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第1章数控机床基本知识第1代数控机床：1952年～1959年采用电子管元件构成的专用数控装置（NC）。第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第3代数控机床：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第4代数控机床：从1970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（CNC）。第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统（MNC）。所谓计算机直接数控（DirectNumericalControl，DNC）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）也叫做计算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。计算机集成制造系统（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS），是指用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。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4大部分组成。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当量通常为0.001mm/脉冲。辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型理想传动装置。数控机床通信RS-232接口数控系统的主要任务之一就是控制执行机构按预定的轨迹运动。一般情况是已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，由数控系统实时地算出各个中间点的坐标。即需要“插入、补上”运动轨迹各个中间点的坐标，通常这个过程就称为“插补”。数控机床的分类按控制系统的特点分类1.点位控制数控机床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2．直线控制数控机床这类机床主要有数控车床、数控磨床和数控镗铣床等，相应的数控装置称为直线控制装置。3．轮廓控制数控机床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，功能齐全得多。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开环进给伺服系统通常不带有位置检测元件，伺服驱动元件一般为步进电动机。2．闭环进给伺服系统数控机床3．半闭环进给伺服系统数控机床按工艺用途分类1．金属切削类数控机床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、数控镗床以及加工中心。2．金属成型类数控机床金属成型类数控机床包括数控折弯机、数控组合冲床和数控回转头压力机等。这类机床起步晚，但目前发展很快。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。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。第2章数控编程基础数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。数控机床程序编制过程的主要内容包括：零件图的分析、数控机床的选择、工件装夹方法的确定、加工工艺的确定、刀具的选择、程序的编制、程序的调试。从零件图的分析开始到零件加工完毕。数控加工的程序是数控机床的指令性文件。数控加工工艺概括起来主要包括如下内容。（1）选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。（2）分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。（3）确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序以及处理与非数控加工工序的衔接等。（4）加工工序的设计。如选取零件的定位基准、夹具方案的确定、划分工步、选取刀辅具和确定切削用量等。（5）数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定加工路线。（6）分配数控加工中的容差。（7）处理数控机床上的部分工艺指令。下列一些内容则不宜选择采用数控机床加工：（1）需要通过较长时间占机调整的内容，如以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准的工序等；（2）必须按专用工装协调的孔及其他加工内容。主要原因是采集编程用的资料有困难，协调效果也不一定理想；（3）不能在一次装夹中加工完成的其他零星部位，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排在普通机床进行补加工。选择数控加工方法（1）旋转体零件的加工这类零件一般在数控车床上加工。（2）孔系零件的加工宜用点位元直线控制的数控钻镗床或数控加工中心加工。（3）平面和曲面轮廓零件的加工加工曲面轮廓的零件，多采用三个或三个以上坐标联动的数控铣床或加工中心加工。（4）模具型腔的加工此时可考虑选用数控电火花机床成形加工。（5）平板形零件的加工该类零件可考虑选择数控线切割机床加工。工序划分的原则有两种：工序集中原则和工序分散原则。加工工序划分时，除应考虑工序集中和工序分散外，还需考虑如下一些原则。（1）按粗、精加工划分工序（2）按先面后孔划分工序（3）按所用刀具划分工序工件的装夹方式（1）尽可能选用标准夹具（组合夹具），在成批生产时才考虑专用夹具，并力求夹具结构简单。（2）装卸工件要方便可靠，以缩短辅助时间和保证安全。（3）工件定位夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具产生碰撞的现象。（4）夹具的安装要准确可靠，同时应具备足够的强度和刚度，以减小其变形对加工精度的影响。