毕业设计（论文）数控车床加工曲线形零件的研究

1、河北师范大学职业技术学院学士学位论文摘要本文针对数控车床加工曲线形零件的研究，介绍一般方法，并对最小二乘法求逼近圆弧法进行重点介绍。对具有三种典型曲线（椭圆、双曲线、抛物线）高精度的零件加工程方法进行分析，为了更好提高加工精度，通过对数控车床加工曲线形零件的三种一般加工方法（等间距直线逼近编程法、等间距圆弧逼近编程法、）的比较，得出等误差圆弧逼近编程法是加工曲线形零件的最佳方法。对最小二乘法的数学原理进行介绍，关于数控车床用最小二乘法求逼近圆弧的方法进行了重点深入的研究，用典型的加工实例完善了数控车床加工曲线形零件的方法。从而提出采用最小二乘法的方法在精度或客观条件允许的条件下近似描述之,就是

2、相对真理逼近绝对真理。从加工具有高精度的三种典型曲线（椭圆、双曲线、抛物线）形成的面的零件，各列出几个具有代表性的例子进行分析。这几个在数控车床加工的实例，更加完善了数控车床加工曲线形零件方法的研究。本论文的研究成果对数控技术加工曲线形零件的开发有一定参考价值。关键词：数控加工，曲面加工，加工方法。第1章 绪论1.1研究背景及基础1.1.1数控技术及数控车床的发展。 随着社会生产和科学技术的不断发展，人们对产品质量和生产效率的要求越来越高。数控机床不仅在宇航、造船、军工等领域被广泛使用，而且也进入了汽车、机械制造、模具加工等行业。目前，在这些行业中，产品种类不断更新，形状结构日趋复杂，精度和质

3、量也不断提高。因此，普通机床越来越难以满足这种生产的需要。同时，由于生产水平的提高，数控机床的价格不断下降，从而极大地促进了数控机床的普及、应用和发展。数控（numerical controlnc）技术近代发展起来的一种自动控制技术，用数字化信号对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。采用数控技术实现数字控制的一整套装置和设备，称为数控系统。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（it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前

4、数控车床呈现以下发展趋势。1. 高速、高精密化高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运

5、转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到10000r/min以上。直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙（包括反向间隙），运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的1020m/mim提高到6080m/min，甚至高达120m/min。2. 高可靠性

6、数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。3. 数控车床设计cad化、结构设计模块化随着计算机应用的普及及软件技术的发展，cad技术得到了广泛发展。cad不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用cad，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。通过对机床部件进行

7、模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期。4. 功能复合化功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的cx25y数控车铣复合中心，该机床同时具有x、z轴以及c轴和y轴。通过c轴和y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹

8、即可完成全部加工，极大地提高了效率。5. 智能化、网络化、柔性化和集成化21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。1.1.2数控机床的发展趋势网络化数控装备是近年来机床发展的一个热点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企

9、业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（fmc、fms、ftl、fml）向面（工段车间独立制造岛、fa）、体（cims、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。cnc单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及其构成

10、柔性制造系统能方便地与cad、cam、capp及mts等联结，向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展。1.1.3数控车床的结构及工作原理。 按工艺用途不同，可将数控机床分为单工序数控机床（数控车床、数控钻床、数控铣床、数控磨床等）、加工中心、特种加工数控机床和其他类型的数控设备（数控三坐标测量机等）。其中，数控车床是最典型的数控机床。数控车床主要用来对旋转体零件进行车削、镗削、钻削、铰削、攻丝等工序的加工。一般能自动完成内外圆柱面、圆锥面、球面、圆柱螺纹、槽及端面等工序的切削加工。现代数控车床都具有x、z两轴的联动功能、刀具位置和刀尖圆弧半径的补偿功能、以及加工固定循环功能。

11、数控车床的结构1.数控车床简介数控车床的组成：数控系统、床身、主轴、进给系统、回转刀架、操作面板和辅助系统等。数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车削加工。卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心（1）经济型数控车床：采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床。成本较低，自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。经济型数控车床（2）普通数控车床：根据车削加工要求在结构上进行专门设计，配

12、备通用数控系统而形成的数控车床。数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即x轴和z轴。普通数控车床（3）车削加工中心：在普通数控车床的基础上，增加了c轴和动力头，更高级的机床还带有刀库，可控制x、z和c三个坐标轴，联动控制轴可以是（x、z）、（x、c）或（z、c）。由于增加了c轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。2.液压卡盘和液压尾架液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压

