数控机床的加工数控专业毕业论文 数控加工

毕业论文题目数控机床的加工专业数控加工与维护工程班级学生指导教师西安工业大学函授部二00九年摘要数控技术是一种集机、电、液、光、计算机、自动控制技术为一体的知识密集型技术，它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础，同时也是提高产品质量，提高生产率必不可少的物质手段。日本、美国、德国等工业发达国家采用数控技术所获取经济效益大致为：操作人员减少50％，成本降低60％，机床利用率达60％--80％，机床台数减少50％，生产面积减少40％。世界制造业由于数控技术的广泛应用，普通机械逐渐被高效率、高精度的数控设备所替代。数控技术在机械制造业的广泛应用，已成为国民经济发展的强大动力。在发达国家中，数控机床已经普遍大量使用，而我国数控技术的应用及推广同发达国家相比差距很大。目前我国机床的数控化率仅为1.9％，而日本高达30％，美国超过了40％，国家规划在2010年前，使数控化率达10％以上。数控化率每增加一个百分点，需要5-6万台数控机床。这样算来，我国数年内将增加40-50万台数控机床，相应需要60-80万数控专业技术人才。而且，我国目前不仅仅是数控化比率低，就是现有的数控机床（大部分是进口设备）由于缺乏专门人才而未被充分利用。

据有关资料显示，近年来，我国模具企业大量采购数控设备，在有些地区有数控知识的高级技工年薪高达30万元。由此可见，数控专业人才缺乏到了十分严重的程度，这已经引起中央领导及有关部门的高度重视，也成为全社会关注的热点问题。因此，加快数控技术人员的培养步伐，培养符合现代化制造要求的各层次的数控人才已成为当务之急。数控指令的合理利用有助于提高加工效率，增加国家经济的发展。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。不过现在在广东广州和辽宁大连在数控发面也在快速发展。

可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。如东北的老工业区。不过现在也在从建之中。中国的机床多从国外进口，尤其日本、德国占去近50%。在日本、德国他们有先进的操作系统和机床耐用时，如日本法那克（FANUC）、德国西门子(SIEMENS)。而在中国你又听说几个，所以现在我们首要做的就是能掌握核心技术，但这些又何从学起呢，仿造是先进的必经之路啊。就象我们学了课程，还要做习题一样.没有谁能跨越这一步。中国出了个蓝天数控，成了圈内知名品牌，但真正能做的又有多少呢关键词：机床指令插补原理目录第1章数控机床概述 21.1数控技术的发展历史 1.2数控机床加工的特点 1.3数控机床的工作原理 1.4数控机床的组成 1.5数控机床的分类 1.6数控机床的主要性能指标 1.7数控机床坐标系和运动方向的规定 1.8坐标系的原点 第2章数控机床的插补原理 2.1数据采样插补法的基本原理 2.2数据采样法直线插补 2.3数据采样法圆弧插补 2.4直线插补 第3章数控机床的基本指令 3.0基本指令 结语 致谢 参考文献 第1章数控机床概述1.1数控技术的发展历史立帜机床网20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。

采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到±0.0381mm（±0.0015in），达到了当时的最高水平。

1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。

这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生产出来。

在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。

数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。

然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。

到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床。

数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐·特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。

1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem——FMS）之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。

1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为CNC机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。

80年代，国际上出现了1～4台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。

目前，FMS也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加工向大批量加工发展。1.2数控机床加工的特点（1）自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。若配合自动装卸手段，则是无人控制工厂的基本组成环节。数控加工减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件；省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作，有效地提高了生产效率。

(2)对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。

(3)加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.005～0.01mm之间，不受零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而消除了人为误差，提高了批量零件尺寸的一致性，同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度。

(4)易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。1.3数控机床的工作原理

当我们使用机床加工零件时，通常都需要对机床的各种动作进行控制，一是控制动作的先后次序，二是控制机床各运动部件的位移量。采用普通机床加工时，这种开车、停车、走刀、换向、主轴变速和开关切削液等操作都是由人工直接控制的。采用自动机床和仿形机床加工时，上述操作和运动参数则是通过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置以模拟量的形式来控制的，它们虽能加工比较复杂的零件，且有一定的灵活性和通用性，但是零件的加工精度受凸轮、靠模制造精度的影响，而且工序准备时间也很长。

采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任意复杂的零件。

数控机床的控制系统一般都能按照数字程序指令控制机床实现主轴自动启停、换向和变速，能自动控制进给速度、方向和加工路线，进行加工，能选择刀具并根据刀具尺寸调整吃刀量及行走轨迹，能完成加工中所需要的各种辅助动作。1.4数控机床的组成数字控制机床(NumericalControlMachine

