数控加工工艺与编程基础知识

《数控加工技术》课程改革的几点思考

《数控加工技术》是高职高专数控技术和其他许多机电类专业的一门主干专

业课，它以培养学生熟练掌握数控设备基本编程技能和数控设备的应用能力为目

标。根据高职高专学生的培养目标，有必要对《数控加工技术》这门课程进行教

学改革，从教学内容，课程体系，教学方法与手段和实践教学体系进行改革，以

提高教学质量，培养掌握数控技术的应用型、技能型人才，满足市场对该类人才

的需求。

1.教学内容的调整

根据高职教育的特点，课程教学内容要围绕知识、能力、素质这三方面来进

行，同时，必须有基础性、实用性、时效性和新颖性。《数控加工技术》理论教

学内容包括计算机数控系统、数控机床机械机构、数控编程等内容。由于数控技

术发展很快，因此，《数控加工技术》这门课程应紧跟数控技术的发展，将目前

有关数控技术应用方面的新知识、新技术及时传授给学生，所以，应对课程内容

与教材随时进行更新和调整。教材以讲明基本概念、基本原理为度，应删去一些

繁锁的计算过程和一些过时的教学内容。例如，由于自动编程在数控编程中已得

到广泛应用，可将教材中一些复杂曲线的数学处理等内容进行了压缩；因穿孔纸

带在企业中已很少使用，这部分内容也可以删减；由于高职学生主要是技能的培

养，因此，有必要对理论性太强、岗位实用性较低的内容进行删减，突出实践技

能性强的教学内容，所以对数控加工的原理也可以只进行简单讲解，还应将教材

中内容接近的部分进行合并。同时还应根据不同的专业对《数控加工技术》课程

教学内容按不同要求进行编排。如对于机械制造及计算机辅助设计专业，主要讲

授数控机床机械结构、数控车床、铳床、加工中心、计算机辅助编程。对于模具

设计与制造专业主要讲授数控车床、铳床、加工中心编程、数控电火花、线切割

机床编程。这样，《数控加工技术》课程教学内容的安排就体现了系统性、完整

性、科学性和先进性，同时要注重汲取近期先进制造技术和数控技术的最新研究

成果，注重知识的前后连贯，注重基础知识的完整性。

2.教材的建设

教材是教学改革的物化成果。在确定了课程基本内容后，教材的编写就成为

有效提高课程教学质量的重要方式之一。在《数控加工技术》课程教材的建设中，

应以课程的基本要求为基础。以教材设计的教学目标分类原则为理论指导，进行

高职高专《数控加工技术》教材的编写。根据教学目标分类学理论，笔者认为可

将认知领域的教学目标分为知识、理解、应用、分析、综合等5个类别。知识级

涉及的主要是心理过程的记忆。本课程知识级主要教学目标是：数控编程基本概

念的名称、定义；数控编程中的基本规则以及数控编程中常用代码的意义、用途。

“理解”是能力发展的一个基本层次，是对知识材料的转换、解释、推断。本课

程理解级教学目标是理解数控编程的定义、字与字的功能、程序格式；解释坐标

系规则、定义，并识别各典型机床坐标系；理解数学处理的基本方法；解释常用

代码的定义、使用方法及编写格式，各代码间的区别与联系；理解典型数控机床

加工程序编制的基础（机床主要功能、加工工艺范围、工艺装备、编程特点等）。

“应用”是将知识和技能运用到实际中解决新问题。本课程应用级主要教学目标:

掌握典型数控机床的常规编程方法；进行一般形状零件加工程序的分析及编制。

“分析”是对一项信息，找出其构成的要素或部分，使得观念中相关的层次更为

清楚，并且使得观念与观念的关系更为明白。本课程分析级主要教学目标：分析

数控机床编程中，各项功能的适用场合，并使用其进行编程；对典型数控机床的

对刀调整、工作台调整、程序调整等进行分析，并确定正确方法。综合是将多元

素或部分加以组合以形成一个整体。

本课程中“综合”级教学目标主要表现为能对较复杂零件进行数控加工程

序的多方案比较，对较复杂零件进行工艺、程序、加工调整分析，并确定加工方

案。

教学目标分类理论的基本精神是教学要循序渐进，层层深入，这是教材设计

的基本原则，遵循这一原则能有效提高教材的科学性、适用性和针对性。高职教

材的编写必须要遵循这一基本理论，才能形成高职教材的特色。

3.教学手段的改革

媒体与手段是现代教育技术的一个重要组成部分，随着计算机技术的普及,

通讯技术和传媒手段迅猛发展，教学方法、教学手段应随着科学的发展而改变。

一张嘴、一本书、一块黑板、一支粉笔的传统教学方法已不适合现代学习的要求,

取而代之的将是录音、幻灯、录像、电视，特别是多媒体电脑，以其丰富的信息

储备、快速的运行速度、强烈的感染力成为教师首选的教学手段。利用多媒体课

件进行《数控加工技术》课程的教学，可以使教学生动、形象，提高学生学习兴

趣。

过去学生在学习《数控加工技术》课程时，普遍感觉这门课枯燥、难学，但

如果利用电子教案，采用多媒体形式组织教学，同时利用数控加工的仿真软件，

对学生编制出的数控程序进行仿真加工，这样就会使教学直观、形象，也会大大

提高学生的学习兴趣，使他们感觉数控编程不但易懂、易学，而且实用，这样就

会对《数控加工技术》产生浓厚的兴趣，学好这门课也就不是难事了。利用多媒

体课件进行《数控加工技术》课程的教学也可以减轻学生负担，提高课堂利用率。

传统的教学方式i般是老师在上面讲，学生在下面做笔记。有些同学往往顾了做

笔记就顾上听课，常常一堂课下来，笔记做了不少，但脑子却是一片空白。采用

多媒体课件授课，学生无需做笔记，只须专心听课，课后将电子教案一COPY就

行了，复习时也非常轻松，而且多媒体课件的信息量也非常丰富，还可以解决课

时不足的问题。另外，传统的授课方法，不但板书需要花费大量时间，而且课堂

气氛比较沉闷，教学效果也较差。但采用多媒体课件授课，就会大大节约课堂的

教学时间，提高课堂的利用率

4.考试方法的改革

考试是教师和学生每学期都必须经历的事情。学生可以通过考试，对学期所

学课程进行系统的、综合的复习；教师也以通过考试了解学生的学习情况，检查

自己的教学教学效果。然而，采用什么样的考试方法，怎样考核学生，是十分重

要的。好的考试方法，可以调动学生学习的积极性。培养学生自主学习的能力，

改善学生学习的风气，促进教学。为了寻找一种科学的、合理的、有效的考试方

法，我认为有必要对目前的考试方法进行改革。考试应该采取多种形式进行，才

能反映学生各方面能力水平。考试成绩可以由三项内容组成：笔试（50%）+操

作考试（30%）+综合考试（20%）=总成绩（100%）。1）笔试：主要考核学生

对本课程基本理论知识的掌握情况（50分）；试卷可以采用从试题库中随机抽取

的办法，这样真正做到“教考分离”。2）操作考试：主要考核学生操作数控机床

基本技能（30分）；3）综合考试：每个学生独立加工一个零件，考核学生综合

运用知识的能力（20分）。

5.实践教学的改革

高职专业课程的显著特点之一就是实践性强。为此，必须要重点建设好与理

论教学体系互相联系、相互融合的实践教学体系，理论教学体系，必须与实践教

学体系相结合，才能培养出高素质、高技能的应用型人才。《数控加工技术》是

一门实践性很强的课程。为了达到数控技术和其他机械类专业对本课程的要求，

必须建立本课程独立的实践教学体系，即数控机床结构及编程实验——数控机床

操作实训——综合实践训练。

1）课程实验

主要开设数控机床结构实验，使学生了解数控机床的机械结构，同时开设数

控编程的实验，包括①手工编程：每个学生一台模拟编程器，完成数控车床、铳

床编程训练。②计算机辅助编程（自动编程）。每个学生一台计算机及配套CAD

/CAM软件，完成复杂形状零件自动编程训练，通过编程训练使学生掌握数控编

程的方法和技巧。

2）数控机床操作实训

对学生进行数控车床、铳床和加工中心实际操作训练，使学生掌握数控机床、

加工中心的程序输入、刀具参数设置、机床调整、机床维护知识，使学生能够操

作数控机床并加工出合格零件，培养学生操作机床的基本技能。

3）综合实践训练

学生自己选择中等复杂程度的零件，分析零件结构、制订工艺过程、工艺路

线，选择数控机床、刀具、夹具等，编制加工程序，自己动手操作加工出零件，

培养学生综合运用所学理论知识解决实际问题的能力。

FANUC常用的G代码和M代码

G功能字FANUC系统

G00—快速移动点定位

G01一直线插补

G02一顺时•针圆弧插补

G03一逆时针圆弧插补

G04一暂停

G17—XY平面选择

G18—ZX平面选择

G19—YZ平面选择

G32—螺纹切削-一

G33一恒螺距螺纹切削

G40一刀具补偿注销刀具补偿注销

G41一刀具补偿——左刀具补偿

G42一刀具补偿——右刀具补偿

G43一刀具长度补偿——正

G44一刀具长度补偿——负

G49一刀具长度补偿注销

G50一主轴最高转速限制

G54-G59加工坐标系设定零点偏置

G65一用户宏指令

G70一精加工循环英制

G71一外圆粗切循环米制

G72一端面粗切循环

G73一封闭切削循环

G74—深孔钻循环

G75一外径切槽循环

G76—复合螺纹切削循环

G80一撤销固定循环撤销固定循环

G81一定点钻孔循环固定循环

G90一绝对值编程绝对尺寸

G91—增量值编程增量尺寸

G92—螺纹切削循环主轴转速极限

G94—每分钟进给量直线进给率

G95—每转进给量旋转进给率

G96一恒线速控制恒线速度

G97一恒线速取消注销

G98一返回起始平面

G99一返回R平面

M功能字含义表

M00—程序停止

M01—计划停止

M02一程序停止

M03一主轴顺时针旋转

M04—主轴逆时针旋转

M05一主轴旋转停止

M06一换刀

M07—2号冷却液开

M08—1号冷却液开

M09—冷却液关

M30一程序停止并返回开始处

M98一调用子程序

M99一返回子程序

加工中心几个常用指令的编程技巧

1、MOO、MOI、M02和M30的区别与联系

学生在初学加工中心编程时，对以上几个M代码容易混淆，主要原因是学

生对加工中心加工缺乏认识，加上个别教材叙述不详细。它们的区别与联系如下:

M00为程序暂停指令。程序执行到此进给停止，主轴停转。重新按启动按钮后，

再继续执行后面的程序段。主要用于编程者想在加工中使机床暂停（检验工件、

调整、排屑等）。

M01为程序选择性暂停指令。程序执行时控制面板上“选择停止”键处于

“ON”状态时此功能才能有效，否则该指令无效。执行后的效果与M00相同，常

用于关键尺寸的检验或临时暂停。

M02为主程序结束指令。执行到此指令，进给停止，主轴停止，冷却液关

闭。但程序光标停在程序末尾。

M30为主程序结束指令。功能同M02,不同之处是，光标返回程序头位置,

不管M30后是否还有其他程序段。

2、刀具补偿参数地址D、H的应用

在部分数控系统（如FAUNC）中，刀具补偿参数D、H具有相同的功能，可

以任意互换，它们都表示数控系统中补偿寄存器的地址名称，但具体补偿值是多

少，关键是由它们后面补偿号地址中的数值来决定。所以在加工中心中，为了防

止出错，一般人为规定H为刀具长度补偿地址，补偿号从1〜20号，D为刀具半

径补偿地址，补偿号从21号开始（20把刀的刀库）。

例如：G00G43H1Z60.0;

G01G41D21X30.0Y45.0F150;

