《機床數(shù)控技術 第2版》課件全套 杜國臣 第1-6章 緒論、數(shù)控加工工藝基礎 -數(shù)控機床機械結構

第1章

緒

論

數(shù)控機床是采用數(shù)字控制技術對機床各移動部件相對運動進行控制的機床，它是典型的機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造業(yè)的關鍵設備。計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術的高速發(fā)展，加速了數(shù)控機床的發(fā)展。目前數(shù)控機床正朝著高速度、高精度、高復合化、高智能化和高可靠性等方向發(fā)展，同時其應用范圍也越來越廣泛。1.1概

述

1.1.1

數(shù)控機床的定義

數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術的機床。即將機床的各種動作、工件的形狀、尺寸以及機床的其他功能用一些數(shù)字代碼表示，把這些數(shù)字代碼通過信息載體輸入給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運算以及處理，發(fā)出相應的動作指令，自動地控制機床的刀具與工件的相對運動，從而加工出所需要的工件。1.1.2

數(shù)控機床的組成及加工零件的工作過程1.

數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床主要由程序介質、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床主體四部分組成，如圖所示。1）程序介質

程序介質用于記載機床加工零件的全部信息。如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)、切削速度等。常用的程序介質有穿孔帶（如圖所示）、磁帶、磁盤和U盤等。2）數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是控制機床運動的中樞系統(tǒng)，它的基本任務是接收程序介質帶來的信息，按照規(guī)定的控制算法進行插補運算，把它們轉換為伺服系統(tǒng)能夠接受的指令信號，然后將結果由輸出裝置送到各坐標控制的伺服系統(tǒng)。3）伺服系統(tǒng)

由伺服驅動電動機和伺服驅動裝置組成，是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。它的基本作用是接收數(shù)控裝置發(fā)來的指令脈沖信號，控制機床執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移量，以完成零件的自動加工。如圖為西門子802D數(shù)控系統(tǒng)。4）機床主體

機床主體也稱主機，包括機床的主運動部件、進給運動部件、執(zhí)行部件和基礎部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(刀架)、導軌等。圖為數(shù)控車床主體結構。2.數(shù)控機床加工零件的工作過程

在數(shù)控機床上加工零件時，要事先根據(jù)零件加工圖紙的要求確定零件加工路線、工藝參數(shù)和刀具數(shù)據(jù)，再按數(shù)控機床編程手冊的有關規(guī)定編寫零件數(shù)控加工程序，然后通過輸入裝置將數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置經(jīng)過處理與計算后，發(fā)出相應的控制指令，通過伺服系統(tǒng)使機床按預定的軌跡運動，從而進行零件的切削加工。數(shù)控機床加工零件的工作過程如圖所示。1）程序編制

首先根據(jù)圖紙，對工件的形狀、尺寸、位置關系、技術要求等進行工藝分析，然后確定合理的加工方案、加工路線、裝夾方式、刀具及切削參數(shù)和圖形輪廓的坐標值計算（數(shù)學處理）等。2）程序輸入

數(shù)控加工程序通過輸入裝置輸入到數(shù)控裝置。3）數(shù)據(jù)處理

數(shù)控裝置首先對輸入的程序進行譯碼，同時還完成對程序段的語法檢查，然后進行數(shù)據(jù)處理。4）插補運算

數(shù)控加工程序提供了刀具運動的起點、終點和運動軌跡，而刀具從起點沿直線或圓弧運動軌跡走向終點的過程則要通過數(shù)控系統(tǒng)的插補軟件來控制。5）伺服控制與零件加工

伺服系統(tǒng)接受插補運算后的脈沖指令信號或插補周期內的位置增量信號，經(jīng)放大后驅動伺服電機，帶動機床的執(zhí)行部件運動，從而將毛坯加工出零件。1.1.3

數(shù)控機床的特點

數(shù)控機床是一種高效的自動化機床，具有廣泛的應用前景。它與普通機床相比具有以下特點：

1）精度高、質量穩(wěn)定2）適應性強3）生產(chǎn)率高4）勞動條件好5）便于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理6）使用與維護要求高1.1.4

數(shù)控機床的主要技術參數(shù)1.

主要規(guī)格尺寸

數(shù)控車床的主要規(guī)格尺寸有床身上最大工件回轉直徑、刀架上最大工件回轉直徑、加工最大工件長度、最大車削直徑等。2.

主軸系統(tǒng)

數(shù)控機床主軸采用直流或交流電動機驅動，具有較寬的調速范圍和較高的回轉精度，主軸本身的剛度與抗振性比較好。3.進給系統(tǒng)

進給系統(tǒng)有進給速度范圍、脈沖當量、定位精度和重復定位精度等主要技術參數(shù)。4.刀具系統(tǒng)

數(shù)控車床刀具系統(tǒng)的主要技術參數(shù)有刀架工位數(shù)、換刀時間、重復定位精度等。

1.2數(shù)控機床的分類

1.2.1按機械運動軌跡分類1.點位控制數(shù)控機床

這類數(shù)控機床的特點是要求保證點與點之間的準確定位。它只能控制行程的終點坐標值，對于兩點之間的運動軌跡不作嚴格要求。對于點位控制的孔加工機床只要求獲得精確的孔系坐標，在刀具運動過程中，不進行切削加工,如圖所示。2.直線控制數(shù)控機床

這類數(shù)控機床的特點是不僅要控制行程的終點坐標值，還要保證在兩點之間機床的刀具走的是沿平行于坐標軸方向或與坐標軸成45°角方向的一條直線，而且在走直線的過程中往往要進行切削,如圖所示。3.輪廓控制數(shù)控機床

這類數(shù)控機床的特點是不僅要控制行程的終點坐標值，還要保證兩點之間的軌跡要按一定的曲線進行。這種系統(tǒng)必須控制兩個或兩個以上坐標軸能夠同時運動,如圖所示。1.2.2按伺服系統(tǒng)類型分類1.

開環(huán)控制數(shù)控機床沒有位移檢測反饋裝置的數(shù)控機床稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令直接通過驅動裝置控制步進電機的運轉，然后通過機械傳動系統(tǒng)轉化成刀架或工作臺的位移,如圖所示。2.

閉環(huán)控制數(shù)控機床

閉環(huán)控制數(shù)控機床帶有位置檢測裝置，而且檢測裝置安裝在機床刀架或工作臺等執(zhí)行件上，用以隨時檢測這些執(zhí)行部件的實際位置。指令位置值與反饋的實際位置值相比較，根據(jù)差值控制電機的轉速，進行誤差修正，直到位置誤差消除為止,如圖所示。3.

半閉環(huán)控制數(shù)控機床半閉環(huán)控制數(shù)控機床也帶有位置檢測裝置，它的檢測裝置安裝在伺服電機上或絲杠的端部，通過檢測伺服電機或絲杠的角位移間接計算出機床工作臺等執(zhí)行部件的實際位置值，然后與指令位置值進行比較，進行差值控制。如圖所示。1.2.3

按系統(tǒng)功能水平分類

按照數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分，數(shù)控機床可以分為經(jīng)濟型、中擋型和高檔型三種類型。1.經(jīng)濟型數(shù)控機床

這類機床的伺服進給驅動一般是由步進電機實現(xiàn)的開環(huán)驅動，功能比較簡單、價格比較低廉、精度中等，能滿足加工形狀比較簡單的直線、圓弧及螺紋加工。2.

中檔型數(shù)控機床

中檔型數(shù)控機床也稱標準型數(shù)控機床，采用交流或直流伺服電機實現(xiàn)半閉環(huán)驅動，能實現(xiàn)4軸或4軸以下聯(lián)動控制，脈沖當量為1

m，進給速度為15~24m／min，一般采用16位或32位處理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和內裝PLC，具有圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能。3.高檔型數(shù)控機床

高檔型數(shù)控機床指加工復雜形狀的多軸聯(lián)動的數(shù)控機床，其功能強、工序集中、自動化程度高。1.2.4

按加工工藝方法分類1.

