安徽工程科技学院机械工程系二零零六年九月班级,机制课程情况总体简介课程代号：
授课学时：
课程性质：
课程任务,1.掌握 数控机床的基本原理和基础知识 ；
2.熟悉 数控机床的基本结构和工作机理；
3.具备 数控加工手工编程能力和 正确使用数控设备的能力 ；
4.培养 选用或设计组成数控机床的计算机数控系统 的能力。
机械设计制造与自动化专业的一门 主干 专业技术课,是一门 实践性、综合性 很强的课程。
40学时
01324040
第一章 绪论目 录（章节）
第二章 数控编程基础第七章 数控机床的机械结构第六章 数控机床的伺服系统第五章 数控插补控制原理第四章 计算机数控装置实验三 数控铣床加工实验实验二 数控车床加工实验第三章 数控加工编程实验一 数控机床操作实验教案一目 录（教案）
教案二教案十教案九教案八教案七教案六教案五教案四教案三教案十一教案十二教案二十教案十九教案十八教案十七教案十六教案十五教案十四教案十三第一节 数控机床的基本概念第一章 绪论第二节 数控机床的组成和分类第四节 数控技术的发展第三节 数控机床的特点及适用范围第一节 数控机床的基本概念 教案 1
2.我国数控机床发展概况
3.数控技术的基本概念数控技术：用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
数控系统,采用数控技术的控制系统。
数控机床,用数字技术实施加工控制的机床 。
硬、软件数控软件数控第五代：微处理器数控 (1974年 )第四代：小型机数控硬件数控第三代：集成电路式第二代：晶体管分立元件式第一代：电子管、继电器式
一,概述
1．数控机床的产生和发展第一节 数控机床的基本概念 教案 1
1．程序的编制从零件图样到制成控制介质的全部过程。
2．输入是把零件程序、控制参数和补偿数据输入到数控装置中去。
3．译码将加工信息和其它辅助信息翻译成计算机能识别的数据形式并存在指定的内存专用区域。
4．刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。
5．插补根据给定速度和轮廓线型的要求，在轮廓之间，确定中间点的方法。
6．位置控制和机床加工插补二．数控机床的工作流程第二节 数控机床的组成和分类 教案 1
数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。
1,输入输出设备
2,数控装置
3,伺服系统
4,测量反馈装置
5,机床本体输入输出设备数控装置伺服系统机床本体测量反馈装置数控机床组成图一,数控机床的组成第二节 数控机床的组成和分类 教案 1
1.按机械加工的运动轨迹分类
(1)点位控制数控机床
(2)直线控制数控机床
(3)轮廓控制数控机床
2.按伺服系统的控制原理分类
1.开环控制数控机床工作台减速器开环控制系统框图步进电机控制电路数控装置输入二,数控机床的分类第二节 数控机床的组成和分类 教案 1
2.闭环控制数控机床工作台数控装置控制电路伺服电机闭环控制系统框图速度检测元件位置检测元件位置反馈速度反馈输入第二节 数控机床的组成和分类 教案 1
3.半闭环控制数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台速度检测元件转角检测元件半闭环控制系统框图速度反馈位置反馈输入第三节 数控机床的特点及适用范围 教案 1
1.加工精度高，产品质量稳定
2.劳动生产率高
3.加工零件的适应性强，灵活性好
4.减轻工人劳动强度
5.生产管理水平提高数控机床适用范围一．数控机床应用的特点二．数控机床适用范围数控机床适用于品种变换频繁、
批量较小，加工方法区别大且复杂程度较高的零件。
第四节 数控技术的发展 教案 1
二,先进制造技术简介一,数控机床的发展趋势
1、计算机直接数控系统,
用一台中央计算机直接控制和管理一群数控设备进行零件加工或装配的系统。
2、柔性制造单元和柔性制造系统：
由加工中心与工件自动交换装置组成，同时，增加了自动检测与工况自动监控等功能。
3、计算机集成制造系统,
其核心是一个公用的数据库，对信息资源进行存储与管理，并与各个计算机系统进行通信。
(1) 高速化与高精度化 (2) 复合化 (3) 智能化
(4) 高柔性化 (5) 小型化 (6) 开放式体系结构第一节 概述第二章 数控编程基础第二节 编程的基础知识第四节 数控编程的工艺处理第三节 常用准备功能指令编程方法第五节 编程中的数值计算第六节 自动编程简介教案 2
第一节 概述 教案 2
数控编程的内容：分析图样并确定加工工艺过程、
数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削。
数控编程的步骤：
1.分析图样、确定加工工艺过程
2.数值计算
3.编写零件加工程序
4.制作控制介质
5.程序校验和试切削零件图分析图样数值计算编写程序制作介质校验和试切一,数控编程的基本概念二,数控编程的内容和步骤从零件图样到制成控制介质的全部过程称为数控编程 。
第二节 编程的基础知识 教案 2
1,程序的构成零件加工程序由 程序号 和若干个 程序段 组成。每个程序号由程序号地址码和程序的编号组成；每个程序段又由程序段号和若干个 指令字 组成，每个指令字由 字母,符号,数字 组成。
2,程序段格式程序段的长短、字数和字长都是可变的，字的排列顺序没有严格要求，
不需要的字及与上一程序段相同的续效字可以不写。
程序段一般格式为：
N— G— X— Y— Z—? F — S— T— M— ；
程序段号 准备功能 尺寸 进给功能 主轴转速 刀具功能 辅助 功能
3．主程序和子程序一,程序的结构第二节 编程的基础知识 教案 2
1.坐标轴的命名坐标轴采用右手直角笛卡尔坐标系进行命名。
1）坐标轴的命名规定二,数控机床的坐标系第二节 编程的基础知识 教案 2
2） 机床坐标系的确定方法
（１） Z轴 （２） X轴 （３） Y轴 （４） A,B,C的转向 （５）附加坐标第二节 编程的基础知识 教案 2
2,工件坐标系与编程坐标系
（ 1） 机床坐标系与机床原点及机床参考点
（ 2） 编程坐标系
（ 3） 工件坐标系与工件原点
（ 4） 机床坐标系与工件坐标系的关系机床原点的设置（车床） 机床参考点（车床）
第二节 编程的基础知识 教案 2
3.绝对坐标系与相对坐标系
（ 1）绝对坐标系：
所有坐标值均从坐标原点计量的坐标系。所用的编程指令称为绝对指令。绝对坐标常用 X,Y,Z代码表示。
（ 2）增量坐标系：
运动轨迹的终点坐标值相对于起点计量的坐标系，其坐标原点是移动的。所用的编程指令称为增量指令。增量坐标常用 U,V,W代码表示。
例：如图加工直线 AB，
在绝对坐标系中表示 B点坐标值：
XB＝ 30,YB＝ 50；
在增量坐标系中表示 B点坐标值为：
UB＝ 20,VB＝ 30
第二节 编程的基础知识 教案 2
4.最小设定单位与编程尺寸的表示法
（ 1）最小设定单位：
数控系统能实现的最小位移量，又称脉冲当量（ 0.01～ 0.0001㎜ ）。
编程时，所有的编程尺寸都应转换成与最小设定单位相对应的数量。
（ 2）编程尺寸有两种表示法：
1） 以最小设定单位为最小单位来表示；
2） 以毫米为单位，以有效位小数来表示。
例,X=524.295㎜,Y=36.52㎜,最小设定单位为 0.01㎜,
则：
1） 法表示,X52430 Z3652
2 ）法表示,X524.30 Z36.52
第二节 编程的基础知识 教案 3
程序段中的指令字可分为尺寸字和功能字（功能指令），功能指令可分为：准备功能 G指令、辅助功能 M指令，以及 F,S,T指令。
1.准备功能 G指令
（ 1）准备功能Ｇ指令,使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。
（ 2）模态代码（续效代码）：该代码在一个程序段中被使用后就一直有效，
直到出现同组中的其它任一 G代码时才失效。
（ 3）非模态代码（非续效代码）：只在有该代码的程序段中有效的代码。
G指令通常位于程序段中尺寸字之前。
例 N010 G90 G00 X16 S600 T01 M03；
N020 G01 X8 Y6 F100；
N030 X0 Y0；
三,功能指令简介第二节 编程的基础知识 教案 3
2.辅助功能 M指令
（ 1）程序停止指令（ M00）
（ 2）选择停止指令（ M01）
（ 3）程序结束指令（ M02）
（ 4）与主轴有关的指令（ M03,M04,M05）
（ 5）换刀指令（ M06）
（ 6）与切削液有关的指令（ M07,M08,M09）
（ 7）运动部件夹紧与松开（ M10,M11）
（ 8）程序结束指令（ M30）
3,F,S,T指令用进给速度指令用字母 F及其后面的若干位数字来表示，单位为 mm/min或 mm/r。
用字母 S及其后面的若干位数字来表示，单位为 r/min
在自动换刀的数控机床中，该指令用以选择所需的刀具号和刀补号。
（ 1）进给速度指令。
（ 2）主轴转速指令。
（ 3）刀具号指令。
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
1.绝对坐标指令与增量坐标指令（ G90,G91）
G90— 绝对坐标指令
G91— 增量坐标指令例 编制图中的移动量。
绝对尺寸指令,G90 G01 X30 Y50；
增量尺寸指令,G91 G01 X20 Y30；
或 G01 U20 V30；
2.坐标系设定指令（ G92）
例 设置图中工件坐标系坐标系设定指令,G92 X400 Z200；
3.坐标平面选择指令（ G17,G18,G19）
G17,G18,G19指令分别表示在 XY,ZX,YZ
坐标平面内进行加工。其中,G17可缺省。 200
40
0Op
X
Z
一,与坐标系有关指令第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
1.快速点定位指令（ G00）
G00使刀具以点位控制方式从其所在点以最快速度移动到坐标系的另一点。
书写格式,Ｇ００ Ｘ ___Ｙ __Ｚ ___
目标点坐标
2.直线插补指令（ G01）
G01用以指令两个坐标 (或三个坐标 )以联动的方式，按程序段中规定的进给速度 F，插补加工出任意斜率的直线。
书写方式：ＧＯ１ Ｘ＿＿Ｙ＿＿Ｚ＿＿Ｆ＿＿
进给速度目标点坐标二,运动控制指令第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
(1)XY平面圆弧 (2)XZ平面圆弧 (3)YZ平面圆弧
3.圆弧插补指令（ G02,G03）
G02表示顺时针圆弧插补； G03表示逆时针圆弧插补。
(1) 圆弧顺、逆方向判断：沿垂直于要加工的圆弧所在平面的坐标轴从正向往负向看，刀具相对于工件的转动方向是顺时针用 G02，反之用 G03。
(2) 书写格式为,
_
__
_
__
03
02
17 F
JI
R
YX
G
G
G
_
__
_
__
03
02
18 F
KI
R
ZX
G
G
G
_
__
_
__
03
02
19 F
KJ
R
ZY
G
G
G
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
例 编出加工图所示零件程序。
1.使用绝对值且 R方式：
O0100
N0010 G92 X0 Y0；
N0020 G90 G17 G00 X40 Y-40 S600 T01 M03；
N0030 G01 X-80 Y-40 F200；
N0040 G01 X-80 Y-20；
N0050 G02 X-40 Y20 R40 F100；
N0060 G03 X20 Y80 R60；
N0070 G01 X40 Y80 F200；
N0080 Y-40；
N0090 G00 X0 Y0 M02；
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
2.使用增量值且 I,J方式：
O0200
N0010 G92 X0 Y0；
N0020 G91 G17 G00 X40 Y-40 S600 T01 M03；
N0030 G01 X-120 Y0 F200；
N0040 X0 Y20；
N0050 G02 X40 Y40 I40 J0 F100；
N0060 G03 X60 Y60 I0 J60；
N0070 G01 X20 F200；
N0080 Y-120；
N0090 G00 X-40 Y40 M02；
4.暂停 (延迟 )指令（ G04）
书写格式为：
G04 10
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
1.刀具半径补偿指令（ G41,G42,G40）
1.1 刀具半径补偿概念实际的刀具都是有半径的。使刀具的刀尖沿零件轮廓曲线加工，刀位点的运动轨迹即加工路线应该与零件轮廓曲线有一个半径值大小的偏移量。
使刀具的刀位点正确运动有两种方式：
1) 加工前计算出刀位点运动轨迹，
再编程加工；
2) 按零件轮廓的坐标数据编程，
由系统根据工件轮廓和刀具半径 R
自动计算出刀具中心轨迹。
三,刀具补偿指令第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
1.2 刀具半径补偿指令
G41为刀具左补偿，指顺着刀具前进方向看，刀具偏在工件轮廓的左边；
G42为刀具右补偿，指顺着刀具前进方向看，刀具偏在工件轮廓的右边；
G40为取消刀补。
书写格式：
1,G41,G42与 G00,G01配合使用。
2,G41,G42与 G02,G03配合使用。
X— Y— D；?
42
41
01
00
G
G
G
G
D— ；
42
41
G
G
X— Y— R— ；
03
02
G
G
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
1.3 刀具半径补偿过程刀具半径补偿执行过程一般分为三步：
(1)刀具补偿建立
(2)刀具补偿进行
(3)刀具补偿撤消刀具补偿功能还可以利用同一加工程序去适应不同的情况，如：
1．利用刀具补偿功能作粗、精加工余量补偿；
2．刀具磨损后，重输刀具半径，不必修改程序；
3．利用刀补功能进行凹凸模具的加工。
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
例 铣削加工图所示的轮廓，采用 20㎜ 的立式铣刀。
O0010
N010 G92 X0 Y0；
N020 G91 G00 G42 X70 Y40 D01 S800 M03 M08；
N030 G01 X80 Y0 F100；
N040 G03 X40 Y40 I0 J40；
N050 G01 Y60；
N060 X-20；
N070 G02 X-80 I-40；
N080 G01 X-20；
N090 Y-100；
N100 G00 G40 X-70 Y-40 M05 M09 M02；
Y
XO
70 60
20 20
A
B
C
DEFG
120
100
40
O
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
2.刀具长度补偿指令（ G43,G44）
用于刀具轴向（ Z方向）补偿，可使刀具在 Z方向上的实际位移大于或小于程序给定值。即：
书写格式：
执行结果：
正偏置 G43,Z实际值 =Z指令值 +（ H— ）
负偏置 G44,Z实际值 =Z指令值 -（ H— ）
G40为取消刀补。
Z 向实际位移量＝ 程序给定值 ± 补偿值 可正可负
Z— H— ；?
