数控编程技术电子教案(共7章)课件

1、数控编程技术电子教案(共7章)随着社会生产和科学技术的不断进步，随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。机械制造产业各类工业新产品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备，需要经常改装或调整设备，普通机床或专业化程度高的自动化机普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。同时，

2、随着市床显然无法适应这些要求。同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产成本。降低生产成本。 一种新型的生产设备一种新型的生产设备数控机床就数控机床就应运而生了应运而生了 。帕森斯公司正式接受委托，与麻省理帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（工学院伺服机构实验室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合）合作，于作，于1952年试制成功世界上第一台数控

3、年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。机床试验性样机。 1959年，美国克耐年，美国克耐杜杜列克公司（列克公司（Keaney & Trecker）首次成功）首次成功开发了加工中心（开发了加工中心（Machining Center） 。第第1代数控机床：代数控机床：1952年年1959年采年采用电子管元件构成的专用数控装置用电子管元件构成的专用数控装置（NC）。）。第第2代数控机床：从代数控机床：从1959年开始采用年开始采用晶体管电路的晶体管电路的NC系统。系统。第第3代数控机床：从代数控机床：从1965年开始采用年开始采用小、中规模集成电路的小、中规模集成电路的NC系统。系统。第

4、第4代数控机床：从代数控机床：从1970年开始采用年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（制的系统（CNC）。）。第第5代数控机床：从代数控机床：从1974年开始采用年开始采用微型计算机控制的系统（微型计算机控制的系统（MNC）。）。 所谓计算机直接数控（所谓计算机直接数控（Direct Numerical Control，DNC）系统，即使用）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。机床的控制箱。 柔性制造系

5、统（柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）也叫做计）也叫做计算机群控自动线，它是将一群数控机床用算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。整体。 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（Computer-Integrated Manufacturing System，CIMS），是指用最先进的计算机技术，），是指用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过

6、程，以实现信息系统一体化的高效率全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。的柔性集成制造系统。 1958年开始并试制成功第一台电子管数控年开始并试制成功第一台电子管数控机床。机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪世纪60年代末至年代末至70年代初成功。从年代初成功。从20世纪世纪80年代年代开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。如北京机床研究所从日本的数控技术。如北京机床研究所从日本FANUC公司引进公司引进FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列产品的制造技术

7、；上海机床研究所系列产品的制造技术；上海机床研究所引进美国引进美国GE公司的公司的MTC-1数控系统等。数控系统等。 从数控机床技术水平看，高精度、高从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。机床的重要发展趋势。 数控系统都采用了数控系统都采用了16位和位和32位微处理位微处理器，标准总线及软件模块和硬件模块结构，器，标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩大到内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率可以上，机床分辨率可达达0.1 m，高速进给可达，高速进给可达100m/min，控制，控制轴数可达轴数可达16个。

8、个。数控机床工作时，不需要操作工人数控机床工作时，不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图，这就需要在人与机床之间建立某意图，这就需要在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即称为种联系，这种联系的中间媒介物即称为控制介质。控制介质。 数控装置是一种控制系统，是数控机数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上床的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件，数控系统通常由输入床进给并加工零件，数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置

9、装置、控制器、运算器和输出装置4大部大部分组成分组成 。伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。动装置组成，它是数控系统的执行部分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床的移动部件运照指令信息的要求带动机床的移动部件运动或使执行部分动作，以加工出符合要求动或使执行部分动作，以加工出符合要求的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数控系统脉冲当量通常为控系统脉冲当量通常为0.00

10、1mm/脉冲。脉冲。 辅助控制系统是介于数控装置和机床辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。机械、液压部件之间的强电控制装置。 机床本体是数控机床的主体，由机床机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。 步进电动机通常用于开环伺服系统机床。步进电动机通常用于开环伺服系统机床。 近年来新型功率开关器件、专用集成近年来新型功率开关器件、专用集成电路和新的控制算法等的发展带动了交流电路和新的控制算法等的发展带动了交流驱动电源的发展，使其调速

11、性能更能适应驱动电源的发展，使其调速性能更能适应数控机床伺服系统的要求。交流速度控制数控机床伺服系统的要求。交流速度控制系统正逐步取代直流速度控制系统。系统正逐步取代直流速度控制系统。检测装置是把位移和速度测量信号作检测装置是把位移和速度测量信号作为反馈信号，并将反馈信号转换成数字送为反馈信号，并将反馈信号转换成数字送回计算机，和脉冲指令信号相比较，以控回计算机，和脉冲指令信号相比较，以控制驱动元件正确运转。制驱动元件正确运转。 感应同步器是一种电磁式的高精度感应同步器是一种电磁式的高精度位移检测元件，按其结构方式的不同可位移检测元件，按其结构方式的不同可分为直线式和旋转式两种，前者用于长分为