Tools)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。

数控机床的组成:

数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。

1．加工程序载体

数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。

2．数控装置

数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC(ComputerNumerical

Control)形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控(Software

NC)。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。

（1）输入装置

将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应有不同的输入装置。目前主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接通信方式输入和连接上级计算机的DNC(直接数控)输入，现仍有不少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。

1）纸带输入方式。可用纸带光电阅读机读入零件程序，直接控制机床运动，也可以将纸带内容读入存储器，用存储器中储存的零件程序控制机床运动。

2）MDI手动数据输入方式。操作者可利用操作面板上的键盘输入加工程序的指令，它适用于比较短的程序。

在控制装置编辑状态(EDIT)下，用软件输入加工程序，并存入控制装置的存储器中，这种输入方法可重复使用程序。一般手工编程均采用这种方法。

在具有会话编程功能的数控装置上，可按照显示器上提示的问题，选择不同的菜单，用人机对话的方法，输入有关的尺寸数字，就可自动生成加工程序。

3）采用DNC直接数控输入方式。把零件程序保存在上级计算机中，CNC系统一边加工一边接收来自计算机的后续程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM软件设计的复杂工件并直接生成零件程序的情况。

（2）信息处理

输入装置将加工信息传给CNC单元，编译成计算机能识别的信息，由信息处理部分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输入数据包括：零件的轮廓信息(起点、终点、直线、圆弧等)、加工速度及其他辅助加工信息(如换刀、变速、冷却液开关等)

，数据处理的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理程序还包括刀具半径补偿、速度计算及辅助功能的处理等。

（3）输出装置

输出装置与伺服机构相联。输出装置根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲，并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功率放大，驱动伺服系统，从而控制机床按规定要求运动。

3．伺服系统和测量反馈系统

伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。

伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。

测量元件将数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。

4．机床主体

机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比，数控机床主体具有如下结构特点：

（1）采用具有高刚度、高抗震性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗震性，使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施，可减少热变形对机床主机的影响。

（2）广泛采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置，使数控机床的传动链缩短，简化了机床机械传动系统的结构。

（3）采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等。

5．数控机床的辅助装置

辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。数控机床的分类

金属切削类\o"数控"数控机床

与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的\o"数控"数控机床有\o"数控"数控车床、\o"数控"数控铣床、\o"数控"数控钻床、\o"数控"数控磨床、\o"数控"数控齿轮加工机床等。尽管这些\o"数控"数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和\o"自动化"自动化程度。

在普通\o"数控"数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为\o"数控"数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通\o"数控"数控机床的\o"自动化"自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在\o"数控"数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。

2．特种加工类\o"数控"数控机床

除了切削加工\o"数控"数控机床以外，\o"数控"数控技术也大量用于\o"数控"数控\o"电火花"电火花线切割机床、\o"数控"数控\o"电火花"电火花成型机床、\o"数控"数控\o"等离子"等离子弧切割机床、\o"数控"数控火焰切割机床以及\o"数控"数控\o"激光"激光加工机床等。

3．板材加工类\o"数控"数控机床

常见的应用于金属板材加工的\o"数控"数控机床有\o"数控"数控压力机、\o"数控"数控剪板机和\o"数控"数控折弯机等。

近年来，其它机械设备中也大量采用了\o"数控"数控技术，如\o"数控"数控多坐标测量机、自动绘图机及工业\o"机器人"机器人等。

二、按控制运动轨迹分类

1．点位控制\o"数控"数控机床

点位控制\o"数控"数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床\o"数控"数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。

这类\o"数控"数控机床主要有\o"数控"数控坐标镗床、\o"数控"数控钻床、\o"数控"数控冲床、\o"数控"数控点焊机等。点位控制\o"数控"数控机床的\o"数控"数控装置称为点位\o"数控"数控装置。

2．直线控制\o"数控"数控机床

直线控制\o"数控"数控机床可控制\o"刀具"刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。

直线控制的简易\o"数控"数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的\o"数控"数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用\o"数控"数控进给\o"伺服"伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制\o"数控"数控机床。

\o"数控"数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的\o"数控"数控机床。

3．轮廓控制\o"数控"数控机床

轮廓控制\o"数控"数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。

常用的\o"数控"数控车床、\o"数控"数控铣床、\o"数控"数控磨床就是典型的轮廓控制\o"数控"数控机床。\o"数控"数控火焰切割机、\o"电火花"电火花加工机床以及\o"数控"数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。

现在计算机\o"数控"数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机\o"数控"数控装置都具有轮廓控制功能。

