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1、5.1 5.1 制造自动化简述制造自动化简述 5.2 5.2 数控机床及技术数控机床及技术 5.3 5.3 加工中心加工中心 5.4 5.4 虚拟轴机床虚拟轴机床 5.5 5.5 工业机器人工业机器人5.6 5.6 装配线装配线5.7 5.7 自动导向车自动导向车5.8 5.8 质量检测及装备质量检测及装备5.9 5.9 柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）主要内容主要内容第第5章章 先进制造装备及技术先进制造装备及技术5.1 制造自动化简述制造自动化简述（1 1）发展）发展 单机自动化单机自动化 自动线自动线 数控机床数控机床 加工中心加工中心 柔性制造系统柔性制造系统 计算机集成制造
2、系统计算机集成制造系统（2 2）发展方向）发展方向 柔性化柔性化 集成化集成化 智能化智能化5.1.1 5.1.1 制造自动化技术的发展制造自动化技术的发展5.1 制造自动化简述制造自动化简述（1 1）制造自动化）制造自动化 是指用是指用机电设备机电设备工具取代或放大人的体力，甚至取工具取代或放大人的体力，甚至取 代和延伸人的智力，以自动完成特定的作业，实现代和延伸人的智力，以自动完成特定的作业，实现 人机系统人机系统的协调和优化。的协调和优化。包括包括:物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个 生产环节的自动化生产环节的自动化 任务：研究制造过程的规划
3、、管理、组织、控制与任务：研究制造过程的规划、管理、组织、控制与 操作等的自动化操作等的自动化 5.1.2 5.1.2 制造自动化技术的内容制造自动化技术的内容5.1 制造自动化简述制造自动化简述（2 2）制造自动化按对象可以分为）制造自动化按对象可以分为 单机自动化单机自动化 制造过程自动化制造过程自动化 制造系统管理自动化制造系统管理自动化（3 3）制造自动化技术内容）制造自动化技术内容 数控技术数控技术 工业机器人工业机器人 柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）自动检测及信号识别技术自动检测及信号识别技术 过程设备工况监测与控制过程设备工况监测与控制 5.2 数控机床及技术数控机床
4、及技术（1 1）发展）发展 第一代数控系统第一代数控系统：19521952年年 MITMIT研制出一台二坐标联研制出一台二坐标联 动数控铣床动数控铣床 第二代数控系统：第二代数控系统：19591959年年3 3月，月，KenneyKenneyTreckerTrecker Corp Corp发明了带有自动换刀装置的数控机床发明了带有自动换刀装置的数控机床MCMC 第三代数控系统：第三代数控系统：19651965年，出现体积小，功耗低的年，出现体积小，功耗低的 小规模集成电路小规模集成电路 第四代数控系统：第四代数控系统：19701970年前后，大规模集成电路及年前后，大规模集成电路及 小型计算机
5、小型计算机 第五代数控系统：第五代数控系统：19741974年，以微处理器为核心的数年，以微处理器为核心的数 控系统控系统 第六代数控系统：第六代数控系统：19901990年，基于年，基于PC(PC(微机微机)数控系统数控系统 5.2.1 5.2.1 数控机床的发展数控机床的发展5.2 数控机床及技术数控机床及技术 5.2.2 5.2.2 数控机床的组成数控机床的组成（1 1）CNCCNC装置装置 计算机数控装置，即计算机数控装置，即CNCCNC装置，是装置，是CNCCNC系统的核心，由系统的核心，由 微处理器（微处理器（CPUCPU）、存储器存储器、各种各种I/OI/O接口接口及及外围逻辑外
6、围逻辑 电路电路等构成，主要功能有：等构成，主要功能有：多坐标控制；多坐标控制；实现实现 多种函数的插补；多种函数的插补；信息转换功能；信息转换功能；补偿功能；补偿功能；多种加工方式选择；多种加工方式选择；具有故障自诊断功能；具有故障自诊断功能；通信和联网功能等。通信和联网功能等。（2 2）可编程逻辑控制器）可编程逻辑控制器PLCPLC（辅助控制）（辅助控制）可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器PLCPLC，也是一种以微处理器为基础，也是一种以微处理器为基础 的通用型自动控制装置，又称为的通用型自动控制装置，又称为PCPC（Programmable Programmable Controller
