第1章概述（4学时）
本章重点：数控机床的组成及各部分的作用
数控机床的分类方法
第1讲 2学时
教学内容：
1.1数控机床的产生与发展
1.2 数控机床工作原理及组成
1.3 数控机床的分类
1.1 数控机床的产生与发展
数字控制（Numerical Control,NC），是用数字化信号进行控制的一种方法。
1947年，美国的Parsons公司为了提高生产飞机零件的靠模和机翼检查样板的精度及效率，提出了用穿孔卡来控制机床的设想；后与MIT（麻省理工学院）合作，于1952年研制出了世界上第一台试验性的三人材数控立铣床，控制装置由真空管组成。1954年生产出了第一台工业用的数控机床，1955年类似产品投产了一百台。这些数控机床在复杂曲面零件加工中发挥了很大作用。
半个世纪以来，随着自动控制技术、微电子技术、计算机技术、精密测量技术及机械制造技术的迅速发展，数控机床也得到了快速发展，产品不断更新换代，品种不断增多。就数控装置而言，大致经历了以下几个发展过程：第一代数控装置由真空管组成，第二代采用晶体管和印刷电路，第三代采用小规模集成电路，并出现了DNC（Direct Numerical Control,直接数控）控制方式，第四代采用大规模集成电路及小型通用计算机控制，被称为计算机数控（Computerized NC,CNC），第一代采用微型计算机或微处理机（Microcomputer NC,MNC）。现在，大多采用多个微处理器组成的微型计算机作为数控装置的核心，数控装置的各项功能被分配到各个微处理器，在主微处理器的统一控制和管理下，并行、协调地工作，使数控机床向高精度、高速度方向发展。
我国于1958年开始研制数控机床，“七五”期间，取得了长足的发展。此后，采取自主开发中、高档数控系统与购买国外先进数控系统相结合的方针，加速了我国数控机床生产的发展和使用水平的提高。数控机床产品已覆盖了车、铣、镗、钻、磨、齿轮加工、线切割加工、电火花加工等机床，另外各种机电产品或设备如加工中心、弯管机、火焰切割机、三坐标测量机、工业机器人、绘图机以及激光快速成型机等均采用数控技术原理进行控制，数控机床产品品种已达300多种。
1.2 数控机床工作原理及组成
数控机床是采用数控技术对工作台运动和切削加工过程进行控制的机床，是典型的机电一体化产品，是数控技术的最典型应用。
1.2.1数控机床的组成
典型数控机床的组成如图所示。由图可知，数控机床主要由零件加工程序、输入装置、
数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈装置、机床本体等七部分组成，其中数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈装置又合称为数控系统。
实际上，零件加工程序并非数控机床的物理组成部分，但从逻辑上讲，数控机床加工过程必须按数控加工程序的规定进行，数控加工程序是数控机床加工的一个重要环节，因此常将数控加工程序作为数控机床的一个组成部分。
1.输入装置
数控机床的零件加工程序是通过程序输入装置输入数控机床的。输入装置与输入方法有关。
（1）控制介质输入
所谓控制介质就是零件加工程序存贮介质即程序载体。通常程序载体有穿孔纸带、磁带、磁盘、光盘等，与之相应的输入装置为光电纸带阅读机、录音机、磁盘驱动器、光驱等。早期的数控机床常用穿孔纸带存贮加工程序，即在特制的纸带上穿孔，孔的不同位置的组合构成不同的数字或数控代码。通过光电纸带阅读机将纸带上的零件加工程序转换为相应的二进制代码输入数控装置中的存贮器。虽然现在很多数控机床上仍附带有纸带阅读机长磁带录机音机，但由于微型计算机的普遍使用期，穿孔纸带和磁带控制介质的应用已越来越少。
（2）手工输入
利用键盘输入控制机床运动和刀具运动的指令。具体说有三种情况：
①手动数据输入（Manual Data Input,MDI）,通过数控系统操作面板上的相应按键，把数控程序指令逐条输入存储器中。这种方法一般只适用于一些较为简短的程序。
②在数控显示的程序编辑界面，通过数控系统操作面板上的相应按键，输入程序指令，存于内存中。后面有关章节中的手工编程主要就是采用这种输入方法。用这种方法还可以调出已存入的数控程序并对其进行编辑修改。
③在具有对话功能的数控装置上，根据软件的逻辑格式和显示屏上的对话提示，选择不同的菜单，输入有关的数字和信息后，可自动生成控制程序存入内存。这种方法虽然是手工输入，但却是自动编程。
（3）通讯方式输入存储器
从自动编程机上、计算机上或网络上，将编制好的数控加工程序通过通信接口直接输入数控装置的存储器。
2. 数控装置
数控装置是数控机床的核心部件，由硬件和软件两大部分组成。硬件包括通用I/O接口、CPU、存储器、可编程序控制器（Programmable Logic Controller,PLC）及数字通信接口等。采用单微处理器的数控装置硬件结构如图1.2所示。软件包括管理软件和控制软件。管理软件用来管理零件程序的输入、输出，显示零件程序、刀具位置、系统参数及报警，诊断数控装置是否正常并检查故障原因。控制软件则完成译码、插补运算、刀具补偿、位置控制等。
数控装置的主要功能为读入数值并存储、对程序进行译码及数据处理、插补运算、位置控制和I/O处理，产生控制指令控制机床各部件协调运动，按确定的顺序和设定的条件完成零件加工程序。
辅助控制装置是介于数控装置和机床的机械与液压部件之间的各种开关执行电器的控制装置。主要实现各种辅助功能控制，如机床的起停、换刀、冷却液开关等控制，目前多由数控装置内置的可编程序控制器来实现。
3.伺服驱动装置
伺服驱动系统由驱动装置、执行机构及位置、速度检测反馈装置三个部分组成。伺服
电机是伺服系统的执行机构，驱动装置则是伺服电机的动力源。来自数控装置的控制指令脉冲经伺服驱动装置进行功率放大，驱动伺服电机，进而通过机械传动装置带动机床主轴、工作台或刀架等机床运动部件运动，其输入为电信号，输出为机床的位移、速度和力。
4.机床本体
机床本体是实现切削加工的主体，对加工过程起支撑作用。数控机床的精度、精度保持性、刚性、抗振性、低速运动平稳性、热稳定性等主要性能均取决于机床本体。数控机床的机械部件包括：主运动部件、进给运动执行部件如工作台、拖板及其传动部件以及床身、立柱等支承部件，此外还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库、刀具交换装置等部件。数控机床的机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗振性等方面要求更高，而且其传动和变速系统要便于实现自动控制。
1.2.2数控机床的工作原理
在数控机床上加工零件时，首先根据零件图样的要求，结合所采用的数控机床的功能、性能和特点，确定合理的加工工艺，编程相应的数控加工程序，并采用适当的方式将程序输入到数控装置。在数控机床加工过程中，数控装置对数控加工程序进行编译、运算和处理，输出坐标控制指令到伺服驱动系统，顺序逻辑控制指令到PLC，通过伺服驱动系统和PLC驱动机床刀架或工作台按照数控加工程序规定的轨迹和工艺参数运动，从而加工出符合图纸要求的零件。
1.3 数控机床的分类
数控机床的种类很多，分类方法不一。根据数控机床的功能和组成，可以从如下几个不同的角度进行分类。
1.3.1按数控机床的加工工艺分类
1.普通数控机床
根据数控机床的加工工艺不同，并与传统机床的称谓相对应，可将数控机床分为数控车床，数控铣床，数控钻床，数控磨床，数控镗床等。
2.加工中心机床
将多种加工工艺内容集中在同一台机床上实现，并具有刀库和自动换刀装置，可在工件一次装卡后连续自动地完成铣削、钻削、镗削、铰孔、扩孔、攻丝等多道工序的加工，这样的数控机床叫加工中心（Machining Center,MC）。常见的加工中心机床有车削加工中心和钻铣镗加工中心。
3.特种加工机床
特种加工机床有数控电火花、数控线切割、激光快速成型机、数控等离子切割、火焰切割等。
4.其它
还有采用数控技术的其它设备如三坐标测量机、工业机器人、数控绘图仪等。
1.3.2 按控制系统的功能特点分类
按数控机床运动轨迹的控制方式可将数控机床分成点位控制、点位直线控制和轮廓控制三类。
1.点位控制（Point to Point Control, PTP）
点位控制的数控机床的特点是，只要求控制刀具相对于工件在机床加工平面内从某一加工点运动到另一加工点的精确坐标位置，而对两点之间的运动轨迹原则上不加以控制，且在运动过程中不作任何加工，如图所示。典型的点位控制数控机床有数控钻床、数控镗
床、数控冲床等。这类机床无需插补器，其基本要求是定位精度、定位时间和移动速度，对运动轨迹无精度要求。为了精确定位和提高定痊速度，运动开始时，移动部件首先高速运动，在到达定位终点前减速以实现慢速接近定位点并最终准确定位。
2.点位直线控制（ Straight Line Control or Paraxial Control）
点位直线控制的数控机床又简称为直线控制的数控机床。这类数控机床不仅可以控制刀具或工作台由一个位置点到另一个位置点的精确坐标位置，还可以控制他们以给定的速度沿着平行于某一坐标轴方向作直线运动并在移动的过程中进行加工，如图1.4所示。这类数控系统也可控制刀具或工作台两个坐标同时以相同的速度运动，从而加工出与坐标轴成45°的斜线。典型的点位直线控制的数控机床如简单的具有外圆、端面及45°锥面加工的数控车床。
3.轮廓控制（Contour Control）
轮廓控制也称连续控制。这类机床的特点是，不仅要求刀具相对于工件在机床加工空间内从一点运动到另一点的精确坐标位置，而且要求对两点之间的运动轨迹及轨迹上每一点的运动速度进行精确控制，且能够边移动边加工，如图所示。典型的连续控制数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心等。这类机床用于加工二维平面轮廓或三维空间轮廓。这类机床的数控系统带有插补器，以精确实现各种曲线或曲面。能进行连续控制的数控机床，一般也能进行点位控制和点位直线控制。
1.3.3 按伺服系统的功能特点分类
按所采用的伺服系统控制方式不同，可将数控机床分成开环、闭环和半闭环控制数控机床三类。
开环控制数控机床
开环控制系统是指不带位置反馈装置数控机床，其伺服系统由步进驱动和步进电机组成，如图所示。机床的工作精度取决于步进电机的传动精度及变速机构、丝杠等机械传动部件的精度。
开环控制的数控机床具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优点。但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低。一般适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造。
部件的移动速度和位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数决定。
2.闭环控制数控机床
闭环控制数控机床有位置和速度的检测装置，并且直线位移检测装置直接装在机床移动部件如工作台上，将测量的结果直接反馈到数控装置中，与输入指令进行比较控制，使移动部件按照指令要求运动，最终实现精确定位，如图所示。因为把机床工作台纳入了位置控制环，故称为闭环控制系统。
闭环控制数控机床其伺服系统由交流或直流伺服驱动和交流或直流伺服电机组成。与伺服电机同轴刚性连接的测速器件，随时检测电机转速反馈至数控系统，与速度指令信号进行比较，控制电机的转速。该系统定位精度高、调节速度快。但该系统调试困难，系统复杂并且成本高，故适用于精度要求很高的数控机床，如精密数控镗铣床、超精密数控车床等。
3.半闭环控制数控机床
半闭环控制数控机床也有位置和速度的检测装置，只是其角位移检测装置装在交流或直流伺服电机的输出轴上，通过检测角位移间接地检测移动部件的位移，并反馈到数控系统中。由于惯性较大的机床移动部件不包括在控制环中，因而称作半闭环控制系统，如图所示。
由于系统闭环环路内不包括机械传动环节，可获得稳定的控制特性。另外，机械传动
环节的误差可用误差补偿的办法消除，因此可获得满意的精度。半闭环控制数控机床精度较高，安装调试方便，广泛应用于各种数控机床中。
1.3.4 按数控机床功能强弱分类
按数控机床功能强弱可将数控机床分为经济型数控机床、全功能型数控机床和高档数控机床。
1.经济型数控机床
