數(shù)控加工與編程全冊教案

《數(shù)控加工與編程》

教案

授課班級

授課時間學(xué)年度第一學(xué)期

授課教師

第一章數(shù)控加工實用基礎(chǔ)

第一講1.1數(shù)控加工概述

教學(xué)目的：了解數(shù)控加工基礎(chǔ)知識

教學(xué)內(nèi)容：數(shù)控加工原理、特點及常用術(shù)語

教學(xué)重點：數(shù)控加工原理、特點

教學(xué)難點：插補與刀補

教學(xué)過程：

1.1數(shù)控加工概述

1.1.1數(shù)控加工原理和特點

1.數(shù)控加工原理

當(dāng)我們使用機床加工零件時，通常都需要對機床的各種動作進行控制，一

是控制動作的先后次序，二是控制機床各運動部件的位移量。采用普通機床加

工時，這種開車、停車、走刀、換向、主軸變速和開關(guān)切削液等操作都是由人

工直接控制的。采用自動機床和仿形機床加工時，上述操作和運動參數(shù)則是通

過設(shè)計好的凸輪、靠模和擋塊等裝置以模擬量的形式來控制的，它們雖能加工

比較復(fù)雜的零件，且有一定的靈活性和通用性，但是零件的加工精度受凸輪、

靠模制造精度的影響，而且工序準備時間也很長。

采用數(shù)控機床加工零件時，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等

以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機床控制系統(tǒng)中，再由其進行運算處

理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動伺服機構(gòu)的指令信號，從而控制機床各部件協(xié)調(diào)動作，自動地加

工出零件來。當(dāng)更換加工對象時，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機床，即

可由數(shù)控裝置代替人的大腦和雙手的大部分功能，控制加工的全過程，制造出

任意復(fù)雜的零件。數(shù)控加工的原理如圖1-1所示。

程

零件工藝分中制備挖制介數(shù)控裝輸出裝置

紙

圖

序

校

核

編程序清輸入裝伺服機構(gòu)

編程部分機床控制部分

圖1-1

從圖1-1可以看出，數(shù)控加工過程總體上可分為數(shù)控程序編制和機床加工

控制兩大部分。

數(shù)控機床的控制系統(tǒng)一般都能按照數(shù)字程序指令控制機床實現(xiàn)主軸自動

啟停、換向和變速，能自動控制進給速度、方向和加工路線，進行加工，能選

擇刀具并根據(jù)刀具尺寸調(diào)整吃刀量及行走軌跡，能完成加工中所需要的各種輔

助動作。

2.數(shù)控加工的特點

總的來說，數(shù)控加工有如下特點：

(1)自動化程度高，具有很高的生產(chǎn)效率。除手工裝夾毛坯外，其余全

部加工過程都可由數(shù)控機床自動完成。若配合自動裝卸手段，則是無人控制工

廠的基本組成環(huán)節(jié)。數(shù)控加工減輕了操作者的勞動強度，改善了勞動條件；省

去了劃線、多次裝夾定位、檢測等工序及其輔助操作，有效地提高了生產(chǎn)效交。

(2)對加工對象的適應(yīng)性強。改變加工對象時，除了更換刀具和解決毛

坯裝夾方式外，只需重新編程即可，不需要作其他任何復(fù)雜的調(diào)整，從而縮短

了生產(chǎn)準備周期。

(3)加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。加工尺寸精度在0.005?0.01mm之間，

不受零件復(fù)雜程度的影響。由于大部分操作都由機器自動完成，因而消除了人

為誤差，提高了批量零件尺寸的一致性，同時精密控制的機床上還采用了位置

檢測裝置，更加提高了數(shù)控加工的精度。

(4)易于建立與計算機間的通信聯(lián)絡(luò)，容易實現(xiàn)群控。由于機床采用數(shù)

字信息控制，易于與計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)連接，形成CAD/CAM一體化系統(tǒng)，并

且可以建立各機床間的聯(lián)系，容易實現(xiàn)群控。

1.1.2數(shù)控加工常用術(shù)語

1.坐標聯(lián)動加工

數(shù)控機床加工時的橫向、縱向等進給量都是以坐標數(shù)據(jù)來進行控制的。

像數(shù)控車床、數(shù)控線切割機床等是屬于兩坐標控制的，數(shù)控銃床則是三坐標控

制的，還有四坐標軸、五坐標軸甚至更多的坐標軸控制的加工中心等。坐標聯(lián)

動加工是指數(shù)控機床的幾個坐標軸能夠同時進行挈動，從而獲得平面直線、平

面圓弧、空間直線和空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡的能力。當(dāng)然也有一些早期的

數(shù)控機床盡管具有三個坐標軸，但能夠同時進行聯(lián)動控制的可能只是其中兩個

坐標軸，那就屬于兩坐標聯(lián)動的三坐標機床。像這類機床就不能獲得空間直線、

空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡。要想加工復(fù)雜的曲面，只能采用在某平面內(nèi)進行

聯(lián)動控制，第三軸作單獨周期性進給的“兩維半”加工方式。

2.脈沖當(dāng)量、進給速度與速度修調(diào)

數(shù)控機床各軸采用步進電機、伺服電機或直線電機驅(qū)動，是用數(shù)字脈沖

信號進行控制的。每發(fā)送一個脈沖，電機就轉(zhuǎn)過一個特定的角度，通過傳動系

統(tǒng)或直接帶動絲杠，從而驅(qū)動與螺母副連結(jié)的工作臺移動一個微小的距離。單

位脈沖作用下工作臺移動的距離就稱之為脈沖當(dāng)量。

進給速度是指單位時間內(nèi)坐標軸移動的距離，也即是切削加工時刀具相

對于工件的移動速度。有些數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速也可以根據(jù)需要進行調(diào)整，那

就是主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)。

3.插補與刀補

數(shù)控加工直線或圓瓠軌跡時，程序中只提供線段的兩端點坐標等基本數(shù)

據(jù)，為了控制刀具相對于工件走在這些軌跡上，就必須在組成軌跡的直線段或

曲線段的起點和終點之間，按一定的算法進行數(shù)據(jù)點的密化工作，以填補確定

一些中間點，如圖l-2(a)、(b)所示，各軸就以趨近這些點為目標實施配合移

動，這就稱之為插補。這種計算插補點的運算稱為插補運算。早期NC硬線數(shù)

控機床的數(shù)控裝置中是采用專門的邏輯電路器件進行插補運算的，稱之為插補

器。在現(xiàn)代CNC軟線數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，則是通過軟件來實現(xiàn)插補運算的。

現(xiàn)代數(shù)控機床大多都具有直線插補和平面圓弧插補的功能，有的機床還具有一

些非圓曲線的插補功能。

圖1-2(a)、(b)

1.1.3數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展

1.數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展歷程

2.數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展方向

現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和

智能化等方向發(fā)展。

作業(yè)：

1、數(shù)控機床與普通機床加工的過程有什么區(qū)別？有何特點？

2、簡要說明數(shù)控加工常用述語

課后記:

第二講1.2數(shù)控系統(tǒng)控制原理

教學(xué)目的：了解數(shù)控系統(tǒng)控制原理

教學(xué)內(nèi)容：CNC系統(tǒng)的組成與控制原理

教學(xué)重點：CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

教學(xué)難點：插補原理

教學(xué)過程：

1.2.1CNC硬件組成與控制原理

CNC即計算機數(shù)控系統(tǒng)(ComputerizedNumericalControl)的縮寫，它是

在硬線數(shù)控(NC)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由一臺計算機完成早期NC機床數(shù)

