數(shù)控編程及加工技術(shù)

1、數(shù)控編程及加工技術(shù)數(shù)控編程及加工技術(shù) 吳剛前前 言言目前，在世界各國的制造業(yè)中，普遍使用了數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)以其高難度、高精度、高穩(wěn)定、高效率和高度靈活性為制造業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)上的保障。隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在我國已得到了廣泛使用。數(shù)控設(shè)備的使用程度及數(shù)控設(shè)備操作者的數(shù)控技術(shù)水平已成為決定企業(yè)生產(chǎn)制造水平的關(guān)鍵因素。因此，數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)已成為我國制造業(yè)人才培養(yǎng)中的當(dāng)務(wù)之急。為了適應(yīng)數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)的需要，同時，為了適應(yīng)我國高等職業(yè)教育的改革與發(fā)展，我們總結(jié)了多年的教學(xué)經(jīng)驗，編寫了這本教材。本書對常用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行了全面細(xì)致的介紹，包括數(shù)控加工概述、數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)、數(shù)控編程基礎(chǔ)

2、、數(shù)控車床編程技術(shù)、數(shù)控銑床編程技術(shù)、數(shù)控加工中心編程技術(shù)、宏程序編程技術(shù)、數(shù)控電火花線切割編程技術(shù)及CAD/CAM自動編程技術(shù)等方面。第一章 數(shù)控加工概述【學(xué)習(xí)目標(biāo)】(1) 了解數(shù)控機床的工作原理。(2) 理解數(shù)控加工的特點。(3) 掌握數(shù)控機床的組成、分類及編程方法。1.1 數(shù)控機床加工編程概述 1.1.1 計算機數(shù)控簡介計算機數(shù)字控制（Computer Numerical Control,簡稱CNC）是一種自動控制技術(shù)，指利用數(shù)字化信息對某一過程進(jìn)行控制的一種方法，采用這種方法實現(xiàn)數(shù)字控制的一整套裝置稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床和普通機床的最大區(qū)別在于數(shù)控機床裝備有數(shù)控系統(tǒng)，通過數(shù)字化信息對機

3、床運動及其加工過程進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)自動加工。圖1-1和圖1-2所示分別為數(shù)控車床和銑削加工中心。都配有一個類似于計算機的控制系統(tǒng)（即數(shù)控系統(tǒng)），這樣的機床就是數(shù)控機床。 圖1-1 數(shù)控車床 圖1-2銑削加工中心（帶刀庫）我們周圍的機械產(chǎn)品80左右都屬于單件或小批量產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，所要求加工的機械產(chǎn)品的形狀越來越復(fù)雜、加工精度要求越來越高，而且經(jīng)常面臨著改型或更新?lián)Q代，為了解決上述問題，數(shù)控機床應(yīng)運而生。它有效地解決了上述矛盾，為單件、小批量生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件提供了自動化加工手段。數(shù)控機床加工出來的工件可以光潔如鏡，比人類毛發(fā)還要細(xì)致數(shù)倍，而且數(shù)控機床擅長復(fù)雜零件的加工，譬如水輪

4、機葉片的加工。對于一些多軸聯(lián)動的數(shù)控機床，僅在一臺機床上，就可以完成一個復(fù)雜零件的所有工序，相當(dāng)于把“車間”集成為一臺機床，極大地節(jié)省了空間，提高了生產(chǎn)效率。有的機床，非常智能化，它能在線檢測加工狀況，獨立自主的管理自己，而且能夠與企業(yè)和客戶的生產(chǎn)管理系統(tǒng)通信，實現(xiàn)生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 1.1.2 數(shù)控加工程序簡介 首先，讓我們從總體上來了解數(shù)控機床的加工過程以及指揮數(shù)控機床運動的指令。當(dāng)拿到生產(chǎn)依據(jù)的技術(shù)圖樣，如圖1-3所示，要根據(jù)給定的工件尺寸和表面光潔度，采用相應(yīng)的加工方法與加工步驟來實現(xiàn)零件的加工。 圖13零件圖樣 材料 45號鋼1.5其余加工開始前，根據(jù)加工內(nèi)容和加工方法必須編制加工程

5、序。加工程序就是控制數(shù)控機床運動的指令，即人與數(shù)控機床進(jìn)行交流的語言。O0001 程序名 N01 G54 G00 X 150.0 250.0； 設(shè)定坐標(biāo)系 N02 T0101 F0.4; 粗車刀 N03 G00 X66.0 Z 1.0 M03 S 1500; 車端面 N04 G96 G01X-1.6 S160; N05 G00Z2.0; N06 X66.0; N07 G01 Z0.0; N08 X-1.6; N09 G00 Z1.0; N10 X67. 0; N11 G71 U1.5 R0.5; 粗車外圓循環(huán)N12 G71 P13 Q21 U0.5 W0.1 FOA; N13 G00 X23.

6、8; N14 G01X29.8 Z-2.0; N15 Z-25.2; N16 X36. 0; N17 G03 X41.965 Z-28.2 R3.0; N18 G01 Z-40.0; N19 X56.95 Z-50.0; N20 Z-71.0; N21 X67. OZ-76.0; N22 G00 X150.OG50. 0 S 1500； N23 T0303 F0.15 M03； 精車刀 N24 G42 X21.8Z2.0; 精車外圓 N25 G01 X29.8 Z-2.0 F0.15; N26 Z-20.0; N27 G01 X27.5; N28 Z-24.4; N29 G02 X29.1 Z

7、-25.210.8 K0; N30 G01 X35.963; N31 G03 X41.963 Z-28.2 10 K-3; N32 G01 Z-40.0; N33 X56.95 Z-50.0; N34 Z-71.0; N35 X67.0Z-76.0; N36 G40 G00 X150.0 250.0； 數(shù)控機床根據(jù)以上程序自動切削，將毛坯上多余的部分切除，從而加工出合格的工件。加工過程模擬如圖1-4所示。在上面的加工過程中，經(jīng)驗和技能起著非常重要的作用。從上面的示例可以看出，控制數(shù)控機床運動的指令主要是由大寫的英文字母和0-9的阿拉伯?dāng)?shù)字組成。 圖1-4 數(shù)控加工過程模擬1.2 數(shù)控機床的組成

8、、工作原理及運動軌跡控制 1.2.1 數(shù)控機床的組成數(shù)控機床主要由機床本體、數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)3大部分組成，如圖1-5所示。 數(shù)控機床 1. 數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的大腦。數(shù)控裝置首先接受輸入的加工信息，經(jīng)過“思考”處理后，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令脈沖，并通過伺服系統(tǒng)控制機床運動部件按加工程序指令運動。數(shù)控裝置通常由一臺專用微型計算機或通用計算機構(gòu)成。基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)，主要由一臺通用微型計算機加裝運動控制卡、1/O接口卡并運行CNC系統(tǒng)軟件構(gòu)成。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的數(shù)控裝置有日本的FANUC，德國的SIEMENS和國產(chǎn)華中世紀(jì)星等，如圖1-6所示。 SIEMENS FANUC