金屬切削類數(shù)控機床

金屬切削數(shù)控機床和普通機床品種一樣，有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、帶有刀庫和能實現(xiàn)多工序加工的鏜銑加工中心和車削中心等。2.金屬成形類數(shù)控機床

金屬成形數(shù)控機床指使用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數(shù)控機床，如數(shù)控壓力機、折彎機、旋壓機、彎管機等。3.

特種加工類數(shù)控機床

特種加工數(shù)控機床主要指數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花成形機、數(shù)控激光切割機、數(shù)控水刀切割機等。1.3數(shù)控機床的發(fā)展歷程與趨勢

1.3.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展歷程

1948年美國帕森斯公司（ParsonsCo）在研制加工直升機葉片輪廓檢查用樣板的機床時，提出了數(shù)控機床的設想，后來得到美國空軍的支持，并與美國麻省理工學院（MIT）合作，于1952年研制出第一臺三坐標數(shù)控銑床，如圖所示。1954年底，美國本迪克斯公司（BendixCo）在帕森斯專利的基礎上生產(chǎn)出了第一臺工業(yè)用的數(shù)控機床。1959年晶體管出現(xiàn)，電子計算機應用晶體管元件和印刷電路板，從而使數(shù)控系統(tǒng)跨入了第二代。20世紀60年代，出現(xiàn)了集成電路，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代，都屬于硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)（稱為NC）。隨著計算機技術的發(fā)展，小型計算機應用于數(shù)控機床中，由此組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機數(shù)控（CNC），數(shù)控系統(tǒng)進入第四代。20世紀70年代初，微處理機出現(xiàn)，以微處理機為核心的數(shù)控系統(tǒng)稱為第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC，通稱為CNC）。自此，開始了數(shù)控機床大發(fā)展的時代。進入80年代，微處理機升檔更加迅速，極大地促進了數(shù)控機床向柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，F(xiàn)MC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）方向發(fā)展。并奠定了向規(guī)模更大、層次更高的生產(chǎn)自動化系統(tǒng)。20世紀80年代末期，又出現(xiàn)了以提高綜合效益為目的，以人為主體，以計算機技術為支柱，綜合應用信息、材料、能源、環(huán)境等高新技術以及現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術，研究并改造傳統(tǒng)制造過程作用于產(chǎn)品整個生命周期的所有適用技術—通稱為先進制造技術(AdvancedManufactuingTechnology，AMT)。我國從1958年開始研制數(shù)控機床，從采用電子管著手，到20世紀60年代曾研究出部分樣機，1965年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，并在1968年由北京第一機床廠研制出第一臺數(shù)控銑床，如圖所示。到20世紀70年代初又研究出數(shù)控線切割機床、數(shù)控車床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床和加工中心等。20世紀80年代初隨著改革開放政策的實施，我國從國外引進技術，開始了批量生產(chǎn)微處理機數(shù)控系統(tǒng)，推動了我國數(shù)控機床新的發(fā)展高潮，我國開發(fā)了加工中心、數(shù)控車床，數(shù)控銑床、數(shù)控鉆鏜床、數(shù)控磨床等。20世紀80年代末期，我國還在一定范圍內探索實施CIMS，且取得了一些有益的經(jīng)驗和教益。20世紀90年代我國還加強了自主知識產(chǎn)權數(shù)控系統(tǒng)的研制工作，而且取得一定的成效。1.3.2

數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

隨著計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術的高速發(fā)展，數(shù)控加工技術也得到了長足進步。目前數(shù)控機床的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1．高速化

2．高精度化3．多功能化

4．加工功能復合化5．結構新型化

6．編程技術自動化7．數(shù)控系統(tǒng)的智能化

8．數(shù)控系統(tǒng)的開放性9．數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性10．數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化1.4小

結

數(shù)控機床涉及的內容和知識比較多，本章僅對數(shù)控機床的基本概念、分類及其發(fā)展與發(fā)展趨勢做了概述。(1)

數(shù)控機床的基本概念

介紹了數(shù)控機床的概念、組成及加工零件的過程、特點和主要技術參數(shù)等。(2)數(shù)控機床的分類

按機械運動軌跡、伺服系統(tǒng)的類型、功能水平及加工方式四方面對數(shù)控機床進行了分類。(3)

數(shù)控機床的發(fā)展與發(fā)展趨勢介紹了數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展和發(fā)展趨勢。第2章數(shù)控加工工藝基礎

數(shù)控機床是嚴格按照從外部輸入的程序來自動地對被加工工件進行加工的。理想的數(shù)控程序不僅應該保證能加工出符合圖樣要求的合格零件，還應該使數(shù)控機床的功能得到合理的應用與充分地發(fā)揮，以使數(shù)控機床能安全、可靠、高效的工作。數(shù)控加工工藝分析和零件圖形的數(shù)學處理(又稱數(shù)值計算)是數(shù)控編程前的主要準備工作，無論對于手工編程還是自動編程都是必不可少的。2.1數(shù)控加工工藝分析

2.1.1

數(shù)控加工工藝的特點與內容1．數(shù)控加工工藝的特點（1）工序內容具體。在普通機床上加工零件時，工序卡片的內容比較簡單。（2）工序內容復雜。由于數(shù)控機床的運行成本和對操作人員的要求相對較高，在安排零件數(shù)控加工時，一般應首先考慮使用普通機床加工困難、使用數(shù)控加工能明顯提高效率和提高質量的復雜零件。2．數(shù)控加工工藝的主要內容

根據(jù)實際應用需要，數(shù)控加工工藝分析主要考慮以下內容：（1）分析零件圖紙，明確加工內容、精度及技術要求；（2）制定工藝過程，確定加工方案。（3）設計工序內容，如工步的劃分、工件的定位與夾緊、刀具的選擇、切削用量的確定等。（4）圖形的數(shù)學處理及加工路線的確定等。如基點、節(jié)點計算；對刀點、換刀點的選擇；加工路線確定等。（5）編制工藝文件。包括工藝過程卡、工序卡、刀具卡、加工路線圖等。2.1.2數(shù)控加工工藝性分析1.零件圖的尺寸標注應符合編程方便的原則(1)零件圖上的尺寸標注方法應適應數(shù)控加工的特點。(2)構成零件輪廓的幾何元素的條件應充分。2.零件的結構工藝性應符合數(shù)控加工的特點(1)零件的內腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。(2)內腔和外形凹槽轉接圓弧半徑R不應過小。(3)內腔槽底圓角半徑r不應過大。(4)應采用統(tǒng)一的基準定位。2.1.3加工方法與加工方案的確定1.加工方法的選擇

加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法很多，在實際選擇時，要結合零件的形狀、尺寸和熱處理要求等全面考慮。2.加工方案的確定

零件上比較精確表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對這些表面僅僅根據(jù)質量要求選擇相應的最終加工方法是不夠的，還應正確的確定從毛坯到最終成形的加工方案。2.1.4工序與工步的劃分1.工序的劃分

首先應根據(jù)零件圖樣，考慮被加工零件是否可以在一臺數(shù)控機床上完成整個零件的加工工作，若不能則應決定其中哪一部分在數(shù)控機床上加工，哪一部分在其他機床上加工，即對零件的加工工序進行劃分。一般有以下幾種方式。(1)按零件裝卡定位方式劃分工序。(2)按粗、精加工分開方式劃分工序。(3)按所用刀具集中方式劃分工序。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，在工序內又細分為工步。下面說明工步劃分的原則：(1)先粗后精的原則。(2)先面后孔的原則。(3)刀具集中的原則。2.1.5零件的定位與安裝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與普通機床相同，也要合理選擇定位基準和夾緊方案。為了提高數(shù)控機床的效率，在確定定位基準與夾緊方案時應注意以下三點：(1)力求設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一。(2)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工面。(3)避免采用占機人工調試加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。(4)夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位。2.選擇夾具的基本原則

數(shù)控加工的特點對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)調零件和機床坐標系的尺寸關系。其次，還要考慮以下三點：(1)準備時間短。(2)裝卸零件方便。(3)便于自動化加工。2.1.6數(shù)控加工刀具與工具系統(tǒng)

刀具與工具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要的內容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質量。與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具和工具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定

