第1章數(shù)控加工概述(數(shù)控加工與編程)

第1章數(shù)控加工概述數(shù)控機床基礎(chǔ)知識先進數(shù)控加工技術(shù)及典型數(shù)控系統(tǒng)編程中的數(shù)據(jù)處理程序的結(jié)構(gòu)思考與練習(xí)題1.1

數(shù)控機床基本知識1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生及數(shù)控概念1．?dāng)?shù)控機床的產(chǎn)生隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨復(fù)雜、精密，更新?lián)Q代越來越頻繁，社會對機械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求。在航空航天、造船、軍工和計算機等工業(yè)中，零件精度高形狀復(fù)雜、批量小、經(jīng)常改動、加工困難、生產(chǎn)效率低、勞動強度大，質(zhì)量難以保證。加之個性化的需求也使生產(chǎn)類型由大批、大量生產(chǎn)向多品種、小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。為解決上述問題，滿足多品種、小批量、復(fù)雜、高精度零件的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活、通用、高精度、高效率的“柔性”自動化生產(chǎn)設(shè)備——數(shù)控機床就是在這種情況下應(yīng)運而生的。2．?dāng)?shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)字控制（NumericalControl，NC），它是指用輸入數(shù)控裝置的數(shù)字化信息來控制機械執(zhí)行預(yù)定的動作，其數(shù)字信息包括字母、數(shù)字和符號。用數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的機床，稱作數(shù)控機床。早期的數(shù)控機床的NC裝置是由各種邏輯元件、記憶元件組成隨機邏輯電路，是固定接線的硬件結(jié)構(gòu)，由硬件來實現(xiàn)數(shù)控功能，稱作硬件數(shù)控，用這種技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)控機床一般稱作NC機床。計算機數(shù)控（Computer

Numerical

Control，CNC）。是采

用微處理器或?qū)Ｓ梦C的數(shù)控系統(tǒng)，由事先存放在存儲器里的

系統(tǒng)程序（軟件）來實現(xiàn)邏輯控制，實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，并通過接口與外圍設(shè)備進行連接，稱為CNC系統(tǒng)，這樣的機床

一般稱為CNC機床?？傊?，數(shù)控機床是數(shù)字控制技術(shù)與機床相結(jié)合的產(chǎn)物，從狹義上看，“數(shù)控”一詞就是“數(shù)控機床”的代名詞；從廣義上看，數(shù)控技術(shù)本身在其他行業(yè)中有更廣泛的應(yīng)用，稱為廣義數(shù)字控制。數(shù)控機床就是將加工過程的各種機床動作，用數(shù)字化的代碼表示，通過某種載體將信息輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制計算機對輸入的數(shù)據(jù)進行處理，并用來控制機床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機床加工出所需要的工件，其過程如圖1-1所示。圖1-1零件程序產(chǎn)生流程1.1.2數(shù)控機床的組成及工作原理1.數(shù)控機床的組成現(xiàn)代計算機數(shù)控機床由程序載體、輸入輸出裝置、計算機數(shù)控裝置、可編程序控制器、主軸控制單元、速度控制單元、機床本體、位置檢測反饋等部分組成，如圖1-2所示。圖1-2

CNC機床的組成2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的主要功能數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，其主要功能如下。①多坐標(biāo)控制（多軸聯(lián)動）。②準(zhǔn)備功能（G功能）。③實現(xiàn)多種函數(shù)的插補（直線、圓弧、拋物線等）。④代碼轉(zhuǎn)換（EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換、英制/公制轉(zhuǎn)換、絕對值/增量值轉(zhuǎn)換等）。⑤固定循環(huán)加工。⑥進給功能：指定進給速度。⑦主軸功能：指定主軸轉(zhuǎn)速。⑧輔助功能：規(guī)定主軸的啟、停、反向，冷卻系統(tǒng)的開、關(guān)等。⑨刀具選擇功能。⑩各種補償功能，如刀具半徑、刀具長度補償?shù)取?．?dāng)?shù)控機床的工作原理在數(shù)控機床上加工零件需經(jīng)過以下步驟，如圖1-3所示。圖1-3數(shù)控加工步驟準(zhǔn)備階段編程階段準(zhǔn)備信息載體加工階段圖1-3數(shù)控加工步驟1.1.3數(shù)控機床的分類1．按工藝用途分金屬切削類數(shù)控機床包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、加工中心等。加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床，它將銑、鏜、鉆、攻螺紋等功能集中于一臺設(shè)備上，具有多種工藝手段，在