44
43
G
G
第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
1．数控加工工艺的内容十分具体通用机床上由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时转变成为编程人员必须事先具体设计和具体安排的内容。
2．数控加工的工艺处理相当严密在进行数控加工的工艺处理时，必须注意到加工过程中的每一个细节，考虑要十分严密。编程人员不仅必须具备较扎实的工艺基础知识和较丰富的工艺设计经验，而且必须具有严谨踏实的工作作风。
二,数控编程中工艺处理的内容一,数控加工工艺特点数控加工的合理性分析、零件的工艺性分析、工艺过程和工艺路线的确定、零件安装方法的确定、选择刀具和确定切削用量。
第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
1.合理确定零件的加工路线零件的加工路线：数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向。
确定加工路线的原则：
1．应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；
2．应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间；
3．应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。
a) b) c)
三,数控编程中工艺处理的几个问题第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
2.合理选择对刀点、换刀点
(1)刀位点：用来表示刀具在机床上的位置。
如图,立铣刀指刀具轴线与刀具底面的交点，球头铣刀指球头铣刀的球心，
车刀和镗刀指刀尖，钻头指钻尖。
第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
刀架转位换刀时的位置，用符号 表示。
在数控机床上加工零件时，刀具刀位点相对零件运动的起始点。用符号 表示。
选择对刀点的原则：
1.要便于数学处理和简化编程；
2.在机床上找正容易，加工中检查方便；
3.引起的加工误差小。
(2)起刀点 (对刀点、程序起点 )：
(3)换刀点：
第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
3.合理选择工件的装夹方法、刀具和切削用量
(1)选用和设计夹具应遵循的原则
(2)数控加工的刀具要求精度高、刚性好、耐用度高、尺寸稳定、
安装调整方便，因而需采用优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
(3) 选择切削用量的原则四,合理编制工艺文件数控加工工艺文件主要有：工序卡、刀具调整单、零件的加工程序单等。
1,工序卡
2,刀具调整单
3,机床调整单
4,数控加工程序单第五节 编程中的数值计算 教案 5
1.基点和节点的计算基点：构成零件轮廓的两相邻几何元素的交点或切点。
节点：在误差允许范围内，逼近非圆曲线的若干个直线段或圆弧段的交点。
2.刀位点轨迹的计算刀位点运动轨迹与零件轮廓曲线不完全重合，对没有刀具半径补偿功能的经济型数控机床，编程时需计算出刀位点运动轨迹。
3.辅助计算辅助计算包括：辅助程序计算、脉冲数计算、
尖角过渡计算、增量计算。
一,数值计算的主要内容第五节 编程中的数值计算 教案 5
方法：选定零件坐标系，列出各直线和圆弧的解析方程：
将两相邻几何元素的方程联立起来，可解出各交点或切点的坐标。
若数控机床没有刀具半径补偿功能，由直线和圆弧组成的零件轮廓，
需要根据零件轮廓和刀具半径计算出刀位点轨迹上的基点坐标。
方法为：选定零件坐标系，列出各直线和圆弧的等距线解析方程：
将两相邻几何元素的等距线方程联立起来，可求出刀位点轨迹的基点坐标值。
222 )()(0 RyxcByAx =-+-=++ hx，圆弧：直线：
22222 ()()( ），圆弧：直线,刀刀 rRyxBArcByAx ±=++±=++ hx
二,直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算第五节 编程中的数值计算 教案 5
1．以起点 A为圆心，以 为半径作圆
2．求 PT的斜率以下方程联立求Ｐ
点坐标,、Ｔ
则
( ) ( ) 222 允d=-+- aa yyxx 允
d
( )pp yx,
( )tt yx,
( )
( )
( )
( )
=
=
-
-
=-+-
-
--=
-
-
曲线方程曲线切线方程圆方程（）（
圆切线方程允
)(
)(
) 222
tt
t
pt
pt
apap
ap
ap
pt
pt
xfy
xfxx yy
xxyy
yy
xx
xx
yy
d
pt
pt
xx
yyk
-
-=
三,非圆曲线的节点计算
a）基本原理 b) 计算步骤第五节 编程中的数值计算 教案 5
3.过 A点与直线 PT平行的直线方程为：
4.与曲线联立求解 B点
5.按以上各步骤依次求得各节点 C,D 。
c）特点各程序段误差均相等，程序段数目最少，但数值计算过程较复杂，
需借助计算机。
=
-=-
)(
)(
xfy
xxkyy aa
)( aa xxkyy -=-
( )bb yx,
第五节 编程中的数值计算 教案 5
数控加工误差△数加是由编程误差△编、机床误差△机、
定位误差△定、对刀误差△刀等误差综合形成。
即：△数加 =f(△ 编 +△ 机 +△ 定 +△ 刀 )
其中：
（ 1）编程误差△编由逼近误差 δ,圆整误差组成。
（ 2）机床误差△机由数控系统误差、进给系统误差等原因产生。
（ 3）定位误差△定是当工件在夹具上定位、夹具在机床上定位时产生的。
（ 4）对刀误差△刀是在确定刀具与工件的相对位置时产生。
四,数控加工误差的组成第六节 自动编程简介 教案 5
1,自动编程的类型及特点
(1)语言式自动编程
2,自动编程系统的信息处理过程
(1)语言式自动编程系统的信息处理过程
(2)图形交互式自动编程系统的信息处理过程
3,自动编程的发展趋势
(1)发展具有完善的工艺处理功能的自动编程
(2)实物模型自动编程
(4)在线编程一,数控编程的方法二,自动编程
1.手工编程 2,自动编程
(2)图形交互式自动编程
(3)语音式自动编程
(5)视觉编程实验一 数控机床操作实验 教案 6
1,数控机床的组成、特点及分类
(1)数控机床的组成
(2)数控机床的特点
(3)数控机床的分类
a)按加工用途分类
b)按机械加工的运动轨迹分类
c)按伺服系统的控制原理分类
2,数控机床加工程序的编制数控编程的一般步骤可用图示来表示：
零件图分析图样编写程序制作介质校验和试切数值计算二,实验内容一,实验目的实验一 数控机床操作实验 教案 ６
1,对照数控机床认识机床的各个组成部分
1).认识并熟悉数控系统的各个部分。
2).认识并熟悉机床本体的各个部分。
3).熟悉并掌握整个数控机床的启动和停止。
2,启动数控机床认识并熟悉操作系统三,实验的方法和步骤四,思考题
1,数控机床的工作原理是什么？
2,结合本次实验，谈谈本数控系统刀具参数的设定方法？
3,工件坐标系是如何建立的？
第一节 数控车床的程序编制第三章 数控加工编程第二节 数控铣床的程序编制第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
车削零件编程原点的 X向零点应选在零件的回转中心。 Z向零点一般应选在零件的右端面、设计基准或对称平面内。
二,设定编程原点一,数控车削加工编程的特点第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
1,外圆车削循环指令 G90
书写格式,G90 X（ U） — Z（ W） — F— ；
例 1 编写车削如图零件程序
N0050 G90 X50 Z-30 F50；
执行结果：刀具从 A点快进到 B点，
再从 B点切削到 C点，然后从 C点退刀至
D点，最后刀具又快速返回到 A点。
90f
60f 50f
A
BC
D
Z
X
pO
30 10
三,车削固定循环指令第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
2,外圆锥面循环指令 G90
书写格式,G90 X（ U） — Z（ W） — I— F— ；
X,Z为切削终点的坐标值,U,W为切削终点相对于循环起点的增量值,I（或 R）为锥体两端的半径之差，即,F为进给速度。2 dDI -=
例 2 编写车削如图零件程序
N0050 G90 X40 Z20 I-5 F30；
N0060 X30；
N0060 X20；
执行结果：刀具从 A点快进到 B点，再从 B点切削到 C点，然后从 C点退刀至 D
点，最后刀具又快速返回到 A点；
如此又走刀,,每次循环都退回到 A点。
第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
3.螺纹切削循环指令 G92
螺纹切削应注意在两端设切入和切出的空刀行程,,用以避免升降速过程对螺纹质量的影响。
实际刀具行程：
（ 1）书写格式：
G92 X（ U） — Z（ W） — F— ；
G92 X（ U） — Z（ W） — I— F— ；
L L 1L 2
12W L L L= + +
2L1L
第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
例 在数控机床上加工如图零件的外螺纹，先用 1号刀精车螺纹的外表面，再用 2号刀加工螺纹，试编写程序。
解：
1）计算螺纹尺寸螺纹外径 ≈ 40-0.866× 2÷ 4=39.6；
螺纹牙深 =0.6495× 2=1.299；
螺纹内径 ≈ 39.6-2× 1.299=37.0。
3 03
Z
M
4
0
×
2
X
o
（ 2）螺纹加工尺寸计算螺纹标注为,M40× 2
令螺纹全高Ｈ＝ 0.866Ｐ；
螺纹外径 ≈ 公称直径 -Ｈ /４；
螺纹牙深 =0.6495Ｐ；
螺纹内径 ≈ 螺纹外径 -2× 螺纹牙深。
第一节 数控机床的程序编制 教案 7
2.编程如下,（螺纹分 4次切削）
O0010
N0010 G92 X200.0 Z100.0；
N0020 G00 X39.6 Z2.0 S600 T0101 M03；
N0030 G01 Z-31.5 F100；
N0040 G00 X200.0 Z100.0；
N0050 M01；计划停止（停机检查）
N0060 T0202；
N0070 G00 X41.0 Z5.0 S200 M08 M03；
N0080 G92 X38.7 Z-31.5 F2.0；加工螺纹
N0090 X37.8；
N0100 X37.3；
N0110 X37.0；
N0120 G00 X200.0 Z100.0 M09； M09关切削液
N0130 M30；纸带结束
3 03
o
M
4
0
×
2 Z
X
第一节 数控机床的程序编制 教案 ７
4.端面切削循环指令 G94
书写格式,G94 X（ U） — Z（ W） — F— ；（平端面）
G94 X（ U） — Z（ W） — I— F— ；（带锥度端 )
5.复合固定循环指令 G71,G70
1).直径粗车循环指令 G71
如图,A点是粗加工循环起始点，加工路线为：
A→B→C→D→E→A,
书写格式：
G71 U(Δ d) R(e) ；
G71 P(ns) Q(nf) U(Δ u) W(Δ w) F- S- T-；
2).精车循环指令 G70
书写格式,G70 P(ns) Q(nf) ；
第一节 数控机床的程序编制 教案 ７
例 加工如图的零件，试编写程序清单。
O0010
N0010 G92 X200 Z220;
N0020 G00 X160 Z180 S600 M03;
N0030 G71 U7 R1;
N0040 G71 P0050 Q0110 U4 W2 F30;
N0050 G00 X40 S800;
N0060 G01 W-40 F15;
N0070 U20 W-30;
N0080 X60 W-20;
N0090 X100 W-10;
N0100 W-20;
N0110 X140 W-20;
N0120 G70 P0050 Q0110;
N0130 G00 X200 Z220 M02;
第一节 数控机床的程序编制 教案 ８
例 加工如图零件，要求精车所有外形，不留加工余量。
解：
1,分析零件图纸、确定加工工艺过程
1)．选择刀具并画出刀具布置图根据要求选用三把刀,1号刀车外圆,2号刀切槽，刀刃宽 4mm，
3号刀车螺纹。换刀点、起刀点在（ 200,300）。
四,车削加工编程实例第一节 数控机床的程序编制 教案 ８
2)．工艺路线首先车削外形，再切槽，最后车螺纹。
3)．确定切削用量车外圆：主轴转速为 S600r/min，进给速度为 F150㎜ /min；
切槽：主轴转速为 S300r/min，进给速度为 F100㎜ /min；
车螺纹：主轴转速为 S200r/min，进给速度为 F1.0㎜ /r。
2,数值计算螺纹外径 =12-0.866× 1÷ 4≈11.8 ；
螺纹牙深 =0.6495× 1=0.6495；
螺纹内径 ≈ 螺纹外径 -2× 螺纹牙深
＝ 11.8-2× 0.6495=10.5。
第一节 数控机床的程序编制 教案 ８
3,编写程序
O0010
N0010 G92 X200.0 Z300.0；（建立工件坐标系）
N0020 G00 X0 Z1.0 S600 T0101 M03 M08；（快进到接近点）
N0030 G01 Z0.0 F150；（工进到）
N0040 X10.0；（车端面）
N0050 X11.8 Z-0.9；（倒角）
N0060 Z-14.0；（车螺纹外表面）
N0070 X16.0 Z-18.0；（车锥面）
N0080 X10.0 Z-38.0；（车倒锥面）
N0090 G02 X18.0 Z-42.0 I4.0 K0.0；（顺圆加工）
N0100 G03 X24.0 Z-45.0 I0.0 K-3.0；（逆圆加工）
N0110 G01 Z-52.0；（车大外径）
N0120 G00 X200.0 Z300.0 T0100 M05 M09；（快回到换刀点）
第一节 数控机床的程序编制 教案 ８
N0130 X16.0 Z-14.0 S300 T0202 M03 M08；
N0140 G01 X9.0 F100；（切槽）
N0150 G04 P5.0；（延时 5s ）
N0160 G00 X200.0；（径向退刀）
N0170 Z300.0 T0200 M05 M09；（快回到换刀点）
N0180 X16.0 Z3.0 S200 T0303 M03 M08；
N0190 G92 X11.3 Z-12.0 F1.0；（以下分三刀切削螺纹）
N0200 X10.9；
N0210 X10.6；
N0220 G00 X200.0 Z300.0 T0300 M05 M09；（快回到换刀点）
N0230 X30.0 Z-54.0 S300 T0202 M03 M08；
N0240 G01 X0.0 F100；（切断）
N0250 G00 X200.0 Z300.0 T0200 M02；（结束）
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ８
铣削零件的编程原点,X,Y向零点一般可选在设计基准或工艺基准的端面或孔的中心线上，对于有对称部分的工件，可以选在对称面上，
以便用镜像等指令来简化编程。 Z向的编程原点，习惯选在工件上表面，
这样当刀具切入工件后
Z向尺寸字均为负值，以便于检查程序。
二,设定编程原点一．数控铣削加工编程的特点第二节 数控铣床的程序编制 教案 ８
1.工件坐标系设定指令（ G54～ G59）
如图零件，下面两种代码是等效的：
（ 1） N0010 G92 X100 Y200；
N0020 G00 X10 Y30；
（ 2）预先设置 G54原点偏置寄存器：
X—— （ -100）,Y—— （ -200）
代码,N0010 G54 G00 X10 Y30；
2.镜像加工指令（ G11,G12,G13）
书写格式：
G11 N****,****,**** Y轴
G12 N****,****,**** X轴
G13 N****,****,**** 原点 O
三,数控铣床编程中的特殊功能指令
3
0
Y
X
2００
１０
１００
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
3.固定循环指令（孔加工）
1).孔加工循环的组成动作
2).孔加工循环指令格式：
书写格式：
G98（ G99） G_ X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_ L_；
A
B
R
2
3
4
5
R
1
2
3
4
5R
A B
z
Ｇ９９ Ｇ９８
快速退回快速定位到空上方快速退回初始平面初始平面安全高度平面
z
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
3).部分固定循环指令简介,
(1),高速深孔加工往复排屑钻循环指令 G73
书写格式,G98（ G99） G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_；
(2).左旋攻螺纹循环 G74
书写格式,G98（ G99） G74 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_；
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
(3).精镗循环 G76
书写格式,G98（ G99） G76 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_；
(4).背镗循环 G87
书写格式,G98 G87 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_；
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
例 试采用固定循环方式精加工图示各孔。使用刀具 T01为镗孔刀，
T02为 13钻头,T03为锪钻。
O0010
N0010 G90 G92 X0 Y0 Z-100.0 T01；
N0020 G00 Z-50.0 M03 S600；
N0030 G43 H01；
N0040 G99 G85 X0 Y0 Z45.0 R-3.0 F30；
N0050 G43 G00 X-180.0 Y0 T02 H02；
N0060 G91 G98 G73 X120.0 Y0 Z28.0
R18.0 Q5.0 F40 L2；
N0070 G43 G00 X120.0 Y0 T03 H03；
N0080 G91 G98 G82 X-120.0 Y0 Z15.0 R18.0 P100 F30 L2；
N0090 G00 X0 Y0 Z-100.0 M02；（结束）
四,孔加工编程实例第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
例 精加工图示的零件（其厚度为 20，粗线为零件轮廓）
解,1）建立工件坐标系，标明编程原点
2）确定加工路线 沿 o→a→b→c→d→e→a→O 的方向加工。
3）增量值方式编制程序
O020
N0010 G92 X0 Y0 Z10；
N0020 G91 G17 G00 Z-35.0 S300 M03；
N0030 G41 G01 Y20 F100 D01 M08；
N0040 Y40；
N0050 X40 Y20；
N0060 G02 X40 Y-40 I0 J-40；
N0070 X-20 Y-20 I-20 J0；
N0080 G01 X-60 Y0；
N0090 G40 G00 X0 Y-20 Z35 M02；
五,铣削加工编程实例实验二 数控车床加工实验 教案 10
１．掌握数控车床的加工特点；
２．掌握数控车床加工程序的结构特点及编制方法；
３．掌握数控车床程序的输入、编辑、修改、调试、示教、运行等方法。
二．实验内容一,实验目的
1.毛坯准备
2.刀具准备
3.系统软件介绍
4.车加工程序的编制零件加工程序的编制过程，包括分析零件图纸、进行工艺处理、
数值计算（走刀过程中各个点的计算、曲线与曲面坐标的运算）、
编制程序清单、程序的输入等五个步骤。
实验二 数控车床加工实验 教案 10
分别编制如图所示的四个零件数控加工程序，毛坯材料为铜棒。
四．思考题三．实验步骤实验三 数控铣床加工实验 教案 11
１．掌握数控铣床的加工特点；
２．掌握数控铣床加工程序的结构特点及编制方法；
３．掌握数控铣床程序的输入、编辑、修改、调试、示教、运行等方法。
二．实验内容一,实验目的实验内容为：
1.毛坯准备；
2.刀具准备；
3.系统软件介绍；
4.铣加工程序的编制。
零件加工程序的编制过程，包括分析零件图纸、进行工艺处理
（选走刀路线）、数值计算（走刀过程中各个点的计算、曲线与曲面坐标的运算）、编制程序清单、程序的输入等五个步骤。
实验三 数控铣床加工实验 教案 11
编制如图所示零件的数控加工程序。
四．思考题三．实验步骤第一节 概述第四章 计算机数控装置第二节 ＣＮＣ装置硬件结构第三节 ＣＮＣ装置软件结构第一节 概述 教案 12
CNC系统是由程序、输入输出设备,CNC装置、可编程序控制器 (PLC)
、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。
一,CNC系统的组成第一节 概述 教案 12
CNC装置是 CNC系统的核心，由硬件和软件两大部分组成。
二,CNC装置的组成第一节 概述 教案 12
1.控制功能
2.准备功能
3.插补功能
4.固定循环加工功能
5.进给功能
6.主轴功能
7.辅助功能
8.刀具功能
9.补偿功能
10.显示功能
11.自诊断功能
12.通信功能三,CNC装置的功能第二节 ＣＮＣ装置硬件结构 教案 12
1．微处理器和总线
2．存储器
3,I/O接口
4,MDI／ CRT接口
5．位置控制器
6．可编程序控制器 (PLC)
二．单微处理器结构的 CNC系统特点一．单微处理器结构
1,CNC系统中只有一个微处理器，对各种实现集中控制分时处理；
2．微处理器通过总线与存储器、输入输出控制等接口电路相连，
构成 CNC系统；
3．结构简单，容易实现。
4．单微处理器结构因为只有一个微处理器集中控制。
第三节 CNC装置软件结构 教案 12
CNC系统的软件是为了完成数控机床的各项功能专门设计和编制的专用软件，是系统软件。由管理软件和控制软件组成。
操作系统管理软件 控制软件零件程序管理显示处理人机交互交互位置控制输入输出管理插补运算故障诊断处理速度处理机床输入输出编译处理主轴控制刀具半径补偿
．．．,．．
一,CNC装置软件组成第三节 CNC装置软件结构 教案 12
1.多任务并行处理
2.实时中断处理
CNC系统的中断类型有以下四种：
1).外部中断
2).内部定时中断
3).硬件故障中断
4).程序性中断二,CNC装置软件结构的特点第三节 CNC装置软件结构 教案 12
CNC软件结构模式有两种：前后台型软件结构和中断型软件结构。
1,前后台型软件结构前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器 CNC系统。前台程序为实时中断程序，后台程序主要用来完成准备工作和管理工作。
2,中断型软件结构中断型软件结构没有前后台之别，除初始化程序外，根据各控制模块实时要求不同，将控制程序安排成不同级别的中断服务程序。
三,CNC系统的软件结构第一节 插补原理第五章 数控插补控制原理第二节 脉冲增量插补第四节 数控系统的进给速度控制与刀具半径补偿第三节 数据采样插补第一节 插补原理 教案 13
插补就是根据给定速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法，即：数据密化的过程。
，角度逼近插补法。接函数法，时间分割法数据采样插补，如：直法，比较积分法；点比较法，脉冲增量插补，如：逐 DDA
三,软件插补方法二,插补的实现一,插补的概念硬件插补：采用硬件的数字逻辑电路来完成插补工作。
软件插补：由软件完成插补工作。
按输出驱动信号方式的不同，软件插补方法可分为两大类：
第二节 逐点比较法插补 教案 13
2.工作节拍逐点比较法一个插补循环有四个节拍：
1) 偏差判别
2) 进给
3) 偏差计算
4) 终点判别工作循环图如右：
1,基本原理每给 x或 y坐标方向一个脉冲，加工点沿相应方向产生位移，然后对新点所在的位置与要求加工的曲线进行比较，根据偏离情况决定下一步该移动的方向，以缩小偏离距离，
使实际加工出的曲线与要求的加工曲线的误差为最小。
终点判别开始加工偏差判别进给 Δ X或 Δ Ｙ
偏差计算停止加工
Ｙ
Ｎ
第二节 逐点比较法插补 教案 13
A(xa,
ya) B(xb,yb)
O
C(xc,
yc)
y
x
E(xe,
ye)
，
3,直线插补
（ 1）偏差计算公式如图,点，有,即,
点，有,即：
点，有,即：
令为偏差判别函数，由即可判别刀位点与直线的位置关系，判别方法如下,
( )bb yxB,
e
e
b
b
x
y
x
y = 0=-=
ebeb yxxyF
( )aa yxA,
e
e
a
a
x
y
x
y > 0>-=
eaea yxxyF
0<-= ecec yxxyF
e
e
c
c
x
y
x
y <( )
cc yxC,
<
=
>
，刀位点在直线下方
，刀位点在直线上
，刀位点在直线上方
0
0
0
F
F
F
第二节 脉冲增量插补 教案 13
（ 2）进给的符号判别进给方向：
（ 3）偏差计算公式简化
,其 F值为：
a) 若
b) 若 ＜ 0,则,
设某时第一象限中某点为：
由则：≥ 0，
iF
+<
+?