控裝置的所有功能，并用存儲器實現(xiàn)了零件加工程序的存儲。

數(shù)控系統(tǒng)的核心是計算機數(shù)字控制裝置，即CNC裝置。它由硬件(數(shù)控系

統(tǒng)本體器件)和軟件(系統(tǒng)控制程序如編譯、中斷、診斷、管理、刀補和插補等)

組成。系統(tǒng)中的一種功能，可用硬件電路實現(xiàn)，也可用軟件實現(xiàn)。新一代的CNC

系統(tǒng)，大都采用軟件來實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的絕大部分功能。要增加或更新系統(tǒng)功能

時，則只需要更換控制軟件即可，因此，CNC系統(tǒng)較之NC系統(tǒng)具有更好的通用

性和靈活性。圖1-3是小型計算機CNC系統(tǒng)構(gòu)成

圖1-3

1.2.2CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

CNC系統(tǒng)軟件是為實現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟件，也叫控制

軟件，存放在計算機EPROM中。各種CNC系統(tǒng)的功能設(shè)置和控制方案各不相同,

它們的系統(tǒng)軟件在結(jié)構(gòu)和規(guī)模上差別很大，但是一般都包括輸入數(shù)據(jù)處理程

序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和珍斷程序。

1.輸入數(shù)據(jù)處理程序

它接收輸入的零件加工程序，將標準代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行譯

碼、數(shù)據(jù)處理，并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要進行補償計算，或為插補

運算和速度控制等進行預(yù)計算。

2.插補計算程序

CNC系統(tǒng)根據(jù)零件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如線段軌跡的種類、起點和終

點坐標等進行運算。根據(jù)運算結(jié)果，分別向各坐標軸發(fā)出進給脈沖。進給脈沖

通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動工作臺或刀具作相應(yīng)的運動，完成程序規(guī)定的加工任務(wù)。

CNC系統(tǒng)的工作方式是一邊進行插補運算，一邊進行加工，是一種典型的

實時控制方式，所以插補運算的快慢直接影響機床的進給速度，因此要盡可能

地縮短運算時間，這是插補運算程序的關(guān)鍵。

3.速度控制程序

速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率，以保證預(yù)定的進

給速度。在速度變化較大時，需要進行自動加減速控制，以避免因速度突變而

造成驅(qū)動系統(tǒng)失步。

4.管理程序

管理程序負責(zé)對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和插補運算等為加工過程服務(wù)的各

種程序進行調(diào)度管理。管理程序還要對由面板命令、時鐘信號和故障信號等引

起的中斷進行處理。

5.診斷程序

診斷程序的功能是在程序運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指出故障的類

型。也可以在運行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件（如CPU、存儲器、接

口、開關(guān)和伺服系統(tǒng)等）的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。

在整體結(jié)構(gòu)上,CNC系統(tǒng)軟件可有前后臺型和中斷型兩種不同的處理方式。

1.2.3插補原理

插補是在組成軌跡的直線段或曲線段的起點和終點之間，按一定的算法

進行數(shù)據(jù)點的密化工作，以確定一些中間點。將它應(yīng)用于數(shù)控加工中就是：CNC

裝置根據(jù)程序中給定的線段方式和端點信息進行相應(yīng)的數(shù)學(xué)計算，以插補運算

出的中間密化點為趨近目標，不斷地向各個坐標軸發(fā)出相互協(xié)調(diào)的進給脈沖或

數(shù)據(jù)，使被控機械部件按趨近指定的路線移動，從而最大限度地保證加工軌跡

與理想軌跡相一致。

1.2.4典型數(shù)控系統(tǒng)

1.日本FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)

2.德國SIEMENS公司的SINUME公K系列數(shù)至系統(tǒng)

3.華中數(shù)控系統(tǒng)HNC

作業(yè)：

1.數(shù)控系統(tǒng)主要組成部分有哪些？功用如何？

2.什么是插補？試由直線的逐點比較工作節(jié)拍說明其插補過程。

課后記:

第三注1.3數(shù)控機床及其坐標系統(tǒng)(1)

教學(xué)目的：掌握數(shù)控機床分類及其坐標系統(tǒng)

教學(xué)內(nèi)容：數(shù)控機床及其分類、進給伺服系統(tǒng)、主軸驅(qū)動

教學(xué)重點：數(shù)控機床及其分類

教學(xué)難點：進給伺服系統(tǒng)

教學(xué)過程：

1.3.1數(shù)控機床及其分類

從機械本體的表面上看，很多數(shù)控機床都和普通的機床一樣，看不出有多

大的差別。但事實上它們已經(jīng)有本質(zhì)上的不同。驅(qū)動坐標工作臺的電機已經(jīng)由

傳統(tǒng)的三相交流電機換成了步進電機或交、直流伺服電機；由于電機的速度容

易控制，所以傳統(tǒng)的齒輪變速機構(gòu)已經(jīng)很少采用了。還有很多機床取消了坐標

工作臺的機械式手搖調(diào)節(jié)機構(gòu)，取而代之的是按鍵式的脈沖觸發(fā)控制器或手搖

脈沖發(fā)生器。坐標讀數(shù)也已經(jīng)是精確的數(shù)字顯示方式，而且加工軌跡及進度也

能非常直觀地通過顯示器顯示出來。采用數(shù)控機床控制加工已經(jīng)相當(dāng)安全方便

了。

1.按加工工藝方法分類

按傳統(tǒng)的加工工藝方法來分有：數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏤床、數(shù)控

錢床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床、數(shù)控沖床、數(shù)控折彎機、數(shù)控電加工機

床、數(shù)控激光與火焰切割機和加工中心等。其中，現(xiàn)代數(shù)控銃床基本上都兼有

鉆鏤加工功能。當(dāng)某數(shù)控機床具有自動換刀功能時，即可稱之為“加工中心”。

2.按加工控制路線分類

有點位控制機床、直線控制機床和輪廓控制機床。

(1)點位控制機床。只控制刀具從一點向另一點移動，而不管其中間行

走軌跡的控制方式。在從點到點的移動過程中，只作快速空程的定位運動，因

此不能用于加工過程的控制。屬于點位控制的典型機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控饃床

和數(shù)控沖床等。這類機床的數(shù)控功能主要用于控制加工部位的相對位置精度，

而其加工切削過程還得靠手工控制機械運動來進行。

(2)直線控制機床。可控制刀具相對于工作臺以適當(dāng)?shù)倪M給速度，沿著

平行于某一坐標軸方向或與坐標軸成45°的斜線方向作直線軌跡的加工。這種

方式是一次同時只有某一軸在運動，或讓兩軸以相同的速度同時運動以形成

45(的斜線，所以其控制難度不大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單。一般地，都是將點位

與直線控制方式結(jié)合起來，組成點位直線控制系統(tǒng)而用于機床上。這種形式的

典型機床有車階梯軸的數(shù)控車床、數(shù)控鈴錢床和簡單加工中心等。

(3)輪廓控制機床。它又稱連續(xù)控制機床。如圖-8(c)所示，可控制刀具

相對于工件作連續(xù)軌跡的運動，能加工任意斜率的直線，任意大小的圓弧，配

以自動編程計算，可加工任意形狀的曲線和曲面。典型的輪廓控制型機床有數(shù)

控銃床、功能完善的數(shù)控車床、數(shù)控磨床和數(shù)控電加工機床等。

3.按機床所用進給伺服系統(tǒng)不同分類

有開環(huán)伺服系統(tǒng)型、閉環(huán)伺服系統(tǒng)型和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

