[从业资格考试]2000年10月《管理信系系统》试题.doc

数控加工概述1.1 概述随着社会生产和科学技术的不断发展，机械产品日趋精密复杂，而社会对机械产品的质量和生产率等提出了越来越高的要求。尤其在航空航天、军事、造船等领域所需要的零件，精度要求高、形状复杂，用普通机床加工困难，生产成本高且效率底，质量难以保证。并且在一般机械加工中，中、小批量，甚至单件产品所占比重越来越大。因此，机械加工设备和机械加工工艺过程的自动化、柔性化与智能化则为解决上述问题提供了有效的途径。正是在这种情况下，一种具有高精度、高效率、灵活、通用性强的自动化加工设备数字程序控制机床（简称数控机床）应用而生。1952年美国麻省理工大学成功的研究出世界上第一台数控机床（数控铣床），1955年用于制造航空零件的数控机床正式问世。此后其它一些工业国家，如德国、日本、英国、俄罗斯能国相继开始开发、研究和应用数控机床。我国从1958年开始研究第一台数控机床，1975年研制出第一台加工中心，自1986年开始，我国的数控机床已开始批量进入国际市场。1.2 基本概念 1、数控（NC）：是数字控制（Numerical Control）的简称，它用数字信息通过控制装置实现对机床设备动作的控制。也就是说，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。2、数控机床（NC Machine）就是采用数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其它符号编码指令规定的程序。3、数控系统（NC System）：是一种程序控制系统，它能自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而使机床运动和加工零件。4、加工中心（Machining center）：就是具有刀库、自动换刀装置、自动交换工作台或回转工作台，能在一次装夹中对工件的多个表面进行多工序加工的数控机床。1.3 数控机床的组成数控机床的种类很多，但任何一种数控机床都主要由控制介质、数控系统、伺服系统、位置反馈系统、辅助控制装置及机床本体组成。位置反馈系统伺服系统数控系统控制介质机床本体辅助控制装置数控机床组成示意图1、控制介质：控制介质是指将零件的加工信息传送到控制装置中去的程序载体。控制介质的形式：1 常用的有穿孔纸带、穿孔卡； 2 利用键盘直接输入程序； 3 利用数据接口（RS232），通过计算机传送数据、程序； 4 利用磁盘、网卡进行数据的传输； 5 实行DNC进行数据交换。2、数控系统：数控系统是数控机床的核心。现代数控系统是一台带有专门系统软件的专用微型计算机。1 组成：输入装置、控制运算器、输出装置。2 功能：它接受控制介质上的数字化信号，经过控制软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作，因此，数控系统是数控机床的指挥系统。3、伺服系统：伺服系统是数控机床的执行机构。1 组成：由驱动和执行两大部分组成。2 功能：它接受数控系统发出的指令信号，对信号进行编译、放大和逻辑处理，按指令信号的要求，控制机床的执行部件，使其转换成机床移动部件的运动（进给速度、方向和位移）。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床的加工精度、表面质量和生产率的重要因素。指令信息是以脉冲当量来体现的。3 脉冲当量：每一脉冲使机床移动部件产生的位移量。常用的脉冲当量为0.01mm，0.001mm。脉冲当量越小，机床的移动位移越精确。4、位置反馈系统：位置反馈系统的作用是通过位置传感器将伺服电动机的角位移或数控机床执行机构的直线位移转换成电信号，输送给数控装置，使之与指令信号进行比较，并由数控装置发出指令，纠正所产生的误差，使数控机床按工件加工程序要求的进给位置和速度完成加工。5、辅助控制装置：辅助控制装置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。功能：它接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择交换、辅助装置动作等指令信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后，直接驱动相应的电器，液压、气动和机械部件，以完成各种规定的动作。6、机床本体：是机床的主体。用于完成各种切削加工的机械部件的运动，包括主运动部件、进给运动执行部件。如工作台、滑板及其传动部件和床身立柱支撑部件等。1.4 数控机床的分类数控机床的分类，可从不同的角度分类，按伺服系统类型的不同，可分为开环控制系统、闭环控制系统与半闭环控制系统；按机床加工方式的不同，可分为点位控制系统、直线控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。1、按伺服系统的类型分类1 开环控制系统 机床工作台或滑板上不带任何位置反馈测量装置的伺服系统，称为开环控制系统。开环控制系统主要由步进电机与传动元件组成。这种系统的加工精度主要由步进电动机的步距精度和机床传动机构的精度来保证。其特点是系统比较简单，调试和维修比较方便，工作稳定性较好，成本较低。