大学课程设计)

1、目录前言1.131.2 52.182.292.3102.4 143.1153.2163.3 184.1204.2215.1235.2255.326272828前言数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术（ IT ）与制造技术（ MT）结合发展的结果。现代的 CAD/CMD、 FMS、CIMS、敏捷制造

2、和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术是现代机械类专业学生必不可少的。中国数控技术和产业经过 40 多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类的数字伺服，

3、我们老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产力，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约

4、，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在 21 世纪走在世界的前列。第一章数控技术的发展状况和发展趋势1.1 国内外数控技术发展状况世界制造业在 20 世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。 90 年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从 90 年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从 2000 年至今已接受 3 个月以后的订货合同，生产任务饱满。20 世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计

5、算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从 1952 年美国第 1 台数控铣床问世至今已经历了 50 个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有 10 20 万台，产值上百亿美元。世界制造业在 20 世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。 90 年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90 年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从 2000

6、年至今已接受 3 个月以后的订货合同，生产任务饱满。我国数控机床制造业在 80 年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在 90 年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50，库存超过 4 个月。从 1995 年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在 1999 年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从 200

7、0 年 8 月份的上海数控机床展览会和 2001 年 4 月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。但也反映了下列问题：（ 1） 低技术水平的产品竞争激烈，互相靠压价促销；（ 2） 高技术水平、全功能产品主要靠进口；（ 3） 配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；（ 4） 应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；（ 5） 自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近 300 万台），但我们的机床数控化率仅达到 19左右，这与西

8、方工业国家一般能达到 20的差距太大。日本不到 80 万台的机床却有近10 倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国21 世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床30004000 台，日本 1 年产 5 万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口70009000 台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五”就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达 810 万台，需投入 80100 亿资金，但得到的经济效益将是投入的 510 倍以上

9、。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入 68 亿元，用于对 1218 万台机床的数控化改造。数控技术经过 50 年的 2 个阶段和 6 代的发展：第 1 阶段：硬件数控（ NC）第 1 代： 1952 年的电子管第 2 代： 1959 年晶体管分离元件第 3 代： 1965 年的小规模集成电路第 2 阶段：软件数控（ CNC）第 4 代： 1970 年的小型计算机第 5 代： 1974 年的微处理器第 6 代： 1990 年基于个人 PC机（ PCBASEO）第 6 代的系统优点主要有：（ 1） 元器件集

10、成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到5 万小时以上；（ 2） 基于 PC平台，技术进步快，升级换代容易；（ 3） 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如 CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）；（ 4） 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本 FANUC公司， 1 年生产 5 万套以上系统，占世界市场约 40左右，其次是德国的西门子公司约占 15以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲地亚，法国的 NUM，日本的三菱、安川。国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控

11、集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过 300400 套。近 10 年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。（ 1） 高速化由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由30004000r min 提高到 800010000r min，铣床和加工中心主轴转速由40008000r min 提高到 12000r min、24000r min、40000r min 以上快速移动速度由过去的 1020mmin 提高到 48mmin、60m min、80mmin、120mmin 在提高速度的

12、同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的 05G（重力加速度）提高到 152G，最高可达 15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。（ 2） 高精度化数控机床的定位精度已由一般的 001 0 02mm提高到 0008mm左右，亚微 M级机床达到 0 0005mm左右，纳 M级机床达到 0005 0 01m，最小分辨率为 1nm（ 0 000001mm）的数控系统和机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳M级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到 1 的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。（ 3） 复合加工、新结构机床大量出现

13、如 5 轴 5 面体复合加工机床， 5 轴 5 联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括 6 轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。（ 4） 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达 1000mmin，加工铝件能达 5000mmin。（ 5） 数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊

14、断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为 21 世纪制造业发展的一个主要潮流。1.2 数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（ IT 、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面18。1. 2.1 高速、高精加工技术及装备的新趋效率、质量是先进制造技术的体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档

15、次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/ 辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高

16、精和高柔性的要求。从 EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 CINCINNATI公司的 HyperMach机床进给速度最大达 60m/min，快速为100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/min 。加工一薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床加工需 8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm 和 1g。在加