7、Controller）或）或PMCPMC（Programmable Machine Programmable Machine Controller Controller），用于完成数控机床的各种逻辑运算和），用于完成数控机床的各种逻辑运算和 顺序控制。顺序控制。（3 3）机床操作面板）机床操作面板（Operator PanelOperator Panel）主要用于手动方式下对机床的操作以及自动方式下主要用于手动方式下对机床的操作以及自动方式下 对机床的操作或干预。对机床的操作或干预。（4 4）数控面板）数控面板 主要由显示器、手动数据输入（主要由显示器、手动数据输入（Manual Data I
8、nput，简称，简称MDIMDI）键盘组成，又称为）键盘组成，又称为MDIMDI面板。面板。5.2 数控机床及技术数控机床及技术（5 5）进给伺服系统）进给伺服系统 由进给伺服单元和伺服电机组成，还应包括位置检测由进给伺服单元和伺服电机组成，还应包括位置检测 反馈装置。反馈装置。脉冲当量脉冲当量或最小设定单位，或最小设定单位，CNCCNC装置每发出一个控制装置每发出一个控制 脉冲，机床刀架或工作台的移动距离脉冲，机床刀架或工作台的移动距离 5.2 数控机床及技术数控机床及技术（6 6）主轴伺服系统）主轴伺服系统 主轴驱动与进给驱动区别很大，电机功率输出应为主轴驱动与进给驱动区别很大，电机功率输
9、出应为 2.2250KW；进给电机一般是恒转矩调速，而主电机除了有较大范进给电机一般是恒转矩调速，而主电机除了有较大范 围的恒转矩调速外，还要有较大范围的恒功率调速。围的恒转矩调速外，还要有较大范围的恒功率调速。5.2 数控机床及技术数控机床及技术（7 7）机床本体）机床本体 主传动系统及主轴部件（电主轴）主传动系统及主轴部件（电主轴）；5.2 数控机床及技术数控机床及技术（7 7）机床本体）机床本体 进给系统（滚珠丝杠、滚动导轨）进给系统（滚珠丝杠、滚动导轨）5.2 数控机床及技术数控机床及技术（7 7）机床本体）机床本体 数控回转工作台数控回转工作台 5.2 数控机床及技术数控机床及技术（
10、7 7）机床本体）机床本体 刀具及自动换刀系统刀具及自动换刀系统 5.2 数控机床及技术数控机床及技术（1 1）分类）分类 按工艺用途分按工艺用途分u金属切削类数控机床金属切削类数控机床u金属成形类数控机床金属成形类数控机床u数控特种加工机床数控特种加工机床 按伺服控制系统分按伺服控制系统分u开环控制数控机床开环控制数控机床u闭环控制数控机床闭环控制数控机床u半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床 5.2.3 5.2.3 数控机床的分类与特点数控机床的分类与特点5.2 数控机床及技术数控机床及技术（1 1）分类）分类 按数控系统的功能水平分按数控系统的功能水平分u高档数控机床高档数控机床u中档数
11、控机床中档数控机床u低档数控机床低档数控机床（2 2）特点）特点 高精度高精度 高效率高效率 高柔性高柔性 高自动化高自动化 高效益高效益5.2 数控机床及技术数控机床及技术（1 1）运动控制）运动控制 点位控制点位控制u刀具点到另点精确定位运动刀具点到另点精确定位运动u对轨迹不作控制要求对轨迹不作控制要求u运动过程中不进行任何加工运动过程中不进行任何加工u适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机测量机 直线控制直线控制 u控制点到点的精确定位控制点到点的精确定位u要求以给定的进给速度要求以给定的进给速度u进行直线移动和切削加工进行直线移动
12、和切削加工5.2.4 5.2.4 数控加工原理数控加工原理5.2 数控机床及技术数控机床及技术（1 1）运动控制）运动控制 轮廓控制：对多个轮廓控制：对多个坐标轴坐标轴同时进行控制，使之同时进行控制，使之协调协调 运动运动(坐标联动坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的，使刀具相对工件按程序规定的轨轨 迹和速度迹和速度运动，在运动过程中进行运动，在运动过程中进行连续切削加工连续切削加工。5.2 数控机床及技术数控机床及技术 XTLiLYitiXiL2L1L0Y（2 2）坐标系）坐标系 数控机床坐标轴系及运动方向数控机床坐标轴系及运动方向 5.2 数控机床及技术数控机床及技术 标准坐标系标准坐标
