简明数控工艺与编程手册

简明数控工艺与编程手册第一章：数控工艺与编程概述1.1数控工艺与编程是数控机床加工的核心，是指将待加工零件的几何信息和工艺信息，用数控编程语言编写成加工程序，控制数控机床完成零件的加工过程。其中，几何信息包括零件的形状、尺寸等；工艺信息包括切削用量、刀具选择、加工顺序等。数控工艺与编程的目的是实现高效率、高质量的零件加工，满足产品制造的要求。

1.2数控机床的种类与特点

数控机床是数控工艺与编程实现的硬件平台，根据不同的用途和结构特点，数控机床可分为以下几种类型：

（1）数控车床：主要用于回转体零件的加工，如轴类、盘类等。特点是结构简单、操作方便、适应性好。

（2）数控铣床：主要用于平面、曲面和复杂轮廓的加工，如板类、壳体类等。特点是加工精度高、适应性好、可进行复杂形状的加工。

（3）数控加工中心：是一种具有多种加工功能的数控机床，如钻、铣、攻丝等。特点是自动化程度高、精度高、效率高。

（4）数控火焰切割机：主要用于钢板切割，具有高效、节能、环保等特点。

此外，还有数控冲床、数控弯管机等专用数控机床，分别用于冲压、弯管等加工领域。

1.3数控工艺与编程的重要性

数控工艺与编程是数控机床加工的核心技术，其重要性主要体现在以下几个方面：

（1）提高生产效率：采用数控工艺与编程，可以大大提高零件的加工效率和质量，减少加工时间和成本，满足大规模生产的需求。

（2）提高生产精度：数控机床的加工精度高，通过数控工艺与编程，可以实现高精度的零件加工，满足产品制造的要求。

（3）降低劳动强度：采用数控工艺与编程，可以实现自动化和半自动化加工，减少人工操作的难度和劳动强度。

（4）促进生产管理现代化：采用数控工艺与编程，可以实现数字化制造和管理，促进生产管理的现代化和信息化。第二章：数控机床的机械结构与运动2.12.1数控机床的组成

数控机床，也称为计算机数控机床，是现代制造业的核心设备。它利用数字控制技术实现对机床的自动控制，可以高效地进行各种复杂零件的加工。数控机床主要由以下几个部分组成：

1、数控装置：数控装置是数控机床的核心部件，它包含了计算机控制系统、驱动电路和位置反馈系统。数控装置通过接收来自操作面板和编程软件的指令，控制机床的各个轴进行精确的运动。

2、传动系统：传动系统是数控机床的动力系统，它负责将电动机的旋转运动转化为机床的直线运动。传动系统通常由滚珠丝杠、齿轮箱和联轴器等组成。

3、机床主体：机床主体是数控机床的基础结构，它包括床身、工作台、立柱和主轴箱等。机床主体是机床各个部件的安装基座，同时也起到了承受切削力和热量的作用。

4、辅助装置：辅助装置是数控机床的辅助机构，包括冷却系统、排屑装置、刀具管理系统和测量系统等。它们为机床的正常运行提供了必要的支持。

2.2数控机床的机械结构

数控机床的机械结构主要包括以下几个部分：

1、工作台：工作台是数控机床的主要工作面，可以用来放置被加工工件。工作台通常由钢板、铸铁或铝合金制成，具有高刚性和高精度。

2、主轴：主轴是数控机床的主要旋转机构，它用来驱动刀具进行切削。主轴通常由高精度轴承支撑，以实现高速旋转和高精度控制。

3、刀具架：刀具架是数控机床的刀具存储和夹持装置，它可以根据需要更换不同的刀具，如铣刀、钻头和丝锥等。

4、传动系统：传动系统是数控机床的动力传输机构，它由滚珠丝杠、齿轮箱和联轴器等组成，将电动机的旋转运动转化为工作台的直线运动。

5、机床床身：机床床身是数控机床的基础结构，它通常由高强度铸铁或钢板制成，具有高刚性和高稳定性，为机床各个部件提供了精确的基准面。

2.3数控机床的运动系统

数控机床的运动系统主要包括以下几个部分：

1、进给系统：进给系统是数控机床的位置控制系统，它负责控制机床的移动部件（如工作台、主轴等）在X、Y、Z三个坐标轴上的精确位置。进给系统通常由滚珠丝杠、步进电机或伺服电机驱动。