1.6数控机床的主要性能指标数控机床的性能指标一般有精度指标、坐标轴指标、运动性能指标及加工能力指标几种，详细内容及其含义与影响可参见表1。1.7数控机床坐标系和运动方向的规定在数控机床上进行加工，通常使用直角坐标系来描述刀具与工件的相对运动。应符合JB3051-82的规定。

(1)刀具相对于工件运动的原则。由于机床的结构不同，有的是刀具运动，工件固定，有的是刀具固定，工件运动等等。为编程方便，一律规定为工件固定，刀具运动。

(2)标准的坐标系是一个右手直角坐标系，如图所示，姆指为X轴，食指为y轴，中指为Z轴，指尖指向各坐标轴的正方向，即增大刀具和工件距离的方向。同时规定了分别平行于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。

(3)若有旋转轴时，规定绕X、Y、Z轴的旋转轴为A、B、C轴，其方向为右旋螺纹方向，见图所示。旋转轴的原点一般定在水平面上。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。1.8坐标系的原点机床的一个重要的坐标系统是机床坐标系，这个坐标系是通过机床返回参考点的操作建立起来的坐标系，在机床上是一个固定点。机床坐标系的原点到机床参考点的距离由参数设定，一般设为0。该参数为0时，机床坐标系的原点和机床参考点是同一个点。在编程时通过G53指令可以直接定位到机床坐标系中相应的坐标点。G53是非模态指令，只在当前程序段起作用。第2章数控机床的插补原理1、

插补是数据点的“密化”过程，是数控加工过程必不可少重要环节，插补精度的高低直接影响数控机床的加工精度，因此要引起足够的重视。2、

插补器可分为硬件插补器、软件插补器及硬件、软件结合插补器。现代CNC数控系统多采用软件插补或软、硬件插补结合的方法，由软件完成粗插补、硬件完成精插补。3、

插补方法根据系统输出到伺服驱动装置的信号不同，可分为基准脉冲插补和数据采样插补，着重对两种方法的特点进行比较。4、

逐点比较法是早期数控机床开环系统中广泛使用的一种基准脉冲插补方法，其基本思想是每次仅向一个坐标输出一个进给脉冲，每走一步都要将加工点的瞬时坐标与理论加工轨迹相比较，判断实际加工点与理论轨迹的偏移位置，通过偏差函数计算二者之间的偏差，从而决定下一步的走向，因此每进一步均要完成偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判别四个工作节拍。5、

逐点比较法直线插补。通过推导第一象限直线插补的插补公式，理解逐点比较法直线插补方法，并推导出其它象限直线插补的偏差判别式。6、

由用逐点比较法插补第一象限的直线引伸到其它象限，有两种方法：分别处理法和坐标变换法。一定要注意使用坐标变换法时坐标的绝对值要求。2.2数据采样法直线插补G1直线插补指的是刀架以直线的形状移动(以达到切削的目的).当然移动的速度就是切削速度.也就是刀架从A点移动到B点位置的一种方式和过程.而两点之间移动的过程有多种举个例从A点(坐标X0.0Z0.0)移动到B点(X50.0Z-50.0):1可以先走到C点(X50.0Z0.0)再到B点.2先走到D点(X0.0Z-50.0)再到B点,3就是按A点直接到B点的直线的方式移动.4可以先走到F点(X50.0z-25.0)再到B点等G1的移动方式就是第三种.G0为快速定位方式,与G1的移动方式不同的地方在于:只要刀架从A点移动到B点即可,不管移动过程用何种方式,对于机器来说一般定位类似如第四种.即根据各轴电机的速度,两轴一起按各自的速度走,假设两电机速度一样的话就出现了上例说的第4种情况,因为X是直径,半径距离只有252.3数据采样法圆弧插补G02为顺时针插补，G03为逆时针插补，在XY平面中，格式如下：G02/G03X_Y_I_K_F_或G02/G03X_Y_R_F_，其中X、Y为圆弧终点坐标，I、J为圆弧起点到圆心在X、Y轴上的增量值，R为圆弧半径，F为进给量。在圆弧切削时注意，q≤180°，R为正值；q>180°，R为负值；I、K的指定也可用R指定，当两者同时被指定时，R指令优先，I、K无效；R不能做整圆切削，整圆切削只能用I、J、K编程，因为经过同一点，半径相同的圆有无数个。当有I、K为零时，就可以省略；无论G90还是G91方式，I、J、K都按相对坐标编程；圆弧插补时，不能用刀补指令G41/G42。2.4直线插补直线插补指令G01&mdash。数控铣床编程书写格式：G01X____Y____Z____F____X、Y：目标点坐标F：进给速度编程实例：绝对值方式编程：G01X40。直线插补指令G01——数控铣床编程书写格式：G01X____Y____Z____F____X、Y：目标点坐标F：进给速度编程实例：绝对值方式编程：G01X40.Y30.F300增量值方式编程：G91G01X30.Y20.F300第3章数控机床的基本指令1.常用编程指令的应用车削加工编程一般包含X和Z坐标运动及绕Z轴旋转的转角坐标C。(1)快速定位(G00或G0)刀具以点位控制方式从当前所在位置快速移动到指令给出的目标位置。指令格式：G00X(U)Z(W)；(2)直线插补(G01或G1)指令格式：G01X(U)Z(W)F；图1