9、0i系統(tǒng)數(shù)控車床 華中世紀(jì)星數(shù)控車床SIEMENS 802D數(shù)控銑床 FANUC 0i系統(tǒng)數(shù)控車床 華中世紀(jì)星數(shù)控車床 圖1-6 典型數(shù)控系統(tǒng)2. 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的四肢，執(zhí)行來自CNC裝置的運動指令。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動裝置、伺服電機和位置檢測裝置組成。伺服驅(qū)動裝置里的主要功能是功率放大和速度調(diào)節(jié)，將弱電信號轉(zhuǎn)化為強電信號，并保證系統(tǒng)的動態(tài)性能，如圖1-7所示。伺服電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，拖動機械部件移動或轉(zhuǎn)動。伺服電機包括主軸電機和各方向的進(jìn)給電機，分別如圖1-8a)和圖1-8b)所示。當(dāng)今直線電機、直線驅(qū)動技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用，被認(rèn)為是未來驅(qū)動的方向。直線電機通過取消機械

10、傳動部件，可達(dá)到較高加速度等級和速度，速度可達(dá)120m/min以上。圖1-7 伺服系統(tǒng)圖1-8 a) SIEMENS主軸電機圖1-8 b) SIEMENS進(jìn)給電機圖1-9海德漢位里檢測元件圖1-10閉環(huán)伺服系統(tǒng)檢測裝置是把位移和速度測量信號作為反饋信號，并將反饋信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送回計算機與脈沖指令信號進(jìn)行比較，以控制驅(qū)動元件的正確運轉(zhuǎn)。數(shù)控機床常用的檢測元件如圖1-9所示。檢測裝貴的精度直接影響數(shù)控機床的定位精度和加工精度。通過位置檢測裝置，可構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)，如圖1-10所示。3. 機床本體數(shù)控機床的本體與普通機床基本類似，不同之處是數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，傳動系統(tǒng)通常采用

11、滾珠絲杠（如圖1-11所示）代替普通機床的絲杠和齒條傳動，主軸變速系統(tǒng)內(nèi)簡化了齒輪箱，普遍采用變頻調(diào)速和伺服控制。另外，數(shù)控機床床身有的采用混凝土，減震效果非常好。圖1-11 滾珠絲杠為了使數(shù)控機床自動工作，還必須輸入相應(yīng)的零件加工程序，它是聯(lián)系人和數(shù)控機床的橋梁。加工程序以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和刀具運動等。通過將這些信息輸入到數(shù)控裝置，從而實現(xiàn)人對機床的控制，對零件進(jìn)行切削加工，最終加工出人所期望的產(chǎn)品形狀。程序的輸入有多種形式，可通過手動數(shù)據(jù)輸入方式（MDI）或通信接口將加工程序輸入機床。1.2.2 數(shù)控機床加工工作原理在數(shù)控加工中，編程人員首先按照零

12、件加工的技術(shù)要求和工藝要求，編寫零件的加工程序，并將加工程序輸入到數(shù)控裝置；數(shù)控裝置對加工程序進(jìn)行相應(yīng)譯碼和運算，并將處理結(jié)果送到機床各個坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)接收來自數(shù)控裝置輸出的指令信息并且經(jīng)過功率放大后，帶動機床移動部件按照規(guī)定的軌跡和速度運動，從而使機床自動加工出符合圖紙要求的零件。在這一過程中，主軸運動、進(jìn)給運動、更換刀具，以及工件的夾緊與松開，冷卻、潤滑泵的開與關(guān)、以及其他輔助裝置等，嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，最終加工出符合圖紙要求的零件。從數(shù)控機床的工作原理可以看出：數(shù)控機床在加工過程中無需人的干預(yù)，當(dāng)加工零件發(fā)生變化時，只需改變加工程序即可，這就是數(shù)控加

13、工“柔性”的體現(xiàn)。1.2.3 數(shù)控機床運動軌跡的控制 數(shù)控機床對運動軌跡的控制主要有3種形式： 點位控制運動、直線控制運動、連續(xù)控制運動。 1. 點位控制運動 點位控制只要求控制機床的移動部件從一點移動到另一點的準(zhǔn)確定位，點與點之間的運動軌跡沒有嚴(yán)格要求，在移動過程中不進(jìn)行任何切削加工。因此，為了提高加工效率，保證定位精度，一般移動按照“先快后慢”的原則，即先快速接近目標(biāo)點，再低速趨近并準(zhǔn)確定位。圖1-12所示為數(shù)控鉆床加工示意圖。點位控制方式僅用于數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。圖1-12點位控制加工示意圖2. 直線控制運動 直線控制運動指刀具或工作臺以給定的速度按直線運動。這類數(shù)控機床不僅

14、要控制移動部件從一點準(zhǔn)確地移動到另一點，而且要控制移動部件的運動速度和軌跡。刀具相對工件移動的軌跡是平行于機床某一坐標(biāo)軸的直線，移動部件在移動過程中進(jìn)行切削加工，加工示例如圖1-13所示。直線控制方式僅用于簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。圖1-13直線控制加工示意圖3. 連續(xù)控制運動連續(xù)控制運動也稱為輪廓控制運動，指刀具或工作臺按工件的輪廓軌跡運動，它不僅能控制移動部件從一個點準(zhǔn)確地移動到另一個點，而且還能控制整個加工過程每一點的速度與位移量，這樣可以加工出由任意斜線、曲線或曲面組成的復(fù)雜零件。 圖1-14所示為輪廓控制的加工軌跡，刀具在運動過程中對工件表面連續(xù)進(jìn)行切削。能夠進(jìn)行輪廓控制的機床至少是

15、兩軸聯(lián)動。所謂聯(lián)動軸數(shù)是指：按照一定的函數(shù)關(guān)系能夠同時協(xié)調(diào)運動的軸數(shù)。聯(lián)動軸數(shù)越多，其空間曲面加工能力越強。大多數(shù)數(shù)控機床都具有輪廓切削控制功能，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床和數(shù)控加工中心等。這些機床根據(jù)所控制的聯(lián)動坐標(biāo)軸數(shù)不同，又可以分為下面幾種形式。圖1-14輪廓控制加工示意圖(1) 兩軸聯(lián)動 主要用于數(shù)控車床加工回轉(zhuǎn)體曲面或用于數(shù)控銑床加工箱板類零件的曲線輪廓，如圖1-14所示。(2) 兩軸半聯(lián)動 主要用于三軸以上機床的控制，其中兩軸可以聯(lián)動，而另外一根軸可以作周期性進(jìn)給。圖1-15所示就是采用這種方式用行切法加工三維空間曲面。圖1-15二軸半聯(lián)動加工曲面(3) 三軸