经济型数控机床又称简易数控机床，主要采用功能较弱、价格低廉的经济型数控装置，多为开环控制，其机械结构与传统机床机械结构差异不大，刚度与精度均较低。由于这类机床经济性好，因此在我国中小企业中应用广泛。目前国产数控仪表机床多为经济型数控机床，有些企业还用经济型数控装置对传统机床进行数控化改造，获得经济型数控机床。经济型数控机床的脉冲当量一般在0.001～0.01mm范围内。
2.全功能型数控机床
3.全功能型数控机床又称普及型数控机床，采用功能完善、价格较高的数控装置，采用闭环或半闭环控制，直流或交流伺服电机，在机械结构设计上充分考虑了强度、刚度、抗振性、低速运动平稳性、精度、热稳定性和操作宜人等方面的要求，能实现高速、强力切削。全功能型数控机床的脉冲当量一般在0. 1～1um范围内。
4.高档型数控机床
高档型数控机床是指三轴以上联动控制、能加工复杂形状零件的数控机床，或者工序高度集中、具备高度柔性的数控机床，或者可进行超高速、精密、超精密甚至纳米加工的数控机床。这类机床性能好、价格高，一般仅用在特别需要的场合。高档型数控机床的脉冲当量一般为0. 1um甚至更小。
1.3.5 按联动坐标轴数分类
按所能控制联动坐标轴数目的不同，数控机床还可分成两坐标、三坐标、四坐标、五坐标等数控机床。两坐标数控机床主要用于加工二维平面轮廓，三坐标数控机床主要用于加工三维立体轮廓，四坐标和五坐标数控机床主要用于加工空间复杂曲面或一些高精度、难加工的特殊型面。
第2讲 2学时
教学内容：
1.4数控机床的特点和应用范围。
1.5数控系统的主要功能。
1.4数控机床的特点和应用范围
1.4.1数控机床的特点
与传统机床相比，数控机床具有下述显著特点：
1.自动化程度高
数控机床上的零件加工是在程序的控制下自动完成的。在零件加工过程中，操作者只需完成装卸工件、装刀对刀、操作键盘、启动加工、加工过程监视、工件质量检验等工作，因此劳动强度低，劳动条件明显改善。数控机床是柔性自动化加工设备，是制造装备数字化的主角，是计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing, CAM）、柔性制造系统（Flexible Manufacturing System, FMS）、计算机集成制造系统(Computer Integrated
Manufacturing System, CIMS)等柔性自动化制造系统的重要底层设备。
2.加工精度高
数控机床的控制分辨率高，机床本体强度、刚度、抗振性、低速运动平稳性、精度、热稳定性等性能均很好，具有各种误差补偿功能，机械传动链很短，且采用闭环或半闭环反馈控制，因此本身即具有较高的加工精度。有数控机床的加工过程自动完成，排除了人为因素的影响，因此加工零件的尺寸一致性好，合格率高，质量稳定。
3.生产率高
一方面，数控机床主运动速度和进给运动速度范围大且无级调速，快速空行程速度高，结构刚性好，驱动功率大，可选择最佳切削用量或进行高速高强力切削，与传统机床相比切削时间明显缩短。另一方面，数控机床加工可免去划线、手工换刀、停机测量、多次装夹等加工准备和辅助时间，从而明显提高数控机床的生产效率。此外，有些数控机床采用了双工作台结构，使工件的装卸辅助时间与机床的切削时间重合，进一步提高了生产效率。
4.对工件的适应性强
数控机床具有坐标控制功能，配有完善的刀具系统，可通过数控编程加工各种形状复杂的零件。数控机床主运动速度和进给运动速度范围大且无级调速，可适应多种难加工材料零件的加工。数控机床属柔性自动化通用机床，在不需对机床和工件进行较大调整的情况下，即可适应各种批量的零件加工。
5.有利于生产管理信息化
数控机床按数控加工程序自动进行加工，可以精确计算加工工时、预测生产周期，所用工装简单，采用刀具已标准化，因此有利于生产管理的信息化。现代数控机床正向智能化、开放化、网络化方向发展，可将工艺参数自动生成、刀具破损监控、刀具智能管理、故障诊断专家系统、远程故障诊断与维修等功能集成到数控系统中，并可在计算机网络和数据库技术支持下将多台数控机床集成为柔性自动化制造系统，为企业制造信息化奠定底层基础。
1.4.2数控机床的应用范围
数控机床的性能特点决定了它的应用范围。对数控加工，可按适应程度将加工对象大致分为以下三类：
1.最适应类
最适应数控加工的零件有：形状复杂，加工精度要求高，用普通加工设备无法加工或虽然能加工但很难保证加工精度的零件；用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件；必须在一次装夹中完成钻、铣、镗、铰等多道工序的零件。
2.较适应类
较适应数控加工的零件有：在普通机床上加工生产率低，劳动强度大，质量难稳定控制的零件。另外毛坯获得困难，不允许报废的零件，在普通机床上加工时有一定难度，受机床调、操作人员精神及工作状态等多种因素影响，容易产生次品或废品，应用数控机床加工。用于改型比较以便进行性能或功能测试的零件，其尺寸一致性要求高，应在数控机床上加工。
3.不适应类
不适应数控加工的零件一般是指：经过数控加工后，在生产率与经济性方面无明显改善，甚至可能弄巧成拙或得不偿失。这类零件大致有以下几种：生产批量大的零件（当然不排除其中个别工序用数控机床加工）；装夹困难或完全靠找正定位来保证精度的零件；加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的；必须用特定的工艺装备协调加工的零件。
1.5数控系统的主要功能
CNC系统的功能是指它满足不同控制对象各种要求的能力，通常包括基本功能和选择功能。基本功能是数控系统必备的功能，如控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能、字符显示功能和自诊断功能等。选择功能是供用户根据不同机床的特点和用途进行选择的功能，如补偿功能、固定循环功能、通信功能和人机对话编程功能等。
1.5.1数控系统的基本功能
1.控制功能
控制功能是指CNC装置控制各运动轴的功能，其功能的强弱取决于能控制的轴数以及能同时控制的轴数（即联动轴数）多少。控制轴有移动轴和回转轴、基本轴和附加轴。一般数控车床只需同时控制两个轴；数控铣床、镗床及加工中心等需要有3个或3个以上的控制轴；加工空间曲面的数控机床需要3个以上的联动轴。控制轴数越多，CNC装置就越复杂，编制程序也越困难。
2.准备功能
准备功能也称G功能，用来指定机床的动作方式，包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、刀具补偿、基准点返回、固定循环、公英制转换等指令。它用字母G和其后的两位数字表示。ISO标准中准备功能有G00至G99共100种。
3.插补功能
现代数控机床的数控系统将插补分为软年粗插补和硬件精插补两步进行：先用软件算出每一个插补周期应走的线段长度，即进行粗插补，再由硬件完成线段长度上的一个个脉冲当量逼近，即精插补。由于数控系统控制加工轨迹的实时性很强，插补计算程序要求不能太长，采用粗精二级插补能满足数控机床高速度和高分辨率的发展要求。
4.进给功能
进给功能用F指令直接指定各轴的进给速度。
（1）切削进给速度
以每分钟进给量的形式指定刀具切削速度，用字母F和其后的数字指定。单位为mm/min。
（2）同步进给速度
以主轴每转进给量规定的进给速度，单位为mm/r。
（3）快速进给速度
数控系统规定了快速进给速度，它通过参数设定，且G00指令执行快速移动，还可用操作面板上的快速倍率开关修调。
（4）进给倍率
机床操作面板上设置了进给倍率开关，倍率一般可在0%～200%之间变化，每档间隔为10%。使用进给倍率开关不用修改程序中的F代码，就可改变机床的进给速度。
5.主轴功能
主轴功能是指定主轴转速的功能，用字母S和其后的数值表示，单位为r/min或mm/min。主轴转向用M03和M04指定。机床操作面板上设置主同倍率开关，可以不修改程序改变主轴转速。
6.辅助功能
辅助功能是用来指定主轴的起停转向、冷却泵开关、自动换刀等的功能，用字母M和
其后的两位数字表示。在ISO标准中辅助功能有M00至M99，共100种。
7.刀具功能
刀具功能是用来选择刀具的功能，用字母T和其后的2位或4位数字表示。
8.字符图形显示功能
CNC装置可配单色或彩色不同尺寸的CRT或液晶显示器，通过软件和接口实现字符和图形显示。可以显示程序、参数、补偿值、坐标位置、故障信息、人机对话编程菜单、零件图形等。
9.自诊断功能
CNC装置中设置了故障诊断程序，可以防止故障的发生或扩大。在故障出现后可迅速查明故障类型及部位，减少故障停机时间。不同的CNC装置诊断程序的设置不同，可以设置在系统程序中，在系统运动过程中进行检查和诊断，也可作为服务性程序，在系统运行前或故障停机后诊断故障的部位。还可以进行远程通信完成故障诊断。
1.5.2数控系统的选择功能
1.补偿功能
在加工过程中，由于刀具磨损或更换刀具，以及机械传动中的丝杠螺距误差和反向间隙等，将使实际加工出的零件尺寸与程序规定的尺寸不一致，千万加工误差。CNC装置的补偿功能是把刀具长度或半径的补偿量、螺距误差和反向间隙误差的补偿量输入它的存储器，数控系统就按补偿量重新计算刀具运动的轨迹和坐标尺寸，加工出符合要求的零件。
2.固定循环功能
用数控机床加工零件，一些典型的加工工序，如钻孔、镗孔、深孔钻削、攻螺纹等，所需完成的动作循环十分典型，将这些典型动作预先编好程序并存储在内存中，用G代码指令形式进行调用，形成固定循环。固定循环功能可大大简化程序编制。
3.通信功能
CNC装置通常具有RS232C接口，有的还配置有DNC接口，可以连接多种输入、输出设备，实现程序和参数的输入、输出和存储。有的CNC装置可以与MAP（制造自动化协议）相连，接入工厂的通信网络，以适应FMS、CIMS的要求。
4.人机对话编程功能
有的CNC装置可以根据蓝图直接编程，编程员只需输入表示图样上几何尺寸的简单命令，就能自动地计算出全部交点、切点和圆心坐标，生成加工程序。有的CNC装置可能根据引导图和说明显示进行对话式编程。有的CNC装置还备有用户宏程序，用户自已编写一些特殊加工子程序，使用时由零件主程序调入，可以重复使用。
本章小结
数控技术是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，数控机床是采用了数控技术或者装备了数控系统控制的机床。
1952年，美国Parsons公司与美国麻省理工学院合作，研制成功了第一台数控机床——三坐标数控铣床。与普通机床相比，数控机床具有自动化程度高、加工精度高、生产率高、对工件的适应性强、有利于生产管理信息化等特点，在现代制造领域中得到了广泛的应用。数控机床的种类很多，按工艺用途可分为普通数控机床、加工中心和特种加工数控机床；按数控机床功能强弱可分为经济型数控机床、全功能型数控机床和高档数控机床；按伺服系统的控制方式又可分为开环、闭环、半闭环数控机床。按控制联动坐标轴数目可分成两坐标、三坐标、四坐标、五坐标等数控机床。
数控机床主要由零件加工程序、输入装置、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈装置、机床本体等七部分组成，其中数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、
检测反馈装置又合称为数控系统。
数控系统的功能有控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能、字符图形显示功能、自诊断功能、补偿功能、固定循环功能、通信功能、人机对话编程功能。
第２章数控编程中的数学处理（2学时）本章重点：基点、节点的概念
本章难点：节点坐标的计算
第3讲 2学时
教学内容:
2.1程序编制中的基点和节点。
2.2程序编制中的误差。
2.3非圆曲线的直线逼近方法。
2.4非圆曲线的圆弧逼近方法。
2.1 数控编程中数值计算的内容
根据零件图样要求,按照已确定的加工路线和允许的编程误差,计算出机床数控系统所需输入的数据,称为数控编程的数值计算.对于带有自动刀补功能的数控装置来说,通常要计算出零件轮廓上一些点的坐标数值。
2.1.1数控编程中数值计算的内容
1.基点
零件的轮廓曲线一般是由许多不同的几何元素组成的，如直线、圆弧、二次曲线等。通常将各个几何元素间的连接点称为基点。如两条直线的交点、直线与圆弧的交点或切点、圆弧与圆弧的交点或切点、圆弧与二次曲线的交点或切点等。
2.节点
一般数控系统都具有直线和圆弧插补功能，当零件的轮廓为非圆曲线时，常用连续的直线段或圆弧段逼近零件轮廓曲线，逼近直线或逼近圆弧与非圆曲线的交点或切点称为节点.