加工過程中由程序自動選用和更換刀具，大大提高了生產(chǎn)效率和加工精度。金屬成型類數(shù)控機床此類數(shù)控機床有數(shù)控板料折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控沖床等。特種加工類數(shù)控機床此類數(shù)控機床包括數(shù)控線切割機、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控激光切割機等。其他類數(shù)控機床如數(shù)控火焰切割機、數(shù)控三坐標(biāo)測量儀等。2．按加工路線分類（1）點位控制系統(tǒng)屬于點位控制的數(shù)控機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。直線控制系統(tǒng)一般的簡易數(shù)控系統(tǒng)均屬于直線控制系統(tǒng)。點位直線控制系統(tǒng)采用點位直線控制系統(tǒng)的數(shù)控機床有數(shù)控鏜銑床、數(shù)控加工中心等。連續(xù)控制系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床有數(shù)控銑床、功能完善的數(shù)控車床、數(shù)控凸輪磨床和數(shù)控線切割機等。圖1-4點位控制系統(tǒng)加工圖1-5直線控制系統(tǒng)加工圖1-6連續(xù)控制系統(tǒng)加工3．按伺服系統(tǒng)的類型分類（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)圖1-7所示為采用步進電動機驅(qū)動的開環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖。從原理圖上可知，工作臺位移量與進給指令脈沖的數(shù)量成正比，即數(shù)控裝置

發(fā)出的指令脈沖頻率越高，則工作臺的位移速度越快。這種只含有信號放大

和變換，不帶有位移檢測反饋的伺服系統(tǒng)稱為開環(huán)伺服系統(tǒng)或簡稱開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)伺服系統(tǒng)因既沒有工作臺位移檢測裝置，又沒有位置反饋和校正控制系

統(tǒng)，所以工作臺的位移精度完全取決于步進電動機的步距角精度、齒輪箱中

齒輪副和絲杠螺母副的精度與傳動間隙等，由此可見，這種系統(tǒng)很難保證較

高的位置控制精度。同時，由于受步進電動機性能的影響，其速度也受到一

定的限制。但這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、工作可靠、穩(wěn)定性好、價格

低廉，因此被廣泛用于精度要求不太高的經(jīng)濟型數(shù)控機床上。圖1-7開環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖1-8所示為采用寬調(diào)速直流電動機驅(qū)動的閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖。它主要由比較環(huán)節(jié)（直線位移傳感器C和放大元件、速度傳感器A和放大元件），驅(qū)動元件，機械傳動裝置和測量裝置等組成。其中驅(qū)動元件可采用寬調(diào)速直流電動機或?qū)捳{(diào)速交流電動機，測量元件可采用感應(yīng)同步器或光柵等直線測量元件。從理論上講，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度主要取決于測量元件的精度和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的精度。但由于該系統(tǒng)受進給絲杠的拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度及摩擦阻尼特性和間隙等非線性因素的影響，給調(diào)試工作造成很大困難。若各種參數(shù)匹配不當(dāng)，將會引起系統(tǒng)振蕩，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響定位精度，因此，閉環(huán)伺服系統(tǒng)要比開環(huán)伺服系統(tǒng)的安裝測試更加困難復(fù)雜，價格較貴，維護費用也較高。圖1-8閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，用安裝在進給絲杠軸端或電動機軸端的角位移測量元件B（如旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器、圓光柵等）來代替安裝在機床工