2、主轴控制系统：主轴控制系统是数控机床的速度和扭矩控制系统，它负责控制主轴的旋转速度和扭矩，使刀具能够在切削过程中实现精确的转速和切削力控制。主轴控制系统通常由变频器、电动机和齿轮箱等组成。

3、液压和气动系统：液压和气动系统是数控机床的辅助控制系统，它们通过气压或液压方式为机床提供必要的动力，如刀具的更换、冷却液的喷射等。

4、润滑系统：润滑系统是数控机床的保养和维护系统，它通过定时定量地供应润滑剂，对机床各个部件进行润滑保养，以减少机械磨损和提高机床的使用寿命。第三章：数控刀具与材料3.13.1数控刀具的种类与特点

数控刀具是数控加工中的重要组成部分，根据不同的加工要求，刀具的种类和特点也有所不同。以下是一些常见的数控刀具类型及其特点：

1、车削刀具：车削刀具是一种用于车削加工的刀具，根据不同的加工需求，可分为粗车刀、精车刀、切槽刀等。车削刀具具有锋利的车削表面、耐磨性和高硬度等特点。

2、铣削刀具：铣削刀具是一种用于铣削加工的刀具，根据不同的加工需求，可分为平铣刀、立铣刀、键槽铣刀等。铣削刀具具有切削刃锋利、切削力大、耐磨性好等特点。

3、钻孔刀具：钻孔刀具是一种用于钻孔加工的刀具，可分为钻头、扩孔钻、铰刀等。钻孔刀具具有切削刃锋利、排屑效果好、钻孔精度高等特点。

4、镗孔刀具：镗孔刀具是一种用于镗孔加工的刀具，可分为粗镗刀、精镗刀、通孔镗刀等。镗孔刀具具有切削刃精度高、排屑效果好、加工表面质量高等特点。

5、切断刀具：切断刀具是一种用于切断加工的刀具，可分为机械剪切刀、气动剪切刀等。切断刀具具有切削刃强度高、切断力大、操作简便等特点。

3.2数控刀具的材料与性能

数控刀具的材料直接影响着切削加工的效率和加工表面的质量。以下是一些常见的数控刀具材料及其性能特点：

1、高碳钢：高碳钢是一种常见的数控刀具材料，具有较高的强度和硬度，价格较为便宜。但是，高碳钢的耐磨性和抗冲击性较差，一般适用于粗加工和半精加工。

2、高速钢：高速钢是一种具有较高硬度和耐磨性的数控刀具材料，而且可以进行焊接和热处理加工。但是，高速钢的抗冲击性和耐热性较差，一般适用于加工硬度较低的金属材料。

3、硬质合金：硬质合金是一种由钨、钛、钽等金属元素组成的数控刀具材料，具有高硬度、高耐磨性和高耐热性等特点。但是，硬质合金的抗冲击性和韧性较差，一般适用于加工硬度较高、耐磨性要求较高的金属材料。

4、金刚石：金刚石是一种非常硬的数控刀具材料，具有极高的耐磨性和切削刃精度。但是，金刚石的抗冲击性和韧性较差，一般适用于加工硬度非常高的金属材料和非金属材料。

5、其他材料：除了以上几种常见的数控刀具材料之外，还有立方氮化硼、陶瓷等其他材料，它们都具有高硬度、高耐磨性和高耐热性等特点，适用于加工不同种类的金属材料和非金属材料。