、安裝調整方便等。1.數(shù)控加工刀具材料(1)高速鋼。(2)硬質合金。(3)涂層硬質合金。(4)陶瓷材料。(5)立方氮化硼(CBN)。(6)聚晶金剛石(PCD)。2.數(shù)控加工刀具

1)車削加工刀具

數(shù)控車床使用的刀具，無論是車刀、鏜刀、切斷刀還是螺紋加工刀具等均有焊接式和機夾式之分，目前數(shù)控車床上廣泛使用機夾式可轉位刀具，其結構如圖所示。2)銑削加工刀具

選擇銑刀時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應。3)孔加工刀具

數(shù)控孔加工刀具常用的有中心鉆、鉆頭、鏜刀、鉸刀和絲錐等。所鏜孔徑的大小靠調整刀具的懸伸長度保證，調整較麻煩，僅用于單件小批生產(chǎn)。但單刃鏜刀結構簡單，適應性較廣，粗、精加工都適用。3.數(shù)控機床的工具系統(tǒng)

在加工中心上要適應多種形式零件不同部位的加工，故其刀具裝夾部分的結構、形式、尺寸也是多種多樣的。把通用性較強的幾種裝夾工具(例如裝夾不同刀具的刀柄和夾頭等)系列化、標準化就成為通常所說的工具系統(tǒng)。該工具系統(tǒng)，是一個聯(lián)系數(shù)控機床的主軸與刀具之間的輔助系統(tǒng)，具有結構簡單、緊湊、裝卸靈活、使用方便、更換迅速等特點。如圖為鉆頭與刀柄的連接圖。4.對刀儀

對刀儀又稱刀具預調儀，是用來調整或測量刀具尺寸的，是數(shù)控機床的輔助工具。從工作方式上看，對刀儀分機內測量和機外測量兩種；從結構與原理上又分接觸式測量和非接觸式測量。機外測量需要將每把刀具依次測量其長度或直徑，并輸入到系統(tǒng)中，常用的有光學投影式對刀儀等。機內測量是將刀庫中的刀具按事先設定的程序進行測量，然后與參考位置或者標準刀具進行比較得到刀具的長度或直徑，并自動更新到相應的NC刀具參數(shù)表中，常用的有壓電式對刀儀和激光式對刀儀等。對刀儀對刀精度一般在0.001mm左右。2.1.7切削用量的確定

切削用量包括主軸轉速(或切削速度)、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，并應編入程序單內。

(1)背吃刀量ap(mm)。背吃刀量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)效率。在數(shù)控機床上，精加工余量可小于普通機床，一般取0.2mm~0.5mm。(2)主軸轉速n(r/min)。主軸轉速n主要根據(jù)允許的切削速度v(m/min)選取。

式中

v——切削速度，由刀具耐用度決定，可查有關手冊或刀具說明書。幾種常用刀具的切削速度見附表。

D——工件或刀具直徑(mm)。(3)進給量(進給速度)f(mm/min或mm/r)。進給量(進給速度)f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。2.1.8數(shù)控加工路線的確定

在數(shù)控加工中，刀具的刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。所謂“刀位點”是指刀具對刀時的理論刀尖點，也是刀具定位的基準點，如圖所示。1.加工路線的確定原則

編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點：(1)加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高、走刀安全；(2)使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量；(3)應使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。2.車削加工路線的確定1)最短的車削加工路線車削進給路線為最短，可有效地提高生產(chǎn)效率，降低刀具的損耗等。圖為粗車幾種不同車削進給路線的安排示意圖。其中圖(a)表示利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式復合循環(huán)功能控制車刀沿著工件輪廓進行進給的路線；圖(b)為利用其程序循環(huán)功能安排的“三角形”進給路線；圖(c)為利用其矩形循環(huán)功能而安排的“矩形”進給路線。2)車削螺紋加工路線在數(shù)控機床上車螺紋時，刀具沿螺紋方向的進給應和機床主軸的旋轉保持嚴格的速比關系，因此應避免進給機構加速或減速過程中車削。為此要有切入距離δ1和切出距離δ2。如圖所示，δ1和δ2

的數(shù)值不僅與機床拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性有關，還與螺紋的導程和螺紋的精度有關，一般δ1為2mm~5mm，對大螺距和高精度的螺紋取大值；δ2一般取δ1的（1/2~1/4）左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時，系統(tǒng)控制刀具按45°退刀收尾。3.銑削加工路線的確定1)順銑和逆銑

銑削有順銑和逆銑兩種方式。當工件表面無硬皮，機床進給機構無間隙時，應選用順銑，按照順銑安排加工路線。因為采用順銑加工后，零件已加工表面質量好，刀齒磨損小。精銑時，尤其是零件材料為鋁鎂合金、鈦合金或耐熱合金時，應盡量采用順銑。當工件表面有硬皮，機床的進給機構有間隙時，應采用逆銑，按照逆銑安排加工路線。因為逆銑時，刀齒是從已加工表面切入，不會崩刃；機床進給機構的間隙不會引起振動和爬行。2)銑削外輪廓的加工路線

銑削平面零件外輪廓時，一般是采用立銑刀側刃切削。刀具切入零件時，應避免沿零件外輪廓的法向切入，以免在切入處產(chǎn)生刀具的刻痕，而應沿切削起始點延伸線(圖a)或切線方向(圖b)逐漸切入零件，保證零件曲線的平滑過渡。同樣，在切離零件時，也應避免在切削終點處直接抬刀，要沿著切削終點延伸線(圖a)或切線方向(圖b)逐漸切出零件。3)銑削內輪廓的加工路線銑削封閉的內輪廓表面時，同銑削外輪廓一樣，刀具同樣不能沿輪廓曲線的法向切入和切出，此時刀具可以沿一過渡圓弧切入和切出工件輪廓。下圖所示為銑切內圓的加工路線，圖中R1為零件圓弧輪廓半徑，R2為過渡圓弧半徑。4)銑削內槽的加工路線

內槽在模具零件較常見，都采用平底立銑刀加工，刀具圓角半徑應符合內槽的圖樣要求。下圖所示為加工內槽的三種加工路線。圖(a)和圖(b)分別用行切法和環(huán)切法加工內槽。綜合行、環(huán)切法的優(yōu)點，采用圖(c)所示的加工路線。4.孔加工路線的確定1)確定xy平面內的加工路線

安排加工路線時，要避免機械進給系統(tǒng)的反向間隙對孔位精度的影響。例如，鏜削圖a所示零件上的四個孔。按圖b所示加工路線加工，由于4孔與1、2、3孔定位方向相反，y向反向間隙會使定位誤差增加，從而影響4孔與其它孔的位置精度。按圖c所示加工路線，就可避免反向間隙的引入，提高了4孔的定位精度。2)確定z向(軸向)的加工路線

刀具在z向的加工路線分為快速移動進給路線和工作進給路線。刀具先從初始平面快速運動到距工件加工表面一定定距離的R平面(距工件加工表面一切入距離的參考平面)上，然后按工作進給速度運動進行加工。圖a所示為加工單個孔時刀具的加工路線。對多孔加工，為減少刀具空行程進給時間，加工中間孔時，刀具不必退回到初始平面，只要退到R平面即可，其加工路線如圖b所示。2.1.9工藝文件的制定1.機械加工工藝過程卡

機械加工工藝過程卡是以工序為單位，簡要地列出整個零件加工所經(jīng)過的工藝路線（包括毛坯制造、機械加工和熱處理等）。它是制訂其他工藝文件的基礎，也是生產(chǎn)準備、編排作業(yè)計劃和組織生產(chǎn)的依據(jù)。在這種卡片中，由于各工序的說明不夠具體，故一般不直接指導工人操作，而多作為生產(chǎn)管理方面使用。但在單件小批生產(chǎn)中，由于通常不編制其它較詳細的工藝文件，就以這種卡片指導生產(chǎn)。其格式見機械加工工藝有關手冊。2.機械加工工藝卡

機械加工工藝卡是以工序為單位，詳細地說明整個工藝過程的一種工藝文件。它是用來指導工人生產(chǎn)和幫助車間管理人員和技術人員掌握整個零件加工過程的一種主要技術文件，是廣泛用于成批生產(chǎn)的零件和重要零件的小批生產(chǎn)中。加工工藝卡內容包括零件的材料、毛坯種類、工序號、工序名稱、工序內容、工藝參數(shù)、操作要求以及采用的設備和工藝裝備等。其格式見機械加工工藝有關手冊。3.數(shù)控加工工序卡