作臺上的直線測量元件，用測量絲杠或電動機軸旋轉(zhuǎn)角位移來代替測量工作臺直線位移的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，如圖1-9所示。因這種系統(tǒng)未將絲杠螺母副、齒輪傳動副等傳動裝置包含在閉環(huán)反饋系統(tǒng)中，不能補償該部分裝置的傳動誤差，所以半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的加工精度低于閉環(huán)伺服系統(tǒng)的加工精度。但半閉環(huán)伺服系統(tǒng)將慣性大的工作臺安裝在閉環(huán)之外，使這種系統(tǒng)調(diào)試較容易，穩(wěn)定性也較好。圖1-9半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖4．按控制坐標(biāo)數(shù)分類數(shù)控機床的移動部件較多，現(xiàn)多按直角坐標(biāo)系對機床移動部件的運動進行分類和數(shù)字控制。數(shù)控機床的坐標(biāo)數(shù)目或軸數(shù)是指數(shù)控裝置控制的機床移動部件的聯(lián)動坐標(biāo)數(shù)目。兩坐標(biāo)數(shù)控機床三坐標(biāo)數(shù)控機床兩軸半坐標(biāo)數(shù)控機床多坐標(biāo)數(shù)控機床1.1.4數(shù)控機床的特點及應(yīng)用范圍從總體上看，同工藝類型的數(shù)控機床加工與普通機床加工并沒有本質(zhì)的區(qū)別，但數(shù)控機床本身具有高精度、高剛性、高速度、自動化、柔性化、智能化等一系列特點，因此必能在使用中表現(xiàn)出一些新的特點。1．?dāng)?shù)控機床的優(yōu)點加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定加工生產(chǎn)效率高減輕勞動強度，改善勞動條件對零件加工的適應(yīng)性強，靈活性好良好的經(jīng)濟效益有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化2．?dāng)?shù)控機床的不足①設(shè)備初期投資大。②加工中難以人工調(diào)整。③對設(shè)備使用維護人員的技術(shù)水平要求較高。④就目前而言，對占機械加工總量20%～30%的大批大量生產(chǎn)，數(shù)控機床無論是在投資還是加工效率方面均遜色于各類組合專用機床及其自動生產(chǎn)線。3．?dāng)?shù)控機床的應(yīng)用范圍數(shù)控機床具備普通機床所沒有的許多優(yōu)點，但這些優(yōu)點只有在一定的

具體條件下才能得以體現(xiàn)。數(shù)控機床的應(yīng)用范圍正在不斷擴大，但它并不

能完全取代其他類型的機床，也還不能以最經(jīng)濟的方式解決機械加工中的

所有問題。根據(jù)數(shù)控機床自身的特點，它通常最適合加工以下類型的零件。①結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高或必須用數(shù)學(xué)方法確定的復(fù)雜曲線、曲面類零件。圖1-13（a）所示為3類機床的被加工零件復(fù)雜程度與零件批量大小的關(guān)系。通常數(shù)控機床適合于加工結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在普通機床上加工時需要準(zhǔn)備復(fù)

雜、貴重工藝裝備的零件。圖1-13數(shù)控機床加工范圍的定性分析②多品種小批量生產(chǎn)的零件。圖1-13（b）所示為應(yīng)用3類機床的零件加工批量與總加工費用的關(guān)系。可見，零件加工批量大時，選擇數(shù)控機床加工是不利的，原因之一是數(shù)控機床設(shè)備費用昂貴。此外，與大批量生產(chǎn)通常采用的專用機床相比，數(shù)控機床的效率還是不夠高。數(shù)控機床一般適合于單件小批生產(chǎn)加工，并有向中批量發(fā)展的趨勢，即圖1-13（a）中的ABC曲線向EFG方向擴展。③需要頻繁改型的零件。在軍工企業(yè)和科研部門，零件頻繁改型是司空見慣的事，這就為數(shù)控機床提供了用武之地。④價值昂貴、不允許報廢的關(guān)鍵零件。⑤希望最短生產(chǎn)周期的急需零件。目前，在中批量生產(chǎn)甚至大批量生產(chǎn)中已有采用數(shù)控機床加工的情況，這種方案就產(chǎn)品直接經(jīng)濟效益而言并非最佳，但其投資風(fēng)險小，能經(jīng)受市場的波動與沖擊，可以動態(tài)地適應(yīng)市場，實現(xiàn)柔性制造。1.2

先進數(shù)控加工技術(shù)及典型數(shù)控系統(tǒng)1.先進數(shù)控加工技術(shù)現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)主要有：柔性制造單元FMC