12、直线式和旋转式两种，前者用于长度测量，后者用于角度测量。度测量，后者用于角度测量。 感应同步器的特点是：精度高，工感应同步器的特点是：精度高，工作可靠，抗干扰性强，维护简单，寿命作可靠，抗干扰性强，维护简单，寿命长，可测量长距离位置，成本低，易于长，可测量长距离位置，成本低，易于批量生产。批量生产。光栅就是在一块长条形的光学玻璃上光栅就是在一块长条形的光学玻璃上均匀地刻划很多条与运动方向垂直的条纹，均匀地刻划很多条与运动方向垂直的条纹，条纹之间的距离成为栅距。条纹之间的距离成为栅距。 光栅测量装置是一种非接触式测量，光栅测量装置是一种非接触式测量，利用光路减少了机械误差，具有精度高，利用光路减

13、少了机械误差，具有精度高，响应速度快等特点，因此是数控机床和数响应速度快等特点，因此是数控机床和数显系统常用的检测元件。显系统常用的检测元件。磁栅是用电磁的方法计算磁波数目的一种磁栅是用电磁的方法计算磁波数目的一种位置检测元件，磁栅测量装置由磁性标尺、读取位置检测元件，磁栅测量装置由磁性标尺、读取磁头和检测电路组成。磁头和检测电路组成。磁栅位置检测电路的特点是：容易制造，磁栅位置检测电路的特点是：容易制造，检测精度高（能达到每米检测精度高（能达到每米3 m），安装使用方），安装使用方便，对环境条件要求较低，若磁性标尺膨胀系数便，对环境条件要求较低，若磁性标尺膨胀系数与机床一致，可在一般车间使用

14、。由于磁头与磁与机床一致，可在一般车间使用。由于磁头与磁栅为有接触的相对运动，因而有磨损，使用寿命栅为有接触的相对运动，因而有磨损，使用寿命受到一定的限制。一般使用寿命可达到受到一定的限制。一般使用寿命可达到5年，涂年，涂上保护膜后寿命则可进一步延长。上保护膜后寿命则可进一步延长。旋转变压器是一种角位移检测元件，旋转变压器是一种角位移检测元件，由定子和转子组成，分为有刷和无刷两种由定子和转子组成，分为有刷和无刷两种形式。有刷旋转变压器定子和转子均为两形式。有刷旋转变压器定子和转子均为两相交流分布绕组。相交流分布绕组。 数控机床检测装置主要使用无刷旋转数控机床检测装置主要使用无刷旋转变压器，因为

15、无刷旋转变压器具有可靠性变压器，因为无刷旋转变压器具有可靠性高、寿命长、体积小、不用维修以及输出高、寿命长、体积小、不用维修以及输出信号大、抗干扰能力强等优点。信号大、抗干扰能力强等优点。 脉冲编码器是把机械转角转化为电脉脉冲编码器是把机械转角转化为电脉冲的一种常用角位移传感器。冲的一种常用角位移传感器。 测速发电机是速度反馈元件，相当于测速发电机是速度反馈元件，相当于一台永磁式直流电动机。一台永磁式直流电动机。 滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型理想传动装置。动相互转换的新型理想传动装置。 具有如下优点。具有如下优点。（1）传动效率高。）传动效率

16、高。（2）摩擦力小。）摩擦力小。（3）使用寿命长。）使用寿命长。（4）经预紧后可以消除轴向间隙，）经预紧后可以消除轴向间隙，提高系统的刚度。提高系统的刚度。（5）反向运动时无空行程，可以提）反向运动时无空行程，可以提高轴向运动精度。高轴向运动精度。数控系统的主要任务之一就是控制执数控系统的主要任务之一就是控制执行机构按预定的轨迹运动。一般情况是已行机构按预定的轨迹运动。一般情况是已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，由数控系统实时地算出各个中间点方程，由数控系统实时地算出各个中间点的坐标。即需要的坐标。即需要“插入、补上插入、补上”运动轨迹运动轨迹各个

17、中间点的坐标，通常这个过程就称为各个中间点的坐标，通常这个过程就称为“插补插补”。 定义直线插补的偏差判别式如下：定义直线插补的偏差判别式如下：Fm=ymxe xmye 一种方法是设置一种方法是设置x、y两个减法计数两个减法计数器。器。另一种方法是设置一个终点计数器另一种方法是设置一个终点计数器 。第三种方法是选终点坐标值较大的坐第三种方法是选终点坐标值较大的坐标作为计数坐标。标作为计数坐标。 偏差判断偏差判断坐标进给坐标进给偏差计算偏差计算终点判别终点判别 定义圆弧偏差判别式如下：定义圆弧偏差判别式如下： Fm=Rm2 R2= xm2+ym2 R2 新加工点新加工点m+1点的偏差为点的偏差为

18、Fm 2 xm+1 新加工点的偏差值为新加工点的偏差值为Fm+2ym+1 这类机床主要有数控坐标镗床、数控这类机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控点焊机和数控折弯机等，其相钻床、数控点焊机和数控折弯机等，其相应的数控装置称为点位控制数控装置。应的数控装置称为点位控制数控装置。这类机床主要有数控车床、数控磨床这类机床主要有数控车床、数控磨床和数控镗铣床等，相应的数控装置称为直和数控镗铣床等，相应的数控装置称为直线控制装置。线控制装置。属于这类机床的有数控车床、数控属于这类机床的有数控车床、数控铣床、加工中心等。其相应的数控装置铣床、加工中心等。其相应的数控装置称为轮廓控制装置。轮廓数控装置比点