3.3数控刀具的选用与安装

在数控加工中，选用合适的数控刀具和正确的安装方法对于提高加工效率和加工表面质量都非常重要。以下是一些有关数控刀具选用和安装的注意事项：

一、选用合适的数控刀具

1、根据加工需求选择合适的刀具类型和规格，如车削、铣削、钻孔等类型和直径大小等；

2、根据被加工的材料类型和硬度选择合适的刀具材料；

3、根据被加工材料的表面粗糙度和精度要求选择合适的切削刃形状和精度等级；

4、根据具体的加工条件和生产环境选择合适的切削参数和冷却方式等。

二、正确的安装方法

1、安装前要清洗刀具表面和安装部位，确保无残留物和污染物；

2、根据所选用的数控刀具类型和规格，正确选用安装工具和安装方法；

3、在安装过程中要保证切削刃与工件表面的平行度和垂直度；

4、对于多个切削刃的组合刀具，要注意调整各个切削刃之间的位置关系；

5、在安装完毕后要检查切削刃是否锋利，是否有松动或异响等问题。第四章：数控编程基础4.14.1数控编程的基本概念数控编程是一种使用特定软件工具将工件加工要求转化为可执行指令的技术。这些指令被输入到数控机床中，控制机床的运动和操作，以实现对工件的精确加工。数控编程是一种广泛应用于制造业的重要技术，它使得生产过程更为高效、精确和灵活。在数控编程中，需要了解工件的形状、尺寸、材料和热处理等各方面信息，以及机床的性能参数和刀具的特性等。根据这些信息，编程人员使用专门的软件工具进行计算和模拟，生成适合机床的指令程序。4.2数控编程的坐标系与原点在进行数控编程时，需要建立一个坐标系来描述工件的位置和运动轨迹。这个坐标系通常称为机床坐标系或机械坐标系。在机床坐标系中，原点通常位于机床的某一特定位置，如机床的夹持器或主轴的轴线上。在编程过程中，需要定义工件相对于机床原点的位置和方向。为此，需要输入工件的原点位置和坐标系的方向，这些信息称为工件坐标系或工作坐标系。工件坐标系的原点称为工件原点或工作原点，它相对于机床坐标系的原点有一定的偏移量和旋转角度。4.3数控编程的基本指令与功能数控编程的基本指令包括准备指令、插补指令、刀具补偿指令、辅助功能指令等。准备指令用于定义工件的形状和尺寸，如G01（直线插补）、G02（圆弧插补）、G03（快速定位）等；插补指令用于控制工件的插补轨迹，如G00（快速定位）、G01（直线插补）、G02（圆弧插补）等；刀具补偿指令用于设置刀具的直径、长度、位置等参数；辅助功能指令用于控制机床的辅助动作，如主轴的启停、冷却液的开关等。除了基本指令外，数控编程还包括许多功能指令，如G功能和M功能。G功能指令用于控制机床的运动和操作，如G00（快速定位）、G01（直线插补）、G02（圆弧插补）等；M功能指令用于控制机床的辅助动作，如冷却液的开关、主轴的启停等。在进行数控编程时，需要结合工件的加工要求和机床的性能参数，合理选择和运用这些指令和功能，制定出合适的加工方案和程序，以实现对工件的精确加工。第五章：数控工艺规划5.1数控工艺规划是数控编程的重要环节，其基本步骤包括：