13、系+Z+X+Y+Z+Y+X、+Y或或+Z+X+X+A+B+Z+C+A、+B或或+C+Y（2 2）坐标系）坐标系 数控机床坐标轴系及运动方向数控机床坐标轴系及运动方向 5.2 数控机床及技术数控机床及技术 立式升降台数控铣床立式升降台数控铣床数控车床的标准坐标系数控车床的标准坐标系+C+Z+X（3 3）插补原理）插补原理（InterpolationInterpolation）概念：机床数控系统依据一定方法确定刀具运动轨概念：机床数控系统依据一定方法确定刀具运动轨 迹、进而产生基本廓型的过程。迹、进而产生基本廓型的过程。种类种类 u直线插补直线插补 u圆弧插补圆弧插补 方法方法u基准脉冲插补：步进
14、电机驱动的开环系统基准脉冲插补：步进电机驱动的开环系统 逐点比较法逐点比较法 数字积分法数字积分法 u数据采样插补：闭环或半闭环系统数据采样插补：闭环或半闭环系统 直线函数法直线函数法 扩展数字积分法扩展数字积分法 5.2 数控机床及技术数控机床及技术（4 4）逐点比较法）逐点比较法 插补原理插补原理 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补u偏差函数构造偏差函数构造 直线插补时，通常将坐标原点设在直线起点上。对于第一象限直线直线插补时，通常将坐标原点设在直线起点上。对于第一象限直线OA，如右图所示，其方程可表示为：，如右图所示，其方程可表示为：若刀具加工点为若刀具加工点为Pi（Xi，Yi），则该
15、点的），则该点的 偏差函数偏差函数Fi可表示为可表示为:5.2 数控机床及技术数控机床及技术（4 4）逐点比较法）逐点比较法 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补u偏差函数字的递推计算偏差函数字的递推计算 若若Fi=0，规定，规定+X方向走一步，若坐标单位用脉冲当量表示，则有：方向走一步，若坐标单位用脉冲当量表示，则有：若若Fi 0，规定，规定+Y方向走一步，则有：方向走一步，则有：u终点判别终点判别 判断插补或进给的判断插补或进给的总步数总步数；分别判断分别判断各坐标轴的进给步数各坐标轴的进给步数；仅判断仅判断进给步数较多进给步数较多的坐标轴的进给步数。的坐标轴的进给步数。5.2 数控机床及
16、技术数控机床及技术（4 4）逐点比较法）逐点比较法 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补u直线插补举例直线插补举例 对于第一象限直线对于第一象限直线OA，终点坐标，终点坐标 ，5.2 数控机床及技术数控机床及技术 步数步数偏差判偏差判别别坐坐标进给标进给偏差偏差计计算算终终点判点判别别0F0=0=101F=0+XF1=F0-ye=0-4=-4=10-1=92F0+XF3=F2-ye=2-4=-2=8-1=74F0+XF5=F4-ye=4-4=0=6-1=56F=0+XF6=F5-ye=0-4=-4=5-1=47F0+XF8=F7-ye=2-4=-2=3-1=29F0+XF10=F9-ye=4-
17、4=0=1-1=0（4 4）逐点比较法）逐点比较法 逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补 u偏差函数构造偏差函数构造 若加工半径为若加工半径为R的圆弧的圆弧AB，将坐标原点定在圆心上。对于任意加工，将坐标原点定在圆心上。对于任意加工点点 ，其偏差函数，其偏差函数 可表示为：可表示为：5.2 数控机床及技术数控机床及技术 B（Xb,Yb）Pi”Pi(Xi,Yi)aA(Xa,Ya)Pi（4 4）逐点比较法）逐点比较法 逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补 u偏差函数的递推计算偏差函数的递推计算 逆圆插补逆圆插补 若若F0，规定，规定-X方向走一步，则有：方向走一步，则有：若若Fi 0，规定，规定+
18、Y方向走一步，则有：方向走一步，则有：顺圆插补顺圆插补 若若Fi 0，规定，规定-Y方向走一步，则有：方向走一步，则有：5.2 数控机床及技术数控机床及技术（4 4）逐点比较法）逐点比较法 逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补 u终点判别终点判别 判断插补或进给的总步数判断插补或进给的总步数 分别判断各坐标轴的进给步数，分别判断各坐标轴的进给步数，u举例举例 对于第一象限圆弧对于第一象限圆弧AB，起点，起点A（4，0），终点），终点B（0，4），必须采用），必须采用逆圆插补方法逆圆插补方法，其运算过程如下表所示：，其运算过程如下表所示：5.2 数控机床及技术数控机床及技术 步数步数偏差判偏差判