13、卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。3.数控车床的刀架数控车床可以配备两种刀架：（1）专用刀架 由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。（2）通用刀架 根据一定的通用标准（如vdi，德国工程师协会）而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。通用刀架4.铣削动力头数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展

14、数控车床的加工能力。如：利用铣削动力头进行轴向钻孔和铣削轴向槽。5.数控车床的刀具在数控车床或车削加工中心上车削零件时，应根据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具相互之间的干涉现象。数控车床的工作过程用数控车床加工零件时，首先将加工零件的几何信息和工艺信息编制成加工程序，由输入装置送入数控系统，经过数控系统的处理、运算，按各坐标轴得分量送到个轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊地工作，从

15、而加工出零件的全部轮廓。数控车床的工作过程如图1-1所示。图1-1 数控车床的工作过程（1）首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。（2）用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行cad/cam工作，直接生成零件的加工程序文件。（3）将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。（4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元（mcu）。（5）数控装置将所接受的信号进行一系列处理

16、后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统统发出执行的命令。（6）伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。1.2本课题的提出、意义和主要研究内容1.2.1 课题的提出当前数控车床加工精度高、能作直线和圆弧插补，还有部分车床数控装置具有某些非圆曲线插补功能以及在加工过程中能自动变速等特点，因此其工艺范围较普通车床宽得多。针对数控车床的特点，加工曲线形零件方法有多种；但是社会的发展对数控车床加工零件的要求也越来越高，不仅加工精度要提高，而且工作量要减少。在此情况下，我们对数控车床加工曲线形零件方法作一下研究，对其进行更深一步的探讨。

17、1.2.2 研究数控车床加工曲线形零件方法的意义机械加工中大多数零件的加工面，都是由直线和圆弧组成。现代的数控机床一般都具有直线和圆弧插补功能，不管是用于手工编程或是自动编程都很容易解决。但是有些零件具有高精度的曲线形成的面（如椭圆、双曲线、抛物线等）.这种曲线它不能用一般的手工编程方法或现成的直线和圆弧线段来取代。因为直线或圆弧与曲线之间的差别很大，大大超过了零件要求的加工精度。为此可以取很多的直线和圆弧线段来逼近曲线。但是零件的加工精度要求越高，所取线段数就越多，加工程序就越长，工作量就会越大。所以，找到一种合适的在数控车床上加工曲线形零件的方法变得尤为重要。1.2.3 课题主要研究内容本

18、课题主要从数控车床加工曲线形零件的一般编程方法（等间距直线逼近编程法、等间距圆弧逼近编程法、等误差圆弧逼近编程法）入手，然后得出一种新的方法最小二乘法求逼近圆弧，最后列出三种典型曲线（加工椭圆、双曲线、抛物线）的方法及实例。1.3 研究的重点与难点1.3.1 研究的重点本课题研究的重点有三点：（1）数控车床加工曲线形零件的一般方法；（2）用最小二乘法求逼近圆弧的方法；（3）三种典型曲线的加工方法。1.3.2 研究的难点本课题研究的难点如何用最小二乘法更有效更快求逼近圆弧。课题的正文第2章 数控车床编程2.1程序编制的基本概念2.1.1数控编程方法数控机械是依据程序来控制其加工运转动作的高效自动

19、化设备。当使用数控机械执行零件加工时，首先把加工路径和加工条件转换为程序，此种程序即称为加工程序或零件程序。因此在数控编程之前，编程人员首先应了解所用数控机床的规格、性能与数控系统所具备的功能及编程指令格式等。编制程序时，应先对图纸规定的技术要求、零件的几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，确定加工方法和加工路线，再进行数学计算，获得刀位数据，然后按数控机床规定的代码和程序格式，将工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数以 及辅助功能（换刀、主轴正反转、冷却液开关等）编制成加工程序，并输入数控系统，由数控系统控制数控机床自动地进行加工。数控机床所使用的程序是按一定的格式并以代码的形式编制的，