數(shù)控加工工序卡片是根據(jù)機械加工工藝卡為一道工序制訂的。它更詳細地說明整個零件各個工序的要求，是用來具體指導工人操作的工藝文件。在這種卡片上要畫工序簡圖，說明該工序每一工步的內容、工藝參數(shù)、操作要求以及所用的設備與工藝裝備。同時還要注明程序編號、編程原點和對刀點等。4.數(shù)控加工刀具卡

數(shù)控加工刀具卡主要包括刀具的詳細資料，有刀具號、刀具名稱及規(guī)格、刀輔具等。不同類型的數(shù)控機床刀具卡也不完全一樣。數(shù)控加工刀具片同數(shù)控加工工序卡一樣，是用來編制零件加工程序和指導生產(chǎn)的重要工藝文件。2.2圖形的數(shù)學處理

2.2.1基點計算

一個零件的輪廓曲線常常有不同的幾何元素組成，如直線、圓弧、二次曲線等。各幾何元素間的連接點稱為基點，如兩直線的交點，直線與圓弧的交點或切點，圓弧與圓弧的交點或切點，圓弧或直線與二次曲線的切點或交點等。

零件平面輪廓大多由直線和圓弧組成，所以零件輪廓曲線的基點計算較簡單?；c的計算一般可根據(jù)圖紙給定條件，用幾何法、解析幾何法、三角函數(shù)法或用計算機繪圖求得。2.2.2節(jié)點計算

如果零件的輪廓曲線不是由直線或圓弧構成（如可能是橢圓、雙曲線、拋物線、一般二次曲線、阿基米德螺旋線等曲線），而數(shù)控裝置又不具備其他曲線的插補功能時，要采取用直線（圖a）或圓?。▓Db）逼近的數(shù)學處理方法。即在滿足允許編程誤差的條件下，用若干直線段或圓弧端分割逼近給定的曲線。相鄰直線段或圓弧段的交點或切點稱為節(jié)點。如圖所示1、2、3點為節(jié)點。最大偏差δ≤δ允，δ允一般取零件公差的1/5~1/10。1.等間距法直線逼近節(jié)點計算

等間距法直線逼近節(jié)點計算特點是每個程序段的某一個坐標增量相等，根據(jù)曲線的表達式求出另一個坐標值，即可求得節(jié)點坐標。如圖所示，由起點開始沿x軸方向△x取為等間距長，再由曲線方程y=

f(x)

求得yi，設xi+1=xi+△x，yi+1=f(xi+△x)，可求出一系列節(jié)點坐標值作為編程數(shù)據(jù)。這種方法的關鍵是確定間距值，△x取決于曲線的曲率和允許誤差δ允，常根據(jù)加工精度憑經(jīng)驗選取，一般選取△x=0.1mm，再進行誤差驗算。若不滿足δ≤δ允，則減小△x的取值。2.等步長法直線逼近節(jié)點計算

這種方法的特點是使所有逼近線段的長度相等，亦即每個程序段的長度相等，如圖所示。3．等誤差法（變步長法）直線逼近節(jié)點計算

等誤差法計算節(jié)點的特點是使零件輪廓曲線上各逼近線段的逼近誤差相等，且小于或等于δ允，各逼近線段的長度不相等，如圖所示。4．曲率圓法圓弧逼近輪廓的節(jié)點計算

圓弧逼近輪廓求節(jié)點的方法有曲率圓法、三點圓法和相切圓法等。這里介紹曲率圓法，它是一種等誤差圓弧逼近法，應用于曲線

y=f(x)為單調的情形。若不是單調曲線則可以在拐點處分段，使每段曲線為單調。其計算方法如圖所示。2.2.3輔助計算1.增量值計算

描述機床（或刀具）運動和位置有兩種坐標形式，一是直角坐標；二是極坐標。直角坐標又分絕對值坐標和增量值坐標。絕對值坐標是當前點相對于坐標原點的坐標，而增量值坐標是當前點相對于前一點的相對坐標，也就是說當前點的增量坐標值是當前點的絕對坐標值與前一點的絕對坐標值之差。2.螺紋實際牙頂、實際牙底尺寸計算

螺紋牙型高度是指在螺紋牙型上，牙頂?shù)窖赖字g垂直于螺紋軸線的理論高度H，如圖所示。2.3典型零件的數(shù)控加工工藝分析下面以圖所示零件為例，介紹其數(shù)控車削加工工藝。1.零件圖工藝分析通過上述分析，采取以下幾點工藝措施。（1）對圖樣上給定的幾個精度（IT7~IT8）要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。（2）在輪廓曲線上，有三處為過象限圓弧，其中兩處為既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，因此在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確性。（3）為便于裝夾，毛坯件左端應預先車出夾持部分（雙點劃線部分），右端面也應先車出并鉆好中心孔。毛坯選

棒料。2.確定裝夾方案

確定毛坯件軸線和左端大端面（設計基準）為定位基準。左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊、右端采用活動頂尖支承的裝夾方式。3.確定加工順序

加工順序按由粗到精的原則確定。即先從右到左進行粗車（留0.20mm精車余量），然后從右到左進行精車，最后車削螺紋。4.數(shù)值計算

為方便編程，可利用AutoCAD畫出零件圖形，然后取出必要的基點坐標值；利用公式對螺紋實際牙頂、實際牙底進行計算。（1）基點計算。以下圖上O點為工件坐標原點，則A、B、C三點坐標分別為：XA=40mm（直徑量）、ZA=–69mm；XB=38.76mm（直徑量）、ZB=-99mm；XC=56mm（直徑量）、ZC=–154.09mm。（2）螺紋實際牙頂

、實際牙底

計算。5.選擇刀具（1）粗車、精車均選用35°菱形涂層硬質合金外圓車刀，副偏角48°，刀尖半徑0.4mm，為防與工件輪廓發(fā)生干涉，必要時應用AutoCAD作圖檢驗或用仿真軟件檢驗。（2）車螺紋選用硬質合金60°外螺紋車刀，取刀尖圓弧半徑0.2mm。6.確定切削用量（1）背吃刀量。粗車循環(huán)時，確定其背吃刀量ap=2mm；精車時，確定其背吃刀量ap=0.2mm。M30螺紋共分5次車削，但每次背吃刀量不同，查表2-2確定為（直徑量）：0.9、0.6、0.6、0.4、0.1（mm）。（2）主軸轉速。查表取粗車時的切削速度v=90m/min，精車時的切削速度v=120m/min，根據(jù)坯件直徑（精車時取平均直徑），利用式n=1000v/πd計算，并結合機床說明書取：粗車時主軸轉速n=500r/min；精車時主軸轉速n=1200r/min。車螺紋時取主軸轉速n=320r/min。（3）進給速度。粗車時選取進給量f=0.3mm/r，精車時選取f=0.05mm/r。車螺紋的進給量等于螺紋導程，即f=2mm/r。7.數(shù)控加工工藝文件的制定

按加工順序將各工步的加工內容、所用刀具及其切削用量等填入表2-3數(shù)控加工工序卡片中；將各工步所用刀具的型號、刀片型號、刀片牌號及刀尖圓弧半徑等填入表2-4數(shù)控加工刀具卡片中。2.4小

結

從保證零件的技術要求、提高生產(chǎn)效率和盡可能降低生產(chǎn)成本考慮，數(shù)控加工工藝分析主要包括加工方法與加工方案的確定、工序與工步的劃分、零件的定位與安裝、刀具與工具的選用、切削用量與數(shù)控加工路線的確定等。其主要內容應寫入數(shù)控加工工藝文件中，作為數(shù)控機床編程的依據(jù)。

零件圖形數(shù)學處理（又稱數(shù)值計算）是數(shù)控編程前的主要準備工作，無論對于手工編程還是自動編程都是必不可少的。圖形數(shù)學處理的內容主要有三個方面，即基點計算、節(jié)點計算和輔助計算等。第3章數(shù)控加工程序的編制