机床工作台步进电动机数控装置2 闭环控制系统 所谓闭环控制系统是指在机床工作台或滑板上安装有位置反馈测量装置的伺服系统。它主要由位置比较与放大元件、速度比较与放大元件、驱动元件、机械传动装置和测量装置等组成。闭环控制系统的精度主要取决于位置反馈元件的制造、安装和调试的质量。其特点是能得到很高的定位精度，但系统复杂，调试和维修都比较困难，且成本较高。位置检测元件 机床工作台伺服电动机数控装置3 半闭环控制系统 半闭环控制系统是用安装在进给丝杠轴端或电机轴端的角位移测量元件（如圆光栅）来替代闭环控制系统中安装在机床工作台或滑板上的直线测量元件，即用测量丝杠或电机轴的旋转位移来替代测量工作台直线位移的伺服系统。机床工作台伺服电动机位置检测元件数控装置2、按机床的加工方式分类1 点位控制系统 点位控制系统是指刀具从某一位置向另一位置移动时，不管中间的移动轨迹如何，只要求刀具最终能准确到达目标位置。也就是说，点位控制系统的数控机床在由一点向另一点的移动过程中，不进行任何切削加工，而只是作快速空行程定位移动。点位控制系统的数控机床有：数控钻床、数控镗床、数控冲床、数控点焊机、数控折弯机等。2 直线控制系统 直线控制系统除了控制刀具从始点向终点准确定位外，还要保证运动轨迹必须是一条直线，并且刀具在运动过程中同时完成切削加工。特别注意，在两坐标联动时，该系统可以沿着与坐标轴成45的斜线进行直线切削加工，但不能沿任意斜率的直线进行直线切削加工。直线控制系统一般具有主轴转速控制、进给速度控制和沿平行坐标轴方向直线循环切削的功能。一般的简易数控机床均属直线控制系统。3 点位直线控制系统 将点位控制系统与直线控制系统结合起来形成的控制系统，称为点位直线控制系统。该系统同时具有点位控制和直线控制的功能，具有刀具选择、刀具长度和刀具半径补偿的功能。点位直线控制系统的机床有：数控车床、数控镗铣床、数控磨床等。4 连续控制系统 连续控制系统也称轮廓控制系统。该系统的特点是：能够对两个或两个以上的坐标进行控制，在运动过程中，刀具同时切削加工工件，所加工出的工件轮廓可以是直线，也可以是曲线。连续控制系统都具有直线插补和圆弧插补功能，有些系统还具有抛物线、螺旋线等特殊曲线的插补功能，可以实现复杂平面轮廓和立体型面的加工。但在加工过程中，不管刀具的运动轨迹如何，它总是由简单的几何元素直线和圆弧构成。1.5 数控机床的工作原理及其加工特点传统的金属切削机床加工零件时，往往是操作者依据工程图样的尺寸和技术要求，不断改变刀具与工件之间相对运动的参数，使刀具在对工件相对运动的过程中完成切削加工，最终得到符合要求的合格零件。数控机床在加工的过程中，首先将刀具与工件的运动轨迹，按照坐标方向分割成最小的单位量，即最小位移量，然后由数控系统按照零件程序的要求，使刀具按照坐标的移动方向移动若干个最小单位，从而实现刀具与工件的相对运动。数控机床正是通过控制刀具运动轨迹来完成零件加工的。刀具沿各坐标轴的相对运动，完全是以脉冲当量（mm/脉冲）为单位的。依据工件的尺寸和形状，刀具的走刀轨迹为直线或圆弧时，数控装置在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”处理，求出一系列中间点的坐标值，然后按这些中间点的坐标值，向各坐标输出脉冲数。这些脉冲数决定了刀具运动的方向与距离，使最终的运动轨迹与加工零件的外形完全吻合，从而保证加工出的工件具有最终需要的直线或圆弧轮廓。数控装置进行的这种“数据点的密化”称为插补，一般数控装置都具有通过基本函数进行插补的功能。与普通机床相比，数控机床取代了手工操作。数控机床用计算机控制加工中刀具运动的轨迹，加工过程中的部分手工操作由计算机替代。在传统的加工中，操作人员需操纵机床手轮使刀具沿着工件表面移动而进行零件加工，采用数控机床进行加工时，凡是以前需要操作人员操作机床手轮的工作，现在都可以由数控系统在程序控制下自动完成。 在数控机床上加工零件时，把被加工零件的工艺过程、工艺参数、运动要求用专门的指令语言记录在控制介质上，并输入数控装置，数控装置再根据程序指令控制机床的各种运动，加工出所需的零件。当零件的加工程序结束时，机床会自动停止。其工作原理图如图1-1。通（专）用刀柄刀具方案刀具测量系统通（专）用刀具刀具测量卡伺服系统机床本体数控装置手动输入程序编制工艺设计工艺分析零件图纸纸带输入计算机传输通用夹具夹具方案专用夹具图1-1 数控机床工作原理图1.6 数控系统的主要技术指标1、数控系统的特点 1 灵活性； 只要改变程序，就能改变数控机床刀具与工件之间的相对运动轨迹，就可以加工不同的零件，使数控加工具备了广泛的适应性和较大的灵活性，从而能够完成很多普通机床难以完成或根本无法加工的、具有复杂型面的零件的加工。 2 通用性； 在一般情况下，数控机床在加工生产的过程中不需要特别的专用夹具，普通的通用夹具基本就能满足数控加工的要求。 3 可靠性；数控机床按照程序自动加工，不需要人工干预，而且还可以利用软件进行校正和补偿。应此，使用数控机床进行生产，可以保证零件的加工精度，稳定产品质量。 4 易于实现许多复杂的功能； 5 使用与维修方便。 