20、一般称为“加工程序”，目前零件加工程序的编制主要采用以下两种方法。手工编程 利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并编制指令。这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大，适用于中等复杂程度程序或计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握。自动编程利用cad/cam技术进行零件设计、分析和造型，并通过后置处理对程序校验和修改后，自动生成加工程序。这种方式适应面广、效率高、程序质量好，适用于制造业中的cad/cam集成系统以及各类柔性制造系统（fms）和集成制造系统（cims）。 常用的软件有cam，pro/e，mastercam，ug，catia，solidword，

21、powermiu等。cam软件根据用户对象的不同，可分为低端、中端和高端三种档次（有些废话，不过也很必要）。这几个cam软件都是高端的软件，比较典型的有mastercam、ug两种。他们的特点是操作繁琐，学习周期长，但生成的刀路可控性比较好，能针对复杂（很复杂)的零件模型进行编程。如果用照相机来形容，那他们可以看做是价格昂贵的大炮型相机，全手动调焦，有很多很多的按钮，可以拍出各种样式的照片。中端软件的代表作我个人认为应该是edgecam了。根据我个人对中端cam软件多年来的接触，我认为这类软件有这样的特点：操作简单，全视窗操作，向导式设置，与实际加工流程一致，易学易用。此外也具有良好的刀路控制

22、功能，提供多种加工选项，满足复杂模型的加工需要。可以用高性能的数码相机来形容这类软件，操作简单，傻瓜式设置，同时也可随心所欲调整相机设置，拍摄出自己想要照片。低端软件这里就不多说了，一般没多少人对这类档次的cam软件感兴趣。此外需要给你纠正的是：pro/e、catia、solidword都是cad软件，他们没有加工编程的功能。如果说pro/e有编程的功能，那是指的tpc公司的pro/nc，这里应该弄清楚。2.1.2程序代码国际标准化组织（iso）在数控技术方面制定了一系列相应的国际标准，各国也都根据自身的实际情况制定了各自的国家标准，这些标准是数控加工编程的基本原则。在数控加工编程中常用的标准

23、有：数控纸带的规格；数控机床坐标轴和运动方向；数控编程的编码字符；数控编程的程序段格式；数控编程的功能代码。国际上通用的有iso（国际标准化组织）和eia（美国电子工业协会）两种代码，代码中有数字码（0-9）、文字码（a-z）和符号码。2.1.3程序结构与格式（1）加工程序的组成为运行机床而送到cnc的一组指令称为程序。用指定的程序指令刀具沿着直线或圆弧移动，主轴电机按照指令旋转或停止。在程序中以刀具实际移动的顺序指定指令。程序是由一系列加工程序段组成的。如图2-1所示，用来表示完成一定动作、一组操作的全部指令称为程序段；用于区分每个程序段的号码叫做顺序号，用于区分每个程序的号码叫做程序号；程

24、序段中用来完成一定功能的某一具体指令（由字母、数程序段程序段程序段程序段 程序段图2-1 程序刀具移动顺序图2-1 程序结构字组成）又称为字。（2）程序段格式固定顺序程序段格式 nc 发展初期常用，现已不用。表格顺序程序段格式少数应用（线切割）。文字地址程序段格式字一地址格式，可长可短、直观、不易出错，应用广泛。 其中n语句号；g准备功能字（对机床的操作）；x、y、z尺寸字；f进给功能字，mm/min；s主轴转数字，r/min；t刀具功能字； m辅助功能字；结束。一个程序段用识别程序段号开始，以程序段结束代码结束。字地址码可变程序段格式的特点是程序段中各字的先后排列顺序并不严格，不需要的字以及

25、与上一程序段相同 的继续使用的字可以省略；数据的位数可多可少，程序简短、直观、不易出错，因而得到广泛应用。a.程序段号（简称顺序号）通常用数字表示，在数字前还冠有标识符号n，如n0020、n20、n2等。现代cnc系统中很多都不要求程序段号，即程序段号可有可无。b.准备功能（简称g功能）由表示准备功能的地址符g和数字所组成，如gol。go1表示直线插补，一般可以用gl代替，即可以省略前导0。g功能的代号己标准化。c.坐标字由坐标地址符及数字组成，且按一定的顺序进行排列；各组数字必须具有作 为地址码的地址符（如x、y等）开头；各坐标轴的地址符按x、y、z、u、v、w、p、q、r、a、b、c顺序排