方向走一步。，沿方向走一步；，沿
yF
xF
i
i
0
0
),( ii yxD eieii yxxyF -=
iF
=
+=
+
+
ii
ii
yy
xx
1
1 1
eieeieieieieieii yFyyxxyyxxyyxxyF -=--=+-=-= +++ )1(111
+=
=
+
+
11
1
ii
ii
yy
xx
eieeieieieieieii xFxyxxyyxxyyxxyF +=+-=-+=-= +++ )1(111
iF
第二节 脉冲增量插补 教案 13
中减去１，
（ 4）终点判断（三种方法）
a) 设置一个减法计数器，在其中存入,Ｘ 或 Ｙ
坐标方向进给时均在计数器中减去 1,当 时，停止插补。
b) 设置 和 两个减法计数器，在其中分别存入终点坐标值
，Ｘ或Ｙ坐标方向每进给一步时，就在相应的计数器直到两个计数器都为 0时，停止插补。
C）选终点坐标值较大的坐标作为计数坐标，用其终值作为计数器初值，
仅在该轴走步时才减去 1，当减到 0时，停止插补。
和
x?y
+= ee yx
= 0
eyex
第二节 逐点比较法插补 教案 13
Y
O
1
2
3
1 2 3 4 5 X
E(5,3)
例 第一象限直线 OE，起点为 O（ 0,0），终点为 E（ 5,3），请写出用逐点比较法插补此直线的过程并画出运动轨迹图 (脉冲当量为 1)。
解：插补完这段直线刀具沿Ｘ和Ｙ轴应走的总步数为
＝ 5 + 3＝ 8。
刀具的运动轨迹如图
+= ee yx
4,插补举例第二节 逐点比较法插补 教案 13
循环序号 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判别
F ≥0 +X Fi+1=Fi-ye Σ=| xe|+|ye|
F ＜ 0 +Y Fi+1=Fi+xe
0 F0=0; xe=5; ye=3 J=8
1 F0=0 +X F1=0-3=-3 J=7
2 F1=-3 +Y F2=-3+5=2 J=6
3 F2=2 +X F3=2-3=-1 J=5
4 F3=-1 +Y F4=-1+4 J=4
5 F4=4 +X F5=4-3=1 J=3
6 F5=1 +X F6=1-3=-2 J=2
7 F6=-2 +Y F7=-2+5=3 J=1
8 F7=3 +X F8=3-3=0 J=0
插补运算过程见表：
第二节 逐点比较法插补 教案 13
P72（ 3.13）编制铣削如图 5— 4所示零件轮廓的精加工程序。
订正作业解,1,分析零件图纸、确定加工工艺过程
（ 1）选择刀具
T01：刀铣外轮廓 T02：刀钻 12的孔
（ 2）工艺路线
（ 3）确定切削用量
2,数值计算各基点和圆心点的坐标为,A（ 0,0）；
B（ 28.0,50.0）； C（ 82.0,50.0）；
D（ 82.0,-12.0）； E（ 62.0,-12.0）；
F（ 56.0,-6.0）； G（ 56.0,0）；
H（ 20.0,0）； M（ 82.0,19.0）
f
第二节 逐点比较法插补 教案 13
O0010
N0010 G92 X-25.0 Y-20.0 Z40.0；
N0020 G90 G00 G43 Z-15.0 T01 H01；
N0030 G41 G01 X0 Y0 D02 F150 S300 M03 M08；
N0040 X28.0 Y50.0；
N0050 X82.0 Y50.0；
N0060 G02 X82.0 Y-12.0 I0 J-31.0 F100；
N0070 G01 X62.0 F150；
N0080 G02 X56.0 Y-6.0 I0 J6.0 F100；
N0090 G01 Y0 F150；
N0100 G03 X20.0 I-18.0 J0 F100；
N0110 G01 X0 Y0 F150 M09 M05；
N0120 G00 G40 X-25.0 Y-20.0；
N0130 Z40.0；
N0140 X82.0 Y19.0 S600 T02 M03 M08；
N0150 G44 H03；
N0160 G98 G81 Z-15.0 R3.0 F30；
N0170 G00 G40 X-25.0 Y-20.0 Z40.0 M02；
第二节 脉冲增量插补 教案 14
5.圆弧插补
（ 1）偏差计算公式以第一象限逆圆弧为例，起点为 S，终点为 E，半径为 r，圆心在原点。
再设刀具刀位点某一时刻位于点，它在圆弧上，有,；
若位于 点，它在圆弧的外部，有：,
若位于 点，它在圆弧的内部，有,。
令 为偏差判别函数，由即可判别刀位点与圆弧的位置关系，判别方法如下：
222 ryx
bb =+ 222
ryx aa >+( )aa yxA,
222 ryx
cc <+( )cc yxC,
222 ryxF -+=
<
=
>
，刀位点在圆弧内部
，刀位点在圆弧上
，刀位点在圆弧外部
0
0
0
F
F
F
第二节 脉冲增量插补 教案 14
（ 2）进给由 的符号判别进给方向：
（ 3）偏差计算公式简化设某时第一象限中某点为：,其 F值为：
a) 若 ≥ 0，沿 +x方向走一步，则：
b) 若 ＜ 0，沿＋ y方向走一步，则：
（ 4）终点判断 与逐点比较法直线插补相同。
iF
+<
-?
方向走一步。，沿方向走一步；，沿
yF
xF
i
i
0
0
),( ii yxD
=
+=
+
+
ii
ii
yy
xx
1
1 1
iF
eieeieieieieieii yFyyxxyyxxyyxxyF -=--=+-=-= +++ )1(111
+=
=
+
+
11
1
ii
ii
yy
xx
iF
1212)1( 222222221211 ++=+++=++=+= +++ iiiiiiiiii yFryyxryxryxF
222 ryxF -+=
第二节 脉冲增量插补 教案 14
6.逐点比较法圆弧插补举例例 第一象限逆圆弧，起点为 S（ 4,3），终点为 E（ 0,5），请进行插补计算并画出走步轨迹（脉冲当量为 1）。
解：如图，插补完这段圆弧刀具沿和轴应走的总步数为
＝ 4+2＝ 6，故设置一计数器 =6，或坐标方向进给时均在计数器中减去 1，
当 时，停止插补。
插补运算过程及刀具的运动轨迹如图所示。
= 0
SESE yyxx __ +=∑｜ ｜｜ ｜
第二节 脉冲增量插补 教案 14
6
5
4
3
2
1
0
终点判别坐标计算偏差计算坐标进给偏差判别循环序号
121 +=+ iii xFF
F<0
0≥F
00 =F
071 <-=F
02 =F
053 <-=F
044 >=F
015 >=F
121 ++=+ iii yFF
00 =F
714201 -=+-=F
013272 =++-=F
513203 -=+-=F
414254 =++-=F
112245 =+-=F
011216 =+-=F ×
×
×
×
×
×
3,4 00 == yx
3,3 11 == yx
4,3 22 == yx
4,2 33 == yx
5,2 44 == yx
5,1 55 == yx
5,0 66 == yx
6J =
5J =
4J =
3J =
2=J
1=J
0=J
x-
y+
x-
y+
x-
x-
y+
x-
终点判别坐标计算偏差计算坐标进给偏差判别
sESE
yyxxJ __ +=
第二节 脉冲增量插补 教案 14
1.数学原理由微积分的基本原理，函数 在区间 的积分就是该函数曲线与横坐标 t在区间上所围成的面积，即：
将 划分为间隔为 Δ t的子区间，
当 Δ t足够小时，此面积可看作是许多小矩形面积之和，矩形宽为 Δ t，高为,
则,
= ntt dttfs
0
)(
],[ 0 ntt
],[ 0 ntt)(tfy =
],[ 0 ntt
iy
n?
=i
iy
1 =
=====D=== n
i
i
t
t
t
t tyydtdttfs
nn
100
)(
二,数字积分法插补（ DDA法）
y
0 0t 1t nt1+it
iy
1+iy
iyD
y=f(t)
xΔ t
第二节 脉冲增量插补 教案 14
2.直线插补
1）,基本原理如图直线 OE，起点在原点，终点为 E（ ）,表示动点在 X轴和 Y轴的移动速度，则在 X轴和 Y轴上的微小移动增量 Δ x
和 Δ y为：
对直线函数来说，有：
则：
各坐标轴的位移量为：
ee yx,yx vv,
D=D
D=D
tvy
tvx
y
x k
y
v
x
v
e
y
e
x ==
D=D
D=D
tkyy
tkxx
e
e
D=========
D=========
=
=
t t m
i
eyy
t m
i
e
t
ex
tkydtkvdtvy
tkxdtkxdtvx
0 0 1
0 10
第二节 脉冲增量插补 教案 14
2）,直线插补器插补器由两个数字积分器组成，每个坐标的积分器由累加器和被积函数寄存器组成。
终点坐标值存在被积函数寄存器中，相当于插补控制脉冲源发出的控制信号，每发生一个插补迭代脉冲，使被积函数和向各自的累加器里累加一次，当累加器超过累加器容量时，产生溢出，溢出脉冲驱动伺服系统进给一个脉冲当量。溢出后，余数仍存放在累加器中，实际积分值为：
积分值 =溢出脉冲数 +余数第二节 脉冲增量插补 教案 14
3).累加器位数累加器容量应大于各坐标轴终点坐标值的最大值，一般二者的位数相同，以保证每次累加最多只溢出一个脉冲，即：每次增量 Δ x
和 Δ y不大于 1。取 =1，得：
若累加器为 N位，则 和 的最大累加器容量为 -1，故有：
取,可满足上式。
<=D
<=D
1
1
e
e
kyy
kxx
<-==D
<-==D
1)12(
1)12(
N
e
N
e
kkyy
kkxx
N2ex ey
Nk 2
1=
第二节 脉冲增量插补 教案 14
4）,终点判断若累加次数,取 Δ t＝１，得：
可见，经过 次累加就可到达终点，因此可用一个与累加器容量相同的计数器 来实现。其初值为零，每累加一次,加 1，当累加 次后，产生溢出,=0，完成插补。
===D=
===D=
= =
= =
m
i i
eeN
N
eNe
m
i i
eeN
N
eNe
N
N
yyytkyy
xxxtkxx
1
2
1
1
2
1
2
2
2
1
2
2
2
1
Nm 2=
N2
EJ
EJ
N2 E
J
第二节 脉冲增量插补 教案 14
3.DDA直线插补举例例 插补第一象限直线 OE，起点为 O（ 0,0），终点为 E（ 5,3），
写出插补过程并画出轨迹运动图。
解：因终点最大坐标值为 5，取累加器、被积函数寄存器、终点计数器均为三位二进制寄存器，即 N=3。则累加次数 。
插补运算过程及插补轨迹见图。
823 ==n
第二节 脉冲增量插补 教案 14
累加次数
（ △ t）
X积分器 Y积分器 终点计数器
（ JE）
X被积函数寄存器
X累加器
X累加器溢出脉冲
Y被积函数寄存器
Y累加器
Y累加器溢出脉冲
0 5 0 0 3 0 0 0
1 5 5+0=5 0 3 3+0=3 0 1
2 5 5+5=8+2 1 3 3+3=6 0 2
3 5 5+2=7 0 3 3+6=8+1 1 3
4 5 5+7=8+4 1 3 3+1=4 0 4
5 5 5+4=8+1 1 3 3+4=7 0 5
6 5 5+1=6 0 3 3+7=8+2 1 6
7 5 5+6=8+3 1 3 3+2=5 0 7
8 5 5+3=8+0 1 3 3+5=8+0 1 0
第二节 脉冲增量插补 教案 15
E
V
R
a
X
Y
0
S
N(X,Y)XV
YV
4.圆弧插补
（ 1）基本原理设加工第一象限逆圆弧 SE，起点为,终点为 E（ ），
为圆弧上任意动点,表示动点在 X轴和 Y轴上的分速度。
圆弧方程为：
动点 N的速度：
( )ss yxS,ee yx,( )
yxN,yx vv,
=
=
a
a
sin
cos
Ry
Rx
====
-=-=-==
xRvRxvvdtdyv
yRvRyvvdtdxv
y
x
a
a
cos
sin
第二节 脉冲增量插补 教案 15
在单位时间 Δ t内,x,y
位移增量方程为：
时，令 则：
取累加器容量为,,各坐标的位移量为：
D
=D=D
D
-=D=D
txRvtvy
tyRvtvx
y
x
D=D
D-=D
tkxy
tkyxconsv = k
R
v =
N2
Nk 21=
=
=
D=========
D-========-=
m
i
iN
t
m
i
iN
t
txkxdty
tykydtx
10
10
2
1
2
1
第二节 脉冲增量插补 教案 15
（ 2）圆弧插补器与直线插补的主要区别有两点,1） x,y存入被积函数寄存器中的对应关系与直线相反，即 x存入 y被积函数寄存器中,y存入 x被积函数寄存器中；
（ 3） 终点判断把,分别存入
,这两个计数器中,x或 y积分累加器每输出一个脉冲，相应的减法计数器减 1，当某个坐标的计数器为零时，该坐标已到达终点，停止累加运算，当两个计数器均为零时，插补结束。
es xx - es yy - ExJ
EyJ
2)圆弧的被积函数为动点的坐标，其数值随着加工点的运动而改变，直线插补寄存的是终点坐标值，为常数。
第二节 脉冲增量插补 教案 15
S(4,3)
Y
O
E(0,5)
4
2
X
5,DDA圆弧插补举例例 第一象限逆圆弧，起点为 S（ 4,3），终点为 E（ 0,5），
请进行插补计算并画出走步轨迹（脉冲当量为 1）。
解：因圆弧半径值为 5，取累加器、被积函数寄存器、终点计数器均为三位二进制寄存器，即 N=3。用两个终点计数器,,
把,
分别存入这两个计数器中，插补运算过程及插补轨迹见图。
ExJ EyJ
2=- es yyes 4=xx -
第二节 脉冲增量插补 教案 15
累加次数
（ △
t）
X积分器 Y积分器
X被积函数寄存器
X累加器
X累加器溢出脉冲终点计数器
（ JEX）
Y被积函数寄存器
Y累加器
Y累加器溢出脉冲终点计数器
（ JEY）
0 3 0 0 4 4 0 0 2
1 3 0+3=3 0 4 4 0+4=4 0 2
2 3 3+3=6 0 4 4 4+4=8+0 1 1
3 4 6+4=8+2 1 3 4 0+4=4 0 1
4 4 2+4=6 0 3 3 4+3=7 0 1
5 4 6+4=8+2 1 2 3 7+3=8+2 1 0
6 5 2+5=7 0 2 2 停止累加 0 0
7 5 7+5=8+4 1 1 2
8 5 4+5=8+1 1 0 1
9 5 停止累加 0 0 0
第三节 数据采样插补 教案 15
所以由于,,
-?