2、数控系统的主要技术指标 CNC的技术指标反映了CNC的基本性能，主要有以下几个方面：1 控制轴数； 2 同时控制轴数； 3 插补功能； 4 脉冲当量（分辨率）； 5 进给速度和调节范围； 6 主轴转速和调节范围； 7 准备功能； 8 辅助功能； 9 刀具管理与刀具补偿； 10 程序管理和编辑； 11 零件程序结构； 12 操作功能； 13 误差补偿功能； 14 字符图形显示； 15 通讯与通讯协议； 16 自诊断功能；1.7 数控加工的适应性数控机床是一种高度自动化的机床，有一般机床所不具备的许多优点，所以数控机床加工技术的应用范围在不断，但数控机床这种机电一体化产品，技术含量高，成本高，使用与维修都有较高的要求。根据数控加工的优缺点和国内外大量应用的实践，一般可按适应程度将零件分为三类：1、 最适应数控加工零件类1 形状复杂，加工精度较高，用普通机床很难加工或虽然能加工但很难保证加工质量的零件；2 用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓的零件；3 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件；4 必须在一次装夹中合并完成多道工序加工的零件。2、较适应数控加工零件类1 在通用机床上加工时极易受人为因素干扰，零件价值又高，一旦失控便造成重大经济损失的零件；2 在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件；3 需要多次更改设计后才能定型的零件；4 在通用机床上加工需要做长时间调整的零件；5 在通用机床上加工时生产力很低，或劳动强度很大的零件。3、不适应数控加工零件类1 生产批量大的零件（不排除其中个别工序用数控加工的零件）；2 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；3 加工余量很不稳定的零件；4 必须用特定工艺装备协调加工的零件。综上所述，建议：对于多品种小批量零件；结构较复杂，精度要求较高的零件；需要频繁改型的零件；价格昂贵，原则上不允许报废的关键零件；需要最小周期的急需零件一般采用数控加工。第一章 数控机床加工程序编制基础1.1数控程序编制的概念在编制数控加工程序前，应首先掌握如下内容：1、数控程序编制的主要内容；2、程序编制的步骤。1.1.1数控程序编制的定义编制数控加工程序是使数控机床工作的一项重要技术，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分发挥，使机床能安全、可靠、高效的工作。 1、数控程序编制的内容及步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。其编程的内容及步骤见表1.1：制定工艺方案程序检验编写程序数学处理分析零件图样修 改表1.1数控程序编制的内容及步骤2、数控程序编制的方法数控程序的编制可分为手工编程和计算机辅助编程两类。 手工编程手工编程指从零件图样分析到编制零件加工程序和制作控制介质的全部过程都是由人工完成的。编程手册夹具表加工程序加工程序初稿编程人员工艺规程工艺人员零件图样机床表刀具表修 改表1-2 手工编程流程图手工编程的缺点：1 每个点的坐标都要进行计算，工作量大，繁琐，且容易出错；2 对形状复杂的零件，不但计算复杂，在某些情况下，人工尚且难以实现编程。 计算机自动编程对于三维以上的复杂零件程序，由于数学运算处理复杂，只能借助于计算机进行辅助编程，也称自动编程。计算机辅助编程分为数控语言编程和图形交互式编程两类如表1-3所示。词汇语言编程数控语言编程符号语言编程计算机辅助编程CAD/CAM自动编程图形交互式编程CAD/CAPP/CAM全自动编程表1-3 计算机辅助编程分类1、数控语言编程 它是由编程员根据零件图样和有关加工工艺要求，用专用的数控编程语言来描述整个零件加工过程的程序编辑方法。数控语言是由字母、数字及规定好的一套基本符号，按一定的词法及语法规则组成的语言，用来描述加工零件的几何形状、几何元素间的相互关系及加工过程、工艺参数等等。2、图形交互编程 是指编程人员只需根据零件图样的要求，通过编程软件，并按照自动编程系统的规定，由计算机自动进行程序编制的编辑方法。其流程图见表1-4。图形交互编程的优点：1 可减轻编程人员的劳动强度，缩短编程时间；2 可提高编程精度，减少差错；3 可提高数控加工效率。出错修改打印传输计算机仿真加工数控加工程序计算机处理前后置处理数控软件分析零件图纸表1-4 图形交互式编程流程随着CAPP计算机辅助工艺过程设计技术的发展，在先进制造技术领域中，对数控编程又提出了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程。表1-5为全自动编程系统的组成框图。CAPP数据库CAD数据库CADCAPP工艺信息几何信息NC代码NC源程序生成器后置处理程序动态仿真修改NC机床正确？ N Y 表1-5 CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程系统框图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（09）、字母、标点符号和数学运算符等。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。其中英文字母称为地址符。例如：“Y 200”是一个字，Y是地址符，数字200为地址中的内容。