26、列，x、y、z为刀具运动的终点坐标位置。现代cnc系统一般都对坐标值的小数点有严格要求（有的系统可以用参数进行设置），比如26应写成26.，否则有的系统会将26视为26m，而不是26mm，而写成26.，则均会被认为是26mm。d. 进给功能f由进给地址符f及数字组成，数字表示所选定的进给速度，如f148.，表示进给速度为l48mm/min，其小数点与x、y、z后的小数点同样重要。e.主轴转速功能s由主轴地址符s及数字组成，数字表示主轴转数，单位为r/min。f.刀具功能t由地址符t和数字组成，用以指定刀具的号码。g.辅助功能（简称m功能）由辅助操作地址符m和两位数字组成。h.程序段结束符号列在

27、程序段的最后一个有用的字符之后，表示程序段的结束。结束符应根据编程手册规定而定，本书用“；”表示程序段结束代码，iso代码中为“lf”，而在eia代码中为“cr”。例如：n001g01x70.0y-40.0f140.s300m03；其含义为命令数控机床使用一号刀具以140mm/min的进给量，主轴正向旋转，以转速300r/min加工工件，刀具直线位移至x=70mm，z=-40mm处。2.1.4数控车床的编程特点与数控铣床相比，数控车床编程具有以下特点。一般准备功能用g50完成工件坐标系的设定。一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程（x、z）、增量值编程（u、w）或两者混合编程。

28、由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，都是以直径值表示，因此直径方向用绝对值编程时，x以直径值表示；用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并带上方向符号。为了提高工件的径向尺寸精度，x向的脉冲当量取z向的一半。由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯，加工余量大，因此为简化编程，数控装置常具有多次重复循环切削功能。为提高工件的加工精度，当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。大多数 数控车床都具备刀具半径自动补偿功能（g41、g42），这类数控车床可以直接按工件轮廓尺寸编程。对不具备刀具半径自动补偿功能的数控车床，编程时需要先计算补偿量值。2.1.5数控系统功能数控机床加工中的动作在

29、加工程序中用指令的方式予以规定，其中包括准备功能g、辅助功能m、主轴转速功能s、刀具功能t和进给功能f等。准备功能g和辅助功能m由jb3208-1983部颁标准制订。由于我国现行数控系统种类较多，它们的指令尚未统一，因此编程技术人员在编程前必须充分了解所用数控系统的功能，并详细阅读编程说明书，以免发生错误。下面以 fanucoi-ta系统常用辅助功能为例加以介绍。（1）准备功能准备功能g又称“g功能”或“g代码”，是由地址字和后面的两位数来表示的，如表2-1所示。表2-1 fanucoita系统准备功能序号代码组别功能1234g00g01g02g0301快速定位直线查补顺时针圆弧查补或螺旋线查

30、补顺时针圆弧查补或螺旋线查补567g04g10g1100延迟（暂定）可编程数据输入取消可编程数据输入89g12.1g13.121极坐标查补模式取消极坐标查补模式101112g17g18g1916xpyp平面选择zpxp平面选择ypzp平面选择1314g20g210606英制输入米制输入1516g22g2309存储行程检查存储行程检查功能取消1718g25g2608主轴转速波动检测取消主轴转速波动检测19202122g27g28g30g3100返回参考点检查返回到参考点返回到第2、第3、第4参考点跳跃功能2324g33g3401螺纹切削变螺距螺纹切削2526g36g3700自动刀具补偿x自动刀具

31、补偿z272829g40g41g4207刀具半径补偿取消刀尖圆弧半径左补偿刀尖圆弧半径右补偿3031g50g50.3001.坐标系设定；2.最高主轴速度限定工件坐标系预置3233g50.2g51.220取消多边形车削多边形车削3435g52g5300局部坐标系设定机床坐标系设定363738394041g54g55g56g57g58g5914选择工件坐标系设定1选择工件坐标系设定2选择工件坐标系设定3选择工件坐标系设定4选择工件坐标系设定5选择工件坐标系设定642g6500宏程序调用4344g66g6712宏程序模态调用取消宏程序模态调用45464748495051g70g71g72g73g74