16、聯(lián)動一般分為兩類，一類就是X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動，比較多的用于數(shù)控銑床、加工中心等，圖1-16所示是用球頭銑刀銑切三維空間曲面。另一類是除了同時控制X、Y、Z其中兩個直線坐標(biāo)外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。如車削加工中心，它除了控制Z軸和X軸兩個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動外，還需同時控制C軸（圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的主軸）聯(lián)動，如圖1-17所示。 圖1-16三軸聯(lián)動加工曲面圖 1-17 C軸Z軸進(jìn)給在圓柱面上銑螺旋槽(4) 四軸聯(lián)動 四軸聯(lián)動同時控制X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動，圖1-18所示為同時控制X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸與一個刀具擺動聯(lián)動的數(shù)控機床。圖1-18四軸聯(lián)

17、動加工曲面 (5) 五軸聯(lián)動 五軸聯(lián)動除同時控制X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞這些直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C坐標(biāo)軸中的兩個坐標(biāo)軸，形成5個軸聯(lián)動。如圖1-19所示，除了3個直線運動坐標(biāo)外，工作臺還還可以作回轉(zhuǎn)運動，另外支撐工作臺的托盤還可以擺動。這樣3個直線坐標(biāo)加上兩個回轉(zhuǎn)坐標(biāo)形成了五軸聯(lián)動。這時刀具可以被定在空間的任意方向，加工任意形狀復(fù)雜的零件。圖1-19五軸聯(lián)動編制數(shù)控加工程序是使用數(shù)控機床的一項重要技術(shù)工作，理想的數(shù)控程序不僅應(yīng)該保證加工出符合零件圖紙要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機床能安全、可靠、高效地工作。1.3 數(shù)控加工程

18、序編制的內(nèi)容和方法 1.3.1 數(shù)控程序編制的內(nèi)容及步驟 數(shù)控編程是指從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全部工作過程，如圖1-20所示。編程工作主要包括：1. 分析零件圖樣和制定工藝方案這項工作是編程的第一步，內(nèi)容包括：對零件圖紙進(jìn)行分析，明確加工的內(nèi)容和要求；確定加工方案；選擇適合的數(shù)控機床；選擇或設(shè)計刀具和夾具；確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。圖1-20數(shù)控編程的內(nèi)容與步驟要求編程人員能夠?qū)α慵D紙的技術(shù)特性、幾何形狀、尺寸及工藝要求進(jìn)行分析，并結(jié)合數(shù)控機床使用的基礎(chǔ)知識，如數(shù)控機床的規(guī)格、性能、數(shù)控系統(tǒng)的功能等，確定加工方法和加工路線。2. 數(shù)學(xué)處理在確定了工藝方案后，就需要根據(jù)零

19、件的幾何尺寸、加工路線等，計算刀具中心運動軌跡，以獲得刀位數(shù)據(jù)。通常需要計算出零件輪廓上相鄰幾何元素交點或切點的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心坐標(biāo)值等，以滿足編程要求。當(dāng)零件的幾何形狀與控制系統(tǒng)的插補功能不一致時，就需要進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)值計算，一般需要使用計算機輔助計算，否則難以完成。3. 編寫零件加工程序在完成上述工藝處理及數(shù)值計算工作后，即可編寫零件加工程序。程序編制人員使用數(shù)控系統(tǒng)的程序指令，按照規(guī)定的程序格式，逐段編寫加工程序。程序編制人員應(yīng)對數(shù)控機床的功能、程序指令及代碼十分熟悉，才能編寫出正確的加工程序。4. 程序檢驗及首件試切程序編好后，在正式加工之前，一般要對程序

20、進(jìn)行檢驗。可采用機床空運轉(zhuǎn)的方式，來檢查機床動作和運動軌跡的正確性，以檢驗程序。在具有圖形模擬顯示功能的數(shù)控機床上，可通過顯示走刀軌跡或模擬刀具對工件的切削過程，對程序進(jìn)行檢查。程序經(jīng)過檢驗正確無誤后，應(yīng)進(jìn)行首件試切。通過檢查試件，不僅可確認(rèn)程序是否正確，還可知道加工精度是否符合要求。若能采用與被加工零件材料相同的材料進(jìn)行試切，則更能反映實際加工效果，當(dāng)發(fā)現(xiàn)加工的零件不符合加工技術(shù)要求時，可修改程序或采取尺寸補償?shù)却胧?.3.2 數(shù)控程序編制的方法 數(shù)控加工程序的編制方法主要有兩種： 手工編制程序和自動編制程序。 1. 手工編程 手工編程指主要由人工來完成數(shù)控編程中各個階段的工作，如圖1-2

21、1所示。對于加工形狀簡單、計算量小、程序不長的零件，采用手工編程比較容易，而且經(jīng)濟、及時。圖1-21手工編程2. 自動編程 自動編程是指在編程過程中，除了分析零件圖紙和制定工藝方案由人工進(jìn)行外，其余工作均由計算機輔助完成。自動編程適用于： (1) 形狀復(fù)雜的零件（如空間曲線、曲面）。 (2) 工序多或形狀雖不復(fù)雜但編程工作量很大的零件（如有數(shù)千個孔的零件）。 (3) 形狀雖不復(fù)雜但計算工作量大的零件（如輪廓加工時，非 圓曲線的計算）。 圖形交互式自動編程是目前使用最為廣泛的自動編程方法。它是指將零件的圖形信息直接輸入計算機，由CAD/CAM軟件的NC模塊自動生成數(shù)控程序，或者通過其它應(yīng)用程序，

22、將零件圖紙信息直接轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序。圖形交互自動編程系統(tǒng)處理信息的過程如下： (1) 幾何造型，即CAD（Computer Aided Design）。即將零件的幾何實體準(zhǔn)確繪制在計算機的屏幕上，作為下一步刀具軌跡計算的依據(jù)。 (2) 刀具路徑的產(chǎn)生，即CAPP（Computer Aided Process Planning）和CAM（Computer Aided Manufacturing）。即根據(jù)加工要求，輸入各種加工參數(shù)和制訂工藝路線等，生成刀具位置數(shù)據(jù)，同時在屏幕上顯示出刀具軌跡圖形。 (3) 后置處理，即形成數(shù)控加工文件。在進(jìn)行后置處理時，編程入員應(yīng)根據(jù)具體的數(shù)控機床指令代碼和編程格式

23、，編寫后置處理文件，或者通過菜單式對話的方式將相應(yīng)的信息輸入系統(tǒng)，形成后置處理文件，然后系統(tǒng)根據(jù)該后置處理文件，形成特定機床的指令代碼（即數(shù)控加工程序）。該指令代碼可直接傳送到數(shù)控機床，進(jìn)行工件的加工 1.4 數(shù)控加工的特點 1.4.1 數(shù)控機床加工的特點1. 適應(yīng)性強 數(shù)控機床的一個運動方向定義為一個坐標(biāo)軸，數(shù)控機床能實現(xiàn)多個坐標(biāo)軸的聯(lián)動，所以數(shù)控機床能完成復(fù)雜型面的加工，特別是對于可用數(shù)學(xué)方程式和坐標(biāo)點表示的形狀復(fù)雜的零件，加工非常方便。并且同一臺數(shù)控機床，在加工不同的零件時，只需變換加工程序、調(diào)整刀具參數(shù)等，不必用凸輪、靠模、樣板或其它模具等專用工藝裝備，且可采用成組技術(shù)的成套夾具。因此