快速定位

图2

直线插补

G00X40.0Z56.0；

G01X40.0Z20.1F0.2；

G00U-60.0W-30

G01U20.0W-25.9F0.2；

/增量坐标，直径编程

/增量坐标，直径编程，切削进给率0.2mm／r

(3)圆弧插补(G02或G2，G03或G3)

1)指令格式:G02X(U)_Z(W)_I_K_F_；G02X(U)Z(W)RF；G03X(U)_Z(W)_I_K_F_；G03X(U)Z(W)RF；2)指令功能:3)指令说明:①G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。圆弧的顺、逆方向判断见图3左图，朝着与圆弧所在平面相垂直的坐标轴的负方向看，顺时针为G02，逆时针为G03，图3右图分别表示了车床前置刀架和后置刀架对圆弧顺与逆方向的判断；图3

圆弧的顺逆方向

②如图4，采用绝对坐标编程，X、Z为圆弧终点坐标值；采用增量坐标编程，U、W为圆弧终点相对圆弧起点的坐标增量，R是圆弧半径，当圆弧所对圆心角为0°～180°时，Ｒ取正值；当圆心角为180°～360°时，R取负值。I、K为圆心在X、Z轴方向上相对圆弧起点的坐标增量（用半径值表示），I、K为零时可以省略。图4

圆弧绝对坐标,相对坐标图5

圆弧插补

G02X50.0Z30.0I25.0F0.3；

G03X87.98Z50.0I-30.0K-40.0F0.3；

G02U20.0W-20.0I25.0F0.3；

/绝对坐标，直径编程

G02X50.Z30.0R25.0F0.3；

G03U37.98W-30.0I-30.0K-40.0F0.3；

G02U20.0W-20.0R25.0F0.3；

/相对坐标，直径编程

(4)主轴转速设置(S)车床主轴的转速(r／min)为：式中υ为圆周切削速度，单位缺省为m／min、D为工件的外径，单位为mm。例如，工件的外径为200mm，要求的切削速度为300m／min，经计算可得因此主轴转速应为478r／min，表示为S478。(5)主轴速度控制指令

数控车削加工时，按需要可以设置恒切削速度(例如，为保证车削后工件的表面粗糙度一致，应设置恒切削速度)，车削过程中数控系统根据车削时工件不同位置处的直径计算主轴的转速。恒切削速度设置方法如下：G96S；其中S后面数字的单位为r／min。设置恒切削速度后，如果不需要时可以取消，其方式如下:G97S；其中S后面数字的单位为r／min。

在设置恒切削速度后，由于主轴的转速在工件不同截面上是变化的，为防止主轴转速过高而发生危险，在设置恒切削速度前，可以将主轴最高转速设置在某一个最高值。切削过程中当执行恒切削速度时，主轴最高转速将被限制在这个最高值。设置方法如下：G50S；其中S的单位为r／min。图6

主轴速度控制例如：在刀具T01切削外形时用G96设置恒切削速度为200m／min，而在钻头T02钻中心孔时用G97取消恒切削速度，并设置主轴转速为1100r／min。这两部分的程序头如下：G50S2500T0101M08；/G50限定最高主轴转速为2500r／min；G96S200M03；/G96设置恒切削速度为200m／min，主轴顺时针转动G00X48.0Z3.0；/快速走到点(48.0,3.0)G01Z-27.1F0.3；/车削外形G00Ul.0Z3.0；/快速退回T0202；/调02号刀具G97Sll00M03；/G97取消恒切削速度，设置主轴转速为ll00r／minG00X0.0Z5.0M08；/快速走到点(0，5.0)，冷却液打开G01Z-5.0F0.12；/钻中心孔(6)进给率和进给速度设置指令在数控车削中有两种切削进给模式设置方法，即进给率(每转进给模式)和进给速度(每分钟进给模式)。1)进给率，单位为mm/r，其指令为：