32、g75g760000精车循环粗车外圆复合循环粗车端面复合循环固定形状租加工复合循环端面深孔钻削循环外径、内径钻削循环螺纹切削复合循环52535455565758g80g83g84g86g87g88g8910取消固定钻削循环端面钻削循环端面攻螺纹循环端面镗孔循环侧面钻削循环侧面攻螺纹循环侧面锺孔循环5960g90g9201单一形状外径、内径切削循环螺纹切削循环6162g96g9702端面切削速度控制取消端面切削速度控制6364g98g9905每分钟进给量每转进给量656611返回初始平面返回r平面注：00组的g代码为非模态代码，其他均为模态代码。g代码有两种模态：模态代码和非模态代码。00组的g

33、代码属于非模态代码，只限定在被指定的程序段中有效；其余组的g代码属于模态代码，具有续效性，在后续程序段中，只要同组其他g代码未出现之前一直有效。g代码按其功能的不同可分为若干组。在同一程序段中可以指令多个不同组的g代码，但如果在同一程序段中指令了两个或两个以上属于同一组的g代码时，只有最后的g代码才有效。如果在程序段中指令了g代码表中没有列出的代码，则显示报警。表2-2辅助功能（2）辅助功能辅助功能是用地址m及两位数字表示的。它主要用于机床加工操作时的工艺性指令。其特点是靠继电器的通断来实现其控制过程，如表2-2所示。序号代码功能序号代码功能1m00程序停止10m11车螺纹直退刀2m01选择停

34、止11m12误差检测3m02程序结束12m13误差检测取消4m03主轴正转13m19主轴准停5m04主轴反转14m20robot工作启动6m05主轴停止15m30纸带结束7m08切削液开16m98调用子程序8m09切削液关17m99返回子程序9m10车螺纹45退刀m00程序暂停完成编有moo指令的程序段中的其他指令后主轴停止，进给停止，冷却液关断，程序停止。此时可执行某一手动操作，如工作调头，手动变速等。重新按“循环启动”按钮，机床将继续执行下一程序段。m01计划停止（任选暂停）与moo相似，不同之处在于必须在操作面板上预先 （程序启动前）按下任选停止开关按钮，使其相通；当执行完编有mol指令

35、的程序段的其他指令后，程序停止。如不按任选停止，则mol指令不起作用，程序继续执行。当零件加工时间较长或要在加工过程中需要停机检查、测量关键部位以及交接班等情况使用该指令很方便。m02程序结束执行该程序后，表示程序内所有指令均已完成，因此切断机床所有动作，机床复位。但程序结束后，不返回到程序开头的位置。m03主轴顺时针（正）转。m04主轴逆时针（反）转。mos主轴停止。m06刀塔转位必须与相应的刀号结合，才构成完整的换刀指令。m08冷却液开。m09冷却液关。m30纸带结束在完成程序段的所有指令后，使主轴进给、冷却液停止，机床复位，与m02相似，不同在于该指令还使纸带回到起始位置。11.m98调

36、用子程序。12.m99子程序结束返回主程序。（3）n、f、s、t功能n功能程序段号是用地址n和后面的四位数字来表示的。通常是按顺序在每个程序段前加上编号（顺序号），但也可以只在需要的地方编号。f功能指定进给速度，由地址f和其后面的数字组成。每转进给（g99）：在一条含有g99的程序段后面，再遇到f指令时，则认为f所指定的进给速度单位为mm/r。若系统开机状态为g99状态，则只有输入g98指令后，g99才被取消。如f0.25即进给速度为0.25mm/r。每分钟进给（g98）：在一条含有g98的程序段后面，再遇到f指令时，则认为f所指定的进给速度单位mm/min。当g98被执行一次后，系统将保持g

37、98状态，直到被g99取消为止。如f20.54即进给速度为20.54mm/min。t功能指令数控系统进行选刀或换刀。用地址和后面的数字来指定刀具号和刀具补偿，数控车床上一般采用t2+2的形式。即如：n1g50x100.0z175.0；n2goos600m03；n3t0304；（3号刀具、4号补偿）n4g01z60.0f30；n5toooo；（刀补取消）s功能a.主轴最高速度限定（g50）。g50除有坐标系设定功能外，还有主轴最高速度设定的功能，即用s指定的数值设定主轴每分钟最高转速。例如，g50s2000表示把主轴最高速度限定为2000r/min。b.恒线速度控制（g96）0。g96是接通恒线