（Flexible

Manufacturing

Cell）柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible

Manufacturing

System）計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer

Integrated

ManufacturingSystem）。以下簡要介紹這3種生產(chǎn)系統(tǒng)。（1）柔性制造單元柔性制造單元（FMC）是在制造單元的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，又具有一定的柔性。所謂柔性，是指能夠較容易地適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)功能。FMC可由一臺或少數(shù)幾臺設(shè)備組成。FMC具有獨立自動加工的功能，又部分具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能，可實現(xiàn)某些產(chǎn)品的多品種、小批量加工。有些FMC還可實現(xiàn)24h無人運轉(zhuǎn)。FMC可以作為FMS中的基本單元，若干個FMC可以發(fā)展組成FMS，因而FMC可看作企業(yè)發(fā)展過程中的一個階段。FMC有兩個大類，一類是數(shù)控機床配上機器人，另一類是加工中心配上托盤交換系統(tǒng)。①配有機器人的FMC。圖1-14中，加工中心3上的工件2由機器人1來裝卸，加工完畢的工件放在工件架上。監(jiān)控器4協(xié)調(diào)加工中心和機器人的動作。②配有托盤交換系統(tǒng)構(gòu)成的FMC。圖1-15所示為由加工中心和托盤交換系統(tǒng)構(gòu)成的FMC。托盤上裝夾有工件，當(dāng)工件加工完畢后，托盤轉(zhuǎn)位，加工另一新工件，托盤支承在圓柱環(huán)形導(dǎo)軌上，由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動而回轉(zhuǎn)，鏈輪由電動機驅(qū)動。托盤的選定和停位由可編程序控制器（PLC）來實現(xiàn)。一般的FMC，托盤數(shù)在5個以上。圖1-14配有機器人的FMC圖1-15配有托盤交換系統(tǒng)的FMC（2）柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）是一個由中央計算機控制的自動化制造系統(tǒng)。它是由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設(shè)備（通常是具有換刀裝置的數(shù)控機床或加工中心）。傳輸裝置把工件放在托盤或其他連接裝置上送到各加工設(shè)備，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動。所謂柔性，就是通過編程或稍加調(diào)整就可同時加工幾種不同的工件。采用柔性制造系統(tǒng)后，可顯著提高勞動生產(chǎn)率，大大縮短制造周期和提高機床利用率，減少操作人員數(shù)量，壓縮在制品數(shù)量和庫存量，因而使成本大為降低，縮小了生產(chǎn)場地和提高了技術(shù)經(jīng)濟效益。柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)和信息系統(tǒng)組成。（3）計算機集成制造系統(tǒng)所謂計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS），簡單地說，就是用計算機通過信息集成實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造，以求得企業(yè)的總體效益。采用CIMS有以下好處。①工程設(shè)計自動化方面?？刹捎矛F(xiàn)代化工程設(shè)計手段，如CAD/CAPP/CAM（計算機輔助設(shè)計/計算機輔助工藝規(guī)劃/計算機輔助制造），提高產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)能力，保證產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計周期，從而加快產(chǎn)品更新?lián)Q代速度，滿足用戶要求。②加工制造方面?？刹捎弥T如FMC、FMS、DNC等先進技術(shù)，提高制造質(zhì)量，增加制造過程的柔性；提高設(shè)備利用率，縮短產(chǎn)品制造周期，增強生產(chǎn)能力。③經(jīng)營管理方面。使企業(yè)的經(jīng)營決策科學(xué)化。在市場競爭中，可使產(chǎn)品報價快速、準(zhǔn)確和及時；在生產(chǎn)過程中，可有效地解決生產(chǎn)“瓶頸”，減少在制品，使庫存量壓到最低水平，減少制造過程中占用的資金，減少倉庫面積，從而可降低生產(chǎn)成本，加速企業(yè)的資金周轉(zhuǎn)?？傊?，計算機集成制造系統(tǒng)是通過計算機、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等硬、軟件