19、别别坐坐标进给标进给偏差偏差计计算算坐坐标计标计算算终终点判点判别别起点起点F0=0 x0=4,y0=0=4+4=81F0=0-xF1=F0-2x0+1 =0-2*4+1=-7x1=4-1=3y1=0=8-1=72F10+yF2=F1+2y1+1 =-7+2*0+1=-6x2=3y2=y1+1=1=7-1=63F20+yF3=F2+2y2+1=-3x3=4,y3=2=54F30-xF5=F4-2x4+1=-3x5=4,y5=0=36F50-xF7=F6-2x6+1=1x7=4,y7=0=18F70-xF8=F7-2x7+1=0 x8=4,y8=0=0（4 4）逐点比较法）逐点比较法 逐点比较法
20、的象限处理逐点比较法的象限处理 u分别处理法分别处理法u坐标变换法坐标变换法 5.2 数控机床及技术数控机床及技术（5 5）数字积分法）数字积分法 插补原理插补原理 若加工图中的圆弧若加工图中的圆弧AB，刀具，刀具 在在X、Y轴方向的速度必须满足：轴方向的速度必须满足：用积分法可以求得刀具在用积分法可以求得刀具在X、Y 方向的位移方向的位移 其数字积分表达式为其数字积分表达式为 5.2 数控机床及技术数控机床及技术（5 5）数字积分法）数字积分法 DDADDA法直线插补法直线插补 uDDA法直线插补的积分表达式法直线插补的积分表达式 将其代入积分表达式：将其代入积分表达式：令令 ，则，则 积分
21、值积分值=溢出脉冲数溢出脉冲数+余数余数 5.2 数控机床及技术数控机床及技术（5 5）数字积分法）数字积分法 DDADDA法直线插补法直线插补 u终点判别终点判别 若累加次数若累加次数 ，则：，则：u举例举例 插补第一象限直线插补第一象限直线OEOE，起点为，起点为O O（0 0，0 0），终点为），终点为E E（5 5，3 3）。取）。取 被积函数寄存器分别为被积函数寄存器分别为 、，余数寄存器分别为，余数寄存器分别为 、，终，终 点计数器为点计数器为 ，均为三位二进制寄存器。，均为三位二进制寄存器。5.2 数控机床及技术数控机床及技术（5 5）数字积分法）数字积分法 DDADDA法圆弧插
22、补法圆弧插补 uDDA法圆弧插补的积分表达式法圆弧插补的积分表达式 图为第一象限圆弧，圆心图为第一象限圆弧，圆心O O位于坐标原点，两端点为位于坐标原点，两端点为A A（X XA A，Y YA A）、）、B B（X XB B，Y YB B），刀具位置为），刀具位置为P P（X Xi i，Y Yi i），若采用逆时针加工，有：），若采用逆时针加工，有：5.2 数控机床及技术数控机床及技术 令令（5 5）数字积分法）数字积分法 DDADDA法圆弧插补法圆弧插补 uDDA法圆弧插补的积分表达式法圆弧插补的积分表达式 显然用显然用DDADDA法进行圆弧插补时，是对切削点的即时坐标法进行圆弧插补时，是对
23、切削点的即时坐标X Xi i与与Y Yi i的数值分的数值分别进行累加，若累加器（别进行累加，若累加器（Y Yi i）与）与J Jvyvy（X Xi i）产生溢出，则在相应坐标）产生溢出，则在相应坐标方向进给一步，进给方向则决定于圆弧所在象限、以及顺圆或逆圆方向进给一步，进给方向则决定于圆弧所在象限、以及顺圆或逆圆插补的情况。插补的情况。u终点判别终点判别 不能通过插补运算的次数来判别，而必须根据进给次数来判别。不能通过插补运算的次数来判别，而必须根据进给次数来判别。5.2 数控机床及技术数控机床及技术（5 5）数字积分法）数字积分法 DDADDA法圆弧插补法圆弧插补 u举例举例 对于对于象限
24、圆弧，两端点为象限圆弧，两端点为A A（5 5，0 0）和）和B B（0 0，5 5），采用逆圆插补，），采用逆圆插补，插补脉冲计算过程如下表：插补脉冲计算过程如下表：5.2 数控机床及技术数控机床及技术（1 1）程序结构）程序结构 一个完整的数控加工程序由一个完整的数控加工程序由程序号程序号和和程序段程序段构成构成 程序段是由按一定顺序和规定排列的程序段是由按一定顺序和规定排列的“功能字功能字”组成组成 一个大型的程序还可由一个大型的程序还可由主程序主程序和和子程序子程序构成构成（2 2）程序段格式）程序段格式N-N-GxxGxx X-X-Y-Y-Z-Z-F-F-S-S-T-T-MxxMxx
25、 LFLF(或或CR)CR)程序段号程序段号N-N-u程序段的标号，主要用于程序段的检索程序段的标号，主要用于程序段的检索 u若若N前面加前面加“/”表示跳读表示跳读 5.2.5 5.2.5 数控加工编程技术数控加工编程技术5.2 数控机床及技术数控机床及技术（2 2）程序段格式）程序段格式 准备功能字准备功能字(GxxGxx)u功能功能 对加工环境进行设置对加工环境进行设置加工平面，进给速度与主轴转速的单加工平面，进给速度与主轴转速的单 位，坐标系的建立与选择等；位，坐标系的建立与选择等；规定基本运动规定基本运动直线运动、圆弧运动、螺旋线运动；直线运动、圆弧运动、螺旋线运动；固定循环运动；固