4.按所用數(shù)控裝置的不同分類

有NC硬線數(shù)控和CNC軟線數(shù)控機床。

5.按控制坐標軸數(shù)目分類

按機床數(shù)控裝置能同時聯(lián)動控制的坐標軸的數(shù)目來分，有兩坐標聯(lián)動數(shù)控

機床、三坐標聯(lián)動數(shù)控機床和多坐標聯(lián)動數(shù)控機未。

1.3.2數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)

數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)由伺服電路、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)和執(zhí)

行部件組成。它的作用是：接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進給速度和位移指令信號，由

伺服驅(qū)動電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置(直流、交流伺服電機,

電液動脈沖馬達和功率步進電機等)和機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床的工作臺等執(zhí)

行部件實現(xiàn)工件進給和快速運動。

1.開環(huán)伺服系統(tǒng)

開壞伺服系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機和電液脈

沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，通過環(huán)形分配器、按步進電機的

通電方式進行分配，并經(jīng)功率放大后送給步進電機的各相繞組，使之按規(guī)定的

方式通、斷電，從而驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)。再經(jīng)同步齒形帶、滾珠絲杠螺母副驅(qū)

動執(zhí)行部件。每給一脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)過一定的角度，工作臺就走過一

個脈沖當(dāng)量的距離。數(shù)控裝置按程序加工要求控制指令脈沖的數(shù)量、頻率和通

電順序，達到控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向的目的。由于它沒

有檢測和反饋系統(tǒng)，故稱之為開環(huán)。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，成本較低。

2.半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

半閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有檢測和反饋系統(tǒng)，測量元件(脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓

器和圓感應(yīng)同步器等)裝在絲杠或伺服電機的軸端部，通過測量元件檢測絲杠

或電機的回轉(zhuǎn)角。間接測出機床運動部件的位移，經(jīng)反饋回路送回控制系統(tǒng)和

伺服系統(tǒng)，并與控制指令值相比較。如果二者存在偏差，便將此差值信號進行

放大，繼續(xù)控制電機帶動移動部件向著減小偏差的方向移動，直至偏差為零。

由于只對中間環(huán)節(jié)進行反饋控制，絲杠和螺母副部分還在控制環(huán)節(jié)之外，故稱

半閉環(huán)。對絲杠螺母副的機械誤差，需要在數(shù)控裝置中用間隙補償和螺距誤差

補償來減小。

3.閉環(huán)伺服系統(tǒng)

閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-11所示。它的工作原理和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)相同，但

測量元件(直線感應(yīng)同步器、長光柵等)裝在工作臺上，可直接測出工作臺的實

際位置。該系統(tǒng)將所有部分都包含在控制環(huán)之內(nèi)，可消除機械系統(tǒng)引起的誤差,

精度高于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制穩(wěn)定性較難保證，成本高,

調(diào)試維修困難。

1.3.3數(shù)控機床的主軸驅(qū)動

1.對主軸驅(qū)動的要求

(1)數(shù)控機床主傳動要有較寬的調(diào)速范圍并盡可能實現(xiàn)無級變速。

(2)較高的回轉(zhuǎn)精度和良好的動態(tài)響應(yīng)性能。

(3)有旋轉(zhuǎn)進給軸(C軸)的控制功能。

(4)具有恒線速切削功能。

(5)主軸準停控制功能。

2.主軸調(diào)速與驅(qū)動

主軸驅(qū)動的調(diào)速電機主要有直流電動機和交流電動機兩大類。

直流電動機可采用改變電樞電壓(降壓調(diào)速)或改變勵磁電流(弱磁調(diào)速)

的方法實現(xiàn)無級調(diào)速，降壓調(diào)速可獲得恒轉(zhuǎn)矩，弱磁調(diào)速可獲得恒功率輸出。

交流電動機目前廣泛采用矢量控制的變頻調(diào)速方法，變頻器應(yīng)同時有調(diào)頻

兼調(diào)壓的功能以適應(yīng)負載特性的要求。

僅采用無級調(diào)速,雖然可使主軸齒輪箱大為簡化，但其低速段輸出扭矩

常常無法滿足機床強力切削的要求。數(shù)控機床常用機電結(jié)合的方法，即同時采

用電動機無級調(diào)速和機械齒輪變速兩種方法，按照控制指令自動調(diào)速，以同時

滿足對主傳動調(diào)速和輸出大扭矩的要求。

3.主軸準停裝置

加工中心的主軸部件上的主軸準停裝置，就是使主軸每次都能準確地停在

固定不變的周向位置上，以保證自動換刀時主軸二的端面鍵能對準刀柄上的鍵

槽。主軸準停裝置一般分為機械式和電氣式兩種。

作業(yè)：1、簡述數(shù)控機床及其分類；

2、數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)的類型與特點;

3、數(shù)控機床對主軸驅(qū)動的要求。

課后記：

第四注1.3數(shù)控機床及其坐標系統(tǒng)(2)

教學(xué)目的：了解數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)知識

教學(xué)內(nèi)容：數(shù)控機床坐標系統(tǒng)

教學(xué)重點：機床坐標系與工件坐標系

教學(xué)難點：機床坐標系與工件坐標系的空間關(guān)系

教學(xué)過程：

1.3.4數(shù)控機床的坐標軸與運動方向

數(shù)控機床上的坐標系是采用右手直角笛卡爾坐標系。如圖1-4所示，X、

Y、Z直線進給坐標系按右手定則規(guī)定，而圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進給坐標

軸A、B、C則按右手螺旋定則判定。機床各坐標抽及其正方向的確定原則是：

(1)先確定Z軸。以平行于機床主軸的刀具運動坐標為Z軸，若有多根

主軸，則可選垂直于工件裝夾面的主軸為主要主軸，Z坐標則平行于該主軸軸

線口若沒有主軸，則規(guī)定垂直于工件袋夾表面的坐標軸為Z軸°Z軸正方向是

使刀具遠離工件的方向。如立式銃床，主軸箱的上、下或主軸本身的上、下即

可定為Z軸，且是向上為正；若主軸不能上下動作，則工作臺的上、下便為Z

軸，此時工作臺向下運動的方向定為正向。

圖1-4

（2）再確定X軸。X軸為水平方向且垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面。

在工件旋轉(zhuǎn)的機床（如車床、外圓磨床）上，X軸的運動方向是徑向的，與橫向

導(dǎo)軌平行。刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向是正方向。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床，若

