数控机床原理第02章
数控编程基础知识
①： 适分析零件图样和工艺要求。 ②： 适数值计算。 ③： 编写加工程序单。 ④： 制作控制介质，输入程序信息。 ⑤： 程序校验
2021/3/28
2
第二章 数控编程基础知识
二、数控编程的方法
1. 手工编程
从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、输 入程序直至校验等各步骤均由人工完成。
N020
G0 X0 Y0;
N030
Z100;
N040
G1 X100 Y100,R10 F120;
N050
G0 Z100;
N060
M30;
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Siemens系统 LJX1 G17 G40 G54 G90 G94; M3 S2000; G0 X0 Y0;
Z100; G1 X100 Y100,RND10 F120; G0 Z100; M30;
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第二章 数控编程基础知识
1、程序号
每个程序都要进行编号。程序号由位址O（字母O） 跟4位数字组成。如:
O 1000
程序的编号（1000号程序） 程序号地址（编号的指令码）
注意：1.不同的数控系统，程序号位址不一样。如Siemens用%表示。 2.程序号必须在程序的最前面，并单独占一行程序段。 3.8000至9999常用于机床制造商，用户最好不用。O9999、O .9999
方式简单，容易掌握，自动编程的基础。 适用于中等复杂、计算量不大的零件编程。 2. 自动编程
借助于数控语言编程系统或图形编程系统及相应的前置、
后置处理程序，由计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ机自动生成零件加工程序。分为数控
语言编程和图形交互式编程（CAXA、MC、UG、CATIA、SW等）、 语音式自动编程和实物模型式自动编程等。
机床数控原理与系统课件
数控编程的方法
数控编程的方法包括手工编程和自动编程两 种。手工编程是依靠人工进行编程，适用于 简单的零件加工；自动编程是利用计算机进 行编程，适用于复杂的零件加工。
CNC系统的插补原理
插补的概念
插补是指在两个已知坐标点之间进行数据点 的密化处理，生成中间点的坐标数据。
插补的方法
插补的方法包括直线插补和圆弧插补两种。 直线插补是在两点之间进行直线插补，生成 一系列中间点的坐标数据；圆弧插补是在两 点之间进行圆弧插补，生成一系列中间点的
润滑保养
按照机床制造商的推荐，定期对 数控机床的滑动部分和传动部件 进行润滑，以减少磨损和摩擦。
数控机床的故障分类与诊断方法
硬件故障
包括电气元件损坏、线路故障等，需 要通过检查和更换损坏部件来解决。
软件故障
由于程序错误或系统设置不当引起的 故障，需要修正程序或调整系统设置 。
机械故障
如传动部件卡滞、轴承损坏等，需要 修复或更换损坏的机械部件。
误差补偿的方法包括温度补偿、非 线性补偿、重复定位误差补偿等， 根据具体的应用场景和要求选择合 适的补偿方法。
06 数控机床的维护 与故障诊断
数控机床的日常维护与保养
定期检查
对数控机床进行定期检查，包括 电气系统、机械部件、冷却系统 等，确保各部分正常工作。
清洁保养
保持数控机床的清洁，定期清理 灰尘和杂物，以防止对机床精度 和寿命造成影响。
坐标数据。
04 数控机床伺服系 统
伺服系统的组成与分类
要点一
伺服系统的组成
伺服系统是数控机床的重要组成部分，主要由伺服驱动器 、伺服电机和反馈装置等组成。
要点二
伺服系统的分类
根据控制方式的不同，伺服系统可以分为开环控制、半闭 环控制和全闭环控制三种类型。
《数控机床原理》课件
02
数控机床的工作原理
数控装置的工作原理
数控装置是数控机床的指挥中心，它按照输入的程序 指令，经过计算和处理后，输出脉冲信号给伺服系统
，控制机床各部分按规定的动作进行加工。
输标02入题
数控装置主要由输入输出装置、数控装置和主控制装 置组成。
01
03
数控装置根据输入的加工程序进行计算和处理，输出 脉冲信号给伺服系统。
数控机床的环保措施
01
02
03
减少噪音污染
优化机械部件的设计和装 配工艺，降低数控机床运 行时的噪音。
控制废气排放
采用低污染的液压和润滑 系统，减少废气的排放。
废弃物处理
建立废弃物分类处理系统 ，对油污、金属屑等废弃 物进行妥善处理，以减少 对环境的污染。
数控机床的能效管理与节能技术
能源监测与控制
确定加工工艺
根据图纸和加工要求，确定加 工的顺序、刀具、切削参数等
。
建立坐标系
根据工件和机床的实际情况， 建立合适的坐标系，以便描述 刀具的运动轨迹。
编写加工程序
根据加工工艺和坐标系，使用 数控编程语言编写加工程序。
程序调试和优化
在数控机床上对加工程序进行 试运行，检查程序的正确性和 加工效果，根据需要进行调整
通过能源监测系统实时监 测数控机床的能耗情况， 实现能源的有效控制和管 理。
高效传动系统
