数控技术：数控装备设计和数控机床编程及加工

数控装备设计本节课程讲授主要内容：1、数控加工的工艺处理2、数控机床的刀具与工具系统3、数控编程的基础知识第二章数控加工技术基础知识1数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1数控加工的工艺处理2数控技术第二章数控加工技术基础知识数控机床加工工件的基本过程3数控技术第二章数控加工技术基础知识工艺系统4数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.3零件加工的工艺分析2.1数控加工的工艺处理3．加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。（1）加工阶段的划分1）粗加工阶段2）半精加工阶段3）精加工阶段4）光整加工阶段

5数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.3零件加工的工艺分析2.1数控加工的工艺处理3．加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。（1）加工顺序的安排1）先粗后精减少误差复映2）先主后次减少不必要的浪费3）先基准后其它减少定位误差4）先面后孔避免切削变形，保证孔的加工精度5）工序集中提高生产率6）先内腔后外型保证加工精度7)先近后远减少空行程6数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.4数控加工工序的划分2.1数控加工的工艺处理1．工序划分的原则遵循工序最大限度集中的原则

工序划分应考虑以下几个原则：（1）粗精加工分开的原则（2）一次定位的原则（3）先面后孔的原则（4）尽量减少换刀的原则（5）连续加工的原则7数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.4数控加工工序的划分2.1数控加工的工艺处理2．工序与工步的的划分（1）一般工序划分有以下几种方式1）按零件装卡定位方式划分工序提高效率2）按粗、精加工划分工序减少误差复映，提高加工精度。3）按所用刀具划分工序减少换刀次数8数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.4数控加工工序的划分2.1数控加工的工艺处理2．工序与工步的的划分（1）工步的划分

工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。工步划分的原则：

1）同一表面按粗加工、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。2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔

。3）按刀具划分工步

9数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.5加工路线的确定2.1数控加工的工艺处理加工路线的确定原则1．加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；图2-1刀具的切入和切出过渡图2-2内轮廓加工刀具的切入和切出过渡10数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.5加工路线的确定2.1数控加工的工艺处理加工路线的确定原则1．加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；注意：对于平面轮廓的铣削，无论是外轮廓或内轮廓，要安排刀具从切向进入轮廓进行加工，当轮廓加工完毕之后，要安排一段沿切线方向继续运动的距离退刀，这样可以避免刀具在工件上的切人点和退出点处留下接刀痕。11数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.5加工路线的确定2.1数控加工的工艺处理加工路线的确定原则1．加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；(a)行切法(b)环切法(c)行切+环切法图2-3封闭凹槽加工走刀路线12数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.5加工路线的确定2.1数控加工的工艺处理加工路线的确定原则1．加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（a）

图2-4孔系加工方案比较

(b)13数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.5加工路线的确定2.1数控加工的工艺处理加工路线的确定原则2．应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。(a)

(b)图2-5最短加工路线选择14数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.5加工路线的确定2.1数控加工的工艺处理加工路线的确定原则3．应使数值计算简单，以减少编程工作量；此外，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是采用顺铣还是采用逆铣等。15数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.7切削用量的确定2.1数控加工的工艺处理粗加工时切削用量的选择原则是：主要考虑保证提高效率和刀具耐用度。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。精加工时切削用量的选择原则是：主要考虑保证加工精度和表面粗糙度，其次是刀具耐用度和效率。高速切削的切削速度比常规切削速度高5-10倍以上。16数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.8零件的安装与夹具的选择2.1数控加工的工艺处理

1．定位基准的选择：

减少装夹次数,有利于提高工件的刚性,尽量与设计基准重合.2．装夹方案的确定：（1）夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开。（2）必须保证最小的夹紧变形。（3）装卸方便，辅助时间尽量短。（4）对小型零件或工序不长的零件，考虑多件加工.（5）夹具结构应力求简单。（6）夹具应便于与机床工作台面及工件定位面间的定位连接。17数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.9数控加工的工艺文件2.1数控加工的工艺处理1．数控编程任务书

2．数控加工工件安装和原点设定卡片（简称装夹图和零件设定卡）

3．数控加工工序卡片

4．数控加工走刀路线图

5．数控刀具卡片18数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.9数控加工的工艺文件2.1数控加工的工艺处理1．数控编程任务书19数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.9数控加工的工艺文件2.1数控加工的工艺处理3．数控加工工序卡片20数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.9数控加工的工艺文件2.1数控加工的工艺处理

