工程序时使用的坐标系，是编程人员在编制零件加工程序时
30、使用的坐标系，可根据零件图纸自行确定可根据零件图纸自行确定.第76页/共83页5、机床参考点、机床参考点 机床参考点与机床原点相对应的还有一个机床参考点（reference point），它也是机床上的一个固定点，一般为机床各坐标轴的正极限位置，它不同于机床原点。数控车床参考点：在机床右下角加工中心的参考点：一般为机床的自动换刀位置。第77页/共83页Thank you!第78页/共83页点击添加文本点击添加文本添加文本点击添加文本点击添加文本第79页/共83页点击添加文本点击添加文本添加文本点击添加文本点击添加文本第80页/共83页点击添加文本点击添加文本添加文本点击添加文本第81页/共83页点击添加文本点击添加文本添加文本点击添加文本第82页/共83页感谢您的观看！第83页/共83页