第1章數(shù)控編程基礎(chǔ)

第1章數(shù)控編程基礎(chǔ)

項(xiàng)目1.1數(shù)控技術(shù)概論

【學(xué)習(xí)目的】

學(xué)習(xí)本項(xiàng)目主要目的是了解數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過(guò)程、數(shù)控技術(shù)的基本原理以及常見(jiàn)數(shù)控

機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)，了解數(shù)控機(jī)床的基本操作規(guī)范和日常維護(hù)保養(yǎng)。

【任務(wù)列表】

任務(wù)序號(hào)任務(wù)名稱知識(shí)與能力目標(biāo)

①數(shù)控的基本定義

②數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介

1.1.1數(shù)字控制

③數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史

④數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)

①數(shù)控機(jī)床的組成

1.1.2數(shù)控原理②數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程

③CNC控制原理

①數(shù)控加工原理

1.1.3數(shù)控加工②數(shù)控加工工作過(guò)程

③數(shù)控編程方法

①數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)

1.1.4機(jī)床操作與保養(yǎng)②數(shù)控銃床/加工中心的加工特點(diǎn)

③安全操作與維護(hù)保養(yǎng)

【任務(wù)實(shí)施】

任務(wù)1.1.1數(shù)字控制

1.數(shù)控的基本定義

數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)40年代后期發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)化加工技術(shù)，它綜合了計(jì)算機(jī)、

自動(dòng)控制、電機(jī)、電氣傳動(dòng)、測(cè)量、監(jiān)控和機(jī)械制造等學(xué)科的內(nèi)容，目前在機(jī)械制造業(yè)中

已得到了廣泛應(yīng)用。

(1)數(shù)字控制(NumericalControl,NC),是一種用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象(如機(jī)床的運(yùn)

動(dòng)及其加工過(guò)程)進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)，簡(jiǎn)稱為數(shù)控。

(2)數(shù)控技術(shù)，是指用數(shù)字、字母和符號(hào)對(duì)某一工作過(guò)程進(jìn)行可編程自動(dòng)控制的技術(shù)。

(3)數(shù)控系統(tǒng)，是指實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟硬件模塊的有機(jī)集成系統(tǒng)，是數(shù)控技

術(shù)的載體。

(4)數(shù)控機(jī)床(NCMachine),是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說(shuō)

是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。

2.數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介

數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速

度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。

數(shù)控機(jī)床是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的最

新成就而發(fā)展起來(lái)的--種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。也就是，當(dāng)把數(shù)字化的刀具移動(dòng)軌跡的

信號(hào)輸入數(shù)控裝置，經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)控制刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需零

件的一種機(jī)床。

在數(shù)控機(jī)床上加工零件，是通過(guò)刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。若把坐標(biāo)系設(shè)置在

工件上（工件靜止），只要在該坐標(biāo)系中使刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡滿足工件輪廓要求，就可加工出合

格的零件，數(shù)控裝置的任務(wù)就是要控制刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡并使其滿足零件圖樣的要求。刀尖沿

各坐標(biāo)軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是以脈沖當(dāng)量為單位的，數(shù)控裝置按照加工程序的要求，向各坐標(biāo)

軸輸出一序列脈沖，控制刀具沿各坐標(biāo)軸移動(dòng)相應(yīng)的位移量，達(dá)到要求的位置和速度。

數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能

比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度

要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銃床、鏈床、鉆

床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外，還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多

工序加工的加工中心、車削中心等。

3.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史

1948年，美國(guó)帕森斯公司接受美國(guó)空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)

備，由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計(jì)算機(jī)控制

機(jī)床的設(shè)想。

1949年，該公司在美國(guó)麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機(jī)床的研

究，并于1952年試制成功第一臺(tái)由大型立式仿形銃床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控銃床，不久

即開始正式生產(chǎn)。

當(dāng)時(shí)的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價(jià)格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊

需要的部門用來(lái)加工復(fù)雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印制電路板，使數(shù)控裝

置進(jìn)入了第二代，體積縮小，成本有所下降；I960年以后，較為簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的點(diǎn)位控制數(shù)

控鉆床和直線控制數(shù)控銃床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)各部門逐步獲得

推廣。

1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小、功率消耗少，而且可靠性

提高，價(jià)格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的提升。

20世紀(jì)60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱

DNC）,又稱群控系統(tǒng)；采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CNC）,使數(shù)控裝置進(jìn)

入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。

1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（簡(jiǎn)稱

MNC）,這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴(kuò)大了一倍，而體

積則縮小為原來(lái)的1/20,價(jià)格降低了3/4,可靠性也得到極大的提高。

20世紀(jì)80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話式自動(dòng)

