數(shù)控機床加工程序的編制上課修改

1、第二章 數(shù)控機床加工程序的編制第一節(jié) 數(shù)控編程基礎一、數(shù)控編程的概念 我們都知道，在普通機床上加工零件時，一般是由工藝人員按照設計圖樣事先制訂好零件的加工工藝規(guī)程。在工藝規(guī)程中給出零件的加工路線、切削參數(shù)、機床的規(guī)格及刀具、卡具、量具等內(nèi)容。操作人員按工藝規(guī)程的各個步驟手工操作機床，加工出圖樣給定的零件。也就是說零件的加工過程是由工人手工操作的。 數(shù)控機床卻不一樣，它是按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數(shù)（主軸轉數(shù)、進給量、吃刀量等）以及輔助功能（換刀、主軸正轉、反轉、切削液開、關等），按照數(shù)控機床規(guī)定的指令

2、代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這一程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質上（如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲器），然后輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，從而指揮機床加工零件。這種從零件圖的分析到制成控制介質的全部過程叫數(shù)控程序的編制。 從以上分析可以看出，數(shù)控機床與普通機床加工零件的區(qū)別在于數(shù)控機床是按照程序自動進行零件加工，而普通機床要由人來操作，我們只要改變控制機床動作的程序就可以達到加工不同零件的目的。因此，數(shù)控機床特別適用于加工小批量且形狀復雜精度要求高的零件。 由于數(shù)控機床要按照預先編制好的程序自動加工零件，因此，程序編制的好壞直接影響數(shù)控機床的正確使用和數(shù)控加工特點的發(fā)揮。這就要求編程員具有

3、比較高的素質。編程員應通曉機械加工工藝以及機床、刀夾具、數(shù)控系統(tǒng)的性能，熟悉工廠的生產(chǎn)特點和生產(chǎn)習慣。在工作中，編程員不但要責任心強、細心，而且還能和操作人員配合默契，不斷吸取別人的編程經(jīng)驗、積累編程經(jīng)驗和編程技巧，并逐步實現(xiàn)編程自動化，以提高編程效率。二、 數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟（一） 數(shù)控編程的內(nèi)容 數(shù)控編程的主要內(nèi)容包括：分析零件圖樣，確定加工工藝過程；確定走刀軌跡，計算刀位數(shù)據(jù)；編寫零件加工程序；制作控制介質；校對程序及首件試加工。（二） 數(shù)控編程的步驟數(shù)控編程的步驟一般如圖2-1所示。 圖2-1 數(shù)控編程過程1、分析零件圖樣和工藝處理這一步驟的內(nèi)容包括：對零件圖樣進行分析以明確加工的內(nèi)

4、容及要求，選擇加工方案、確定加工順序、走刀路線、選擇合適的數(shù)控機床、設計夾具、選擇刀具、確定合理的切削用量等。工藝處理涉及的問題很多，編程人員需要注意以下幾點：（1） 工藝方案及工藝路線 應考慮數(shù)控機床使用的合理性及經(jīng)濟性，充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能；盡量縮短加工路線，減少空行程時間和換刀次數(shù)，以提高生產(chǎn)率；盡量使數(shù)值計算方便，程序段少，以減少編程工作量；合理選取起刀點、切入點和切入方式，保證切入過程平穩(wěn)，沒有沖擊；在連續(xù)銑削平面內(nèi)外輪廓時，應安排好刀具的切入、切出路線。盡量沿輪廓曲線的延長線切入、切出，以免交接處出現(xiàn)刀痕，如圖2-2所示。 a) b) 圖2-2 刀具的切入切出路線 （a）銑曲線輪

5、廓板 （b）銑直線輪廓（2） 零件安裝與夾具選擇 盡量選擇通用、組合夾具，一次安裝中把零件的所有加工面都加工出來，零件的定位基準與設計基準重合，以減少定位誤差；應特別注意要迅速完成工件的定位和夾緊過程，以減少輔助時間，必要時可以考慮采用專用夾具。（3） 編程原點和編程坐標系 編程坐標系是指在數(shù)控編程時，在工件上確定的基準坐標系，其原點也是數(shù)控加工的對刀點。要求所選擇的編程原點及編程坐標系應使程序編制簡單；編程原點應盡量選擇在零件的工藝基準或設計基準上，并在加工過程中便于檢查的位置；引起的加工誤差要小。（4） 刀具和切削用量 應根據(jù)工件材料的性能，機床的加工能力，加工工序的類型，切削用量以及其他

6、與加工有關的因素來選擇刀具。對刀具總的要求是：安裝調(diào)整方便，剛性好，精度高，使用壽命長等。 切削用量包括：主軸轉速、進給速度、切削深度等。切削深度由機床、刀具、工件的剛度確定，在剛度允許的條件下，粗加工取較大切削深度，以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)率；精加工取較小切削深度，以獲得表面質量。主軸轉速由機床允許的切削速度及工件直徑選取。進給速度則按零件加工精度、表面粗糙度要求選取，粗加工取較大值，精加工取較小值。最大進給速度受機床剛度及進給系統(tǒng)性能限制。2、數(shù)學處理在完成工藝處理的工作以后，下一步需根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸、走刀路線及設定的坐標系，計算粗、精加工各運動軌跡，得到刀位數(shù)據(jù)。一般的數(shù)控系統(tǒng)均