數(shù)控機床是嚴格按照數(shù)控加工程序來自動地對被加工工件進行加工的。所謂數(shù)控加工程序就是把零件的工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移量等信息用數(shù)控語言編寫的程序。無論對于手工編程還是自動編程，理想的數(shù)控加工程序不僅應該保證能加工出符合圖樣要求的合格零件，還應該使數(shù)控機床的功能得到合理的應用與充分地發(fā)揮，以使數(shù)控機床能安全、可靠、高效的工作。3.1

數(shù)控機床編程基礎

3.1.1

數(shù)控機床編程的內容與步驟

要編寫出合理的數(shù)控加工程序，其內容與步驟如圖所示。1.分析零件圖

通過對工件材料、形狀、尺寸精度及毛坯形狀和熱處理的分析，確定工件在數(shù)控機床上進行加工的可行性。2.工藝處理

選擇適合數(shù)控加工的加工工藝，是提高數(shù)控加工技術經(jīng)濟效果的首要因素。制定數(shù)控加工工藝除需考慮通常的一般工藝原則外，還應考慮充分發(fā)揮所有數(shù)控機床的指令功能；正確選擇對刀點；盡量縮短加工路線，減少空行程時間和換刀次數(shù)；盡量使數(shù)值計算方便，程序段要少等。3.數(shù)值計算

分析零件圖，確定工件原點。工件原點是人為設定的，設定的依據(jù)是既要符合零件圖尺寸的標注習慣，又要便于編程。一般情況下，零件圖的設計基準點就是工件原點。對于形狀較復雜的零件輪廓，需要計算出零件輪廓的基點坐標等；對于形狀比較復雜的零件(如非圓曲線、曲面組成的零件)，需要用直線段或圓弧段逼近，計算出逼近線段的節(jié)點坐標。節(jié)點坐標計算一般由計算機自動完成。4.編寫程序單

在完成工藝處理和數(shù)值計算工作后，可以編寫零件加工程序，編程人員根據(jù)所使用數(shù)控系統(tǒng)的指令、程序段格式，逐段編寫零件加工程序。編程人員應對數(shù)控機床的性能、程序指令以及數(shù)控機床加工零件的過程等非常熟悉，才能編寫出合理的加工程序。5.輸入數(shù)控系統(tǒng)

程序編寫好之后，最好通過數(shù)控加工仿真軟件或CAM軟件進行模擬仿真程序檢驗，然后再通過機床編程面板直接將程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，也可通過磁盤驅動器、USB接口或RS232接口輸入數(shù)控系統(tǒng)。6.程序校驗和首件試切

程序送入數(shù)控系統(tǒng)后，通常需要經(jīng)過試運行和首件試切兩步檢查后，才能進行正式加工。通過試運行，校對檢查程序，也可利用數(shù)控機床的空運行功能進行程序檢驗，檢查機床的動作和運動軌跡的正確性。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，以檢查刀具軌跡是否正確；通過首件試切可以檢查其加工工藝及有關切削參數(shù)設定得是否合理，加工精度能否滿足零件圖要求，加工工效如何，以便進一步改進，直到加工出滿意的零件為止。3.1.2

數(shù)控機床程序編制方法

1.手工編程

手工編程是指各個步驟均由手工編制，即從零件圖分析、工藝處理、數(shù)據(jù)計算、編寫程序單、輸入程序到程序檢驗等各步驟主要由人工完成的編程過程。對形狀簡單的工件，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。因此在簡單的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。2.自動編程

自動編程也稱為計算機輔助編程，即程序編制工作的大部分或全部由計算機完成。典型的自動編程有人機對話式自動編程及圖形交互式自動編程。在人機對話式自動編程中，從工件的圖形定義、刀具的選擇、起始點的確定、走刀路線的安排，到各種工藝指令的插入等都可由計算機完成，最后得到所需的加工程序。圖形交互式自動編程是一種可以直接將零件的幾何圖形信息自動轉化為數(shù)控加工程序的計算機輔助編程技術。3.1.3字符與代碼

1.字符與代碼的含義

字符(character)是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號，如數(shù)字、字母、標點符號、數(shù)學運算符等。它是加工程序的最小組成單位。常規(guī)加工程序用的字符分四類。第一類是字母，它由26個大寫字母組成。第二類是數(shù)字和小數(shù)點，它由0～9共10個數(shù)字及一個小數(shù)點組成。第三類是符號，由正號(+)和負號(-)組成。第四類是功能字符，它由程序開始(結束)符“%”、程序段結束符“；”、跳過任選程序段符“/”等組成。2.數(shù)控機床功能代碼

數(shù)控機床功能代碼主要包括準備功能代碼和輔助功能代碼。

準備功能(又稱G功能)是使數(shù)控機床建立起某種加工方式的指令，如插補、刀具補償、固定循環(huán)等。G功能代碼由地址符G和后面的兩位數(shù)字組成。

輔助功能(又稱M功能)用于指定主軸的旋轉方向、啟動、停止、切削液的開關，工件或刀具的夾緊和松開，刀具的更換等功能。M功能代碼由地址符M和后面的兩位數(shù)字組成。3.1.4

數(shù)控機床的坐標系

1.坐標系及運動方向的規(guī)定

標準的坐標系采用右手笛卡爾直角坐標系，如圖所示。這個坐標系的各個坐標軸與機床的主要導軌相平行。直角坐標系X、Y、Z三者的關系及其方向用右手定則判定；圍繞X、Y、Z各軸回轉的運動及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋定則確定。2.機床坐標軸的確定1）Z軸的確定Z軸的方向是由傳遞切削力的主軸確定的，標準規(guī)定：與主軸軸線平行的坐標軸為Z軸，并且刀具遠離工件的方向為Z軸的正方向，如圖3.3~圖3.6所示。對于沒有主軸的機床，如牛頭刨床等，則以與裝夾工件的工作臺面相垂直的直線作為Z軸方向。如果機床有幾根主軸，則選擇其中一個與工作臺面相垂直的主軸，并以它來確定Z軸方向(如龍門銑床)。圖3.3刀架前置臥式數(shù)控車床圖3.4刀架后置臥式數(shù)控車床（標準型）圖3.5立式銑床或立式加工中心圖3.6臥式銑床2）X軸的確定

平行于導軌面，且垂直于Z軸的坐標軸為X軸。X坐標是在刀具或工件定位平面內運動的主要坐標。對于工件旋轉的機床(如車床、磨床等)，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座導軌面。刀具遠離工件旋轉中心的方向為X軸正方向，對刀架前置數(shù)控車床如圖3.3所示；對刀架后置數(shù)控車床（標準型）如圖3.4所示。對于刀具旋轉的機床(如數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、加工中心等)，如果Z軸是垂直的，則面對主軸看立柱時，右手所指的水平方向為X軸的正方向，如圖3.5所示。3）Y軸的確定Y軸垂直于X、Z軸。Y軸的正方向根據(jù)X坐標和Z坐標的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標系來判斷。4）旋轉運動的確定

圍繞坐標軸X、Y、Z旋轉的運動，分別用A、B、C表示。它們的正方向用右手螺旋定則判定，如圖3.2和圖3.3所示。5）附加軸

如果在X、Y、Z主要坐標以外，還有分別平行于它們的坐標，可分別指定為U、V、W，I、J、K和P、Q、R等。6）工件運動方向

對于工件旋轉類機床，如數(shù)控車床等，刀具的實際運動就是刀具相對工件運動；而對刀具旋轉類機床，如數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床和加工中心等，實際上是工件運動而不是刀具運動，為了編程，只能看成是刀具相對工件運動。如圖3.3~圖3.6所表示的X、Y、Z方向都是刀具相對工件的運動方向。3.數(shù)控機床坐標系的原點與參考點

數(shù)控機床坐標系是機床的基本坐標系，其原點又稱機床原點或機械零點(M)，這個點是機床固有的點，由生產(chǎn)廠家確定，不能隨意改變，它是其他坐標系和機床參考點的出發(fā)點。不同的數(shù)控機床，其原點也不同，數(shù)控車床的原點在主軸前端面的中心上，如下圖左所示M點。數(shù)控銑床和立式加工中心的原點，在機床工作臺的左前下方。如下圖右所示M點。3.1.5程序段與程序格式