Z軸為水平（如臥式銃床、鍵床），則沿刀具主軸后端向工件方向看，右手平伸

出方向為X軸正向，若Z軸為垂直（如立式銃、鎮(zhèn)床，鉆床），則從刀具主軸向

床身立柱方向看，右手平伸出方向為X軸正向。

（3）最后確定Y軸。在確定了X、Z軸的正方向后，即可按右手定則定出

Y軸正方向。如圖1-5是機床坐標系示例。

圖1-5（a）臥式車床；（b）立式銃床

上述坐標軸正方向，均是假定工件不動，刀具相對于工件作進給運動而確

定的方向，即刀具運動坐標系。但在實際機床加工時，有很多都是刀具相對不

動，而工件相對于刀具移動實現(xiàn)進給運動的情況,事實上，不管是刀具運動還

是工件運動，在進行編程計算時，一律都是假定工件不動，按刀具相對運動的

坐標來編程。機床操作面板上的軸移動按鈕所對應(yīng)的正負運動方向，也應(yīng)該是

和編程用的刀具運動坐標方向相一致。

1.3.5機床原點、參考點和工件原點

機床原點就是機床坐標系的原點。它是機床上的一個固定的點，由制造廠

家確定。機床坐標系是通過回參考點操作來確立的，參考點是確立機床坐標系

的參照點。

數(shù)控車床的機床原點多定在主軸前端面的中心，數(shù)控銃床的機床原點多定

在進給行程范圍的正極限點處，但也有的設(shè)置在機床工作臺中心，使用前可查

閱機床用戶手冊。

參考點（或機床原點）是用于對機床工作臺（或滑板）與刀具相對運動的測

量系統(tǒng)進行定標與控制的點，一般都是設(shè)定在各抽正向行程極限點的位置上。

該位置是在每個軸上左擋塊和限位開關(guān)精確地預(yù)先調(diào)整好的，它相對于機床原

點的坐標是一個已知數(shù)，一個固定值。每次開機啟動后，或當(dāng)機床因意外斷電、

緊急制動等原因停機而重新啟動時，都應(yīng)該先讓各軸返回參考點，進行一次位

置校準，以消除上次運動所帶來的位置誤差。

在對零件圖形進行編程計算時，必須要建立用于編程的坐標系，其坐標原

點即為程序原點。而要把程序應(yīng)用到機床上，程序原點應(yīng)該放在工件毛坯的什

么位置，其在機床坐標系中的坐標是多少，這些都必須讓機床的數(shù)控系統(tǒng)知道,

這一操作就是對刀。編程坐標系在機床上就表現(xiàn)為工件坐標系，坐標原點就稱

之為工件原點。車床的工件原點一般設(shè)在主軸中心線上，多定在工件的左端面

或右端面。銃床的工件原點，一般設(shè)在工件外輪廓的某一個角上或工件對稱中

心處，進刀深度方向上的零點，大多取在工件表面

1.3.6絕對坐標編程和相對坐標編程

數(shù)控編程通常都是按照組成圖形的線段或圓弧的端點的坐標來進行的。

當(dāng)運動軌跡的終點坐標是相對于線段的起點來計量的話，稱之為相對坐標或增

量坐標表達方式。若按這種方式進行編程，則稱之為相對坐標編程。當(dāng)所有坐

標點的坐標值均從某一固定的坐標原點計量的話，就稱之為絕對坐標表達方

式，按這種方式進行編程即為絕對坐標編程。

作業(yè)：1、簡述如何確定數(shù)控機床坐標軸；

2、什么是機床坐標系與工件坐標系，它們間是什么關(guān)系；

3、數(shù)控車床、數(shù)控銃床的機械原點和參考點之間的關(guān)系各如何？

課后記:

第五講L4數(shù)控編程基礎(chǔ)

教學(xué)目的：掌握數(shù)控數(shù)控編程基礎(chǔ)知識

教學(xué)內(nèi)容：加工程序的格式、編制過程與方法

教學(xué)重點：加工程序的編制過程與方法

教學(xué)難點：加工程序的編制過程與方法

教學(xué)過程：

1.4.1數(shù)控加工程序的格式

數(shù)控程序按程序段（行）的表達形式可分為固定順序格式、表格順序格式和

地址數(shù)字格式三種。

固定順序格式屬于早期采用的數(shù)控程序格式，因其可讀性差、編程不直觀

等原因，現(xiàn)已基本不用。

地址數(shù)字格式程序是目前國際上較為通用的一種程序格式。其組成程序的

最基木的單位稱之為“字”，每個字由地址字符（英文字母）加上帶符號的數(shù)字

組成。各種指令字組合而成的一行即為程序段，整個程序則由多個程序段組成。

即：字母+符號+數(shù)字一指令字一程序段一程序。

一般地，一個程序行可按如下形式書寫：

N04G02X43Y43-F32S04T02M02

程序行中：

N04一一N表示程序段號，04表示其后最多可跟4位數(shù)，數(shù)字最前的?？墒?/p>

略不寫。

G02——G為準備功能字，02表示其后最多可跟2位數(shù)，數(shù)字最前的。可省

略不寫。

X43,Y43——坐標功能字，土表示后跟的數(shù)字值有正負之分，正號可省咚，

負號不能省略。43表示小數(shù)點前取4位數(shù)，小數(shù)點后可跟3位數(shù)。程序中作為

坐標功能字的主要有作為第一坐標系的X、Y、Z；平行于X、Y、Z的第二坐標

字U、V、牝第三坐標字P、Q、R以及表示圓弧圓心相對位置的坐標字I、J、

K；在五軸加工中心上可能還用到繞X、Y、Z旋轉(zhuǎn)的對應(yīng)坐標字A、B、C等等。

坐標數(shù)值單位由程序指令設(shè)定或系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定。

F32——F為進給速度指令字，32表示小數(shù)點前取3位數(shù)，小數(shù)點后可跟2

位數(shù)。

S04—S為主軸轉(zhuǎn)速指令字，04表示其后最多可跟4位數(shù)，數(shù)字最前的0

可省略不寫。

T02-T為刀具功能字，02表示其后最多可跟2位數(shù)，數(shù)字最前的。可省

略不寫。

M02—M為輔助功能字，02表示其后最多可跟2位數(shù)，數(shù)字最前的0可省

略不寫。

總體來說，在地址數(shù)字格式程序中代碼字的排列順序沒有嚴格的要求，不

需要的代碼字可以不寫。整個程序的書寫相對來說是比較自由的。如圖卜6所

示，要銃削一個軌跡為長10mm、寬8mm的長方形，其程序可簡單編寫如下:

00011主程序番號

N1G92XIO.OY5.OZ5O.O建立工件坐標系

N2S200T01M03選刀，讓主軸正轉(zhuǎn)

N3G90GOOZIO.O快速下刀到上表面

GOIZ-5.0F100M08工進下刀,同時開

G9IG4IY5.0D0I切入，同時加刀補

G01YS.0昧短邊

X-10.0銃長邊

Y-8.0銃短邊

X-I0.G銃長邊

G00G40Y-5.0M09切出，取消刀補，

Z50.0提刀

M02停機結(jié)束

圖1-6

1.4.2程序編制的過程及方法

1.程序編制過程

數(shù)控程序的編制應(yīng)該有如下幾個過程：

（1）分析零件圖紙。要分析零件的材料、形狀、尺寸、精度及毛坯形狀

和熱處理要求等，以便確定該零件是否適宜在數(shù)控機床上加工，或適宜在哪類

數(shù)控機床上加工。有時還要確定在某臺數(shù)控機床二加工該零件的哪些工序或哪

幾個表面。

（2）確定工藝過程。確定零件的加工方法（如采用的工夾具、裝夾定位方

法等）和加工路線（如對刀點、走刀路線），并確定加工用量等工藝參數(shù)（如切削

進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削寬度和深度等）。

(3)數(shù)值計算。根據(jù)零件圖紙和確定的加工路線，算出數(shù)控機床所需輸

入數(shù)據(jù)，如零件輪廓相鄰幾何元素的交點和切點，用直線或圓弧逼近零件輪廓

時相鄰幾何元素的交點和切點等的計算。

(4)編寫程序單.根據(jù)加工路線計算出的數(shù)據(jù)和已確定的加工用量，結(jié)

合數(shù)控系統(tǒng)的程序段格式編寫零件加工程序單。此外，還應(yīng)填寫有關(guān)的工藝文

件，如數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控刀具卡片、工件安裝和零點設(shè)定卡片等。