G99；/进给率转换指令，

G01XZF；/F的单位为mm／r2)进给速度，单位为mm／min，其指令为：

G98；/进给速度转换指令

G01XZF；/F的单位为mm／min图7

进给率和进给速度a：G99G01Z-27.1F0.3;

b：G98G01Z-10.0F80;

表示进给率为0.3mm／r

表示进给速度为80mm／min

CNC系统缺省进给模式是进给率，即每转进给模式。(7)工件原点设置工件坐标系的原点有两种设置方法。1)用G50指令进行工件原点设置，分以下两种设置情况：图8

工件原点设置①坐标原点设置在卡盘端面如图8a所示，这种情况下z坐标是正值。工件原点设置在卡盘端面：G50X85.Z210.；/*将刀尖当前位置的坐标值定为工件坐标系中的一点(85.，210.)。②坐标原点设置在零件右端面如图8b所示，这种情况下Z坐标值是负值。工件原点设置在工件右端面：G50X85.0Z90.0；则刀尖当前位置即为工件坐标系原点。(8)端面及外圆车削加工

端面及外圆的车削加工要用到插补指令G01。

为正确地编写数控程序，应在编写程序前根据工件的情况选择工件原点。确定好工件原点后，还必须确定刀具的起始点。

编程时还应考虑车削外圆的始点和端面车削的始点,这两点的确定应结合考虑工件的毛坯情况。如果毛坯余量较大，应进行多次粗车，最后进行一次精车，因而每次的车削始点都不相同。图9

确定车削原点a)工件原点在左端面时

b)工件原点在右端面时1)工件原点在左端面o0001/*程序编号o0001N0G50X85.0Z210.0；/*设置工件原点在左端面N1G30U0W0；/*返回第二参考点N2G50S1500T0101M08；/*限制最高主轴转速为1500r／min，调01号刀具，M08为打开冷却液N3G96S200M03；/*指定恒切削速度为200m／minN4G00X40.4Z153.0；/*快速走到外圆粗车始点N6X60.4；/*台阶车削N8G00X62.0Z150.2；/*刀具快速退到点(62.0,150.2)N9X41.0；/*刀具快速走到点(41.0，150.2)N10G01X-1.6；/*车削右端面N1lG00Zl52.0；/*刀具快速退到点（-1.6，152.0）N12G30U0W0；/*直接回第二参考点以进行换刀N13(Finishing)；/*精车开始,括号为程序说明N14G50S1500T0202；/*限制最高主轴转速为1500r／min，调02号刀具N15G96S250；/*指定恒切削速度为250m／minN16G00X40.0Z153.0；/*快速走到外圆精车始点(40.0，153)N17G42G01Z151.0F0.15;/*调刀尖半径补偿，右偏N19X60.0；/*台阶精车N21G40G00X62.0Z150.0；/*取消刀补N22X41.0；/*刀具快速走到点(41.0，150.0)N23G41G01X40.0；/*调刀尖半径补偿，左偏N24G01X-1.6；/*精车右端面N25G40G00Zl52.0M09；/*取消刀补,切削液关N26G30U0W0M05；/*返回第二参考点，主轴停止N27M30；/*程序结束2)工件原点在右端面：工件原点设置在右端面与设置在左端面的区别仅在于Z坐标为负值，程序编写过程完全相同。O0002；/*程序编号N0G50X85.0Z90.0/*设置工件原点在右端面N2G30U0W0；/*返回第二参考点N4G50S1500T0101M08；/*限制最高主轴转速

N6G96S200M03；/*指定恒切削速度为200m／min，主轴逆时针旋转N8G00X30.4Z3.0；/*快速走到点(30.4，3.0)N12U30.0W-50.0；/*粗车锥面N16G00Ul.6W90.2;/*刀具快速走到点(62.0，0.2)N18U-31.0；/*刀具快速走到点(3l，0.2)N20G01U-32.6；/*粗车端面N22G00W2.0；/*刀具快速走到点(-1.6，2)N24G30U0W0；/*返回第二参考点N26(Finishing)；/*精车开始N28G50S1500T0202;/*设置主轴最高转速1500r／min，调2号刀具N30G96S250；/*指定恒切削速度为250m／minN32G00X30.0Z3.0；/*刀具快速走到精车始点(30.0，3.0)N34G42G01W-2.0F0.15;/*调刀尖半径补偿，右偏N38U30.0W-50.0；/*精车锥面N42G40G00U2.0W90.0；/*取消刀补，刀具快速走到点(62，0.0)N44U-31.0；/*刀具快速走到点(31，0.0)N46G41G01U-1.0；/*调刀尖半径补偿，左偏N48G01U-32.6；/*精车端面N50G40G00W2.0M09；/*取消刀补，刀具快速走到点(1.6，2.0)N52G30U0W0M30；/*返回参考点，程序结束实例：