7、具有直線插補與圓弧插補功能。對于點定位的數(shù)控機床（如數(shù)控沖床）一般不需要計算；對于加工由圓弧與直線組成的較簡單的零件輪廓加工，需要計算出零件輪廓線上各幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心坐標、兩幾何元素的交點或切點的坐標值；當零件圖樣所標尺寸的坐標系與所編程序的坐標系不一致時，需要進行相應的換算；若數(shù)控機床無刀補功能，則應計算刀心軌跡；對于形狀比較復雜的非圓曲線（如漸開線、雙曲線等）的加工，需要用小直線段或圓弧段逼近，按精度要求計算出其節(jié)點坐標值；自由曲線、曲面及組合曲面的數(shù)學處理更為復雜，需利用計算機進行輔助設計。3、編寫零件加工程序單在加工順序、工藝參數(shù)以及刀位數(shù)據(jù)確定后，就可按數(shù)控系統(tǒng)的指令

8、代碼和程序段格式，逐段編寫零件加工程序單。編程人員應對數(shù)控機床的性能、指令功能、代碼書寫格式等非常熟悉，才能編寫出正確的零件加工程序。對于形狀復雜（如空間自由曲線、曲面）、工序很長、計算煩瑣的零件采用計算機輔助數(shù)控編程。4、輸入數(shù)控系統(tǒng)程序編寫好之后，可通過鍵盤直接將程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，比較老一些的數(shù)控機床需要制作控制介質（穿孔帶），再將控制介質上的程序輸入數(shù)控系統(tǒng)。5、程序檢驗和首件試加工程序送入數(shù)控機床后，還需經(jīng)過試運行和試加工兩步檢驗后，才能進行正式加工。通過試運行，檢驗程序語法是否有錯，加工軌跡是否正確；通過試加工可以檢驗其加工工藝及有關切削參數(shù)指定得是否合理，加工精度能否滿足零件圖樣要

9、求，加工工效如何，以便進一步改進。試運行方法對帶有刀具軌跡動態(tài)模擬顯示功能的數(shù)控機床，可進行數(shù)控模擬加工，檢查刀具軌跡是否正確，如果程序存在語法或計算錯誤，運行中會自動顯示編程出錯報警，根據(jù)報警號內(nèi)容，編程員可對相應出錯程序段進行檢查、修改。對無此功能的數(shù)控機床可進行空運轉檢驗。試加工一般采用逐段運行加工的方法進行，即每撳一次自動循環(huán)鍵，系統(tǒng)只執(zhí)行一段程序，執(zhí)行完一段停一下，通過一段一段的運行來檢查機床的每次動作。不過，這里要提醒注意的是，當執(zhí)行某些程序段，比如螺紋切削時，如果每一段螺紋切削程序中本身不帶退刀功能時，螺紋刀尖在該段程序結束時會停在工件中，因此，應避免由此損壞刀具等。對于較復雜的

10、零件，也先可采用石蠟、塑料或鋁等易切削材料進行試切。三、數(shù)控編程的方法數(shù)控編程一般分為手工編程和自動編程。1手工編程(Manual Programming)從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值計算、編寫程序單、程序輸入至程序校驗等各步驟均由人工完成，稱為手工編程。對于加工形狀簡單的零件，計算比較簡單，程序不多，采用手工編程較容易完成，而且經(jīng)濟、及時，因此在點定位加工及由直線與圓弧組成的輪廓加工中，手工編程仍廣泛應用。但對于形狀復雜的零件，特別是具有非圓曲線、列表曲線及曲面的零件，用手工編程就有一定的困難，出錯的機率增大，有的甚至無法編出程序，必須采用自動編程的方法編制程序。2 自動編程（Automa

11、tic Programming）自動編程是利用計算機專用軟件編制數(shù)控加工程序的過程。它包括數(shù)控語言編程和圖形交互式編程。數(shù)控語言編程，編程人員只需根據(jù)圖樣的要求，使用數(shù)控語言編寫出零件加工源程序，送入計算機，由計算機自動地進行編譯、數(shù)值計算、后置處理，編寫出零件加工程序單，直至自動穿出數(shù)控加工紙帶，或將加工程序通過直接通信的方式送入數(shù)控機床，指揮機床工作。數(shù)控語言編程為解決多坐標數(shù)控機床加工曲面、曲線提供了有效方法。但這種編程方法直觀性差，編程過程比較復雜不易掌握，并且不便于進行階段性檢查。隨著計算機技術的發(fā)展，計算機圖形處理功能已有了極大的增強，“圖形交互式自動編程”也應運而生。圖形交互式自

12、動編程是利用計算機輔助設計（CAD）軟件的圖形編程功能，將零件的幾何圖形繪制到計算機上，形成零件的圖形文件，或者直接調(diào)用由CAD系統(tǒng)完成的產(chǎn)品設計文件中的零件圖形文件，然后再直接調(diào)用計算機內(nèi)相應的數(shù)控編程模塊，進行刀具軌跡處理，由計算機自動對零件加工軌跡的每一個節(jié)點進行運算和數(shù)學處理，從而生成刀位文件。之后，再經(jīng)相應的后置處理（postprocessing），自動生成數(shù)控加工程序，并同時在計算機上動態(tài)地顯示其刀具的加工軌跡圖形。圖形交互式自動編程極大地提高了數(shù)控編程效率，它使從設計到編程的信息流成為連續(xù)，可實現(xiàn)CAD/CAM集成，為實現(xiàn)計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）一體化建