3.刀具中心轨迹的计算
对于不具有刀具补偿功能的数控机床，如某些经济型的数控机床，必须计算刀具中心轨迹。
4.辅助计算
辅助计算包括增量计算、脉冲数计算和辅助程序段的数值计算。不同的数控系统辅助计算的内容和步骤也不尽相同。
（1）增量计算绝对坐标编程时，一般不需要计算增量值。用增量坐标编程时，输入的终点坐标是相对于本次运动起点的增量值；对于圆弧段，当用起点、终点、圆心坐标编程时，需计算圆弧终点相对于起点的坐标增量以及圆弧的圆心相对于圆弧起点的坐标增量值。
（2）脉冲数计算进行数值计算时，单位通常是毫米，其数据常带有小数点。对于开环系统来说，要求输入的数据是以脉冲为计量单位的整数，因此，应将计算出的坐标数据换算成为脉冲数（坐标数据除以脉冲当量），即进行脉冲数计算。对于闭环或半闭环系统，则可直接输入带小数点的数据。
（3）辅助程序段的数值计算指由对刀点到切入点的切入程序，由零件切削终点返回到对刀点的切出程序，以及无尖角过渡功能数控系统的尖角过渡程序等所需的数值计算。
2.1.2程序编制中的允许误差
确定程序编制的允许误差，不仅为制定加工方案提供了重要的依据，还对工艺准备工作中的某些要求（如夹具的定位、刀具的对刀等）提供了较为具体的参考数据。
1.数控加工误差
在数控加工中，其加工误差Δ加将由多种误差决定：
Δ加＝f（Δ编，Δ控，Δ伺，Δ刀，Δ定） (2-1)
其中Δ编程序编制误差；Δ控数控装置系统误差；Δ伺伺服驱动系统误差；Δ刀对刀误差；Δ定工件的定位误差。
2.程序编制误差
通常所说的程序编制误差Δ编，主要由以下两项误差决定：
Δ编＝f（Δ拟，Δ计）（2-2）
?为在数学处理中，由计算式中Δ拟为用直线或圆弧拟合零件轮廓曲线时所产后的误差；
计
过程而产生的数值计算误差。
3.程序编制中的允许误差
在数控加工误差中，由于数控装置系统误差一般极小，可忽略不计，对刀误差可通过自动补偿等给予排除，因此伺服系统误差和工件的定位误差占数控加工误差的比例很大，所以程序编制误差Δ编允许占数控加工误差Δ加的比例较小。确定程序编制允许误差δ允的途径，主要是通过按一定比例压缩其工件公差T工而实现的。在数控加工实践中，一般取δ允为工件公差的1/3左右，对精度要求较高的工件，则取其工件公差的1/10～1/15。
2.2 由直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算
平面零件轮廓曲线多由直线和圆弧组成，大多数数控机床都具有直线和圆弧插补功能、刀具半径补偿功能，因此只需计算出零件轮廓的基点坐标即可。
计算时，首先选定零件坐标系的原点，然后列出各直线和圆弧的数学方程，求出相邻几何元素的交点或切点即可。
对于直线，均可化为一次方程的一般形式
Ax=
+（2-3）
By
C
对于圆弧，均可化为圆的标准方程
2)
2
2
ξ（2-4）
+
-
-η
)
(
x=
(R
y
式中，ξ、η为圆弧的圆心坐标，R为圆弧半径。
解上述直线与直线、直线与圆弧、圆弧与圆弧联立的方程组，即可求出相关的基点坐标。
当数控装置没有刀补功能时，需要计算出刀具中心轨迹上的基点坐标。这时，可根据零件的轮廓和刀具半径求零件轮廓的等距线。
直线的等路线方程为
2B
2
±
Ax+
=
+
C
By
A
r
（2-5）
刀
同心圆的方程为
222)()(）
（刀r R y x ±=-+-ηξ （2-6） 式中，刀r 为刀具半径。解上述相关等距线方程联立的方程组即可求出刀心轨迹的基点
坐标。
2.3直线逼近非圆曲线的节点计算
平面轮廓除了直线和圆弧外，还有椭圆、双曲线、抛物线、阿基米德螺旋线等函数曲
线。对于这类曲线，无法直接用直线、圆弧插补指令进行加工，而常用直线段或圆弧段逼
近曲线，因此需计算出相邻二逼近直线或圆弧的节点坐标。用直线逼近非圆曲线的常用数
学方法有三种：等间距法、等步长法和等误差法。
2.3.1等间距法
等间距法就是将某一坐标轴划分为相等的间距，然后求出曲线上相应的节点，将相邻
节点连成直线，用这些直线段组成的折线代替原来的轮廓曲线。如图所示，沿X 轴方向取
等间距Δx ，已知曲线方程为y ＝f （x ）。由起点开始，设起点为（x 0，y 0），则x 1＝x 0＋Δx ，
将x 1代入y ＝f （x ）得到y 1，则（x 1，y 1）即为求出的逼近直线的第一个节点。
根据x i ＝x i-1＋i.Δx 依次求出y i ＝f （x i ）得到一系列节点坐标。
Δx 的取值应保证各逼近直线段与曲线y ＝f （x ）间的最大法向距离小于编程允许误差
δ允。一般先取Δx =0.1试算出节点坐标，然后选择曲线上曲率最大的曲线段进行逼近误差
校验。
2.3.2等步长法
等步长直线逼近即所有逼近线段的长度都相等，如图所示。计算步骤如下：
1.求R min ：已知曲线方程为y ＝f （x ），由于曲线各处的曲率不等，等步长逼近后最大
逼近误差δmax 必然产生在曲率最大的地方，也即曲率半径最小的地方。曲线上任一点的曲
率半径为 y y R '
''+=2
/32)1( （2-10） 令
0=dx dR ，得 0)1(322=''''--'''y y y y
（2-11） 将y ＝f （x ）、y ′、y ′′、y m 代入可求得x ，将x 代入式（2-4）即可求得R min 。R min
为曲线上最小曲率半径。
2. 确定允许的步长L:如图2.2所示，在给定的允许误差允δ下的步长L 为： 允允δδmin 2min 2min 22)(2R R R L ≈--= (2-12)
3.求节点坐标),(i i y x ：以曲线起点a ),(00y x 为圆心，以步长L 为半径作圆与曲线
)(x f y =相交于b 点),(11y x ，求联立方程组
???==-+-)
()()(2
22x f y L y y x x a a (2-13) 可求得),(11y x 。
4. 顺序以b 、c …为圆心，重复步骤3)，即可求得其余各节点的坐标值。
等步长法计算过程简便，常用于曲率变化不大的轮廓曲线的节点计算。
2.3.3等误差法
该方法使得所有逼近线段的误差δ相等，以相等的误差来确定各插补段的步长。如图
2.3所示。设零件轮廓曲线方程为y ＝f （x ），计算步骤如下：
1.作允差圆
以起点a ),(a a y x 为圆心，以允许误差允δ为半径作圆，称为允差圆。其方程为
222)()(允δ=-+-a a y y x x (2-14)
2.求允差圆与曲线)(x f y =的公切线PT ，点),(),,(T T p p y x T y x P 分别为该圆和曲线
)(x f y =的公切线的切点，则切线的斜率K 为 P
T P T x x y y K --= (2-15) 为求T y 、P y 、T x 、P x ，需求解联立方程组
???????-'=-=-'=-=曲线切线方程曲线方程允差圆切线方程允差圆方程))(()())(()(P T T P T T T
P T P P T P P x x x f y y x f y x x x F y y x F y (2-16)
其中,)(x F y =为允差圆方程。
3. 过起点a 作直线ab ，使ab 平行于公切线PT ，交曲线)(x f y =于b 点，则直线ab
的方程为：
)(a a x x K y y -=- (2-17)
4.求下面联立方程组的解，即可得节点坐标),(b b y x
?