24、，零件生產(chǎn)的準(zhǔn)備周期短，有利于機械產(chǎn)品的迅速更新?lián)Q代，特別適合多品種、中小批量和復(fù)雜型面的零件加工。所以，數(shù)控機床的適應(yīng)性非常強。2. 加工質(zhì)量穩(wěn)定 對于同一批零件，由于使用同一類數(shù)控機床和刀具及同一個加工程序，刀具的運動軌跡完全相同，且數(shù)控機床是根據(jù)數(shù)控程序自動地進(jìn)行加工，可以避免人為的誤差，這就保證了零件加工的一致性好且質(zhì)量穩(wěn)定。3. 生產(chǎn)效率高 數(shù)控機床跟普通機床相比較，其剛度大，功率大，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度范圍大且為無級變速，所以每道工序都可選擇較大而合理的切削用量，減少了機動時間。 數(shù)控機床加工可免去零件加工過程中的劃線工作。數(shù)控機床加工的空行程速度大大高于普通機床，縮短了刀具快進(jìn)、快

25、退的時間。數(shù)控機床的定位精度、加工精度較穩(wěn)定，一般省去加工過程中的中間檢驗，而只作關(guān)鍵工序間的尺寸抽樣檢驗，減少了停機檢驗時間。 數(shù)控車床和加工中心能一次裝夾，自動換刀加工，縮短了輔助加工時間。所以，數(shù)控機床比普通機床的生產(chǎn)效率高。數(shù)控機床的時間利用率高達(dá)90%，而普通機床僅為30%50%。4. 加工精度高 數(shù)控系統(tǒng)每輸出一個脈沖，機床移動部件的移動量稱為脈沖當(dāng)量。數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量一般為0.001mm，高精度的數(shù)控機床可達(dá)0.0001mm，其運動分辨率遠(yuǎn)高于普通機床。另外，數(shù)控機床具有位置檢測裝置，可將移動部件的實際位移量或滾珠絲桿、伺服電機的轉(zhuǎn)角反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，并由數(shù)控系統(tǒng)自動進(jìn)行補償。

26、因此數(shù)控加工可獲得比機床本身精度還高的加工精度，所以零件加工尺寸的精度高。5. 工序集中，一機多用 數(shù)控機床特別是帶自動換刀的數(shù)控加工中心，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工工序，一臺數(shù)控機床可以代替數(shù)臺普通機床。這樣可以減少裝夾誤差，節(jié)約工序之間的運輸、測量和裝夾等輔助時間，還可以節(jié)省機加工車間的占地面積，帶來較高的經(jīng)濟效益。6. 減輕勞動強度 在輸入數(shù)控程序并啟動機床后，數(shù)控機床就自動地連續(xù)加工，直至零件加工完畢。只要對操作人員了進(jìn)行專門的培訓(xùn)，操作人員只是觀察機床的運行，這樣就使工人的勞動強度大大降低。7. 易于建立與計算機間的通信聯(lián)絡(luò)，容易實現(xiàn)群控。 數(shù)控機床使用數(shù)字信息與

27、標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息，易于建立與計算機間的通信聯(lián)絡(luò)，一臺計算機可以控制多臺數(shù)控機床，容易實現(xiàn)群控。1.4.2 數(shù)控加工零件的特點在數(shù)控機床上加工的零件，可以是普通零件，但更多的零件是普通機床加工起來具有一定的難度或?qū)Σ僮魅藛T的技術(shù)水平有相當(dāng)高的要求，一般在數(shù)控機床上加工的零件有如下的特點：(1) 多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件、短期急需的零件。(2) 輪廓形狀復(fù)雜，對加工精度要求較高的零件。(3) 用普通機床加工較困難或無法加工（需昂貴的工藝裝備）的零件。(4) 價值昂貴，加工中不允許報廢的關(guān)鍵零件。1.4.3 數(shù)控機床的合理使用數(shù)控機床是高精度、高效率的加工母機。合理使用數(shù)控

28、機床，有利于最大限度地發(fā)揮數(shù)控機床的功效。數(shù)控機床的正常使用條件為：數(shù)控機床所處位置的電源電壓波動小，環(huán)境溫度低于30攝氏度，相對濕度小于80%。1. 機床位置環(huán)境要求 機床的位置應(yīng)遠(yuǎn)離振源、應(yīng)避免陽光直接照射和熱輻射的影響，避免潮濕和氣流的影響。如機床附近有振源，則機床四周應(yīng)設(shè)置防振溝，否則將直接影響機床的加工精度及穩(wěn)定性，并且將使數(shù)控系統(tǒng)中的電子元件因受振動而接觸不良，發(fā)生故障，降低機床的可靠性。2. 電源要求一般數(shù)控機床安裝在機加工車間，不僅環(huán)境溫度變化大，使用條件差，而且各種機電設(shè)備多，致使電網(wǎng)電壓波動大。因此，安裝數(shù)控機床的位置，需要對電源電壓有嚴(yán)格控制。電源電壓波動必須在數(shù)控機床允

29、許的范圍內(nèi)，并且保持相對穩(wěn)定，否則會影響數(shù)控系統(tǒng)的正常工作。3. 溫度條件一般來說，數(shù)控電控箱內(nèi)部設(shè)有排風(fēng)扇或冷風(fēng)機，以保持電子元件，特別是中央處理器工作溫度恒定或溫差變化很小。過高的溫度和濕度將導(dǎo)致控制系統(tǒng)的元件壽命降低，并導(dǎo)致故障增多。溫度和濕度的增高，灰塵增多會在集成電路板上產(chǎn)生粘結(jié)，并導(dǎo)致短路，降低數(shù)控系統(tǒng)的壽命。4. 按說明書的規(guī)定使用數(shù)控機床用戶在使用數(shù)控機床時，不允許隨意改變控制系統(tǒng)內(nèi)制造廠設(shè)定的參數(shù)。這些參數(shù)的設(shè)定直接關(guān)系到數(shù)控機床各部件的動態(tài)特征。數(shù)控系統(tǒng)中的參數(shù)只有間隙補償參數(shù)值可根據(jù)實際情況予以調(diào)整。用戶不能隨意更換機床附件，如使用超出說明書規(guī)定的液壓卡盤等。數(shù)控機床制造

30、廠在設(shè)置附件時，充分考慮了各項環(huán)節(jié)參數(shù)的匹配。盲目更換數(shù)控機床附件會造成各項環(huán)節(jié)參數(shù)的不匹配，甚至造成估計不到的事故。使用液壓卡盤、液壓刀架、液壓尾座、液壓缸的壓力，都應(yīng)在許用壓力范圍內(nèi)，不允許任意提高。【本章小結(jié)】本章主要介紹了數(shù)控機床加工編程概述，數(shù)控機床的組成、工作原理及運動軌跡控制，數(shù)控加工程序編制的內(nèi)容和方法以及數(shù)控加工的特點。本章的內(nèi)容是后面將要介紹的各類數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)編程方法的基本性知識。練習(xí)題練習(xí)題 一填空題1數(shù)控機床主要由 、 、 等三部分組成。2數(shù)控機床加工程序的編制方法主要有 、 兩種。3伺服系統(tǒng)由 、 和 組成。二問答題 1NC機床由哪幾部分組成，試用框圖表示各部分