(5)制備控制介質(zhì)。按程序單將程序內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)(如穿孔紙芍)

上作為數(shù)控裝置的輸入信息。應(yīng)根據(jù)所用機床能識別的控制介質(zhì)類型制備相應(yīng)

的控制介質(zhì)。

(6)程序調(diào)試和檢驗?？赏ㄟ^模擬軟件來模擬實際加工過程，或?qū)⒊绦?/p>

送到機床數(shù)控裝置后進行空運行，或通過首件加二等多種方式來檢驗所編制出

的程序，發(fā)現(xiàn)錯誤則應(yīng)及時修正，一直到程序能正確執(zhí)行為止。

2.程序編制方法

數(shù)控程序的編制方法有手工編程和自動編程兩種。

(1)手工編程。從零件圖樣分析及工藝處理、數(shù)值計算、書寫程序單、

制穿孔紙帶直至程序的校驗等各個步驟，均由人工完成，則屬手工編程。

(2)自動編程。編程工作的大部分或全部由計算機完成的過程稱自動編

程。

1.4.3程序傳送的載體

1.穿孔紙帶是早期數(shù)控機床上常用的控制介質(zhì)。

2.數(shù)據(jù)磁帶是將編制好的程序信息錄制在數(shù)據(jù)磁帶上，加工零件時，再

將程序從數(shù)據(jù)磁帶上讀出來，從而控制機床動作。

3.軟磁盤或聯(lián)機控制，隨著計算機行業(yè)的迅速發(fā)展，使用計算機軟磁盤

作為控制介質(zhì)的越來越多。

4.MDI手動輸入，利用數(shù)控機床操作面板上的鍵盤，將編好的程序直接輸

入到數(shù)控系統(tǒng)中，并可以通過CRT顯示器顯示有關(guān)內(nèi)容，以便發(fā)現(xiàn)錯誤時能及

時修改。

作業(yè)：簡述加工程序的編制過程與方法；。

課后記：

第六講1.5數(shù)控加工的工藝處理(1)

教學(xué)目的：掌握數(shù)控加工工藝處理的基本原則與方法

教學(xué)內(nèi)容：加工方法的選擇與加工工序的劃分

教學(xué)重點：加工方法的選擇與加工工序的劃分

教學(xué)難點：加工工序的劃分

教學(xué)過程：

1.5數(shù)控加工的工藝處理

數(shù)控加工工藝處理的主要內(nèi)容有：

(1)選擇適合在數(shù)控機床上加工的零件，確定工序內(nèi)容。

(2)分析被加工零件圖樣，明確加工內(nèi)容和技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上確定零

件的加工方案，制定數(shù)控加工工藝路線，如工序的劃分、加工順序的安排與傳

統(tǒng)加工工序的銜接等。

(3)設(shè)計數(shù)控加工工序。如工步的劃分、零件的定位與夾具、刀具的選擇

和切削用量的確定等。

(4)調(diào)整數(shù)控加工工序的程序。如對刀點和換刀點的選擇，加工路線的確

定和刀具的補償。

(5)分配數(shù)控加工中的容差。

(6)處理數(shù)控機床上部分工藝指令。

1.5.1數(shù)控加工零件及加工方法的選定

一般來說，數(shù)控機末最適合加工具有如下特點的零件：

(1)多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件，短期急需的零件。

(2)輪廓形狀復(fù)雜，對加工精度要求較高的零件。

(3)用普通機床加工較困難或無法加工(需昂貴的工藝裝備)的零件。

(4)價值昂貴，加工中不允許報廢的關(guān)鍵零件。

加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由

于獲得同樣精度所用的加工方法很多，因而實際選擇時，要結(jié)合零件的形狀、

尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。一般小尺寸的箱體孔選擇較孔；當(dāng)孔徑較

大時，則應(yīng)選擇錢孔。此外，還應(yīng)考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的要求，以及工廠的生

產(chǎn)設(shè)備等實際情況。一般地，數(shù)控車床適合于加二形狀比較復(fù)雜的軸類零件和

由復(fù)雜曲線回轉(zhuǎn)形成的模具內(nèi)型腔；立式數(shù)控錢床適合于加工平面凸輪、樣板、

形狀復(fù)雜的平面或立體零件，以及模具的內(nèi)、外型腔等；臥式數(shù)控銃床則適合

于加工箱體、泵體和殼體類零件；多坐標聯(lián)動的加工中心還可以用于加工各種

復(fù)雜的曲線、曲面、葉輪和模具等。

零件上比較精確表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步

達到的。確定加工方案時，首先應(yīng)根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求，

初步確定為達到這些要求所需的加工方法。表1T列出了鉆、鍵、較等幾種加

工方法所能達到的精度等級及其工序，可供參考。

表1-1H13?H7孔加工方式（孔深/孔徑＜5）

孔的毛坯性質(zhì)

孔的精度

在實體材料上加工孔預(yù)先鑄出或熱沖出的孔

H13,H12一次鉆孔用擴孔鉆鉆孔或錨刀鐐孔

孔徑W10：一次鉆孔孔徑W80：粗擴、精擴；或用鞭刀

H11孔徑＞10?30：鉆孔或擴孔粗像、精鐐：或根據(jù)余量一次鐐孔或

孔徑＞30?80：鉆、擴或鉆、擴、鑲擴孔

孔徑W10：鉆孔或較孔

HIO孔徑W80：用鐐刀粗鐐（一次或二次，

孔徑＞10?30：鉆孔、擴孔或?？?/p>

H9根據(jù)余量而定）；欽孔（或精鍵）

孔徑＞30-80：鉆、擴或鉆、鍵、校（或鋰）

孔徑W10：鉆孔、擴孔、較孔

H8孔徑W8O：用轅刀粗鐐（一次或二次，

孔徑＞10?30：鉆孔或擴孔：一、二次被孔

H7根據(jù)余量而定）或半精鐐：精鐐或精較

孔徑＞30?80：鉆、擴或鉆、擴、轅

1.5.2加工工序的劃分

1.按零件裝夾定位方式與加工部位劃分

由于每個零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各表面的技術(shù)要求也有所不同，故加工時其

定位方式各有差異。一般在加工外形時，以內(nèi)形定位；在加工內(nèi)形時，則以外

形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。

2.按粗、精加工方式劃分

根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，可按粗、精加工

分開的原則來劃分工序，即先粗加工再精加工。此時，可用不同的機床或不同

的刀具順次同步進行加工。對單個零件要先粗加工、半精加工，而后精加工。

或者一批零件，先全部進行粗加工、半精加工，最后再進行精加工。通常在一

次安裝中，不允許將零件某一部分表面粗、精加工完畢后，再加工零件的其他

表面；否則，可能會在對新的表面進行大切削量加工過程中，因切削力太大而

引起已精加工完成的表面變形。粗精加工之間，最好隔一段時間，以使粗加工

后零件的變形能得到充分恢復(fù)，再進行精加工，以提高零件的加工精度。

3.按所用刀具劃分工序

為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集

中工序的方法加工零件。即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工完成所有

可能加工到的部位，然后再換另一把刀具加工其他部位。在專用數(shù)控機床和加

工中心上常采用此法。

作業(yè)：1、數(shù)控加工工藝處理的主要內(nèi)容有哪些？

2、如何選定加工方法？如何劃分加工工序？

課后記:

第七講1.5數(shù)控加工的工藝處理(2)