17、工精度方面，近10 年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到 5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5 m，并且超精密加工精度已开始进入纳 M级 (0.01 m)。在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF值已达 6 000h 以上，伺服系统的MTBF值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。轴联动加工采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为， 1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床，

18、特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时， 5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。在 EMO2001展会上，新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5

19、 轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5 面加工和 5 轴联动加工，可由CNC系统控制或 CAD/CAM直接或间接控制。智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界

20、面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The NextGeneration Work-Station/Machine Control)、欧共体的 OSACA(Op和复合加工机床en System Architecture for Control within AutomationSystems) 、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control

21、 System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如

22、敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 EMO2001展中，日本山崎马扎克（ Mazak)公司展出的“ CyberProduction Center ”（智能生产控制中心，简称 CPC)；日本大隈（ Okuma）机床公司展出 “IT plaza ”（信息技术广场，简称 IT 广场 ) ；德国西门子 (Siemens) 公司展出的 Open Manufacturing Environment （开放制造环境，简称 OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。第二章数控编程基础知识2.1 数控编程的内容分析

23、零件图样和制定工艺方案这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。数学处理在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值

24、，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。编写零件加工程序在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序检验将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序

25、进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。2.2 编程的方法数控编程方法可以分为两类：一类是手工编程，另一类是自动编程。手工编程手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺决策、确定加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。对于点位加工或几何形状不太复杂的轮廓加工，

26、几何计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。如简单阶梯轴的车削加工，一般不需要复杂的坐标计算，往往可以由技术人员根据工序图纸数据，直接编写数控加工程序。 但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，数值计算则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。自动编程自动编程是采用计算机辅助数控编程技术实现的，需要一套专门的数控编程软件，现代数控编程软件主要分为以批处理命令方式为主的各种类型的语言编程系统和交互式 CADCAM集成化编程系统。APT 是一种自动编程工具（ Automatically Programmed Tool ）的简称，是对工

27、件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的一种接近于英语的符号语言。在编程时编程人员依据零件图样，以 APT语言的形式表达出加工的全部内容，再把用 APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经APT语言编程系统编译产生刀位文件（ CLDATA file ），通过后置处理后，生成数控系统能接受的零件数控加工程序的过程，称为 APT语言自动编程。采用 APT语言自动编程时，计算机（或编程机）代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算工作，并省去了编写程序单的工作量，因而可将编程效率提高数倍到数十倍，同时解决了手工编程中无法解决的许多复杂零件的编程难题。交互式 CAD/CAM集成系统自动编程

28、是现代CAD/CAM集成系统中常用的方法，在编程时编程人员首先利用计算机辅助设计 (CAD)或自动编程软件本身的零件造型功能，构建出零件几何形状，然后对零件图样进行工艺分析，确定加工方案，其后还需利用软件的计算机辅助制造 (CAM)功能，完成工艺方案的制订、切削用量的选择、刀具及其参数的设定，自动计算并生成刀位轨迹文件，利用后置处理功能生成指定数控系统用的加工程序。因此我们把这种自动编程方式称为图形交互式自动编程。这种自动编程系统是一种 CAD与 CAM高度结合的自动编程系统。集成化数控编程的主要特点：零件的几何形状可在零件设计阶段采用CAD/CAM集成系统的几何设计模块在图形交互方式下进行定

29、义、显示和修改，最终得到零件的几何模型。编程操作都是在屏幕菜单及命令驱动等图形交互方式下完成的，具有形象、直观和高效等优点。2.3 数控专业基本编程指令1、快速定位 G00格式： G00 X（U）_Z （W）_说明： X、 Z：为绝对编程时，快速定位终点在工件坐标系中的坐标；U、W：为增量编程时，快速定位终点相对于起点的位移量；G00 指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点。 G00 指令中的快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定，不能用F 规定。G00 一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。快移速度可由面板上的快速修调按钮修正。G00