（5）应尽可能采用气、液压夹具。“对刀点”是指数控加工时，刀具相对工件运动的起点，这个起点也是编程时程序的起点。因此，“对刀点”也称“程序起点”或“起刀点”。在编程时应正确选择对刀点的位置。选择的原则如下：（1）选定的对刀点位置应便于数学处理和使程序编制简单；（2）在机床上容易找正；（3）加工过程中便于检查；（4）引起的加工误差小。对刀时，应使刀位点与对刀点重合。“刀位点”一般是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、面铣刀刀头底面的中心；球头铣刀的球头中心。数控车床进给路线的选择（1）最短的切削进给路线（2）最短的空行程路线（3）大余量毛坯的阶梯切削进给路线数控铣床进给路线的选择（1）铣削外轮廓表面的进给路线（2）铣削内轮廓表面的进给路线顺铣和逆铣的选择当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刀；机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。平面铣削应该用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。在加工中心上钻孔都是无钻模直接钻孔，因此一般钻孔深度约为直径的5倍左右，细长孔子的加工易于折断，要注意冷却和倒屑。车刀刀片的材料主要有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。数控加工工艺文件是编程员编制的与程序单配套的有关技术文件，它是操作者必须遵守、执行的规程。工艺规程卡刀具调整卡数控加工程序单根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算编程时所需要的资料，称为数控加工的数值计算。数值计算的内容包括计算零件轮廓的基点和节点的坐标以及刀具中心运动轨迹的坐标。第3章数控车床编程数控车床品种繁多，按数控系统的功能和机械构成可分为简易数控车床（经济型数控车床）、多功能数控车床和数控车削中心。数控车削中心：在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴。按结构和用途数控车床主要可分为数控卧式车床、数控立式车床和数控专用车床（如数控凸轮车床、数控曲轴车床、数控丝杠车床等）。数控车床的坐标系以径向为x轴方向，纵向为z轴方向。指向主轴箱的方向为z轴的负方向，指向尾架方向是z轴的正方向。x轴是以操作者面向的方向为x轴正方向。x坐标和z坐标指令，在按绝对坐标编程时，使用代码x和z；按增量坐标（相对坐标）编程时，使用代码U和W。程序原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，所以也称为“对刀点”。FANUC系统数控车床程序的编制程序段的构成N＿G＿X(U)＿Z(W)＿F＿M＿S＿T＿；其中，N＿：程序段顺序号；G＿：准备；X(U)＿：x轴移动指令；Z(W)＿：z轴移动；F＿：进给功能；M＿：辅助功能；S＿：主轴功能；T＿：工具功能。程序段格式如下：N4G1X(U)±4.3Z(W)±4.3F3.4M8S4T2其中，N4：代表第4个程序段，用4位数（1～9999）表示，不允许为“0”；X(U)±4.3：坐标可以用正负小数表示，小数点以前4位数，小数点以后3位数；F3.4：进给速度可以用小数表示，小数点以前3位数，小数点以后4位数；几种等效的表示方法：N0012G00M08X0012.340X5000X5.0↓↓↓↓↓↓N12G0M8X12.34X5.X5.定位G00定位指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别规定进给速度。输入格式：G00X(U)Z(W)；（1）“X(U)Z(W)”目标点的坐标（下文同）；（2）X(U)坐标按直径值输入；（3）“；”表示一个程序段的结束。直线插补指令（G01）直线插补指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿x轴、z轴方向执行单轴运动，也可以沿x、z平面内任意斜率的直线运动。输入格式：G01X(U)Z(W)F；圆弧插补指令（G02G03）输入格式：G02XZIKF；或G02XZRF；G03XZIKF；或G03XZRF；（1）用增量坐标U、W也可以；（2）C轴不能执行圆弧插补指令。G32指令能够切削圆柱螺纹、圆锥螺纹、端面螺纹（涡形螺纹）输入格式：G32X(U)Z(W)F；“F”为螺纹的螺距。工件坐标系设定指令（G50）工件坐标系设定指令以程序原点为工件坐标系的中心（原点），指定刀具出发点的坐标值（如图3-19所示）。图3-19G50设定工作坐标系输入格式：G50XZ，其中XZ为刀具出发点的坐标（如图3-19所示）。自动回原点指令（G28）自动回原点指令使刀具自动返回机械原点或经某一中间点回机械原点（如图3-20和图3-21所示）。输入格式：G28X(U)Z(W)T00；（1）X(U)和Z(W)为中间点的坐标。（2）T00（刀具复位）指令必须写在G28指令的同一程序段或该程序段之前。主轴功能指令（S指令）和主轴转速控制指令（G96、G97、G50）主轴功能指令（S指令）是设定主轴转速的指令。（1）主轴最高转速的设定（G50）。（G50）S；中S为主轴最高转速。（2）直接设定主轴转速指令（G97），主轴速度用转速设定，单位为r/min。（G97）S（M38或M39）；（G97）：取消主轴线速度，恒定功能。S（M38或M39）：设定主轴转速（r/min），指令范围为0～9999。（3）设定主轴线速度恒定指令（G96），主轴速度用线速度（m/min）值输入，并且主轴线速度恒定。（G96）S（M38或M39）；（G96）：主轴转速恒定。S（M38或M39）：设定主轴线速度，即切削速度（m/min）。（1）G96（控制线速度恒定指令）：当工件直径变化时主轴每分钟转数也随之变化，这样就可保证切削速度不变，从而提高了切削质量。（2）主轴转速连续变化，M38设定主轴在低速范围变化（粗加工），M39设定主轴在高速范围变化（精加工）。下面介绍几个特殊M代码的使用方法。M03：主轴或旋转刀具顺时针旋转（CW）；M04：主轴或旋转刀具逆时针旋转（CCW）；M05：主轴或旋转刀具停止旋转；每转进给量指令（G99）、每分钟进给量指令（G98）指定进给功能的指令方法有如下两种。（1）每转进给量（G99）输入格