26、定循环运动；刀具补偿刀具补偿长度补偿，半径补偿，位置补偿。长度补偿，半径补偿，位置补偿。u基本基本G代码与功能代码与功能 G00,G01直线运动直线运动 G33G35：螺纹加工：螺纹加工 G02,G03圆弧运动圆弧运动 G17,G18,G19指定加工平面指定加工平面 G40G44：刀具补偿：刀具补偿 G73,G74固定循环指令固定循环指令 G90,G91坐标类型坐标类型 G54-G59工件坐标系选择工件坐标系选择 G27,G28,G29回参考点回参考点5.2 数控机床及技术数控机床及技术（2 2）程序段格式）程序段格式 准备功能字准备功能字(GxxGxx)u定位与加工定位与加工G指令指令 快速
27、定位指令快速定位指令G00 Nxx G90（或（或G91）G00 X-Y-Z-LF 直线插补指令直线插补指令G01 Nxx G90（或（或G91）G01 X-Y-Z-F-LF 圆弧插补指令圆弧插补指令G02和和G03 G33/G34/G35/G36螺纹加工螺纹加工 G33（34）X（U）-Z（W）-F（E）-Q-K-*X螺纹长度的螺纹长度的X坐标坐标 Z螺纹长度的螺纹长度的Z坐标坐标 F轴向螺距（导程）轴向螺距（导程）Q螺纹切削偏移角度（对于多头螺纹）螺纹切削偏移角度（对于多头螺纹）5.2 数控机床及技术数控机床及技术（2 2）程序段格式）程序段格式 进给功能字进给功能字FXXXFXXXu刀具
28、或坐标轴的移动速度，单位可以为刀具或坐标轴的移动速度，单位可以为mm/min，inch/min，mm/rev作为单位，其中常用单位为作为单位，其中常用单位为 mm/min 主轴功能字主轴功能字SXXXSXXXu规定了主轴转速；单位一般为规定了主轴转速；单位一般为r/min 刀具功能字刀具功能字TXXTXX（TXXXXTXXXX）uTXXXX：前两位为刀具的序号，后两位为刀具补偿：前两位为刀具的序号，后两位为刀具补偿 号，多用于车床号，多用于车床uTXX：指出刀具的序号，多用于钻、铣床。：指出刀具的序号，多用于钻、铣床。5.2 数控机床及技术数控机床及技术（2 2）程序段格式）程序段格式 辅助功
29、能字辅助功能字M M功能字功能字u功能功能：规定机床完成加工辅助动作，如换刀，开、关：规定机床完成加工辅助动作，如换刀，开、关 冷却液，主轴转向及停止等冷却液，主轴转向及停止等 uM指令：指令：MOO：程序暂停。：程序暂停。MO2：程序结束：程序结束 M03/M04/M05：主轴正转：主轴正转/反转反转/停止停止 M06：自动换刀：自动换刀 M08/09：冷却液打开：冷却液打开/关闭关闭 回车，用回车，用LFLF或或 *表示。表示。5.2 数控机床及技术数控机床及技术（3 3）刀具补偿）刀具补偿 刀具补偿原理与功能刀具补偿原理与功能 u补偿原理补偿原理 刀架参考点：安装刀具的刀架参考点：安装刀
30、具的刀架刀架和和主轴头主轴头上必须设置个上必须设置个参考点参考点 补偿原理：在补偿原理：在刀架参考点刀架参考点与与刀具切削点刀具切削点之间进行位置偏置，之间进行位置偏置，从而使数控系统的从而使数控系统的控制对象控制对象由由刀架参考点刀架参考点变换到变换到刀尖或刀刃刀尖或刀刃 边缘边缘 u功能：功能：方便编程，编程时不必考虑刀具结构尺寸方便编程，编程时不必考虑刀具结构尺寸 更换刀具或刀具因磨损尺寸变化时不必更改程序更换刀具或刀具因磨损尺寸变化时不必更改程序 通过改变刀具补偿值可使用同一把刀同一程序进行粗、精切通过改变刀具补偿值可使用同一把刀同一程序进行粗、精切 可以纠正刀具安装误差或对刀误差。可
31、以纠正刀具安装误差或对刀误差。5.2 数控机床及技术数控机床及技术（3 3）刀具补偿）刀具补偿 刀具补偿原理与功能刀具补偿原理与功能 u刀具补偿种类刀具补偿种类 刀具半径补偿刀具半径补偿 长度补偿长度补偿u应用应用 对于圆周切削的铣刀需要一个半径补偿值对于圆周切削的铣刀需要一个半径补偿值 对于同时进行圆周和端面切削的铣刀则需要一个半径补偿值对于同时进行圆周和端面切削的铣刀则需要一个半径补偿值 和一个长度补偿值和一个长度补偿值 对于车刀，需要对于车刀，需要2个长度补偿值个长度补偿值 5.2 数控机床及技术数控机床及技术（3 3）刀具补偿）刀具补偿 刀具半径补偿刀具半径补偿 u刀具半径补偿功能和类