+?
--= -=,..!42!22112cos1
42 dd
d rre
r
1384!42
4
4
<<=?
d
d
( )
r
TF
r
lre
r 888
222
===d
r
l=d TFl =
1．数据采样插补法的基本原理
2．插补周期的选择
1)．插补周期与插补运算时间的关系
3)．插补周期与精度、速度的关系如图采用内接弦线逼近圆弧，最大半径误差 与步距角 δ 的关系为：re
一．概述
2)．插补周期与位置反馈采样的关系第三节 数据采样插补 教案 15
,
1．直线插补在 XY平面加工直线 OE,OE与轴夹角为 α,插补进给步长为 l=TF，
则：
插补计算可按以下步骤进行：
1) 根据加工指令中的速度值 F，计算轮廓步长 l；
2) 根据终点坐标值,计算 ；
3) 计算 x轴进给量 Δ x；
4) 计算 y轴进给量 Δ y。
D
=D
=D
e
e
x
xyy
lx acos
D+=
D+=
+
+
yyy
xxx
ii
ii
1
1
ex ey acos
二．直接函数法插补第三节 数据采样插补 教案 15
2．圆弧插补插补图示顺圆，几何关系：弦 AB长为 l,AP是 A点的切线，
M是弦的中点,OM⊥AB,ME⊥AF,E是 AF的中点。
，在 Δ MOD中：
因为 得出：
2
dfa +=
i
2
sin
2
cos
2tantan a
a
dfa
ly
lx
OD
DM
i
i
i
-
+
== +=
2
sin
2
cos
a
a
ly
lx
x
y
i
i
-
+
=DD
x
y
FA
FB
D
D==atan
第三节 数据采样插补 教案 15
2
45sin
2
45cos
tan °
-
°+
l
y
lx
i
ia
a
a
2tan1
1cos
+
=
°45sin°45cos采用近似算法：用 和 代入上式，得：
，则,得到：
又 和 是圆弧上相邻的两点，满足下列关系式：
则新插补点坐标是：
acoslx =D
D-=
D+=
+
+
yyy
xxx
ii
ii
1
1
( ) ( )2222 yyxxyx iiii D-+D+=+
( )ii yxA,( )yyxxB ii D-D+,
经展开并整理得：
2
2
i
i
x
xx
y
y
y
D
+D
D=
D
-
第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
1．脉冲增量插补算法的进给速度控制
1).软件延时法由程编进给速度求出插补周期：,应大于执行插补程序的时间,应延时的时间为：
2).中断控制法由程编进给速度求出定时器 /计数器的定时时间常数，以控制中断。
2．数据采样插补算法的进给速度控制由程编进给速度求出一个插补周期内合成速度方向上的进给量：
。 是稳定速度，Ｆ为程编进给速度，Ｔ为插补周期，
Ｋ为速度系数。
FT
d=
程延 tTt -=程t
100060 ′=
FTKf
s s
f
一．进给速度控制第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
1.刀具半径补偿的基本概念数控加工中，是按零件轮廓进行编程的。由于刀具总有一定的半径 (如铣刀半径、铜丝的半径 )，刀具中心运动的轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，而是偏移轮廓一个刀具半径值。这种偏移称为刀具半径补偿。
2,B功能刀具半径补偿计算
B功能刀具半径补偿计算：根据零件尺寸和刀具半径值计算直线或圆弧的起点和终点的刀具中心值，以及圆弧刀补后刀具中心轨迹的圆弧半径值。
刀具半径矢量：在加工过程中始终垂直于编程轨迹，大小等于刀具半径，方向指向刀具中心的矢量。
二．刀具半径补偿第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
１ )．直线刀具半径补偿计算被加工直线段 OE起点在坐标原点，终点 E的坐标为 (x,y)。
设刀具半径为 r，刀具偏移后 E点移动到了 E′ 点。 E点刀具半径矢量分量,为：
E′ 点的坐标 (,)为：
yrxr
+
-=
+
=
22
22
yx
rxr
yx
ryr
y
x
+
-=+=?
+
+=+=?
22
22
yx
rxyryy
yx
ryxrxx
y
x
y?x?
第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
2),圆弧刀具半径补偿计算如图被加工圆弧 AE，半径为 R，圆心在坐标原点，起点 A′ 为上一个程序段终点的刀具中心点，已求出。
E点刀具半径矢量分量,为：
E′ 点的坐标为：
=
=
R
yrr
R
xrr
e
y
e
x
+=+=?
+=+=?
R
yryryy
R
xrxrxx
e
eyee
e
exee
xr yr
第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
3),C功能刀具半径补偿计算
(1),C功能刀具半径补偿的基本思想
C刀补工作过程：刀补开始后，先将第一程序段读入 BS，算得此程编轨迹并送到 CS暂存后，又将第二段程序读入 BS，算出第二段程编轨迹。
对两段程编轨迹的连接方式进行判别，根据判别结果，再对 CS中的第一段程编轨迹作相应的修正。修正结束后，顺序地将修正后的第一段程编轨迹由 CS送 AS，第二段程编轨迹由 BS送人 CS。随后，由 CPU将 AS中的内容送到 OS进行插补运算，运算结果送到伺服装置予以执行。
第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
(2),程编轨迹转接类型如图根据角度在四个象限的不同，有以下三种转接类型：
１）直线与直线转接 ２）圆弧与圆弧转接 ３）直线与圆弧转接第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
(3),转接矢量的计算转接矢量：指刀具半径矢量和两个程序段的轨迹交点与刀具中心轨迹交点的连接线。转接矢量可采用平面几何方法或解连立方程组的方法，但平面几何方法较简单。（可见上图）
第一节 概述第六章 数控机床的伺服系统第二节 开环步进式伺服系统第四节 闭环伺服系统第三节 数控机床的检测装置第一节 概述 教案 17
1.调速范围要宽
2.精度要高
3.响应要快
4.低速大转矩
5.稳定性要好，可靠性要高。
进给驱动系统用途和功能主轴驱动系统
电液伺服系统动作原理 直流伺服驱动系统电气驱动系统交流伺服驱动系统
开环系统控制原理半闭环系统闭环系统二．伺服驱动系统的分类一．数控机床对伺服系统的要求教案 18
电机机械执行部件
A相,B
相
C相,…
f,nCNC
插补指令脉冲频率 f
脉冲个数 n
换算脉冲环形分配变换功率放大
a.开环伺服系统
b.闭环 (半闭环 )伺服系统位置控制调节器
++
实际位置反馈速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元 速度控制元件
- -
电机机械执行部件
CNC
插补指令实际速度反馈第三节 数控机床的检测装置第一节 概述 教案 17
2.进给驱动与主轴驱动
3.直流伺服驱动与交流伺服驱动
++ 位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元 速度控制单元
- -
电机机械执行部件
CNC
插补指令实际位置反馈实际速度反馈
C、半闭环伺服系统第二节 开环步进式伺服系统 教案 17
1.步进电机的结构和工作原理
2.步进电机的主要特性
1).步距角和静态步距误差步距角指步进电机定子绕组通电状态每改变一次，转子转过的角度。
步距角计算式为：
0360
mzka =
m— 定子相数； z— 转子齿数； k— 拍数与相数的比例系数一．步进电机第二节 开环步进式伺服系统 教案 17
2).启动频率启动频率指空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进入不丢步的正常运行的最高频率。
3).连续运行的最高工作频率最高工作频率指步进电机连续运行时，不丢步运行的极限频率。
4).加减速特性加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。
5).矩频特性与动态转距矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系。
第二节 开环步进式伺服系统 教案 17
提高开环系统伺服精度从结构上讲有：改善步进电机的性能、减小步距角、采用精密传动副、减小传动链中传动间隙等方法。
从控制方法上讲有：传动间隙补偿、螺距误差补偿、细分线路 。
1,传动间隙补偿传动间隙补偿的基本方法为：
判别进给方向变化后，首先不向步进电机输送反向位移脉冲，而是将间隙值换算为脉冲数，驱动步进电机转动，越过传动间隙，
待间隙补偿结束后再按指令脉冲进行动作。
二,提高步进伺服系统精度的措施第二节 开环步进式伺服系统 教案 17
2,螺距误差补偿传动链中的滚珠丝杠螺距累积误差直接影响工作台的位移精度，为数控设备提供了自动螺距误差补偿功能来解决这个问题。
3,细分线路细分线路是把步进电机的一步再分得细一些。如十细分线路，将原来输入一个进给脉冲步进电机走一步变为输入十个脉冲才走一步。
第三节 数控机床的检测装置 教案 18
检测元件是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分。
1．对位置检测装置的要求
1)工作可靠，抗干扰性强；
3)使用维护方便，适应机床的工作环境；
2．位置检测装置的分类一．概述
2)能满足精度和速度的要求；
4)成本低。
第三节 数控机床的检测装置 教案 18
1,旋转变压器结构旋转变压器是 — 种转角检测元件。它是一种小型的交流发电机，
由定子和转子组成。定子绕组能通过固定在壳体上的接线柱直接引出，
转子绕组有两种不同的引出方式，根据转子绕组的引出方式，旋转变压器分有刷和无刷两种。
有刷式旋转变压器的转子绕组通过滑环和电刷直接引出。
无有刷式旋转变压器由旋转变压器本体和附加变压器两大部分组成。
二．旋转变压器第三节 数控机床的检测装置 教案 18
2,旋转变压器工作原理旋转变压器一般采用正弦绕组的绕组形式。当激磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势。
设在定子绕组上的激磁电压为,通过电磁耦合，转子绕组将产生感应电动势 2E
tVV m wsin1 =
tK
V
KVE m wqq sincoscos12 ==
K— 电磁耦合系数
mV sV 的幅值
q — 转子的转角，当转子和定子的磁轴垂直时,θ =90。
若转子安装在机床丝杠上，定子安装在机床底座上，则角代表的是丝杠转过的角度，它间接反映了机床工作台的位移。
—
则：
第三节 数控机床的检测装置 教案 18
感应同步器是利用电磁耦合原理，将位移或转角转变为电信号的位置检测元件。根据结构特点可分为：旋转式和直线式两种。
1,感应同步器的结构定尺和滑尺的基板由与机床热膨胀系数相似的钢板做成、钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用照相腐蚀的办法做成印制绕组。
感应同步器定尺和滑尺绕组的节距相等，均为２ τ,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。
三．感应同步器第三节 数控机床的检测装置 教案 18
mV
2,感应同步器的工作原理是加在滑尺任一绕组上的激磁交变电压：
定尺绕组上的感应电动势为：
当滑尺移动的距离为 X时，则对应于感应电势以余弦函数将变化 θ 角：
SV
tVV ms wsin=
tKVKVV mSB wqq sincoscos ==
K
q
— 电磁耦合系数
— 的幅值
— 反映的是定尺和滑尺的相对移动的距离 x。
SV
ptptq xx == 22
设第三节 数控机床的检测装置 教案 18
1．光栅的结构光栅通常作为高精度数控机床的位置检测元件，将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给数控装置，实现闭环位置控制。
光栅分类为：
透射光栅是在玻璃表面上制成一系列平行等距的透光缝隙和不透光的栅线，反射光栅是在金属的镜面上制成全反射和漫反射间隔相等的条纹。条纹之间的距离称为栅距。
光栅检测装置主要由光源、聚光镜、标尺光栅、
指示光栅和光敏元件。
圆光栅长光栅
透射光栅反射光栅四．光栅教案 18
2、光栅的工作原理指示光栅标尺光栅
q
第三节 数控机床的检测装置光栅检测装置的组成教案 18
3,光栅的效应
2 s in ( / 2 )
WWB
qq=?
4,莫尔条纹的特点
1）放大性横向效应 纵向效应 斜向效应 直线效应 弧线效应第三节 数控机床的检测装置教案 18
2）平均效应莫尔条纹是由若干条线纹共同形成的，对个别光栅线纹之间的误差具有平均效应，能消除栅距不均匀所造成的影响。
第三节 数控机床的检测装置
3）移动规律光栅相对移动一个 W，莫尔条纹移动一个 B，当光栅移动方向变化时，莫尔条纹的移动方向也变化。
4,莫尔条纹的特点
1）放大性教案 18
5,光栅 在数控机床中的应用第三节 数控机床的检测装置
1,工作台移动位移的检测
B→ W，可计算出位移 x。
2.工作台移动速度的检测根据光强的变化频率可推断出两光栅尺的相对位移速度。
3.工作台移动方向的检测测量通过 A与 B的 莫尔条纹相位超前滞后关系,可判断出移动方向。
A
B
教案 18
6、光栅产品简介
b.敞开式光栅尺
a.封闭式光栅尺
c.长度计第三节 数控机床的检测装置第三节 数控机床的检测装置 教案 18
脉冲编码器是一种旋转式的检测角位移的传感器。按编码的方式分为增量式编码器和绝对式编码器；按结构分为接触式编码器、
光电式编码器和电磁式编码器。
1.增量式光电编码器五．脉冲编码器第三节 数控机床的检测装置 教案 18
2.绝对式光电编码器绝对式光电编码器是利用自然二进制或循环二进制编码方式进行光电转换的。图表示按二进制编码构成绝对式编码器的工作原理。
其中白的部分表示透光，黑的部分表示不透光。当光源通过透光部分并为光电接收器接收时表示,1” 信息，反之表示,O” 信息。
最里层的表示最高位，最外层的表示最低位。
第四节 闭环伺服系统 教案 19
1.直流伺服电机
1).小惯量直流伺服电机
2).宽调速直流伺服电动机
3).直流伺服电动机的速度调节直流伺服电机的调整方法主要是调整电机电枢电压，使用最为广泛的方法是晶体管脉宽调制调速。
一．闭环伺服系统执行元件第四节 闭环伺服系统 教案 19
2.交流伺服电机
1).交流感应异步电动机的结构和工作原理
2).SPWM变频控制器第四节 闭环伺服系统 教案 19
1.相位比较伺服系统
2.幅值比较伺服系统二．闭环伺服驱动系统第四节 闭环伺服系统 教案 19
3,脉冲比较伺服系统
4,全数字式伺服系统全数字式伺服系统：是指系统中的控制信息全用数字量来处理。
第一节 概述第七章 数控机床的机械结构第二节 数控机床的主传动第三节 数控机床的进给传动机构第一节 概述 教案 20
1,主转动系统
2,进给转动系统
3,基础支承件
4,辅助装置二,数控机床机械结构的特点一,数控机床机械结构的组成
1,静、动刚度高
2．抗振性好
3．热稳定性好
4．灵敏度高
5．自动化程度高、操作方便第二节 数控机床的主传动 教案 20
数控机床主传动系统主要有三种配置方式：
1．带有变速齿轮的主传动
2．通过带传动的主传动
3．由主轴电机直接驱动一,主传动变速方式第二节 数控机床的主传动 教案 20
1,主轴的支承数控机床主轴轴承配置三种主要形式。
a)为前支承采用双列短圆柱滚子轴承和 600角接触双列向心推力球轴承，
后支承采用成队向心推力球轴承。
b) 前支承采用多个高精度向心推力球轴承。
c) 前支承采用双列圆锥滚子轴承，
后支承为单列圆锥滚子轴承。
二,主轴部件结构第二节 数控机床的主传动 教案 20
2,主轴内部刀具自动夹紧机构
3．主轴准停装置自动换刀数控机床主轴部件设有准停装置，其作用是使主轴每次都准确地停止在固定的周向位置上，以保证换刀时主轴上的端面键能对准刀夹上的键槽，同时使每次装刀时刀夹与主轴的相对位置不变，
提高刀具的重复安装精度，从而提高孔加工时孔径的一致性。
图示为一种电气准停装置。
第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
2,轴向垫片调整法
1.刚性调整法刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法。
一,传动齿轮副
1,偏心套调整法第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
2.柔性调整法柔性调整法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的调整法。
1,轴向弹簧调整法 2,周向弹簧调整法第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
滚珠丝杠副的优点是：
1)摩擦系数小，传动效率高；
