如何下手学习培训数控机床？

怎样下手学习培训数控机床（一）

  数控机床做为一种材料学、机电一体化操纵、电子光学、电力电子学、电子信息科学、测量学和材料科学高宽比结合的新科技产品，能够学习培训的物品的确十分多，大概能够分成2个方向：

• 数控机床的运用

  简易而言，便是如何把现有的机械设备、电气设备和自动控制系统等部件融合起來好好工作，可分成2个层面。

1. 数控车床的实际操作和加工程序的编写
2. 数控机床的调节和检修更新改造

• 数控机床的设计方案与产品研发

  即怎样开发设计出一台全新升级的数控机床，之中还可以分成2个层面：

1. 数控车床的机械设备一部分设计方案
2. 数控车床的自动控制系统设计方案（包括控制板、伺服放大器、交流伺服电机及相对应的部位精确测量设备）

  对知识结构，A类知识是务必把握的，B类专业知识则是最好是有涉足的（nice to have）。

  因篇数限制，文中谈妥前1.数控车床的实际操作和加工程序的编写这一层面。

1. 数控机床的实际操作和加工程序的编写

  一台早已原厂的数控机床，其使用人的工作中是要根据应用数控机床进行某类特殊零件的加工，进行“用设备生产制造设备”的每日任务，即必须恰当的实际操作数控车床和进行加工程序的编写。在其中必须的专业知识，用思维脑图梳理內容，大约以下：

  

• 灵活运用直角坐标的定义（A类）

  为了能够恰当实际操作数控机床，最后目地是确保纵坐标能够依照你期待的部位和速率开展挪动。数控车床能够恰当挪动，实际上是根据笛卡儿平面坐标。假如产品工件上的每一个点都和它所属平面坐标上的每一个点都相匹配，那数控机床的执行器（刀具）便会严苛历经这种点，理论上产品工件也就加工出来。（基本原理实际上是初高中学习培训的数轴和平面坐标的定义），入门编加工程序的人，许多時间全是花在找零件的工程图纸相匹配在平面坐标中的定位点座标上的。

  一切的偏移都需要有标准，而标准，在平面坐标中便是起点（也叫零点）。明确零点在数控机床编程中十分关键，立即关联到程序编写是不是简约和便捷。

  

图1：笛卡儿平面坐标，和根据这种平面坐标建立的零件图

  实际操作数控车床中有一个关键的全过程叫“对刀”，实际上便是在给刀具找一个根据零件毛胚的零点的全过程。这可能是实际操作一些简易的数控机床（数控车床、数控车床）中最重要的一个实际操作了，由于后边刀具的一切挪动，都是会以这一零点为标准，进行程序中编写的偏移姿势。

  自然恰当实际操作数控机床也有别的的实际操作必须把握，比如建立刀具、改动刀具赔偿值、建立加工程序、复制/黏贴/改动程序段和检测加工程序这些，但是这种根据阅读文章配套设施的使用说明或在网络上找有关的视頻都能够学得（比如：http://www.ad.siemens.com.cn/CNC4YOU/Home/VideoSerialDetail/326 ），并且绝大多数都是有汉语，非常容易学好。

• 能够识别机械图纸（A类，这门专业知识也叫画法几何，假如普通高中有高中立体几何的训炼，掌握长二测怎么画，正等测怎么画应当入门会快些）：工程图纸是技术工程师的语言表达，基本上分不清国界线，因而上海外技术工程师设计方案的工程图纸，取得我国的外委厂加工（高性价比）出达标的零件才算是很有可能的，由于全部的规定都画在了纸张上。识别工程图纸是可以恰当获得需要的规格，找寻适合的编程零点，从而编写出相匹配的加工程序，仅有能够看懂机械图纸上的公差标注，才可以编写出刀具在产品工件平面坐标下需要历经的点的座标。现阶段大家我国的机械零件图，或是选用三视图（正视图、顶视图和左视图）的方法制作的，其标准非常简单，长对正、宽相同和高平齐。