3、字的功能在每一个数控系统中，各个字有其特定的功能含义。现以FANUC系统为例介绍各个功能字。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和其后的数字组成。准备功能代码（G代码）准备功能代码用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。准备功能代码有两种模态：模态式G代码和非模态式G代码。模态式G代码是指该代码一经执行，就一致保持有效，只有当同组别的其它代码出现时，才能取代。非模态式G代码只限定在被指定的程序段中有效其作用不具延伸性，其它代码出现时，其功能即被取消。辅助功能代码（M代码）辅助功能代码主要用于机床加工操作时的工艺性指令，启动电磁阀等操作。如主轴的启停、切削液的开关、程序的暂停和停止结束等。主要的M代码有：M00程序停止；M01选择停止；M02程序结束；M03主轴正转（顺时针旋转）； M13M04主轴反转（逆时针旋转）； M14M05主轴停转；M06换刀循环指令；M08冷却液开；M07M09冷却液关；M30程序结束。F代码进给速度代码；例如：F100表示进给速度为100mm/min。F代码主要适应于G01、G02、G03等移动指令。例如：G01 X- Y- F100表示刀具以100 mm/min的速度进行直线切削加工。S代码主轴转速代码；例如：S1000表示主轴以1000r/min的速度旋转。S代码常与M03、M04、M13、M14指令一起配合使用。例如：M03 S1000表示主轴以1000r/min的速度正转。 M04 S1000表示主轴以1000r/min的速度反转。T代码刀具号代码。例如：T08表示第8号刀具。T代码常与M06指令一起配合使用。例如：T08 M06表示调用第8号刀至主轴上。尺寸字尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。1.1.3 程序格式1、程序段格式零件的加工程序是由程序段组成的，每个程序段由若干个数据字组成，每个字是控制系统的具体指令，它是由表示地址的英文字母、特殊文字和数字集合组成的。程序段格式是指一个程序段中字的顺序、地址的表示，是一个程序段中字、字符、数据的书写规则。以及一个字的字符数以及与上一个程序段相同的字等在控制介质上的表示形式。通常以字地址程序段格式来表示。字地址程序段格式是由语句号字、数据字和程序段结束符组成。每个字的前面有地址，各个字的排列顺序要求不严格，数据的位数可多可少，不需要的字以及与上一程序段相同的模态字可以不写。其格式如下： NGXYZFSTM结束符N顺序号（语句号字）G准备功能字符串X-Y-Z-尺寸字字符串 F进给功能字符串S主轴转速功能字符串T刀具功能字符串M辅助功能字符串2、加工程序的一般格式根据数控系统本身的特点及编程的需要，都有一定的程序格式。对于不同的机床，其程序的格式也不同。不论是那种系统，一个完整的程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序的开始符和结束符程序号 程序号即程序的开始部分，为了区别存储器中的程序，每个程序都要有程序编号，在编号前采用程序编号地址码。程序内容 程序内容部分是整个程序的核心，它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，表示数控机床要完成的全部动作。程序结束 程序结束是以程序结束指令M02或M30作为整个程序结束的符号，来结束整个程序。1.2 数控机床的坐标系1.2.1机床坐标系为便于对数控机床各方向的运动部件进行控制，就需要建立机床的坐标系统。对某一台数控机床来说，机床的坐标数是指有几个运动方向采用了数字控制。例如：一台数控车床，其X和Z方向的运动采用了数字控制，则它是一台两坐标的数控车床；一台数控铣床，其X、Y、Z三个方向的运动都采用了数字控制，则它是一台三坐标的数控铣床。还有四坐标、五坐标的数控机床。1、机床坐标系的确定为正确控制数控机床的运动，简化编程，提高数据通用性，有关标准对数控机床坐标轴及运动方向作了规定： 机床相对运动的规定不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，确定坐标系时，一律看作是工件相对静止、刀具运动； 机床坐标系的规定1笛卡尔坐标系以及方向规定机床的直线运动X、Y、Z采用右手直角坐标系（笛卡尔坐标系）。右手的大拇指、食指和中指互相垂直，拇指的方向为X坐标轴的正方向，食指为Y坐标轴的正方向，中指的方向为Z坐标轴的正方向。2右手螺旋定则以及方向规定机床的三个旋转运动A、B、C分别平行于X、Y、Z坐标轴，其运动方向按右手螺旋定则确定。分别以大拇指指向+X、+Y、+Z的方向，其余四指的环绕方向分别为+A、+B、+C轴的旋转方向。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。2、坐标轴方向的确定1 Z轴的指定 通常把传递切削力的主轴称为Z轴。2 X轴的指定 X轴一般平行于工件装夹面且与Z轴垂直。3 Y轴的指定 Y轴垂直于Z轴和X轴，其方向按右手定则决定。3、附加坐标系指定平行于X、Y、Z的坐标轴可以采用的附加坐标系有U、V、W；P、Q、R。制定不平行于X、Y、Z的坐标轴也可以采用的附加坐标系有U、V、W；P、Q、R。