2．数控加工工件安装和原点设定卡片（简称装夹图和零件设定卡）21数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.9数控加工的工艺文件2.1数控加工的工艺处理

4．数控加工走刀路线图22数控技术第二章数控加工技术基础知识2.1.9数控加工的工艺文件2.1数控加工的工艺处理

5．数控刀具卡片23数控技术第二章数控加工技术基础知识2.2数控机床的刀具与工具系统24数控技术第二章数控加工技术基础知识2.2.1数控加工对刀具的要求2.2数控机床的刀具与工具系统数控刀具应具有以下特点：

1、刀具有很高的切削效率

2、数控刀具有高的精度和重复定位精度

3、要求刀具有很高的可靠性和耐用度

4、实现刀具尺寸的预调和快速换刀

5、具有一个比较完善的工具系统

6、建立刀具管理系统

7、应有刀具在线监控及尺寸补偿系统25数控技术第二章数控加工技术基础知识2.2.3数控加工刀具的选择2.2数控机床的刀具与工具系统刀具选择应考虑的主要因素１、被加工工件的材料、性能：金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。２、加工工艺类别；车削、钻削、铣削、镗削或粗加工、半精加工、精加工和超精加工等。３、工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标。４、刀具能承受的切削用量。５、辅助因素：操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。26数控技术第二章数控加工技术基础知识

2.2.4数控机床的工具系统2.2数控机床的刀具与工具系统工具系统:在加工中心上要适应多种形式零件不同部位的加工，故刀具装夹部分的结构、形式、尺寸也是多种多样的。把通用性较强的刀具和配套装夹工具系列化、标准化。数控机床工具系统分为镗铣类数控工具系统和车床类数控工具系统。它们主要由两部分组成：一是刀具部分，二是工具柄部(刀柄)、接杆(接柄)和夹头等装夹工具部分。

27数控技术第二章数控加工技术基础知识

2.2.4数控机床的工具系统2.2数控机床的刀具与工具系统2．镗铣类数控工具系统镗铣类工具系统分为整体式结构和模块式结构两大类。整体式：特点是将锥柄和接杆连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床相连的柄部。优点是结构简单、使用方便、可靠、更换迅速，缺点是锥柄的品种和数量较多。28数控技术第二章数控加工技术基础知识

2.2.4数控机床的工具系统2.2数控机床的刀具与工具系统2．镗铣类数控工具系统目前我国的加工中心采用镗铣类整体数控工具系统（TSG整体式工具系统），其柄部有直柄（三种规格）和锥柄（四种规格）两种，共包括16种不同用途的刀柄。29数控技术第二章数控加工技术基础知识

2.2.4数控机床的工具系统2.2数控机床的刀具与工具系统2．镗铣类数控工具系统镗铣类工具系统分为整体式结构和模块式结构两大类。模块式：特点是把工具的柄部和工作部分分开，制成系统化的主柄模块、中间模块和工作模块。方便了制造、使用和保管，减少了工具的规格、品种、数量的储备，对加工中心较多的企业有很高的实用价值。30数控技术第二章数控加工技术基础知识

2.2.4数控机床的工具系统2.2数控机床的刀具与工具系统2．镗铣类数控工具系统镗铣类模块式数控工具系统”标准（简称为TMG工具系统）。31数控技术第二章数控加工技术基础知识

2.2.4数控机床的工具系统2.2数控机床的刀具与工具系统模块式刀柄整体式刀柄32数控技术第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识33数控技术第二章数控加工技术基础知识一个完整的数控加工程序由程序开始部分（程序号）、若干个程序段、程序结束部分组成。一个程序段由程序段号和若干个程序字组成，一个程序字由地址符和数字组成。2.3数控编程的基础知识数控加工程序的组成及分类

1.数控加工程序的组成程序 说明O1002 程序开始N1G90G92X0Y0Z0； 程序段1N2G42G01X-60.0Y10.0D01F200； 程序段2； 程序段3N4G00G40X0Y0； 程序段4N5M02； 程序结束34数控技术第二章数控加工技术基础知识程序号由程序号地址和程序的编号组成，程序号必须放在程序的开头。如：O1002，其中O为程序号地址（编号的指令码）， 1002为程序的编号（1002号程序）。

不同的数控系统，程序号地址也有所差别。如SIMENS系统用％，而FANUC系统用Ｏ作为程序号的地址码，编程时一定要参考说明书，否则程序无法执行。2.3数控编程的基础知识数控加工程序的组成及分类