图2：一个零件的正视图和顶视图，从逻辑性上是能够把它的左视图也画出去的

  这张工程图纸，早已叙述清晰了零件的全部规格，理论上是能够编写出零件的加工程序的（不考虑到尺寸公差）

  要灵便把握或是要花些时间的，但并不会太难。相对来说，铣削加工的零件图好读些（由于是对称性的旋转体），切削类的零件图纸繁杂些，堵图必须花些时间。

  进到二十一世纪了，绝大多数的公司或院校都出示CAD手机软件(辅助设计设计方案)，能够立即建立零件的三维实体模型，省掉了堵图时的许多不便，根据CAD手机软件的作用，还可以根据手机软件中的迅速标明作用获得自身期待了解的规格。但鉴别机械图纸仍然是数控机床编程中的基本功训练（有时候在数控车床侧必须当场编程，手头仅有一张工程图纸），或是必须把握识别机械图纸的基本功训练。

• 刀具的基本要素：（A类）刀具的类型十分多，依照加工加工工艺依照类别分，能够分成铣削刀具、切削刀具、打孔镗孔类刀具和铣刀（攻牙用的）这些。自然每一种大类依照实际的加工加工工艺有能够分成粗车床车刀、精车床车刀、外螺纹车床车刀和切槽刀这些，再向下还能够依照钻削原材料的不一样再度细分化为加工金属铝、不锈钢制品、生铁产品和别的稀有金属这些。因此把握刀具的一个关键层面是在大的钻削加工工艺（车、铣）明确的前提条件下掌握你需要哪一种刀具加工零件的哪一部分构造（比如是平面图、孔、外螺纹和槽），因而才拥有内孔粗车床车刀，麻花钻头，合金铣刀，球笼车刀，铣刀的区别。

  另一个关键层面是融合数控车床（主轴轴承转速比、走刀速率）的特点，零件的性能指标（材料、表层光滑度和尺寸公差），生产制造能耗等级（每一个零件整体规划要加工是多少時间）校检选中刀头的性能参数能不能做到你的以上规定？这一般是由刀头的材料（弹簧钢、硬质合金刀具是普遍的材料，更高档的刀具也有瓷器材料、人造钻石材料这些）决策的。

图3：有关钻削刀具自身材料的简略叙述

  一般在刀头上面标明一些英文字母，协助客户分辨这类刀具是加工哪种原材料的？他们企业总面积可承担的钻削荷载多少钱？比如DIN/ISO 513规范中针对代加工原材料为钢的刀具就会有以下叙述。

图4：引入自《数控技术及应用指南2015/2016》的第五章“CNC加工中的刀具”

  有关刀具上的编码，其合适加工的产品工件材料和能承担的荷载做到一定的掌握情况后，实际上针对一些常见的原材料的加工特点是能够记牢的，随后在工作上就可以挑选适合的刀具开展加工了（花些时间就可记牢，实际上并不会太难）。

• 数控机床编程的命令和方式

  因为数控机床编程的方式许多，这儿也依照A类和B类多方面区别。大家鉴别工程图纸的目地是为了更好地编写加工程序，而程序是由基本上命令组成的。 现阶段国际性上数控机床编程中通用性（比如DIN66025）的编程方法是G代码编程（A类）。简单点来说，编写程序全是以G开始的指令为正确引导的，比如G00意味着刀具快放指令，G01是刀具依照平行线刀具半径补偿走刀，G02是数控车床依照顺时针方向弧形走刀，G03是数控车床依照反方向弧形走刀…这一部分的基本知识随意的哪册解读数控机床的书本上都会谈及，由于G代码指令系统早已变成全球性的数控机床编程的规范指令系统。这儿不会再详尽叙述了(如图所示5,6所显示)。

图5 选用ISO标准编写的G代码编写的加工程序图6选用法国DIN 66025规范编写的G代码加工程序

  此外，每个数控机床的生产商都是有开发设计出一些独特的编程方法，这儿尝试列举几起：

  一 循环系统编程法（A类）

  现阶段目前市面上的绝大多数数控机床内都是会内置一些有系统软件生产厂家出示的，便捷客户编写程序的加工工艺循环系统，其益处取决于能够大幅度降低客户编写程序的劳动量。这一部分因系统软件生产厂家而各不相同，基本上沒有统一的国家标准，因而在学习培训这一部分的情况下必须依靠数控机床生产厂家的使用说明，教学材料或是数控机床课堂教学录影。

  大家都知道，加工一个零件有时候难以一刀就加工及时，必须分数次下刀才能够，但是每一次下刀的全过程中，刀具挪动的途径又十分的类似（快放-工进-进刀-快退）那样一系列的姿势。而加工循环系统的开发设计，便是系统软件生产商将加工中常会碰到的加工工艺开展小结和提炼出，相互配合人机对换的方法，供编程工作人员应用的。