1.程序字和程序段

在數(shù)控機床上，把程序中出現(xiàn)的英文字母及其字符稱為“地址”，如：X、Y、Z、A、B、C、%等；數(shù)字0~9(包含小數(shù)點、“+”、“-”號)稱為“數(shù)字”?！暗刂贰焙汀皵?shù)字”的組合稱為“程序字”(亦稱代碼指令)，程序字是組成數(shù)控加工程序的最基本單位，如N10、G01、X100、Z-20、F0.1等。2.常規(guī)加工程序的格式

加工零件不同，數(shù)控加工程序也不同，但有的程序段是所有程序都必不可少的，有的卻是可以根據(jù)需要選擇使用的。下面是一簡單的加工程序實例。

從上面的程序中可以看出；程序以O1000開頭，以M30結束。在數(shù)控機床上，將O1000稱為程序號或程序名，M30稱為程序結束標記。程序中的每一行以“；”作為分行標記，稱為段結束符。程序號、程序段、程序結束標記是任何加工程序都必須具備的三個要素。3.2

數(shù)控車削加工程序編制

數(shù)控車床主要用來加工軸類零件的內外圓柱面、圓錐面、螺紋表面、成形回轉體表面等。對于盤類零件可進行鉆、擴、鉸、鏜孔等加工。數(shù)控車床還可以完成車端面、切槽等加工。本節(jié)以配置FANUC-0系統(tǒng)的MJ-460數(shù)控車床為例介紹數(shù)控車床的編程。圖3.9為MJ-460數(shù)控車床的外觀圖。圖3.9MJ-460數(shù)控車床的外觀圖1—腳踏開關2—主軸卡盤3—主軸箱4—機床防護門5—數(shù)控裝置6—對刀儀7—刀具8—編程與操作面板9—回轉刀架10—尾座11—床身1—腳踏開關2—主軸卡盤3—主軸箱4—機床防護門5—數(shù)控裝置6—對刀儀7—刀具8—編程與操作面板9—回轉刀架10—尾座11—床身1—腳踏開關2—主軸卡盤3—主軸箱4—機床防護門5—數(shù)控裝置6—對刀儀7—刀具8—編程與操作面板9—回轉刀架10—尾座11—床身3.2.1數(shù)控車床的編程特點

（1）在一個程序段中，可以用絕對坐標編程，也可用增量坐標編程或二者混合編程。（2）由于被加工零件的徑向尺寸在圖樣上和在測量時都以直徑值表示，所以直徑方向用絕對坐標(X)編程時以直徑值表示，用增量坐標(U)編程時以徑向實際位移量的2倍值表示，并附上方向符號。（3）不同組G代碼可編寫在同一程序段內均有效；相同組G代碼若編寫在同一程序段內，后面的G代碼有效，G代碼的分組及功能見表3-1。M代碼功能見表3-2。3.2.2

數(shù)控車床工件坐標系的設定

1.數(shù)控車床機床坐標系的建立

在數(shù)控車床開機之后，當完成了刀具返回參考點的操作時，CRT屏幕上立即顯示刀架中心在機床坐標系中的坐標值，即建立起了機床坐標系。MJ-460數(shù)控車床的機床坐標系及機床參考點與機床原點的相對位置如下圖所示。

在以下三種情況下，數(shù)控系統(tǒng)失去了對機床參考點的記憶，因此必須使刀架重新返回參考點R。(1)數(shù)控車床關機以后重新接通電源開關時。(2)數(shù)控車床解除急停狀態(tài)后。(3)數(shù)控車床超程報警信號解除之后。2.工件坐標系的設定

工件坐標系是用于確定工件幾何圖形上各幾何要素(如點、直線、圓弧等)的位置而建立的坐標系，是編程人員在編程時使用的。工件坐標系的原點就是工件原點，而工件原點是人為設定的。數(shù)控車床工件原點一般設在主軸中心線與工件左端面或右端面的交點處。3.程序名FANUC數(shù)控系統(tǒng)要求每個程序有一個程序名，程序名由字母O開頭和4位數(shù)字組成。如O0001、O1000、O9999等3.2.3

基本編程指令

1.快速定位指令G00格式：G00X(U)＿Z(W)＿；說明：(1)G00指令使刀具在點位控制方式下從當前點以快移速度向目標點移動，G00可以簡寫成G0。絕對坐標X、Z和其增量坐標U、W可以混編。不運動的坐標可以省略。(2)X、U的坐標值均為直徑量。(3)程序中只有一個坐標值X或Z時，刀具將沿該坐標方向移動；有兩個坐標值X和Z時，刀具將先以1∶1步數(shù)兩坐標聯(lián)動，然后單坐標移動，直到終點。(4)G00快速移動速度由機床設定(X軸：12m/min；Z軸：16m/min)，可通過操作面板上的速度修調開關進行調節(jié)。2.直線插補指令G01格式：G01X(U)＿Z(W)＿F＿；說明：(1)G01指令使刀具以F指定的進給速度直線移動到目標點，一般將其作為切削加工運動指令，既可以單坐標移動，又可以兩坐標同時插補運動。X(U)、Z(W)為目標點坐標。F為進給速度（進給量），在G98指令下，F(xiàn)為每分鐘進給(mm/min)；在G99(默認狀態(tài))指令下，F(xiàn)為每轉進給(mm/r)。(2)程序中只有一個坐標值X或Z時，刀具將沿該坐標方向移動；有兩個坐標值X和Z時，刀具將按所給的終點直線插補運動。3.圓弧插補指令G02、G03格式：G02(G03)X(U)＿Z(W)＿R＿F＿；或G02(G03)X(U)＿Z(W)＿I＿K＿F＿；說明：(1)該指令控制刀具按所需圓弧運動。G02為順時針圓弧插補指令，G03為逆時針圓弧插補指令；X、Z表示圓弧終點絕對坐標，U、W表示圓弧終點相對于圓弧起點的增量坐標，R表示圓弧半徑，I、K表示圓心相對圓弧起點的增量坐標，F(xiàn)表示進給速度。(2)X、U、I均采用直徑量編程。(3)本例是按照刀架后置（標準型）情況介紹。若刀架前置情況，G02為逆時針圓弧插補指令，G03為順時針圓弧插補指令，這一點要特別注意。4.程序延時(暫停)指令G04格式：G04X＿；或G04U＿；或G04P＿；說明：(1)G04指令按給定時間延時，不做任何動作，延時結束后再自動執(zhí)行下一段程序。該指令主要用于車削環(huán)槽、不通孔及自動加工螺紋時可使刀具在短時間無進給方式下進行光整加工。(2)X、U表示s(秒)，P表示ms(毫秒)。程序延時時間范圍為16ms～9999.999s。5.英制和米制(公制)輸入指令G20、G21格式：G20(G21)說明：(1)G20表示英制輸入，G21表示米制(公制)輸入。G20和G21是兩個可以相互取代的代碼，但不能在一個程序中同時使用G20和G21。(2)機床通電后的狀態(tài)為G21狀態(tài)。6.進給速度控制指令G98、G99格式：G98(G99)說明：(1)G98為每分鐘進給(mm/min)，G99為每轉進給(mm/r)。G98通常用于數(shù)控銑床、加工中心類進給指令，G99通常用于數(shù)控車床類進給指令。G99為數(shù)控車床通電后的狀態(tài)。(2)在機床操作面板上有進給速度倍率開關，進給速度可在0~150%范圍內以每級10%進行調整。在零件試切削時，進給速度的修調可使操作者選取最佳的進給速度。7.參考點返回檢測指令G27格式：G27X(U)＿；(X向參考點檢查)； G27Z(W)＿；(Z向參考點檢查)； G27X(U)＿Z(W)＿；(X、Z向參考點檢查)。說明：(1)G27指令用于參考點位置檢測。執(zhí)行該指令時刀具以快速運動方式在被指定的位置上定位，到達的位置如果是參考點，則返回參考點燈亮。僅一個軸返回參考點時，對應軸的燈亮。若定位結束后被指定的軸沒有返回參考點則出現(xiàn)報警。執(zhí)行該指令前應取消刀具位置偏置。G27指令運動速度、模式與G00一樣。(2)X、Z表示參考點在編程坐標系的坐標值，U、W表示到參考點所移動的距離。(3)執(zhí)行G27指令的前提是機床在通電后必須返回過一次參考點。8.自動返回參考點指令G28格式：G28X(U)＿；X向返回參考點 G28Z(W)＿；Z向返回參考點 G28X(U)＿Z(W)＿；X、Z向同時返回參考點說明：(1)G28指令可使被指令的軸自動地返回參考點。X(U)、Z(W)是返回參考點過程中的中間點位置，用絕對坐標或增量坐標指令。(2)X(U)、Z(W)是刀架出發(fā)點與參考點之間的任一中間點，但此中間點不能超過參考點。有時為保證返回參考點的安全，應先X向返回參考點，然后Z向再返回參考點。9.主軸控制指令G96、G97格式：G96S＿；G97S＿；說明：(1)G96指令用于接通機床恒線速控制，此處S指定的數(shù)值表示切削速度(m/min)。數(shù)控裝置從刀尖位置處計算出主軸轉速，自動而連續(xù)的控制主軸轉速，使之始終達到由S指定的數(shù)值。設定恒線速可以使工件各表面獲得一致的表面粗糙度。(2)G97指令用于取消恒線速控制，并按S指定的主軸轉速旋轉，此處S指定的數(shù)值表示主軸轉速(r/min)，也可以不指定S。(3)在恒線速控制中，由于數(shù)控系統(tǒng)是將X的坐標值當作工件的直徑來計算主軸轉速，所以在使用G96指令前必須正確的設定工件坐標系。(4)當?shù)毒咧饾u靠近工件中心時，主軸轉速會越來越高，此時工件有可能因卡盤調整壓力不足而從卡盤中飛出。為防止這種事故發(fā)生，在使用G96指令之前，最好設定G50指令來限制主軸最高轉速。10.主軸最高轉速設定指令G50格式：G50S＿；說明：(1)G50指令有坐標系設定和主軸最高轉速設定兩種功能，此處指后一種功能，用S指定的數(shù)值來設定主軸最高轉速(r/min)，如“G50S2000；”是把主軸最高轉速設定為2000r/min。(2)在設置恒線速度后，由于主軸的轉速在工件不同截面上是變化的，為防止主軸轉速過高而發(fā)生危險，在設置恒線速度前，可以將主軸最高轉速設定在某一個最高值，切削過程中當執(zhí)行恒線速度時，主軸最高轉速將被限制在這個最高值。11.螺紋車削指令G32格式：G32X(U)＿Z(W)＿F＿；說明：(1)使用G32指令可進行等螺距的直螺紋、圓錐螺紋以及端面螺紋的切削。具體編程時，一般很少使用該指令，因為不如使用G92、G76指令方便，G92、G76指令將在后面介紹。(2)X(U)、Z(W)為螺紋終點坐標，F(xiàn)為長軸螺距，如圖3.20所示，若錐角