2)灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高；
3)磨损小，寿命长，精度保持性好；
4)可通过预紧和间隙消除措施提高轴间刚度和反向精度；
5)运动具有可逆性。
二,滚珠丝杠螺母副第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
1,滚珠丝杠螺母副的结构滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环，滚珠循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。
循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道叫工作圈数。
2．滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙，消除间隙的方法常采用双螺母结构,利用两个螺母的相对轴向位移。
常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：
1),垫片调隙式第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
2),螺母调隙式
3),齿差调隙式第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
3．滚珠丝杠的支承方式
(a)为一端装推力轴承。 (b)为一端装推力轴承，另一端装向心球轴承。
(c)为两端装止推轴承。 (d)为两端装止推轴承及向心球轴承 。
4.滚珠丝杠螺母副的精度精度标准为四级：普通级 P、标准级 B、精密级 J和超精密级 C。
数 控 机 床下课啦，休息一下 *--*
授课学时：
课程性质：
课程任务,1.掌握 数控机床的基本原理和基础知识 ；
2.熟悉 数控机床的基本结构和工作机理；
3.具备 数控加工手工编程能力和 正确使用数控设备的能力 ；
4.培养 选用或设计组成数控机床的计算机数控系统 的能力。
机械设计制造与自动化专业的一门 主干 专业技术课,是一门 实践性、综合性 很强的课程。
40学时
01324040
第一章 绪论目 录（章节）
第二章 数控编程基础第七章 数控机床的机械结构第六章 数控机床的伺服系统第五章 数控插补控制原理第四章 计算机数控装置实验三 数控铣床加工实验实验二 数控车床加工实验第三章 数控加工编程实验一 数控机床操作实验教案一目 录（教案）
教案二教案十教案九教案八教案七教案六教案五教案四教案三教案十一教案十二教案二十教案十九教案十八教案十七教案十六教案十五教案十四教案十三第一节 数控机床的基本概念第一章 绪论第二节 数控机床的组成和分类第四节 数控技术的发展第三节 数控机床的特点及适用范围第一节 数控机床的基本概念 教案 1
2.我国数控机床发展概况
3.数控技术的基本概念数控技术：用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
数控系统,采用数控技术的控制系统。
数控机床,用数字技术实施加工控制的机床 。
硬、软件数控软件数控第五代：微处理器数控 (1974年 )第四代：小型机数控硬件数控第三代：集成电路式第二代：晶体管分立元件式第一代：电子管、继电器式
一,概述
1．数控机床的产生和发展第一节 数控机床的基本概念 教案 1
1．程序的编制从零件图样到制成控制介质的全部过程。
2．输入是把零件程序、控制参数和补偿数据输入到数控装置中去。
3．译码将加工信息和其它辅助信息翻译成计算机能识别的数据形式并存在指定的内存专用区域。
4．刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。
5．插补根据给定速度和轮廓线型的要求，在轮廓之间，确定中间点的方法。
6．位置控制和机床加工插补二．数控机床的工作流程第二节 数控机床的组成和分类 教案 1
数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。
1,输入输出设备
2,数控装置
3,伺服系统
4,测量反馈装置
5,机床本体输入输出设备数控装置伺服系统机床本体测量反馈装置数控机床组成图一,数控机床的组成第二节 数控机床的组成和分类 教案 1
1.按机械加工的运动轨迹分类
(1)点位控制数控机床
(2)直线控制数控机床
(3)轮廓控制数控机床
2.按伺服系统的控制原理分类
1.开环控制数控机床工作台减速器开环控制系统框图步进电机控制电路数控装置输入二,数控机床的分类第二节 数控机床的组成和分类 教案 1
2.闭环控制数控机床工作台数控装置控制电路伺服电机闭环控制系统框图速度检测元件位置检测元件位置反馈速度反馈输入第二节 数控机床的组成和分类 教案 1
3.半闭环控制数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台速度检测元件转角检测元件半闭环控制系统框图速度反馈位置反馈输入第三节 数控机床的特点及适用范围 教案 1
1.加工精度高，产品质量稳定
2.劳动生产率高
3.加工零件的适应性强，灵活性好
4.减轻工人劳动强度
5.生产管理水平提高数控机床适用范围一．数控机床应用的特点二．数控机床适用范围数控机床适用于品种变换频繁、
批量较小，加工方法区别大且复杂程度较高的零件。
第四节 数控技术的发展 教案 1
二,先进制造技术简介一,数控机床的发展趋势
1、计算机直接数控系统,
用一台中央计算机直接控制和管理一群数控设备进行零件加工或装配的系统。
2、柔性制造单元和柔性制造系统：
由加工中心与工件自动交换装置组成，同时，增加了自动检测与工况自动监控等功能。
3、计算机集成制造系统,
其核心是一个公用的数据库，对信息资源进行存储与管理，并与各个计算机系统进行通信。
(1) 高速化与高精度化 (2) 复合化 (3) 智能化
(4) 高柔性化 (5) 小型化 (6) 开放式体系结构第一节 概述第二章 数控编程基础第二节 编程的基础知识第四节 数控编程的工艺处理第三节 常用准备功能指令编程方法第五节 编程中的数值计算第六节 自动编程简介教案 2
第一节 概述 教案 2
数控编程的内容：分析图样并确定加工工艺过程、
数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削。
数控编程的步骤：
1.分析图样、确定加工工艺过程
2.数值计算
3.编写零件加工程序
4.制作控制介质
5.程序校验和试切削零件图分析图样数值计算编写程序制作介质校验和试切一,数控编程的基本概念二,数控编程的内容和步骤从零件图样到制成控制介质的全部过程称为数控编程 。
第二节 编程的基础知识 教案 2
1,程序的构成零件加工程序由 程序号 和若干个 程序段 组成。每个程序号由程序号地址码和程序的编号组成；每个程序段又由程序段号和若干个 指令字 组成，每个指令字由 字母,符号,数字 组成。
2,程序段格式程序段的长短、字数和字长都是可变的，字的排列顺序没有严格要求，
不需要的字及与上一程序段相同的续效字可以不写。
程序段一般格式为：
N— G— X— Y— Z—? F — S— T— M— ；
程序段号 准备功能 尺寸 进给功能 主轴转速 刀具功能 辅助 功能
3．主程序和子程序一,程序的结构第二节 编程的基础知识 教案 2
1.坐标轴的命名坐标轴采用右手直角笛卡尔坐标系进行命名。
1）坐标轴的命名规定二,数控机床的坐标系第二节 编程的基础知识 教案 2
2） 机床坐标系的确定方法
（１） Z轴 （２） X轴 （３） Y轴 （４） A,B,C的转向 （５）附加坐标第二节 编程的基础知识 教案 2
2,工件坐标系与编程坐标系
（ 1） 机床坐标系与机床原点及机床参考点
（ 2） 编程坐标系
（ 3） 工件坐标系与工件原点
（ 4） 机床坐标系与工件坐标系的关系机床原点的设置（车床） 机床参考点（车床）
第二节 编程的基础知识 教案 2
3.绝对坐标系与相对坐标系
（ 1）绝对坐标系：
所有坐标值均从坐标原点计量的坐标系。所用的编程指令称为绝对指令。绝对坐标常用 X,Y,Z代码表示。
（ 2）增量坐标系：
运动轨迹的终点坐标值相对于起点计量的坐标系，其坐标原点是移动的。所用的编程指令称为增量指令。增量坐标常用 U,V,W代码表示。
例：如图加工直线 AB，
在绝对坐标系中表示 B点坐标值：
XB＝ 30,YB＝ 50；
在增量坐标系中表示 B点坐标值为：
UB＝ 20,VB＝ 30
第二节 编程的基础知识 教案 2
4.最小设定单位与编程尺寸的表示法
（ 1）最小设定单位：
数控系统能实现的最小位移量，又称脉冲当量（ 0.01～ 0.0001㎜ ）。
编程时，所有的编程尺寸都应转换成与最小设定单位相对应的数量。
（ 2）编程尺寸有两种表示法：
1） 以最小设定单位为最小单位来表示；
2） 以毫米为单位，以有效位小数来表示。
例,X=524.295㎜,Y=36.52㎜,最小设定单位为 0.01㎜,
则：
1） 法表示,X52430 Z3652
2 ）法表示,X524.30 Z36.52
第二节 编程的基础知识 教案 3
程序段中的指令字可分为尺寸字和功能字（功能指令），功能指令可分为：准备功能 G指令、辅助功能 M指令，以及 F,S,T指令。
1.准备功能 G指令
（ 1）准备功能Ｇ指令,使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。
（ 2）模态代码（续效代码）：该代码在一个程序段中被使用后就一直有效，
直到出现同组中的其它任一 G代码时才失效。
（ 3）非模态代码（非续效代码）：只在有该代码的程序段中有效的代码。
G指令通常位于程序段中尺寸字之前。
例 N010 G90 G00 X16 S600 T01 M03；
N020 G01 X8 Y6 F100；
N030 X0 Y0；
三,功能指令简介第二节 编程的基础知识 教案 3
2.辅助功能 M指令
（ 1）程序停止指令（ M00）
（ 2）选择停止指令（ M01）
（ 3）程序结束指令（ M02）
（ 4）与主轴有关的指令（ M03,M04,M05）
（ 5）换刀指令（ M06）
（ 6）与切削液有关的指令（ M07,M08,M09）
（ 7）运动部件夹紧与松开（ M10,M11）
（ 8）程序结束指令（ M30）
3,F,S,T指令用进给速度指令用字母 F及其后面的若干位数字来表示，单位为 mm/min或 mm/r。
用字母 S及其后面的若干位数字来表示，单位为 r/min
在自动换刀的数控机床中，该指令用以选择所需的刀具号和刀补号。
（ 1）进给速度指令。
（ 2）主轴转速指令。
（ 3）刀具号指令。
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
1.绝对坐标指令与增量坐标指令（ G90,G91）
G90— 绝对坐标指令
G91— 增量坐标指令例 编制图中的移动量。
绝对尺寸指令,G90 G01 X30 Y50；
增量尺寸指令,G91 G01 X20 Y30；
或 G01 U20 V30；
2.坐标系设定指令（ G92）
例 设置图中工件坐标系坐标系设定指令,G92 X400 Z200；
3.坐标平面选择指令（ G17,G18,G19）
G17,G18,G19指令分别表示在 XY,ZX,YZ
坐标平面内进行加工。其中,G17可缺省。 200
40
0Op
X
Z
一,与坐标系有关指令第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
1.快速点定位指令（ G00）
G00使刀具以点位控制方式从其所在点以最快速度移动到坐标系的另一点。
书写格式,Ｇ００ Ｘ ___Ｙ __Ｚ ___
目标点坐标
2.直线插补指令（ G01）
G01用以指令两个坐标 (或三个坐标 )以联动的方式，按程序段中规定的进给速度 F，插补加工出任意斜率的直线。
书写方式：ＧＯ１ Ｘ＿＿Ｙ＿＿Ｚ＿＿Ｆ＿＿
进给速度目标点坐标二,运动控制指令第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
(1)XY平面圆弧 (2)XZ平面圆弧 (3)YZ平面圆弧
3.圆弧插补指令（ G02,G03）
G02表示顺时针圆弧插补； G03表示逆时针圆弧插补。
(1) 圆弧顺、逆方向判断：沿垂直于要加工的圆弧所在平面的坐标轴从正向往负向看，刀具相对于工件的转动方向是顺时针用 G02，反之用 G03。
(2) 书写格式为,
_
__
_
__
03
02
17 F
JI
R
YX
G
G
G
_
__
_
__
03
02
18 F
KI
R
ZX
G
G
G
_
__
_
__
03
02
19 F
KJ
R
ZY
G
G
G
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
例 编出加工图所示零件程序。
1.使用绝对值且 R方式：
O0100
N0010 G92 X0 Y0；
N0020 G90 G17 G00 X40 Y-40 S600 T01 M03；
N0030 G01 X-80 Y-40 F200；
N0040 G01 X-80 Y-20；
N0050 G02 X-40 Y20 R40 F100；
N0060 G03 X20 Y80 R60；
N0070 G01 X40 Y80 F200；
N0080 Y-40；
N0090 G00 X0 Y0 M02；
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 3
2.使用增量值且 I,J方式：
O0200
N0010 G92 X0 Y0；
N0020 G91 G17 G00 X40 Y-40 S600 T01 M03；
N0030 G01 X-120 Y0 F200；
N0040 X0 Y20；
N0050 G02 X40 Y40 I40 J0 F100；
N0060 G03 X60 Y60 I0 J60；
N0070 G01 X20 F200；
N0080 Y-120；
N0090 G00 X-40 Y40 M02；
4.暂停 (延迟 )指令（ G04）
书写格式为：
G04 10
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
1.刀具半径补偿指令（ G41,G42,G40）
1.1 刀具半径补偿概念实际的刀具都是有半径的。使刀具的刀尖沿零件轮廓曲线加工，刀位点的运动轨迹即加工路线应该与零件轮廓曲线有一个半径值大小的偏移量。
使刀具的刀位点正确运动有两种方式：
1) 加工前计算出刀位点运动轨迹，
再编程加工；
2) 按零件轮廓的坐标数据编程，
由系统根据工件轮廓和刀具半径 R
自动计算出刀具中心轨迹。
三,刀具补偿指令第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
1.2 刀具半径补偿指令
G41为刀具左补偿，指顺着刀具前进方向看，刀具偏在工件轮廓的左边；
G42为刀具右补偿，指顺着刀具前进方向看，刀具偏在工件轮廓的右边；
G40为取消刀补。
书写格式：
1,G41,G42与 G00,G01配合使用。
2,G41,G42与 G02,G03配合使用。
X— Y— D；?
42
41
01
00
G
G
G
G
D— ；
42
41
G
G
X— Y— R— ；
03
02
G
G
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
1.3 刀具半径补偿过程刀具半径补偿执行过程一般分为三步：
(1)刀具补偿建立
(2)刀具补偿进行
(3)刀具补偿撤消刀具补偿功能还可以利用同一加工程序去适应不同的情况，如：
1．利用刀具补偿功能作粗、精加工余量补偿；
2．刀具磨损后，重输刀具半径，不必修改程序；
3．利用刀补功能进行凹凸模具的加工。
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
例 铣削加工图所示的轮廓，采用 20㎜ 的立式铣刀。
O0010
N010 G92 X0 Y0；
N020 G91 G00 G42 X70 Y40 D01 S800 M03 M08；
N030 G01 X80 Y0 F100；
N040 G03 X40 Y40 I0 J40；
N050 G01 Y60；
N060 X-20；
N070 G02 X-80 I-40；
N080 G01 X-20；
N090 Y-100；
N100 G00 G40 X-70 Y-40 M05 M09 M02；
Y
XO
70 60
20 20
A
B
C
DEFG
120
100
40
O
第三节 常用准备功能指令编程方法 教案 4
2.刀具长度补偿指令（ G43,G44）
用于刀具轴向（ Z方向）补偿，可使刀具在 Z方向上的实际位移大于或小于程序给定值。即：
书写格式：
执行结果：
正偏置 G43,Z实际值 =Z指令值 +（ H— ）
负偏置 G44,Z实际值 =Z指令值 -（ H— ）
G40为取消刀补。
Z 向实际位移量＝ 程序给定值 ± 补偿值 可正可负
Z— H— ；?