图7：选用ProgramGUIDE方式编写的加工程序，在其中Cycle952为往复式铣削循环系统，客户能够选用人机对换的方法进行必需的主要参数入录，从而进行程序的编写工作中，益处取决于能够大大简化程序的复杂性，一行cycle代码就可以进行一个相对性繁杂构造的加工。

  自然，也有许多别的的数控机床作用还可以依靠循环系统的方法多方面完成，例如针对3 2轴的加工管理中心会碰到的坐标转换作用，在西门子PLC的数控机床中便是运用Cycle 800循环系统完成的，而从严苛实际意义上来讲，Cycle800并算不上是具体参加钻削加工的加工工艺循环系统。

  这些方面西门子PLCSINUMERIK系列产品的商品从最初期的802S/C bl逐渐出示给顾客循环系统编程的作用，在阅读文章SINUMERIK系列产品的数控机床程序的情况下，碰到Cycle(后边跟2-3位的数据)的句子行，则意味着是应用循环系统编程法（也叫ProgramGUIDE方法）编写的程序。较为知名的好多个循环系统，例如车床边应用的Cycle 99-外螺纹加工循环系统；Cycle 952-轮廊加工循环系统（不区别凹凸轮廊），切削加工中常见的Cycle 84-打孔循环系统，Cycle 832-髙速高精循环系统（关键用于解决模貝类运用的），都归属于该类。

  二 WOP编程法（B类）

图8：选用WOP编程法编写的加工程序，每一个程序段便是个单独的加工工序

  WOP（达语：Werkstatt Orientierte Programmierung , 朝向生产车间的编程方法）编程法，发源来于法国斯图加特高校在上世纪七十年代末运行的一个新项目，其目地是开发设计一种统一的编程插口用以手动式编写加工程序，且让程序编码和CNC系统软件生产厂家设计方案的编程命令不相干。是一种类似的加工加工工艺都应当应用一个基本相同的编程键入全过程的方式。这类编程法的优势取决于：

1. 选用统一的会话和图形界面互动式的编程。
2. 能够撇开相对性抽象性的编程语言表达。
3. 作业者即便更换也理应能便捷开展前男友留有的编程工作中，由于编写的程序全是一段段的图型和加工工艺。

  现阶段关键的数控机床经销商都是在自身的商品中开发设计了自身独有的WOP编程法，若选用这类编程法，针对有着多种多样数控机床的生产厂家来讲必须资金投入。附加的学习培训活力。因而较为合适于小批量生产，必须常常在数控车床侧编程的，生产制造的零件又非常复杂的客户。现阶段目前市面上较为完善的WOP编程法有西门子PLCSINUMERIK数控机床系统中出示的对于切削加工的shopmill和对于铣削加工的shopturn。

图9：零件复杂性与编程法间的关联，取自《Werkzeugmaschine Band 4》（《机床》第四卷，法国Springer出版社出版）

  在图8的表述中，我们可以见到，针对相对性繁杂些的铣削类零件（例如车铣复合机床类零件），选用WOP编程法伴随着编程难度系数的提升 ，所需耗费的人力资源，物力资源，资金相对性会有一定的节约，这也是WOP编程法带来顾客在经济收益上的优点，而传统式的G代码手工制作编程较为合适解决简易加工工艺全过程简易的零件。但针对含有随意斜面的零件，则务必应用CAD/CAM系统软件（Computer aided Design/Computer aided Manufacturing）

  三 CAD/CAM编程法：（B类，针对专注于机械加工行业的专业技术人员则是A类）自然如今针对一些很繁杂的零件，例如含有随意斜面的零件（比如模貝类零件）。或是斜面尽管能够应用解析几何的化学方程表述出，但涉及到高次方程的（比如涡轮发动机叶子），再应用手工制作编写程序完成难度系数很大，则会依靠CAD/CAM融合的方法转化成零件程序。随后再融合数控机床里的一些作用命令促使转化成的程序能够在系统软件中畅顺运作。如图所示9，小结一下，可称之为CAD-CAM-CNC加工工艺链。该加工工艺链大约分成下边的四个流程：