30、为模态功能，可由G01、G02、G03 或 G32 功能注销。注意：在执行 G00 指令时，由于各轴以各自速度移动，不能保证各轴同时到达终点，因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线。操作者必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做法是，将 X 轴移动到安全位置，再放心地执行 G00 指令。2、直线插补 G01格式： G01 X（U）_Z （W） _ F_；说明： X 、Z：为绝对编程时终点在工件坐标系中的坐标； U、W：为增量编程时终点相对于起点的位移量； F_：合成进给速度。 G01 指令刀具以联动的方式，按 F 规定的合成进给速度，从当前位置按线性路线 ( 联动直线轴的合成轨迹为直线 )

31、 移动到程序段指令的终点。 G01 是模态代码，可由 G00、G02、G03或 G32 功能注销。3、圆弧进给 G02/G03格式： G02X（U）_Z（W）_I_K_F说明： G02/G03 指令刀具，按顺时针 / 逆时针进行圆弧加工。圆弧插补G02/G03 的判断，是在加工平面内，根据其插补时的旋转方向为顺时针/ 逆时针来区分的。加工平面为观察者迎着Y 轴的指向，所面对的平面。G02： 顺时针圆弧插补G03： 逆时针圆弧插补X、 Z ： 为绝对编程时，圆弧终点在工件坐标系中的坐标；U、W： 为增量编程时，圆弧终点相对于圆弧起点的位移量；I 、 K ：圆心相对于圆弧起点的增加量( 等于圆心的

32、坐标减去圆弧起点的坐标，在绝对、增量编程时都是以增量方式指定，在直径、半径编程时 I 都是半径值 R：圆弧半径， F：被编程的两个轴的合成进给速度；4、螺纹切削 G32格式： G32 X（U）_Z（ W） _ F_说明：X、 Z ： 为绝对编程时，有效螺纹终点在工件坐标系中的坐标；U、W： 为增量编程时，有效螺纹终点相对于螺纹切削起点的位移量；F： 螺纹导程，即主轴每转一圈，刀具相对于工件的进给值；从螺纹粗加工到精加工，主轴的转速必须保持一常数；在没有停止主轴的情况下，停止螺纹的切削将非常危险；因此螺纹切削时进给保持功能无效，如果按下进给保持按键，刀具在加工完螺纹后停止运动；在螺纹加工中不使用

33、恒定线速度控制功能；在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段 和降速退刀段 ，以消除伺服滞后造成的螺距误差。5、内（外）径切削循环G90圆柱面内（外）径切削循环格式： G90 X_Z_F_；说明： X、 Z：绝对值编程时，为切削终点在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为切削终点相对于循环起点的有向距离。6、端平面切削循环G94格式： G94 X_Z_F说明： X、 Z：绝对值编程时，为切削终点在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为切削终点相对于循环起点的有向距离7、螺纹切削循环G92格式： G92 X （U）_Z（W）_ F_ ；说明： X 、Z ：绝对值编程时，为螺纹终点在工件坐标系下的坐标；

34、增量值编程时，为螺纹终点相对于循环起点的有向距离。F：螺纹导程； G92指令与 G32指令的区别为G92可多次自动切削螺纹 。8、复合循环有四类复合循环，分别是G71：内（外）径粗车复合循环；G72：端面粗车复合循环；G73：封闭轮廓复合循环；G70：精车循环；运用这组复合循环指令，只需指定精加工路线和粗加工的吃刀量，系统会自动计算粗加工路线和走刀次数。（1）内（外）径粗车复合循环G71格式： G71 U(d) R(r)G71 P(ns) Q(nf) X(x) Z( z) F(f) S(s) T(t)；d：切削深度 ( 每次切削量 ) ；r ：每次退刀量；ns：精加工路径第一程序段的顺序号；n

35、f ：精加工路径最后程序段的顺序号； x：X 方向精加工余量； z：Z 方向精加工余量；f ，s， t ：粗加工中 G71程序段中编程的 F 、S、T 有效，而精加工处于 ns 到 nf 程序段之间的 F 、 S、 T 有效。注意：G71 指令必须带有 P ，Q 地址 ns 、nf ，且与精加工路径起、止顺序号对应，否则不能进行该循环加工。ns 的程序段必须为 G00/G01指令。在顺序号为 ns到顺序号为 nf的程序段中，不应包含子程序。（2）端面粗车复合循环G72格式： G72 W(d) R(r)。G72 P(ns) Q(nf) X(x) Z( z) F(f) S(s) T(t)；说明：该