13、立了必要的橋梁作用。因此，它也習慣地被稱為CAD/CAM自動編程。其詳細內(nèi)容見第四節(jié)。四、程序的結構與格式每種數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)本身的特點及編程的需要，都有一定的程序格式。對于不同的機床，其程序格式也不盡相同。因此，編程人員必須嚴格按照機床說明書的規(guī)定格式進行編程。1程序結構一個完整的程序由程序號、程序的內(nèi)容和程序結束三部分組成。例如：O0001 程序號N10 G92 X40 Y30； N20 G90 G00 X28 T01 S800 M03；程序內(nèi)容N30 G01 X-8 Y8 F200；N40 X0 Y0； N50 X28 Y30； N60 G00 X40；N70 M02； 程序結束 （1

14、） 程序號。在程序的開頭要有程序號，以便進行程序檢索。程序號就是給零件加工程序一個編號，并說明該零件加工程序開始。如FUNUC數(shù)控系統(tǒng)中，一般采用英文字母O及其后4位十進制數(shù)表示（“O××××”），4位數(shù)中若前面為0，則可以省略，如“O0101”等效于“O101”。而其他系統(tǒng)有時也采用符號“%”或“P”及其后4位十進制數(shù)表示程序號。（2） 程序內(nèi)容。 程序內(nèi)容部分是整個程序的核心，它有許多程序段組成，每個程序段由一個或多個指令構成，它表示數(shù)控機床要完成的全部動作。（3） 程序結束。 程序結束是以程序結束指令M02、M30或M99（子程序結束），作為程序結

15、束的符號，用來結束零件加工。2程序段格式 零件的加工程序是由許多程序段組成的，每個程序段由程序段號、若干個數(shù)據(jù)字和程序段結束字符組成，每個數(shù)據(jù)字是控制系統(tǒng)的具體指令，它是由地址符、特殊文字和數(shù)字集合而成，它代表機床的一個位置或一個動作。程序段格式是指一個程序段中字、字符和數(shù)據(jù)的書寫規(guī)則。目前國內(nèi)外廣泛采用字-地址可變程序段格式。所謂字-地址可變程序段格式，就是在一個程序段內(nèi)數(shù)據(jù)字的數(shù)目以及字的長度（位數(shù)）都是可以變化的格式。不需要的字以及與上一程序段相同的續(xù)效字可以不寫。一般的書寫順序按表2-1所示從左往右進行書寫，對其中不用的功能應省略。 該格式的優(yōu)點是程序簡短、直觀以及容易檢驗、修改。表2

16、-1 程序段書寫順序格式1234567891011N-G-X-U-P-A-D-Y-V-Q-B-E-Z-W-R-C-I-J-K-R-F-S-T-M-LF（或CR）程序段序號準備功能坐 標 字進給功能主軸功能刀具功能輔助功能結束符號數(shù) 據(jù) 字例如：N20 G01 X25 Z-36 F100 S300 T02 M03；程序段內(nèi)各字的說明：（1）程序段序號（簡稱順序號）：用以識別程序段的編號。用地址碼N和后面的若干位數(shù)字來表示。如N20表示該語句的語句號為20。（2）準備功能G指令：是使數(shù)控機床作某種動作的指令，用地址G和兩位數(shù)字所組成，從G00-G99共100種。G功能的代號已標準化。（3）坐標字：

17、由坐標地址符（如X、Y等）、符號及絕對值（或增量）的數(shù)值組成，且按一定的順序進行排列。坐標字的“”可省略。其中坐標字的地址符含義如表2-2所示。 表2-2 地址符含義 地 址 碼 意 義 X- Y- Z- 基本直線坐標軸尺寸 U- V- W- 第一組附加直線坐標軸尺寸 P- Q- R- 第二組附加直線坐標軸尺寸 A- B- C- 繞X、Y、Z旋轉坐標軸尺寸 I- J- K- 圓弧圓心的坐標尺寸 D- E- 附加旋轉坐標軸尺寸 R- 圓弧半徑值各坐標軸的地址符按下列順序排列： X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、D、E（4）進給功能F指令： 用來指定各運動坐標軸及其任意組合的進給量或

18、螺紋導程。該指令是續(xù)效代碼，有兩種表示方法：1）代碼法即F后跟兩位數(shù)字，這些數(shù)字不直接表示進給速度的大小，而是機床進給速度數(shù)列的序號，進給速度數(shù)列可以是算術級數(shù)，也可以是幾何級數(shù)。從F00F99共100個等級。2）直接指定法即F后面跟的數(shù)字就是進給速度的大小。按數(shù)控機床的進給功能，它也有兩種速度表示法。一是以每分鐘進給距離的形式指定刀具切削進給速度（每分鐘進給量），用F字母和它后繼的數(shù)值表示，單位為“mm/min”，如F100表示進給速度為100/min。對于回轉軸如F12表示每分鐘進給速度為12°。二是以主軸每轉進給量規(guī)定的速度（每轉進給量），單位為“mm/r”。直接指定方法較為直

19、觀，因此現(xiàn)在大多數(shù)機床均采用這一指定方法。（5）主軸轉速功能字S指令：用來指定主軸的轉速，由地址碼S和在其后的若干位數(shù)字組成。有恒轉速（單位r/min）和表面恒線速（單位m/min）兩種運轉方式。如S800表示主軸轉速為800r/min；對于有恒線速度控制功能的機床，還要用G96或G97指令配合S代碼來指定主軸的速度。如G96S200表示切削速度為200m/min，G96為恒線速控制指令；G97S2000表示注銷G96，主軸轉速為2000r/min。（6）刀具功能字T指令：主要用來選擇刀具，也可用來選擇刀具偏置和補償， 由地址碼T和若干位數(shù)字組成。如T18表示換刀時選擇18號刀具，如用作刀具補