??=-=-)()(x f y x x K y y a a (2-18) 5.以b 点为圆心，以允许误差允δ为半径作圆交曲线于c 点，重复上述步骤依次求得c 、
d 、
e ……各节点坐标。
利用等误差法，程序段数目最少，但计算过程较复杂。适用于复杂形状的零件以及曲
率变化较大的轮廓曲线的节点计算。
2.4 圆弧逼近非圆曲线的节点计算
常用的用圆弧逼近非圆曲线的节点计算方法有两种：圆弧分割法和三点圆作图法。本
节仅介绍圆弧分割法。
圆弧分割法应用在曲线y ＝f （x ）为单调的情况下，若不是单调曲线，可以在拐点处
将曲线分段，使每段曲线为单调曲线。如图所示，用圆弧分割法进行节点计算的方法与步骤如下：
1.求轮廓曲线y ＝f （x ）起点（x n ，y n ）的曲率圆。其半径为
n
n n y y R '''+=2/32)1( (2-19) 圆心坐标为
???????'''++='''+'-=n n n n n n n n n y y y y y y x 22)
(1)(1ηξ (2-20)
2.求以（ξn ，ηn ）为圆心，以R n ±δ允为半径的圆与曲线y ＝f （x ）的交点
解联立方程
???=±=-+-)()()()(222x f y R y x n n n 允δηξ (2-21)
得到（x ，y ）值，即为圆弧与y ＝f （x ）的交点（x n+1，y n+1）。式中，当轮廓曲线曲率递减时，取R n ＋δ允为半径；当轮廓曲线曲率递增时，取R n －δ允为半径。
重复以上步骤依次算妯分割轮廓曲线的各节点坐标。
3. 求出)(x f y =上两相邻节点间逼近圆弧的圆心
所求两节点间的逼近圆弧是以),(n n y x 为始点，以),(11++n n y x 为终点，以n R 为半径的
圆弧。分别以),(n n y x 和),(11++n n y x 为圆心，以n R 为半径作两个圆，两圆弧的交点就是所求的圆心坐标。即由联立方程
?????=-+-=-+-++22121222)()()()(n n n n n n R y y x x R y y x x (2-22)
解得的),(y x 即为所求逼近圆弧的圆心坐标),(m m ηξ。
本章小结
根据零件图样要求,按照已确定的加工路线和允许的编程误差,计算出机床数控系统所需输入的数据,称为数控编程的数值计算。数值计算的内容有基点坐标的计算、节点坐标的计算、刀具中心轨迹的计算、辅助计算。
直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算采用初等几何的方法，非圆曲线的节点计算有直线逼近法、圆弧逼近法。用直线逼近非圆曲线的常用数学方法有三种：等间距法、等步长法和等误差法。常用的用圆弧逼近非圆曲线的节点计算方法有两种：圆弧分割法和三点圆作图法。对列表曲线进行数学处理时，常用数学拟合的方法逼近零件轮廓，即根据已知列表点（也称型值点）来推导出用于拟合的数学模型
程序编制误差），计拟编??=?(f ， 拟?为用直线或圆弧拟合零件轮廓曲线时所产后的误差，计?为在数学处理中，由计算过程而产生的数值计算误差。数控加工误差),(定刀伺控编加，，，?????=?f ，其中控?为数控装置系统误差；伺?伺服驱动系统误差；刀?对刀误差；定?工件的定位误差。程序编制允许误差允δ，主要是通过按一定比
例压缩其工件公差T 工而实现的。在数控加工实践中，一般取程序编制的允许误差为工件公差的1/3左右，对精度要求较高的工件，则取其工件公差的1/10~1/15。
第３章 数控编程基础（6学时）
本章重点：机床坐标系建立的原则、如何确定机床坐标系
机床坐标系、工件坐标系、机床参考点
程序格式
常用G 代码：G00、G01、G02、G03、G04、G17、G18、G19、G40、G41、G42
常用M 代码：M01、M02、M30、M03、M04、M05、M07、M08
F 、S 、T 代码
本章难点：G92的使用，圆弧编程中I 、J 、K 值的确定，G40、G41、G42的使用
第4讲 2学时
教学内容:
3.1 数控编程的概念。
3.2数控编程的基础知识。
3.1 概述
数控加工程序编制是把加工零件的全部过程、工艺参数和位移数据等，以代码的形式记录在控制介质上，用控制介质上的信息来控制机床运动，实现零件的自动加工。把从零件图分析到获得数控机床所需的控制介质的全过程称作数控加工程序的编程。
数控编程方法分为手工编程和自动编程。
3.1.1数控加工程序的内容
通常数控加程序包含以下内容:
（1）程序的编号、程序段号。
（2）工件原点的设置。
（3）所用刀具的刀具号，换刀指令。
（4）主轴的启动、转向及转速指令。
（5）刀具的引进、退出路径。
（6）加工方法，刀具切削运动的轨迹及进给量（或进给速度）指令。
（7）其他辅助功能指令，如冷却液的开、关，工件的松、夹等等。
（8）程序结束指令。
下面是一个钻孔程序的实例。工件如图所示，4个￠8mm孔用￠8mm钻头一次钻通。其钻孔加工程序如下：
P0001
N10 T01 M06 S1000 M03
N20 G54 G90 G00 Z10
N30 G81 G99 X20 Y40 Z2 I-15 F80
N40 X40 Y60
N50 X60 Y40
N60 X40 Y20
N70 G80 G00 Z50 M05
N80 M30
其中，P0001是程序号地址及程序号，N10～N70是程序段号。
N10程序段的内容是选1号刀，换刀，启动主轴顺时针旋转，转速为1000r/min。
N20 程序段是建立工件坐标系与机床坐标系的关系，同时将刀具快移至工件上表面上方10mm处。
N30 钻孔固定循环，将刀具快速点定位至X20Y40处，快移至工件上方2mm，以80mm/min 速度钻孔行程15mm，然后快退至工件上方2mm。
N40 在X40Y60位置重复钻孔固定循环，钻第二孔。
N50 在X60Y40位置重复钻孔固定循环，钻第三孔。
N60 在X40Y20位置重复钻孔固定循环，钻第四孔。
N70 取消钻孔固定循环，快速退刀至工件上方50mm外，主轴停转，程序结束。
3.1.2编制数控加工程序的步骤
上述程序是用G、M等指令代码编写的，需人工参与编程的全过程，并书写程序单，被称为手工编程。其一般步骤如下：
1.分析零件图了解工件材料、毛坯，查看工件几何形状、尺寸、表面粗糙度及热处理等各项技术要求。
2.确定零件数控加工工艺如确定加工内容、加工设备、工装、加工路线、加工余量、
切削用量，编制数控加工工序卡、机床调整卡等。
3.进行必要的数值计算如基点、节点坐标的计算，刀具中心轨迹的计算等。
4.编写程序清单根据数控系统编程手册用机床能识别的指令代码编程。
5.程序校验将程序输入机床或编程模拟器，对所编程序进行图形模拟以验证其正确性。
6.首件试加工首件试加工并检测加工零件是否符合图纸的各项要求，进行必要的修改，进一步确认零件的正确性。
3.2 数控编程基础
3.2.1数控机床坐标系建立的原则
在数控机床上进行零件的加工，通常使用直角坐标系来描述刀具与工件的相对运动。对数控机床中的坐标系及运动部件的运动方向的命名，应符合JB3051-82的规定。
1.刀具相对于静止的工件而运动的原则。由于机床结构的不同，有的机床是刀具运动，工件固定，有的是刀具固定而工件运动等等。为编程方便，在描述刀具与工件的相对运动时，一律规定工件静止，刀具运动。
2.描述直线运动的坐标系是一个标准的笛卡尔坐标系，各坐标轴及其正方向满足右手定则。如图所示，姆指代表X轴，食指代表Y轴，中指为Z轴，指尖所指的方向为各坐标轴的正方向，即增大刀具和工件距离的方向。
3.规定分别平行于X、Y、Z轴的第一组附加轴为U、V、W；第二组附加轴为P、Q、R。
4.若有旋转轴时，规定绕X、Y、Z轴的旋转轴分别为A、B、C轴，其方向满足右手螺旋定则。见图3.2。若还有附加的旋转轴时用D、E定义，其与直线轴没有固定关系。
5.用+X′、+Y′、+Z′、+A′、+B′、+C′表示工件相对于刀具运动的正方向，与+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反。
3.2.2如何确定机床的坐标系
1.先确定Z轴
对于有单个主轴的机床，平行于主轴方向的轴就是Z轴，其正方向为刀具远离工件的方向。机床主轴是传递主要切削动力的轴，可以表现为加工过程带动工具旋转，也可表现为带动工件旋转。如车床、内外圆磨床的Z轴是带动工件旋转的主轴；而钻床、铣床、镗床的Z轴则是带动刀具旋转的主轴。
当机床有几个主轴时，则垂直于工件装夹平面的主轴为主要主轴，与该轴平行的方向为Z轴。
如果机床没有主轴，如数控悬臂刨床，则Z轴垂直于工件在机床工作台上的定位表面。
2.再确定X轴
X轴一般是水平的，平行于工件的装夹平面。对于加工过程不产生刀具旋转或工件旋转的机床，X轴平行于主切削方向，坐标轴正方向与切削方向一致，例如前面提到的数控悬臂刨床。
对于主轴带动工件旋转的机床，例如数控车床，X轴分布在径向，平行于横向滑座，刀具远离主轴中心线的方向为坐标轴的正方向。
对于主轴带动刀具旋转的机床，例如数控铣床，X轴在水平面内。如果Z轴是水平布置的，例如卧式铣床，则沿主轴轴线方向由主轴向工件看X轴正方向指向右；如果Z轴是垂直布置的，例如立式铣床，则由主轴向立柱看X轴正方向指向右。对于龙门式机床，例如数控
龙门铣床，则从与Z轴平行的主轴向左侧立柱看，X轴的正方向指向右。
3.最后确定Y轴
在确定了数控机床的X、Z轴及其正方向后，利用右手定则可确定Y轴的方向；根据X、Y、Z轴及其方向，利用右手螺旋定则即可确定轴线平行于X、Y、Z轴的旋转运动A、B、C 的方向。
机床坐标可在机床使用说明书或机床标牌上找到。
3.2.3机床坐标系、机床原点、机床参考点
1.机床坐标系
机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点，是按上述原则由数控机床制造商提供，机床出厂时该坐标系就已确定，用户不能轻易修改。该坐标系与机床的位置检测系统相对应，是数控机床的基准，机床每次上电开机后应首先进行回零操作来建立机床坐标系。
2.机床原点
机床原点又叫机械原点或机械零点，它是机床坐标系的原点。该点是机床上的一个固定点，其位置由机床制造商确定，是机床坐标系的基准点。数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或后端面与主轴中心线的交点。数控铣床的机床原点，各生产厂不一致，有的设在机床工作台左下角顶点，有的设在机床工作台的中心，还有的设在进给行程的终点。
3.机床参考点
机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的位置点，是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点。机床参考点通常设置在机床各运动轴正向极限位置，通过减速行程开关粗定位而由零点脉冲精确定位。机床参考点相对于机床原点其坐标是一个已知定值，也就是说，可以根据机床参考点在机床坐标系中的坐标值间接确定机床原点的位置。机床接通电源后，通常都要做回零操作，使刀具或工作台访问参考点，从而建立机床坐标系。回零操作又称为返回参考点操作。当机床回零后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已建立。回零操作后，测量系统进行标定，置零或置一个定值。可以说“回零”操作是对基准的重新核定，可消除由于种种原因产生的基准偏差。
在数控加工程序中可用相关指令使刀具经过一个中间点自动回参考点。
机床参考点已由机床制造商测定后作为系统参数输入数控系统，并记录在机床说明书中，用户不得改变。
一般数控车床的机床原点、机床参考点位置如图所示。一般数控铣床的机床原点、机床参考点位置如图所示。但许多数控机床将机床参考点坐标值设置为零，此时机床坐标系的原点也就在机床参考点，机床坐标系中的刀具当前位置坐标均为负值。
3.2.4工件坐标系、工件原点