19、称为轮廓控制装置。轮廓数控装置比点位、直线控制装置结构复杂得多，功能位、直线控制装置结构复杂得多，功能齐全得多。齐全得多。开环进给伺服系统通常不带有位置检测开环进给伺服系统通常不带有位置检测元件，伺服驱动元件一般为步进电动机。元件，伺服驱动元件一般为步进电动机。 闭环进给控制系统带有位置检测元件，闭环进给控制系统带有位置检测元件，随时可以检测出工作台的实际位移，并反随时可以检测出工作台的实际位移，并反馈给数控装置，并与设定的指令值进行比馈给数控装置，并与设定的指令值进行比较，利用其差值控制伺服电动机，直至差较，利用其差值控制伺服电动机，直至差值为零为止。值为零为止。 半闭环进给伺服系统是将位置

20、检测元半闭环进给伺服系统是将位置检测元件安装在伺服电动机的轴上或滚珠丝杠的件安装在伺服电动机的轴上或滚珠丝杠的端部，不直接反馈机床的位移量，而是检端部，不直接反馈机床的位移量，而是检测伺服机构的转角，将此信号反馈给数控测伺服机构的转角，将此信号反馈给数控装置进行指令值比较，用差值控制伺服电装置进行指令值比较，用差值控制伺服电动机。动机。 金属切削类数控机床包括数控车床、金属切削类数控机床包括数控车床、数控钻床、数控铣床、数控磨床、数控镗数控钻床、数控铣床、数控磨床、数控镗床以及加工中心。床以及加工中心。 金属成型类数控机床包括数控折弯机、金属成型类数控机床包括数控折弯机、数控组合冲床和数控回转

21、头压力机等。这数控组合冲床和数控回转头压力机等。这类机床起步晚，但目前发展很快。类机床起步晚，但目前发展很快。数控特种加工机床如数控线（电极）数控特种加工机床如数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、火焰切切割机床、数控电火花加工机床、火焰切割机和数控激光切割机床等。割机和数控激光切割机床等。其他类型的数控机床如数控三坐标测其他类型的数控机床如数控三坐标测量机等。量机等。数控加工，是指在数控机床上进行零数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。件加工的一种工艺方法。 数控机床程序编制过程的主要内容包数控机床程序编制过程的主要内容包括：零件图的分析、数控机床的选择、工括：零件图的

22、分析、数控机床的选择、工件装夹方法的确定、加工工艺的确定、刀件装夹方法的确定、加工工艺的确定、刀具的选择、程序的编制、程序的调试。从具的选择、程序的编制、程序的调试。从零件图的分析开始到零件加工完毕零件图的分析开始到零件加工完毕 。利用一般的计算工具，通过各种数学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，并进行方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。这种方式比较简单，很容易掌指令编制。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握，适应性较大。适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程，对机床操作序、计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握

23、。人员来讲必须掌握。（1）自动编程软件编程）自动编程软件编程利用通用的微型计算机及专用的自动利用通用的微型计算机及专用的自动编程软件，以人机对话方式确定加工对象编程软件，以人机对话方式确定加工对象和加工条件自动进行运算和生成指令。和加工条件自动进行运算和生成指令。 专用软件多为在开放式操作系统环境专用软件多为在开放式操作系统环境下，在微型计算机上开发的，成本低、通下，在微型计算机上开发的，成本低、通用性强。用性强。（2）CAD/CAM集成数控编程系统自集成数控编程系统自动编程动编程利用利用CAD/CAM系统进行零件的设计、系统进行零件的设计、分析及加工编程。该种方法适用于制造业分析及加工编程。

24、该种方法适用于制造业中的中的CAD/CAM集成编程数控系统，目前集成编程数控系统，目前正被广泛应用。该方式适应面广、效率高、正被广泛应用。该方式适应面广、效率高、程序质量好适用于各类柔性制造系统程序质量好适用于各类柔性制造系统（FMS）和集成制造系统（）和集成制造系统（CIMS），但），但投资大，掌握起来需要一定时间。投资大，掌握起来需要一定时间。数控加工的程序是数控机床的指令性数控加工的程序是数控机床的指令性文件。数控机床受控于程序指令，加工的文件。数控机床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。因此，全过程都是按程序指令自动进行的。因此，数控加工程序与普通机床工艺规程有较大数

25、控加工程序与普通机床工艺规程有较大差别，涉及的内容也较广。差别，涉及的内容也较广。数控机床加工程序不仅要包括零件的数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量，走刀工艺过程，而且还要包括切削用量，走刀路线，刀具尺寸以及机床的运动过程。因路线，刀具尺寸以及机床的运动过程。因此，要求编程人员对数控机床的性能、特此，要求编程人员对数控机床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉。工件的装夹方法都要非常熟悉。 数控加工工艺概括起来主要包括如下数控加工工艺概括起来主要包括如下内容。内容。（1）选择适合在数控机床上加工的