20、償時，T18是指按18號刀具事先所設定的數(shù)據(jù)進行補償。若用四位數(shù)碼指令時，例如T0102，則前兩位數(shù)字表示刀號，后兩位數(shù)字表示刀補號。由于不同的數(shù)控系統(tǒng)有不同的指定方法和含義，具體應用時應參照所用數(shù)控機床說明書中的有關規(guī)定進行。（7）輔助功能字M指令：輔助功能表示一些機床輔助動作及狀態(tài)的指令。由地址碼M和后面的兩位數(shù)字表示。從M00M99共100種。（8）程序段結束：寫在每個程序段之后，表示程序結束。當用EIA標準代碼時，結束符為“CR”，用ISO標準代碼時為“NL”或“LF”。有的用符號“；”或“*”表示。五、數(shù)控機床坐標軸和運動方向規(guī)定數(shù)控機床坐標軸及運動方向，是為了準確地描述機床的運動，

21、簡化程序的編制方法，并使所編程序有互換性。目前國際標準化組織已經(jīng)統(tǒng)一了標準坐標系。我國機械工業(yè)部也頒布了JB305182數(shù)字控制機床坐標和運動方向的命名的標準，對數(shù)控機床的坐標和運動方向作了明文規(guī)定。1坐標和運動方向命名的原則數(shù)控機床的進給運動是相對的，有的是刀具相對于工件的運動（如車床），有的是工件相對于刀具的運動（如銑床）。為了使編程人員能在不知道是刀具移向工件，還是工件移向刀具的情況下，可以根據(jù)圖樣確定機床的加工過程，特規(guī)定：永遠假定刀具相對于靜止的工件坐標系而運動。2標準坐標系的規(guī)定在數(shù)控機床上加工零件，機床的動作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令來控制的。為了確定機床的運動方向和移動的距離，就要

22、在機床上建立一個坐標系，這個坐標系就叫標準坐標系，也叫機床坐標系。在編制程序時，就可以以該坐標系來規(guī)定運動方向和距離。數(shù)控機床上的坐標系是采用右手直角迪卡兒坐標系。如圖2-3所示。在圖中，大拇指的方向為X軸的正方向，食指為Y軸的正方向。圖2-42-7分別示出了幾種機床標準坐標系。 圖2-3 右手直角迪卡兒坐標系統(tǒng) 圖2-4 臥式車床 圖2-5 立式升降臺銑床 圖2-6 臥式升降臺銑床 圖2-7 牛頭刨床3運動方向的確定JB305182中規(guī)定：機床某一部件運動的正方向，是增大工件和刀具之間的距離的方向。（1）Z坐標的運動Z坐標的運動，是由傳遞切削力的主軸所決定，與主軸軸線平行的坐標軸即為Z坐標。

23、對于工件旋轉的機床，如車床、外圓磨床等，平行于工件軸線的坐標為坐標。而對于刀具旋轉的機床，如銑床、鉆床、鏜床等，則平行于旋轉刀具軸線的坐標為Z坐標。如圖2-4、2-5。如果機床沒有主軸（如牛頭刨床），Z軸垂直于工件裝卡面。如圖2-7。Z坐標的正方向為增大工件與刀具之間距離的方向。如在鉆鏜加工中，鉆入和鏜入工件的方向為Z坐標的負方向，而退出為正方向。（2）X坐標的運動 規(guī)定X坐標為水平方向，且垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面。X坐標是在刀具或工件定位平面內(nèi)運動的主要坐標。對于工件旋轉的機床（如車床、磨床等），X坐標的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座。刀具離開工件旋轉中心的方向為X軸正方向，如圖

24、2-4所示。對于刀具旋轉的機床（如銑床、鏜床、鉆床等），如Z軸是垂直的，當從刀具主軸向立柱看時，X運動的正方向指向右，如圖2-5所示。如Z軸（主軸）是水平的，當從主軸向工件方向看時，X運動的正方向指向右方，如圖2-6。（3）Y坐標的運動Y坐標軸垂直于X、Z坐標軸，其運動的正方向根據(jù)X和Z坐標的正方向，按照右手直角迪卡兒坐標系來判斷。（4）旋轉運動A、B、C如圖2-3所示，A、B、C相應地表示其軸線平行于X、Y、Z的旋轉運動。A、B、C正方向，相應地表示在X、Y和Z坐標正方向上，右旋螺紋前進的方向。（5）附加坐標如果在X、Y、Z主要坐標以外，還有平行于它們的坐標，可分別指定為U、V、W。如還有第

25、三組運動，則分別指定為P、Q、R。（6）對于工件運動的相反方向對于工件運動而不是刀具運動的機床，必須將前述為刀具運動所作的規(guī)定，作相反的安排。用帶“´”的字母，如X´，表示工件相對于刀具正向運動指令。而不帶“´”的字母，如X，則表示刀具相對于工件的正向運動指令。二者表示的運動方向正好相反。如圖2-42-7所示。對于編程人員、工藝人員只考慮不帶“´”的運動方向。（7）主軸旋轉運動方向主軸的順時針旋轉運動方向（正轉），是按照右旋螺紋旋入工件的方向。4絕對坐標系與增量（相對）坐標系（1）絕對坐標系 刀具（或機床）運動軌跡的坐標值是以相對于固定的坐標原點O給出的

