第三章之二(上课) 数控机床加工与编程

数控基本编程指令

数控车床的程序编制

数控镗铣床（加工中心）的程序编制

数控编程基础

数控机床夹具

数控机床刀具

数控加工的工艺特点

第三章数控机床加工与编程第三章数控机床加工与编程

数控程序编制的内容一般包括：分析零件图样、制定数控加工工艺、数学处理、编制程序清单、程序输入数控系统、程序调试及首件试切，如图3-1所示。第一节数控加工的工艺特点

1.1数控加工过程图3-1数控程序编制的过程第三章数控机床加工与编程第一节数控加工的工艺特点

1.2零件图纸的数控工艺分析

确定加工工艺规程工装的设计和选择正确选择编程坐标系选择合理的走刀路线数控工艺分析

工装的设计和选择

选择合理的走刀路线

确定加工工艺规程正确选择编程坐标系

第二节数控机床刀具2.1数控刀具特点

第三章数控机床加工与编程数控刀具特点高强度、高刚性高精度高可靠性和耐用度具有较完善的工具系统能快速换刀12345第二节数控机床刀具2.2数控车床常用刀具第三章数控机床加工与编程

数控车床最常用的刀具是车刀。按加工表面特征可分为外圆车刀、端面车刀、切断车刀、螺纹车刀和内孔车刀等。图3-2所示为数控车床常用车刀的类型和用途。图3-2数控车床常用车刀的类型和用途1.1.车刀的种类和用途I车刀使用最广的刀具；II在车床上完成外圆、端面、切槽（断）和螺纹等加工；IIIIV切削运动是旋转运动，由工件完成；V进给运动是直线运动，由车刀完成。一般为只有一条主切削刃的单刃刀具；几种常见车刀螺纹车刀直头外圆车刀弯头外圆车刀90°外圆车刀宽刃外圆车刀内孔车刀端面车刀切断车刀1.2.车刀的结构形式

1整体式高速钢车刀；2焊接式硬质合金车刀；3机械夹固式硬质合金车刀；I优点：II缺点：i结构简单、紧凑；

ii抗振性能好；iii制造方便；将一定形状的硬质合金刀片，用黄铜、紫铜或其他焊料，钎焊在普通结构钢刀杆上而成的。iv使用灵活。

i焊接和刃磨后常常产生内应力，易导致裂纹；

ii需要磨出断屑槽，减少了刀片的复磨次数；iiiiv不宜在重型车床上使用。刀杆不能重复使用；1.2.车刀的结构形式

1整体式高速钢车刀；2焊接式硬质合金车刀；3机械夹固式硬质合金车刀；I优点：II缺点：i不经焊接，避免内应力和裂纹；ii刀杆可重复利用；iii刀片刃磨次数增加，刀片利用率高；（直接夹固式）将硬质合金刀片用机械夹固方式平装或立装在刀杆上而成的。iv可用于重型车床。i无法避免刃磨或重磨产生的内应力和裂纹。

1.2.车刀的结构形式

1整体式高速钢车刀；2焊接式硬质合金车刀；3机械夹固式硬质合金车刀；I优点：i无需刃磨；ii减少刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率；——机夹可转位式硬质合金车刀1.3.可转位刀片夹固的典型结构1可转位刀片夹固结构的设计要求：2满足设计要求的途径：

I换刀后，刀片位置要能保持足够的精度，误差应该在零件加工精度允许范围之内；II换刀方便、迅速；III刀片夹紧要可靠。I刀片的制造精度保证一定的精度；II严格控制刀杆上刀槽的加工精度；III合理设计夹紧机构。1.3.可转位刀片夹固的典型结构3常见的夹紧结构：I楔销式：II偏心销式：III杠杆式：IV上压式：i夹紧力大，零件少，形状简单，制造容易；ii刀尖位置精度差，刀头结构尺寸较大，切削热可能引起刀片碎裂。1.3.可转位刀片夹固的典型结构3常见的夹紧结构：I楔销式：II偏心销式：III杠杆式：IV上压式：i形状简单，零件少，制造容易，刀头结构尺寸较小，刀片装卸和转位方便；ii偏心量的大小不易确定。1.3.可转位刀片夹固的典型结构3常见的夹紧结构：I楔销式：II偏心销式：III杠杆式：IV上压式：i定位精度较高，夹紧可靠，刀头尺寸较小，刀片装卸灵活；

ii结构复杂，制造较困难。1.3.可转位刀片夹固的典型结构3常见的夹紧结构：I楔销式：II偏心销式：III杠杆式：IV上压式：i用于不带孔的转位刀片，夹紧稳定可靠，装夹方便，制造容易；ii刀头尺寸较大。三.车刀组成