將企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、經(jīng)營管理等方面的所有活動集成起來，從

而大幅度提高企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。因此，CIMS被稱為21世紀(jì)的生產(chǎn)模式。CIMS通常由管理信息系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計與制造工程設(shè)計自動化系統(tǒng)、制造自動化系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等6個分系統(tǒng)組成，它們之間的關(guān)系如圖1-16所示。以下分別介紹這6個分系統(tǒng)。圖1-16

CIMS的組成圖2．典型數(shù)控系統(tǒng)（1）日本FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)0i系列：高性價比；整體軟件功能包，高速、高精度加工，并具有網(wǎng)絡(luò)功能0i-MB/MA用于加工中心和銑床，4軸4聯(lián)動；0i-TB/TA用于車床，4軸2聯(lián)動；0i-mate

MA用于銑床，3軸3聯(lián)動；0i-mateTA用于車床，2軸2聯(lián)動CNC16i/18i/21i系列：具有網(wǎng)絡(luò)功能的超小型、超薄型；控制單元與LCD集成于

一體，具有網(wǎng)絡(luò)功能，超高速串行數(shù)據(jù)通信。其中FS16i-MB的插補、位置檢測和伺服控制以納米為單位。16i最多可控8軸；18i最多可控6軸；21i最多可控4軸，4軸聯(lián)動（2）

SINUMERIK810/820系列802S/C用于車床、銑床等，可控3個進給軸和1個主軸；802S適于步進電機驅(qū)動；802C適用于伺服電機驅(qū)動，具有數(shù)字I/O接口802D控制4個數(shù)字進給軸和1個主軸，PLC

I/O模塊，具有圖形式循環(huán)編程，車削、銑削/鉆削工藝循環(huán)，F(xiàn)RAME（包括移動、旋轉(zhuǎn)和縮放）等功能，為復(fù)雜加工任務(wù)提供智能控制810D用于數(shù)字閉環(huán)驅(qū)動控制，最多可控6軸（包括1個主軸和1個輔助主軸），緊湊型可編程輸入/輸出840D全數(shù)字模塊化數(shù)控設(shè)計，用于復(fù)雜機床、模塊化旋轉(zhuǎn)加工機床和傳送機，最大可控31軸3．華中數(shù)控系統(tǒng)HNCHNC是武漢華中數(shù)控研制開發(fā)的國產(chǎn)型數(shù)控系統(tǒng)。它是我國863計劃的科研成果在實踐中應(yīng)用的成功項目，已開發(fā)和應(yīng)用的產(chǎn)品有HNC－1和HNC－2000兩個系列，共計16種型號。(1)華中1型數(shù)控系統(tǒng)。該數(shù)控系統(tǒng)有HNC－1M銑床、加工中心數(shù)控系統(tǒng)，HNC－1T車床數(shù)控系統(tǒng)，HNC－1Y齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)，HNC－1P數(shù)字化仿形加工數(shù)控系統(tǒng)，HNC－1L激光加工數(shù)控系統(tǒng)，HNC－1G五軸聯(lián)動工具磨床數(shù)控系統(tǒng)和HNC－1FP鍛壓、沖壓加工數(shù)控系統(tǒng)，HNC－1ME多功能小型數(shù)控銑系統(tǒng)，HNC－1TE多功能小型數(shù)控車系統(tǒng)和HNC－1S高速珩縫機數(shù)控系統(tǒng)等。(2)華中21型數(shù)控系統(tǒng)。HNC－21型是在HNC－1型數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的高檔數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用通用工業(yè)PC，TFT真彩液晶顯示，具有多軸多通道控制功能和內(nèi)裝式PC，可與多種伺服驅(qū)動單元配套使用，具有開放性好，結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，性價比高和操作維護方便等優(yōu)點。同樣，它也有系列派生的數(shù)控系統(tǒng)HNC－21M、HNC－21T、HNC－21Y、HNC－21L、