26、，即稱為絕對坐標。該坐標系為絕對坐標系。如圖2-8a所示，A、B兩點的坐標均以固定的坐標原點O計算的，其值為：XA=10，YA=20，XB=30，YB=50。圖2-8 絕對坐標與增量坐標a）絕對坐標 b）增量坐標（2）增量（相對）坐標系 刀具（或機床）運動軌跡的坐標值是相對于前一位置（起點）來計算的，即稱為增量（或相對）坐標，該坐標系稱為增量坐標系。增量坐標系常用U、V、W來表示。如圖2-8b，B點相對于A點的坐標（即增量坐標）為U=20，V=30。六數(shù)控系統(tǒng)的準備功能和輔助功能數(shù)控機床的運動是由程序控制的，而準備功能和輔助功能是程序段的基本組成部分，也是程序編制過程中的核心問題。目前國際上廣

27、泛應用的是ISO標準，我國根據(jù)ISO標準，制訂了JB320883數(shù)控機床穿孔帶程序段格式中的準備功能G和輔助功能M代碼。1準備功能準備功能也叫G功能或G代碼。它是使機床或數(shù)控系統(tǒng)建立起某種加工方式的指令。G代碼由地址G和后面的兩位數(shù)字組成，從G00G99共100種。表2-3為我國JB320883標準中規(guī)定的G功能的定義。表2-3JB320883準備功能G代碼表準備功能字G 表2-4 JB3208輔助功能M功能G代碼分為模態(tài)代碼（又稱續(xù)效代碼）和非模態(tài)代碼。表中序號（2）一欄中標有字母的所對應的G代碼為模態(tài)代碼，字母相同的為一組。模態(tài)代碼表示該代碼一經(jīng)在一個程序段中指定（如a組的G01），直到出

28、現(xiàn)同組的（a組）的另一個G代碼（如G02）時才失效。表中序號（2）一欄中沒有字母的表示對應的G代碼為非模態(tài)代碼，即只在有該代碼的程序段中有效。表中序號（4）欄中的“不指定”代碼，用作將來修改標準，指定新標準時使用?！坝啦恢付ā贝a，指的是即使修改標準時，也不指定新的功能。然而這兩類G代碼，可以由機床的設計者根據(jù)需要定義新的功能，但必須在機床說明書中予以說明。2輔助功能輔助功能也叫M功能或M代碼。它是控制機床開-關功能的一種命令。如開、停冷卻泵；主軸正、反轉；程序結束等。表2-4為我國JB320883標準中規(guī)定的M代碼。由于數(shù)控機床的廠家很多，每個廠家使用的G功能、M功能與ISO標準也不完全相同

29、，因此對于某一臺數(shù)控機床，必須根據(jù)機床說明書的規(guī)定進行編程。第二節(jié) 數(shù)控編程中的數(shù)值計算 根據(jù)零件圖樣，按照已確定的加工路線和允許的編程誤差，計算出數(shù)控系統(tǒng)所需要的輸入數(shù)據(jù)，稱為數(shù)控加工的數(shù)值計算。具體地說，數(shù)值計算就是計算出零件輪廓上或刀具中軌跡上一些點的坐標數(shù)據(jù)。數(shù)值計算的內(nèi)容繁簡懸殊甚大。點位控制系統(tǒng)只需進行簡單的尺寸計算，而輪廓控制系統(tǒng)將復雜的多。為了提高工效，降低出錯率，有效的途徑是計算機輔助完成坐標數(shù)據(jù)的計算，或直接采用自動編程。一、基點坐標的計算一個零件的輪廓往往是由許多不同的幾何元素所組成，如直線、圓弧、二次曲線和特形曲線等。各個幾何元素間的聯(lián)結點稱為基點，如兩直線間的交點，直

30、線與圓弧或圓弧與圓弧間的交點或切點，圓弧與二次曲線的交點或切點等。計算的方法可以是聯(lián)立方程組求解，也可以利用幾何元素間的三角函數(shù)關系求解或采用計算機輔助計算編程，計算比較方便。這里只簡單介紹聯(lián)立方程組求解基點坐標的方法。采用聯(lián)立方程組求解基點坐標，若直接列解方程組，計算過程是比較繁瑣的，為簡化計算，可以將計算過程標準化。1直線與圓弧相交或相切如圖2-9所示，已知直線方程為y=kx+b，求以點（x0，y0）為圓心，半徑為R的圓與該直線的交點坐標（xc，yc）。圖2-9 直線與圓弧相交直線方程與圓方程聯(lián)立，得聯(lián)立方程組： 經(jīng)推算后給出標準計算公式如下： （求xC較大者時取“”） 上式也可用于求解直

31、線與圓相切時的切點坐標。當直線與圓相切時，取B24AC=0，此時xc=B/（2A），其余計算公式不變。2圓弧與圓弧相交或相切如圖2-10所示，已知兩相交圓的圓心坐標及半徑分別為（x1，y1），R1；（x2，y2），R2，求其交點坐標（xc，yc）。圖2-10 圓弧與圓弧相交聯(lián)立兩圓方程 經(jīng)推算可給出標準計算公式如下 （求xc較大值時取“”） 當兩圓相切時，B24AC=0，因此上式也可用于求兩圓相切的切點。二、非圓曲線節(jié)點坐標的計算當被加工零件輪廓形狀與機床的插補功能不一致時，如在只有直線和圓弧插補功能的數(shù)控機床上加工雙曲線、拋物線、阿基米德螺線或列表曲線時，就要采用逼近法加工，用直線或圓弧去逼