车刀是由刀头(切削部分)和刀体(夹持部分)所组成。车刀的切削部分是由三面、二刃、一尖所组成，即一点二线三面。

前刀面：切削时，切屑流出所经过的表面。主后刀面：切削时，与工件加工表面相对的表面。副后刀面：切削时，与工件已加工表面相对的表面。主切削刃：前刀面与主后刀面的交线。它可以是直线或曲线，担负着主要的切削工。副切削刃：前刀面与副后刀面的交线。一般只担负少量的切削工作。刀尖：主切削刃与副切削刃的相交部分。为了强化刀尖，常磨成圆弧形或成一小段直线称过渡刃。

车刀的一点二线三面1-副切削刃2-前刀面3-刀头4-刀体5-主切削刃6-主后刀面7-副后刀面8-刀尖

车削前必须把选好的车刀正确安装在方刀架上，车刀安装的好坏，对操作顺利与加工质量都有很大关系。安装车刀时应注意下列几点：四.车刀的安装⑴车刀刀尖应与工件轴线等高：⑵车刀不能伸出太长：⑶垫刀片选择合理：⑷车刀刀杆应与车床主轴轴线垂直。⑸车刀位置装正后，应交替拧紧刀架螺丝。铣削加工---铣刀一、铣刀的类型及应用铣刀圆柱铣刀面铣刀1.按用途不同可分为盘形铣刀锯片铣刀角度铣刀立铣刀键槽铣刀模具铣刀成形铣刀

圆柱铣刀表面上有直线或螺旋线切削刃，无副刃，一般整体高速钢，也可镶焊硬质合金刀片。用于卧式铣床上加工不大的平面。圆柱铣刀

面铣刀（端铣刀）主刃分布在圆柱式圆锥表面上，端面为副刃，可做成高速钢和硬质合金两类。用于卧式，立式铣床上加工台阶和大平面。效率高，适用于大批大量生产。面铣刀

立铣刀由3-4个刀齿组成，圆柱面上为主刃，端面为副刃，只能径向进给。主要用于立式铣床加工凹台阶面。小平面，也可用靠槽加工成形面。立铣刀盘铣刀：两面刃，加工台阶面；三面刃（可分为直齿、错齿和镶齿三种），加工槽；槽铣刀，加工凹槽，卧式铣床盘铣刀槽铣刀T形槽铣刀燕尾槽铣刀锯片铣刀：切断、加工窄槽，用于卧式铣床。锯片铣刀

圆柱面、端面都有刃，可径向也可轴向进给。加工时，先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。键槽铣刀卧式铣床上铣半圆键槽铣对称V形槽角度铣刀铣不对称V形槽单角铣刀双角铣刀成形铣刀用于加工成形表面，其刀齿廓形根据被加工工件的廓形来确定。成形铣刀成形铣刀圆弧成形铣刀齿轮成形铣刀

模具铣刀是由立铣刀演变而成的，主要用于加工模具型腔或凸模成形表面。按工作部分外形可分为锥形平头、圆柱形球头、圆锥形球头三种。模具铣刀铣刀的类型及应用按结构不同可分为整体式焊接式装配式（机夹-焊接式）可转位式整体式焊接式装配式（机夹-焊接式）可转位式铣刀第三节数控机床夹具3.1数控机床夹具要求及选用方法

第三章数控机床加工与编程数控机床常用的夹具有三类：通用夹具、组合夹具和专用夹具。通用夹具一般作为机床自带的附件被提供，使用时经过简单操作就能适应多种工件的装夹。组合夹具是由一套预先制造好的标准组件组装而成的专用夹具。专用夹具是为某一特定工件的特定工序专门设计制造的，其结构紧凑、操作方便、快速、省力，生产效率高，特别是在成批大量生产中优势明显。

图3-6孔用组合夹具图第三节数控机床夹具3.2数控车床常用夹具

第三章数控机床加工与编程可自动定心，装夹方便，应用较广，但夹紧力小，不便于加持外形不规则的工件三爪自定心卡盘数控车床常用夹具

四爪单动卡盘花盘主要用于装夹不对称和形状复杂的工件，装夹工件时需反复校正和平衡四个爪都可单独移动，安装工件时需找正，夹紧力大，适用于装夹毛坯及截面形状不规则和不对称的较重、较大工件第三节数控机床夹具3.3数控铣床、加工中心常用夹具

第三章数控机床加工与编程数控铣床常用夹具是平口钳、液压平口钳、卡盘等，平口钳固定在工作台上，使用时先找正钳口，再把工件装夹在台虎钳上，这种方式装夹方便，应用广泛，适于装夹形状规则的小型工件。组合夹具一、组合夹具组合夹具