31、之間的關(guān)系，并簡述各部分的基本功能。 2簡述數(shù)控機床的運動軌跡控制都有那些種，各有什么特點。 3簡述數(shù)控機床加工程序的編制步驟。 4簡述數(shù)控機床的加工特點。 5簡述數(shù)控機床合理使用都有那些要求。三自己動手查資料1了解數(shù)控機床的發(fā)展動向。2什么是直線電機，它的工作原理是什么？了解其應(yīng)用場合及應(yīng)用特點。3 根據(jù)圖1-27，了解數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)。 圈1-27傳動系統(tǒng)簡圖 3什么是直線電機，它的工作原理是什么？了解其應(yīng)用場合及應(yīng)用特點。第二章 數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】(1) 了解數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容及特點。(2) 理解數(shù)控加工工藝分析過程及方法。(3) 掌握典型零件的數(shù)控加工工藝分析方法。2.

32、1 數(shù)控加工工藝概述2.1.1 數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容及特點1數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容(1) 分析加工零件的圖紙，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求，并根據(jù)數(shù)控編程的要求對零件圖作數(shù)學(xué)處理。(2) 制定數(shù)控加工路線，確定數(shù)控加工方法。(3) 確定工件的定位與裝夾方法，確定刀具、夾具。(4) 調(diào)整數(shù)控加工工序，如對刀點、換刀點的選擇、刀具的補償?shù)取?5) 分配數(shù)控加工中的加工余量，確定各工序的切削參數(shù)。(6) 填寫數(shù)控加工工藝卡片。(7) 填寫數(shù)控加工刀具卡片。(8) 繪制各道工序的數(shù)控加工路線圖。2數(shù)控加工工藝的特點由于數(shù)控加工是利用程序進(jìn)行加工，因此，數(shù)控加工工藝就必須有利于數(shù)控程序的編寫并體現(xiàn)數(shù)控加工的

33、特點，一般數(shù)控加工工藝具有如下的特點：(1) 數(shù)控加工工藝要充分考慮編程的要求。(2) 數(shù)控加工工藝中工序相對集中。因此，工件各部位的數(shù)控加工順序可能與普通機床上的加工順序有很大區(qū)別。數(shù)控工藝規(guī)程中的工序內(nèi)容要求特別詳細(xì)。如加工部位、加工順序、刀具配置與使用順序，刀具加工時的對刀點、換刀點及走刀路線、夾具及工件的定位與安裝、切削參數(shù)等，都要清晰明確，數(shù)控加工工藝中的工序內(nèi)容比普通機床加工工藝中的工序內(nèi)容詳細(xì)得多。3常用的數(shù)控加工方法(1) 平面孔系零件常用點位、直線控制數(shù)控機床（如數(shù)控鉆床）加工，選擇加工方法時，主要考慮加工精度和加工效率兩個原則，即：用什么加工方法能保證零件的加工精度，用什么

34、加工方法能提高零件的加工效率。(2) 旋轉(zhuǎn)體類零件常用數(shù)控車床或數(shù)控磨床加工。選擇加工方法時，主要考慮加工效率和刀尖強度兩個原則。1) 考慮加工效率在車床上加工時，通常加工余量大，必須合理安排粗加工路線，以提高加工效率。實際編程時，一般不宜采用循環(huán)指令（否則，以工進(jìn)速度的空刀行程太大）。比較好的方法是用粗車盡快去除材料，再精車。2) 考慮刀尖強度數(shù)控車床上經(jīng)常用到低強度刀具加工細(xì)小凹槽，在確定加工方法時必須考慮選用刀具的刀尖強度。(3) 平面輪廓零件常用數(shù)控銑床加工。選擇加工方法時，主要考慮加工精度和加工效率兩個原則，在確定加工方法時應(yīng)注意：1) 刀具的切入與切出方向的控制如在圖2-1中，銑削

35、棱形，刀具沿切削邊A1B的延長線方向切入、沿切削邊DD1的延長線方向切出，工件表面輪廓光滑。如果刀具不是沿切削邊的延長線方向切入、切出，則在工件表面輪廓上會留下刀具切削的痕跡。圖2-1 刀具切入與切出方向2) 一次逼近方法的選擇用微小直線段或圓弧段逼近非圓曲線輪廓的方法稱為一次逼近。在只具有直線和圓弧插補功能的數(shù)控銑床上加工非圓曲線輪廓時，微小直線段或圓弧段與被加工輪廓之間的誤差稱為一次逼近誤差，選擇一次逼近方法時，應(yīng)該使工件的輪廓誤差在合格范圍內(nèi)，同時程序段的數(shù)量少為佳。 (4) 立體輪廓零件常用多坐標(biāo)軸聯(lián)動數(shù)控機床（加工中心）加工。選擇加工方法時，主要考慮加工精度和加工效率兩個原則，在確定

36、加工方法時應(yīng)考慮：1) 工件強度及表面質(zhì)量：立體輪廓零件上的強度薄弱部位，常常難以承受粗加工時的切削量，同時對表面質(zhì)量要求高的部位要采取相應(yīng)的工藝措施。2) 機床的插補功能。2.2 數(shù)控加工工藝分析制訂數(shù)控加工工藝是數(shù)控加工的前期工藝準(zhǔn)備工作。數(shù)控加工工藝貫穿于數(shù)控程序中，數(shù)控加工工藝制訂的合理與否，對程序的編制、機床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響。因此，應(yīng)遵循一般的工藝原則并結(jié)合數(shù)控加工的特點認(rèn)真而詳細(xì)地分析零件的數(shù)控加工工藝。2.2.1 零件圖的工藝分析分析零件圖是工藝制訂中的首要工作，它主要包括以下內(nèi)容：1 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 零件結(jié)構(gòu)工藝性是指零件對加工方法的適應(yīng)性，即所分析的

37、零件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工成型。在進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)分析時，若發(fā)現(xiàn)零件的結(jié)構(gòu)不合理等問題應(yīng)向設(shè)計人員或有關(guān)部門提出修改意見。 圖2-2 零件的結(jié)構(gòu)工藝性【例2-1】：零件結(jié)構(gòu)工藝性分析。在圖2-2中，一個槽的槽寬為4mm，一個槽的槽寬為5mm，一個槽的槽寬為3mm，均不相等，三個槽的槽深也不相等，這給數(shù)控編程和加工增加了難度，如果不影響零件的強度和使用，建議把三個槽寬和三個槽深修改成一樣的尺寸。2 輪廓幾何要素分析 零件輪廓是數(shù)控加工的最終軌跡，也是數(shù)控編程的依據(jù)。在手工編程時，要計算零件輪廓上每個基點的坐標(biāo)，在自動編程時，要對構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進(jìn)行定義，因此，在分析零件圖時，要分析零件輪廓的幾何元