1. 最先，必须应用CAD手机软件中（比如，NX、ProE等）结构三维模型文档（比如普遍的.step文件格式）
2. 在接着对接的CAM （辅助设计生产制造）系统软件中，必须CAD系统生成的三维实体模型用小平面（英语：Facet）做线性拟合解决，并综合性刀具信息内容和原材料信息内容转化成刀位文档（英语:cutter location data, 通称：CLDATA），这一全过程也称为“外置解决”，在CLDATA中会包含刀具号，钻削主要参数的信息内容。而小平面分的越密，刀位文档所表述的轮廊越贴近CAD实体模型。
3. 根据CAM中集成化的后置摄像头解决程序（英语：Postprocess program 通称：PP）才可以将CLDATA转换成总体目标数控机床中能够鉴别的加工命令，如：部位命令和功能命令。因为必须应用离散变量的点来叙述随意曲线图，点的亲疏与在CAM系统软件中设置的尺寸公差,点与点中间的横距有关。自然，毫无疑问并不是把定位点设计方案定的越聚集，尺寸公差越低越好；这儿还必须融合产品工件中随意斜面的加工规定，数控机床的解决工作能力，数控车床的机-电一体化特点来解决。
4. 将程序开展查验确定后，能够将加工程序导进数控机床(CNC)，运行程序后获得必须的产品工件。

图10：有关CAD-CAM/CNC加工工艺链的四个加工流程的平面图

  自然，在调节新产品工件的环节，毫无疑问还必须依据加工实际效果持续调节加工工艺或是机电一体化配对的工作中必须解决，有可能是调节程序的定位点遍布，有可能是调节自动控制系统的主要参数（增益值、積分時间、瞬时速度和瞬时速度等），有可能是调节刀具、冷冻液和夹具工装。

  选用CAD-CAM-CNC加工工艺链一样必须技术工程师和数控车床实际操作人员具备比较扎实的机床操作，切削工艺和控制器的机电一体优化的能力。在工业领域的数字化程度越来越普及的今天，掌握CAD/CAM建立模型并生成程序的方法变得越来越重要。

• 平面解析几何的基本原理（B类）：便于将来可以使用解析几何的方程式，更快捷的编写程序。其实数控编程说到底还是使用坐标点来尽量表达工件上的坐标点，然后点动成线、线动成面，面动成体，最终通过点位坐标的表达，构建出一个具有三个维度的几何体（工件）。解析几何是一种很好的可以将坐标点和几何图形结合起来的工具，而在机械设计中，会大量使用各种圆锥曲线（椭圆线，抛物线等等）。在数控编程中，通过描述离散的点构建这些曲线明显速度太慢，精度太低，但若掌握了解析几何的方法，使用参数方程就可以非常容易的编写出这些圆锥曲线的加工程序。

图11：一些常用曲线的参数方程（来自百度）

  下面就列举一个使用参数方程的原理编写椭圆轮廓的例子，我们可以看到，参数方程(在N110程序段调用)可以让我们的程序可以变得非常简化。这段程序引用自https://wenku.baidu.com/view/8dbb8ba3f524ccbff12184ac.html?sxts=1565679593281， 略作改动。

图12： 采用参数方程的方法编写椭圆的轨迹曲线

  编写带有简单逻辑的程序（B类）：加工程序既然也属于程序，则同样也涉及除顺序执行程序外的其他情况，比如都需要编程前先写出流程图，都支持条件判断语句（相当于C语言中的IF）,都支持循环语句（相当于C语言中的For ）,掌握这些编程的技法可以节省程序的行数，提高程序的执行效率（程序量较少，占用系统内存也小）。例如依然针对刚才加工椭圆的案例，不过需要考虑图纸要求和毛坯情况，不能只走一道轮廓就了事，而需要考虑刀具的承受能力，选择逐层切削的工况。由于逻辑层次比较复杂，因而绘制流程图，最后再编写出对应的程序（如图12）

图13： 根据零件图纸，工件的毛坯尺寸而描绘的加工流程图,并根据流程图编写而成的加工程序

  另外，在程序中增加合理的注释，（如图13中的灰色部分）也便于其他人阅读自己编写的程序。这方面的训练，还是要掌握一种编程语言比较好。主要是借助计算机语言，掌握程序编写的一些规则（定义变量名，区分主程序和子程序，设计主程序的判断，循环语句的流程图）。这样有利于编写比较逻辑跳转关系比较复杂的零件程序。

  关于这第一部分的介绍就到这里。

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