（1）程序号（2）程序字

一个程序字由字母加数字组成，如：，其中Z为地址符，表示数字（有正、负之分）35数控技术第二章数控加工技术基础知识程序段号加上若干个程序字就可组成一个程序段。在程序段中表示地址的英文字母可分为尺寸地址和非尺寸地址两种。表示尺寸地址的英文字母有Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｐ、Ｑ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｒ、Ｈ共18个字母。表示非尺寸地址有Ｎ、Ｇ、Ｆ、Ｓ、Ｔ、Ｍ、Ｌ、Ｏ等８个字母。

2.3数控编程的基础知识数控加工程序的组成及分类

（3）程序段36数控技术第二章数控加工技术基础知识N03

G91G01

X50Y60

F200

S400

M03M08

；

2.3数控编程的基础知识数控加工程序的组成及分类

（4）程序段的格式和组成可变程序段格式，即程序段的长短是可变的。程序段号G指令尺寸指令进给速度指令主轴转速指令M指令程序段结束符37数控技术G指令——准备功能

功能：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作。组成：G后带二位数字组成，共有100种（G00～G99）有模态（续效）指令与非模态指令之分。示例：G01，G03，G41，G91，G04，G18等第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.2常见指令功能介绍38数控技术M指令——辅助功能功能：控制机床及其辅助装置的通断的指令。如开、停冷却泵；主轴正反转、停转；程序结束等组成：M后带二位数字组成，共有100种（M00～M99）。有模态（续效）指令与非模态指令之分。示例：M02，M03，M08等 第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.2常见指令功能介绍39数控技术

F、S、T、D指令

F指令——指定（合成）进给速度指令组成：F后带若干位数字，如F150、F3500等。其中数字表示实际的合成速度值。它是模态指令。单位：mm/min（公制）或inch/min（英制）。视用户选定的编程单位而定，若为公制单位，则上述两个指令分别表示：

F=150mm/min；F=3500mm/min。

第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.2常见指令功能介绍40数控技术

S指令（切削速度）——指定主轴转速指令组成：S后带若干位数字，如S500、S3500等。其中数字表示实际的主轴转速值。它是模态指令。单位：r/min。上述两个指令分别表示主轴转速：

500r/min；3500r/min。

第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.2常见指令功能介绍41数控技术T、D

指令指定刀具号和刀具长度、半径存放寄存器号指令。组成：T、D

后跟两位数字，如T11、D02等。其中数字分别表示存放的在库中的刀具号和刀具长度、半径补偿寄存器号。上述两个指令分别表示后续加工将选择刀库中11号刀具和采用D02寄存器中的数值进行补偿。第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.2常见指令功能介绍42数控技术

尺寸指令指定的刀具沿坐标轴移动方向和目标位置的指令

X、Y、Z

、U、V、W指令

指定沿直线坐标轴移动方向和目标位置指令组成：由带符号的数字组成。如X100、Y-340等，其中数字表示沿由字母指定的坐标轴运动的目标位置值,符号表示运动的方向。单位：

mm、μm（公制）或inch（英制）。视用户选定的编程单位而定.

第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.2常见指令功能介绍43数控技术

A、B、C

指令指定沿回转坐标轴移动方向和目标位置指令组成：后带符号的数字组成。如A100、C-340等，其中数字表示沿由字母指定的坐标轴运动的目标位置值,符号表示运动的方向。单位：

度°、弧度。视用户选定的编程单位而定.第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.2常见指令功能介绍44数控技术1、与坐标和坐标系有关的指令

（1）绝对尺寸与增量尺寸指令

G90/G91指令：G90指令表示程序中的编程尺寸是在某个坐标系下按其绝对坐标给定的。G91指令表示程序中编程尺寸是相对于本段的起点，即编程尺寸是本程序段各轴的移动增量，故G91又称增量坐标指令。

第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.3常见准备指令功能及用法45数控技术第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.3常见准备指令功能及用法

1、与坐标和坐标系有关的指令（4）坐标平面选择指令G17、G18、G19G17、G18、G19分别指定空间坐标系中的XY平面、ZX平面和YZ平面

。

对于三坐标数控铣床和铣镗加工中心，开机后数控装置自动将机床设置成G17状态，如果在XY坐标平面内进行轮廓加工，就不需要由程序设定G17。同样，数控车床总是在XZ坐标平面内运动，在程序中也不需要用G18指令指定。Z/X平面Y/Z平面X/Y平面YXZ46数控技术第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.3常见准备指令功能及用法