44
43
G
G
第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
1．数控加工工艺的内容十分具体通用机床上由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时转变成为编程人员必须事先具体设计和具体安排的内容。
2．数控加工的工艺处理相当严密在进行数控加工的工艺处理时，必须注意到加工过程中的每一个细节，考虑要十分严密。编程人员不仅必须具备较扎实的工艺基础知识和较丰富的工艺设计经验，而且必须具有严谨踏实的工作作风。
二,数控编程中工艺处理的内容一,数控加工工艺特点数控加工的合理性分析、零件的工艺性分析、工艺过程和工艺路线的确定、零件安装方法的确定、选择刀具和确定切削用量。
第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
1.合理确定零件的加工路线零件的加工路线：数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向。
确定加工路线的原则：
1．应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；
2．应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间；
3．应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。
a) b) c)
三,数控编程中工艺处理的几个问题第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
2.合理选择对刀点、换刀点
(1)刀位点：用来表示刀具在机床上的位置。
如图,立铣刀指刀具轴线与刀具底面的交点，球头铣刀指球头铣刀的球心，
车刀和镗刀指刀尖，钻头指钻尖。
第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
刀架转位换刀时的位置，用符号 表示。
在数控机床上加工零件时，刀具刀位点相对零件运动的起始点。用符号 表示。
选择对刀点的原则：
1.要便于数学处理和简化编程；
2.在机床上找正容易，加工中检查方便；
3.引起的加工误差小。
(2)起刀点 (对刀点、程序起点 )：
(3)换刀点：
第四节 数控编程的工艺处理 教案 4
3.合理选择工件的装夹方法、刀具和切削用量
(1)选用和设计夹具应遵循的原则
(2)数控加工的刀具要求精度高、刚性好、耐用度高、尺寸稳定、
安装调整方便，因而需采用优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
(3) 选择切削用量的原则四,合理编制工艺文件数控加工工艺文件主要有：工序卡、刀具调整单、零件的加工程序单等。
1,工序卡
2,刀具调整单
3,机床调整单
4,数控加工程序单第五节 编程中的数值计算 教案 5
1.基点和节点的计算基点：构成零件轮廓的两相邻几何元素的交点或切点。
节点：在误差允许范围内，逼近非圆曲线的若干个直线段或圆弧段的交点。
2.刀位点轨迹的计算刀位点运动轨迹与零件轮廓曲线不完全重合，对没有刀具半径补偿功能的经济型数控机床，编程时需计算出刀位点运动轨迹。
3.辅助计算辅助计算包括：辅助程序计算、脉冲数计算、
尖角过渡计算、增量计算。
一,数值计算的主要内容第五节 编程中的数值计算 教案 5
方法：选定零件坐标系，列出各直线和圆弧的解析方程：
将两相邻几何元素的方程联立起来，可解出各交点或切点的坐标。
若数控机床没有刀具半径补偿功能，由直线和圆弧组成的零件轮廓，
需要根据零件轮廓和刀具半径计算出刀位点轨迹上的基点坐标。
方法为：选定零件坐标系，列出各直线和圆弧的等距线解析方程：
将两相邻几何元素的等距线方程联立起来，可求出刀位点轨迹的基点坐标值。
222 )()(0 RyxcByAx =-+-=++ hx，圆弧：直线：
22222 ()()( ），圆弧：直线,刀刀 rRyxBArcByAx ±=++±=++ hx
二,直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算第五节 编程中的数值计算 教案 5
1．以起点 A为圆心，以 为半径作圆
2．求 PT的斜率以下方程联立求Ｐ
点坐标,、Ｔ
则
( ) ( ) 222 允d=-+- aa yyxx 允
d
( )pp yx,
( )tt yx,
( )
( )
( )
( )
=
=
-
-
=-+-
-
--=
-
-
曲线方程曲线切线方程圆方程（）（
圆切线方程允
)(
)(
) 222
tt
t
pt
pt
apap
ap
ap
pt
pt
xfy
xfxx yy
xxyy
yy
xx
xx
yy
d
pt
pt
xx
yyk
-
-=
三,非圆曲线的节点计算
a）基本原理 b) 计算步骤第五节 编程中的数值计算 教案 5
3.过 A点与直线 PT平行的直线方程为：
4.与曲线联立求解 B点
5.按以上各步骤依次求得各节点 C,D 。
c）特点各程序段误差均相等，程序段数目最少，但数值计算过程较复杂，
需借助计算机。
=
-=-
)(
)(
xfy
xxkyy aa
)( aa xxkyy -=-
( )bb yx,
第五节 编程中的数值计算 教案 5
数控加工误差△数加是由编程误差△编、机床误差△机、
定位误差△定、对刀误差△刀等误差综合形成。
即：△数加 =f(△ 编 +△ 机 +△ 定 +△ 刀 )
其中：
（ 1）编程误差△编由逼近误差 δ,圆整误差组成。
（ 2）机床误差△机由数控系统误差、进给系统误差等原因产生。
（ 3）定位误差△定是当工件在夹具上定位、夹具在机床上定位时产生的。
（ 4）对刀误差△刀是在确定刀具与工件的相对位置时产生。
四,数控加工误差的组成第六节 自动编程简介 教案 5
1,自动编程的类型及特点
(1)语言式自动编程
2,自动编程系统的信息处理过程
(1)语言式自动编程系统的信息处理过程
(2)图形交互式自动编程系统的信息处理过程
3,自动编程的发展趋势
(1)发展具有完善的工艺处理功能的自动编程
(2)实物模型自动编程
(4)在线编程一,数控编程的方法二,自动编程
1.手工编程 2,自动编程
(2)图形交互式自动编程
(3)语音式自动编程
(5)视觉编程实验一 数控机床操作实验 教案 6
1,数控机床的组成、特点及分类
(1)数控机床的组成
(2)数控机床的特点
(3)数控机床的分类
a)按加工用途分类
b)按机械加工的运动轨迹分类
c)按伺服系统的控制原理分类
2,数控机床加工程序的编制数控编程的一般步骤可用图示来表示：
零件图分析图样编写程序制作介质校验和试切数值计算二,实验内容一,实验目的实验一 数控机床操作实验 教案 ６
1,对照数控机床认识机床的各个组成部分
1).认识并熟悉数控系统的各个部分。
2).认识并熟悉机床本体的各个部分。
3).熟悉并掌握整个数控机床的启动和停止。
2,启动数控机床认识并熟悉操作系统三,实验的方法和步骤四,思考题
1,数控机床的工作原理是什么？
2,结合本次实验，谈谈本数控系统刀具参数的设定方法？
3,工件坐标系是如何建立的？
第一节 数控车床的程序编制第三章 数控加工编程第二节 数控铣床的程序编制第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
车削零件编程原点的 X向零点应选在零件的回转中心。 Z向零点一般应选在零件的右端面、设计基准或对称平面内。
二,设定编程原点一,数控车削加工编程的特点第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
1,外圆车削循环指令 G90
书写格式,G90 X（ U） — Z（ W） — F— ；
例 1 编写车削如图零件程序
N0050 G90 X50 Z-30 F50；
执行结果：刀具从 A点快进到 B点，
再从 B点切削到 C点，然后从 C点退刀至
D点，最后刀具又快速返回到 A点。
90f
60f 50f
A
BC
D
Z
X
pO
30 10
三,车削固定循环指令第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
2,外圆锥面循环指令 G90
书写格式,G90 X（ U） — Z（ W） — I— F— ；
X,Z为切削终点的坐标值,U,W为切削终点相对于循环起点的增量值,I（或 R）为锥体两端的半径之差，即,F为进给速度。2 dDI -=
例 2 编写车削如图零件程序
N0050 G90 X40 Z20 I-5 F30；
N0060 X30；
N0060 X20；
执行结果：刀具从 A点快进到 B点，再从 B点切削到 C点，然后从 C点退刀至 D
点，最后刀具又快速返回到 A点；
如此又走刀,,每次循环都退回到 A点。
第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
3.螺纹切削循环指令 G92
螺纹切削应注意在两端设切入和切出的空刀行程,,用以避免升降速过程对螺纹质量的影响。
实际刀具行程：
（ 1）书写格式：
G92 X（ U） — Z（ W） — F— ；
G92 X（ U） — Z（ W） — I— F— ；
L L 1L 2
12W L L L= + +
2L1L
第一节 数控车床的程序编制 教案 ７
例 在数控机床上加工如图零件的外螺纹，先用 1号刀精车螺纹的外表面，再用 2号刀加工螺纹，试编写程序。
解：
1）计算螺纹尺寸螺纹外径 ≈ 40-0.866× 2÷ 4=39.6；
螺纹牙深 =0.6495× 2=1.299；
螺纹内径 ≈ 39.6-2× 1.299=37.0。
3 03
Z
M
4
0
×
2
X
o
（ 2）螺纹加工尺寸计算螺纹标注为,M40× 2
令螺纹全高Ｈ＝ 0.866Ｐ；
螺纹外径 ≈ 公称直径 -Ｈ /４；
螺纹牙深 =0.6495Ｐ；
螺纹内径 ≈ 螺纹外径 -2× 螺纹牙深。
第一节 数控机床的程序编制 教案 7
2.编程如下,（螺纹分 4次切削）
O0010
N0010 G92 X200.0 Z100.0；
N0020 G00 X39.6 Z2.0 S600 T0101 M03；
N0030 G01 Z-31.5 F100；
N0040 G00 X200.0 Z100.0；
N0050 M01；计划停止（停机检查）
N0060 T0202；
N0070 G00 X41.0 Z5.0 S200 M08 M03；
N0080 G92 X38.7 Z-31.5 F2.0；加工螺纹
N0090 X37.8；
N0100 X37.3；
N0110 X37.0；
N0120 G00 X200.0 Z100.0 M09； M09关切削液
N0130 M30；纸带结束
3 03
o
M
4
0
×
2 Z
X
第一节 数控机床的程序编制 教案 ７
4.端面切削循环指令 G94
书写格式,G94 X（ U） — Z（ W） — F— ；（平端面）
G94 X（ U） — Z（ W） — I— F— ；（带锥度端 )
5.复合固定循环指令 G71,G70
1).直径粗车循环指令 G71
如图,A点是粗加工循环起始点，加工路线为：
A→B→C→D→E→A,
书写格式：
G71 U(Δ d) R(e) ；
G71 P(ns) Q(nf) U(Δ u) W(Δ w) F- S- T-；
2).精车循环指令 G70
书写格式,G70 P(ns) Q(nf) ；
第一节 数控机床的程序编制 教案 ７
例 加工如图的零件，试编写程序清单。
O0010
N0010 G92 X200 Z220;
N0020 G00 X160 Z180 S600 M03;
N0030 G71 U7 R1;
N0040 G71 P0050 Q0110 U4 W2 F30;
N0050 G00 X40 S800;
N0060 G01 W-40 F15;
N0070 U20 W-30;
N0080 X60 W-20;
N0090 X100 W-10;
N0100 W-20;
N0110 X140 W-20;
N0120 G70 P0050 Q0110;
N0130 G00 X200 Z220 M02;
第一节 数控机床的程序编制 教案 ８
例 加工如图零件，要求精车所有外形，不留加工余量。
解：
1,分析零件图纸、确定加工工艺过程
1)．选择刀具并画出刀具布置图根据要求选用三把刀,1号刀车外圆,2号刀切槽，刀刃宽 4mm，
3号刀车螺纹。换刀点、起刀点在（ 200,300）。
四,车削加工编程实例第一节 数控机床的程序编制 教案 ８
2)．工艺路线首先车削外形，再切槽，最后车螺纹。
3)．确定切削用量车外圆：主轴转速为 S600r/min，进给速度为 F150㎜ /min；
切槽：主轴转速为 S300r/min，进给速度为 F100㎜ /min；
车螺纹：主轴转速为 S200r/min，进给速度为 F1.0㎜ /r。
2,数值计算螺纹外径 =12-0.866× 1÷ 4≈11.8 ；
螺纹牙深 =0.6495× 1=0.6495；
螺纹内径 ≈ 螺纹外径 -2× 螺纹牙深
＝ 11.8-2× 0.6495=10.5。
第一节 数控机床的程序编制 教案 ８
3,编写程序
O0010
N0010 G92 X200.0 Z300.0；（建立工件坐标系）
N0020 G00 X0 Z1.0 S600 T0101 M03 M08；（快进到接近点）
N0030 G01 Z0.0 F150；（工进到）
N0040 X10.0；（车端面）
N0050 X11.8 Z-0.9；（倒角）
N0060 Z-14.0；（车螺纹外表面）
N0070 X16.0 Z-18.0；（车锥面）
N0080 X10.0 Z-38.0；（车倒锥面）
N0090 G02 X18.0 Z-42.0 I4.0 K0.0；（顺圆加工）
N0100 G03 X24.0 Z-45.0 I0.0 K-3.0；（逆圆加工）
N0110 G01 Z-52.0；（车大外径）
N0120 G00 X200.0 Z300.0 T0100 M05 M09；（快回到换刀点）
第一节 数控机床的程序编制 教案 ８
N0130 X16.0 Z-14.0 S300 T0202 M03 M08；
N0140 G01 X9.0 F100；（切槽）
N0150 G04 P5.0；（延时 5s ）
N0160 G00 X200.0；（径向退刀）
N0170 Z300.0 T0200 M05 M09；（快回到换刀点）
N0180 X16.0 Z3.0 S200 T0303 M03 M08；
N0190 G92 X11.3 Z-12.0 F1.0；（以下分三刀切削螺纹）
N0200 X10.9；
N0210 X10.6；
N0220 G00 X200.0 Z300.0 T0300 M05 M09；（快回到换刀点）
N0230 X30.0 Z-54.0 S300 T0202 M03 M08；
N0240 G01 X0.0 F100；（切断）
N0250 G00 X200.0 Z300.0 T0200 M02；（结束）
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ８
铣削零件的编程原点,X,Y向零点一般可选在设计基准或工艺基准的端面或孔的中心线上，对于有对称部分的工件，可以选在对称面上，
以便用镜像等指令来简化编程。 Z向的编程原点，习惯选在工件上表面，
这样当刀具切入工件后
Z向尺寸字均为负值，以便于检查程序。
二,设定编程原点一．数控铣削加工编程的特点第二节 数控铣床的程序编制 教案 ８
1.工件坐标系设定指令（ G54～ G59）
如图零件，下面两种代码是等效的：
（ 1） N0010 G92 X100 Y200；
N0020 G00 X10 Y30；
（ 2）预先设置 G54原点偏置寄存器：
X—— （ -100）,Y—— （ -200）
代码,N0010 G54 G00 X10 Y30；
2.镜像加工指令（ G11,G12,G13）
书写格式：
G11 N****,****,**** Y轴
G12 N****,****,**** X轴
G13 N****,****,**** 原点 O
三,数控铣床编程中的特殊功能指令
3
0
Y
X
2００
１０
１００
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
3.固定循环指令（孔加工）
1).孔加工循环的组成动作
2).孔加工循环指令格式：
书写格式：
G98（ G99） G_ X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_ L_；
A
B
R
2
3
4
5
R
1
2
3
4
5R
A B
z
Ｇ９９ Ｇ９８
快速退回快速定位到空上方快速退回初始平面初始平面安全高度平面
z
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
3).部分固定循环指令简介,
(1),高速深孔加工往复排屑钻循环指令 G73
书写格式,G98（ G99） G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_；
(2).左旋攻螺纹循环 G74
书写格式,G98（ G99） G74 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_；
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
(3).精镗循环 G76
书写格式,G98（ G99） G76 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_；
(4).背镗循环 G87
书写格式,G98 G87 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_；
第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
例 试采用固定循环方式精加工图示各孔。使用刀具 T01为镗孔刀，
T02为 13钻头,T03为锪钻。
O0010
N0010 G90 G92 X0 Y0 Z-100.0 T01；
N0020 G00 Z-50.0 M03 S600；
N0030 G43 H01；
N0040 G99 G85 X0 Y0 Z45.0 R-3.0 F30；
N0050 G43 G00 X-180.0 Y0 T02 H02；
N0060 G91 G98 G73 X120.0 Y0 Z28.0
R18.0 Q5.0 F40 L2；
N0070 G43 G00 X120.0 Y0 T03 H03；
N0080 G91 G98 G82 X-120.0 Y0 Z15.0 R18.0 P100 F30 L2；
N0090 G00 X0 Y0 Z-100.0 M02；（结束）
四,孔加工编程实例第二节 数控铣床的程序编制 教案 ９
例 精加工图示的零件（其厚度为 20，粗线为零件轮廓）
解,1）建立工件坐标系，标明编程原点
2）确定加工路线 沿 o→a→b→c→d→e→a→O 的方向加工。
3）增量值方式编制程序
O020
N0010 G92 X0 Y0 Z10；
N0020 G91 G17 G00 Z-35.0 S300 M03；
N0030 G41 G01 Y20 F100 D01 M08；
N0040 Y40；
N0050 X40 Y20；
N0060 G02 X40 Y-40 I0 J-40；
N0070 X-20 Y-20 I-20 J0；
N0080 G01 X-60 Y0；
N0090 G40 G00 X0 Y-20 Z35 M02；
五,铣削加工编程实例实验二 数控车床加工实验 教案 10
１．掌握数控车床的加工特点；
２．掌握数控车床加工程序的结构特点及编制方法；
３．掌握数控车床程序的输入、编辑、修改、调试、示教、运行等方法。
二．实验内容一,实验目的
1.毛坯准备
2.刀具准备
3.系统软件介绍
4.车加工程序的编制零件加工程序的编制过程，包括分析零件图纸、进行工艺处理、
数值计算（走刀过程中各个点的计算、曲线与曲面坐标的运算）、
编制程序清单、程序的输入等五个步骤。
实验二 数控车床加工实验 教案 10
分别编制如图所示的四个零件数控加工程序，毛坯材料为铜棒。
四．思考题三．实验步骤实验三 数控铣床加工实验 教案 11
１．掌握数控铣床的加工特点；
２．掌握数控铣床加工程序的结构特点及编制方法；
３．掌握数控铣床程序的输入、编辑、修改、调试、示教、运行等方法。
二．实验内容一,实验目的实验内容为：
1.毛坯准备；
2.刀具准备；
3.系统软件介绍；
4.铣加工程序的编制。
零件加工程序的编制过程，包括分析零件图纸、进行工艺处理
（选走刀路线）、数值计算（走刀过程中各个点的计算、曲线与曲面坐标的运算）、编制程序清单、程序的输入等五个步骤。
实验三 数控铣床加工实验 教案 11
编制如图所示零件的数控加工程序。
四．思考题三．实验步骤第一节 概述第四章 计算机数控装置第二节 ＣＮＣ装置硬件结构第三节 ＣＮＣ装置软件结构第一节 概述 教案 12
CNC系统是由程序、输入输出设备,CNC装置、可编程序控制器 (PLC)
、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。
一,CNC系统的组成第一节 概述 教案 12
CNC装置是 CNC系统的核心，由硬件和软件两大部分组成。
二,CNC装置的组成第一节 概述 教案 12
1.控制功能
2.准备功能
3.插补功能
4.固定循环加工功能
5.进给功能
6.主轴功能
7.辅助功能
8.刀具功能
9.补偿功能
10.显示功能
11.自诊断功能
12.通信功能三,CNC装置的功能第二节 ＣＮＣ装置硬件结构 教案 12
1．微处理器和总线
2．存储器
3,I/O接口
4,MDI／ CRT接口
5．位置控制器
6．可编程序控制器 (PLC)
二．单微处理器结构的 CNC系统特点一．单微处理器结构
1,CNC系统中只有一个微处理器，对各种实现集中控制分时处理；
2．微处理器通过总线与存储器、输入输出控制等接口电路相连，
构成 CNC系统；
3．结构简单，容易实现。
4．单微处理器结构因为只有一个微处理器集中控制。
第三节 CNC装置软件结构 教案 12
CNC系统的软件是为了完成数控机床的各项功能专门设计和编制的专用软件，是系统软件。由管理软件和控制软件组成。
操作系统管理软件 控制软件零件程序管理显示处理人机交互交互位置控制输入输出管理插补运算故障诊断处理速度处理机床输入输出编译处理主轴控制刀具半径补偿
．．．,．．
一,CNC装置软件组成第三节 CNC装置软件结构 教案 12
1.多任务并行处理
2.实时中断处理
CNC系统的中断类型有以下四种：
1).外部中断
2).内部定时中断
3).硬件故障中断
4).程序性中断二,CNC装置软件结构的特点第三节 CNC装置软件结构 教案 12
CNC软件结构模式有两种：前后台型软件结构和中断型软件结构。
1,前后台型软件结构前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器 CNC系统。前台程序为实时中断程序，后台程序主要用来完成准备工作和管理工作。
2,中断型软件结构中断型软件结构没有前后台之别，除初始化程序外，根据各控制模块实时要求不同，将控制程序安排成不同级别的中断服务程序。
三,CNC系统的软件结构第一节 插补原理第五章 数控插补控制原理第二节 脉冲增量插补第四节 数控系统的进给速度控制与刀具半径补偿第三节 数据采样插补第一节 插补原理 教案 13
插补就是根据给定速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法，即：数据密化的过程。
，角度逼近插补法。接函数法，时间分割法数据采样插补，如：直法，比较积分法；点比较法，脉冲增量插补，如：逐 DDA
三,软件插补方法二,插补的实现一,插补的概念硬件插补：采用硬件的数字逻辑电路来完成插补工作。
软件插补：由软件完成插补工作。
按输出驱动信号方式的不同，软件插补方法可分为两大类：
第二节 逐点比较法插补 教案 13
2.工作节拍逐点比较法一个插补循环有四个节拍：
1) 偏差判别
2) 进给
3) 偏差计算
4) 终点判别工作循环图如右：
1,基本原理每给 x或 y坐标方向一个脉冲，加工点沿相应方向产生位移，然后对新点所在的位置与要求加工的曲线进行比较，根据偏离情况决定下一步该移动的方向，以缩小偏离距离，
使实际加工出的曲线与要求的加工曲线的误差为最小。
终点判别开始加工偏差判别进给 Δ X或 Δ Ｙ
偏差计算停止加工
Ｙ
Ｎ
第二节 逐点比较法插补 教案 13
A(xa,
ya) B(xb,yb)
O
C(xc,
yc)
y
x
E(xe,
ye)
，
3,直线插补
（ 1）偏差计算公式如图,点，有,即,
点，有,即：
点，有,即：
令为偏差判别函数，由即可判别刀位点与直线的位置关系，判别方法如下,
( )bb yxB,
e
e
b
b
x
y
x
y = 0=-=
ebeb yxxyF
( )aa yxA,
e
e
a
a
x
y
x
y > 0>-=
eaea yxxyF
0<-= ecec yxxyF
e
e
c
c
x
y
x
y <( )
cc yxC,
<
=
>
，刀位点在直线下方
，刀位点在直线上
，刀位点在直线上方
0
0
0
F
F
F
第二节 脉冲增量插补 教案 13
（ 2）进给的符号判别进给方向：
（ 3）偏差计算公式简化
,其 F值为：
a) 若
b) 若 ＜ 0,则,
设某时第一象限中某点为：
由则：≥ 0，
iF
+<
+?