38、素的給定條件是否充分。由于設(shè)計等多方面的原因，可能在圖樣上出現(xiàn)構(gòu)成零件加工輪廓的條件不充分，尺寸模糊不清及缺陷，增加了編程工作的難度，有的甚至無法編程。 圖2-3 輪廓幾何要素分析【例2-2】：輪廓幾何要素分析。在手柄零件輪廓圖2-3中，R8的球面和R60的弧面相切，要確定切點，必須通過計算求出切點的位置，如圖中的14.77和4.923,否則，不能編程。同理，R60的弧面和R40的弧面的相切點，也必須通過計算求出切點的位置，如圖中的21.2和44.8，R40的弧面和24的外圓柱相交，也要通過計算求出交點的位置，如圖中的24和73.436，只有這樣，手工編程才能順利進(jìn)行。分析輪廓要素時，以能在A

39、utoCAD上準(zhǔn)確繪制的輪廓為充分條件。3 精度及技術(shù)要求分析對被加工零件的精度及技術(shù)要求進(jìn)行分析，是零件工藝性分析的重要內(nèi)容，只有在分析零件尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面粗糙度的基礎(chǔ)上，才能對加工方法、裝夾方式、刀具及切削用量進(jìn)行正確而合理的選擇。精度及技術(shù)要求分析主要包括以下內(nèi)容：(1) 分析精度及各項技術(shù)要求是否齊全、是否合理；(2) 分析每道工序的加工精度能否達(dá)到圖樣要求，若達(dá)不到，需采取其它措施(如磨削)彌補的話，則應(yīng)給后續(xù)工序留有余量；(3) 找出圖樣上有位置精度要求的表面，這些表面應(yīng)在一次安裝下完成加工；(4) 對表面粗糙度要求較高的表面，應(yīng)確定相應(yīng)的工藝措施(如磨削)。4

40、零件圖的數(shù)學(xué)處理 零件圖的數(shù)學(xué)處理主要是計算零件加工軌跡的尺寸，即計算零件加工輪廓的基點和節(jié)點的坐標(biāo)，或刀具中心輪廓的基點和節(jié)點的坐標(biāo)，以便編制加工程序。2.2.2 數(shù)控加工工藝的制訂在進(jìn)行了零件圖的工藝分析之后，制訂數(shù)控加工工藝時，要確定工序的劃分、各工序間的加工余量、加工路線、工件的定位、安裝與夾具的選擇、刀具的選擇、對刀點與換刀點的確定、切削用量的選擇、加工方案的確定等等。1. 數(shù)控加工工序的劃分劃分?jǐn)?shù)控加工工序時推薦遵循的原則(1) 保證精度的原則數(shù)控加工要求工序盡可能集中，常常粗、精加工在一次裝夾下完成，為了減少熱變形和切削力引起的變形對工件的形狀精度、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度

41、的影響，應(yīng)將粗、精加工分開進(jìn)行。對既有內(nèi)表面(內(nèi)型、腔)，又有外表面需加工的零件，安排加工工序時，應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面的粗加工，后進(jìn)行內(nèi)外表面的精加工。切不可將零件上一部分表面(外表面或內(nèi)表面)加工完畢后，再加工其它表面(內(nèi)表面或外表面)。以保證工件的表面質(zhì)量要求。同時，對一些箱體零件，為保證孔的加工精度，應(yīng)先加工表面而后加工孔。遵循保證精度的原則，實現(xiàn)上就是以零件的精度為依據(jù)來劃分?jǐn)?shù)控加工的工序。(2) 提高生產(chǎn)效率的原則數(shù)控加工中，為減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時間，應(yīng)將需用同一把刀加工的部位全部加工完成后，再換另一把刀來加工其它部位，同時應(yīng)盡量減少刀具的空行程。用同一把刀加工工件的多個部位時，應(yīng)以

42、最短的路線到達(dá)各加工部位。遵循提高生產(chǎn)效率的原則，實現(xiàn)上就是以加工效率為依據(jù)來劃分?jǐn)?shù)控加工的工序。實際中，數(shù)控加工工序要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求等情況綜合考慮。2. 加工余量的確定加工余量是指毛坯實體尺寸與零件（圖紙）尺寸之差。加工余量的大小對零件的加工質(zhì)量和制造的經(jīng)濟性有較大的影響。余量過大會浪費原材料及機械加工工時，增加機床、刀具及能源的消耗；余量過小則不能消除上道工序留下的各種誤差、表面缺陷和本工序的裝夾誤差，容易造成廢品。因此，應(yīng)根據(jù)影響余量的因素合理地確定加工余量。一般零件的加工通常要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工才能達(dá)到最終的精度要求。因此，零件總的加工余量應(yīng)等于各中間工序加

43、工余量之和。(1) 加工余量的確定原則：1) 采用最小加工余量原則，以求縮短加工時間，降低零件的加工費用。2) 應(yīng)有充分的加工余量，防止造成廢品。(2) 確定加工余量時還應(yīng)考慮的情況：1) 由于零件的大小不同，切削力、內(nèi)應(yīng)力引起的變形也會有差異，工件大，加工過程中的變形增加，加工余量相應(yīng)地應(yīng)大一些。零件熱處理時也會引起變形，應(yīng)適當(dāng)增大加工余量。2) 加工方法、裝夾方式和工藝裝備的剛性可能引起零件的變形，過大的加工余量會由于切削力增大、切削熱增加引起零件變形。故應(yīng)控制零件的最大加工余量。(3) 確定零件加工余量的方法 查表法 這種方法是根據(jù)各工廠的生產(chǎn)實踐和實驗研究積累的數(shù)據(jù)，先制成各種切削條件

44、下的加工余量表格，再匯集成手冊。確定加工余量時查閱這些手冊，再結(jié)合工廠的實際情況進(jìn)行適當(dāng)修改。目前我國各工廠普遍采用查表法來確定零件的加工余量。 經(jīng)驗估算法 這種方法是根據(jù)工藝編制入員的實際經(jīng)驗來確定加工余量。一般情況下，為了防止因余量過小而產(chǎn)生廢品，經(jīng)驗估算法的加工余量數(shù)值總是偏大。經(jīng)驗估算法常用于單件小批量生產(chǎn)。 分析計算法 這種方法是根據(jù)一定的試驗資料數(shù)據(jù)和加工余量計算公式，分析影響加工余量的各項因素，通過計算確定零件的加工余量。這種方法比較合理，但必須有比較全面和可靠的試驗資料數(shù)據(jù)，計算工作量較大。3. 加工路線的確定(1) 加工方法的選擇 在數(shù)控機床上加工零件，一般有以下兩種情況：一