如图10所示零件图10

数控车削综合编程实例N0050G01X32Z0;

N0110G02X16Z-15R2;N0060G01X-0.5;

N0120G01X20;N0070G00Z1;

N0130G01Z35;N0080G00X10;

N0140X26;N0090G01X12Z1;

N0150Z50;N0100G01X12Z1;

N0160X32;为1500r／min，调1号刀具，M08为打开冷却液在这种情况下，如果设置指令写成：

G50X0Z0；G02、G03指令表示刀具以Ｆ进给速度从圆弧起点向圆弧终点进行圆弧插补。刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置。

当车削加工余量较大，需要多次进刀切削加工时，可采用循环指令编写加工程序，这样可减少程序段的数量，缩短编程时间和提高数控机床工作效率。根据刀具切削加工的循环路线不同，循环指令可分为单一固定循环指令和多重复合循环指令。(1)单一固定循环指令

对于加工几何形状简单、刀具走刀路线单一的工件，可采用固定循环指令编程，即只需用一条指令、一个程序段完成刀具的多步动作。固定循环指令中刀具的运动分四步：进刀、切削、退刀与返回。1)外圆切削循环指令（G90）指令格式:G90X（U）_Z（W）_R_F_指令功能:实现外圆切削循环和锥面切削循环。

刀具从循环起点按图11与图12所示走刀路线，最后返回到循环起点，图中虚线表示按Ｒ快速移动，实线表示按F指定的工件进给速度移动。图11

外圆切削循环图12

锥面切削循环指令说明:①X、Z表示切削终点坐标值；②U、W表示切削终点相对循环起点的坐标分量；③R表示切削始点与切削终点在Ｘ轴方向的坐标增量（半径值），外圆切削循环时R为零，可省略；④Ｆ表示进给速度。例题如图13所示，运用外圆切削循环指令编程。

G90X40Z20F30A-B-C-D-A

X30

A-E-F-D-A

X20

A-G-H-D-A图13

外圆切削循环例题

例题如图14所示，运用锥面切削循环指令编程。G90X40Z20R-5F30

A-B-C-D-A

X30

A-E-F-D-A

X20

A-G-H-D-A图14

锥面切削循环例题2)端面切削循环指令（G94）指令格式:G94X（U）_Z（W）_R_F_指令功能:实现端面切削循环和带锥度的端面切削循环。刀具从循环起点，按图15与图16所示走刀路线，最后返回到循环起点，图中虚线表示按R快速移动，实线按Ｆ指定的进给速度移动。图15

端面切削循环

图16

带锥度的端面切削循环

①X、Z表示端平面切削终点坐标值；②U、W表示端面切削终点相对循环起点的坐标分量；③R表示端面切削始点至切削终点位移在Z轴方向的坐标增量，端面切削循环时R为零，可省略；④F表示进给速度。例题:如图17所示，运用端面切削循环指令编程。G94X20Z16F30A-B-C-D-A

Z13A-E-F-D-A

Z10A-G-H-D-A图17

端面切削循环例题

图18

带锥度的端面切削循环例题例题:如图18所示，运用带锥度端面切削循环指令编程。G94X20Z34R-4F30A-B-C-D-A

Z32

A-E-F-D-A

Z29A-G-H-D-A(2)多重复合循环指令（G70——G76)

运用这组G代码，可以加工形状较复杂的零件，编程时只须指定精加工路线、径向轴向精车留量和粗加工背吃刀量，系统会自动计算出粗加工路线和加工次数，因此编程效率更高。

在这组指令中，G71、G72、G73是粗车加工指令，G70是G71、G72、G73粗加工后的精加工指令，G74是深孔钻削固定循环指令，G75是切槽固定循环指令，G76是螺纹加工固定循环指令。1)外圆粗加工复合循环（G71）指令格式：G71UΔdRe

G71PnsQnfUΔuWΔwFfSsTt指令功能：切除棒料毛坯大部分加工余量，切削是沿平行Z轴方向进行，如图19所示。A为循环起点，A-A'-B为精加工路线。图19

外圆粗加工复合循环

图20

端面粗加工复合循环指令说明:①Δd表示每次切削深度（半径值），无正负号；②e表示退刀量（半径值），无正负号；③ns表示精加工路线第一个程序段的顺序号；④nf表示精加工路线最后一个程序段的顺序号；

⑤Δu表示X方向的精加工余量，直径值；例题:如图21所示，运用外圆粗加工循环指令编程。图21

外圆粗加工复合循环例题N010G50X150Z100N020G00X41Z0N030G71U2R1N040G71P50Q120U0.5W0.2F100N050G01X0Z0N070G01W-10N080X17W-10N090W-15N120