32、近被加工曲線。這時，逼近線段與被加工曲線的交點，稱為節(jié)點。如圖2-11所示，圖a為用直線段逼近非圓曲線的情況，圖b為用圓弧段逼近非圓曲線的情況。 a） b） 圖2-11 曲線逼近編寫程序段時，應按節(jié)點劃分程序段。逼近線段的近似區(qū)間愈大，則節(jié)點數(shù)目愈少，相應的程序段數(shù)目也會減少，但逼近線段的誤差應小于或等于編程允許誤差允 ，即 允?？紤]到工藝系統(tǒng)及計算誤差的影響， 一般取零件公差的1/51/10。 非圓曲線輪廓零件的數(shù)值計算過程，一般可按以下步驟進行：1）選擇插補方式，即采用直線還是圓弧逼近非圓曲線。采用直線段逼近，一般數(shù)學處理較簡單，但計算的坐標數(shù)據(jù)較多，且各直線段間連接處存在尖角，由于在尖角

33、處，刀具不能連續(xù)地對零件進行切削，零件表面會出現(xiàn)硬點或切痕，使加工質量變差。采用圓弧段逼近的方式，可以大大減少程序段的數(shù)目，同時若采用彼此相切的圓弧段來逼近非圓曲線，可以提高零件表面的加工質量。但采用圓弧段逼近，其數(shù)學處理過程比直線要復雜一些。2） 確定編程允許誤差，即使允。3）選擇數(shù)學模型，確定計算方法。目前生產(chǎn)中采用的算法比較多，在決定采用什么算法時，主要考慮的因素有兩條，一是盡可能按等誤差的條件，確定節(jié)點坐標位置，以便最大程度地減少程序段的數(shù)目；二是盡可能尋找一種簡便的計算方法，以便于計算機程序的制作，及時得到節(jié)點坐標數(shù)據(jù)。4） 根據(jù)算法，畫出計算機處理流程圖。5） 用高級語言編寫程序，

34、上機調(diào)試，并獲得節(jié)點坐標數(shù)據(jù)。下面簡單介紹常用算法。1用直線逼近零件輪廓曲線的節(jié)點計算常用的計算方法有：等間距法、等弦長法、等誤差法和比較迭代法等。等間距法就是將某一坐標軸劃分成相等的間距。如圖2-12（a）所示，沿X軸方向取X為等間距長，根據(jù)已知曲線的方程y=f（x），可由xi 求得yi，xi+1=xi+ x，yi+1=f（xi+）。如此求得的一系列點就是節(jié)點。將相鄰節(jié)點聯(lián)成直線，用這些直線段組成的折線代替原來的輪廓曲線。坐標增量X取得愈小則插愈小，這使得節(jié)點增多，程序段也增多，編程費用高，但等間距法計算較簡單。a) b） 圖2-12 等間距法和等弦長法 a）等間距法 b）等弦長法等弦長法就

35、是使所有逼近直線段長度相等，如圖-12（b）所示。由于零件輪廓曲線y=f（x）的曲率各處不等，因此首先應求出該曲線的最小曲率半徑Rmin，由Rmin及允確定允許的步長l，然后從曲線起點a開始，按等步長l依次截取曲線，得b、c、d、點，則ab=bc= =l即為所求各直線段。總的看來，此種方法比等間距法的程序段數(shù)少一些。但當曲線曲率半徑變化較大時，所求節(jié)點數(shù)將增多，所以，此法適用于曲率變化不大的情況。等誤差法是使逼近線段的誤差相等，且等于允，所以此法較上兩種方法合理，特別適合曲率變化較大的復雜曲線輪廓。如圖2-13所示。下面介紹用等誤差法計算節(jié)點坐標的方法。設零件輪廓曲線的數(shù)學方程為Y=f（X）。

36、圖2-13 等誤差法（1）以起點a（Xa，Ya）為圓心，以為半徑作圓。其圓方程為 （2-1）式中Xa、Ya為已知的a點坐標值。（2）作允圓與曲線Y=f（X）的公切線MN，則可求公切線MN的斜率K 為求YN，YM，XN，XM，需解下面的方程組： （曲線切線方程）（曲線方程）（允差圓切線方程）（允差圓方程）式中的允差圓即允圓，Y=F（X）表示允圓的方程，見（2-1）式。 （3）過a點作斜率為K的直線，則得到直線插補段ab，其方程式為 YYa =K（XXa）（4）求直線插補節(jié)點b的坐標。聯(lián)立方程組：（曲線方程）（直線插補段方程） 求的交點b（Xb， Yb）的坐標值，便是第一個直線插補節(jié)點。 （5）按

37、以上步驟順次求得c，d、 各節(jié)點坐標。 用等誤差法，雖然計算較復雜，但可在保證允的條件下，得到最少的程序段數(shù)目。此種方法的不足之處是直線插補段的聯(lián)結處不光滑，使用圓弧插補段逼近，可以避免這一缺點。2用圓弧逼近零件輪廓曲線的節(jié)點計算用圓弧逼近非圓曲線，目前常用的算法有曲率圓法、三點圓法和相切圓法等。（1）曲率圓法圓弧逼近的節(jié)點計算1）基本原理 曲率圓法是用彼此相交的圓弧逼近非圓曲線。已知輪廓曲線Y=f（X）如圖2-14所示，從曲線的起點開始，作與曲線內(nèi)切的曲率圓，求出曲率圓的中心。以曲率圓中心為圓心，以曲率圓半徑加（減）允為半徑，所作的圓 （偏差圓）與曲線Y=f（X）的交點為下一個節(jié)點，并重新計