3、G92与G54-G59的应用

G54-G59是调用加工前设定好的坐标系，而G92是在程序中设定的坐标系,

用了G54〜G59就没有必要再使用G92,否则G54〜G59会被替换，应当避免。

注意：（1）一旦使用了G92设定坐标系，再使用G54〜G59不起任何作用，

除非断电重新启动系统，或接着用G92设定所需新的工件坐标系。（2）使用G92

的程序结束后，若机床没有回到G92设定的原点，就再次启动此程序，机床当前

所在位置就成为新的工件坐标原点，易发生事故。所以，一定要慎用。

4、暂停指令

G04X_/P_是指刀具暂停时间（进给停止，主轴不停止），地址P或X后的

数值是暂停时间。X后面的数值要带小数点，否则以此数值的千分之一计算，以

秒（s）为单位，P后面数值不能带小数点（即整数表示），以毫秒（ms）为单位。

加工坐标系选择指令G54~G59数控铳床编程

摘要：加工坐标系选择指令G54飞59femdasho数控铳床编程书写格式：G

54G90GOO(G01)X-Y~Z~(F〜)。该指令执行后，所有坐标值指定的坐标

尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。1~6号工件加工坐标系是通过CRT/

MDI方式设置的。

加工坐标系选择指令G54~G59——数控铳床编程

一、书写格式：G54G90GOO(G01)X-Y-Z-(F〜)；

该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中

的位置。1〜6号工件加工坐标系是通过CRT/MDI方式设置的。

例：在图中，用CRT/MDI在参数设置方式下设置了两个加工坐标系：

G54：X-50Y-50Z-10

G55：X-100Y-100Z-20

这时，建立了原点在0'的G54加工坐标系和原点在0"的G55加工坐标系。若

执行下述程序段：

N10G53G90XOYOZ0

N20G54G90G01X50YOZOF100

N30G55G90G01X100YOZOF100

则刀尖点的运动轨迹如图中0AB所示。

二、注意事项

(1)G54与G55〜G59的区别

G54-G59设置加工坐标系的方法是一样的，但在实际情况下，机床厂家家为了

用户的不同需要，在使用中有以下区别：利用G54设置机床原点的情况下，进行

回参考点操作时机床坐标值显示为G54的设定值，且符号均为正；利用G55〜G5

9设置加工坐标系的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示零值。

(2)G92与G54〜G59的区别

G92指令与G54〜G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区

别的。G92指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系

原点与当前刀具所在的位置有关，这一加工原点在机床坐标系中的位置是随当前

刀具位置的不同而改变的。

(3)G54-G59的修改

G54-G59指令是通过MDI在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一旦设定，

加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关，除非再通

过MDI方式修改。

(4)应用范围

本课程所例加工坐标系的设置方法，仅是FANUC系统中常用的方法之」其余不

一一例举。其它数控系统的设置方法应按随机说明书执行。

(5)常见错误

当执行程序段“G92X10Y10”时，常会认为是刀具在运行程序后到达X10Y

10点上。其实，G92指令程序段只是设定加工坐标系，并不产生任何动作，

这时刀具已在加工坐标系中的X10Y10点上。

G54〜G59指令程序段可以和GOO、GO1指令组合,如G54G90G01X10Y

10时，运动部件在选定的加工坐标系中进行移动。程序段运行后，无论刀具当

前点在哪里，它都会移动到加工坐标系中的X10Y10点上。

CAD/CAM技术发展现状与产品分析

经过四十多年的发展，CAD/CAM技术有了长足的进步。现在CAD/CAM主要运

行在工作站或微机平台上。工作站虽然性能优越，图形处理速度快，但价格却十

分昂贵，这在一定程度上限制了CAD/CAM技术的推广。随着Pentium芯片和Win

dowsNT操作系统的出现并流行，以前只能运行在工作站上的CAD/CAM软件现在

也可以运行在微机上。由于微机的价格远远比工作站低，性能也不比中低档工作

站逊色多少，并且WindowsNT操作系统的安全性与DOS、Windows3.x>Windows9

5/98等操作系统相比有了很大提高。所以，微机平台为普及CAD应用创造了绝

好的条件。在此基础上，CAD/CAM软件厂商展开了新一轮的竞争。一方面工作站

上著名的CAD/CAM的软件(如UG、CATIA)全功能地移植到微机平台，使微机完

全对等地实现了工作站环境的处理能力；另一方面CAD/CAM软件打破了原有Uni

x环境的桎梏，在Windows平台上全面拓展。Pentium以上处理器和NT环境已经

或者正在成为CAD/CAM软件运行和应用的主流平台。当今CAD/CAM软件动态如

下：

-、使用微机作为开发和应用平台

微机平台的CAD/CAM软件的特点是：

1.采用Windows环境

采用WindowsNT操作系统是新一代推出的微机CAD/CAM软件的共同特点。现

在，个人计算机已经具备了与中低档工作站竞争的实力，再加上其价格低廉，使

得普及CAD应用成为可能。Windows平台上的新一代CAD/CAM软件基本上都采用

典型的Windows界面和操作规范，同时由于DDE和OLE技术的广泛应用，这些C

AD/CAM软件可以与Windows平台的其他软件进行动态数据交换，也可以在不退

出CAD/CAM软件的前提下嵌入(或链接)其他应用程序的对象。