36、循环与G71 的区别仅在于切削方向平行于X 轴。（3）固定形状复合循环G73格式： G73 U（ i ） W(k) R(d)。G73 P(ns) Q(nf) X(x) Z( z) F(f) S(s) T(t)；说明：适用于铸造、锻造毛坯，与最终零件有相似外形。（4）精车循环 G70格式： G70 P(ns) Q(nf)；2.4 数控编程的应用选择刀具程序起始点(1) 刀具在起始点换刀时，不能与工件或夹具产生干涉碰撞；(2) 刀具退回到起始点时，应能方便地安装工件或能测量加工中的工件；(3 ）起始点可以选在工件上的某一基准点，也可以选在工件外的某一点，该点必须与工件的定位基准保持一定精度的坐标关

37、系，在数控铣床上，起始点应尽可能选在工件设计基准或工艺基准上。若以孔定位的工件，起始点应放在孔的中心线上，这样不仅便于测量，而且也能减少误差，提高加工精度；(4 ）刀具的几何尺寸 ( 例如刀具的长度、刀具的直径) 也会影响起始点的位置。在数控机床上使用一把刀具加工工件时，常采用实切法确定程序中刀具的起始点，即用刀具在被加工工件上进行少量实际切削，根据测量加工出的工件实际尺寸修改加工程序的起始点。采用实切法占用了机床的加工时间，效率很低，不利于自动加工。而且数控机床上使用的刀具不仅数量多，而且种类也多，采用实切法把各类型刀具的刀尖或切削部位在换刀后位于同一起始点，实际上这是不可能的。进刀和退刀方

38、式对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。退刀时，沿轮廓延长线工进退出至工件附近，再快速退刀。一般先退 X 轴，后退 Z 轴。根据刀具加工零件部位的不同，退刀的路线确定方式也不同。（1）斜线退刀方式 斜线退刀方式路线最短，适用于加工外圆表面的偏刀退刀，如图所示。（2）径 - 轴向退刀方式 这种退刀方式是刀具先径向垂直退刀，到达指定位置时再轴向退刀，如图所示，切槽即采用此种退刀方法。（3）轴 - 径向退刀方式 轴- 径向退刀方式的顺序与径

39、 - 轴向退刀方式恰好相反，如图所示。镗孔即采用此种退刀方式，数控系统除按指定的退刀方式退刀外，还可用 G0指令编制退刀路线，原则是第一考虑安全性，即在退刀过程中不能与工件发生碰撞，第二考虑退刀路线最短。相比之下安全是第一位的。加工程序和进给路线设定1、坐标点计算在手工编程时，坐标值计算要根据图样尺寸和设定的编程原点，按确定的加工路线，对刀尖从加工开始到结束过程中每条运动轨迹的起点或终点坐标值进行一个一个点仔细计算。2、确定加工顺序及进给路线加工顺序按照由粗到精、由近到远的原则确定。即先从右到左进行粗车（留 0.25mm精车余量），然后从右向左的原则进行精车。粗车在较短的时间内将工件上的大部分

40、余量切除，提高加工效率，满足精车余量均匀的要求。先加工离对刀点较近的部位，以便缩短刀具移动距离，减少空程时间，还有利于保持坯件的刚性，改善切削条件。第三章数控车加工工艺3.1 加工工艺分析主要内容数控加工工艺概括起来主要包括如下内容。(1) 选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。(2) 分析被加工零件的图纸，明确加工内容几技术要求。(3) 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。(5) 数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点，确

41、定刀具补偿，确定加工路线。(6) 处理数控机床上的部分工艺指令。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。3.2 数控加工内容及加工方法的选择选择数控加工内容在分析零件精度、形状及其他技术条件基础上，考虑零件是否适合于在数控机床上进行加工以及选择什么类型的数控机床加工。通常，考虑是否选择在数控机床上加工的因素是，零件的技术要求能否保证，对提高生产率是否有利，经济上是否合适。一般说来，零件的复杂程度高、精度要求高、多品种、小批量的生产，采用数控机床加工能获得较高的经济效益。当选择并决定某个零件进行数控加工后，并不是要把所有的加工内容都包下来，而可能只是对其中的一部分进行数控