4、机床原点的设置机床原点是机床上固有的一个点，即机床坐标系的原点。机床坐标系是机床运动和编制数控程序的基础，只有建立了确定的坐标后，才能正确的进行数值计算与编制数控程序，控制机床按预定的要求运动。数控车床的原点在数控车床上，机床原点一般设在卡盘端面与主轴中心线的交点处。也可以设在X、Z坐标正方向的极限位置处。数控铣床和加工中心的原点在数控铣床和加工中心上，机床原点一般设在X、Y、Z坐标正方向的极限位置处。为了在机床工作时能正确的建立机床坐标系，通常在机床启动时先进行机床回零操作，从而建立机床坐标系。1机床参考点机床参考点是用于对机床的运动进行检测和控制的固定位置点。通常参考点对机床原点的坐标是一个已知数。并且在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。机床参考点有两个主要作用：1 建立机床坐标系；2 消除由于漂移、变形等造成的误差。1.2.2 编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样以及机械加工工艺规程的建立的基准坐标系。编程坐标系的基准点称为编程原点。注意：编程原点应尽量选择在零件图样的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。1.2.3 加工坐标系1、加工坐标系的确定加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系，即加工坐标系与编程坐标系重合。2、加工坐标系的设定方法一：在机床坐标系中直接设定加工原点以图1.12所示零件为例介绍加工坐标系的选择注意：加工坐标系的原点选择在机床坐标系的某一符合加工要求位置处。设定加工坐标系指令1G54G59为设定加工坐标系指令注意：将选择的此点保存在G54G59所代替的数据寄存器里面。2G54G59在加工程序中出现时，即选择了相应的加工坐标系。方法二：通过刀具起始点来设定加工坐标系加工坐标系的选择注意：加工坐标系的原点选择在相对于刀具起始点的某一符合加工要求的空间位置点处设定加工坐标系指令1G92为设定加工坐标系指令注意：G92指令的编程格式：G92 Xa Yb Zc 。将确定的加工原点的坐标值写入含有G92的程序段中，以待运行。2该程序段运行后，就根据刀具起始点的位置设定了加工原点。1.2.4 机床加工坐标系设定的实例讲解第1章 数控加工工艺设计工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的工件进行工艺分析、拟订工艺路线、设计加工工序等工作。因此，合理的工艺设计方案是编制数控加工程序的依据，工艺方面考虑不周也是造成差错的主要原因之一，工艺设计做不好，往往造成工作反复，并且使工作量成倍增加，甚至会使零件成批报废。所以说，编程重要，工艺设计更重要。2.1 数控加工工艺的主要内容及其特点 2.1.1 数控加工工艺的主要内容所谓数控加工工艺就是用数控机床加工零件的一种方法。数控加工与普通机床加工在方法和内容上很相似，但加工过程的控制方式却大相径庭。以机械加工中小批零件为例，在通用机床上加工，就某工序而言，其工步的安排、机床运动的先后次序、进给路线及相关切削参数的选择等，虽然也有工艺文件说明，但操作上往往是由操作者自行考虑和确定的，而且是用手工方式进行控制的。在数控机床上加工时，将记录在控制介质上、描述加工过程所需的全部工艺信息，即原先在通用机床上加工时需要操作者考虑和决定的内容及动作的数码信息输入数控机床的数控装置，进行运算和控制，并不断向伺服机构发送脉冲信号，经转换和放大处理，然后由传动机构驱动机床进行运动，便可加工出所需的零件。可见，实现数控加工，编程是关键。但必须有编程前的数控工艺做必要准备工作和编程后的善后处理工作。严格说来，数控编程也属于数控工艺的范畴。因此，数控加工工艺主要包括以下几个方面的内容：1、选择并确定需要进行数控加工的零件及内容；2、进行数控加工工艺设计；3、对零件图形进行必要的数学处理；4、编写加工程序；5、按程序单制作控制介质；6、对程序进行检验与修改；7、首件试加工，并进行现场问题处理；8、数控加工工艺技术文件的编写与归档。2.1.2 数控加工工艺的特点 数控加工与通用机床加工相比，在许多方面遵循基本一致的原则，在使用方法上也有很多相似之处。但由于数控机床本身自动化程度高，设备费用高，设备功能较强，使数控加工相应形成了如下几个特点：1、数控加工的工艺内容十分明确而且具体 进行数控加工时，数控机床是接受数控系统的指令，完成各种运动实现加工。因此，在编制数控加工程序之前，需要对影响加工过程的各种工艺因素，如切削用量、进给路线、刀具的几何形状，甚至工步的划分与安排等一一作出定量描述，对每一个问题都要给出确切的答案和选择，而不能像用通用机床加工时，在大多数情况下对许多具体的工艺问题，由操作者依据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定。也就是说，本来由操作者在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变为编程人员必须事先具体设计和明确安排的内容。2、数控加工的工艺工作相当准确而且严密数控加工不能像通用机床加工时可以根据加工过程中出现的问题由操作者自由地进行调整。