2.采用COM技术

COM(ComponentObjectModel)是国际上为提高软件稳定性和开发效率而引入

的重要技术。现今推出的Windows平台的CAD/CAM软件都或多或少地应用了COM

技术。通过使用现成的组件，软件开发商可以避免软件开发中许多烦琐和困难的

基础部分，从而可以从极高的起点出发，大大缩短CAD软件上市周期，这样容易

取得竞争优势。

同时，由于采用面向对象技术，使得微机CAD软件的可维护性和可扩展性得

以增强。

3.吸收Unix平台软件的优点

新一代微机平台CAD软件充分吸取Unix工作站软件的精华。诸如参数驱动、

特征造型、动态导航、二维与三维双向相关、STEP标准和动态图形显示等这些

比较好的特点已经被微机平台软件全部吸收。

二、PDM技术的实施

随着CAD技术的推广，原有的技术管理系统面临着巨大的挑战。在采用计算

机辅助设计以前，产品的设计、工艺和经营管理过程中涉及到的各类图纸、技术

文档、工艺卡片、生产单、更改单、采购单、成本核算单和材料清单等均由人工

编写、审批、归类、分发和存档，所有的资料均通过技术资料室进行统一管理。

自从采用计算机技术之后，上述与产品有关的信息都变成了电子信息。简单地采

用计算机技术模拟原来人工管理资料的方法往往不能从根本上解决先进的设计

制造手段与落后的资料管理之间的矛盾。要解决这个矛盾，必须采用PDM技术。

PDM（产品数据管理）是从管理CAD/CAM系统的高度上诞生的先进的计算机

管理系统软件。它管理的是产品整个生命周期内的全部数据。工程技术人员根据

市场需求设计的产品图纸和编写的工艺文档仅仅是产品数据中的一部分。PDM系

统除了要管理上述数据外，还要对相关的市场需求、分析、设计与制造过程中的

全部更改历程、用户使用说明及售后服务等数据进行统一有效的管理。由此可见,

PDM系统管理的产品信息将涉及到企业的产品设计、工艺、制造、经营和服务等

部门。因此，PDM系统的实施具有涉及面广、信息工作量大等特点。

实施PDM技术可以实现并行工程，提高产品设计效率，支持全面质量管理，

实现人、过程、技术三者的平衡。因此它可以为企业带来巨大收益。PDM技术实

施与CAD/CAM技术的实施不一样，前者调整的是企业的管理模式。将原来的人工

管理方式转变为PDM的计算机管理模式，既要兼顾原有的管理习惯，又要考虑信

息集成的要求。由于企业技术环境、管理水平、企业文化等方面的差异，每个企

业的PDM实施过程都不会相同。只有对企业的计算机环境、企业过程以及PDM

的总体目标有了充分的理解后，全面地分析企业对PDM产品的详细需求，才能选

出最适合本企业发展的PDM产品和解决方案。

目前国际主流的PDM产品有UG的IMAN,SDRC的Metaphase等软件，国内P

DM产品有高华PDM,华中PDM等。

三、现代集成制造系统（CIMS）的研究及应用

1973年美国的瑟夫哈林顿博士在《ComputerlntegratedManufacturing》•

书中首次提出CIM（ComputerlntegratedManufacturing）的概念。它的内涵是借

助计算机，把企业中与制造有关的各种技术系统地集成起来，进而提高企业适应

市场竞争的能力。这个概念强调了两个方面：（1）企业的各个生产环节是不可分割

的，需要统一安排组织。（2）产品制造过程实质上是信息采集、传递、加工处

理的过程。

CIM是一个先进的思想，但是由于当时技术水平的限制，直到80年代初，

这个思想才被制造领域重视并采用。近十余年来，在市场竞争的激励与相关技术

进步的推动下，CIM在实践中被不断充实、完善与发展。从这个概念出发，经历

了信息集成、过程集成和企业集成的研究和实践，我们提出了现代集成制造系统

（ContemporarylntegratedManufacturingSystem,CIMS）的概念。

我国于1986年3月提出863/CIMS主题计划，从而开始了对CIMS的全面研

究和实施。863/CIMS主题研究和实施技术的核心是现代集成制造，其中集成分

为三个阶段：信息集成、过程集成（如并行工程）和企业集成（如敏捷制造）。

下面我们分别简要介绍这三种集成。

1.信息集成

在企业内部实现信息正确、高速的共享和交换，是改善企业技术和管理水平

必须首先解决的问题。

信息集成对于提高企业的市场竞争力是有效的，但是直到现在实施信息集成

的手段还比较落后。这使得企业CIMS应用工程开发周期长，质量不易得到保证。

所以，信息集成在今后仍然是企业信息化的主要内容，也是实施诸如并行工程技

术的基础。在我国以信息集成为主要内容的CIMS应用工程，将仍是今后大多数

企业信息化过程中必然要经历的。

2.过程集成

传统串行作业的设计、开发过程，往往会造成产品开发过程中出现反复，使

产品开发周期长、成本增加。如果把产品设计中的各个串行过程尽可能多地转变

为并行工程，在设计时考虑到下面工序中的可制造性、可装配性，则可以减少反

复，缩短开发时间。并行工程便是基于这一思想的一种先进制造模式。

3.企业集成

为提高自身的市场竞争力，企业必须面对全球制造的新形势，充分利用全球

的制造资源，以便更好、更快、更节省地响应市场，这就是敏捷制造的来源。敏

捷制造的组织形式是企业之间针对某一特定产品，建立企业动态联盟(即所谓的

虚拟企业)。企业这种不断结盟的能力正是企业敏捷性的标志之一。

四、目前国内国外流行的CAD/CAM软件

CAD/CAM技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机

时代，每个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。现在，工作站和微机平台CAD/C

AM软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。

下面我们将分别介绍国内外•些流行的软件。

(一)、国外软件

1.Unigraphics(UG)