工件坐标系是为了编程方便，由编程人员在编制数控加工程序前在工件图样上设置的，也叫编程坐标系，其原点就是工件原点或编程原点。与机床坐标系不同，工件坐标系是由编程人员根据习惯或工件的工艺特点自行设定的。工件坐标系的设置主要考虑工件形状、工件在机床上的装夹方法以及刀具加工轨迹计算等因素，一般以工件图样上某一固定点为原点，按平行于各装夹定位面设置各坐标轴，按工件坐标系中的尺寸计算刀具加工轨迹并编程。加工时，当工件装夹定位后，通过对刀和坐标系偏置等操作建立起工件坐标系与机床坐标系的关系，确定工件坐标系在机床坐标系中的位置。如图所示，其中XOY为机床坐标系，X1O1Y1为工件坐标系。数控装置则根据两个坐标系的相互关系将加工程序中的工件坐标系坐标转换成机床坐标系坐标，并按机床坐标系坐标对刀具的运动轨迹进行控制。因
此，采用工件坐标系进行编程时，可以不考虑加工时所采用的具体机床的坐标系及工件在机床上的装夹位置，为编程人员带来很大方便。
选择工件原点的一般原则是：
1.工件原点选在零件的设计基准上。
2.工件原点尽可能选在尺寸精度高、粗糙度值低的工件表面上。
3.对于结构对称的零件，工件原点应选在工件的对称中心上。
4.选择工件原点时应便于各基点、节点坐标的计算，减小编程误差。
5.工件原点的选择应方便对刀及测量。
3.2.5 绝对坐标、增量坐标
绝对坐标系是指刀具运动轨迹上所有点的坐标值，均从某一固定坐标原点即工件原点计量的坐标系。增量坐标系（又称相对坐标系）是指刀具运动轨迹的终点坐标是相对于本次运动的起点计量的坐标系。在编程时要根据零件的加工精度要求及编程方便与否来选用绝对坐标和增量坐标，用标准数控代码G90（绝对坐标）和G91（增量坐标）加以区别。在同一数控加工程序中可用绝对坐标编程，也可用增量坐标编程，还可在不同的程序段中分别使用绝对坐标和增量坐标。如图，若A点为刀具当前位置，B点为刀具终点，当用绝对坐标编程时，B点坐标为X15Y18；若用增量坐标编程则B点的坐标为X-20Y-12。
第5讲 2学时
教学内容:
3.3数控加工程序格式与标准数控代码
3.3.1 数控加工程序格式
3.3.2 标准数控代码
3.3.3 常用G代码简介
1.绝对坐标G90与增量坐标G91
2.坐标系设定指令G92
3.原点偏置指令G54、G55、G56、G57
4.坐标平面选择指令G17、G18、G19
5.快速点定位G00
6.直线插补指令G01
3.3 数控加工程序格式与标准数控代码
数控加工程序是由一系列机床数控系统能辨识的指令代码有序组合而成的，程序的格式、指令代码对于不同的数控系统并不完全相同，因此，具体使用某一数控机床时要仔细了解其数控系统的编程格式。
3.3.1 数控加工程序格式
1.程序的组成
（1）程序号。每一个完整的程序必须给一个编号，供在数控装置存储器中的程序目录中查找、调用。程序号由地址符和编号数字组成，如前节例子中P0001，地址符为P，程序编号为0001。不同的数控系统程序号地址符可能不同，常用地址符有Ｏ、P和%。
（2）程序段。程序段是数控加工程序的主要组成部分。每一程序是由若干个程序段组成的，每一程序段由程序字（或叫指令字）组成，程序字由地址符和带符号的数字组成。每个程序段前冠以程序段号，程序段号的地址符为N。例如：
N30 G01 X10 Y-15 F100
其中，N30为程序段号，G01 X10 Y-15 F100均为程序字，约定数字中正号省略不写。
（3）程序结束。每一程序必须有程序结束指令，程序结束一般用辅助功能代码M02或M30来表示。
2.数控加工程序格式
不同的数控系统往往有不同的程序段格式。编程时应按照数控系统规定的格式编写，
3.常用地址符及其含义
常用地址符及其含义见表，应当注意，不同的系统，其所用的地址符及其定义不尽相同。
3.3.2 标准数控代码
G、M代码按JB3208-83的定义使用，该标准与ISO1056-1975（E）等效。
1.准备功能G代码
准备功能以地址符G后接两位数字表，从G00～G99共100个。G功能指令用来规定坐标平面、坐标系、刀具和工件的相对运动轨迹、刀具补偿、单位选择、坐标偏置等多种操作。准备功能G代码有模态和非模态之分。所谓模态代码，也叫续效代码，是指该指令代码的功能在程序段中一经指定便持续保持有效到被相应的代码取消或被同组代码所取代。而有的G代码仅在所指定的程序段有效，称为非模态代码或非续效代码。
标准中对100个G代码按其功能进行了分组，如刀具运动功能分在“a”组。同一功能组的代码可互相取代，不允许写在同一个程序段中，若误写则数控装置会取最后一个有效。
为了用户使用方便，有些数控系统规定在通电以后使一些G代码自动生效，例如G90、G01、G17、G40、G80等指令开机后自动生效。
不同的数控系统，其代码含义不尽相同，编程时必须仔细阅读具体机床的编程手册。
准备功能G代码及含义见表。
2.辅助功能M代码
辅助功能以地址符M后接两位数字组成，从M00～M99共100个。辅助功能M代码主要控制机床主轴的启动、旋转、停止，冷却液启停等开关量。辅助功能也分为模态和非模态，并被定义该M代码在一个程序段中起作用的时间，有的是在程序段运动指令完成后开始起作用，例如与程序有关的指令M00、M01、M02、M30等；有的是与程序段运动指令同时开始
江苏省技工院校 教案首页 授课 2.15 2.17 日期 班级10数/10机10数/10机 课题：第四章第一节数控加工用刀具的种类与特点 教学目的要求： 1. 刀具的种类。2. 刀具的特点。3. 对刀具的要求。教学重点、难点： 1. 刀具的种类。2. 刀具的特点。3. 对刀具的要求。授课方法：示范 授课执行情况及分析：基本掌握，作业情况良好 板书设计或授课提纲 一、复习前课（5’） 二、导入新课（10’） 三、讲解新课（45’） 四、课堂小结（15’） 五、布置作业（5’）
教学活动及板书设计 第四章数控加工用刀具与夹具系统 第一节数控加工用刀具的种类与特点一、复习前课 二、导入新课 数控加工用刀具可分为常规刀具和模块化刀具。 三、讲解新课 （一）刀具的种类 1. 车削刀具 2. 钻削刀具 3. 铣削刀具 4. 镗削刀具 5. 特殊型刀具 （二）刀具的特点 （三）对刀具的要求 1. 强度高 2. 精度高
3. 切削速度和进给速度高 4. 可靠性好 5. 使用寿命长 6. 断屑及排屑性能好 四、课堂小结 五、作业布置
江苏省技工院校 教案首页 授课 2.22 2.24 日期 班级10数/10机10数/10机 课题：第四章第二节数控车削用刀具 教学目的要求：1. 机夹可转位片刀具及代码。2. 数控车削刀具系统的形式。3. 数控车削用刀具的选用。 教学重点、难点： 授课方法：示范 授课执行情况及分析：基本掌握，作业情况良好 板书设计或授课提纲 一、复习前课（5’） 二、导入新课（10’） 三、讲解新课（45’） 四、课堂小结（15’） 五、布置作业（5’）
《数控铣削加工工艺》教学设计 摘要本文以数控技术应用专业“数控铣削加工工艺”这一章节的任务驱动法教学为例，以说课的方式，展示该课题的教学设计、教学实施过程、教学效果评价的环节，以及教师的角色变化，用以加深对任务驱动教学法的理解，促进在实际教学中的应用，有一定的理论和实践意义。 关键词工艺任务驱动法教学设计角色变化 一、教材分析 教材选取数控技术专业的核心课程《数控加工工艺》的第六章。它采用传统教学理念编写，总体结构合理，但难度较大。这一章的教学重点是：铣削加工工艺的分析。难点是：一般零件的铣削加工工艺编制。 二、教学目标 知识目标：掌握铣削工艺分析和编制的一般方法。能力目标：培养学生分析工艺、编制工艺的能力；提高学生利用网络资源和收集整理资料的能力；培养学生与他人沟通协作的能力。情感目标：通过问题的不断解决，增强他们克服困难的勇气，建立了自信心，树立了健康向上的人生态度。同时，认识到自己的优势与不足，为今后工作中的自我定位打下了良好的基础。 三、教学理念 叶圣陶先生曾经说过：“教任何一门课程，最终目的都在于达到不需要教。假如学生进入这一境界，能够自己去探索，自己去辨析，自己去历练，不就获得正确的知识和熟练的能力了吗？”所以，我从学生熟悉的生活案例入手，将一些不好理解的知识形象化，创建真实的教学环境，提出真实的任务，将教师传统式的“教”，转变为学生探究式的“学”，直到任务完成。同时，为每一个学生的思考、探索、创新提供了开放的空间，使学生在不知不觉中构建起了属于自己的知识体系和经验体系。 四、教法、学法 为了更好地体现以上教学理念，我以任务驱动法为主，设计了温故复习和提出任务（2学时）、讨论实施和综合评价（8学时）、课堂总结（2学时）这五个教学阶段，并将创设情境、案例分析、讨论参观、合作学习、作业练习等教法学法贯穿于整个教学过程中。 五、过程与评价 首先，我根据学生课余时间复习不积极这一特点，用10分钟这一比较长的时间，通过学生对“妈妈和厨师都做西红柿炒鸡蛋，为什么会有差别？”“妈妈和
正文 一数控加工工艺 1 图面分析 如图1—1所示，毛坯为110X110x40加工下图零件,要求外形加工深为10mm、开放槽与内孔加工深为5mm、U形槽与键槽加工深为4mm。尺寸无公差要求。 图1—1 2 零件毛坯的工艺分析 零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，所以要注意各方面的问题，如装夹问题在设计毛坯时就要仔细考虑好。毛坯应该有足够的余量及加工钢度，这里毛坯选择：45#钢尺寸：102mmx102mmx12mm 3 零件加工工艺的分析 数控加工工艺文件既是数控加工、产品的依据，也是操作者必须遵守、执行的规程。它是编程人员在编制加工程序单时必须编制的技术文件。本零件由于轨迹加工复杂，而且精度要求高，所以选择在数控铣床上加工 4 加工方案及加工路线的确定 确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。此时要考虑数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能。 以零件平台左下角作为坐标原点，工件需要加工的地方有U形槽、开放槽、键槽和外形轮廓，按所选刀具进行加工路线的确定：粗、精铣外轮廓——粗、精铣键槽——粗铣开放槽和U形槽——精铣开放槽和U形槽。 1）数控铣削加工的编程任务书，见表1—1 表1—1 数控编程任务书
2）确定装夹方案：由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保证零件在机床坐标系的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。工件坐标系在工件的中心位置，Z轴方向在工件的上表面。根据零件的结构特点，加工外形轮廓、内形轮廓，可选用精密压板进行装夹。 3）数控铣削加工工序：数控铣削加工分粗加工和精加工二次铣削进行，其基本工序如下：外形轮廓粗铣加工使用直径是12mm的硬质合金立铣刀：键槽粗铣加工使用直径是12mm的硬质合金键槽铣刀，精加工分别留0.3mm、0.2mm，精铣加工：使用直径是8mm的硬质合金键槽铣刀。详细数控加工工序卡和切削用量选择见表1—2 表1—2 数控加工工序卡 4）数控铣削加工刀具：刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，他不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。 与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。 选取刀具时，使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀。对一些主体型面和变斜角轮廓行的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较低和平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条