X41N130

G70

P50

Q120

F302)端面粗加工复合循环（G72）指令格式:G72WΔdRe

G72PnsQnfUΔuWΔwFfSsTt指令功能:除切削是沿平行X轴方向进行外，该指令功能与G71相同，如图20所示。指令说明:Δd、e、ns、nf、Δu、Δw的含义与G71相同。例题:如图22，运用端面粗加工循环指令编程。图22

端面粗加工复合循环例题

图23

固定形状切削复合循环N010G50X150Z100N020G00X41Z1N030G72W1R1N040G72P50Q80U0.1W0.2F100N050G00X41Z-31N060G01X20Z-20N070Z-2N080X14Z1N090G70P50Q80F303)固定形状切削复合循环（G73）指令格式:G73UΔiWΔkRd

G73PnsQnfUΔuWΔwFfSsTt指令功能:适合加工铸造、锻造成形的一类工件，见图23所示。指令说明:Δi表示X轴向总退刀量（半径值）；ΔK表示Z轴向总退刀量；d表示循环次数；ns表示精加工路线第一个程序段的顺序号；nf表示精加工路线最后一个程序段的顺序号；Δu表示X方向的精加工余量（直径值）；Δw表示Z方向的精加工余量。①固定形状切削复合循环指令的特点：a.刀具轨迹平行于工件的轮廓，故适合加工铸造和锻造成形的坯料;b.背吃刀量分别通过X轴方向总退刀量Δi和Z轴方向总退刀量ΔK除以循环次数d求得;c.总退刀量Δi与ΔK值的设定与工件的切削深度有关。②使用固定形状切削复合循环指令，首先要确定换刀点、循环点A、切削始点A’和切削终点B的坐标位置。分析上图，A点为循环点，A’→B是工件的轮廓线，A→A’→B为刀具的精加工路线，粗加工时刀具从A点后退至C点，后退距离分别为Δi＋Δu/2，Δk＋Δw，这样粗加工循环之后自动留出精加工余量Δu/2、Δw。③顺序号ns至nf之间的程序段描述刀具切削加工的路线。例题:如图14所示，运用固定形状切削复合循环指令编程。图24

固定形状切削复合循环例题

图25

复合固定循环举例N010G50X100Z100N020G00X50Z10N030G73U18W5R10N040G73P50Q100U0.5W0.5F100N050G01X0Z1N060G03X12W-6R6N070G01W-10N080X20W-15N090W-13N100G02X34W-7R7N110G70P50Q100F304)精车复合循环（G70）指令格式：G70PnsQnf指令功能：用G71、G72、G73指令粗加工完毕后，可用精加工循环指令，使刀具进行A-A｀-B的精加工，(如图24)指令说明：ns表示指定精加工路线第一个程序段的顺序号；nf表示指定精加工路线最后一个程序段的顺序号；G70～G73循环指令调用N(ns)至N(nf)之间程序段，其中程序段中不能调用子程序。5)复合固定循环举例（G71与G70编程）

加工图25所示零件，其毛坯为棒料。工艺设计参数为：粗加工时切深为7mm，进给速度0.3mm/r，主轴转速500r/min;X向（直径上）精加工余量为4mm，z向精加工余量为2mm，进给速度为0.15mm/r,主轴转速800mm/min。程序设计如下：N01G50X200.0Z220.0;N02G00X160.0Z180.0M03S800;N03G71P04Q10U4.0W2.0D7.0F0.3S500;N04G00X40.0S800;N05G01W-40.0F0.15;N06X60.0W-30.0;N07W-20.0;N08X100.0W-10.0;N09W-20.0;N10X140.0W-20.0;N11G70P04Q10;N12G00X200.0Z220.0;N13M05;N14M30;(1)单行程螺纹切削指令G32（G33,G34）指令格式：G32X（U）_Z（W）_F_指令功能：切削加工圆柱螺纹、圆锥螺纹和平面螺纹。指令说明：格式中的X（U）、Z（W）为螺纹中点坐标，F为以螺纹长度L给出的每转进给率。L表示螺纹导程，对于圆锥螺纹（图26），其斜角α在45°以下时，螺纹导程以Z轴方向指定；斜角α在45°～90°时，以X轴方向指定。①圆柱螺纹切削加工时，X、U值可以省略，格式为：

G32Z（W）_F_；②端面螺纹切削加工时，Z、W值可以省略，格式为：

G32X（U）_F_；③螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段δ1和降速退刀段δ2，即在程序设计时，应将车刀的切入、切出、返回均应编入程序中。图26