采用高效传动部件，如高 精度轴承和齿轮，降低机 械损失和能耗。
空调节能技术
合理利用数控机床内部的 空调系统，保持适宜的工 作温度，降低能耗。
感谢您的观看
THANKS
写加工程序；自动编程指利用 CAD/CAM软件，通过计算机辅
助计算和生成加工程序。
零件加工程序的编制
工件原点
Y轴 Z轴
X轴
Z轴偏置量
Y 轴 偏 置 量
X轴偏置量
机床原点
工件原点
立式数控机床的坐标系
卧式数控机床的坐标系
51
二 坐标系
➢设定工件坐标系指令：G54 G55 G56 G57 G58 G59 G59.1 G59.2 G59.3
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二 坐标系
图2-8 设定工件坐标系举例
53
二 坐标系
图2-9 机床坐标关系
18
二 数控机床的编程方法
自动编程： 定义：编程人员根据零件图纸的要求，按照某个自动编程 系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算 机，编程系统将能根据数控系统的类型输出数控加工程序。 适用： ① 形状复杂的零件 ② 虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数 千个孔的零件） ③ 虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲 线轮廓的计算）
9
一 数控机床程序编制的内容和步骤
铣内圆轮廓，路线为1→A→2→3（偏心圆）→B→4（工件轮廓）→B→5 （偏心圆）→C→6→1。
非圆曲线平面轮廓的铣削同样要切入和切出延伸。
10
一 数控机床程序编制的内容和步骤
铣削内轮廓表面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可沿 零件轮廓的法线方向切入和切出，并将其切入、切出点选在零件轮 廓两几何元素的交点处。
Δ c为圆整误差，它表示在编程中，因数据处理、小数圆整而 产生的误差，为减小误差值，一般采用“累计进位法”代替传统的四舍 五入法，可避免产生累积误差。
15
一 数控机床程序编制的内容和步骤
(二)数学处理 先建立一个工件坐标系，根据图纸的要求，计
算出刀具的运动轨迹。 (三)编写零件程序清单
加工路线和工艺参数确定后，编写程序清单。 (四)程序输入
数控机床的工作原理
终点判别 N=12
N=12-1=11 N=12-2=10 N=12-3=9 N=12-4=8 N=12-5=7 N=12-6=6 N=12-7=5 N=12-8=4 N=12-9=3 N=12-10=2 N=12-11=1 N=12-12=0
圆弧插补的象限处理
四个象限圆弧插补进给方向和偏差计算
其他象限的圆弧插补以|Xi|和|Yi|代替Xi和Yi。
－X
F2,2＝F2,1＋|Xe|＝2 F3,2＝F2,2－|Ye|＝-1
n=3+1=4<N n=4+1=5<N
6
F3,2＝-
+Y
1<0
F3,3＝F3,2＋|Xe|＝3
n=5+1=6<N
2. 逐点比较法圆弧插补
如右图所示逆圆弧AE，C、D、B点分别在圆弧的外、
内部和圆弧上。
C点在圆弧的外部，则有
y
(X
+ΔX -ΔX -ΔX
Fi1 Fi 2Yi 1 Yi1 Yi 1
+ΔY -ΔY +ΔY
NR3（逆）
+ΔX
-ΔY
圆弧插补举例
用逐点比较法加工第二象限顺圆弧AB，起点为A （-5，0），终点为B（-3，4）
序
偏差判别
进
号
给
偏差计算
终点判别
0
F5,0＝0
N=6
1
F5,0＝0
+X
2
F4,0＝-9<0
N=6-1=5 N=6-2=4 N=6-3=3 N=6-4=2 N=6-5=1 N=6-6=0
A（－4,3）
插补轨迹
y
y B（－3,4）
第二章_数控加工编程基础
2.2 编程的基础知识
2.辅助功能M代码 M指令构成：
地址码M后跟2位数字组成，从M00-M99共100种。
(1) M00—程序停止。
(2) M01—计划（任选）停止。 程序运行前，在操作面板上按下“任选停止” 键时，
才执行M01指令，主轴停转、进给停止、冷却液关 断、程序停止执行。若“任选停止”处于无效状态 时，M01指令不起作用。利用启动按钮才能再次自 动运转，继续执行下一个程序段。
零件图纸
图纸工艺分析 确定工艺过程
数值计算
修
编写程序
改
制备控制介质
校验和试切 错误
4、制备控制介质
将程序单上的内容，经转 换记录在控制介质上，作为 数控系统的输入信息。 注意：若程序较简单，也可 直接通过键盘输入。
零件图纸
图纸工艺分析 确定工艺过程
数值计算
修
编写程序
改
制备控制介质
校验和试切 错误
5、程序的校验和试切
轴转动的圆进给坐标轴分别 用A、B、C表示。
坐标轴正向：由右手螺旋 法则而定。
右手直角笛卡尔坐标系
数控机2.床2的进编给程运动的是基相对础运动知。Y识
具体规定：
①坐标系是假定工件 不动，刀具相对于 工件做进给运动的 坐标系。
+B
X、Y、Z
Y
+A X
Z +C
②以增大工件与刀具