32、型刀具半径补偿功能和类型 C功能刀补：功能刀补：CNC系统根据编程轨迹系统根据编程轨迹(零件廓形零件廓形)和立铣刀或其和立铣刀或其 它圆头刀具的半径自动生成刀具中心的轨迹，并自动处理起它圆头刀具的半径自动生成刀具中心的轨迹，并自动处理起 刀、退刀和零件廓形中的拐角过渡的运算。刀、退刀和零件廓形中的拐角过渡的运算。B功能刀补：功能刀补：只能处理单程序段补偿，要由编程员额外编程进只能处理单程序段补偿，要由编程员额外编程进 行拐角过渡，编程复杂。行拐角过渡，编程复杂。u刀具半径补偿指令刀具半径补偿指令 G41左补偿指令：规定刀具中心位于编程轨迹前进方向的左边左补偿指令：规定刀具中心位于编程轨迹前进方
33、向的左边 G42 右补偿：规定刀具中心位于编程轨迹前进方向的右边右补偿：规定刀具中心位于编程轨迹前进方向的右边 G40取消刀具半径补偿取消刀具半径补偿 5.2 数控机床及技术数控机床及技术（3 3）刀具补偿）刀具补偿 刀具长度补偿刀具长度补偿 u传统方式传统方式 G43正补偿：正补偿：规定机床运动终点坐标为编程坐标加上一个刀补规定机床运动终点坐标为编程坐标加上一个刀补 长度。长度。G44负补偿：负补偿：规定机床运动终点坐标为编程坐标减去一个刀补规定机床运动终点坐标为编程坐标减去一个刀补 长度长度。G40（G49）取消刀具半径补偿）取消刀具半径补偿，G49一般仅用于撤销刀具长一般仅用于撤销刀具长
34、 度补偿。度补偿。u简单方式简单方式 刀具标号（刀具标号（T-）和）和Z功能字（功能字（Z-）5.2 数控机床及技术数控机床及技术（3 3）编程实例）编程实例 轮廓铣削加工的程序编制轮廓铣削加工的程序编制 u数控铣床的数控装置具有多种插补方法，一般都具有数控铣床的数控装置具有多种插补方法，一般都具有 直线插补和圆弧插补。直线插补和圆弧插补。u程序编制时要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具程序编制时要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具 位置补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿和固定循环位置补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿和固定循环u实例实例 立铣刀直径立铣刀直径 20mm 刀具长度补偿刀具长度补偿H
35、03 刀具半径补偿刀具半径补偿D30 5.2 数控机床及技术数控机床及技术 N1 G92 X0 Y0 Z0 *建立工件坐标系建立工件坐标系N2 G30 Y0 M06 T06 *返回第二参考点换刀返回第二参考点换刀N3 G00 G90 X0 Y90 *快速移至快速移至P点点N4 G43 Z0 H03 S440 M03*长度补偿，主轴正转长度补偿，主轴正转N5 G41 G17 X30.0 D30 F100*半径补偿，移至半径补偿，移至A点点N6 G01 X60.0 Y120.0 *加工加工AB段段N7 G02 X90.0 I0 J-30.0 *加工圆弧加工圆弧BCN8 G01 X120.0 *加工
36、加工CD段段N9 G02 X150.0 Y120.0 I130.0*加工圆弧加工圆弧DEN10 G01 X135.0 Y90.0 *加工加工EF段段N11 X150.0 Y60.0 *加工加工FG段段N12 X120.0 *加工加工GH段段N13 X90.0 Y30.0 *加工加工HI段段N14 X45.0 Y60.0 *加工加工IJ段段N15 X30.0 Y90.0 *加工加工JA段段N16 G40 G00 X0 Y90.0 *取消刀补取消刀补N17 X0 Y0 Z0 *返回原点返回原点N18 M30 *程序结束程序结束（3 3）编程实例）编程实例 车削加工的程序编制车削加工的程序编制 u坐
37、标轴设定坐标轴设定 纵向为纵向为z轴，正向指向床尾；轴，正向指向床尾；工件径向为工件径向为x轴，其正向会因刀架不同而不同，标准正方向是轴，其正向会因刀架不同而不同，标准正方向是 远离操作者。远离操作者。绝对坐标（绝对坐标（X、Z）和增量坐标（）和增量坐标（U、W）X和和U坐标值使用坐标值使用“直径值直径值”G02 X50.0 Z30.0 I25.0 F30；或或G02 U20.0 W-20.0 I25.0 F30；或或G02 X50.0 Z30.0 R25.0 F30；或或G02 U20.0 W-20.0 R25.0 F30；5.2 数控机床及技术数控机床及技术（3 3）编程实例）编程实例 车