26、）选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。零件，确定工序内容。（2）分析被加工零件的图纸，明确）分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。加工内容及技术要求。（3）确定零件的加工方案，制定数）确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序以及处理与非数控加工工序的衔接等。顺序以及处理与非数控加工工序的衔接等。（4）加工工序的设计。如选取零件）加工工序的设计。如选取零件的定位基准、夹具方案的确定、划分工步、的定位基准、夹具方案的确定、划分工步、选取刀辅具和确定切削用量等。选取刀辅具和确定切削用量等。（5）数控加工程序的调整。选取对

27、）数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定加刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定加工路线。工路线。（6）分配数控加工中的容差。）分配数控加工中的容差。（7）处理数控机床上的部分工艺指）处理数控机床上的部分工艺指令。令。虽然数控加工工艺内容较多，但有虽然数控加工工艺内容较多，但有些内容与普通机床加工工艺非常相似。些内容与普通机床加工工艺非常相似。选择数控加工内容时，应考虑以下问题选择数控加工内容时，应考虑以下问题（1）优先选择普通机床上无法加工）优先选择普通机床上无法加工的内容，作为数控加工的内容；的内容，作为数控加工的内容；（2）重点选择普通机床难加工、质）重点选择普通机床难加工

28、、质量也难以保证的内容，作为数控加工的内量也难以保证的内容，作为数控加工的内容；容；（3）普通机床加工效率低、工人操）普通机床加工效率低、工人操作劳动强度大的内容，可考虑在数控机床作劳动强度大的内容，可考虑在数控机床上加工。上加工。与上述内容比较，下列一些内容则不与上述内容比较，下列一些内容则不宜选择采用数控机床加工：宜选择采用数控机床加工：（1）需要通过较长时间占机调整的）需要通过较长时间占机调整的内容，如以毛坯的粗基准定位来加工第一内容，如以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准的工序等；个精基准的工序等；（2）必须按专用工装协调的孔及其）必须按专用工装协调的孔及其他加工内容。主要原因是采集编

29、程用的资他加工内容。主要原因是采集编程用的资料有困难，协调效果也不一定理想；料有困难，协调效果也不一定理想；（3）不能在一次装夹中加工完成的）不能在一次装夹中加工完成的其他零星部位，采用数控加工很麻烦，效其他零星部位，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排在普通机床进行补加工。果不明显，可安排在普通机床进行补加工。这类零件一般在数控车床上加工这类零件一般在数控车床上加工 。宜用点位元直线控制的数控钻镗床或宜用点位元直线控制的数控钻镗床或数控加工中心加工。数控加工中心加工。 加工曲面轮廓的零件，多采用三个或加工曲面轮廓的零件，多采用三个或三个以上坐标联动的数控铣床或加工中心三个以上坐标联动的数控

30、铣床或加工中心加工。加工。 此时可考虑选用数控电火花机床成形此时可考虑选用数控电火花机床成形加工。加工。该类零件可考虑选择数控线切割机床该类零件可考虑选择数控线切割机床加工。加工。 工序划分的原则有两种：工序集中原工序划分的原则有两种：工序集中原则和工序分散原则。则和工序分散原则。工序集中的特点是：工序集中的特点是：（1）有利于采用高生产率的专用设）有利于采用高生产率的专用设备和数控机床，可大大提高劳动生产率；备和数控机床，可大大提高劳动生产率；（2）设备数量少，减少了操作工人）设备数量少，减少了操作工人和操作面积：和操作面积： （3）工序数目少，工艺路线短，简）工序数目少，工艺路线短，简化了

31、生产计划和生产组织工作；化了生产计划和生产组织工作；（4）工件安装次数少，缩短了辅助）工件安装次数少，缩短了辅助时间，容易保证加工表面的相互位置精度；时间，容易保证加工表面的相互位置精度；（5）数控机床、专用设备和工艺装）数控机床、专用设备和工艺装备投资大，尤其是专用设备和工艺装备调备投资大，尤其是专用设备和工艺装备调整和维修比较麻烦，生产准备工作量大，整和维修比较麻烦，生产准备工作量大，新产品转换周期长。新产品转换周期长。工序分散的特点是：工序分散的特点是：（1）设备与工艺装备比较简单，调）设备与工艺装备比较简单，调整方便，工人容易掌握，生产准备工作量整方便，工人容易掌握，生产准备工作量少，

32、容易适应产品的更换；少，容易适应产品的更换；（2）便于采用最合理的切削用量，）便于采用最合理的切削用量，减少基本时间；减少基本时间；（3）设备数量少，操作人员多，生）设备数量少，操作人员多，生产面积大。产面积大。加工工序划分时，除应考虑工序集中加工工序划分时，除应考虑工序集中和工序分散外，还需考虑如下一些原则。和工序分散外，还需考虑如下一些原则。（1）尽可能选用标准夹具（组合夹）尽可能选用标准夹具（组合夹具），在成批生产时才考虑专用夹具，并具），在成批生产时才考虑专用夹具，并力求夹具结构简单。力求夹具结构简单。（2）装卸工件要方便可靠，以缩短）装卸工件要方便可靠，以缩短辅助时间和保证安全。辅助