38、算曲率圓中心，使曲率圓通過相鄰的兩節(jié)點。 圖2-14 曲率圓法圓弧段逼近重復以上計算即可求出所有節(jié)點坐標及圓弧的圓心坐標。2）計算步驟 以曲線起點（xn，yn）開始作曲率圓： 圓心 半徑 偏差圓方程與曲線方程聯(lián)立求解： 得交點（xn+1，yn+1） 求過（xn，yn）和（xn+1，yn+1）兩點，半徑為Rn的圓的圓心： 得交點（m，m），該圓即為逼近圓。（2）三點圓法圓弧逼近的節(jié)點計算圖2-15 三點圓弧段逼近三點圓法是在等誤差直線段逼近求出各節(jié)點的基礎上，通過連續(xù)三點作圓弧，并求出圓心點的坐標或圓的半徑。如圖2-15所示，首先從曲線起點開始，通過P1、P2、P3三點作圓。圓方程的一般表達形式

39、為 x2y2DxEyF=0其圓心坐標 半徑 通過已知點P1（x1，y1）、P2（x2，y2），P3（x3，y3）的圓，其 為了減少圓弧段的數(shù)目，應使圓弧段逼近誤差=允，為此應作進一步的計算。設已求出連續(xù)三個節(jié)點P1、P2、P3處曲線的曲率半徑分別為RP1、RP2、RP3，通過P1、P2、P3三點的圓的半徑為R，取 ，按算出值， 按值進行一次等誤差直線段逼近，重新求得P1、P2、P3三點，用此三點作一圓弧，該圓弧即為滿足=允條件的圓弧。（3）相切圓法圓弧逼近的節(jié)點計算1）基本原理 如圖2-16 所示粗線表示工件廓形曲線，在曲線的一個計算單元上任選四個點A、B、C、D，其中A點為給定的起點。AD段

40、（一個計算單元）曲線用兩相切圓弧M和N逼近。具體來說，點A和B的法線交于M，點C和D的法線交于N，以點M和N為圓心，以MA和ND為半徑作兩圓弧，則M和N圓弧相切于MN的延長線上G點。曲線與M、N圓的最大誤差分別發(fā)生在B、C兩點，應滿足的條件是：圖2-16 用相切圓弧逼近輪廓線 兩圓相切G點 （2-2） 滿足允要求 （2-3） 2）計算方法： 求圓心坐標的公式。點A和B處曲線的法線方程式為（xxA）kA（yyA）=0（xxB）kB（yyB）=0式中kA和kB為曲線在點A和B處的斜率，k=dy/dx。解上兩式得兩法線交點M（圓心）的坐標為： （2-4）同理可通過C、D兩點的法線方程求出N（圓心）點

41、坐標為： （2-5） 求B、C、D三點坐標。根據(jù)（2-2）和（2-3）式，得 （2-6）（2-7）式中的A、B、C、D的y坐標值分別由以下公式求出 yA=f（xA），yB=f(xB) yC=f（xA），yD=f(xD)再代入（2-6）和（2-7）式，用迭代法可求出B、C、D坐標值。求圓心M、N坐標值和RM、RN值。 將B、C、D坐標值代入（2-4）和（2-5）式即求出圓心M和N的坐標值，并由此求出RM和RN值。應該指出的是，在曲線有拐點和凸點時，應將拐點和凸點作為一個計算單元（每一計算單元為四個點）的分割點。第三節(jié) 數(shù)控加工手工編程一、數(shù)控手工編程的工藝處理數(shù)控編程人員首先是一個很好的工藝人員

42、，在編程前要對所加工的零件進行工藝分析，擬訂加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量。在編程中，對一些工藝問題（如對刀點、加工路線等）也要做一些處理。1數(shù)控加工工藝的基本特點和基本內(nèi)容 （1）基本特點在普通機床上加工零件時，是用工藝規(guī)程或工藝卡片來規(guī)定每道工序的操作程序，操作者按工藝卡上規(guī)定的“程序”加工零件。而在數(shù)控機床上加工零件時，要把被加工的全部工藝過程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)編制成程序，并以數(shù)字信息的形式記錄在控制介質（如穿孔紙帶、磁盤等）上，用它控制機床加工。由此可見，數(shù)控機床加工工藝與普通機床加工工藝在原則上基本相同，但數(shù)控加工的整個過程是自動進行的，因而又有其特點。1）數(shù)控加工的工序內(nèi)

43、容比普通機床的工序加工內(nèi)容復雜。由于數(shù)控機床比普通機床價格貴，若只加工簡單工序在經(jīng)濟上不合算，所以在數(shù)控機床上通常安排較復雜的工序，甚至在普通機床上難以加工的工序。2）數(shù)控機床加工程序的編制比普通機床工藝規(guī)程的編制復雜。這是因為在普通機床的加工工藝中不必考慮的問題，如工序內(nèi)工步的安排、對刀點、換刀點及走刀路線的確定等問題，在編制數(shù)控機床加工工藝時不能忽略。（2）基本內(nèi)容實踐證明，數(shù)控加工工藝主要包括以下幾方面：1）選擇適合在數(shù)控機床上加工的零件，確定工序內(nèi)容。2）分析被加工零件圖樣，明確加工內(nèi)容及技術要求，在此基礎上確定零件的加工方案，制定數(shù)控加工工藝路線，如工序的劃分、加工循序的安排、與傳統(tǒng)