1、分析被加工工件图纸：对被加工工件的结构特点、几何尺寸、技术要求等进行详细分析。明确加工内容、加工精度和表面粗糙度等要求。

2、选择合适的数控机床和加工中心：根据被加工工件的特点和要求，选择合适的数控机床和加工中心。需要考虑机床的规格、精度、运动范围和功能等因素。

3、确定加工策略：根据被加工工件的材质、结构和加工要求，确定合适的加工策略。例如，粗加工、半精加工和精加工等，以及使用的刀具、切削参数等。

4、优化加工路径：在确定了加工策略后，需要对加工路径进行优化。优化加工路径可以提高加工效率、降低加工成本和提高加工质量。

5、制定切削三要素：切削三要素包括切削速度、进给量和切削深度。在优化加工路径时，需要制定合适的切削三要素，以达到最佳的加工效果。

6、程序调试和优化：完成数控编程后，需要在数控机床上进行程序调试和优化。通过实际加工测试，对程序进行修正和优化，以确保加工质量和效率。

5.2数控加工表面的预备处理

数控加工表面的预备处理对于提高加工质量和效率具有重要意义。表面预备处理包括以下步骤：

1、毛坯准备：根据被加工工件的要求，选择合适的毛坯材料和规格。对于大型工件，需要使用焊接或组装的方法进行毛坯制备。

2、粗加工：在毛坯准备完成后，需要通过粗加工去除多余的材料，初步形成工件的形状和轮廓。粗加工可以选择多种方法，如铣削、车削或电火花加工等。

3、半精加工：在粗加工完成后，需要进行半精加工。半精加工主要是为了去除粗加工后留下的多余材料，同时对工件的精度和表面粗糙度进行初步控制。

4、精加工：精加工是最终的加工阶段，主要目的是达到工件的最终精度和表面质量要求。精加工可以选择多种方法，如铣削、车削、磨削和抛光等。

5、表面处理：在精加工完成后，可以对工件表面进行处理，以提高工件的耐腐蚀性、耐磨性和美观度。常见的表面处理方法包括氧化处理、镀铬、喷涂和抛光等。

5.3数控加工路径的规划与优化

数控加工路径的规划与优化是数控工艺规划的重要环节，其基本步骤包括：

1、确定加工区域：根据被加工工件的结构特点和技术要求，确定合适的加工区域。需要考虑进给速度、切削速度和机床的运动范围等因素。

2、选择加工路径：根据被加工工件的材质、结构和加工要求，选择合适的加工路径。需要考虑机床的刚性、刀具的寿命和切削三要素等因素。

3、优化加工路径：在确定了加工路径后，需要对路径进行优化。优化路径可以提高加工效率、降低加工成本和提高加工质量。需要考虑机床的利用率、生产节拍和刀具的磨损等因素。第六章：数控编程实例6.16.1平面铣削编程实例

平面铣削是一种常见的数控加工方法，主要用于加工平面、台阶面、槽等。在此，我们提供一个简单的平面铣削编程实例，以供读者参考。

【例6-1】平面铣削的数控程序编制

1、零件图样分析

如图6-1所示为一平面铣削的零件图样。从图样中可以看出，本零件需要进行铣削加工的面为上表面、右侧面和左侧面。这些面的加工要求较为简单，只需要保证尺寸精度和表面粗糙度即可。