編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化

程度進(jìn)一步提高，具有自動(dòng)監(jiān)控刀具破損和自動(dòng)檢測(cè)工件等功能。其發(fā)展歷程如表1-1

所示。

表1-1數(shù)控裝置的發(fā)展歷程

數(shù)控系統(tǒng)時(shí)間組成'特征戈IJ分

電子管、繼電器、模擬電路的硬件數(shù)控系統(tǒng)：很多數(shù)字邏輯電

第一代1952—1959年

專用數(shù)控裝置(NC)路的硬件、連線組成(Hard-Wired

第二代1959—1964年晶體管、印制電路的NC裝置NC)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系

統(tǒng)(適時(shí)控制)，電路復(fù)雜、可靠

第三代1965—1970年小、中規(guī)模集成電路的NC裝置性不好一NC階段

大規(guī)模集成電路的小型通用計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)硬件和

第四代1970—1974年算機(jī)控制系統(tǒng)(CNC)、直接數(shù)控軟件組成，突出特點(diǎn)是利用存儲(chǔ)

系統(tǒng)(群控系統(tǒng)、DNC)在存儲(chǔ)器里的軟件控制系統(tǒng)工作

第五代1974—1990年以微處理器為基礎(chǔ)的CNC系統(tǒng)(軟件數(shù)控系統(tǒng))。

容易擴(kuò)展功能、柔性好、可靠性

第六代1990年至今數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入基于PC時(shí)代

高一CNC階段

4.數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)

數(shù)控加工是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法。

數(shù)控機(jī)床加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工的工藝規(guī)程從總體上說(shuō)是一致的，但也發(fā)生了明顯的變

化。以下是數(shù)控加工的特殊之處。

1)工序集中

數(shù)控機(jī)床一般帶有可以自動(dòng)換刀的刀架、刀庫(kù)，換刀過(guò)程由程序控制自動(dòng)進(jìn)行，因此

工序比較集中。工序集中帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，具體如下。

(1)減少機(jī)床占地面積，節(jié)約廠房。

(2)減少或沒(méi)有中間環(huán)節(jié)(如半成品的中間檢測(cè)、暫存、搬運(yùn)等)，既省時(shí)間又省人力。

2)加工自動(dòng)化

數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，不需人工控制刀具，自動(dòng)化程度高，帶來(lái)的好處很明顯，具體如下。

(1)對(duì)操作工人的要求降低。一個(gè)普通機(jī)床的高級(jí)工，不是短時(shí)間內(nèi)就可以培養(yǎng)的，

而一個(gè)不需編程的數(shù)控技工培養(yǎng)時(shí)間極短，并且，數(shù)控技工在數(shù)控機(jī)床上加工出的零件比

普通技工在傳統(tǒng)機(jī)床上加工的零件精度要高、時(shí)間要短。

(2)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。數(shù)控工人在加工過(guò)程中，大部分時(shí)間在加工過(guò)程之外，

非常省力。

(3)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床不僅有較高的加工精度，而且由于數(shù)控機(jī)床的加工自動(dòng)

化，免除了普通機(jī)床上工人的疲勞、粗心、估計(jì)等人為誤差，提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量。

(4)加工效率高。數(shù)控機(jī)床可以采用較大的切削用量，有效地節(jié)省了機(jī)動(dòng)工時(shí)，并且

具有自動(dòng)換速、自動(dòng)換刀和其他輔助操作的自動(dòng)化功能，使輔助時(shí)間大為縮短。

3)柔性化高

傳統(tǒng)的通用機(jī)床，雖然柔性好，但效率低下；而傳統(tǒng)的專用機(jī)床，雖然效率很高，但

對(duì)零件的適應(yīng)性很差、剛性大、柔性差，很難適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的激烈競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的產(chǎn)品頻繁

改型。而數(shù)控機(jī)床在加工時(shí)只要改變程序，就可以加工新的零件，且又能自動(dòng)化操作、柔

性好、效率高，因此數(shù)控機(jī)床能很好地適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

4）加工能力強(qiáng)

數(shù)控機(jī)床能精確加工各種輪廓，而有些輪廓在普通機(jī)床上無(wú)法加工。

任務(wù)1.1.2數(shù)控原理

1.數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床是由數(shù)控程序及存儲(chǔ)介質(zhì)、輸入/輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)