比如加工内螺纹时，在普通机床上操作者可以随时根据孔中是否挤满了切削而决定是否需要退一下刀或先清理一下切削再加工，而数控机床则不得而知。所以在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程的每一个细节，做到万无一失。尤其在对图形进行数学处理、计算和编程时，一定要准确无误。 3、数控加工的工序相当集中一般来说，在普通机床上加工是根据机床的种类进行单工序加工。而在数控机床上加工往往是在一次装夹中完成工件的钻、扩、铰、铣、镗、攻螺纹等多工序的加工。在极端情况下，在一台加工中心上可以完成工件的全部加工内容。2.1.3 数控加工的优点由于数控加工工艺的内容、加工工艺的特点及机床本身的性能与功能，使数控加工体现出如下优点：1、柔性加工程度高在数控机床上加工工件，主要取决与加工程序。它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具等，一般不需要很复杂的工艺装备，也不需要经常重新调整机床，就可以通过编程把形状复杂和精度要求高的工件加工出来。因此能大大缩短产品研制周期，给产品的改型、改进和新产品研制开发提供了捷径。2、自动化程度高，改善了劳动条件数控加工过程是按输入的程序自动完成的，一般情况下，操作者主要是进行程序的输入和编辑、工件的装卸、刀具的准备、加工状态的监控等工作，而不需要进行繁重的重复性的手工操作机床，体力劳动强度和紧张程度可大为减轻，相应的改善了劳动强度。3、加工精度较高数控机床是高度综合的机电一体化产品，是由精密机械和自动化控制系统组成的。数控机床本身具有很高的定位精度，机床的传动系统与机床的结构具有很高的刚性和热稳定性。在设计传动结构时采取了减少误差的措施，并由数控进行补偿，所以数控机床有较高的加工精度。更重要的是数控加工精度不受工件形状及复杂程度的影响，这一点是普通机床无法与之相比的。4、 加工质量稳定可靠由于数控机床本身具有很高的重复定位精度，又是按所编程序自动完成加工的，消除了操作者的各种人为误差，所以提高了同批工件加工尺寸的一致性，使加工质量稳定，产品合格率高。一般说来，只要工艺设计和程序正确合理，并按操作规程精心操作，就可以实现长期稳定生产。5、 生产效率高由于数控机床具有良好的刚性，允许进行强力切削，主轴转速和进给量范围大，可以更合理地选择切削用量，而且空行程采用快速进给，从而节省了机动和空行程时间。数控机床加工时能在一次装夹中加工出很多待加工部位，既省去了通用机床加工时原有的不少辅助工序，也大大缩短了生产准备时间。6、 良好的经济效率改变数控机床加工对象时，7、 有利于生产管理现代化2.2 数控加工内容的选择当选择并决定对某个零件进行数控加工后，一般情况下，并非其全部加工内容都采用数控加工，而经常只是其中的一部分进行数控加工。因此，在选择并作出决定时，一定要结合实际情况，注意充分发挥数控优势，选择那些最需要进行数控加工的内容和工序，一般可按以下顺序进行考虑：1、普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容；2、普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；3、普通机床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚有加工能力的基础上进行选择。相比之下，下列一些加工内容则不宜选择数控加工：1、需要用较长时间占机调整的加工内容；2、加工余量极不稳定，且数控机床上又无法自动调整零件坐标位置的加工内容；3、不能在一次安装中加工完成的零星分散部位，采用数控加工很不方便，效果不明显，可以安排普通机床补充加工。此外，在选择和决定数控加工内容时，还要考虑生产批量，生产周期，工序间周转情况等等，总之，要尽量合理使用数控机床，达到产品质量、生产率及综合经济效率等明显得到提高的目的，要防止将数控机床降格为普通机床使用。数控加工工艺设计应遵循一般的工艺原则，并结合数控机床的特点。数控加工工艺设计的主要内容有：数控加工的工艺性分析、数控加工工艺路线设计、数控加工工序设计、数控加工专用技术文件的编写。2.3数控加工工艺性分析关于数控加工工艺性问题，其涉及面很广，影响因素也较多。在此仅从数控加工的可能性与方便性两个方面对数控加工工件进行工艺性分析。2.3.1 零件图尺寸的标注方法 对数控加工来说，零件图上应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种尺寸标注法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调。在保持设计基准、工艺基准与编程基准的一致性方面带来很大的方便。零件设计人员在标注尺寸时，一般总是较多地考虑装配等使用特性方面，因而常采取局部分散地标注方法，这样会给工序安排与数控加工带来许多不便。由于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会产生较大的积累误差而破坏使用特性，因此可将局部尺寸的分散标注法改为同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法。