螺纹切削

图27

螺纹切削应用螺纹切削例题：

如图27所示，走刀路线为A-B-C-D-A，切削圆锥螺纹，螺纹导程为4mm,δ1=3mm，δ2=2mm，每次背吃刀量为１mm，切削深度为2mm。G00X16G32X44

W-45F4G00X50

W45X14G32X42

W-45F4G00X50

W45(2)螺纹切削循环指令（G92）指令格式:G92X（U）_Z（W）_R_F_指令功能:切削圆柱螺纹和锥螺纹，刀具从循环起点，按图28与图29所示走刀路线，最后返回到循环起点，图中虚线表示按R快速移动，实线按F指定的进给速度移动。图28

切削圆柱螺纹

图29

切削锥螺纹指令说明：①X、Z表示螺纹终点坐标值;②U、W表示螺纹终点相对循环起点的坐标分量；③R表示锥螺纹始点与终点在Ｘ轴方向的坐标增量（半径值），圆柱螺纹切削循环时Ｒ为零，可省略；④F表示螺纹导程。例题:如图30所示，运用圆柱螺纹切削循环指令编程。图30

切削圆柱螺纹例题

图31

切削锥螺纹例题G50X100Z50G97S300T0101M03G00X35Z3G00X100Z50T0000M05M02例题:如图31所示，运用锥螺纹切削循环指令编程。G50X100Z50G97S300T0101M03G00X80Z2G92X49.6Z-48R-5F2

X47G00X100Z50T0000M05M02(3)螺纹切削复合循环（G76）

指令格式:G76PmraQΔdminRd

G76X（U）_Z（W）_RiPkQΔdFf指令功能：该螺纹切削循环的工艺性比较合理，编程效率较高，螺纹切削循环路线及进刀方法如图32所示。图32

螺纹切削复合循环路线及进刀法指令说明：②r表示斜向退刀量单位数，或螺纹尾端倒角值，在0.0f—9.9f之间，以0.1f为一单位，(即为0.1的整数倍)，用00—99两位数字指定，(其中f为螺纹导程）；③a表示刀尖角度；从80°、60°、55°、30°、29°、0°六个角度选择；④Δdmin：表示最小切削深度，当计算深度小于Δdmin，则取Δdmin作为切削深度；⑤d：表示精加工余量，用半径编程指定；Δd：表示第一次粗切深（半径值）；⑥X、Z：表示螺纹终点的坐标值；⑦U：表示增量坐标值；⑧W：表示增量坐标值；⑨I：表示锥螺纹的半径差，若I=0,则为直螺纹；⑩k：表示螺纹高度（X方向半径值）；G76螺纹车削实例

图33所示为零件轴上的一段直螺纹，螺纹高度为3.68，螺距为6，螺纹尾端倒角为1.1L，刀尖角为60°，第一次车削深度1.8，最小车削深度0.1,精车余量0.2，精车削次数1次，螺纹车削前先精车削外圆柱面，其数控程序如下：图33

螺纹切削多次循环G76指令编程实例

O0028/程序编号N0G50X80.0Z130.0;/设置工件原点在左端面N2G30U0W0;/返回第二参考点N4G96S200T0101M08M03;/指定切削速度为200m/min,调外圆车刀N6G00X68.0Z132.0;/快速走到外圆车削起点（68.0，132.0）N7G42G01Z130.0F0.2;N8Z29.0F0.2;/外圆车削N9G40G00U10.0;N10G30U0W0;N12G97S800T0202M08M03;/取消恒切削速度，指定主轴转速800r/min,调螺纹车刀N14G00X80.0Z130.0;/快速走到螺纹车削循环始点（80.0，130.0）N16G76P011160Q0.1R0.2;/循环车削螺纹N18G76X60.64Z25.0P3.68Q1.8F6.0;N20G30U0W0M09;N22M30;①m表示精车重复次数，从1—99；⑥Δw表示Z方向的精加工余量。结语数控机床的发展史与数控机床的基本指令课题的研究。在发达国家中，数控机床已经大量普遍使用。我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到2％对于目前我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用。原因是多方面的，数控人才的匾乏无疑是主要原因之一、由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术，我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。致谢感谢我的导师杨老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。

感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

参考文献1、《机械设计》，吴克坚等主编，高等教育出版社，2002年2、《机械原理》，王知行等主编，高等教育出版社，2000年3、《Mechanismsandmachinetheory》，叶仲和等主编，高等教育出版社，2001年4、《机械原理学习指南》（第四版），陈作模主编，高等教育出版社，2001年5、《机械原理作业集》（第二版），葛文杰主编，高等教育出版社。2001年6、《