45、是有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機床；二是己經(jīng)有了數(shù)控機床，要選擇適合該機床加工的零件。無論哪種情況，都應(yīng)根據(jù)零件的種類和加工內(nèi)容選擇合適的數(shù)控機床和加工方法。1) 機床的選擇數(shù)控車適合于加工形狀比較復(fù)雜的軸類零件和由復(fù)雜曲線回轉(zhuǎn)形成的模具內(nèi)型腔；立式數(shù)控銑適合于加工平面凸輪、樣板、形狀復(fù)雜的平面或立體零件，以及模具的內(nèi)、外型腔等；臥式數(shù)控銑適合于加工箱體、泵體、殼體類零件；多坐標(biāo)軸聯(lián)動的加工中心則可以用于加工各種復(fù)雜的曲線、曲面、葉輪、模具等。2) 粗、精加工的選擇只經(jīng)過粗加工的表面，尺寸精度可達(dá)IT12IT14級，表面粗糙度（或Ra值）可達(dá)12.5m50m。經(jīng)粗、精加工的表面

46、，尺寸精度可達(dá)IT7IT9級，表面粗糙度Ra值可達(dá)1.6m3.2m。3) 孔加工方法的選擇孔加工的方法比較多，有鉆孔、擴孔、鉸孔和鏜孔等。大直徑的孔還可采用圓弧插補方式進(jìn)行銑削加工。對于直徑大于30且己鑄出或鍛出毛坯孔的孔加工，一般采用粗鏜半精鏜孔口倒角一精鏜的加工方案。大直徑孔可采用立銑刀粗銑精銑的加工方案。對于直徑小于30的無毛坯孔的孔加工，通常采用锪平端面打中心孔鉆擴孔口倒角鉸加工方案。有同軸度要求的小孔，通常采用锪平端面打中心孔鉆半精鏜孔口倒角精鏜（或鉸）加工方案。為提高孔的位置精度，在鉆孔工步前推薦安排锪平端面和打中心孔工步?？卓诘菇前才旁诎刖庸ぶ?、精加工之前，以防孔內(nèi)產(chǎn)生毛刺。

47、 螺紋的加工螺紋的加工根據(jù)孔徑大小而定，一般情況下，直徑在M5M20之間的螺紋，通常采用攻螺紋的方法加工。直徑在M6以下的螺紋，通常在加工中心上完成底孔加工后，再用其他方法攻螺紋。因為在加工中心上攻螺紋不能隨機控制加工狀態(tài)，小直徑絲錐容易拆斷。直徑在M25以上的螺紋，可采用鏜刀片鏜削加工。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇加工方法時，要結(jié)合零件的形狀、尺寸和熱處理要求全面考慮。例如，對于IT級精度的孔采用鏜孔、鉸孔、磨孔等方法加工可達(dá)到精度要求，但箱體上的孔一般采用鏜孔或鉸孔；而不采用磨孔。一般小尺寸的箱體孔選擇鉸削，當(dāng)孔徑較大時則應(yīng)選擇鏜削。此外，還應(yīng)考慮生產(chǎn)

48、率和經(jīng)濟性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實際情況。(2) 加工路線的確定在數(shù)控加工中，刀具（嚴(yán)格說是刀位點）相對于工件的運動軌跡稱為加工路線。即刀具從對刀點開始運動起，直至加工程序結(jié)束所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑和刀具快退及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線的確定首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，其次考慮數(shù)值計算簡單，走刀路線盡量短，效率較高等。下面舉例分析數(shù)控機床加工零件時常用的加工路線。圖2-4車圓錐的加工路線【例2-3】：車圓錐的加工路線在數(shù)控車床上車外圓錐，假設(shè)圓錐大徑為D，小徑為d，錐長為L，車圓錐的加工路線如圖2-4所示。按圖2-4a的階梯切削路線，二刀粗車，最后一

49、刀精車；二刀粗車的終刀距S要作精確的計算，可由相似三角形得：此種加工路線，粗車時，刀具背吃刀量相同，但精車時，背吃刀量不同；同時刀具切削運動的路線最短。SadDLdDp)2(222dDadDLSp按圖2-4b的相似斜線切削路線，也需計算粗車時的終刀距S，同樣由相似三角形可計算得：SaLdDp22dDaLSp按此種加工路線，刀具切削運動的距離較短。按圖2-4c的斜線加工路線，只需確定每次背吃刀量ap，而不需計算終刀距，編程方便。但在每次切削中背吃刀量是變化的，且刀具切削運動的路線較長。車圓錐的三種加工路線均適合于手工編程。【例2-4】：車圓弧的加工路線車圓弧時，若用一刀粗車就把圓弧加工出來，這樣

50、吃刀量太大，容易打刀。所以，實際車圓弧時，需要多刀加工，先用粗車將大部分余量切除，最后才精車所需圓弧。圖2-5車圓弧的階梯切削路線圖2-5為車圓弧的階梯切削路線。即先粗車成階梯形狀，最后一刀精車出圓弧。此方法在確定了每次車削的背吃刀量ap后，須精確計算出粗車的終刀距S，即求圓弧與直線的交點。此方法刀具切削運動距離較短，但數(shù)值計算較繁。圖2-6車圓弧的同心圓弧切削路線圖2-6為車圓弧的同心圓弧切削路線。即用不同的半徑圓來車削，最后將所需圓弧加工出來。此方法在確定了每次車削的背吃刀量ap后，對90圓弧的起點、終點坐標(biāo)較易確定，數(shù)值計算簡單，編程方便，經(jīng)常采用。但按圖1-6b加工時，刀具的空行程時間

51、較長。圖2-7車圓弧的車錐法切削路線圖2-7為車圓弧的車錐法切削路線。即先車一個圓錐，再車圓弧。此時要注意，車圓錐時的起點和終點的確定，若確定不好，則可能損壞圓弧表面，也可能將余量留得過大。確定車圓錐時的起點和終點的方法如圖2-7所示，連接OC交圓弧于D，過D點作圓弧的切線AB。由幾何關(guān)系CD=OC-OD=0.414R知，CD為車圓錐時的最大切削余量，即車圓錐時，加工路線不能超過AB線。由圖示關(guān)系，可得AC=BC=0.586R，這樣可確定出車圓錐時的起點和終點。當(dāng)R不太大時，可取AC=BC=0.5R。此方法數(shù)值計算較繁，刀具切削路線短。在手工編程中常用同心圓弧加工路線來車圓弧。圖2-8車螺紋時

52、的軸向進(jìn)給距離車螺紋時，刀具沿螺紋方向的進(jìn)給應(yīng)與工件主軸旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系。考慮到刀具從停止?fàn)顟B(tài)加速到指定的進(jìn)給速度或從指定的進(jìn)給速度降至零時，驅(qū)動系統(tǒng)有一個過渡過程。因此，刀具沿軸向進(jìn)給的加工路線長度，除保證螺紋加工的長度外，還應(yīng)增加1（5mm)的刀具引入距離和2（2mm)的刀具切出距離，如圖2-8所示，以便保證螺紋切削時，在升速完成后才使刀具接觸工件，在刀具離開工件后再開始降速。【例2-6】：輪廓銑削的加工路線對于連續(xù)銑削輪廓，特別是加工圓弧輪廓時，要注意安排好刀具的切入、切出，要盡量避免交接處重復(fù)加工，否則會出現(xiàn)明顯的界限痕跡。如圖2-9所示，用圓弧插補方式銑削外整圓時，要安排刀具從