33、时间和保证安全。（3）工件定位夹紧的部位应不妨碍）工件定位夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换及重要部位的测各部位的加工、刀具更换及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具产生碰撞的现象。产生碰撞的现象。（4）夹具的安装要准确可靠，同时）夹具的安装要准确可靠，同时应具备足够的强度和刚度，以减小其变形应具备足够的强度和刚度，以减小其变形对加工精度的影响。对加工精度的影响。（5）应尽可能采用气、液压夹具。）应尽可能采用气、液压夹具。 “对刀点对刀点”是指数控加工时，刀具相是指数控加工时，刀具相对工件运动的起点，这个起点也是编程时对工件运动的起点，这个

34、起点也是编程时程序的起点。因此，程序的起点。因此，“对刀点对刀点”也称也称“程程序起点序起点”或或“起刀点起刀点”。在编程时应正确。在编程时应正确选择对刀点的位置。选择的原则如下：选择对刀点的位置。选择的原则如下：（1）选定的对刀点位置应便于数）选定的对刀点位置应便于数学处理和使程序编制简单；学处理和使程序编制简单；（2）在机床上容易找正；）在机床上容易找正；（3）加工过程中便于检查；）加工过程中便于检查；（4）引起的加工误差小。）引起的加工误差小。对刀时，应使刀位点与对刀点重合。对刀时，应使刀位点与对刀点重合。“刀位点刀位点”一般是指车刀、镗刀的刀尖；一般是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立

35、铣刀、面铣刀刀头底面的钻头的钻尖；立铣刀、面铣刀刀头底面的中心；球头铣刀的球头中心。中心；球头铣刀的球头中心。（1）铣削外轮廓表面的进给路线）铣削外轮廓表面的进给路线 （2）铣削内轮廓表面的进给路线）铣削内轮廓表面的进给路线当工件表面无硬皮，机床进给机构无当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。路线。 当工件表面有硬皮，机床的进给机构当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刀；

36、机床进给机构的间隙面切入，不会崩刀；机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。不会引起振动和爬行。查表法是根据各工厂的生产实践和实查表法是根据各工厂的生产实践和实验研究积累的资料，先制成各种表格，再验研究积累的资料，先制成各种表格，再汇集成手册。汇集成手册。 经验估算法是根据工艺编制人员的实经验估算法是根据工艺编制人员的实际经验确定加工余量。际经验确定加工余量。 分析计算法是根据一定的试验资料和分析计算法是根据一定的试验资料和上述的加工余量计算公式，分析影响加工上述的加工余量计算公式，分析影响加工余量的各项因素，并计算确定加工余量。余量的各项因素，并计算确定加工余量。 目前涂镀刀具，立方氮化硼等刀

37、具已目前涂镀刀具，立方氮化硼等刀具已广泛用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀广泛用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。具也开始在加工中心上运用。数控刀具应具有较高的耐用度和刚度，数控刀具应具有较高的耐用度和刚度，刀头材料热脆性好，有良好断屑性能，和刀头材料热脆性好，有良好断屑性能，和可调、易更换等特点。可调、易更换等特点。平面铣削应该用不重磨硬质合金端铣平面铣削应该用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。刀或立铣刀。 立铣刀和镶硬质合金刀片的立铣刀主立铣刀和镶硬质合金刀片的立铣刀主要用于加工凸轮，凹槽和箱口面。要用于加工凸轮，凹槽和箱口面。 为了提高槽宽的加工精度减少铣刀的为了提高槽宽

38、的加工精度减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能来铣槽的两边，以达到提高槽的加工功能来铣槽的两边，以达到提高槽的加工精度的目的。精度的目的。在加工中心上钻孔都是无钻模直接钻在加工中心上钻孔都是无钻模直接钻孔，因此一般钻孔深度约为直径的孔，因此一般钻孔深度约为直径的5倍左倍左右，细长孔子的加工易于折断，要注意冷右，细长孔子的加工易于折断，要注意冷却和倒屑却和倒屑 。在加工中心上进行镗削加工通常是采在加工中心上进行镗削加工通常是采用悬臂式的加工，因此要求镗刀有足够的用悬臂式的

39、加工，因此要求镗刀有足够的刚性和较好的精度。刚性和较好的精度。在镗孔过程中一般采用移动工作台或在镗孔过程中一般采用移动工作台或立柱完成立柱完成Z向进给（卧式），保证悬伸不向进给（卧式），保证悬伸不变，从而获得进给的刚性。变，从而获得进给的刚性。图图2-20所示为一现代数控车刀，它主所示为一现代数控车刀，它主要由刀体、刀片和刀片紧固系统要由刀体、刀片和刀片紧固系统3部分组部分组成。成。机夹式车刀按刀片紧固方法的差异可机夹式车刀按刀片紧固方法的差异可分为杠杆式、契块式、螺钉式、上压式。分为杠杆式、契块式、螺钉式、上压式。图图2-21是上压式紧固系统结构图，它由楔是上压式紧固系统结构图，它由楔块式夹

40、具、销、刀垫和螺丝钉组成。块式夹具、销、刀垫和螺丝钉组成。车刀刀片的材料主要有高速钢、车刀刀片的材料主要有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷和金硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。和涂层硬质合金刀片。 影响切削条件的因素有：影响切削条件的因素有：（1）机床、工具、刀具及工件的刚）机床、工具、刀具及工件的刚性；性；（2）切削速度、切削深度、切削进）切削速度、切削深度、切削进给率；给率；（3）工件精度及表面粗糙度；）工件精度及表面粗糙度；（4）刀具预期寿命及最大生产率；）刀具预期寿命及最大生产率；（5）切削液的种类、