44、加工工序的銜接等。3）設計數(shù)控加工工序。如工步的劃分、零件的定位與夾具的選擇、刀具的選擇、切削用量的確定等。4）調(diào)整數(shù)控加工工序的程序。如對刀點、換刀點的選擇、加工路線的確定、刀具的補償。5）分配數(shù)控加工的容差。6）處理數(shù)控機床上部分工藝指令。2機床的合理選用在數(shù)控機床上加工零件時一般有兩種情況。一是有零件圖樣和毛坯，要選擇適合該零件的數(shù)控機床；二是已經(jīng)有了數(shù)控機床，要選擇適合在該機床上加工的零件。無論哪種情況，考慮的因素有，毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等。概括起來有三點：要保證加工零件的技術要求，加工出合格的產(chǎn)品。有利于提高生產(chǎn)率。盡可能降

45、低生產(chǎn)成本（加工費用）。根據(jù)國內(nèi)外數(shù)控機床應用實踐，數(shù)控機床加工的使用范圍可用圖1-2定性分析。從圖中可以看出，數(shù)控機床最適合加工輪廓形狀復雜，對加工精度要求較高的零件；多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件。3工序與工步的劃分（1）工序的劃分在數(shù)控機床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完成大部分或全部工序。一般工序劃分有以下幾種方式：1）按零件裝卡定位方式劃分工序由于每個零件結構形狀不同，各加工表面的技術要求也有所不同，故加工時，其定位方式則各有差異。一般加工外形時，以內(nèi)形定位；加工內(nèi)形時又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。如圖2-17所示的片狀凸輪，按定位

46、方式可分為兩道工序，第一道工序可在普通機床上進行。以外圓表面和B平面定位加工端面A和22H7的內(nèi)孔，然后再加工端面B和4H7的工藝孔；第二道工序以已加工過的兩個孔和一個端面定位，在數(shù)控銑床上銑削凸輪外表面曲線。 圖2-17 片狀凸輪 圖2-18 車削加工的零件2）粗、精加工劃分工序根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先粗加工再精加工。此時可用不同的機床或不同的刀具進行加工。通常在一次安裝中，不允許將零件某一部分表面加工完畢后，再加工零件的其他表面。如圖2-18所示的零件，應先切除整個零件的大部分余量，再將其表面精車一遍，以保證加工精度和表面粗

47、糙度的要求。3）按所用刀具劃分工序為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其他部位。在專用數(shù)控機床和加工中心中常采用這種方法。（2）工步的劃分工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同的表面進行加工。為了便于分析和描述較復雜的工序，在工序內(nèi)又細分為工步。下面以加工中心為例來說明工步劃分的原則：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開進行。2）對于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后

48、鏜孔，使其有一段時間恢復，可減少由變形引起的對孔的精度的影響。3）按刀具劃分工步。某些機床工作臺回轉時間比換刀時間短，可采用按刀具劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工生產(chǎn)率?？傊ば蚺c工步的劃分要根據(jù)具體零件的結構特點、技術要求等情況綜合考慮。4零件的安裝與夾具的選擇（1）定位安裝的基本原則在數(shù)控機床上加工零件時，定位安裝的基本原則是合理選擇定位基準和夾緊方案。在選擇時應注意以下幾點：1）力求設計、工藝和編程計算的基準統(tǒng)一。2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。3）避免采用占機人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。（2）選擇夾具的基本原則 數(shù)控加工的特點對

49、夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機床坐標系的尺寸關系。除此之外，還要考慮以下幾點：1）當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間、節(jié)省生產(chǎn)費用。2）在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。3）零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。4）夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要開敞，其定位、夾緊機構元件不能影響加工中的走刀（如產(chǎn)生碰撞等）。5刀具的選擇與切削用量的確定（1）刀具的選擇刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要內(nèi)容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加

50、工質量。與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質材料制造數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀。銑削平面時，應選用硬質合金刀片銑刀；加工凸輪、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選鑲硬質合金的玉米銑刀。對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀，如圖2-19所示。 a) b) c) d) e) 圖2-19 常用銑刀 a）球銑刀 b）環(huán)形刀 c）鼓

51、形刀 d）錐形刀 e）盤形刀曲面加工常采用球頭銑刀，但加工曲面較平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較差，因而應采用環(huán)形刀。在單件或小批量生產(chǎn)中，為了取代多坐標聯(lián)動機床，常采用鼓形刀或錐形刀來加工飛機上的一些變斜角零件，如圖2-20所示。加鑲齒盤銑刀，適用于在五坐標聯(lián)動的數(shù)控機床上加工一些球面，其效率比用球頭銑刀高近十倍，并可獲得好的加工精度。圖2-20 變斜角斜面加工（2）切削用量的確定切削用量包括主軸轉速（切削速度）、背吃刀量、進給量。對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并編入程序單內(nèi)。 合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應考慮經(jīng)濟性和加工成本；半

52、精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床說明書、切削手冊，并結合經(jīng)驗而定。1）切削深度ap（） 主要根據(jù)機床、夾具、刀具和工件的剛度來決定。在剛度允許的情況下，應以最少的進給次數(shù)切除加工余量，最好一次切凈余量，以便提高生產(chǎn)率。在數(shù)控機床上，精加工余量可小于普通機床，一般?。?.20.5）2）主軸轉速n（r/min） 主要根據(jù)允許的切削速度c（m/min）選取。 式中，c切削速度，由刀具的耐用度決定； D工件或刀具直徑（）。 主軸轉速n要根據(jù)計算值在機床說明書中選取標準值，并填入程序單中。3）進給量（進給速度）f（mm/min或mm/r） 是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給量數(shù)值應選小些，一般在2050mm