组合夹具是机床夹具中一种标准化、系列化、通用化程度很高的的柔性化夹具。它由一套预先制造好的各种不同几何形状、不同尺寸规格、有完全互换性和高耐磨性的标准元件及合件组成。

组合夹具的特点与专用夹具相比具有如下特点：（1）万能性好，适用范围广。（2）组合夹具把专用夹具的设计制造、使用、报废的单项过程变为组装、拆卸、清洗、入库、再组装的循环过程，可大幅度缩短设计制造周期，节省工时和材料，降低生产成本。（3）可以减少夹具库房面积，有利管理。组合夹具专用夹具

专用夹具是为某一特定的工件的特定工序专门设计制造的，其结构紧凑、操作方便、快捷省力、生产效率高，特别是在成批大量生产中优势明显。但其设计制作周期长，成本较高，具有专一性。

（1）通用夹具：且具有一定通用性的夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘等。其特点是适用性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定形状范围内的各种工件。这类夹具已商品化，且成为机床附件。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而降低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。

（2）组合夹具：组合夹具是一种模块化的夹具，并已商品化。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹具数量等优点；因此组合夹具在单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。

（3）专用夹具：专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计制造周期较长，随着现代多品种及中、小批生产的发展，专用夹具在适应性和经济性等方面已产生许多问题。第三章数控机床加工与编程

数控程序编制的内容一般包括：分析零件图样、制定数控加工工艺、数学处理、编制程序清单、程序输入数控系统、程序调试及首件试切，如图3-1所示。1.1数控加工过程图3-1数控程序编制的过程

3.4.1程序与编程

第三章数控机床加工与编程数控程序是由一系列机床数控装置能辨识的指令有序结合而构成的，可分为程序名、程序段和程序结束三部分。3.4.2程序组成与结构

程序段是由程序字组成，程序字是由地址字、符号等组成。P553.4.3程序主要功能字

进给功能准备功能尺寸字刀具功能主轴转速功能辅助功能O6666;N010G50X0.Z0.S1500T0100;N015G96S150M03;N020G00G00X55.Z0.T0101;N025G01X-1.6F0.5;N030G00X55.Z3.0;N035G90X45.Z-26.F0.4;N040X40;N045X37;N050G90X30.Z-12.F0.4;N055X27.0;N060G00X150.Z150.T0100;N065G00X55.Z3.T0202;N070M05;N075M30;%程序段程序名程序结束1.1.2字与字的功能1、字符与代码字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。2、字在数控加工程序中，字是指一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作。字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。如：“X2500”是一个字，X为地址符，数字“2500”为地址中的内容。

3、字的功能组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义，以下是以FANUC-0M数控系统的规范为主来介绍的。（1）顺序号字N

顺序号又称程序段号或程序段序号。顺序号位于程序段之首，由顺序号字N和后续数字组成。（2）准备功能字G准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。常见准备功能字：P56

（3）尺寸字尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。其中，第一组

X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组

A，B，C，D，E用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组

I，J，K用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。在一些数控系统中，还可以用P指令暂停时间、用R指令圆弧的半径等。（4）进给功能字F

进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。

（5）主轴转速功能字S

主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。单位为r/min。（6）刀具功能字T

刀具功能字的地址符是T，又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。（7）辅助功能字M辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为1～3位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作。附表：准备M功能字含义表P57

1.1.3程序格式1、程序段格式一个数控加工程序是若干个程序段组成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。程序段格式举例：N30G01X88.1Y30.2F500S3000T02M03M08;

N40X90;

在程序段中，必须明确组成程序段的各要素：移动目标：终点坐标值X、Y、Z；

沿怎样的轨迹移动：准备功能字G；进给速度：进给功能字F；切削速度：主轴转速功能字S；使用刀具：刀具功能字T；机床辅助动作：辅助功能字M。N40

X90（本程序段省略了续效字“G01，Y30.2，F500，S3000，T02，M03,M08”，但它们的功能仍然有效）第五节数控基本编程指令

5.1坐标系建立与选择

第三章数控机床加工与编程机床坐标系图3-13坐标轴确定

数控机床的坐标系（1）机床坐标系的规定

标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。

标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：

1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。2)大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。3)围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。

（2）运动方向的规定增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，下图为数控车床及铣床运动的正方向。

２、坐标轴方向的确定（1）Z坐标

Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。

（2）X坐标X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定X轴的方向时，要考虑两种情况：1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：

Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。

下图所示为数控车床的X坐标。

（3）Y坐标在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。

3、机床原点的设置机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。（1）数控车床的原点在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。同时，通过设置参