教學(xué)目的：掌握數(shù)控加工工藝處理的基本原則與方法

教學(xué)內(nèi)容：工件的安裝與夾具的選擇、對刀點與換刀點的確定

教學(xué)重點：工件的安裝與夾具的選擇

教學(xué)難點：對刀點與換刀點的確定

教學(xué)過程：

1.5.3工件的安裝與夾具的選擇

1.定位裝夾的基本原則

在數(shù)控機床上加工零件時，定位安裝的基本原則與普通機床相同。也要合

理選擇定位基準和夾緊方案。為提高數(shù)控機床的效率，在確定定位基準與夾緊

方案時應(yīng)注意下列三點：

(1)力求設(shè)計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一。

(2)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出仝部待加工表

面。

(3)避免采用占機人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。

2.選擇夾具的基本原則

數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向

與機床的坐標方向相對固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機床坐標系的尺寸關(guān)系。除此

之外，還要考慮以下幾點：

(1)當(dāng)零件加工批量不大時，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具和其他通

用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間，節(jié)省生產(chǎn)費用。當(dāng)達到一定批量生產(chǎn)時才考慮

用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。

(2)零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。

(3)夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機床對零件各表面的加工。即夾具要開敞，

其定位夾緊機構(gòu)元件不能影響加工中的走刀(如產(chǎn)生碰撞等)。

此外，為提高數(shù)控加工的效率，在成批生產(chǎn)中，還可采用多位、多件夾具。

1.5.4對刀點與換刀點的確定

在進行數(shù)控加工編程時，往往是將整個刀具濃縮視為一個點，那就是“刀

位點”。它是在刀具上用于表現(xiàn)刀具位置的參照點。一般來說，立銃刀、端銃

刀的刀位點是刀具軸線與刀具底面的交點；球頭跣刀的刀位點為球心；鏤刀、

車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭是鉆尖或鉆頭底面中心；線切割的

刀位點則是線電極的軸心與零件面的交點。

對刀操作就是要測定出在程序起點處刀具刀位點(即對刀點，也稱起刀點)

相對于機床原點以及工件原點的坐標位置。如圖L7所示，對刀點相對于機床

原點為(XO,Y0),相對于工件原點為(XI,Y1),據(jù)此便可明確地表示出機床坐

標系、工件坐標系和對刀點之間的位置關(guān)系。

圖1-7

數(shù)控機床對刀時常采用千分表、對刀測頭或?qū)Φ睹闇蕛x進行找正對刀，具

有很高的對刀精度。對有原點預(yù)置功能的CNC系統(tǒng)，設(shè)定好后，數(shù)控系統(tǒng)即將

原點坐標存儲起來。即使你不小心移動了刀具的相對位置，也可很方便地令其

返回到起刀點處。有的還可分別對刀后，一次預(yù)置多個原點，調(diào)用相應(yīng)部位的

零件加工程序時，其原點自動變換。在編程時，應(yīng)正確地選擇“對刀點”的位

置。其大致選擇原則是：

(1)便于數(shù)學(xué)處理和簡化程序編制。

(2)在機床上找正容易，加工中便于檢查。

(3)引起的加工誤差小。

對刀點可以設(shè)置在零件、夾具上或機床上面，盡可能設(shè)在零件的設(shè)計基準

或工藝基準上。對于以孔定位的零件，可以取孔的中心作為對刀點。成批生產(chǎn)

時，為減少多次對刀帶來的誤差，常將對刀點既作為程序的起點，也作為程序

的終點。

換刀點則是指加工過程中需要換刀時刀具的相對位置點。換刀點往往設(shè)在

工件的外部，以能順利換刀、不碰撞工件和其他部件為準。如在銃床上，常以

機床參考點為換刀點；在加工中心上，以換刀機臧手的固定位置點為換刀點；

在車床上，則以刀架遠離工件的行程極限點為換刀點。選取的這些點，都是便

于計算的相對固定點。

作業(yè)：1、簡述工件定位裝夾的基本原則。

2、對刀點、換刀點指的是什么？一般應(yīng)如何設(shè)置？常用刀具的刀位

點怎么規(guī)定？

課后記:

第八講1.5數(shù)控加工的工藝處理(3)

教學(xué)目的：掌握數(shù)控加工工藝處理的基本原則與方法

教學(xué)內(nèi)容：加工路線的確定、刀具及切削用量的選擇

教學(xué)重點：加工路線的確定、刀具及切削用量的選擇

教學(xué)難點：切削用量的選擇

教學(xué)過程：

1.5.5加工路線的確定

加工路線是指刀具刀位點相對于工件運動的軌跡和方向。其主要確定原

則如下：

(1)加工方式、路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度。如錢削輪

廊時，應(yīng)盡量采用順錢方式，可減少機床的“顫衣”，提高加工質(zhì)量。

(2)盡量減少進、退刀時間和其他輔助時間，盡量使加工路線最短。

(3)進、退刀位置應(yīng)選在不大重要的位置，并且使刀具用量沿切線方向

進、退刀，避免采用法向進、退刀和進給中途停頊而產(chǎn)生刀痕。

對點位控制機床，只要求定位精度較高，定位過程盡可能快，而刀具相

對于工件的運動路線無關(guān)緊要。因此，這類機床應(yīng)按空程最短來安排加工路線。

但對孔位精度要求較高的孔系加工，還應(yīng)注意在安排孔加工順序時，防止將機

床坐標軸的反向間隙帶入而影響孔位精度。如圖「8所示零件，若按(a)圖所

示路線加工時，由于5、6孔與1、2、3、4孔定位方向相反，Y方向反向間隙

會使定位誤差增加，影響5、6孔與其他孔的位置精度。按(b)圖路線，加工完

4孔后往上多移動一段距離到P點，然后再折回來加工5、6孔，使方向一致,

可避免引入反向間隙。

x

1615

---

t一

2526

x---

一

.二434

一

一

XX

(a)(b)

圖1-8點位加工路線

對于車削，可考慮將毛坯件上過多的余量，特別是含鑄、鍛硬皮層的余量

安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車加工時，則要注意程序的靈活安排。

可用一些子程序（或粗車循環(huán)）對余量過多的部位先作一定的切削加工。在安排

粗車路線時，應(yīng)讓每次切削所留的余量相等。如圖1-9所示，若以90。主偏刀

分層車外圓，合理的安排應(yīng)是每一刀的切削終點依次提前一小段距離e（e可取

0.05nun）。這樣就可防止主切削刃在每次切削終點處受到瞬時重負荷的沖擊。

當(dāng)?shù)毒叩闹髌谴笥诘越咏?0。時，也宜作出層層遞退的安排，經(jīng)驗表明，

這對延長粗加工刀具的壽命是有利的。

圖1-990°主偏刀車外圓的情況

銃削平面零件時，一般采用立銃刀側(cè)刃進行切削。為減少接刀痕跡，保證

零件表面質(zhì)量，應(yīng)對刀具的切入和切出程序精心沒計。

對于槽形銃削，若為通槽，可采用行切法來回錢切，走刀換向在工件外部

進行。

對于曲面錢削，常用球頭鐵刀采用“行切法”進行加工。

對邊界敞開的曲面，球頭刀可由邊界外開始加工。曲面加工若用兩坐標聯(lián)

動的三坐標銃床，則采用任意兩軸聯(lián)動插補，第三軸作單獨的周期性進刀的“兩

維半”聯(lián)動加工方法。

1.5.6刀具與切削用量的選擇

1.刀具的選擇

選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內(nèi)容和工件材料等因素。數(shù)控

加工不僅要求刀具的精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)