床本體組成。圖1-1所示為數(shù)控車床，圖1-2所示為數(shù)控銃床和加工中心。

圖1-1數(shù)控車床圖1-2數(shù)控銃床和加工中心

2.數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程

數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程如圖1-3所示。

①根據(jù)零件加工圖樣進(jìn)行工藝分析，確定加工方案、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)。

②用規(guī)定的程序代碼和格式規(guī)則編寫零件加工程序單。

③將加工程序的內(nèi)容以代碼形式完整記錄下來(lái)。

④向機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)傳送代碼。由手工編寫的程序，可以通過(guò)數(shù)控機(jī)床的操作面板輸

入程序；由編程軟件生成的程序，通過(guò)串行通信接口直接傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的數(shù)控單元。

⑤數(shù)控裝置將所接收的信號(hào)進(jìn)行一系列處理后，再將處理結(jié)果以脈沖信號(hào)形式向伺

服系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行的命令。

⑥伺服系統(tǒng)接到要執(zhí)行的信息指令后，立即驅(qū)動(dòng)車床進(jìn)給機(jī)構(gòu)嚴(yán)格按照指令的要求

進(jìn)行位移，使車床自動(dòng)完成相應(yīng)零件的加工。

3.CNC控制原理

1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)

伺服機(jī)構(gòu)相當(dāng)于人的手、足部分，它的任務(wù)就是根據(jù)NC控制裝置的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床

的工作臺(tái)等部件運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，NC控制裝置指令機(jī)床移動(dòng)的距離（位置）和速度。

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)常用伺服進(jìn)給系統(tǒng)來(lái)工作，數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)

部件的位置和速度為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱隨動(dòng)系統(tǒng)、拖動(dòng)系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)，如

圖1-4所示。

圖1-4數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成和伺服電機(jī)的安裝位置

機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)一般由位置控制、速度控制、伺服電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)部件及機(jī)械傳動(dòng)機(jī)

構(gòu)五大部分組成。按照伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，伺服單元或驅(qū)動(dòng)器通常有四種基本結(jié)構(gòu)類

型，即開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)及混合閉環(huán)。

①開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。無(wú)位置反饋的系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路和步進(jìn)電機(jī)組成。

每一脈沖信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，通過(guò)滾珠絲杠推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。這

種伺服機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，操作方法容易掌握，但精度和速度的提高受到限制，故

該類控制方式僅限于精度不高、輕載或負(fù)載變化不大的經(jīng)濟(jì)型中、小型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳

動(dòng)，如圖1-5所示。

②半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。如圖1-6所示，半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)由比較線路、伺服放大線

路、伺服電機(jī)、速度檢測(cè)器和位置檢測(cè)器組成。位置檢測(cè)器裝在絲杠或伺服電機(jī)端部，利

用絲杠的回轉(zhuǎn)角度間接測(cè)出工作臺(tái)的位置。常用的伺服電機(jī)有寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)、寬調(diào)速

交流電動(dòng)機(jī)和電液伺服電機(jī)。位置檢測(cè)器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。

可以通過(guò)補(bǔ)償來(lái)提高位置控制精度，電氣控制部分與執(zhí)行機(jī)械相對(duì)獨(dú)立，通用性強(qiáng)。所能

達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中、小型數(shù)控機(jī)床所采用。

圖1一6半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)

③閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。如圖1-7所示，閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服

機(jī)構(gòu)相同，只是位置檢測(cè)器安裝在工作臺(tái)上，可直接測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位置，故反饋精度

高于半閉環(huán)控制；但掌握調(diào)試的難度較大，常用于高精度和大型數(shù)控機(jī)床。

i位置控帶憚元I速度控帶憚元

CNCj+

榭L—

指令I(lǐng)

實(shí)際

際

實(shí)

速度

置

位

反饋

饋

反

檢測(cè)與反饋r

單元r

圖1-7閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)

?混合控制方式(雙重位置反饋)。如圖1-8所示，此方式取用了半閉環(huán)方式的穩(wěn)定性

和全閉環(huán)方式的定位準(zhǔn)確性雙重優(yōu)點(diǎn)的控制方式。位置檢測(cè)器是采用伺服電機(jī)內(nèi)的脈沖編

碼器和外部的直線尺，從兩個(gè)方面檢測(cè)位置。這種方式用于大型機(jī)床。

直線尺I

圖1-8混合控制方式

2)插補(bǔ)原理

在數(shù)控加工中，一般已知運(yùn)動(dòng)軌跡的起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)和曲線方程，如何使切削加

工運(yùn)動(dòng)沿著預(yù)定軌跡移動(dòng)呢？數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)采集到的信息實(shí)時(shí)地計(jì)算出各個(gè)中間點(diǎn)的坐