2、与控制方式有关的指令（1）快速定位指令G00编程格式：G00XYZ功能：指令刀具从当前点，以数控系统预先调定的快进速度，快速移动到程序段所指令的下一个定位点。注意：G00的运动轨迹不一定是直线，若不注意则容易干涉。47数控技术编程格式：G01XaYbZcFf功能：指令多坐标（2、3坐标）以联动的方式，按程序段中规定的合成进给速度f，使刀具相对于工件按直线方式，由当前位置移动到程序段中规定的位置（a、b、c）。当前位置是直线的起点，为已知点，而程序段中指定的坐标值即为终点坐标。第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.3常见准备指令功能及用法

2、与控制方式有关的指令（2）直线插补指令G0148数控技术G02：顺时针圆弧插补。G03：逆时针圆弧插补。

顺、逆方向判别规则：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察，来判别圆弧的顺逆时针方向。

第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.3常见准备指令功能及用法

2、与控制方式有关的指令（3）圆弧插补指令G02、G0349数控技术编程格式：

第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识2.3.3常见准备指令功能及用法

3、与刀具补偿有关的指令（1）刀具半补偿指令G40、G41/G4250数控技术其中：G41：左刀补，即沿加工方向看刀具在左边G42：右刀补，即沿加工方向看刀具在右边G40：取消刀补D：偏置值寄存器选用指令。xx：刀具补偿偏置值寄存器号第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识51数控技术G40、G44、G43指令——刀具长度补偿指令

该指令可以根据储存在偏置寄存器D01~D99中的设定值（与终点坐标值进行加法（G43）或减法（G43）运算后）使刀具的实际移动距离增加或减少一个偏置值。

编程格式：

G43

（G44）DxxZ第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识52数控技术四、其它指令G04——暂停指令功能：可使刀具作短时的无进给运动编程格式：G04X或G04F其中：X,F其后的数值表示暂停的时间，单位为ms;或者是刀具、工件的转数，视具体数控系统而定。用途：用车削环槽、锪平面、钻孔等光整加工用作时间匹配，对于那些动作较长的外部，或者为了使某一操作有足够的时间可靠的完成，可在程序中插入该指令。第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识53数控技术坐标轴的运动方向及其命名

统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给

维修和使用带来极大的方便。ISO和我国都拟定了命名的标准。第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识54数控技术

进给运动坐标系

ISO和中国标准规定：数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统；第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识55数控技术基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。坐标轴相互关系：由右手定则决定。回转座标：轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识56数控技术坐标轴方向：刀具相对工件运动的方向。这样便可以使编程人员在不知是刀具移近工

件，还是相反的情况下，就能正确地进行编程。附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用表示。

第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识57数控技术XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识58数控技术Z坐标

（首先确定的坐标）标准规定：Z坐标∥主轴轴线的进给轴。若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。若主轴能摆动：在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标；若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识59数控技术Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。+Z立式5轴数控铣床的坐标系+Z第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识60数控技术Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。+Z第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识61数控技术X坐标

（其次确定的坐标）标准规定：在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。

+Z+X第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识62数控技术X坐标

（其次确定的坐标）标准规定：在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴垂直（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；+Z+X第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识63数控技术X坐标

（其次确定的坐标）标准规定：在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴垂直（立式）：双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向右边。+Z+X第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识64数控技术X坐标

（其次确定的坐标）标准规定：在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。+Z+X第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识65数控技术Y坐标（最后确定的坐标）利用已确定的X.Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在XZ平面，从Z至X，姆指所指的方向为+y。第二章数控加工技术基础知识2.3数控编程的基础知识66数控技术第二章数控加工技术基础知识数值计算主要包括计算工件轮廓的基点和节点的坐标。2.3.5手工编程时的数学处理：2.3数控编程的基础知识67数控技术本节课程小节：1、数控加工的工艺处理

2、数控机床的刀具与工具系统

3、数控编程的基础知识第二章数控加工的程序编制68数控技术谢谢第二章数控加工技术基础知识第2章结束了!69数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。机械工程实验教学中心数控编程的目的数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。机械工程实验教学中心数控编程的内容数控编程的基本原理机械工程实验教学中心数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍机械工程实验教学中心为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√