HNC－21G等。此外，國產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)還有廣州數(shù)控和北京凱恩帝等，它們采用前后臺結(jié)構(gòu)，為多機數(shù)控系統(tǒng)。1.3編程中的數(shù)據(jù)處理數(shù)控機床是將工藝規(guī)劃好的加工路徑等信息編寫成程序，控制刀具與工件間的相對運動而進行加工的。刀具路徑規(guī)劃的原始依據(jù)是零件圖紙。無論是手工編程還是自動編程，都要按已經(jīng)確定的加工路線和允許的誤差進行刀位點的計算。所謂刀位點，即刀具運動過程中的相關(guān)坐標(biāo)點，包括基點和節(jié)點。一般數(shù)控機床只有直線和圓弧插補功能，當(dāng)?shù)毒呗窂揭?guī)劃好后，需要知道刀具路徑上各直線和圓弧要素的節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，才能進行編程。這些編程所需要的數(shù)據(jù)在零件圖上往往未必都能直接獲得。當(dāng)被加工工件輪廓是非圓曲線，而數(shù)控機床又不具備相應(yīng)的插補功能時，就只能用若干直線或圓弧段對非圓曲線進行擬合，以近似代替實際輪廓曲線，這就需要計算出各擬合段的交點坐標(biāo)，從而編制出各擬合段程序。通常數(shù)學(xué)處理的內(nèi)容主要包括基點坐標(biāo)計算、節(jié)點坐標(biāo)計算及輔助計算等內(nèi)容。1.3.1基點坐標(biāo)的計算所謂基點，就是指構(gòu)成零件輪廓的各相鄰幾何要素的交點或切點，如兩直線間的交點、直線與圓弧的交點或切點等。一般來說，基點坐標(biāo)數(shù)據(jù)可根據(jù)圖紙原始尺寸，利用三角函數(shù)、幾何、解析幾何等求出，數(shù)據(jù)計算精度應(yīng)與圖紙加工精度要求相適應(yīng)，一般最高精確到機床最小設(shè)定單位即可。圖1-17所示為正六邊形，從設(shè)計角度考慮標(biāo)出了外接圓尺寸，這已完全可以將正六邊形確定。但從工藝編程角度考慮，則必須求出1、2、3等正六邊形各邊的交點，1、2、3等即為基點。圖中基點2坐標(biāo)可直接獲得，即X2=25，Y2=0。X1=R×cos60°=25×cos60°=12.5Y1=R×sin60°=25×sin60°=21.651對于基點3，其X坐標(biāo)同基點1，即X3=12.5，而Y3=?21.651。根據(jù)對稱性可求得其余各點的坐標(biāo)值。圖1-17基點坐標(biāo)的計算對于一些較復(fù)雜圖形的數(shù)據(jù)計算，建議采用CAD輔助圖解法。如圖1-18所示，利用CAD軟件將零件圖形在給定坐標(biāo)系按比例繪制后，選擇軟件菜單上的坐標(biāo)查詢功能，依次逐個選取各基點并確認后即可得到圖中各點的列表坐標(biāo)數(shù)據(jù)。圖1-18

CAD圖解法求解基點坐標(biāo)1.3.2節(jié)點坐標(biāo)的計算所謂節(jié)點，就是在滿足容差要求的前提下，用若干插補線段（直線

或圓?。M合逼近實際輪廓曲線時，相鄰兩插補線段的交點。容差是指用插補線段逼近實際輪廓曲線時允許存在的誤差。節(jié)點坐標(biāo)的計算相對比較復(fù)雜，方法也很多，是手工編程的難點。因此，通常對于復(fù)雜的曲線、曲面加工，盡可能采用自動編程，以減少誤差，提高程序的可靠性，減輕編程人員的工作負擔(dān)。節(jié)點坐標(biāo)的計算方法很多，一般可根據(jù)輪廓曲線的特征及加工精度