38、速度控制的指令。系统执行g96指令后，便认为用s指定的数值确定切削速度vc（m/min）。例如，g96s150表示控制主轴转速，使切削点的速度始终保持在150m/min。用恒线速度控制加工端面、锥度和圆弧时，由于 x 坐标不断变化，当刀具逐渐接近工 件的旋转中心时，主轴转数越来越高，工件有从卡盘飞出的危险，因此为防止事故的发生，有时必须限定主轴的最高转数。c.主轴转速控制（g97）。g97是取消恒线速度控制的指令。此时，s指定的数值表示主轴每分钟的转数。例如，g97s1500表示主轴转速为1500r/min。2.2数控车床编程基础知识2.2.1数控车床坐标系统数控车床的坐标系统分为机床坐标系和

39、工件坐标系。无论哪种坐标系都是规定与车床主轴轴线平行的坐标轴为z轴，刀具远离工件的方向为z轴的正方向。在水平面内与车床主轴轴线垂直的坐标轴为x轴，且规定刀具远离主轴轴线的方向为x轴的正方向。（1）机床坐标系由机床坐标原点与机床的x、z轴组成的坐标系，称为机床坐标系。机床坐标系是机床固有的坐标系，在出厂前已经预调好，一般情况下，不允许用户随意改动。机床通电后，不论刀架位于什么位置，此时面板显示器上显示的x与z的坐标值均为零。当完成回参考点操作后，则面板显示器上显示的是刀位点（刀架中心）在机床坐标系中的坐标值（空间位置），就相当于数控系统内部建立了一个以机床原点为坐标原点的机床坐标系。机床原点是机

40、床的一个固定点，永不能改变。车床的机床原点定义为主轴端面与主轴旋转中心线的交点，如图2-2所示，o点即为机床原点。机床参考点也是机床的一个固定点，其固定位置是由z向与x向的机械挡块来确定的。该点与机床原点的相对位置如图2-2所示，它是x、z轴最远离工件的那一点。当发出回参考点的指令时，装在纵向和横向滑板上的行程开关碰到相应的挡块后，由数控系统控制滑板停止运动，完成因参考点的操作。（2）工件坐标系为了简化编程，数控编程时，应该首先确定工件坐标系和工件原点。零件图给出后，首先应找出图样上的设计基准点，如在加工过程中有工艺基准，一般要尽量保证工艺基准和设计基准统一，该基准点称之为工件原点。图2-2

41、机床原点和参考点工件原点也叫设计基准点（编程原点），是人为设定的。它的设定依据标注习惯，以便于编程，一般车削件的工件原点设在工件的左、右端面或卡盘端面与主轴的交点处。图2-3所示为以工件右端面为工件原点的工件坐标系。工件坐标系是由主件原点与x、z轴组成的。当建立起工件坐标系后，显示器上显示的是刀位点（刀尖点）在工件坐标系中位置。工件坐标系的设定在介绍基本编程方法时再讲述。图2-3 工件原点和工件坐标系2.2.2编程原则（1）绝对值编程与增量值编程数控车床编程时，可采用绝对值编程、增量值编程或两者混合编程。由于被加工零件的 径向尺寸在图样上标注和测量时，都是以直径值表示，因此直径方向用绝对值编程

42、时，x以直径值表示；用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并带上方向符号。绝对值编程绝对值编程是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法。首先找出编程原点的位置，并用地址x、z进行编程，例如x50.0z80.0语句中的数值表示终点的绝对值坐标。增量值编程增量值编程是根据与前一位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法，即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的。采用增量值编程时，用u、w代替x、z进行编程。u、w的正负由行程方向来确定，行程方向与机床坐标方向相同时为正，反之图2-4 编程实例为负。例如u50.0w80.0表示终点相对于前一加工点的坐标差值在x轴方向为50

43、，z轴方向为80。混合编程设定工件坐标系后，绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法叫混合编程。编程举例如图2-4所示，应用以上三种不同方法编程时程序分别如下。a.绝对值编程。.n10g01x30.0z0f100；n15x40.0z-25.0；n20x60.0 z-40.0；.b.增量值编程。.n10g01u10.0w-25.0f100；n15u20.0w-15.0；.c. 混合编程 .n10g01u10.0z-25.0f100； n15x60.0w-15.0；.以上三段用不同方法编程的程序都表示从p0点经过p1点运动到p2点。（2）脉冲数编程与小数点编程数控编程时，可以用脉冲数编程，也可