38、削加工的程序编制车削加工的程序编制 u刀具补偿刀具补偿 一般精度加工一般精度加工或加工或加工圆柱面和端面圆柱面和端面时，可将刀尖看成一个点，时，可将刀尖看成一个点，忽略忽略刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径；精加工圆弧面和圆锥面精加工圆弧面和圆锥面时，刀尖圆弧半径补偿时，刀尖圆弧半径补偿必需使用必需使用G41和和 G42设定，用设定，用G40取消。取消。对于多数车床的对于多数车床的CNC系统，车刀的两个方向的长度补偿功能系统，车刀的两个方向的长度补偿功能 可通过调用可通过调用T功能字功能字自动设定。自动设定。5.2 数控机床及技术数控机床及技术（3 3）编程实例）编程实例 车削加工的程序编制车削加工的程
39、序编制 u车削固定循环功能车削固定循环功能 纵向车削固定循环纵向车削固定循环 G77 X(U)_ Z(W)_ R-F_*在增量编程中，地址在增量编程中，地址U、W值的符号取决于轨迹值的符号取决于轨迹1、2的方向的方向 在直径编程时，应将在直径编程时，应将U2 、X2变为变为U和和X值值 R数值表示左、右端面之差，数值表示左、右端面之差，用于正、反锥面车削用于正、反锥面车削 5.2 数控机床及技术数控机床及技术 （3 3）编程实例）编程实例 车削加工的程序编制车削加工的程序编制 u车削固定循环功能车削固定循环功能 螺纹车削固定循环螺纹车削固定循环 G78 X(U)_ Z(W)_ R-F_*F表示
40、螺纹导程地址表示螺纹导程地址 R数值表示左、右端面之差，数值表示左、右端面之差，用于正、反锥面车削用于正、反锥面车削 图中图中R表示快速表示快速 F表示进给速度表示进给速度 r是结束螺纹切削的退刀参数是结束螺纹切削的退刀参数 5.2 数控机床及技术数控机床及技术 （3 3）编程实例）编程实例 车削加工的程序编制车削加工的程序编制 u车削固定循环功能车削固定循环功能 端面车削固定循环端面车削固定循环 5.2 数控机床及技术数控机床及技术 （3 3）编程实例）编程实例 车削加工的程序编制车削加工的程序编制 u编程实例编程实例 车削标准试件，该零件需要精加工，选用具有直线和圆弧插补车削标准试件，该零
41、件需要精加工，选用具有直线和圆弧插补 功能的数控车床。图中功能的数控车床。图中 85不加工。确定加工工艺及工艺路线：不加工。确定加工工艺及工艺路线：先倒角先倒角切削螺纹的实际外圆切削螺纹的实际外圆 47.8(47.8是是M481.5螺纹的实螺纹的实 际外径际外径)切削锥度部分切削锥度部分车削车削 62外圆外圆倒角倒角车削车削 80切削切削 圆弧部分圆弧部分车削车削 80 切槽切槽 车螺纹车螺纹 选择刀具：选择刀具：号刀车外圆，号刀车外圆，号刀切槽，号刀切槽，号刀车螺纹。号刀车螺纹。确定切削用量确定切削用量 车外圆时，主轴转速确定为车外圆时，主轴转速确定为S31=630r/min，进给速度选择为
42、，进给速度选择为F15 切槽时，主轴转速度为切槽时，主轴转速度为S23=315r/min，进给速度选择为，进给速度选择为F10 车削螺纹时，主轴转速定为车削螺纹时，主轴转速定为S22=220r/min，进给速度选为，进给速度选为F3305.2 数控机床及技术数控机床及技术 （3 3）编程实例）编程实例 车削加工的程序编制车削加工的程序编制 u编程实例编程实例 编写程序清单编写程序清单 5.2 数控机床及技术数控机床及技术 N001 G92 X200.0 Z350.0 LF坐标设定N002 G00 X41.8 Z292.0 S31 M03 T11 M08 LF换上I号刀运行N003 G01 X4
43、7.8 Z289.0 F15 LF倒角N004 U0 W-59.0 LF47.8N005 X50.0 W0 LF退刀N006 X62.0 W-60.0 LF锥度N007 U0 Z155.0 LF62N008 X78.0 W0 LF退刀N009 X80.0 W-1.0 LF倒角N010 U0 W-19.0 LF80N011 G02 U0 W-60.0 I63.25 K-30.0 LF圆弧N012 G01 U0 Z65.0 LF80N013 X90.0 W0 LF退刀N014 G00 X200.0 Z350.0 M05 T10 M09 LF退刀，取消I号刀补5.2 数控机床及技术数控机床及技术（3
44、 3）编程实例）编程实例 车削加工的程序编制车削加工的程序编制 u编程实例编程实例 编写程序清单编写程序清单 N015 X51.0 Z230.0 S23 M03 T22 M08 LF换上II号刀运行N016 G01 X45.0 W0 F10 LF割槽N017 G04 U0.5 LF延迟N018 G00 X51.0 W0 LF退刀N019 X200.0 Z350.0 M05 T20 M09 LF退刀，取消II号刀补N020 X52.0 Z296.0 S22 M03 T33 M08 LF车螺纹起始位置，换上III号刀运行N021 G78 X47.2 Z231.5 F330.0 LF直螺纹循环N02