42、加工，因此必须要对所要加工的零件进行仔细的工艺分析，选择那些适合于进行数控加工的内容和工序。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、质量也难以保证的内容，作为数控加工的内容；（3）普通机床加工效率低、工人操作劳动强度大的内容，可考虑在数控机床上加工。与以上述内容比较，下列一些内容则不宜选择采用数控机床加工：（1）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个精基准的工序等；（2）必须按专用工装协调的孔及其他加工内容。主要原因是采集编程用的资料有困难，协调效果也不一定理想；（3）不能在一次装夹

43、中加工完成的其他零星部位，采用数控加工麻烦，效果不明显，可安排在普通机床进行补加工。此外，在选择数控加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期和工序间转情况等因素；还要注意充分发挥数控机床的效益，防止把数控机床当作普通机床使用。选择数控加工方法（1）旋转体零件的加工这类零件一般在数控车床上加工：其毛坯多采用棒料或锻坯，零件的形状往往是阶梯形或其他等圆柱形零件，其特点是加工余量大且不均匀。在编写加工程序时主要考虑的问题是粗车时的加工路线。（2）孔系零件的加工在零件上进行孔系加工时，由于孔与孔之间的位置精度要求较高，宜用点位元直线控制的数控钻镗床或数控加工中心加工，这样不仅可能减轻工人的劳动强度，提高

44、生产率，而且还易于保证精度。加工这类零件时，孔系的定位多用快速运动，有两坐标联动的数控机床，可以指令两轴同时运动。对没有联动的数控机床，则只能指令两个坐标轴依次运动。以外，在编程加工程序时，还可以采用子程序调用或循环指令的方法来减少程序段的数量，以减少加工程序的长度和提高加工的可靠性。（3）平面和曲面轮廓零件的加工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加工。为了保证加工质量和刀具受力状况良好，加工过程中尽量使刀具回转中心线与加工表面处处垂直或相切。为此，加工这类零件采用具有旋转坐标的四坐标、五坐标联动的数控铣床加工。（4）模具型腔的加工该类零件通常型腔表面复杂、不规

45、则，尺寸精度及表面质量要求高，且加工材料硬度高、韧性大，此时可考虑选用数控电火花机床成形加工，用该法加工零件时，由于电极与工件不接触，没有机械加工时的切削力，故特别适宜加工低刚度工件和进行细微加工。（5）平板形零件的加工该类零件通常可考虑选择数控线切割机床加工。这种加工方法除了内侧角部的最小半径由金属直径限制外，任何复杂的内外侧形状都可以加工，而且加工余量少，加工精度高，而无需考虑工件的硬度如何，只要是导体或半导体材料均可。3.3 控加工中刀具选择与切削用量的确定数控加工常用刀具的种类及特点数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀

46、柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：整体式；镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的 30%40%，金属切除量占

47、总数的 80% 90%。数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；互换性好，便于快速换刀；寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。数控加工刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

48、选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉 M铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。在进行自由曲面 ( 模具 ) 加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀

49、具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。加工过程中切削用量的确定合理选择切削用量的原则是

50、：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素：切削深度 t 。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下， t 就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。切削宽度 L。一般 L 与刀具直径 d 成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般 L 的取值范围为： L=（0.6 0.9 ） d。切削速度 v。提高 v

51、 也是提高生产率的一个措施，但 v 与刀具耐用度的关系比较密切。随着 v 的增大，刀具耐用度急剧下降，故 v 的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚 30CrNi2MoVA时， v 可采用 8m/min 左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时， v 可选 200m/min 以上。主轴转速 n(r/min) 。主轴转速一般根据切削速度 v 来选定。计算公式为： v=nd/1000 。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。进给速度vF。 vF 应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料

52、来选择。vF 的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时， vF 可选择得大些。在加工过程中， vF 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。随着数控机床在生产实际中的广泛应用，量化生产线的形成，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。第四章切削用量的选择和选择原则4.1 切削用量的选择切削用量 (ap 、 f 、 v) 选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。在中对于切削用量选择的总体原则进行了介绍，在这里主要针