44、以使用小数点编程。当使用脉冲数编程时，与数控系统最小设定单位（脉冲当量）有关。当脉冲当量为0.001时，表示一个脉冲，运动部件移动o.o0lmm。程序中移动距离数值以m为单位，例如x60000表示移动60000m，即移动60mm。若小数点后面的数位超过4位时，数控系统则按四舍五入处理。当使用小数点输入编程时，以mm为单位，要特别注意小数点的输入。例如，x60.0表示采用小数点编程移动距离为60mm；而x60则表示采用脉冲数编程，移动距离为60m（0.06mm）。小数点编程时，小数点后的零可省略，如x60.0与x60.是等效的。2.2.3不具备刀具半径补偿功能的编程（a）尖头车刀 （b）圆头车刀

45、图2-5 圆头车刀假想刀尖图2-6 圆头刀车削台阶面若车床不具备刀具半径补偿（g41、g42、g40）功能时，用圆头车刀加工需要用计算的方法来解决刀具半径补偿。（1）按假想、刀尖编程假想刀尖如图2-5所示，其中（a）图为尖头车刀，（b）图为圆头车刀，p点为假想刀尖。圆头刀车削台阶面 如图2-6所示，车削台阶面时，无论是外圆、端面还是内孔，编程时只要在起始程序段和末尾程序段多加一个r刀长度就可以了，其他各程序段按零件尺寸编程即可。圆头刀加工锥面 如图2-7（a）所示，假想刀尖p沿着工件轮廓ab移动（即p1p2与ab重合），并按ab尺寸编程，则必然产生abcd的残留误差。因此，应按图（b）所（a）

46、产生残留误差 （b）不产生残留误差图2-7 圆头刀加工 示使车刀的切削点移至ab，并沿ab移动，从而避免残留误差，但这时假想刀尖轨迹p3p4与轮廓在x方向和z方向分别相差x和z。其中：x=2r/1+cot(a/2)z=r1-cot(a/2)圆头车刀加工 圆头车刀加工商那表面的缩在原理与圆头车刀万日工锥面类似，图2-8（a）为圆头刀加工半径为r的凸圆弧，由于刀尖圆弧r的存在，则刀尖p点所走的圆弧轨迹（图中虚线）并不是工件所要求的圆弧形状，其圆心为o，半径为r+r，此时应按假想刀尖轨迹（虚线）编程，在x向和z向都加一个补偿量值r。同理，在切削凹圆弧时如图2-8（b）所示，则在x向和z向都减一个补偿

47、量值r，其轨迹半径为r-r。（a）加工凸圆弧（b）加工凹圆弧图2-8 圆头车刀加工圆弧图 2-9 刀心轨迹2.3本章小结本章所讲的数控车床程序编制的基本概念和基本知识是后续数控加工的基础，理解并掌握好本章节是十分重要的。第3章 加工曲线形零件的方法目前，国外用小型编程机和微型通用计算机对直线和圆弧组成为加工面进行自动编程来解决。国内少数单位也开始采用。对于这种曲线，一般只能采用复杂得多的自动编程软件在较大型的计算机上进行编程。但是，目前这种设备昂贵，有这种条件的单位非常少，不宜推广。下面以零件（图1）进行编程方法分析这些零件是从联邦德国进口的一种医疗设备上使用的关键零件。其中 （图1）椭圆长轴

48、a=109.65mm，短轴b=75mm，材料为不锈钢，硬度hrc50以上；加工表面粗糙度ra1.6um以下，尺寸允差为0.02mm。若能达到更高的加工精度，零件的使用效果就会更好。很明显，最为合适的方法是用数控车床加工。根据使用经验，我们采用的数控车床，在100 mm范围内，编程误差为零时，机床的加工误差在0.01mm左右。我们将该零件编程允差控制在0.005mm，编程误差由圆整化误差和逼近误差组成。数控车床的脉冲当量为0.001mm，圆整化误差在0.001mm以内，因此逼近误差应控制在0.004mm以内。若将逼近误差控制在0.001mm内则更好，可以得到更高的加工精度。3.1等间距直线逼近编