方向走一步。，沿方向走一步；，沿
yF
xF
i
i
0
0
),( ii yxD eieii yxxyF -=
iF
=
+=
+
+
ii
ii
yy
xx
1
1 1
eieeieieieieieii yFyyxxyyxxyyxxyF -=--=+-=-= +++ )1(111
+=
=
+
+
11
1
ii
ii
yy
xx
eieeieieieieieii xFxyxxyyxxyyxxyF +=+-=-+=-= +++ )1(111
iF
第二节 脉冲增量插补 教案 13
中减去１，
（ 4）终点判断（三种方法）
a) 设置一个减法计数器，在其中存入,Ｘ 或 Ｙ
坐标方向进给时均在计数器中减去 1,当 时，停止插补。
b) 设置 和 两个减法计数器，在其中分别存入终点坐标值
，Ｘ或Ｙ坐标方向每进给一步时，就在相应的计数器直到两个计数器都为 0时，停止插补。
C）选终点坐标值较大的坐标作为计数坐标，用其终值作为计数器初值，
仅在该轴走步时才减去 1，当减到 0时，停止插补。
和
x?y
+= ee yx
= 0
eyex
第二节 逐点比较法插补 教案 13
Y
O
1
2
3
1 2 3 4 5 X
E(5,3)
例 第一象限直线 OE，起点为 O（ 0,0），终点为 E（ 5,3），请写出用逐点比较法插补此直线的过程并画出运动轨迹图 (脉冲当量为 1)。
解：插补完这段直线刀具沿Ｘ和Ｙ轴应走的总步数为
＝ 5 + 3＝ 8。
刀具的运动轨迹如图
+= ee yx
4,插补举例第二节 逐点比较法插补 教案 13
循环序号 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判别
F ≥0 +X Fi+1=Fi-ye Σ=| xe|+|ye|
F ＜ 0 +Y Fi+1=Fi+xe
0 F0=0; xe=5; ye=3 J=8
1 F0=0 +X F1=0-3=-3 J=7
2 F1=-3 +Y F2=-3+5=2 J=6
3 F2=2 +X F3=2-3=-1 J=5
4 F3=-1 +Y F4=-1+4 J=4
5 F4=4 +X F5=4-3=1 J=3
6 F5=1 +X F6=1-3=-2 J=2
7 F6=-2 +Y F7=-2+5=3 J=1
8 F7=3 +X F8=3-3=0 J=0
插补运算过程见表：
第二节 逐点比较法插补 教案 13
P72（ 3.13）编制铣削如图 5— 4所示零件轮廓的精加工程序。
订正作业解,1,分析零件图纸、确定加工工艺过程
（ 1）选择刀具
T01：刀铣外轮廓 T02：刀钻 12的孔
（ 2）工艺路线
（ 3）确定切削用量
2,数值计算各基点和圆心点的坐标为,A（ 0,0）；
B（ 28.0,50.0）； C（ 82.0,50.0）；
D（ 82.0,-12.0）； E（ 62.0,-12.0）；
F（ 56.0,-6.0）； G（ 56.0,0）；
H（ 20.0,0）； M（ 82.0,19.0）
f
第二节 逐点比较法插补 教案 13
O0010
N0010 G92 X-25.0 Y-20.0 Z40.0；
N0020 G90 G00 G43 Z-15.0 T01 H01；
N0030 G41 G01 X0 Y0 D02 F150 S300 M03 M08；
N0040 X28.0 Y50.0；
N0050 X82.0 Y50.0；
N0060 G02 X82.0 Y-12.0 I0 J-31.0 F100；
N0070 G01 X62.0 F150；
N0080 G02 X56.0 Y-6.0 I0 J6.0 F100；
N0090 G01 Y0 F150；
N0100 G03 X20.0 I-18.0 J0 F100；
N0110 G01 X0 Y0 F150 M09 M05；
N0120 G00 G40 X-25.0 Y-20.0；
N0130 Z40.0；
N0140 X82.0 Y19.0 S600 T02 M03 M08；
N0150 G44 H03；
N0160 G98 G81 Z-15.0 R3.0 F30；
N0170 G00 G40 X-25.0 Y-20.0 Z40.0 M02；
第二节 脉冲增量插补 教案 14
5.圆弧插补
（ 1）偏差计算公式以第一象限逆圆弧为例，起点为 S，终点为 E，半径为 r，圆心在原点。
再设刀具刀位点某一时刻位于点，它在圆弧上，有,；
若位于 点，它在圆弧的外部，有：,
若位于 点，它在圆弧的内部，有,。
令 为偏差判别函数，由即可判别刀位点与圆弧的位置关系，判别方法如下：
222 ryx
bb =+ 222
ryx aa >+( )aa yxA,
222 ryx
cc <+( )cc yxC,
222 ryxF -+=
<
=
>
，刀位点在圆弧内部
，刀位点在圆弧上
，刀位点在圆弧外部
0
0
0
F
F
F
第二节 脉冲增量插补 教案 14
（ 2）进给由 的符号判别进给方向：
（ 3）偏差计算公式简化设某时第一象限中某点为：,其 F值为：
a) 若 ≥ 0，沿 +x方向走一步，则：
b) 若 ＜ 0，沿＋ y方向走一步，则：
（ 4）终点判断 与逐点比较法直线插补相同。
iF
+<
-?
方向走一步。，沿方向走一步；，沿
yF
xF
i
i
0
0
),( ii yxD
=
+=
+
+
ii
ii
yy
xx
1
1 1
iF
eieeieieieieieii yFyyxxyyxxyyxxyF -=--=+-=-= +++ )1(111
+=
=
+
+
11
1
ii
ii
yy
xx
iF
1212)1( 222222221211 ++=+++=++=+= +++ iiiiiiiiii yFryyxryxryxF
222 ryxF -+=
第二节 脉冲增量插补 教案 14
6.逐点比较法圆弧插补举例例 第一象限逆圆弧，起点为 S（ 4,3），终点为 E（ 0,5），请进行插补计算并画出走步轨迹（脉冲当量为 1）。
解：如图，插补完这段圆弧刀具沿和轴应走的总步数为
＝ 4+2＝ 6，故设置一计数器 =6，或坐标方向进给时均在计数器中减去 1，
当 时，停止插补。
插补运算过程及刀具的运动轨迹如图所示。
= 0
SESE yyxx __ +=∑｜ ｜｜ ｜
第二节 脉冲增量插补 教案 14
6
5
4
3
2
1
0
终点判别坐标计算偏差计算坐标进给偏差判别循环序号
121 +=+ iii xFF
F<0
0≥F
00 =F
071 <-=F
02 =F
053 <-=F
044 >=F
015 >=F
121 ++=+ iii yFF
00 =F
714201 -=+-=F
013272 =++-=F
513203 -=+-=F
414254 =++-=F
112245 =+-=F
011216 =+-=F ×
×
×
×
×
×
3,4 00 == yx
3,3 11 == yx
4,3 22 == yx
4,2 33 == yx
5,2 44 == yx
5,1 55 == yx
5,0 66 == yx
6J =
5J =
4J =
3J =
2=J
1=J
0=J
x-
y+
x-
y+
x-
x-
y+
x-
终点判别坐标计算偏差计算坐标进给偏差判别
sESE
yyxxJ __ +=
第二节 脉冲增量插补 教案 14
1.数学原理由微积分的基本原理，函数 在区间 的积分就是该函数曲线与横坐标 t在区间上所围成的面积，即：
将 划分为间隔为 Δ t的子区间，
当 Δ t足够小时，此面积可看作是许多小矩形面积之和，矩形宽为 Δ t，高为,
则,
= ntt dttfs
0
)(
],[ 0 ntt
],[ 0 ntt)(tfy =
],[ 0 ntt
iy
n?
=i
iy
1 =
=====D=== n
i
i
t
t
t
t tyydtdttfs
nn
100
)(
二,数字积分法插补（ DDA法）
y
0 0t 1t nt1+it
iy
1+iy
iyD
y=f(t)
xΔ t
第二节 脉冲增量插补 教案 14
2.直线插补
1）,基本原理如图直线 OE，起点在原点，终点为 E（ ）,表示动点在 X轴和 Y轴的移动速度，则在 X轴和 Y轴上的微小移动增量 Δ x
和 Δ y为：
对直线函数来说，有：
则：
各坐标轴的位移量为：
ee yx,yx vv,
D=D
D=D
tvy
tvx
y
x k
y
v
x
v
e
y
e
x ==
D=D
D=D
tkyy
tkxx
e
e
D=========
D=========
=
=
t t m
i
eyy
t m
i
e
t
ex
tkydtkvdtvy
tkxdtkxdtvx
0 0 1
0 10
第二节 脉冲增量插补 教案 14
2）,直线插补器插补器由两个数字积分器组成，每个坐标的积分器由累加器和被积函数寄存器组成。
终点坐标值存在被积函数寄存器中，相当于插补控制脉冲源发出的控制信号，每发生一个插补迭代脉冲，使被积函数和向各自的累加器里累加一次，当累加器超过累加器容量时，产生溢出，溢出脉冲驱动伺服系统进给一个脉冲当量。溢出后，余数仍存放在累加器中，实际积分值为：
积分值 =溢出脉冲数 +余数第二节 脉冲增量插补 教案 14
3).累加器位数累加器容量应大于各坐标轴终点坐标值的最大值，一般二者的位数相同，以保证每次累加最多只溢出一个脉冲，即：每次增量 Δ x
和 Δ y不大于 1。取 =1，得：
若累加器为 N位，则 和 的最大累加器容量为 -1，故有：
取,可满足上式。
<=D
<=D
1
1
e
e
kyy
kxx
<-==D
<-==D
1)12(
1)12(
N
e
N
e
kkyy
kkxx
N2ex ey
Nk 2
1=
第二节 脉冲增量插补 教案 14
4）,终点判断若累加次数,取 Δ t＝１，得：
可见，经过 次累加就可到达终点，因此可用一个与累加器容量相同的计数器 来实现。其初值为零，每累加一次,加 1，当累加 次后，产生溢出,=0，完成插补。
===D=
===D=
= =
= =
m
i i
eeN
N
eNe
m
i i
eeN
N
eNe
N
N
yyytkyy
xxxtkxx
1
2
1
1
2
1
2
2
2
1
2
2
2
1
Nm 2=
N2
EJ
EJ
N2 E
J
第二节 脉冲增量插补 教案 14
3.DDA直线插补举例例 插补第一象限直线 OE，起点为 O（ 0,0），终点为 E（ 5,3），
写出插补过程并画出轨迹运动图。
解：因终点最大坐标值为 5，取累加器、被积函数寄存器、终点计数器均为三位二进制寄存器，即 N=3。则累加次数 。
插补运算过程及插补轨迹见图。
823 ==n
第二节 脉冲增量插补 教案 14
累加次数
（ △ t）
X积分器 Y积分器 终点计数器
（ JE）
X被积函数寄存器
X累加器
X累加器溢出脉冲
Y被积函数寄存器
Y累加器
Y累加器溢出脉冲
0 5 0 0 3 0 0 0
1 5 5+0=5 0 3 3+0=3 0 1
2 5 5+5=8+2 1 3 3+3=6 0 2
3 5 5+2=7 0 3 3+6=8+1 1 3
4 5 5+7=8+4 1 3 3+1=4 0 4
5 5 5+4=8+1 1 3 3+4=7 0 5
6 5 5+1=6 0 3 3+7=8+2 1 6
7 5 5+6=8+3 1 3 3+2=5 0 7
8 5 5+3=8+0 1 3 3+5=8+0 1 0
第二节 脉冲增量插补 教案 15
E
V
R
a
X
Y
0
S
N(X,Y)XV
YV
4.圆弧插补
（ 1）基本原理设加工第一象限逆圆弧 SE，起点为,终点为 E（ ），
为圆弧上任意动点,表示动点在 X轴和 Y轴上的分速度。
圆弧方程为：
动点 N的速度：
( )ss yxS,ee yx,( )
yxN,yx vv,
=
=
a
a
sin
cos
Ry
Rx
====
-=-=-==
xRvRxvvdtdyv
yRvRyvvdtdxv
y
x
a
a
cos
sin
第二节 脉冲增量插补 教案 15
在单位时间 Δ t内,x,y
位移增量方程为：
时，令 则：
取累加器容量为,,各坐标的位移量为：
D
=D=D
D
-=D=D
txRvtvy
tyRvtvx
y
x
D=D
D-=D
tkxy
tkyxconsv = k
R
v =
N2
Nk 21=
=
=
D=========
D-========-=
m
i
iN
t
m
i
iN
t
txkxdty
tykydtx
10
10
2
1
2
1
第二节 脉冲增量插补 教案 15
（ 2）圆弧插补器与直线插补的主要区别有两点,1） x,y存入被积函数寄存器中的对应关系与直线相反，即 x存入 y被积函数寄存器中,y存入 x被积函数寄存器中；
（ 3） 终点判断把,分别存入
,这两个计数器中,x或 y积分累加器每输出一个脉冲，相应的减法计数器减 1，当某个坐标的计数器为零时，该坐标已到达终点，停止累加运算，当两个计数器均为零时，插补结束。
es xx - es yy - ExJ
EyJ
2)圆弧的被积函数为动点的坐标，其数值随着加工点的运动而改变，直线插补寄存的是终点坐标值，为常数。
第二节 脉冲增量插补 教案 15
S(4,3)
Y
O
E(0,5)
4
2
X
5,DDA圆弧插补举例例 第一象限逆圆弧，起点为 S（ 4,3），终点为 E（ 0,5），
请进行插补计算并画出走步轨迹（脉冲当量为 1）。
解：因圆弧半径值为 5，取累加器、被积函数寄存器、终点计数器均为三位二进制寄存器，即 N=3。用两个终点计数器,,
把,
分别存入这两个计数器中，插补运算过程及插补轨迹见图。
ExJ EyJ
2=- es yyes 4=xx -
第二节 脉冲增量插补 教案 15
累加次数
（ △
t）
X积分器 Y积分器
X被积函数寄存器
X累加器
X累加器溢出脉冲终点计数器
（ JEX）
Y被积函数寄存器
Y累加器
Y累加器溢出脉冲终点计数器
（ JEY）
0 3 0 0 4 4 0 0 2
1 3 0+3=3 0 4 4 0+4=4 0 2
2 3 3+3=6 0 4 4 4+4=8+0 1 1
3 4 6+4=8+2 1 3 4 0+4=4 0 1
4 4 2+4=6 0 3 3 4+3=7 0 1
5 4 6+4=8+2 1 2 3 7+3=8+2 1 0
6 5 2+5=7 0 2 2 停止累加 0 0
7 5 7+5=8+4 1 1 2
8 5 4+5=8+1 1 0 1
9 5 停止累加 0 0 0
第三节 数据采样插补 教案 15
所以由于,,
-?