≤45°，F(xiàn)表示Z軸螺距，否則F表示X軸螺距。F=0.001mm～500mm。圖3.20螺紋加工(3)δ1、δ2為車削螺紋時的切入量與切出量。一般δ1=2~5mm，δ2=(1/2~1/4)δ1左右。(4)背吃刀量及進給次數(shù)可參考表2-2，否則難以保證螺紋精度，或會發(fā)生崩刀現(xiàn)象。(5)車削螺紋時，主軸轉速應在保證生產(chǎn)效率和正常切削的情況下，選擇較低轉速。一般按機床或數(shù)控系統(tǒng)說明書中規(guī)定的計算式進行確定，其估算公式為：

式中：P—螺紋的螺距或導程（mm）；K—保險系數(shù)，一般為80。(6)在螺紋粗加工和精加工的全過程中，不能使用進給速度倍率開關調節(jié)速度，進給速度保持開關也無效。3.2.4

車削加工循環(huán)指令

1.單一外形固定循環(huán)指令G90、G92、G941)外徑、內徑車削循環(huán)指令G90圓柱面車削循環(huán)的編程格式：G90X(U)＿Z(W)＿F＿；圓錐面車削循環(huán)的編程格式：G90X(U)＿Z(W)＿R＿F＿；2)螺紋車削循環(huán)指令G92直螺紋車削循環(huán)的編程格式(圖3.24b)：G92X(U)＿Z(W)＿F＿；圓錐螺紋車削循環(huán)的編程格式(圖3.24a)：G92X(U)＿Z(W)＿R＿F＿；圖3.24G92螺紋車削循環(huán)說明：G92使螺紋加工用車削循環(huán)完成，式中X（U）、Z（W）為切削點坐標，F(xiàn)為螺紋的螺距或導程，R為錐螺紋大小端的半徑差（半徑量），其定義同圖3.23，R=0為加工圓柱螺紋。U、W的符號判別同G90指令。圖3.23G90圓錐面車削循環(huán)3)端面車削循環(huán)指令G94端面車削循環(huán)包括直端面車削循環(huán)和圓錐端面車削循環(huán)。直端面車削循環(huán)編程格式(圖3.26)：G94X(U)＿Z(W)＿F＿；圓錐端面車削循環(huán)編程格式(圖3.27)：G94X(U)＿Z(W)＿R＿F＿；G94各代碼的用法同G90指令。圖3.26G94直端面車削循環(huán)圖3.27G94圓錐端面車削循環(huán)2.復合固定循環(huán)指令復合固定循環(huán)指令主要用于無法一次走刀即能加工到規(guī)定尺寸的場合，例如粗車和多次走刀車螺紋的情況。主要有以下幾種復合固定循環(huán)指令。1)外徑、內徑粗加工循環(huán)指令G71格式：G71U△dRe；G71PnsQnfU△uW△wF＿；2)端面粗加工循環(huán)指令G72。格式：G72W△dRe；G72PnsQnfU△uW△wF＿；說明：G72指令適用于圓柱毛坯料端面方向的加工，刀具的循環(huán)路徑如圖3.29所示。G72指令與G71指令類似，不同之處就是刀具路徑是按徑向方向循環(huán)的。圖3.29G72端面粗加工循環(huán)3）固定形狀粗車循環(huán)指令G73格式：G73U△iW△kRd；G73PnsQnfU△uW△wF＿；4)精車循環(huán)指令G70格式：G70PnsQnf；說明：G70為執(zhí)行G71、G72、G73粗加工循環(huán)指令以后的精加工循環(huán)指令。在G70指令程序段內要給出精加工第一個程序段的順序號ns和精加工最后一個程序段的順序號nf。5）深孔鉆削循環(huán)指令G74格式：G74Re；G74X（U）＿Z（W）＿P△iQ△kR△dF＿；3.2.5刀具補償指令

數(shù)控車床均有刀具補償功能，刀架在換刀時前一刀尖位置和更換新刀具的刀尖位置之間會產(chǎn)生差異，以及由于刀具的安裝誤差、刀具磨損和刀具刀尖圓弧半徑的存在等，在數(shù)控加工中必須利用刀具補償功能予以補償，才能加工出符合圖樣形狀要求的零件。此外合理的利用刀具補償功能還可以簡化編程。