整方便。

由于數(shù)控加工一般不用鉆模，鉆孔剛度較差。所以要求孔的高徑比應(yīng)不大

于5,鉆頭兩主刀刃應(yīng)刃磨得對稱以減少側(cè)向力。鉆孔前應(yīng)用大直徑鉆頭先鉤

一個內(nèi)錐坑或頂窩，作為鉆頭切入時的定心錐面，同時也作為孔口的倒角。鉆

大孔時，可采用剛度較大的硬質(zhì)合金扁鉆；鉆淺孔時，宜用硬質(zhì)合金的淺孔鉆,

以提高效率和質(zhì)量。用加工中心較孔可達IT7-IT9級精度，表面粗糙度

Rai.6?0.8（mo較前要求小于Ra6.3（mo精較可采用浮動較刀，但較前孔口

要倒角。較刀兩刀刃對稱度要控制在0.02—0.05mm之內(nèi)。鍵孔則是懸臂加二,

應(yīng)采用對稱的兩刃或兩刃以上的鈴刀頭進行切削，以平衡徑向力，減輕鈴削振

動。振動大時可采用減振轅桿。對階梯孔的轅削加工采用組合鍵刀，以提高轅

削效率。精埴宜采用微調(diào)轅刀。

數(shù)控車床兼作粗精車削。粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿

足粗車時大吃刀量、大進給量的要求。精車時，要選精度高、耐用度好的刀具,

以保證加工精度的要求。此外，為減少換刀時間和方便對刀，應(yīng)盡可能采用機

夾刀和機夾刀片。夾緊刀片的方式要選擇得比較合理，刀片最好選擇涂層硬質(zhì)

合金刀片。刀片的選擇是根據(jù)零件的材料種類、硬度、加工表面粗糙度要求和

加工余量的已知條件來決定刀片的幾何結(jié)構(gòu)（如刀尖圓角）、進給量、切削速度

和刀片型號。具體選擇可參考相關(guān)切削用量手冊。

銃削加工選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀

相適應(yīng)。在生產(chǎn)中加工平面零件周邊輪廓時，常采用立錢刀。銃削平面時，應(yīng)

選硬質(zhì)合金刀片銃刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立鐵刀；加工毛坯表面或

粗加工孔時，可選鑲硬質(zhì)合金的立鐵刀或玉米銃刀；對一些立體形面和變斜角

輪廓外形的加工，常采用球頭鐵刀、環(huán)形銃刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀。曲

面加工時常采用球頭鐵刀；但在加工曲面較平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切

削，切削條件較差，因而應(yīng)采用環(huán)形刀。

2.切削用量的確定

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、背吃刀量和進給量。對于不同的加工

方法，需要選擇不同的切削用量，并應(yīng)編入程序單內(nèi)。

合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)

考慮經(jīng)濟性和加工成本，通常選擇較大的背吃刀量和進給量，采用較低的切削

速度；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)

濟性和加工成本，通常選擇較小的背吃刀量和進給量，并選用切削性能高的刀

具材料和合理的幾何參數(shù)，以盡可能提高切削速度。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明

書、切削用量手冊并結(jié)合經(jīng)驗而定。

(1)背吃刀量阿ap(mm),亦稱切削深度。主要根據(jù)機床、夾具、刀具和

工件的剛度來決定。在剛度允許的情況下，應(yīng)以最少的進給次數(shù)切除加工余量,

最好一次切除余量，以便提高生產(chǎn)效率。精加工時，則應(yīng)著重考慮如何保證加

工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)率。在數(shù)控機床上，精加工余量可小于普

通機床，一般取(0.2?0.5)mm。

(2)主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)主要根據(jù)允許的切削速度vc(m/min)選取。

(3)進給量(進給速度)f(mm/min或【mn/r)是數(shù)控機床切削用量中的重要參

數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件材料性質(zhì)選取。

最大進給量則受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制并與脈沖當(dāng)量有關(guān)。

作業(yè)：1、加工路線的確定應(yīng)遵循哪些主要原則？

2、粗、精加工時選用切削用量的原則有什么不同？

課后記:

第九講1.6數(shù)控加工的工藝指令和工藝文件

教學(xué)目的：掌握數(shù)控加工的工藝指令，熟悉工藝文件

教學(xué)內(nèi)容：數(shù)控加工的工藝指令和工藝文件

教學(xué)重點：數(shù)控加工的工藝指令

教學(xué)難點：數(shù)控加工的工藝指令

教學(xué)過程：

1.6.1程序中常用的工藝指令

1.準備功能G指令

G指令是用來規(guī)定刀具和工件的相對運動軌跡（即指令插補功能）、機床坐

標系、坐標平面、刀具補償和坐標偏置等多種加工操作。它由字母G及其后面

的兩位數(shù)字組成，從G00?G99共有100種代碼。這些代碼中雖然有些常用的

準備功能代碼的定義幾乎是固定的，但也有很多代碼其含義及應(yīng)用格式對不同

的機床系統(tǒng)有著不同的定義，因此，在編程前必須熟悉了解所用機床的使用說

明書或編程手冊。

表1-2常用G指令代

代碼組意、義代碼組意、義代碼組意義

GOO快速點定位G20英制單位G80固定循環(huán)取消

b固定

GO1直線插補G21公制單位e

G81?G89循環(huán)

GO2順圓插補G27回參考點檢查

aa

GO3逆圓插補G28回參考點G90絕對坐標編程

gj

G29參考點返回G91增量坐標編程

G32?G33螺紋切削

G40刀補取消G9200預(yù)置寄存

GO400暫停延時G4Id左刀補

G17XY平面選擇G42右刀補

G18CZX平面選擇

G54?G59f零點偏置

G19YZ平面選擇

2.輔助功能M指令

M指令也是由字母M和兩位數(shù)字組成。該指令與控制系統(tǒng)插補器運算無關(guān),

一般書寫在程序段的后面，是加工過程中對一些輔助器件進行操作控制用的工

藝性指令。例如，機床主軸的啟動、停止、變換；冷卻液的開關(guān)；刀具的更換;

部件的夾緊或松開等；在從M00?M99的100種代碼中，同樣也有些因機床系

統(tǒng)而異的代碼，也有相當(dāng)一部分代碼是不指定的。常用M指令代碼見表1-3。

表1-7常用M指令代碼

一跚

一

一

一

組

代

組

代作用代組

別

碼

別

意義別意義意義

碼時間一碼

一

MOO★(X)程序暫停M06El00自動換刀M19★主軸準停

MO1★00條件暫停M07開切削液DM30★00程序結(jié)束并返回

M02★00程序結(jié)束M08b開切削液"M60★00更換工件

MO3主軸正轉(zhuǎn)M09★關(guān)切削液M9800子程序調(diào)用

M04a主軸反轉(zhuǎn)M10夾緊M9900子程序返回

C

MO5★主軸停轉(zhuǎn)IMH松開

注：①組別為“00”的屬非模態(tài)代碼；其余為模態(tài)代碼，同組可相互取代。

②作用時間為號者，表示該指令功能在程序段指令運動完成后開

始作用；為號者，則表示該指令功能與程序段指令運動同時開始。

3.F、S、T指令

F指令為進給速度指令，是表示刀具向工件進給的相對速度，單位一般為

mm/min,當(dāng)進給速度與主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)（如車螺紋）時，單位為mm/r。進給速度一