49、程法图3-1 等间距直线逼近编程 零件上需要加工的内椭圆曲线是从z =17.65mm处开始的（图1）。若在椭圆曲线上以z坐标0.1mm为一间距线段（图上z坐标尺寸有意被夸大了），我们就有（1）（2），（2）（3），（920）（921）等共920个直线段，每个线段的最大逼近误差分别为1,2，920，其中最大的误差是靠近 a点的920，经计算知道误差值920为0.604mm，远远大于上述控制值（0.004mm）。由此可见此法精度低、程序长，不可取。此图的椭圆方程，且b=75，a=109.65；根据已知，可求（1）（921）点的坐标值。故可很容易编出数控车削程序n0t0101m06n1g96m41s

50、70m4s800f0.05dr3n2g00x148.044z-10.85n3g24x148.044z-17.65g12m07n4g01x142.404z-17.65n5x148.022z-17.75.n924x0z-109.65n925g00x0n296z00m05n297m70n298m023.2等间距圆弧逼近编程法若在椭圆曲线上以z坐标2mm为一间距，每4mm就有三个点，可组成一圆弧。从z=17.65mm开始到长轴a点（图1），我们就有47个点。首尾相接，我们就有23个圆弧。每个圆弧的最大逼近误差分别为1,2 , 23 ,其中最大的误差是靠近a点的23。经计算可知，误差值23为0.047m

51、m，也远大于0.004mm。这种方法精度较前者高，程序段较少，计算方法也比较简单。从3.1节已知椭圆的方程，可经过计算机的计算，我们得到各个圆弧的起点、终点和圆心的坐标值，最后其数控车削程序not0101m06n1g96m41s70m4s800f0.05dr3n2g00x148.044z-10.85n3g24x148.044z-17.65g12m07n4g03x147.572z-19.65i-156.062k-0.766.n49x0z-109.65i-0.004k-58.255n50g00z0c01n51g61na2nb19dr2.6n52g61na2nb19dr2.2n53g61na2nb1

52、9dr1.8n54g61na2nb19dr1.4n55g61na2nb19dr1n56g61na2nb19dr0.6n57g61na2nb19dr0.2n58g61na2nb19dr0.01n29g00z00m05n30m70n31m023.3等误差圆弧逼近编程法从上述两种编程方法可知，每个间距线段的逼近误差是不相等的，曲率半径越小，所分割的曲线线段越长，逼近误差就越大。由于我们是按z坐标值等分椭圆曲线，所以越接近a点，椭圆曲线段就越长，逼近误差就越大。若用等误差圆弧逼近编程，我们就既可使编程的程序段显著减少。又可使编程的精度大为提高。因为每个圆弧的逼近误差都一样大，都是在我们给定的允差范围内

53、，并且接近允差值。这是我们推荐的一种用通工编程的方法。其具体步骤如下：1）编制计算机计算程序图3-2等误差圆弧逼近编程首先要为计算机编制一个计算程序，它的基本内容是：（1）提出基本条件和要求 我们加工的椭圆零件，曲线的公式为 （图3-2），椭圆的长轴a=109.65mm，短轴b=75mm，加工的第（1）点z（1）=17.65mm，z轴上每次的增量值aa=0.2mm，编程的逼近允差m=0.001mm。 （2）圆弧构成的基本方法在椭圆上寻找三个点，第（1）点的坐标为z（1）x（1），第（2）点为z （1）x （2），第（3）点为z（3）x（3）。 z（2）=z（1）aa， z（3）=z（2）aa。

54、将第（1）点与第（2）点、第（2）点与第（3）点连成二条直线段，每条直线段的斜率为，它的中点的坐标分别：为z1x1和z2x2。每条直线段的垂线的斜率为 即 。通过中点的两条垂线的交点f即为第（1）、第（2）和第（3）点所形成的圆弧的圆心，其坐标值为iz和ix，圆弧的半径为r。（3）圆弧的逼近误差与逼近允差进行比较 椭圆上三点组成的圆弧是逼近椭圆，由于所取的逼近允差值很小，点与点之间的距离也就很小，为计算简便起见，x坐标上的最大逼近误差取在第（1）点与第（2）点，第（2）点与第（3）点连线的中间位置，即在z1和z2坐标值处。设x 11和x12是z1和z2在圆弧上的x坐标值，而x21和x 22是z1和z2在椭圆上的坐标值，将x11与x21，x12与x22对应进行比较，若误差值小于指定的编程逼