2.3.2 构成零件轮廓的几何元素条件在手工编程时要计算构成零件轮廓的每一个节点坐标，在自动编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，但常常遇到构成零件轮廓的几何元素的条件不充分。例如：直线与圆弧，圆弧与圆弧的交接关系等等，这种情况往往导致手工编程无法进行。所以，要解决上述问题，就对构成零件轮廓的几何元素的每一个节点坐标值进行大量计算，对所有的几何元素进行定义。2.3.3 零件的结构工艺性1、零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸尤其是加工面转接处的凹圆弧半径，一根轴上直径差不大的各轴肩处的退刀槽宽度等最好统一尺寸。这样可以减少刀具规格和换刀次数，方便编程，提高生产效率。2、内槽及缘板之间的转接圆角半径不应过小圆角半径的大小决定了刀具的直径，而刀具直径的大小与被加工工件轮廓的高低影响着工件加工工艺性的好坏。其加工工艺性的好坏通常由公式R0.2H来判断，满足此公式为加工工艺性不好。3、铣削零件底平面时，槽底圆角半径r不应过大 圆角半径越大，铣刀端刃铣削平面的能力就越差，效率也越低。当r大到一定程度时，甚至必须用球头刀铣刀加工，这是应该避免的。因为铣刀与铣削平面接触的最大直径dD2r（D为铣刀直径）。当D一定，r越大，铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力越差，工艺性也越差。2.3.4数控加工的定位基准应采用统一的基准定位 数控加工工艺特别强调定位加工，若无统一的基准定位，就会因工件重新装夹产生的定位误差而导致加工后的两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象，因此为保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。2.4 数控加工的工艺路线设计数控加工的工艺路线设计与普通机床加工的常规工艺路线拟订的区别主要在于它仅是几道数控加工工艺过程（几道数控加工工序的内容和顺序）的概括，而不是指从毛坯到成品的整个工艺过程。由于数控加工工序一般穿插于零件加工的整个工艺过程中间，因此在工艺路线设计中一定要兼顾常规工序的安排，使之与整个工艺过程协调吻合。2.4.1 工序的划分在数控机床上加工零件与普通机床加工相比，工序比较集中。根据数控加工的特点，数控加工工序的划分有以下几种方式： 1、按定位方式划分工序 以一次安装、加工作为一道工序。 这种方法适用于加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检验状态。通常是以一次安装、加工作为一道工序。其缺点在于有的零件虽然能在一次装夹中加工出许多待加工面，但会使程序太长，增加出错率。 2、按所用刀具划分工序 把同一把刀具加工的内容作为一道工序。有些零件虽然能在一次装夹中加工出很多待加工面，但为了减少换刀次数，压缩空行程时间，可按刀具集中工序的方法加工工件，在一次装夹中尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换一把刀具加工其它部位。即以同一把刀具加工的内容作为一道工序。采用这种方法可以减少换刀次数，提高生产率，而且可以减少不必要的定位误差。 3、按粗、精加工划分工序 考虑工件的加工精度要求、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，及先粗加工后精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。采用这种方法主要针对于易变形的零件，由于粗加工后可能发生变形需要较形，所以一般来说，凡有此现象的零件都要粗精分开加工。4、按加工部位划分工序有些零件加工内容很多，构成零件轮廓的表面结构差异较大，可按其结构特点将其加工部位分成几个部分进行加工。如：内腔、外形、平面、曲面等。 综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数以及本单位生产组织状况等实际情况灵活掌握。2.4.2 工步的划分 数控加工中工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑，合理的工艺不仅要保证加工出符合图纸要求的工件，同时要使数控机床的功能得到充分发挥。因此，在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。1、同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。若加工尺寸精度要求较高时，考虑到零件尺寸、精度、刚性等因素，可采用前者；若加工表面位置精度要求较高时，建议采用后者。2、对于既有铣面又有镗孔的零件，采用“先面后孔”的原则划分工步。先铣面可提高孔的加工精度。因为铣削时切削力较大，工件易发生变形，而先铣面后镗孔，则可使其变形有一段时间恢复，减少由于变形引起的对孔的精度的影响。反之，如先镗孔后铣面，则铣削时极易在孔口产生飞边、毛刺。从而破坏孔的精度。3、按所用刀具划分工步某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用刀具集中工步，以减少换刀次数，减少空移时间，提高加工效率。