+?
--= -=,..!42!22112cos1
42 dd
d rre
r
1384!42
4
4
<<=?
d
d
( )
r
TF
r
lre
r 888
222
===d
r
l=d TFl =
1．数据采样插补法的基本原理
2．插补周期的选择
1)．插补周期与插补运算时间的关系
3)．插补周期与精度、速度的关系如图采用内接弦线逼近圆弧，最大半径误差 与步距角 δ 的关系为：re
一．概述
2)．插补周期与位置反馈采样的关系第三节 数据采样插补 教案 15
,
1．直线插补在 XY平面加工直线 OE,OE与轴夹角为 α,插补进给步长为 l=TF，
则：
插补计算可按以下步骤进行：
1) 根据加工指令中的速度值 F，计算轮廓步长 l；
2) 根据终点坐标值,计算 ；
3) 计算 x轴进给量 Δ x；
4) 计算 y轴进给量 Δ y。
D
=D
=D
e
e
x
xyy
lx acos
D+=
D+=
+
+
yyy
xxx
ii
ii
1
1
ex ey acos
二．直接函数法插补第三节 数据采样插补 教案 15
2．圆弧插补插补图示顺圆，几何关系：弦 AB长为 l,AP是 A点的切线，
M是弦的中点,OM⊥AB,ME⊥AF,E是 AF的中点。
，在 Δ MOD中：
因为 得出：
2
dfa +=
i
2
sin
2
cos
2tantan a
a
dfa
ly
lx
OD
DM
i
i
i
-
+
== +=
2
sin
2
cos
a
a
ly
lx
x
y
i
i
-
+
=DD
x
y
FA
FB
D
D==atan
第三节 数据采样插补 教案 15
2
45sin
2
45cos
tan °
-
°+
l
y
lx
i
ia
a
a
2tan1
1cos
+
=
°45sin°45cos采用近似算法：用 和 代入上式，得：
，则,得到：
又 和 是圆弧上相邻的两点，满足下列关系式：
则新插补点坐标是：
acoslx =D
D-=
D+=
+
+
yyy
xxx
ii
ii
1
1
( ) ( )2222 yyxxyx iiii D-+D+=+
( )ii yxA,( )yyxxB ii D-D+,
经展开并整理得：
2
2
i
i
x
xx
y
y
y
D
+D
D=
D
-
第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
1．脉冲增量插补算法的进给速度控制
1).软件延时法由程编进给速度求出插补周期：,应大于执行插补程序的时间,应延时的时间为：
2).中断控制法由程编进给速度求出定时器 /计数器的定时时间常数，以控制中断。
2．数据采样插补算法的进给速度控制由程编进给速度求出一个插补周期内合成速度方向上的进给量：
。 是稳定速度，Ｆ为程编进给速度，Ｔ为插补周期，
Ｋ为速度系数。
FT
d=
程延 tTt -=程t
100060 ′=
FTKf
s s
f
一．进给速度控制第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
1.刀具半径补偿的基本概念数控加工中，是按零件轮廓进行编程的。由于刀具总有一定的半径 (如铣刀半径、铜丝的半径 )，刀具中心运动的轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，而是偏移轮廓一个刀具半径值。这种偏移称为刀具半径补偿。
2,B功能刀具半径补偿计算
B功能刀具半径补偿计算：根据零件尺寸和刀具半径值计算直线或圆弧的起点和终点的刀具中心值，以及圆弧刀补后刀具中心轨迹的圆弧半径值。
刀具半径矢量：在加工过程中始终垂直于编程轨迹，大小等于刀具半径，方向指向刀具中心的矢量。
二．刀具半径补偿第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
１ )．直线刀具半径补偿计算被加工直线段 OE起点在坐标原点，终点 E的坐标为 (x,y)。
设刀具半径为 r，刀具偏移后 E点移动到了 E′ 点。 E点刀具半径矢量分量,为：
E′ 点的坐标 (,)为：
yrxr
+
-=
+
=
22
22
yx
rxr
yx
ryr
y
x
+
-=+=?
+
+=+=?
22
22
yx
rxyryy
yx
ryxrxx
y
x
y?x?
第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
2),圆弧刀具半径补偿计算如图被加工圆弧 AE，半径为 R，圆心在坐标原点，起点 A′ 为上一个程序段终点的刀具中心点，已求出。
E点刀具半径矢量分量,为：
E′ 点的坐标为：
=
=
R
yrr
R
xrr
e
y
e
x
+=+=?
+=+=?
R
yryryy
R
xrxrxx
e
eyee
e
exee
xr yr
第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
3),C功能刀具半径补偿计算
(1),C功能刀具半径补偿的基本思想
C刀补工作过程：刀补开始后，先将第一程序段读入 BS，算得此程编轨迹并送到 CS暂存后，又将第二段程序读入 BS，算出第二段程编轨迹。
对两段程编轨迹的连接方式进行判别，根据判别结果，再对 CS中的第一段程编轨迹作相应的修正。修正结束后，顺序地将修正后的第一段程编轨迹由 CS送 AS，第二段程编轨迹由 BS送人 CS。随后，由 CPU将 AS中的内容送到 OS进行插补运算，运算结果送到伺服装置予以执行。
第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
(2),程编轨迹转接类型如图根据角度在四个象限的不同，有以下三种转接类型：
１）直线与直线转接 ２）圆弧与圆弧转接 ３）直线与圆弧转接第四节 进给速度控制与刀具半径补偿 教案 16
(3),转接矢量的计算转接矢量：指刀具半径矢量和两个程序段的轨迹交点与刀具中心轨迹交点的连接线。转接矢量可采用平面几何方法或解连立方程组的方法，但平面几何方法较简单。（可见上图）
第一节 概述第六章 数控机床的伺服系统第二节 开环步进式伺服系统第四节 闭环伺服系统第三节 数控机床的检测装置第一节 概述 教案 17
1.调速范围要宽
2.精度要高
3.响应要快
4.低速大转矩
5.稳定性要好，可靠性要高。
进给驱动系统用途和功能主轴驱动系统
电液伺服系统动作原理 直流伺服驱动系统电气驱动系统交流伺服驱动系统
开环系统控制原理半闭环系统闭环系统二．伺服驱动系统的分类一．数控机床对伺服系统的要求教案 18
电机机械执行部件
A相,B
相
C相,…
f,nCNC
插补指令脉冲频率 f
脉冲个数 n
换算脉冲环形分配变换功率放大
a.开环伺服系统
b.闭环 (半闭环 )伺服系统位置控制调节器
++
实际位置反馈速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元 速度控制元件
- -
电机机械执行部件
CNC
插补指令实际速度反馈第三节 数控机床的检测装置第一节 概述 教案 17
2.进给驱动与主轴驱动
3.直流伺服驱动与交流伺服驱动
++ 位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元 速度控制单元
- -
电机机械执行部件
CNC
插补指令实际位置反馈实际速度反馈
C、半闭环伺服系统第二节 开环步进式伺服系统 教案 17
1.步进电机的结构和工作原理
2.步进电机的主要特性
1).步距角和静态步距误差步距角指步进电机定子绕组通电状态每改变一次，转子转过的角度。
步距角计算式为：
0360
mzka =
m— 定子相数； z— 转子齿数； k— 拍数与相数的比例系数一．步进电机第二节 开环步进式伺服系统 教案 17
2).启动频率启动频率指空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进入不丢步的正常运行的最高频率。
3).连续运行的最高工作频率最高工作频率指步进电机连续运行时，不丢步运行的极限频率。
4).加减速特性加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。
5).矩频特性与动态转距矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系。
第二节 开环步进式伺服系统 教案 17
提高开环系统伺服精度从结构上讲有：改善步进电机的性能、减小步距角、采用精密传动副、减小传动链中传动间隙等方法。
从控制方法上讲有：传动间隙补偿、螺距误差补偿、细分线路 。
1,传动间隙补偿传动间隙补偿的基本方法为：
判别进给方向变化后，首先不向步进电机输送反向位移脉冲，而是将间隙值换算为脉冲数，驱动步进电机转动，越过传动间隙，
待间隙补偿结束后再按指令脉冲进行动作。
二,提高步进伺服系统精度的措施第二节 开环步进式伺服系统 教案 17
2,螺距误差补偿传动链中的滚珠丝杠螺距累积误差直接影响工作台的位移精度，为数控设备提供了自动螺距误差补偿功能来解决这个问题。
3,细分线路细分线路是把步进电机的一步再分得细一些。如十细分线路，将原来输入一个进给脉冲步进电机走一步变为输入十个脉冲才走一步。
第三节 数控机床的检测装置 教案 18
检测元件是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分。
1．对位置检测装置的要求
1)工作可靠，抗干扰性强；
3)使用维护方便，适应机床的工作环境；
2．位置检测装置的分类一．概述
2)能满足精度和速度的要求；
4)成本低。
第三节 数控机床的检测装置 教案 18
1,旋转变压器结构旋转变压器是 — 种转角检测元件。它是一种小型的交流发电机，
由定子和转子组成。定子绕组能通过固定在壳体上的接线柱直接引出，
转子绕组有两种不同的引出方式，根据转子绕组的引出方式，旋转变压器分有刷和无刷两种。
有刷式旋转变压器的转子绕组通过滑环和电刷直接引出。
无有刷式旋转变压器由旋转变压器本体和附加变压器两大部分组成。
二．旋转变压器第三节 数控机床的检测装置 教案 18
2,旋转变压器工作原理旋转变压器一般采用正弦绕组的绕组形式。当激磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势。
设在定子绕组上的激磁电压为,通过电磁耦合，转子绕组将产生感应电动势 2E
tVV m wsin1 =
tK
V
KVE m wqq sincoscos12 ==
K— 电磁耦合系数
mV sV 的幅值
q — 转子的转角，当转子和定子的磁轴垂直时,θ =90。
若转子安装在机床丝杠上，定子安装在机床底座上，则角代表的是丝杠转过的角度，它间接反映了机床工作台的位移。
—
则：
第三节 数控机床的检测装置 教案 18
感应同步器是利用电磁耦合原理，将位移或转角转变为电信号的位置检测元件。根据结构特点可分为：旋转式和直线式两种。
1,感应同步器的结构定尺和滑尺的基板由与机床热膨胀系数相似的钢板做成、钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用照相腐蚀的办法做成印制绕组。
感应同步器定尺和滑尺绕组的节距相等，均为２ τ,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。
三．感应同步器第三节 数控机床的检测装置 教案 18
mV
2,感应同步器的工作原理是加在滑尺任一绕组上的激磁交变电压：
定尺绕组上的感应电动势为：
当滑尺移动的距离为 X时，则对应于感应电势以余弦函数将变化 θ 角：
SV
tVV ms wsin=
tKVKVV mSB wqq sincoscos ==
K
q
— 电磁耦合系数
— 的幅值
— 反映的是定尺和滑尺的相对移动的距离 x。
SV
ptptq xx == 22
设第三节 数控机床的检测装置 教案 18
1．光栅的结构光栅通常作为高精度数控机床的位置检测元件，将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给数控装置，实现闭环位置控制。
光栅分类为：
透射光栅是在玻璃表面上制成一系列平行等距的透光缝隙和不透光的栅线，反射光栅是在金属的镜面上制成全反射和漫反射间隔相等的条纹。条纹之间的距离称为栅距。
光栅检测装置主要由光源、聚光镜、标尺光栅、
指示光栅和光敏元件。
圆光栅长光栅
透射光栅反射光栅四．光栅教案 18
2、光栅的工作原理指示光栅标尺光栅
q
第三节 数控机床的检测装置光栅检测装置的组成教案 18
3,光栅的效应
2 s in ( / 2 )
WWB
qq=?
4,莫尔条纹的特点
1）放大性横向效应 纵向效应 斜向效应 直线效应 弧线效应第三节 数控机床的检测装置教案 18
2）平均效应莫尔条纹是由若干条线纹共同形成的，对个别光栅线纹之间的误差具有平均效应，能消除栅距不均匀所造成的影响。
第三节 数控机床的检测装置
3）移动规律光栅相对移动一个 W，莫尔条纹移动一个 B，当光栅移动方向变化时，莫尔条纹的移动方向也变化。
4,莫尔条纹的特点
1）放大性教案 18
5,光栅 在数控机床中的应用第三节 数控机床的检测装置
1,工作台移动位移的检测
B→ W，可计算出位移 x。
2.工作台移动速度的检测根据光强的变化频率可推断出两光栅尺的相对位移速度。
3.工作台移动方向的检测测量通过 A与 B的 莫尔条纹相位超前滞后关系,可判断出移动方向。
A
B
教案 18
6、光栅产品简介
b.敞开式光栅尺
a.封闭式光栅尺
c.长度计第三节 数控机床的检测装置第三节 数控机床的检测装置 教案 18
脉冲编码器是一种旋转式的检测角位移的传感器。按编码的方式分为增量式编码器和绝对式编码器；按结构分为接触式编码器、
光电式编码器和电磁式编码器。
1.增量式光电编码器五．脉冲编码器第三节 数控机床的检测装置 教案 18
2.绝对式光电编码器绝对式光电编码器是利用自然二进制或循环二进制编码方式进行光电转换的。图表示按二进制编码构成绝对式编码器的工作原理。
其中白的部分表示透光，黑的部分表示不透光。当光源通过透光部分并为光电接收器接收时表示,1” 信息，反之表示,O” 信息。
最里层的表示最高位，最外层的表示最低位。
第四节 闭环伺服系统 教案 19
1.直流伺服电机
1).小惯量直流伺服电机
2).宽调速直流伺服电动机
3).直流伺服电动机的速度调节直流伺服电机的调整方法主要是调整电机电枢电压，使用最为广泛的方法是晶体管脉宽调制调速。
一．闭环伺服系统执行元件第四节 闭环伺服系统 教案 19
2.交流伺服电机
1).交流感应异步电动机的结构和工作原理
2).SPWM变频控制器第四节 闭环伺服系统 教案 19
1.相位比较伺服系统
2.幅值比较伺服系统二．闭环伺服驱动系统第四节 闭环伺服系统 教案 19
3,脉冲比较伺服系统
4,全数字式伺服系统全数字式伺服系统：是指系统中的控制信息全用数字量来处理。
第一节 概述第七章 数控机床的机械结构第二节 数控机床的主传动第三节 数控机床的进给传动机构第一节 概述 教案 20
1,主转动系统
2,进给转动系统
3,基础支承件
4,辅助装置二,数控机床机械结构的特点一,数控机床机械结构的组成
1,静、动刚度高
2．抗振性好
3．热稳定性好
4．灵敏度高
5．自动化程度高、操作方便第二节 数控机床的主传动 教案 20
数控机床主传动系统主要有三种配置方式：
1．带有变速齿轮的主传动
2．通过带传动的主传动
3．由主轴电机直接驱动一,主传动变速方式第二节 数控机床的主传动 教案 20
1,主轴的支承数控机床主轴轴承配置三种主要形式。
a)为前支承采用双列短圆柱滚子轴承和 600角接触双列向心推力球轴承，
后支承采用成队向心推力球轴承。
b) 前支承采用多个高精度向心推力球轴承。
c) 前支承采用双列圆锥滚子轴承，
后支承为单列圆锥滚子轴承。
二,主轴部件结构第二节 数控机床的主传动 教案 20
2,主轴内部刀具自动夹紧机构
3．主轴准停装置自动换刀数控机床主轴部件设有准停装置，其作用是使主轴每次都准确地停止在固定的周向位置上，以保证换刀时主轴上的端面键能对准刀夹上的键槽，同时使每次装刀时刀夹与主轴的相对位置不变，
提高刀具的重复安装精度，从而提高孔加工时孔径的一致性。
图示为一种电气准停装置。
第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
2,轴向垫片调整法
1.刚性调整法刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法。
一,传动齿轮副
1,偏心套调整法第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
2.柔性调整法柔性调整法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的调整法。
1,轴向弹簧调整法 2,周向弹簧调整法第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
滚珠丝杠副的优点是：
1)摩擦系数小，传动效率高；
2)灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高；
3)磨损小，寿命长，精度保持性好；
4)可通过预紧和间隙消除措施提高轴间刚度和反向精度；
5)运动具有可逆性。
二,滚珠丝杠螺母副第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
1,滚珠丝杠螺母副的结构滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环，滚珠循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。
循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道叫工作圈数。
2．滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙，消除间隙的方法常采用双螺母结构,利用两个螺母的相对轴向位移。
常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：
1),垫片调隙式第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
2),螺母调隙式
3),齿差调隙式第三节 数控机床的进给传动机构 教案 20
3．滚珠丝杠的支承方式
(a)为一端装推力轴承。 (b)为一端装推力轴承，另一端装向心球轴承。
(c)为两端装止推轴承。 (d)为两端装止推轴承及向心球轴承 。
4.滚珠丝杠螺母副的精度精度标准为四级：普通级 P、标准级 B、精密级 J和超精密级 C。
数 控 机 床下课啦，休息一下 *--*