毕业论文 （2013届） 题目：铣削零件数控加工工艺及程序设计 姓名： 学号： 系部： 班级： 指导教师： 2013年4月
铣削零件数控加工工艺及程序设计 摘要：数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。在数控编程中，工艺分析和工艺设计是至观重要的，在加工前都要对所加工零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择加工设备、刀具、夹具，确定切削用量，安排加工顺序，制定走刀路线等。在编程过程中，还要对一些工艺问题（如对刀点，换刀点，刀具补偿等）做相应处理。因此程序编制中的工艺分析和工艺设计是一项十分重要的工作。 本文根据铣削零件的图纸及技术要求，对该零件进行了详细的数控加工工艺分析，依据分析的结果，对该零件进行了数控加工工艺设计，并编制了工艺卡片、数控加工工序卡片和刀具卡片等。 关键词：数控编程刀具切削用量加工程序 一、绪论 随着数控技术的发展，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。 数字控制机床简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。 1.数控机床的组成及工作原理 数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。
目录 一、零件图的工艺分析 二、零件设备的选择 三、确定零件的定位基准和装夹方式 四、确定加工顺序及进给路线 五、刀具选择 六、切削用量选择 七、填写数控加工工艺文件
1、如图1所示，材料为45钢，单件生产，毛坯尺寸为 84mm×84mm×22mm），试对该零件的顶面和内外轮廓进行数控铣削加工工艺分析。 图1带型腔的凸台零件图 一零件图的工艺分析 1、图形分析 （1）分析零件图是否完整、正确，零件的视图是否正确、清楚，尺寸、公差、表面粗糙度及有关技术要求是否齐全、明确。从上图可以看出该零件图的尺寸符合了这一要求。 （2）分析零件的技术要求，包括尺寸精度、形位公差、表面粗糙度及热处理是否合理。过高的要求会增加加工难度，提高成本；过低的技术要求会影响工作性能，两者都是不允许的。上图的精度为IT8级，技术要求和尺寸精度都能满足加工要求。 （3）该零件图上的尺寸标注既满足了设计要求，又便于加工，各图形几何要素间的相互关系（相切、相交、垂直和平行）比较明确，条件充分，并且采用了集中标注的方法，满足了设计基准、工艺基准与编程原点的统一。因此该图的尺寸标注符合了数控加工的特点。 2、零件材料分析 由题目提供，材料为45钢。 3、精度分析
该零件最高精度等级为IT8级，所以表面粗糙度均为Ra3.2um。加工时不宜产生震荡。如果定位不好可能会导致表面粗糙度，加工精度难以达到要求。 4、结构分析 从图1上可以看出，带型腔的凸轮零件主要由圆弧和直线组成，该零件的加工内容主要有平面、轮廓、凸台、型腔、铰孔。需要粗精铣上下表面外轮廓内轮廓凸台内腔及铰孔等加工工序。 二、选择设备 由该零件外形和材料等条件，选用XK713A数控铣床。 三、确定零件的定位基准和装夹方式 由零件图可得，以零件的下端面为定位基准，加工上表面。把零件竖放加工外轮廓。 零件的装夹方式采用机用台虎钳。 四、确定加工顺序及进给路线 1、确定加工顺序 加工顺序的拟定按照基面先行，先粗后精的原则确定，因此先加工零件的外轮廓表面，加工上下表面，接着粗铣型腔，再加工孔，按照顺序再精铣一遍即可。 加工圆弧时，应沿圆弧切向切入。 2、进给路线
数控铣床（加工中心）编程与操作课程教学大纲 一、说明 1．本课程的性质和内容 本课程是数控技术专业的一门专业主干专业必修课程，它以数控铣床（加工中心）为对象，使学生较全面地了解数控铣床（加工中心）的基本知识与核心技术，掌握数控铣床（加工中心）削加工编程方法、掌握数控铣床（加工中心）操作技能、学习数控系统的控制原理及数控铣床（加工中心）床的维修技能。学生掌握数控机床的基本原理和基础知识、学会合理地选用组成数控机床切削参数，培养学生达到正确使用数控铣床（加工中心）的能力。 2、本课程的任务和要求： 任务：使学生掌握数控铣床（加工中心）的结构、工作原理、编程方法及数控铣床（加工中心）的操作技能，为以后从事相关工作打下基础。通过本课程的学习，学生应达到以下要求： （１）．掌握数控铣床（加工中心）的特点、工作原理； （２）．掌握数控铣床（加工中心）的机械结构特点； （３）．掌握数控铣床（加工中心）的手工编程方法； （4）．了解数控系统的基本组成及软、硬件工作原理； （5）．掌握数控铣床（加工中心）的基本操作和操作要点。 （6）、在学习本课程之前，学生应具有必要的生产实践和感性认识，故本课程应在金工实习后进行教学。
3、教学中应注意的问题 本课程以自学与辅导助学为主，文字教材为主要教学媒体；另外还有配套的IP课件。学习中首先阅读教学大纲，了解各部分的重点、难点及学习目标，按照教学要求完成作业。有条件的地方可以组织短期集中面授，解决学习中的疑难问题；也可以借助仿真软件，进行辅助教学，检验程序的正确性；还可以通过工程实际，采用项目教学法，把数控加工工艺、编程技术和数控机床操作紧密结合，边学习、边实践。从而提高学生动手能力和独立分析问题与解决问题的能力。 二、课程内容及学时分配
实例一 毛坯为70㎜×70㎜×18㎜板材，六面已粗加工过，要求数控铣出如图3-23所示的槽，工件材料为45钢。 1．根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况，确定工艺方案及加工路线 1）以已加工过的底面为定位基准，用通用台虎钳夹紧工件前后两侧面，台虎钳固定于铣床工作台上。
2）工步顺序 ①铣刀先走两个圆轨迹，再用左刀具半径补偿加工50㎜×50㎜四角倒圆的正方形。 ②每次切深为2㎜，分二次加工完。 2．选择机床设备 根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。故选用XKN7125型数控立式铣床。 3．选择刀具 现采用φ10㎜的平底立铣刀，定义为T01，并把该刀具的直径输入刀具参数表中。 4．确定切削用量 切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。 5．确定工件坐标系和对刀点 在XOY平面内确定以工件中心为工件原点，Z方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图2-23所示。
采用手动对刀方法（操作与前面介绍的数控铣床对刀方法相同）把点O 作为对刀点。 6．编写程序 按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。 考虑到加工图示的槽，深为4㎜，每次切深为2㎜，分二次加工完，则为编程方便，同时减少指令条数，可采用子程序。该工件的加工程序如下（该程序用于XKN7125铣床）： N0010 G00 Z2 S800 T1 M03 N0020 X15 Y0 M08 N0030 G20 N01 P1.-2 ；调一次子程序，槽深为2㎜ N0040 G20 N01 P1.-4 ；再调一次子程序，槽深为4㎜ N0050 G01 Z2 M09 N0060 G00 X0 Y0 Z150 N0070 M02 ；主程序结束 N0010 G22 N01 ；子程序开始 N0020 G01 ZP1 F80 N0030 G03 X15 Y0 I-15 J0 N0040 G01 X20 N0050 G03 X20 YO I-20 J0
序号 1 日期班级 课题数控程序编制的概念 重点与难点数控编程的内容与步骤 教研室主任年月日教师年月日 教学手段：多媒体教学 引入：由普通机床难加工零件及东芝事件引出数控机床应用（5分钟）正课：第一章数控加工技术概况（85分钟） 1.1 数控程序编制的概念 在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序。 1.1.1 数控程序编制的定义 编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。 1、数控程序编制的内容及步骤 数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。 （1）分析零件图样和制定工艺方案 这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线
及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。 （2）数学处理 在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。 （3）编写零件加工程序 在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。 （4）程序检验 将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，来检查 机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进 行试切来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。 总结与提问：数控机床的应用及数控机床编程步骤（10分钟）
第三节数控机床的分类及应用 一、按工艺用途分类 1．一般数控机床 最普通的数控机床有钻床、车床、铣床、镗床、磨床和齿轮加工机床。 2．数控加工中心 加工中心是在一般数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置，构成一种带自动换刀装置的数控机床。 二、按加工路线分类 1．点位控制机床 刀具与工件相对移动时，只控制从一点运动到另一点的准确性，而不考虑两点之间的路径和方向。 2．直线控制机床 刀具与工件相对移动时，除控制从起点刀终点的准确定位外，还要保证平行于坐标轴的直线切削运动。 3．轮廓控制机床 刀具与工件相对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运动同时进行控制。 三、按可控制联动的坐标轴数分类 数控机床可控制联动的坐标轴数是指数控装置控制几个伺服电动机同时驱
动机床移动部件运动的坐标轴数目。 1．两坐标联动 数控机床能同时控制两个坐标轴联动，即数控装置同时控制X和Z方向运动，可用于加工各种曲线轮廓的回转体类零件。 2．三坐标联动 数控机床能同时控制三个坐标轴联动，此时，铣床称为三坐标数控铣床，可用于加工曲面零件。 3．两轴半坐标联动 数控机床本身有三个坐标能作三个方向的运动，但控制装置只能同时控制两个坐标联动，而第三个坐标只能作等距周期移动。 4．多坐标联动 能同时控制四个以上坐标轴联动的数控机床，多坐标数控机床的结构复杂、精度要求高、程序编制复杂，主要应用于加工形状复杂的零件。 四、按控制方式分类 1．开环控制数控机床 开环控制数控机床系统中没有检测反馈装置，不检测运动的实际位置，没有位置反馈信号。指令信息在控制系统中单方向传送，不反馈。 2．全闭环控制数控机床 安装在工作台上的检测元件将工作台实际位移量反馈到计算机中，与所要
数控铣削加工技术教案 【教学目的要求】 1、了解数控铣床和加工中心的基本结构，工作原理及常用数控 系统。2、掌握数控铣床工艺的基础知识，与普通铣床工艺进行比较，分析其异同点。 3、掌握数控铣床操作技能和机床使用方法。 【教学内容及步骤】 1、内容： 熟悉数控铣床的结构、操作原理，完成指定及自选工件的表面加工的编程和上机操作。 2、步骤： ⑴讲解数控铣床基拙知识。 ⑵熟悉数控铣床的操作。 ⑶编制数控铣床的程序。 ⑷完成规定的实验内容。 ⑸完成创新设计工件的加工。 【教学设备及材料】 1、设备：总计三台设备、分组训练，每组一台机床。 西门子802D 立式加工中心一台，FANUC数控铣床和立式加工中心各一台。 2、材料：石蜡等 【注意事项】 1、认真遵守实验安全管理制度。