UG是UnigraphicsSolutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/C

AM模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在UG中，优越的参数化和变量

化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有

力的，并被大多数CAD/CAM软件厂商所采用。

UG最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面

造型等功能发展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司

的CAD/CAE/CAM/CIM主导系统，这进一步推动了UG的发展。1997年10月Unig

raphicsSolutions公司与Intergraph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，

将微机版的SOLIDEDGE软件统一到Parasolid平台上。由此形成了一个从低端到

高端，兼有Unix工作站版和WindowsNT微机版的较完善的企业级CAD/CAE/CAM/

PDM集成系统。

2.SOLIDEDGE

SOLIDEDGE是真正Windows软件。它不是将工作站软件生硬地搬到Windows

平台上，而是充分利用Windows基于组件对象模型(COM)的先进技术重写代码。S

0LIDEDGE与MicrosoftOffice兼容，与Windows的OLE技术兼容，这使得设计

师们在使用CAD系统时，能够进行Windows下字处理、电子报表、数据库操作等。

SOLIDEDGE具有友好的用户界面，它采用一-种称为SmartRibbon的界面技术,

用户只要按下一个命令按钮，既可以在SmartRibbon上看到该命令的具体的内容

和详细的步骤，同时在状态条上提示用户下一步该做什么。

SOLIDEDGE是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计CAD系统，它是为

设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。

3.AutoCAD

AutoCAD是Autodesk公司的主导产品。Autodesk公司是世界第四大PC软件

公司。目前在CAD/CAE/CAM工业领域内，该公司是拥有全球用户量最多的软件供

应商，也是全球规模最大的基于PC平台的CAD和动画及可视化软件企业。Auto

desk公司的软件产品已被广泛地应用于机械设计、建筑设计、影视制作、视频

游戏开发以及Web网的数据开发等重大领域。

AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户

群。AutoCAD有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注

以及二次开发等功能，同时有部分三维功能。AutoCAD提供AutoLISP、ADS、AR

X作为二次开发的工具。在许多实际应用领域(如机械、建筑、电子)中，一些软

件开发商在AutoCAD的基础上已开发出许多符合实际应用的软件。目前，Autod

esk公司已经发布AutoCAD2000,它相当于AutoCADR15版。

4.MDT

MDT是Autodesk公司在PC平台上开发的三维机械CAD系统。它以三维设计

为基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体；为用户提供了从

设计到制造--体化的解决方案。

MDT主要功能特点如下：

(1)基于特征的参数化实体造型。用户可十分方便地完成复杂三维实体造

型，可以对模型进行灵活地编辑和修改。

(2)基于NURBS的曲面造型，可以构造各种各样的复杂曲面，以满足如模具

设计等方面对复杂曲面的要求。

(3)可以比较方便地完成几百甚至上千个零件的大型装配。(4)MDT提供相

关联的绘图和草图功能，提供完整的模型和绘图的双向联结。

该软件的推出受到广大用户的普遍欢迎。至今为止，全世界累计销售已达7

万套，国内已销售近千套。由于该软件与AutoCAD同时出自Autodesk公司，因

此两者完全融为一体，用户可以方便地实现三维向二维的转换。MDT为AutoCAD

用户向三维升级提供了一个较好的选择。

5.SolidWorks

SolidWorks是生信国际有限公司推出的基于Windows的机械设计软件。生

信公司是一家专业化的信息高速技术服务公司，在信息和技术方面一直保持与国

际CAD/CAE/CAM/PDM市场同步。该公司提倡的“基于Windows的CAD/CAE/CAM/PD

M桌面集成系统”是以Windows为平台，以SolidWorks为核心的各种应用的集成,

包括结构分析、运动分析、工程数据管理和数控加工等，为中国企业提供了梦寐

以求的解决方案。

SolidWorks是微机版参数化特征造型软件的新秀，该软件旨在以工作站版

的相应软件价格的1/4〜1/5向广大机械设计人员提供用户界面更友好，运行环

境更大众化的实体造型实用功能。

SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方

便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用

户上手快(图2)。该软件可以应用于以规则儿何形体为主的机械产品设计及生产

准备工作中，其价位适中。

6.Cimatron

CimatronCAD/CAM系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品,是较

早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户

界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口

以及集成化的产品数据管理。

CimatronCAD/CAM系统自从80年代进入市场以来，在国际上的模具制造业

备受欢迎。近年来，Cimatron公司为了在设计制造领域发展，着力增加了许多

适合设计的功能模块，每年都有新版本推出，市场销售份额增长很快。1994年

北京宇航计算机软件有限公司(BACS)开始在国内推广Cimatron软件，从8版本

起进行了汉化，以满足国内企业不同层次技术人员应用需求。用户覆盖机械、铁

路、科研、教育等领域，目前已销售200多套，市场前景看好。

7.Pro/Engineer

Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporati

on,简称PTC)的产品。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关

的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机

械CAD/CAE/CAM领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM

产品Pro/Engineer软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够

同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。

Pro/Engineer系统主要功能如下：

(1)真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方。

(2)具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力。

(3)具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。

(4)容易使用，可以极大地提高设计效率。

Pro/Engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与

习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。Pro/Enginee

r建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。

8.I-DEAS

I-DEAS是美国SDRC公司开发的CAD/CAM软件。该公司是国际上著名的机械