41、冷却方式；）切削液的种类、冷却方式；（6）工件材料的硬度及热处理状况；）工件材料的硬度及热处理状况；（7）工件数量；）工件数量；（8）机床的寿命。）机床的寿命。上述诸因素中以切削速度、切削深上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。度、切削进给率为主要因素。决定切削速度的因素很多，概括起来决定切削速度的因素很多，概括起来有如下几种。有如下几种。（1）刀具材质。）刀具材质。（2）工件材料。）工件材料。（3）刀具寿命。）刀具寿命。（4）切削深度与进刀量。）切削深度与进刀量。（5）刀具的形状。）刀具的形状。（6）冷却液使用。）冷却液使用。（7）机床性能。）机床性能。 数控加工工艺文件是

42、编程员编制的与数控加工工艺文件是编程员编制的与程序单配套的有关技术文件，它是操作者程序单配套的有关技术文件，它是操作者必须遵守、执行的规程。必须遵守、执行的规程。 数控加工工艺规程卡是数控加工工艺数控加工工艺规程卡是数控加工工艺文件重要组成部分之一，它规定了工序内文件重要组成部分之一，它规定了工序内容、加工顺序、加工面回转中心的距离容、加工顺序、加工面回转中心的距离（立式加工中心无此项）、刀具编号（立式加工中心无此项）、刀具编号（码）、刀具类型和规格、刀辅具（工具）（码）、刀具类型和规格、刀辅具（工具）型号和规格、主轴转速、进给量和切削深型号和规格、主轴转速、进给量和切削深度等。度等。 刀具调

43、整卡是指导机外对刀、预置、刀具调整卡是指导机外对刀、预置、调整或修改刀具尺寸的工艺性文件。调整或修改刀具尺寸的工艺性文件。 数控加工程序单是数控机床运动的指数控加工程序单是数控机床运动的指令，也是技术准备和生产作业指令性文件。令，也是技术准备和生产作业指令性文件。该文件记录了数控加工的工艺过程、切削该文件记录了数控加工的工艺过程、切削用量、走刀路线、刀具尺寸以及机床运动用量、走刀路线、刀具尺寸以及机床运动的全过程。的全过程。 根据零件图样，按照已确定的加工路根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算编程时所需要线和允许的编程误差，计算编程时所需要的资料，称为数控加工的数值计算。数

44、值的资料，称为数控加工的数值计算。数值计算的内容包括计算零件轮廓的基点和节计算的内容包括计算零件轮廓的基点和节点的坐标以及刀具中心运动轨迹的坐标。点的坐标以及刀具中心运动轨迹的坐标。所谓基点，是指各几何元素间的连所谓基点，是指各几何元素间的连接点，如直线与直线的交点，直线与圆接点，如直线与直线的交点，直线与圆弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点或弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点或切点等。切点等。 逼近直线小段和圆弧小段与轮廓曲逼近直线小段和圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点称为节点。线的交点或切点称为节点。 数控车床品种繁多，按数控系统的功数控车床品种繁多，按数控系统的功能和机械构成可分为简易数控车床

45、（经济能和机械构成可分为简易数控车床（经济型数控车床）、多功能数控车床和数控车型数控车床）、多功能数控车床和数控车削中心。削中心。（1）简易数控车床（经济型数控车）简易数控车床（经济型数控车床）：是低档次数控车床，一般是用单板床）：是低档次数控车床，一般是用单板机或单片机进行控制，机械部分是在普通机或单片机进行控制，机械部分是在普通车床的基础上改进设计的。车床的基础上改进设计的。（2）多功能数控车床：也称全功能）多功能数控车床：也称全功能型数控车床，由专门的数控系统控制，具型数控车床，由专门的数控系统控制，具备数控车床的各种结构特点。备数控车床的各种结构特点。（3）数控车削中心：在数控车床的）

46、数控车削中心：在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴。基础上增加其他的附加坐标轴。按结构和用途数控车床主要可分为数按结构和用途数控车床主要可分为数控卧式车床、数控立式车床和数控专用车控卧式车床、数控立式车床和数控专用车床（如数控凸轮车床、数控曲轴车床、数床（如数控凸轮车床、数控曲轴车床、数控丝杠车床等）。控丝杠车床等）。（1）数控系统：数控车床的数控系）数控系统：数控车床的数控系统是由统是由CNC装置、输入输出设备、可编程装置、输入输出设备、可编程控制器（控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱）、主轴驱动装置和进给驱动装置以及位置测量系统等几部分组成。动装置以及位置测量系统等几部分组成。 （2