图6-1平面铣削零件图样

2、工艺设计

根据图样要求，首先确定加工方案。本例中采用以下加工方案：

（1）粗铣上表面：使用直径为50mm的盘铣刀进行粗铣，留精铣余量。

（2）粗铣右侧面和左侧面：使用直径为40mm的端铣刀进行粗铣，留精铣余量。

（3）精铣上表面：使用直径为50mm的盘铣刀进行精铣。

（4）精铣右侧面和左侧面：使用直径为40mm的端铣刀进行精铣。

3、编程实例

以下是一个简单的平面铣削数控程序编制实例，仅供参考。

【例6-1】程序编制实例

O0001；（程序号）

N10G90G80G40G21G17G94；（设置工作坐标系、取消固定循环、设置毫米单位、设置平面）

N20G0G90G54X-75Y-75S500M3；（选择进给速度、选择主轴正转、设置工件坐标系）

N30Z5；（Z轴快速定位）

N40G43Z10H1；（刀具长度补偿）

N50G1Z-5F100；（Z轴以每分钟5mm的速度向下移动）

N60G90G02X-25Y-25R5；（圆弧插补）

N70G01X75；（直线插补）

N80G01Z10；（Z轴以每分钟5mm的速度向上移动）

N90M30；（程序结束）

以上程序中，采用了G90、G80、G40、G21、G17、G94等指令来设置工作坐标系、取消固定循环、设置毫米单位、设置平面等参数。通过G0、G90、G54等指令来选择进给速度、选择主轴正转、设置工件坐标系等参数。通过Z轴快速定位指令G0来快速定位到指定位置。通过刀具长度补偿指令G43来进行刀具长度补偿。通过Z轴向下移动指令G1来进行Z轴向下移动。通过圆弧插补指令G90和直线插补指令G01来进行加工操作。最后通过程序结束指令M30来结束程序的运行。

6.2孔加工编程实例

孔加工是数控加工中常见的加工方法之一，主要包括钻孔、扩孔、铰孔等操作。在此，我们提供一个简单的孔加工编程实例，以供读者参考。第七章：数控工艺与编程的优化7.17.1数控工艺参数的优化

数控工艺参数的优化是提高加工效率和质量的关键。为了优化工艺参数，必须了解工件的材料、刀具的种类和切削用量、机床的特性以及加工环境的因素。通过对这些参数进行合理匹配和调整，可以实现加工过程的最优化。

在优化工艺参数时，需要考虑以下几个方面：

1、切削用量的选择：切削用量包括切削速度、进给速度、切削深度等。这些参数的选择直接影响到加工效率、加工质量和刀具寿命。需要根据机床的功率、刀具的材质和工件的材料，结合实验来确定最佳的切削用量。

2、刀具的选择：刀具的材质、几何角度和刃磨质量等都会对加工过程产生影响。选择适合工件材料和加工要求的刀具，可以有效地提高加工效率和质量。

3、机床特性的利用：机床的特性包括主轴功率、扭矩、进给速度等。在制定加工方案时，需要考虑机床的能力和局限性，以便充分利用机床的特性来提高加工效率和质量。

4、加工环境的考虑：加工环境包括温度、湿度、清洁度等因素。这些因素对加工过程产生影响，需要在工艺参数优化时进行考虑。

7.2数控编程算法的优化

数控编程算法的优化可以提高加工过程的效率和精度。为了优化编程算法，需要了解数控编程语言的特点和编程技巧，同时需要掌握常用的优化方法。

在优化编程算法时，需要考虑以下几个方面：

1、编程语言的选用：数控编程语言包括G代码、M代码等。不同的编程语言具有不同的特点和适用范围。需要根据实际情况选用合适的编程语言。

2、编程技巧的运用：数控编程需要运用各种编程技巧来优化程序。例如，合理使用变量、优化循环结构、避免重复计算等。这些技巧可以减少程序中的冗余和错误，提高程序的效率和精度。

3、算法优化：针对不同的加工需求，需要选择合适的算法来优化程序。例如，采用样条插补算法优化直线和圆弧插补，采用最小二乘法优化轮廓拟合等。这些算法可以减少计算量和数据处理时间，提高程序的效率和精度。

4、CAD/CAM软件的利用：CAD/CAM软件可以帮助程序员快速生成复杂零件的几何模型和加工路径。通过利用这些软件，可以缩短编程周期，提高编程效率和质量。

7.3数控工艺与编程的自动化技术

数控工艺与编程的自动化技术可以提高生产效率和质量，减少人为因素对加工过程的影响。为了实现工艺与编程的自动化，需要利用计算机技术、人工智能技术和数控技术等手段。

实现工艺与编程自动化的主要技术包括：

1、计算机辅助工艺设计（CAPP）：CAPP是一种利用计算机技术进行工艺规程自动设计的方法。它可以根据零件的几何信息和加工要求，自动选择合适的加工方法和工艺流程，生成工艺流程卡和NC程序。通过CAPP可以提高工艺设计的效率和精度，缩短生产准备时间。