CAD/CAE/CAM公司，在全球范围享有盛誉，国外许多著名公司，如波音、索尼、

三星、现代、福特等公司均是SDRC公司的大客户和合作伙伴。

I-DEASMasterSeries5于今年6月20日在美国首次展示，引起了广泛的注

意。该件是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。它帮助工程师以极高的效率，

在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全

过程。I-DEAS是全世界制造业用户广泛应用的大型CAD/CAE/CAM软件。

I-DEAS在CAD/CAE一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构

分析、热力分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。

SDRC也是全球最大的专业CAM软件生产厂商。I-DEASCAMAND是CAM行业的

顶级产品。I-DEASCAMAND可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的2

轴、2.5轴加工到以7轴5联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控

加工过程进行自动控制和优化。

二、国内软件

1.高华CAD

高华CAD是由北京高华计算机有限公司推出的CAD产品。该公司是由清华大

学和广东科龙（容声）集团联合创建的一个专门从事CAD/CAM/PDM/MIS集成系统

的研究、开发、推广、应用、销售和服务的专业化高技术企业。公司与国家CAD

支撑软件工程中心紧密结合，坚持走自主版权的民族软件产业的发展道路，以〃

用户的需要就是我们的需要〃为承诺，在科研成果商品化方向迈出了可喜的一

步。

高华CAD系列产品包括计算机辅助绘图支撑系统GHDrafting、机械设计及

绘图系统GHMDS、工艺设计系统GHCAPP、三维几何造型系统GHGEMS、产品数据

管理系统GHPDMS及自动数控编程系统GHCAMo其中GHMDS是基于参数化设计的C

AD/CAE/CAM集成系统，它具有全程导航、图形绘制、明细表的处理、全约束参

数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、标准件库、图像编辑等功能模块。GHG

EMS5.0曾获第二届全国自主版权CAD支撑软件评测第一名。

2.CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师

CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师软件的开发与销售单位是北京北航海

尔软件有限公司（原北京航空航天大学华正软件研究所）。该公司是从事CAD/CAE

/CAM软件与工程服务的专业化公司。

CAXA电子图板是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，可帮

助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合所有需要二

维绘图的场合，使设计人员可以把精力集中在设计构思上，彻底甩掉图板，满足

现代企业快速设计、绘图、信息电子化的要求。

CAXA-ME是面向机械制造业的自主开发的、中文界面、三维复杂形面CAD/C

AM软件。CAXA制造工程师1.0版于1996年推出，CAXA-ME2.0版于1998年3月

发布，CAXA-ME2000版业已发布。

3.GS-CAD98

GS-CAD98是浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型

系统。该公司是国家科委高技术研究发展中心、浙江大学和中国航天总公司CAD

/CAM中心在杭州联合创建的高新技术研究、开发和应用企业。大天公司集软件

开发、工程应用、信息系统集成和计算机类产品销售为一体，是从事CAD/CAPP/

CAM工程数据库和MIS/OA的开发、应用、销售和服务的专业化高技术公司。

GS-CAD98是一个具有完全自主版权、基于微机、中文Windows95/NT平台的

三维CAD系统。该软件是在国家"七五''重大攻关及863/CIMS主题目标产品开发

成果的基础上，参照SolidWorks的用户界面风格及主要功能开发完成的。它实

现了三维零件设计与装配设计，工程图生成的全程关联，在任•模块中所做的变

更，在其他模块中都能自动地做出相应变更。

4.金银花系统

金银花(Lonicera)系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的

CAD/CAM系统。该系统是国家科委863/CIMS主题在〃九五”期间科技攻关的最新

研究成果。

该软件主要应用于机械产品设计和制造中，它可以实现设计/制造一体化和

自动化。该软件起点高，以制造业最高国际标准IS0T0303(STEP)为系统设计的

依据。该软件采用面向对象的技术，使用先进的实体建模、参数化特征造型、二

维和三维一体化、SDAI标准数据存取接口的技术;具备机械产品设计、工艺规划

设计和数控加工程序自动生成等功能；同时还具有多种标准数据接口，如STEP、

DXF等;支持产品数据管理(PDM)0目前金银花系统的系列产品包括:机械设计平

台MDA、数控编程系统NCP、产品数据管理PDS、工艺设计工具MPP。

机械设计平台MDA(MechanicalDesignAssistant)是金银花系列软件之一，

是二维和三维一体化设计系统。目前，MDA1.7版已投放市场，MDA99版也已发布。

"金银花"MDA在国内率先实现商品化，并向国外三维CAD软件发出了强有力的挑

战。

5.开目CAD

开目CAD是华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的C

AD和图纸管理软件，它面向工程实际，模拟人的设计绘图思路，操作简便，机

械绘图效率比AutoCAD高得多。开目CAD支持多种儿何约束种类及多视图同时驱

动，具有局部参数化的功能，能够处理设计中的过约束和欠约束的情况。开目C

AD实现了CAD、CAPP、CAM的集成，适合我国设计人员的习惯，是全国CAD应用

工程主推产品之一。

五、我国CAD/CAM技术及产品发展的未来之路

经过多年的推广，CAD技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建

筑等行业。应用CAD技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术

人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。近年来，我国CAD

技术的开发和应用取得了长足的发展，除对许多国外软件进行了汉化和二次开发

以外，还诞生了不少具有自主版权的CAD系统，如高华CAD,开目CAD等，由于

这些软件价格便宜，符合本国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来

越大的市场份额。

但是，我国CAD/CAM软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度

都与发达国家有不小的差距。由于国外CAD/CAM软件出现得较早，开发和应用的

时间也较长，所以它们发展比较成熟，现在基本上已经占领了国际市场。这些国

外软件公司利用其技术和资金的优势，开始大力向我国市场进军，目前，国外…

些优秀软件，如UG、SolidWorks、Pro/Engineer、CATIA等,已经占领了一部分

国内市场。所以，我国CAD/CAM软件前景不容乐观。但是，我们也应该看清自己

的优势，比如了解本国市场，提供技术支持方便，价格便宜等。在这些前提下，

我们不仅要紧跟时代潮流，跟踪国际最新动态，遵守各种国际规范，在国际国内

形成自己独特的优势，更要立足国内，结合国情，面向国内经济建设的需要，开

发出有自己特色，符合中国人习惯的CAD/CAM软件。

计算机技术日新月异，硬件更新速度很快。在这短短的四十几年中，计算机

分别经历了大型机、小型机、工作站、微机时代，每个新时代都出现了新的流行

的CAD/CAM软件。在工作站时代，UG、Pro/Engineer是工作站平台三维CAD/CA

M软件的佼佼者，而在当今微机时代，SolidWorks在WindowsNT平台的三维CAD

/CAM软件中处于领先地位。由于国外在Unix工作站平台上开发CAD/CAM软件已