2、严格遵守设备操作规程。 3、应按照拟定的工艺要求进行加工工件。。 4、文明生产。 5、听从指导教师的指导。 一、数控机床基本知识 数控是一种利用计算机通过数字信息来实现加工自动控制的技术。数控机床则是指以数字形式进行信息控制的机床。由于数控与机床控制技术的发展紧密相连，因此，现在人们通常讲的“数控”就是指“数控机床”。 (一)数控机床的组成及工作原理 1、数控机床的组成 数控机床的基本构成主要包括控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体。数控机床的构成框图。 2、数控机床的工作原理 数控机床的工作原理如图2 所示。在数控机床上加工零件时，首先要将被加工的零件的状态、尺寸及工艺要求等，采用手工或自动程序编制，然后送入数控装置。在数控系统控制软件的支持下，经过处理与计 算后，发出相应的指令，通过伺服系统经传动机构驱动机床有关部件，使机床的刀具与工件及其它辅助装置按预定的加工程序进行运动，从而加工出符合要求的零件 (二) 数控系统的分类 机床数控系统，通常按控制运动方式和有无测量装置进行分类。 1、按控制运动方式分类
数控铣削加工工艺设计编制毕业论文 目录 1设计任务书............................ .2开题报告 (7) 2.1 数控技术毕业设计必须遵循的一般原则 (7) 2.2 毕业设计的步骤 (7) 2.3 毕业设计的基本容 (8) 2.3.1 数控加工工艺设计 (8) 2.3.2 加工程序的编制 (8) 2.3.3 数控操作技能 (8) 一摘要-----------------------------------------------------------4 二绪论---------------------------------------------------5 2.1. 数控铣床的简介---------------------------------------5 三数控加工的准备阶段----------------------------------11 3.1数控加工刀具的要求-----------------------------------11 3.2装夹方式和夹具的选择---------------------------------12 3.3数控铣床安全操作规程---------------------------------14
四加工注意事项 (12) 五加工工艺路线的确定.............................................................. (2) 5.1 零件图工艺分析 (2) 5.2选择设备 (3) 5.3数控加工零件工艺分析 (4) 5.3.1 零件图样上尺寸数据应符合编程方便 (4) 5.3.2.零件结构工艺性应符合数控数控加工特点 (5) 5.4加工方法的选择与加工方案的确定 (6) 5.4.1 加工方法的选择 (6) 5.4.2 加工方案的确定的原则 (7) 5.5 工序与工步的划分 (8) 5.5.1 工序的划分 (8) 5.5.2 数控铣削加工零件工艺分析遵循的原则 (9) 5.6 确定加工顺序 (12) 5.7刀具的选择与切削用量的选择 (13) 5.7.1 刀具的选择 (13)
学号09131050701215 中南大学现代远程教育 毕业论文 论文题目数控铣床加工工艺设计 姓名武亚玲 专业机械设计制造及其自动化 层次专升本 入学时间 2009秋 管理中心重庆直属管理中心 学习中心重庆直属学习中心 指导教师李恩 2011年10月10日
目录 第一章前言 (1) 第二章数控加工工艺设计主要内容 (2) 2.1数控加工工艺内容的选择 (2) 2.1.1数控加工的内容 (2) 2.1.2适于数控加工的内容 (2) 2.2 数控加工工艺性分析 (3) 2.2.1标注应符合数控加工的特点 (3) 2.2.2几何要素的条件应完整、准确 (3) 2.2.3定位基准可靠 (3) 2.2.4统一几何类型及尺寸 (3) 2.3数控加工工艺路线的设计 (3) 2.3.1工序的划分 (4) 2.3.2顺序的安排 (4) 2.3.3数控加工工艺与普通工序的衔接 (4) 第三章数控加工工艺设计方法 (5) 3.1确定走刀路线和安排加工顺序 (5) 3.2确定定位和夹紧方案 (7) 3.3确定刀具与工件的相对位置 (7) 3.3.1对刀点的选择原则 (7) 3.4 确定切削用量 (9) 3.4.1填写数控加工技术文件 (10) 3.4.2数控编程任务书 (10)
3.4.3数控加工工件安装和原点设定卡片（简称装夹图和零件设定卡）11 3.4.4数控加工工序卡片 (12) 3.4.5数控加工走刀路线图 (13) 3.5数控刀具卡片 (14) 第四章数控铣床加工的基本特点 (15) 第五章数控铣床刀具的选择 (16) 5.1数控铣床对刀具的要求及铣刀的种类 (16) 5.1.1对刀具的要求 (16) 5.1.2常用铣刀种类 (17) 5.2孔加工刀具的选用 (17) 5.3铣削加工刀具选用 (18) 结论 (18) 结束语 (18) 参考文献 .......................................... 错误！未定义书签。
摘要 本文详细的论述了导机凸模数控加工的加工工艺，通过分析加工零件的工艺，铣削的工装，工艺卡的制订以及编制程序时应注意的问题，解决实际问题。 通过运用数控技术加工出导机凸模零件，能使自己在数控技术运用方面得到一次较为系统的训练，差不多上达到了适应工厂的要求。要紧介绍包括数控机床简介，进给路线、加工余量、切削用量、机床夹具的选择等内容。最终完成零件的机械加工工艺过程卡片，数控加工工序卡片，工件的定位和夹紧方案草图，数控刀具卡片，数控加工进给路线图。
关键词导机凸模、数控加工技术加工工艺分析、编程、数控刀具、数控加工进给路线。
目录 摘要 (1) 目录 (2) 前言 (3) 第一章课题分析 (4) 1.1 设计课题课题分析 (4) 1.1.1 设计课题目的 (4) 1.2 工件的结构分析 (4) 1.2.1 导机凸模加工要求 (4) 1.2.2 导机凸模三维造型图 (6) 第二章数控铣削加工工艺分析 (7) 2.1数控加工工序 (7) 2.2 工艺工序安排 (7) 2．3加工顺序 (7)
2．4装夹方案和夹具的选择 (8) 2．5选择刀具 (8) 2．6 切削参数及刀具路径 (8) 2．7 确定切削用量 (19) 第三章数控程序编制 (19) 3．1 Mastercam自动编程软件进行加工 (19) 致谢 (21) 参考文献 (22) 附录 (23) 数控加工程序单 (23) 刀具卡片 (24) 程序 (25) 前言
数控技术在制造业的广泛运用，使当今的制造业生产面貌涣然一新，在我国，数控技术与装备的进展也有相当大的进步。以pc平台为基础的国产数控系统及柔性制造系统逐渐运用于生产实践，通过对数控技术的运用使我们更好的掌握所学的专业知识。 随着我国制造业的进展，数控加工的需求也在增加，它的总的进展趋势是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工艺适用性和经济性。而斜联结管的加工充分的适应了现代化生产的需要.。 数控加工技术已广泛应用于机械加工制造业中，如数控铣削、镗削、车削、线切割、电火花加工等，其中数控铣削是复杂多变零件的要紧加工方法。数控设备为周密复杂零件的加工提供了差不多条件，但要达到预期的加工效果，编制高质量的数控程序是必不可少的，这是因为数控加工程序不公包括零件的工艺过程，而且还包括刀具的形状和尺寸、切削用量、走刀路径等工艺
长江大学 YANGTZE UEIVERSITY 专科生毕业设计（论文） 题目 专业数控技术 学生姓名严鑫 指导教师管志强（数控指导老师） 院校站点 长江大学继续教育学院
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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摘要 随着计算机技术的发展,数字控制技术已经广泛的应用于工业控制的各个领域,尤其在机械制造业中应用十分的广泛。而中国作为一个制造业的大国，掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的。 本文开篇主要介绍了数控技术的现状及其发展的趋势，紧接着对数控铣削加工工艺做了简要的介绍，使对数控铣削加工工艺有了一个总体的了解。接下来主要是对具体零件的加工工艺的分析，然后用西门子840D仿真软件指令进行数控编程和仿真加工，最终根据所编写的程序在数控机床上加工出对应的产品。 关键词数控铣床数控工艺编程
理论课教案（首页） （编号：JL/JW—(ZY)08—01） 教师：朱承科授课班级：14-38
课题引入 （4分钟） 新课讲授 （80分钟） 1．数控机床的组成有哪些? 2.简述数控机床的分类、特点和应用 2.数控机床坐标系的建立及数学处理 一、数控机床的坐标系 （一）坐标系的规定 1．标准坐标系 数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡尔坐标系。 图2-5 右手定则 2.刀具相对工件运动的原则 3.运动方向的规定刀具远离工件的方向为正方向。 （二）数控机床的坐标轴 确定机床坐标系的坐标轴顺序为：Z—X—Y ① Z轴： Z坐标轴与传递切削力的主轴方向一致；以增大工件和刀具 之间距离的方向为运动的正方向 ﹡对于车床、磨床等主轴带动工件旋转；Z轴平行与主轴。 ﹡如果机床没有主轴（如牛头刨床），Z轴垂直于工件装卡面。 ﹡钻镗加工中，钻入和镗入工件的方向为Z坐标的负方向，而退出为正方向。 ② X轴： X坐标轴一般是水平的，平行于工件的装卡面。这是在刀具 或工件定位平面内运动的主要坐标。 ﹡对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座。刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。 a、如Z轴是垂直的，当从刀具主轴向立柱看时，X的正方向指向右。 b、如Z轴（主轴）水平，当从主轴向工件方向看时，X的正方向指向 右方。 ③ Y轴：Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。Y运动的正方向根据X和Z坐 标的正方向，按照右手直角笛卡儿坐标系来判断。 图2-6 典型机床的坐标系
④旋转坐标系： A、B和C相应地表示其轴线平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。A、B和C的正方向，相应地表示在X、Y和Z坐标正方向上按照右旋螺纹前进的方向。 ⑤附加坐标：如果在X、Y、Z主要坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为U、V、W 。如还有第三组运动，则分别指定为P 、Q和R。 举例说明：卧式加工中心、卧铣、后置刀架车床等。 ⑥对于工件运动时的坐标轴方向 对于工件运动而不是刀具运动的机床，必须将前述为刀具运动所作的规定，作相反的安排。用带“′”的字母，如＋X′，表示工件相对于刀具正向运动指令。而不带“′”的字母，如＋X，则表示刀具相对于工件的正向运动指令。二者表示的运动方向正好相反。对于编程人员、工艺人员只考虑不带“′”的运动方向。 ⑦主轴旋转运动的方向 主轴的顺时针旋转运动方向（正转），是按照右旋螺纹旋入工件的方向。 二、机床坐标系与工件坐标系 1.机床坐标系 机床坐标系是机床上固有坐标系，往往采用那些能够作为基准的点、线、面来作为机床的换刀点、坐标轴的轴心线和坐标平面。图2-7所示为数 控车床坐标系。 图2-7 典型车床坐标系 机械原点----机床上设定的一个特定位置，又称机床零位。 ﹡机械原点的定位精度很高，是机床调试和加工时十分重要的基准点。 ﹡机床上各种坐标系的建立都是以机械原点为参考点而确定的。图中O′是机械原点。 ﹡机床每次开机、断电、故障、图形模拟后，甚至必要时当进行坐标设定及对刀前都要对机床进行一次手动回零操作。所谓回零操作就是使运动部件回到机床的机械原点。 2.工件坐标系（编程坐标系） 工件坐标系在编程时使用，由编程人员在工件上建立的工件坐标系。 工件原点：零件在设计中有设计基准。在加工过程中有工艺基准，同时要尽量将工艺基准与设计基准统一，该基准点通常称为工件原点。 3.机床坐标系与工件坐标系的关系 工件坐标系与机床坐标系的坐标轴平行。可通过机床坐标系偏置得到。 4.刀位点和换刀点