45、2 X46.6 W-64.5 LF直螺纹循环N023 X46.1 W-64.5 LF直螺纹循环N024 X45.8 W-64.5 LF直螺纹循环N025 G00 X200.0 Z350.0 T30 M02 LF退至起点，取消III号 刀补 （1 1）加工中心的组成）加工中心的组成 基础部件基础部件 主轴部件主轴部件 数控系统数控系统 自动换刀装置自动换刀装置 （2 2）加工中心的工作原理）加工中心的工作原理 将将铣削铣削、镗削镗削、车削车削 钻削钻削等功能聚集在等功能聚集在一台机床一台机床，且有且有自动换刀装置自动换刀装置和和刀库刀库。工件经工件经一次装夹一次装夹后，可依次后，可依次 完成完成
46、多个面多个面上的上的多工序多工序加工。加工。5.3.1 5.3.1 加工中心的组成与工作原理加工中心的组成与工作原理5.3 加工中心加工中心 1数控柜 2刀库和换刀机构 3立柱 4主轴 5操作面板6工作台装置 7床身（1 1）加工中心的分类）加工中心的分类 按工艺用途分为按工艺用途分为u镗铣加工中心镗铣加工中心u车铣复合加工中心车铣复合加工中心u钻削加工中心钻削加工中心 按主轴特征分按主轴特征分 u立式镗铣加工中心立式镗铣加工中心u卧式镗铣加工中心卧式镗铣加工中心（2 2）加工中心的特点）加工中心的特点 “三高三高”对加工对象的适应性强对加工对象的适应性强 工序集中工序集中 智能化程度高智能化
47、程度高5.3.2 5.3.2 加工中心的分类与特点加工中心的分类与特点5.3 加工中心加工中心（1 1）虚拟轴机床的概念）虚拟轴机床的概念 实际上是一种数控机床。也称为实际上是一种数控机床。也称为并联机床并联机床 （Parallel Machine ToolParallel Machine Tool），并联运动学机器），并联运动学机器 （Parallel Kinematics MachineParallel Kinematics Machine）（2 2）虚拟机床的发展）虚拟机床的发展 2020世世纪纪9090年年代代发发展展起起来来的的一一种种新新型型机机床床，被被誉誉为为“机机 床床结结构
48、构的的重重大大革革命命”、“2l2l世世纪纪机机床床”，问问世世后后引引起了起了 世界各国制造业的广泛关注。世界各国制造业的广泛关注。5.4.1 5.4.1 虚拟轴机床的发展虚拟轴机床的发展5.4 虚拟轴机床虚拟轴机床（1 1）虚拟轴机床的结构）虚拟轴机床的结构 5.4.2 5.4.2 虚拟轴机床的结构与原理虚拟轴机床的结构与原理5.4 虚拟轴机床虚拟轴机床虚拟轴虚拟轴机床外观图机床外观图虚拟轴虚拟轴机床主轴头机床主轴头工作台工作台实质上实质上是机器人技术与机床结构是机器人技术与机床结构技术相结合的产物。其原型是采技术相结合的产物。其原型是采用并联机构的用并联机构的StewartStewart
49、型并联机器型并联机器人操作机。人操作机。（2 2）虚拟轴机床的原理）虚拟轴机床的原理 主要由机床上方的主要由机床上方的固固 定平台定平台和下方的和下方的活动平台活动平台 及连接两个平台的及连接两个平台的六个可六个可 变长度连杆构成变长度连杆构成，每个连，每个连 杆由一个独立的杆由一个独立的伺服电机伺服电机 驱动驱动，连杆长度通过，连杆长度通过精密精密 滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动改变；机床改变；机床 的的主轴部分主轴部分和和刀具刀具安装在安装在 活动平台中心。活动平台中心。5.4.2 5.4.2 虚拟轴机床的结构与原理虚拟轴机床的结构与原理5.4 虚拟轴机床虚拟轴机床固定平台驱动杆虚拟轴机床的原理
50、虚拟轴机床的原理动平台（1 1）虚拟轴机床的特点）虚拟轴机床的特点 刚度高刚度高 精度高精度高 速度快速度快 加工适应性强加工适应性强 机床重组性好机床重组性好 （2 2）国内的主要科研单位）国内的主要科研单位 清华大学清华大学 东大大学东大大学 燕山大学燕山大学 深圳中科院深圳中科院 5.4.2 5.4.2 虚拟轴机床的特点虚拟轴机床的特点5.4 虚拟轴机床虚拟轴机床（1 1）19541954年，美国戴沃尔提出年，美国戴沃尔提出“工业机器人工业机器人”（Industrial Industrial RobotRobot）的概念）的概念 （2 2）6060年代年代,工业机器人进入成长期，并被用于