刀具功能又稱為T功能，它是進行刀具選擇和刀具補償?shù)墓δ堋?.刀具位置補償?shù)毒呶恢醚a償又稱為刀具偏置補償或刀具偏移補償，亦稱為刀具幾何位置及磨損補償。在下面三種情況下，均需進行刀具位置的補償。(1)在實際加工中，通常是用不同尺寸的若干把刀具加工同一輪廓尺寸的零件，而編程時是以其中一把刀為基準設定工件坐標系的，因此必須將所有刀具的刀尖都移到此基準點。利用刀具位置補償功能，即可完成。(2)對同一把刀來說，當?shù)毒咧啬ズ笤侔阉鼫蚀_的安裝到程序所設定的位置是非常困難的，總是存在著位置誤差。這種位置誤差在實際加工時便成為加工誤差。因此在加工前，必須用刀具位置補償功能來修正安裝位置誤差。(3)每把刀具在其加工過程中，都會有不同程度的磨損，而磨損后刀具的刀尖位置與編程位置存在差值，這勢必造成加工誤差，這一問題也可以用刀具位置補償?shù)姆椒▉斫鉀Q，只要修改每把刀具在相應存儲器中的數(shù)值即可。例如某工件加工后外圓直徑比要求的尺寸大(或小)了0.1mm，則可以用U-0.1(或U0.1)修改相應刀具的補償值。當幾何位置尺寸有偏差時，修改方法類同。2.刀尖圓弧半徑補償編制數(shù)控車床加工程序時，將車刀刀尖看作一個點。但是為了提高刀具壽命和降低加工表面的粗糙度

Ra

的值，通常是將車刀刀尖磨成半徑不大的圓弧，一般圓弧半徑

R

在0.2mm~0.8mm之間。如下圖所示，編程時以理論刀尖點P來編程，數(shù)控系統(tǒng)控制P點的運動軌跡。而切削時，實際起作用的切削刃是圓弧的各切點，這勢必會產(chǎn)生加工表面的形狀誤差。而刀尖圓弧半徑補償功能就是用來補償由于刀尖圓弧半徑引起的工件形狀誤差。3.實現(xiàn)刀尖圓弧半徑補償功能的準備工作在加工工件之前，首先要把刀尖圓弧半徑補償?shù)挠嘘P數(shù)據(jù)輸入到存儲器中，以便使數(shù)控系統(tǒng)對刀尖的圓弧半徑所引起的誤差進行自動補償。1)刀尖半徑工件的形狀與刀尖半徑的大小有直接關系，必須將刀尖圓弧半徑R輸入到存儲器中，如圖3.37所示。2)車刀的形狀和位置參數(shù)3)參數(shù)的輸入圖3.37CRT顯示刀具補償參數(shù)4.刀尖圓弧半徑補償?shù)姆较?/p>

在進行刀尖圓弧半徑補償時，刀具和工件的相對位置不同，刀尖圓弧半徑補償?shù)闹噶钜膊煌?。下圖表示了刀尖圓弧半徑補償?shù)膬煞N不同方向。5.刀尖圓弧半徑補償?shù)慕⒒蛉∠噶罡袷剑?/p>

說明：(1)刀尖圓弧半徑補償?shù)慕⒒蛉∠仨氃谖灰埔苿又噶?G00、G01)中進行。X(U)、Z(W)為建立或取消刀具補償程序段中刀具移動的終點坐標；T代表刀具功能，如T0707表示用07號刀并調用07號補償值建立刀具補償；F表示進給量，用G00編程時，F(xiàn)值可省略。G41、G42、G40均為模態(tài)指令。(2)刀尖圓弧半徑補償和刀具位置補償一樣，其實現(xiàn)過程分為三大步驟，即刀補的建立、刀補的執(zhí)行和刀補的取消。(3)如果指令刀具在刀尖半徑大于圓弧半徑的圓弧內側移動，程序將出錯。(4)由于系統(tǒng)內部只有兩個程序段的緩沖存儲器，因此在刀具補償?shù)膱?zhí)行過程中，不允許在程序里連續(xù)編制兩個以上沒有移動的指令，以及單獨編寫的M、S、T程序段等。3.2.6

輔助功能指令

1.程序停止指令M00格式：M00；說明：(1)系統(tǒng)執(zhí)行M00指令后，機床的所有動作均停止，機床處于暫停狀態(tài)，重新按下啟動按鈕后，系統(tǒng)將繼續(xù)執(zhí)行M00程序段后面的程序。若此時按下復位鍵，程序將返回到開始位置，此指令主要用于尺寸檢驗、排屑或插入必要的手工動作等。(2)M00指令應單獨設一程序段。2.選擇停指令M01格式：M01；說明：(1)在機床操作面板上有“選擇?！遍_關，當該開關置ON位置時，M01功能同M00，當該開關置OFF位置時，數(shù)控系統(tǒng)不執(zhí)行M01指令，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序。(2)M01指令同M00一樣，應單獨設一程序段。3.程序結束指令M30、M02格式：M30(或M02)；說明：(1)M30表示程序結束，機床停止運行。執(zhí)行完M30后系統(tǒng)復位，程序返回到開始位置。對最早使用穿孔帶和磁帶的數(shù)控機床，M30還具有倒帶功能；M02也表示程序結束，機床停止運行。但執(zhí)行完M02后程序停在最后一句，要重復執(zhí)行該程序，必須再按一下“復位鍵”，程序才能返回到開始位置。(2)M30或M02應單獨設置一個程序段。4.主軸旋轉指令M03、M04、M05格式：M03(M04)S＿；M05；說明：(1)M03啟動主軸正轉，M04啟動主軸反轉，M05使主軸停止轉動，S表示主軸轉速，如M04S500表示主軸以500r/min轉速反轉。從Z軸正方向看主軸，主軸逆時針轉動為正轉，反之為反轉。(2)M03、M04、M05可以和G功能代碼設在一個程序段內。5.切削液開關指令M08、M09格式：M08(M09)；說明：(1)M08表示打開切削液，M09表示關閉切削液。

(2)M00、M01、M02、M30指令均能關閉切削液，如果機床有安全門，則打開安全門時，切削液也會關閉。6.調子程序指令M98，子程序返回指令M99調子程序格式：M98P×××

××××；

子程序名

調子程序次數(shù)子程序返回格式：M99；3.3數(shù)控銑削加工程序編制

數(shù)控銑床是一種用途十分廣泛的機床，主要用于銑削平面、溝槽和曲面，還能加工復雜的型腔和凸臺，如各類凸輪、樣板、靠模、模具和弧形槽等平面曲線的輪廓。同時還可以進行鉆、擴、锪、鉸、鏜孔等加工。本節(jié)以配置西門子SINUMERIK802D系統(tǒng)的XK5032數(shù)控銑床為例介紹數(shù)控銑削加工程序的編制，該系統(tǒng)可實現(xiàn)三軸控制和三軸聯(lián)動加工。

3.3.1數(shù)控銑床的功能指令

西門子SINUMERIK802D基本編程功能指令如表3-3所示。3.3.2程序名和坐標系指令1.程序名SINUMERIK802D數(shù)控系統(tǒng)要求每個程序有一個程序名，程序名由不超過16個字符組成，字符可以是字母、數(shù)字或下劃線，但不允許使用分隔符。例如將程序命名為AB001、L10等。2.坐標系指令1）數(shù)控銑床的機床原點通常機床每次通電后，機床工作臺的三個坐標軸都要依次走到工作臺左前下方的一個極限位置，這個位置就是數(shù)控銑床的機床原點，是機床出廠時的固定位置。2）工件坐標系的原點工件坐標系的原點O是任意設定的，它在工件裝夾完畢后，以機床原點M為基準偏移，通過對刀來確定。當工件裝夾到機床上后求出偏移量，并通過操作面板輸入到規(guī)定的數(shù)據(jù)區(qū)。在程序中可以通過G54~G59激活此值。零點偏置的設置如圖3.46所示。圖3.46零點偏置的設定3）平面選擇G17~G19

在計算刀具長度補償和半徑補償時必須先確定一個平面，在此平面中進行刀具長度補償和半徑補償。平面選擇見表3-4和圖3.48所示。圖3.48平面選擇和坐標軸布置4）絕對值指令G90和增量值指令G91G90和G91指令分別對應著絕對位置數(shù)據(jù)輸入和增量位置數(shù)據(jù)輸入。G90/G91適用于所有坐標軸。5）英制尺寸G70和公制尺寸G71G70或G71指令分別代表程序中輸入數(shù)據(jù)是英制或公制尺寸，模態(tài)有效。系統(tǒng)默認值為G71狀態(tài)。G70和G71指令在斷電前后是一致的，即停機前使用的G70或G71指令，在下次開機時仍然有效。6）極坐標系指令G110、G111、G112通常情況下工件上的點一般使用直角坐標系（X、Y、Z）定義，但也可以用極坐