之间距离的方向为 坐标轴的正方向。 Z
a. 在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床）
Z轴水平时（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时， X坐标的正方向指向右边。
＋X
Z轴垂直时（立式），对单立柱机床，面向刀具主轴 向立柱看时， X轴的正方向指向右边
西门子数控系统结构及应用(SINUMERIK 840D sl)最新版教案02第二章
教师教案教学内容（板书）教学步骤、方法时间2.1 SINUMERIK 840D sl硬件构成西门子SINUMERIK 840D sl数控系统的硬件主要由操作部件（控制面板+操作面板）、NCU单元、伺服驱动单元、PLC I/O模块、辅助元件等几个部分组成，如图所示。
下面对这些硬件分别进行介绍。
1.操作部件SINUMERIK 840D sl数控系统的操作部件包括MCP、PCU、TCU、OP、手持单元等，主要用于在操作过程中显示相关信息并实现操作者与数控系统的人机交互HMI（Human–Machine Interaction）。
（1）机床控制面板MCP（Machine Control Panel）SINUMERIK 840D sl数控系统的控制面板主要由操作面板和辅助操作面板两部分组成，主要用于操作者与数控系统的信息交互，如输入数控加工程序、改变工作模式，调整倍率等。
运用实物演示法进行讲解，与实训室的实物进行一一对应。
讲解过程切忌生搬硬套，在使用功能的基础上进行类别细分，弱化型号名称的讲解，先使学生理解功能，再慢慢熟悉硬件。
3h教学内容（板书）教学步骤、方法时间（2）OP操作面板OP操作面板由液晶显示屏和NC操作面板组成，用于显示SINUMERIK 840D sl数控系统运行过程中的各种调试及与系统进行信息交互，如图。
（3）TCU（Thin Client Unit）TCU直译为精简型客户端单元，用于显示HMI数据，类似于家用电脑中的显卡（即GPU）或理解为无盘终端。
但TCU自身不带有硬盘，无法安装HMI软件，因此其显示的HMI数据来自于PCU或NCU内部集成的HMI软件。
（4）PCU（Personal Computer Unit）PCU直译为个人电脑单元，其功能类似于工业控制机或家用电脑的主机箱。
PCU配备有独立的CPU和硬盘，并且可在硬盘中安装HMI软件，用于人机可视化交换。
如操作、程序编辑、诊断等前台程序的运行。
数控机床的工作原理及基本结构
数控机床的工作原理及基本结构(共4页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--数控机床的工作原理及基本结构一、程序编制及程序载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。
在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置;刀具与零件相对运动的尺寸参数;零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。
得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。
编制程序的工作可由人工进行;对于形状复杂的零件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计。
编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。
数控机床的基本结构二、输入装置输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。
根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。
数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统;数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。
零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工(数控系统内存较小时)，另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从內部存储器中逐段逐段调出进行加工。
三、数控装置数控装置是数控机床的核心。
数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。
零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。
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2.4.2 立式钻床
1．机床组成 2．机床运动 3．主轴部件及平衡机构
数控机床原理第02章
.