数控铣削加工工艺设计及加工仿真 题目数控铣削加工工艺设计及加工仿真 学院专业机械设计制造及其自动化年级 2009 级学号姓名指导 教师成绩 2013年 5 月 7 日 目录 摘 要 .................................................................... 1 关键 词 (1) Abstract ................................................................ 1 Key words (1) 1工艺方案的分析 ........................................................ 2 1.1零件图 .......................................................... 2 1.2零件图分析 ...................................................... 3 1.3加工方法 ........................................................ 3
1.4加工方案 ........................................................ 3 2工件的装 夹 (3) 2.1 定位基准 ........................................................ 3 2.2装夹方式的选择 .................................................. 3 3刀具及切削用 量 (3) 3.1选择数控刀具的原则 .............................................. 3 3.2选择数控铣削刀具 ................................................ 4 3.3切削用量 ........................................................ 4 4数控程序的编 制 (5) 4.1 Mastercam软件编程简介 .......................................... 5 4.2建立坐标系 ...................................................... 6 4.3Mastercam编程截图 ............................................... 6 4.4Mastercam编程程序 ............................................... 9 5数控加工程序的仿 真 (14)
第三章数控铣削加工实例 无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题(如刀具选择、加工路线等)也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析与制订是一项十分重要的工作。 3.1数控编程的工艺基础 程序编制人员在进行工艺分析时，需借助机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具和夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等。此外，编程人员应不断总结、积累工艺分析与制订方面的实际经验，编写出高质量的数控加工程序。 3.1.1 数控铣削加工零件图样的分析 1、零件图的尺寸标注应适应数控加工的特点 在数控加工零件图上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配、功用等方面的要求，经常采用局部分散的标注方法，这样就给工序安排与数控加工带来许多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而影响使用特性，因此可将局部的分散标注改为同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。 2、零件轮廓的几何元素的条件应充分 在手工编程时要计算基点或节点坐标。在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分，如圆弧与直线、圆弧与圆弧在图样上相切，其给出的尺寸是否与图样上的几何关系相符等。由于构成零件几何元素条件的不充分，使编程时无法下手。遇到这种情况时，应与零件设计者协商解决。 3.1.2数控铣削加工零件工艺性分析 数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的综合，应用于整个数控加工工艺过程。 数控工艺分析主要从精度和效率两方面对数控铣削的加工艺进行分析，加工精度必须达到图纸的要求，同时又能充分合理地发挥机床的功能，提高生产效率。一般情况下应遵循下列原则： 1、在加工同一表面时，应按粗加工_半精加工_精加工的次序完成。对整个零件的加工也可以按先粗加工，后半精加工，最后精加工的次序进行。 2、当设计基准和孔加工的位置精度与机床的定位精度和重复定位精度相接近时，可采用按同一尺寸基准进行集中加工的原则，这样可以解决多个工位设计尺寸基准的加工精度问题。 3、对于复合加工(既有铣削又有镗孔)的零件，可以先铣后镗。因为铣削的切削力大，工件易变形，采用先铣后镗孔的方法，可使工件有一段时间的恢复，减少变形对精度的影响。相反，如果先镗孔再进行铣削，会在孔口处产生毛刺、飞边，从而影响孔的精度。如对于图 3.1所示零件，应先铣阶梯面，后铰φ20的6个孔。 4、在孔类零件加工时，刀具在XY平面内的运动路线，主要考虑： （1）定位要迅速，也就是在刀具不与工件、夹具和机床碰撞的前提下空行程时间尽可能短。
数控机床加工工艺教案 数控机床加工工艺 第一章绪论 一、数控加工在机械制造业中的地位和作用 数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高自动化的特点。 应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。 目前应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了巨大的经济效益。 二、数控加工的发展 1.数控机床的发展 数控机床的发展经历了电子管（1952年）、晶体管(1959年)、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型计算机(1974年)等五代数控系统。由于现代数控系统的控制功能大部分由软件技术来实现，因而使硬件进一步得到了简化，系统可靠性提高，功能更加灵活和完善。目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统。 2.自动编程系统的发展 在本世纪50年代后期，美国首先研制成功了APT(Automatically Progammed Tools)系统。到了本世纪60年代和70年代又先后发展了APTⅢ和APTⅣ系统。在西欧和日本，也在引进美国技术的基础上发展了各自的自动编程系统，如德国的EXAPT系统、法国的IFAPT 系统、英国的2CL系统等。我国的自动编程系统发展较晚，但进步很快，目前主要有用于航空零件加工的SKC系统以及ZCK、ZBC和用于线切割加工的SKG等系统。 3.自动化生产系统的发展 在本世纪60年代末期出现了直接数控系统DNC(Direct NC)，1976年出现了由多台数控机床联接成可调加工系统，这是最初的柔性制造系统FMS（Flexible Manufcturing Cell)。自动化生产系统的发展，使加工技术跨入了一个新的里程，建立了一种全新的生产模式。我国已开始在这方面进行探索与研制，并取得了可喜的成果，已有一些FMS和CIMS成功地用于生产。 三、数控加工的特点 （1）自动化程度高 （2）加工精度高，加工质量稳定 （3）对加工对象的适应性强 （4）生产效率高 （5）易于建立计算机通信网络 当然，数控加工在某些方面也有不足之处，这就是数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对工艺和编程要求较高，加工中难以调整，维修困难。为了提高数控机床的利用率，取得良好的经济效益，需要确实解决好加工工艺与程序编制、刀具的供应、编程与操作人员的培训问题。
数控铣床锥螺纹加工实例（宏程序） 使用FANUC系统的数控铣床或加工中心加工内锥螺纹之前应先了解系统中的一个重要参数：即No.3410参数，该参数定义为：在G02/G03指令中，设定起始点的半径与终点的半径之差的允许极限值，当由于机械原因或编程原因造成圆加工的起始点与终点在半径方向的差值超过此值（既不在同一个标准圆上）时，系统将发出P/S报警No.20，该值通常为0~30μm，由机床厂家设定。（（如果设定值为0，（系统）反而不进行圆弧半径差的检查））。该参数可以说是决定能否实现使用螺旋差补功能来加工锥度螺纹的关键因素！ 建议：适当修改此参数，或直接设为0。 下面就是一个加工程序实例： 加工说明：右旋内锥螺纹，中心位置为（50，20），螺纹大端直径为ф60mm，螺距=4mm，螺纹深度为Z-32，单刃螺纹铣刀半径R=13.5mm，螺纹锥度角=10° 假设螺纹底孔已预先加工，为简明扼要说明宏程序原理，这里使用一刀精加工，实际加工可合理分配余量分次加工！ O0101 S2000 M03 G54 G90 G00 X0 Y0 Z30. G65 P8101 A10. B0 D60. Q4. R13.5 X50. Y20. Z-32. F500 M30 自变量赋值说明； #1=A 螺纹的锥度角（以单边计算） #2=B 螺纹顶面Z坐标（非绝对值） #7=D 螺纹起始点（大端）直径 #9=F 进给速度 #17=Q 螺距 #18=R 刀具半径（应使用单刃螺纹铣刀） #24=X 螺纹中心X坐标值 #25=Y 螺纹中心Y坐标值 #26=Z 螺纹深度（Z坐标，非绝对值） 宏程序 O8101 G52 X#24 Y#25 在螺纹中心（X，Y）建立局部坐标系 #3=#7/2-#18 起始点刀心回转半径（初始值） #4=TAN[#1] 锥度角正切值 #5=#17*#4 一个螺距所对应的半径变化量 #6=#3+#26*#4 螺纹底部（小端）半径 G00 X#3 Y0 G00移动到起始点的上方 Z[#2+1.] G00下降到Z#2面以上1.处 G01 Z#2 F#9 G01进给到Z#2面 WHILE [#3 GT #6] DO 1 如果#3＞#6,循环1继续 G91 G02 X-#5 I-#3 Z-#17 F#9 G02螺旋加工至下一层,实际轨迹为圆锥插补 ##=#3-#5 刀心回转半径依次递减#5