有一定的时间和投入，我国软件在这方面比美国等发达国家落后许多。但是在微

机平台上开发CAD/CAM软件是一个全新的领域，我国与国外起点差不多，都是使

用VisualC++,OpenGL等工具进行软件开发，在这基础上开发出先进的，符合本

国用户习惯的CAD/CAM软件还是有可能的。

CAD/CAM技术可以应用在许多领域，机械制造是最早也是最广泛应用CAD/C

AM技术的领域。随着CAD/CAM技术的发展，建筑、电子、化工的领域也开始应

用该技术，在这些新的应用领域中，国外软件的优势并不明显。所以，我国CAD

/CAM软件在这些方面还是可以与发达国家竞争的，并且随着CAD/CAM技术应用

的深入，越来越多的领域将会使用该技术，所以，如果能够紧跟时代潮流，不断

应用于新的领域，那么国产CAD/CAM软件还是很有前途的。

总之，我们还有很长的路要走，但是要时刻记住，开发CAD/CAM软件的最终

目的是应用CAD/CAM技术，提高企业的设计和制造水平，所以，CAD/CAM软件不

仅要水平高，有自己的特色，更要能够市场化，从市场中收回投入，从而能够根

据用户的需求不断地更新发展软件。

数控加工技术》课程介绍

作者：王庭俊

《数控加工技术》是数控技术专业、机械设计与制造专业、机电一体化

技术专业和其它机械类专业一门重要的专业技术课程，也是数控专业学生工作

后应用最多的一门课程，它对于提高学生的应用技能有重要的作用。本课程主

要设计以下内容：

数控加工工艺概述：讲述数控加工工艺过程的概念、主要内容及特点，

数控加工工艺与数控编程的关系，以及与普通机械加工工艺的区别；

数控刀具：数控刀具的种类及特点，数控刀具材料，数控刀具的失效形式

及可*性，数控刀具的选择等；

数控夹具：数控夹具的种类，定位方法、装夹方法以及一般设计原理；

数控车削加工工艺及编程：数控车削加工工件的装夹、对刀，工艺过程的

拟定，数控加工余量、工序尺寸及公差的确定，切削用量的选择，加工程序编

制；

数控铳削加工工艺及编程：数控铳削工艺方案的制定及分析，复杂曲线曲

面数控加工的刀具轨迹生成，复杂表面自动编程工艺处理，加工程序编制；

加工中心加工工艺及编程：加工中心加工工件的安装及对刀、换刀、工艺

方案的设计，及工艺分析，数控加工余量、工序尺寸及公差的确定，加工程序

编制；

典型零件的数控加工工艺及编程：典型复杂零件的工艺综合分析和程序编

制

在以上课程内容结构中，前三个单元基本是和普通工艺的衔接，起承上启

下作用，使学生由金工实习普通工艺部分知识的学习过渡到数控加工工艺（包

含共性的普通工艺知识）的学习，后三个单元是对常用的三种数控加工工艺进

行专项学习，打下数控加工工艺基础，最后一章是知识的综合，数控加工只是

整个零件加工工艺其中的一部分，所以，学生通过这一章的学习，学生能把前

面专项知识上升到综合知识的高度，做到知识的融会贯通，从而提高综合技能

水平。

项目一数控加工工艺与编程基础知识

任务一数控加工工艺编制

划

教学课计2

时

第1步：零件结构工艺分析、毛坯及加工定位基准的确定课

题

教学目通过零件图引导学生掌握分析零件图基本方法，工艺性分析以及基准

标

教学重掌握零件图分析方法和步骤

点

教学难掌握基准的分析

点

教学方通过课件多媒体教学

法

教学手多媒体课件、计算机、宇龙仿真软件

段

本讲主题

根据零件图纸提出问题：

一、零件图分析

1、识图的方法与步骤

板

2、零件图的读取

书

二、工件的结构工艺性分析

设

计三、确定毛坯

1、钢的牌号和分类

2、毛坯的确定方法

四、基准的定义与选择

1、基准的定义

2、工件基准的分析

所用时

教学内容

间

根据零件图纸提出问题5分钟

一、零件图分析

1、识图的方法与步骤20分钟

2、零件图的读取15分钟

教二、工件的结构工艺性分析15分钟

学三、确定毛坯

过

1、钢的牌号和分类15分钟

程

2、毛坯的确定方法10分钟

四、基准的定义与选择

10分钟

1、基准的定义

10分钟

2、工件基准的分析

布

置P1214-14-3《数控机床加工工

作艺》

业

要数控加工如图所示的零件，我们需要分析此零件的结构是否适合于数控

加工；工件需要加工部分有外圆、螺纹和退刀槽，我们需要什么样的车刀才能加

工出此工件；图上可知645.5轴段精度要求较高，我们采用什么样的加工方法、

怎样的加工顺序才能保证此加工精度。

一、零件图分析

1、识图的方法与步骤

读零件图是通过对零件图进行分析和综合的过程，为了研究零件图的设计合

理性、分析加工工艺性、提高和改进产品质量打下基础。读图步骤如下：

（1）概括了解

（2）分析视图

（3）形体分析

（4）尺寸分析

（5）分析技术要求

2、零件图的读取

（1）概括了解

（2）分析试图

（3）尺寸分析

（4）直径为“45.5mm轴段，直径公差为0.042mm,公差等级为IT8级，表

面粗糙度为1.6〃加；螺纹和槽宽轴段总长长度要求34mm,公差为0.3mm,公差

等级为IT13,原角半径R2mm,工件没有形状公差，没有相互位置公差要求。

二、工件的结构工艺性分析

此工件需要切削螺纹，因此必须要增加退刀槽，退刀槽宽度不小于1.2倍螺

距，深度超过丝底尺寸，其作用：1、便于车削螺纹退刀，不伤及工件其他尺寸一；

2、使螺纹上满扣。此工件槽宽为4mm大于螺纹导程1.2X2mm；退刀槽的深度2mm

大于螺纹牙高；轴的未注圆角R2mm,比较统一，加工过程中可用同一车刀加工

所有圆角，减少了换刀次数。因此此轴的加工工艺性较好。

三、确定毛坯

1、钢的牌号和分类

2、毛坯的确定方法

3、此工件加工数量较大，各轴段直径相差不大，力学性能要求不高，材料

为45钢，因此毛坯选择棒料，零件最大直径为650,尺寸精度较低，零件长度

为59mm，加上夹持部分，毛坯选择655mm的棒料。

四、基准的定义与选择

1、基准的定义

基准就是依据，是用来确定生产对象上儿何要素间的儿何关系所依据的那些

点、线、面。

在设计、加工、检验、装配机器零件和部件时，必须选择一些点、线、面，

根据它们来确定其它点、线、面的尺寸和位置，那些作为依据的点、线、面就叫

做基准。

基准根据起其功用不同，分为两大类：

（1）设计基准设计基准是在设计图样上所采用的基准。

设计基准又可细分为：尺寸设计基准与位置精度设计基准。

（2）工艺基准工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。按其在工艺过程

中用途的不同，工艺基准又可分为四类：

1）工序基准

2）定位基准

3）测（度）量基准

4）装配基准

2、工件基准的分析

此工件的径向尺寸设计基准为中心线，轴向尺寸设计基准为右端面。采用三

爪自定位卡盘装夹，定位基面为外圆，可认为定位基准为中心线，满足基准重合

原则。

项目一数控加工工艺与编程基础知识

任务一数控加工工艺编制

教学课计划

第2步：拟定加工工艺路线、制定工序卡片2

题课时

教学目掌握机加工工艺系统的选择、切削用量以及工序卡的填写

标

教学重掌握零件机加工工艺系统的选择

点

教学难掌握零件工序卡的填写

点

教学方通过课件多媒体教学

法

教学手多媒体课件、计算机、宇龙仿真软件

段

本讲主题

、加工方法的选择

板

--、确定装夹方案

书

、数控机床的选择

设

四、刀具的选择

计

五、切削用量

六、机械加工工艺的基本概念

七、填写工件安装和原点设定卡和工序卡

教

所用时

学教学内容

间

过

程一■、加工方法的选择

1、外圆表面加工方法的选择10分钟

2、该工件加工方法的确定5分钟

二、确定装夹方案

1、夹具的选择原则15分钟

2、数控车床常用夹具5分钟

3、夹具的选择5分钟

三、数控机床的选择

1、数控机床的种类10分钟

2、机床的选择10分钟

四、刀具的选择10分钟

五、切削用量10分钟

六、机械加工工艺的基本概念

1、机械加工工艺过程的组成5分钟

2、工件工艺分析5分钟

七、填写工件安装和原点设定卡和工序卡10分钟

布

置P1214-24-54-6《数控机床加工工

作艺》

业

第2步：拟定加工工艺路线、制定工序卡片

一、加工方法的选择

机械零件的结构形状是多种多样的，但他们都是由平面、外圆柱面、内圆柱

面或曲面等基本表面所组成。每一种表面都有多种加工方法，具体选择时应根据;

零件的加工精度、表面粗糙度、材料结构形状尺寸及生产类型等，选用相应的加

工方法和加工方案。

1、外圆表面加工方法的选择外圆表面加工方法主要是车削和磨削。当表面

粗糙度较小时，还要经光整加工。

(1)最终工序为车削的加工方案，适用于除淬火钢以外的各种