图 2 27 主 轴 部 件 和 平 衡 机 构 图
数控机床原理第02章
2.5 滚珠丝杠和滚动导轨
滚珠丝杠副可以将旋转运动变为直线运动 。
2.5.1 滚珠丝杠副
1．滚珠丝杠副的组成
数控机床原理第02章
4．滚珠丝杠副的参数
公称直径d0 导程L。 丝杠螺纹大径d 丝杠螺纹小径d1 螺母螺纹大径D 螺母螺纹小径D1
5．滚珠丝杠副的精度等级和标注方法
数控机床原理第02章
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/21
数控机床原理第02章
数控机床原理第02章
图2.30 外循环示意图 （a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滚珠；4—挡珠器；5—丝杠
（b）插管式：1—弯管；2—压板；3—丝杠；4—滚珠；5—滚道
数控机床原理第02章
图2.31 内循环示意图 1—凸键；2、3—反向键
数控机床原理第02章
双螺母垫片调隙式结构
图2.32 双螺母垫片调隙式结构
2.3.3 加工中心传动系统的主要结构
1．主轴部件
主轴采用双支撑结构。 刀具拉紧机构安装在主轴内部 。 压刀缸（15）安装在主轴的顶端 。
数控机床原理第02章
2．进给传动系统
图 2
23
进 给 传 动 结 构
.
数控机床原理第02章
2.4 其 他 数 控 机 床
2.4.1 数控滚齿机
主运动、展成运动和进给运动分别由 伺服电动机驱动 。
2.2.2 数控铣床传动系统的主要结构
1．主轴部件 2．工作台部件 3．立柱部分
数控机床原理第02章
2.3 加工中心结构
2.3.1 加工中心结构概述
立式加工中心 （ 如图2.17（a）所示）
数控机床原理第02章
数控机床原理第02章
卧式加工中心 （如图2.17（b））
数控机床原理第02章
图2.17 加工中心结构
数控机床原理第02章
2.2 数 控 铣 床 结 构
2.2.1 立式数控铣床组成
1．主轴箱 2．工作台 3．立柱 4．床身 5．机床的电气控制系统
数控机床原理第02章ຫໍສະໝຸດ —5 1图—
2
.
机 床
主 轴
12
的箱立
电；式
气 控
2
数 控
—
制工铣
系作床
统台组
；成
3
示 意
—
立图
柱
；
4
—
床 身 ；
数控机床原理第02章
数控机床原理第02章
2.1.3 卧式数控车床传 动系统的主要结构
1．主轴箱
（1）主轴电动机 （2）变速轴
数控机床原理第02章
（3）主轴组件
图2.7 CK6136数控车床主轴组件 1，2，3，4，5均为角接触球轴承
数控机床原理第02章
（4）检测轴 （5）主轴箱
数控机床原理第02章
2．进给传动系统 3．转塔刀架 4．尾座
数控机床原理第02章
图2.18 多轴联动控制
数控机床原理第02章
图2.18 多轴联动控制
数控机床原理第02章
加工中心和数控铣床的主要区别在于 加工中心带有刀库和自动换刀机构。
数控机床原理第02章
2.3.2 立式加工中心的组成
1．床身及底座 2．鞍座 3．主轴箱 4．工作台 5．刀库
数控机床原理第02章
图2.28 滚珠丝杠副 1—反向器；2—螺母；3—丝杠；4—滚珠
数控机床原理第02章
2．滚珠丝杠副结构特征
单圆弧型面如图2.29（a）所示 双圆弧型面如图2.29（b）所示
数控机床原理第02章
（a）单圆弧
（b）双圆弧 图2.29 螺纹滚道型面
数控机床原理第02章
（2）滚珠的循环方式
常用的滚珠循环方式有外循环和内循 环两类。图2.30所示为外循环。
① 适应不同工件尺寸 ② 生产率要求的不同 ③ 随着机床精度的不同
数控机床原理第02章
2.1.2 卧式数控车床组成
1．主轴箱（床头箱） 2．转塔刀架 3．刀架滑板 4．尾座 5．床身 6．底座
数控机床原理第02章
7．防护罩 （图中未画出） 8．机床的液压传动系统 （图中未画出） 9．机床润滑系统 （图中未画出） 10．机床切削液系统 （图中未画出） 11．机床的电气控制系统 （图中未画出）
数控机床原理第02章
双螺母螺纹调隙式结构
图2.33 双螺母螺纹调隙式结构 1、2—锁紧螺母
数控机床原理第02章
双螺母齿差调隙式结构
图2.34 双螺母齿差调隙式结构
数控机床原理第02章
3．滚珠丝杆副的安装结构
一般有3种形式，分别为 固定—自由式、 固定—支撑式 和固定—固定式。
数控机床原理第02章
数控机床原理第02章
2020/11/21
数控机床原理第02章
数控机床的组成部件大致可以分为机 械和电气控制两部分，机械部分通常称之 为机床本体，它由主运动系统、进给系统、 支撑系统和自动换刀系统所组成。
数控机床原理第02章
2.1 数控车床结构
2.1.1 数控车床的布局形式
布局形式受到工件尺寸、重量和形状、机 床生产率、机床精度、人机工程和环境保 护等要求的影响。