般有如下兩種表示方法。

?代碼法：即F后跟的兩位數(shù)字并不直接表示進給速度的大小，而是機

床進給速度序列的代號，可以是算術(shù)級數(shù)，也可以是幾何級數(shù)。

?直接指定法：即F后跟的數(shù)字就是進給速度的大小。如F100表示進

給速度是100mm/niin。這種方法較為直觀，目前大多數(shù)數(shù)控機床都采用此方法。

S指令為主軸轉(zhuǎn)速指令，用來指定主軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。同樣也可

有代碼法和直接指定法兩種表示方法。

T指令為刀具指令，在加工中心機床中，該指令用以自動換刀時選擇所需

的刀具。在車床中，常為T后跟4位數(shù)，前兩位為刀具號，后兩位為刀具補償

號。在鐵鏤床中，T后常跟兩位數(shù)，用于表示刀具號，刀補號則用H代碼或D

代碼表示。

在上述這些工藝指令代碼中，有相當(dāng)一部分屬于模態(tài)代碼（又稱續(xù)效代

碼）。這種代碼一經(jīng)在一個程序段中指定，便保將有效到被以后的程序段中出

現(xiàn)同組類的另一代碼所替代。在某一程序段中，一經(jīng)應(yīng)用某一模態(tài)代碼，如果

其后續(xù)的程序段中還有相同功能的操作，且沒有出現(xiàn)過同組類代碼時，則在后

續(xù)的程序段中可以不再指令和書寫這一功能代碼。比如，接連幾段直線的加二,

可在第一段直線加工時用G01指令，后續(xù)幾段直線就不需再書寫G01指令，直

到遇到G02圓瓠加工指令或G00快速空走等指令。

另一部分非模態(tài)代碼功能只對當(dāng)前程序段有效，如果下一程序段還需要使

用此功能則還需要重新書寫。

1.6.2數(shù)控加工的工藝文件

數(shù)控加工工藝文件既是數(shù)控加工、產(chǎn)品驗收的依據(jù)，又是操作者要遵守、

執(zhí)行的規(guī)程，同時還為產(chǎn)品零件重復(fù)生產(chǎn)作了技犬上的必要工藝資料積累和儲

備。目前數(shù)控加工工藝文件尚未制定國家統(tǒng)一標準，各企業(yè)一般都根據(jù)本單位

的特點制定了一些必要的工藝文件，主要包括數(shù)控加工工序卡、數(shù)控刀具調(diào)整

單、機床調(diào)整單和零件加工程序單等。

1.數(shù)控加工工件安裝和零點設(shè)定卡片

它應(yīng)表示出數(shù)控加工零件定位方法和夾緊方法，并應(yīng)標明工件零點設(shè)定位

置和坐標方向、使用的夾具名稱和編號等。

2.工序卡

由編程員根據(jù)圖紙和加工任務(wù)書編制數(shù)控加工工藝和作業(yè)內(nèi)容，并反映使

用的輔具、刃具和切削參數(shù)、切削液等，工序卡中應(yīng)按已確定的工步順序填寫。

3.數(shù)控刀具調(diào)整單

數(shù)控刀具調(diào)整單主要包括數(shù)控刀具卡片和數(shù)控刀具明細表（簡稱刀具表）

兩部分。

作業(yè)：1、程序中常用的工藝指令有哪些？什么叫模態(tài)指令和非模態(tài)指令?

2、數(shù)控加工常用的工藝文件有哪些？

課后記:

第二章數(shù)控車床的操作與編程

第十講2.1數(shù)控車床及其組成

教學(xué)目的：了解數(shù)控車床的類型及基本組成，熟悉控制面板及控制軟件界面

教學(xué)內(nèi)容：數(shù)控車床的類型及基本組成、控制面板、控制軟件界面

教學(xué)重點：數(shù)控車床的控制面板、控制軟件界面

教學(xué)難點：數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)與速度控制

教學(xué)過程：

2.1.1數(shù)控車床的類型及基本組成

1.數(shù)控車床的類型

1）水平床身（即臥式車床）

有單軸臥式和雙軸臥式之分。由于刀架拖板運動很少需要手搖操作，所以

刀架一般安放于軸心線后部，其主要運動范圍亦在軸心線后半部，可使操作者

易接近工件.采用短床身占地小，宜于加工盤類零件。雙軸型便于加工零件正

反EJ?

2）傾斜式床身

在水平導(dǎo)軌床身上布置三角形截面的床鞍。其布局兼有水平床身造價低、

橫滑板導(dǎo)軌傾斜便于排屑和易接近操作的優(yōu)點。它有小規(guī)格、中規(guī)格和大規(guī)格

三種。

3）立式數(shù)控車床

分單柱立式和雙柱立式數(shù)控車床。采用主軸立置方式，適用于加工中等尺

寸盤類和殼體類零件。便于裝卸工件。

4）高精度數(shù)控車床

分中、小規(guī)格兩種。適于精密儀器、航天及電子行業(yè)的精密零件。

5）四坐標數(shù)控車末

四坐標數(shù)控車床設(shè)有兩個X、Z坐標或多坐標復(fù)式刀架。可提高加工效宓，

擴大工藝能力。

6）車削加工中心

車削中心可在一臺車床上完成多道工序的加工，從而縮短了加工周期，提

高了機床的生產(chǎn)效率和加工精度。若配上機械手，刀庫料臺和自動測量監(jiān)控裝

置構(gòu)成車加工單元，用于中小批量的柔性加工。

7）各種專用數(shù)控車床

專用數(shù)控車床有數(shù)控卡盤車床、數(shù)控管子車床等。

2.數(shù)控車床的基本組成

數(shù)控車床的整體結(jié)構(gòu)組成基本與普通車床相同，同樣具有床身、主軸、刀

架及其拖板和尾座等基本部件，但數(shù)控柜、操作面板和顯示監(jiān)控器卻是數(shù)控機

床特有的部件。即使對于機械部件，數(shù)控車床和普通車床也具有很大的區(qū)別。

如數(shù)控車的主軸箱內(nèi)部省掉了機械式的齒輪變速部件，因而結(jié)構(gòu)就非常簡單

了；車螺紋也不再需要另配絲桿和掛輪了；刻度盤式的手搖移動調(diào)節(jié)機構(gòu)也已

被脈沖觸發(fā)計數(shù)裝置所取代。

數(shù)控車床基本組成如圖2-1所示。其床身導(dǎo)軌為60。傾斜布置，排屑方便。

導(dǎo)軌截面為矩形，剛性很好。主軸由直流（配5T系統(tǒng)時）或交流（配6T系統(tǒng)時）

調(diào)速電機驅(qū)動，主軸尾端帶有液壓夾緊油缸，可用于快速自動裝夾工件。床鞍

溜板上裝有橫向進給驅(qū)動裝置和轉(zhuǎn)塔刀架，刀盤可選配8位、12位小刀盤和

12位大刀盤°縱橫向進給系統(tǒng)采用直流伺服電機帶動滾珠絲杠，便刀架移動。

尾座套筒采用液壓驅(qū)動?？刹捎霉怆娮x帶機和手工鍵盤程序輸入方式，帶有CRT

顯示器、數(shù)控操作面板和機械操作面板。另外還有液動式防護門罩和排屑裝置。

若再配置上下料的工業(yè)機器人，就可以形成一個柔性制造單元（FMC

機械操作面板主軸轉(zhuǎn)位刀架防護門

數(shù)控面板

數(shù)控柜-一

光HT0

讀帶機