47、）主轴箱）主轴箱（3）主轴伺服电机）主轴伺服电机（4）夹紧装置）夹紧装置（5）往复拖板）往复拖板（6）刀架）刀架（7）控制面板）控制面板 数控车床加工具有如下特点。数控车床加工具有如下特点。（1）加工生产效率高）加工生产效率高（2）减轻劳动强度、改善劳动条件）减轻劳动强度、改善劳动条件（3）对零件加工的适应性强、灵活性好）对零件加工的适应性强、灵活性好（4）加工精度高、质量稳定）加工精度高、质量稳定（5）有利于生产管理）有利于生产管理数控车床的坐标系以径向为数控车床的坐标系以径向为x轴方向，轴方向，纵向为纵向为z轴方向。指向主轴箱的方向为轴方向。指向主轴箱的方向为z轴轴的负方向，指向尾架方向是

48、的负方向，指向尾架方向是z轴的正方向。轴的正方向。x轴是以操作者面向的方向为轴是以操作者面向的方向为x轴正方向。轴正方向。 x坐标和坐标和z坐标指令，在按绝对坐标编坐标指令，在按绝对坐标编程时，使用代码程时，使用代码x和和z；按增量坐标（相对；按增量坐标（相对坐标）编程时，使用代码坐标）编程时，使用代码U和和W。程序原点是指程序中的坐标原点，即程序原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，所以也称为点，所以也称为“对刀点对刀点”。以以L-10MC数控车铣中心为例介绍数控车铣中心为例介绍x和和y轴机械原点。轴机械原点。x轴的机械原点被

49、设定在刀盘中心距轴的机械原点被设定在刀盘中心距离主轴中心离主轴中心500mm的位置。的位置。 z轴的机械原点可以通过改变挡块的安轴的机械原点可以通过改变挡块的安装位置来改变。装位置来改变。z轴机械原点挡块可以被安轴机械原点挡块可以被安装在装在、或或4个不同的位置上个不同的位置上 。NGX(U)Z(W)FMST；其中，其中，N：程序段顺序号；：程序段顺序号；G：准备；：准备；X(U)：x轴移动指令；轴移动指令；Z(W)：z轴移动；轴移动；F：进给功能；：进给功能；M：辅助功能；：辅助功能；S：主轴功能；：主轴功能；T：工具功能。：工具功能。程序段格式如下：程序段格式如下：其中，其中，N4：代表第

50、：代表第4个程序段，用个程序段，用4位数（位数（19999）表示，不允许为）表示，不允许为“0”；X(U)4.3：坐标可以用正负小数表示，小：坐标可以用正负小数表示，小数点以前数点以前4位数，小数点以后位数，小数点以后3位数；位数；F3.4：进给速度可以用小数表示，小数点：进给速度可以用小数表示，小数点以前以前3位数，小数点以后位数，小数点以后4位数；位数；几种等效的表示方法：几种等效的表示方法：N0012 G00 M08 X0012.340 X5000 X5.0 N12 G0 M8 X12.34 X5. X5.准备功能也称为准备功能也称为G功能（或称功能（或称G代代码），它是用来指令机床动作

51、方式的功能。码），它是用来指令机床动作方式的功能。准备功能是用地址准备功能是用地址G及其后面的数字来指及其后面的数字来指令机床动作的。如用令机床动作的。如用G00来指令运动坐标来指令运动坐标快速定位。表快速定位。表3-2为为FANUC-0TD系统的准系统的准备功能备功能G代码表。代码表。注：（注：（1 1）号表示电源接通时的）号表示电源接通时的G G代码状代码状态；态；（2 2）0000组的组的G G代码为一次性代码为一次性G G代码；代码；（3 3）一旦指定了）一旦指定了G G代码，一览表中没有的代码，一览表中没有的G G代码显示报警信号；代码显示报警信号；（4 4）无论有几个不同组的）无论

52、有几个不同组的G G代码，都能在代码，都能在同一程序段内指令，如果同组的同一程序段内指令，如果同组的G G代码在同一程代码在同一程序段内指令了序段内指令了2 2个以上时，后指令者有效；个以上时，后指令者有效；（5 5）可按组号显示）可按组号显示G G代码。代码。定位指令命令刀具以点位控制方式从定位指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别规定进给速度。轨迹要求，不需特别规定进给速度。输入格式：输入格式：G00 X(U) Z(W) ；（1）“X(U) Z(W) ”目标点的坐标目标点的坐标（下文同）；（下文同）；（2）X(

53、U)坐标按直径值输入；坐标按直径值输入；（3）“；”表示一个程序段的结束。表示一个程序段的结束。直线插补指令用于直线或斜线运动。直线插补指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿可使数控车床沿x轴、轴、z轴方向执行单轴运轴方向执行单轴运动，也可以沿动，也可以沿x、z平面内任意斜率的直线平面内任意斜率的直线运动。运动。输入格式：输入格式：输入格式：输入格式：G02 X Z I K F ； 或或 G02 X Z R F ；G03 X Z I K F ； 或或 G03 X Z R F ；（1）用增量坐标）用增量坐标U、W也可以；也可以； （2）C轴不能执行圆弧插补指令。轴不能执行圆弧插补指令。G32指令