53、切向進(jìn)入圓周銑削加工，當(dāng)整圓加工完畢后，不要在切點處直接退刀，而讓刀具多運動一段直線距離，最好沿切線方向，以免取消刀具補償時，刀具與工件表面相碰撞，造成工件報廢。銑削內(nèi)圓弧時，也要遵守從切向切入、切出的原則，安排切入、切出過渡圓弧，如圖2-10所示，設(shè)刀具從工件坐標(biāo)原點出發(fā)，其加工路線為12345，這樣安排可以提高內(nèi)孔表面的加工精度和質(zhì)量。圖2-10銑削內(nèi)孔的加工路線 圖2-11孔加工路線對于位置精度要求較高的孔系加工，特別要注意孔的加工順序的安排，加工順序安排不當(dāng)時，就有可能將沿坐標(biāo)軸的反向間隙帶入，直接影響位置精度。如圖2-11所示，圖a為零件圖，在該零件上加工六個尺寸相同的孔，有兩種加工

54、路線。當(dāng)按b圖所示路線加工時，由于5、6孔與1、2、3、4孔定位方向相反，在Y方向運動時，反向間隙會使定位誤差增加，而影響5、6孔與其它孔的位置精度。按圖c所示路線，加工完4孔后，往上移動一段距離到P點，然后再折回來加工5、6孔，這樣Y方向運動方向一致，可避免反向間隙的引入，提高5、6孔與其它孔的位置精度?！纠?-8】：銑削曲面的加工路線圖2-12銑削曲面的加工路線銑削曲面時，常用球頭刀，采用“行切法”進(jìn)行加工。所謂行切法，是指刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求來確定。對于邊界敞開的曲面加工，可采用兩種加工路線。如圖2-12所示，對于發(fā)動機大葉片，當(dāng)采用圖

55、2-12a的加工方案時，每次沿直線加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度。當(dāng)采用圖2-12b的加工方案時，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其他表面限制，所以曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開始加工。為了充分發(fā)揮數(shù)控機床的高速度、高精度和自動化的效能，還應(yīng)有相應(yīng)的數(shù)控夾具進(jìn)行配合。(1) 工件定位、安裝的基本原則1) 力求設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。2) 盡量減少工件的裝夾次數(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

56、數(shù)控機床的效能。(2) 選擇夾具的基本原則1) 當(dāng)零件加工批量不大時，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其它通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，節(jié)省生產(chǎn)費用。2) 零件在夾具上的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停機時間。3) 夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機床對零件各加工表面的加工，即夾具要開敞，其定位夾緊元件不能影響加工中的走刀（如產(chǎn)生碰撞等）。(3) 常用數(shù)控夾具4. 工件的定位、安裝與夾具的選擇1) 數(shù)控車床夾具數(shù)控車床夾具除了使用通用三爪自定心卡盤、四爪卡盤、大批量生產(chǎn)中使用便于自動控制的液壓、電動及氣動夾具外，數(shù)控車床加工中還有多種相應(yīng)的夾具，它們主要分為兩大類，即用于軸類工件的夾具和用于盤類工

57、件的夾具。 用于軸類工件的夾具 數(shù)控車床加工軸類工件時，坯件裝卡在主軸頂尖和尾座頂尖之間，工件由主軸上的拔盤或拔齒頂尖帶動旋轉(zhuǎn)。這類夾具在粗車時可以傳遞足夠大的轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)主軸高速旋轉(zhuǎn)車削。用于軸類工件的夾具有自動夾緊拔動卡盤、拔齒頂尖、三爪拔動卡盤和快速可調(diào)萬能卡盤等。車削空心軸時常用圓柱心軸、圓錐心軸或各種錐套軸或堵頭作為定位裝置。 . 用于盤類工件的夾具 這類夾具適用在無尾座的卡盤式數(shù)控車床上。用于盤類工件的夾具主要有可調(diào)卡爪式卡盤和快速可調(diào)卡盤等。2) 數(shù)控銑床上的夾具數(shù)控銑床上的夾具一般安裝在工作臺上，其形式根據(jù)被加工工件的特點可多種多樣。如：通用臺虎鉗、數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺等等。5. 刀具

58、的選擇與普通機床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅要求刀具的剛性好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷屑和排屑性能好；同時還要求安裝調(diào)整方便。數(shù)控機床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細(xì)粒度硬質(zhì)合金）并使用可轉(zhuǎn)位刀片。(1) 車削用刀具及其選擇 數(shù)控車削常用的車刀一般分尖形車刀、圓弧形車刀以及成型車刀三類。車削刀具形狀與被加工表面的關(guān)系見圖2-13。圖2-13 車削刀具形狀與被加工表面0圓弧車刀 1切斷刀 290左偏刀 390右偏刀 4彎頭車刀 5直頭車刀 6成形車刀 7寬刃精車刀 8外螺紋車刀 9端面車刀 10內(nèi)螺紋車刀 11內(nèi)槽車刀 12通孔車刀

59、13盲孔車刀1) 尖形車刀 以直線形切削刃為特征的車刀一般稱為尖形車刀。這類車刀的刀尖由直線形的主副切削刃構(gòu)成，如90內(nèi)外圓車刀、左右端面車刀、切槽（切斷）車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀。尖形車刀幾何參數(shù)（主要是幾何角度）的選擇方法與普通車削時基本相同，但應(yīng)結(jié)合數(shù)控加工的特點（如加工路線、加工干涉等）進(jìn)行全面的考慮，并應(yīng)兼顧刀尖本身的強度。 用這類車刀加工零件時，其零件的輪廓形狀主要由一個獨立的刀尖或一條直線形主切削刃位移后得到，它與另兩類車刀加工時所得到零件輪廓形狀的原理是截然不同的。2) 圓弧形車刀 圓弧形車刀是較為特殊的數(shù)控加工用車刀。其特征是，構(gòu)成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差

60、或輪廓誤差很小的圓?。辉搱A弧上的每一點都是圓弧形車刀的刀尖，因此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上；車刀圓弧半徑理論上與被加工零件的形狀無關(guān)，并可按需要靈活確定或經(jīng)測定后確認(rèn)。圓弧形車刀可以用于車削內(nèi)外表面，特別適合于車削各種光滑連接（凹形）的成型面。選擇車刀圓弧半徑時應(yīng)考慮兩點：一是車刀切削刃的圓弧半徑應(yīng)小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發(fā)生加工干涉；二是車刀圓弧半徑不宜選擇太小，否則不但制造困難，還會因刀尖強度太弱或刀體散熱能力差而導(dǎo)致車刀損壞。 當(dāng)某些尖形車刀或成型車刀(如螺紋車刀)的刀尖具有一定的圓弧形狀時，也可作為這類車刀使用。3) 成型車刀 成型車刀俗稱樣板車刀，其加