要求等選擇。若輪廓曲線的曲率變化不大，可采用等步長法計算插補節(jié)點；若輪廓曲線的曲率變化較大，可采用等誤差法計算插補節(jié)點；當(dāng)加工精度要求較高時，可采用逼近程度較高的圓弧逼近插補法計算插補節(jié)點。節(jié)點的數(shù)目主要取決于輪廓曲線特征、逼近線段形狀及容差要求等。對于同一曲線，在相同的容差要求下，采用圓弧逼近法與直線逼近法相比，可以有效減少節(jié)點數(shù)目。而容差值越小，則節(jié)點數(shù)越多。1.3.3輔助計算如前所述，編程人員在拿到圖紙進行編程時，首先要作必要的工藝分析處理，并在零件圖上選擇編程原點，建立編程坐標(biāo)系。理論上講，編程原點可以任意選取。編程時，在保證加工要求的前提下，總希望選擇的原點有利于簡化編程加工，盡可能實現(xiàn)直接利用圖紙尺寸數(shù)據(jù)編程，以減少數(shù)據(jù)計算。1．尺寸換算如圖1-19所示零件，經(jīng)分析后將編程原點定在其右端面與軸線交點處。如果采用絕對坐標(biāo)編程，則端面A、B的Z坐標(biāo)數(shù)據(jù)需要計算。對于端面B，由于是未注公差，可以直接采用公稱尺寸進行計算。而端面A的Z向坐標(biāo)Z，需要應(yīng)用工藝尺寸鏈進行解算。根據(jù)尺寸鏈計算公式得15.1=40.05?ZAminZAmin=24.9515=40?ZAmaxZAmax=25圖1-19零件原圖2．公差轉(zhuǎn)換零件圖的工作表面或配合表面一般都注有公差，公差帶位置各不相同。圖1-19中，有7個尺寸注有公差要求，其公差帶均為單向偏置。數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工一樣存在諸多的誤差影響因素，總會產(chǎn)生一定的加工誤差。如果按零件圖紙公稱尺寸進行編程，加工后的零件尺寸將出現(xiàn)兩種情況，其一大于公稱尺寸，其二小于公稱尺寸。從理論上講，兩種情況出現(xiàn)的概率各為0.5。對于公差帶單向偏置的尺寸，如果按公稱值進行編程加工，將意味著不合格的可能性為50%，其中一部分已經(jīng)是廢品（如外圓尺寸小于下偏

差），而另一部分還可以通過補充加工進行修正（如外圓尺寸大于上偏差）。上述兩種情況的出現(xiàn)都將帶來不必要的經(jīng)濟損失?；谏鲜鲈颍瑪?shù)控編程時通常需將公差尺寸進行轉(zhuǎn)換，使其公差帶成對稱偏置，再以此尺寸公稱值編程，從而最大限度地減少不合格品的產(chǎn)生，提高數(shù)控加工效率和經(jīng)濟效益。圖1-20零件轉(zhuǎn)換等效圖1.4

程序結(jié)構(gòu)1.4.1數(shù)控加工程序的組成結(jié)構(gòu)每一個程序都是由程序號、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分組成。程序是由多個程序段構(gòu)成的，而程序段又是由字構(gòu)成的，各程序段用程序段結(jié)束代碼(ISO為LF,EIA為CR)分隔開。而字（圖1-22）是構(gòu)成程序段的要素。字是由地址和其后面的數(shù)字構(gòu)成的（有時在數(shù)字前帶有+或-符號）。地址是英文字母（A～Z）中的一個字母，它規(guī)定了其后數(shù)值的意義。圖1-22指令字的組成圖1-21程序的結(jié)構(gòu)1．程序名在數(shù)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)的存儲器里可以存儲多個程序。為了把這些程序相互區(qū)別開，在程序的開頭,冠以用地址O（FANUC系統(tǒng)）及后續(xù)四位數(shù)值構(gòu)成的程序名，如圖1-23所示，而其他系統(tǒng)有的采用“%”（華中數(shù)控系統(tǒng)）及后續(xù)四位數(shù)值構(gòu)成。圖1-23程序名的構(gòu)成順序號和程序段程序是由多個指令構(gòu)成的，把它的一個指令單位稱為程序段（見圖1-21）。程序段之間用程序段結(jié)束代碼（見圖1-21）隔開，在本書中用字符“；”表示程序段結(jié)束代碼。在程序段的開頭可以用地址N和后面四位數(shù)構(gòu)成的順序號（見圖1-21），前導(dǎo)零可省略。順序號的順序是任意的，其間隔也可不等?？梢匀砍绦蚨味紟в许樞蛱?，也可以在重要的程序段帶有。但按一般的加工順序，順序號要從小到大。在程序的重要地方帶上順序號