2、人工智能技术：人工智能技术可以帮助实现工艺与编程过程的自动化。通过利用专家系统、神经网络和遗传算法等技术手段，可以实现工艺参数的智能优化、加工过程的自适应控制以及故障诊断等。人工智能技术的应用可以提高加工过程的效率和精度，降低生产成本。第八章：数控机床的维护与故障排除结语：数控工艺与编程的发展趋势8.1第八章：数控机床的日常维护与保养

一、目的

数控机床的日常维护与保养是确保机床长期稳定运行和延长使用寿命的重要措施。通过对机床的定期检查、润滑、清洁、调整等，可以及时发现潜在的问题，避免问题的扩大，同时也可以保持机床的最佳工作状态。

二、日常维护

1、检查液压系统：保持液压系统的清洁和油液的充足，定期更换液压油，检查油路是否漏油。

2、检查主轴系统：检查主轴的润滑情况，齿轮箱的油量是否足够，有无漏油现象。

3、检查导轨与丝杠：导轨与丝杠是数控机床的重要部分，需要定期润滑，保持清洁，防止锈蚀。

4、检查电气元件：检查各类电气元件是否有过热现象，检查电线、电缆是否有破损，防止短路。

三、保养

1、定期更换液压油：根据液压系统的要求，定期更换液压油，保持液压系统的清洁。

2、清理主轴箱：定期清理主轴箱，更换润滑剂，检查齿轮磨损情况。

3、调整导轨间隙：根据需要调整导轨间隙，保证导轨的正常运行。

4、检查电气元件：对所有电气元件进行定期检查，及时发现并解决潜在问题。

第八章：数控机床的故障诊断与排除

一、故障诊断

1、观察法：通过观察机床的运行状态、声音、气味等来判断是否存在故障。

2、触摸法：通过触摸液压缸、丝杠等来判断是否有异常发热或振动。

3、排除法：通过逐一排除可能的原因，找到故障的真正原因。

4、示波器法：对于一些与运动有关的故障，可以使用示波器来观察信号波形，以便进行准确的故障诊断。

二、故障排除步骤

1、对机床进行初步检查：查看故障代码、机床停在的位置、各个电机的温度等。

2、分析故障原因：根据故障现象，分析可能的原因，并根据先后顺序逐一排查。

3、准备工具和备件：在排查过程中，需要准备适当的工具和备件以替换可能损坏的部件。

4、进行故障排除：在排除过程中，需要按照安全操作规程进行，避免造成更大的损失。

5、测试机床性能：在故障排除后，需要对机床进行全面的性能测试，确保机床能够正常运行。

三、注意事项

1、在进行故障诊断和排除时，必须按照安全操作规程进行，避免造成人员伤害和设备损坏。

2、对于一些复杂的故障，需要请专业人员进行诊断和排除，以免造成更大的损失。

3、在平时，需要加强对机床的日常维护和保养，预防故障的发生。

第八章：安全操作规程与事故防范

一、安全操作规程

1、机床操作前必须穿好工作服、安全鞋等个人防护用品。严禁穿短裤、拖鞋等不利于操作的服装进入生产区域。

2、机床操作前必须熟悉所用设备的性能、结构和工作原理，必要时进行相关培训。严禁在设备运转时进行操作或维修。

3、在操作过程中要保持集中注意力，严禁疲劳操作或做与操作无关的事情。

4、在操作过程中要保持工作区域整洁有序，严禁乱堆放物品或让小孩等无关人员进入工作区域。

5、在操作过程中要遵守相关安全规章制度，严禁带病操作或酒后操作。

二、事故防范措施

1、定期对员工进行安全意识教育，加强员工的安全意识。

2、对机床设备定期进行检查和维护，确保设备的正常运转。9.19.1高速高精度加工技术

高速高精度加工技术是一种先进的制造技术，旨在提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量的同时实现高精度加工。这种技术