4、在一次装夹中，尽可能完成所有能够加工的表面。2.4.3 加工顺序的安排加工顺序的安排根据零件的结构和毛坯状况，结合定位和夹紧的需要一起考虑，重点应保证工件的刚性不被破坏，尽量减少变形。加工顺序的安排应遵循下列原则：1、上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧；2、先内后外原则，即先进行内型内腔加工工序，后进行外形加工工序。3、以相同安装方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数、换刀次数；4、在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。2.4.4 数控加工与普通工序的衔接这里所说的普通工序是指常规的加工工序、热处理工序和检验工序等辅助工序。数控工序前后一般都穿插其它普通工序，如衔接不好就容易产生矛盾。较好的解决办法是建立工序间的相互状态要求。如要不要预留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理要求等等，都需要前后兼顾，统筹衔接。因此，在设计和安排工艺路线时，应对零件图、毛坯图认真消化，结合数控加工的特点，灵活运用普通加工工艺的一般原则，尽量把数控加工工艺路线设计的合理一些。其设计的质量会直接影响零件的加工质量与生产效率。所以说，数控加工工艺路线是工序设计的基础和依据。2.5 数控加工工序设计 数控加工工序设计的主要任务是进一步将本工序的加工内容、进给路线、工艺装备、定位夹紧方式等具体确定下来，为编制加工程序作好充分准备。2.5.1 进给路线的确定 在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为进给路线。进给路线不仅包括了加工内容，也反映出加工顺序，是编程的依据之一。1、确定进给路线的原则1 加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度要求；2 应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率；3 在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况下，尽量简化数学处理时数值计算工作量，以简化编程工作。4 当某段进给路线重复使用时，为了简化编程，缩短程序长度，应使用子程序。2、孔加工进给路线的确定加工孔时，只要求定位精度较高，即将刀具在XY平面内快速定位运动到对准孔中心线的位置，因此要按空行程最短安排进给路线，然后刀具再轴（Z）向运动进行加工。所以进给路线的确定要解决好以下两个方面的问题：（1）孔位确定及坐标值的计算1 孔距尺寸公差的转换 一般在零件图上孔位尺寸都已给出，但有时孔距尺寸的公差或基准尺寸距离的公差是非对称尺寸公差，为更好的保证孔距尺寸，应将其转换为对称性公差。2 孔位尺寸的两种表示方法 孔的位置（坐标）尺寸有两种表示方法：绝对值表示方法和增量值表示方法。（2）孔加工顺序的安排 加工位置精度要求较高的孔系时，应特别注意安排孔的加工顺序。若安排不当，就可能将坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。3、铣削加工时进给路线的确定1 铣削外轮廓时进给路线的确定铣削平面工件的外轮廓时，为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，切入、切出部分应考虑外延，对刀具的切入和切出程序要精心设计。所以，铣削外表面轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿工件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出，而不应沿法线直接切入工件。2 铣削内表面时进给路线的确定铣削内表面轮廓时，切入和切出都无法外延，这时铣刀只有沿工件轮廓的切线方向切入和切出，并将其切入点和切出点选在工件轮廓两几何元素的交点处。3 铣削内型腔时进给路线的确定铣削内型腔时进给路线的确定有三种方法：第一，行切法：即刀具与工件轮廓的切点轨迹在垂直于刀具轴线平面内的投影为相互平行的迹线；第二，环切法：即刀具与工件轮廓的切点轨迹在垂直于刀具轴线平面内的投影为一条或多条环行迹线；第三，环综合切法：既有行切法也有环切法。也就是说，先用行切的方法切除中间大部分余量，最后用环切的方法精加工轮廓表面。所以，在这三种方案中行切法最差，综合切法最佳。4、铣削加工中顺、逆铣的确定铣削加工中是采用顺铣还是逆铣，对加工后表面粗糙度和尺寸的保证有影响。究竟采用哪中铣削方法，一般说，数控机床传动采用滚珠丝杠，其运动间隙很小，所以应尽可能采用顺铣。5、车削加工时进给路线的确定数控车床加工工序设计是整个工艺设计的关键，其主要内容有：确定加工顺序和走刀路线，选择夹具、刀具及切削用量等。（1）加工顺序的确定数控车削加工顺序一般按照下列两个原则确定：1 先粗后精的原则2 先近后远的原则（2）走刀路线的确定数控车削的走刀路线基本上是沿其零件轮廓的顺序进行的。因此，重点在于确定粗加工及空行程的走刀路线。1 最短空行程路线2 大余量毛坯的切削路线