54、能够切削圆柱螺纹、圆锥螺指令能够切削圆柱螺纹、圆锥螺纹、端面螺纹（涡形螺纹）纹、端面螺纹（涡形螺纹）输入格式：输入格式：G32 X(U) Z(W) F ；“F ”为螺纹的为螺纹的螺距。螺距。3.2.2.3 工件坐标系设定指令（G50）工件坐标系设定指令以程序原点为工工件坐标系设定指令以程序原点为工件坐标系的中心（原点），指定刀具出发件坐标系的中心（原点），指定刀具出发点的坐标值（如图点的坐标值（如图3-19所示）。所示）。图3-19 G50设定工作坐标系输入格式：输入格式：G50 X Z ，其中，其中X Z 为为刀具出发点的坐标（如图刀具出发点的坐标（如图3-19所示）。所示）。自动回原点指令

55、使刀具自动返回机械自动回原点指令使刀具自动返回机械原点或经某一中间点回机械原点（如图原点或经某一中间点回机械原点（如图3-20和图和图3-21所示）。所示）。输入格式：输入格式： G28 X(U) Z(W) T00；（1）X(U) 和和Z(W) 为中间点的坐标。为中间点的坐标。（2）T00（刀具复位）指令必须写在（刀具复位）指令必须写在G28指令的同一程序段或该程序段之前。指令的同一程序段或该程序段之前。1主轴功能指令（S指令）和主轴转速控制指令（G96、G97、G50）主轴功能指令（主轴功能指令（S指令）是设定主轴指令）是设定主轴转速的指令。转速的指令。（1）主轴最高转速的设定（）主轴最高转

56、速的设定（G50）。）。（G50） S ；中；中S 为主轴最高转速。为主轴最高转速。（2）直接设定主轴转速指令（）直接设定主轴转速指令（G97），），主轴速度用转速设定，单位为主轴速度用转速设定，单位为r/min。（G97） S （M38或或M39）；）；（G97） ：取消主轴线速度，恒：取消主轴线速度，恒定功能。定功能。S （M38或或M39）：设定主轴转速）：设定主轴转速（r/min），指令范围为），指令范围为09999。（3）设定主轴线速度恒定指令）设定主轴线速度恒定指令（G96），主轴速度用线速度（），主轴速度用线速度（m/min）值输入，并且主轴线速度恒定。值输入，并且主轴线速度恒定

57、。（G96） S （M38或或M39）；）；（G96） ：主轴转速恒定。：主轴转速恒定。S （M38或或M39）：设定主轴线速度，）：设定主轴线速度，即切削速度（即切削速度（m/min）。）。（1）G96（控制线速度恒定指令）：（控制线速度恒定指令）：当工件直径变化时主轴每分钟转数也随之当工件直径变化时主轴每分钟转数也随之变化，这样就可保证切削速度不变，从而变化，这样就可保证切削速度不变，从而提高了切削质量。提高了切削质量。（2）主轴转速连续变化，）主轴转速连续变化，M38设定主设定主轴在低速范围变化（粗加工），轴在低速范围变化（粗加工），M39设定设定主轴在高速范围变化（精加工）。主轴在高速

58、范围变化（精加工）。M指令设定各种辅助动作及其状态，表指令设定各种辅助动作及其状态，表3-4是数控车床及车铣中心的是数控车床及车铣中心的M指令说明。指令说明。下面介绍几个特殊下面介绍几个特殊M代码的使用方代码的使用方法。法。M03：主轴或旋转刀具顺时针旋转：主轴或旋转刀具顺时针旋转（CW）；）；M04：主轴或旋转刀具逆时针旋转：主轴或旋转刀具逆时针旋转（CCW）；）； M05：主轴或旋转刀具停止旋转；：主轴或旋转刀具停止旋转；1每转进给量指令（G99）、每分钟进给量指令（G98）指定进给功能的指令方法有如下两种。指定进给功能的指令方法有如下两种。（1）每转进给量（）每转进给量（G99）（如图）

59、（如图3-23所示）。所示）。输入格式：输入格式：G99 （F ）；）；F ：主轴每转进给量（进给速度：主轴每转进给量（进给速度mm/r）。）。（2）每分钟进给量（）每分钟进给量（G98） 。输入格式：输入格式：G98 (F )；F ：每分钟进给量：每分钟进给量（进给速度（进给速度mm/min）。）。(G99)G04 U(P) ；指令暂停进刀；指令暂停进刀的主轴回转数。的主轴回转数。(G98)G04 U(P) ；指令暂停进刀；指令暂停进刀的时间。的时间。进给功能指令指定刀具的进给速度，进给功能指令指定刀具的进给速度，有有3种形式。种形式。（1）每转进给量（）每转进给量（mm/r），如图），如图

60、3-26所示。所示。(G99) F ；F :主轴每转刀具进给量小数点输入主轴每转刀具进给量小数点输入指令范围为指令范围为0.0001500.0000(mm/r)。（2）每分钟进给量（）每分钟进给量（mm/min），如），如图图3-27所示。所示。 (G98) F ； 其中其中F 为每分钟刀具为每分钟刀具进给量，指令范围为进给量，指令范围为115000(mm/min)。（3）螺纹切削进给速度（）螺纹切削进给速度（mm/r），），如图如图3-28所示。所示。F 指定螺纹的螺距，指令范围为指定螺纹的螺距，指令范围为0.0001500.0000(mm/r)。 每转进给量切螺纹时，快速进给速每转进给量切螺纹时，