標(biāo)，通常把這個(gè)過(guò)程稱為“插補(bǔ)”。插補(bǔ)實(shí)質(zhì)上是根據(jù)有限的信息完成“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”

工作。

插補(bǔ)的速度和精度直接影響到整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的速度和精度。

在CNC系統(tǒng)中，插補(bǔ)工作一般由軟件完成，軟件插補(bǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活易變、可靠性好。

硬件插補(bǔ)：速度快；但電路復(fù)雜，調(diào)整修改困難。

軟件插補(bǔ)：調(diào)整方便，隨著計(jì)算機(jī)速度的提高，插補(bǔ)速度也得到提高。

(1)常用插補(bǔ)方法。

目前普遍應(yīng)用的兩類插補(bǔ)方法為脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。

①脈沖增量插補(bǔ)。這類插補(bǔ)算法是以脈沖形式輸出，每插補(bǔ)運(yùn)算一次，最多給每一

軸一個(gè)進(jìn)給脈沖。把每次插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生的指令脈沖輸出到伺服系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，

每發(fā)出一個(gè)脈沖，工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)基本長(zhǎng)度單位，也叫脈沖當(dāng)量(BLU),脈沖當(dāng)量是脈沖

分配的基本單位。

脈沖增量插補(bǔ)主要有逐點(diǎn)比較法、數(shù)據(jù)積分插補(bǔ)法等。

②數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)又稱為時(shí)間增量插補(bǔ)，這類算法插補(bǔ)結(jié)果輸出的不

是脈沖，而是標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制數(shù)。根據(jù)進(jìn)給速度，把輪廓曲線按插補(bǔ)周期將其分割為一系列微

小直線段，然后將這些微小直線段對(duì)應(yīng)的位置增量數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，以控制伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)坐

標(biāo)軸的進(jìn)給。

(2)逐點(diǎn)比較法。

逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)運(yùn)算是以區(qū)域判別為特征，每走一步都要將加工點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)與相應(yīng)

給定圖形上的點(diǎn)相比較，判別一下偏差，然后決定下一步的走向。如果加工點(diǎn)走到圖形外

面，那么下一步就要向圖形里面走；如果加工點(diǎn)已在圖形里面，則下一步就要向圖形外面

走，以縮小偏差。這樣就能得到一個(gè)接近給定圖形的軌跡，其最大偏差不超過(guò)一個(gè)脈沖

當(dāng)量。

逐點(diǎn)比較法能實(shí)現(xiàn)直線、圓弧和非圓二次曲線的插補(bǔ)，插補(bǔ)精度較高。

一般來(lái)說(shuō)，逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)過(guò)程可按以下四個(gè)步驟進(jìn)行。

①偏差判別：根據(jù)刀具當(dāng)前位置，確定進(jìn)給方向。

②坐標(biāo)進(jìn)給：使加工點(diǎn)向給定軌跡趨進(jìn)，向減少誤差方向移動(dòng)。

③偏差計(jì)算：計(jì)算新加工點(diǎn)與給定軌跡之間的偏差，作為下一步判別的依據(jù)。

④終點(diǎn)判別：判斷是否到達(dá)終點(diǎn)，若到達(dá)，結(jié)束插補(bǔ)；否則，繼續(xù)以上三個(gè)步驟。

任務(wù)1.1.3數(shù)控加工

1.數(shù)控加工原理

當(dāng)使用機(jī)床加工零件時(shí)，通常都需要對(duì)機(jī)床的各種動(dòng)作進(jìn)行控制，一是控制動(dòng)作的先

后次序，二是控制機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件的位移量。

采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí).，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的

形式編成程序代碼，輸入到機(jī)床控制系統(tǒng)中，再由其進(jìn)行運(yùn)算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的

指令信號(hào)，從而控制機(jī)床各部件協(xié)調(diào)動(dòng)作，自動(dòng)加工出零件。當(dāng)更換加工對(duì)象時(shí)，只需要

重新編寫程序代碼輸入機(jī)床，即可由數(shù)控裝置代替人的大腦和雙手的大部分功能，控制加

工的全過(guò)程，制造出任意復(fù)雜的零件。數(shù)控加工過(guò)程總體上可分為數(shù)控程序編制和機(jī)床加

工控制兩大部分。

2.數(shù)控加工工作過(guò)程

在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，要預(yù)先根據(jù)零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過(guò)

程、工藝參數(shù)和走刀運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，然后編制加工程序，傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，在事先存入數(shù)控裝

置內(nèi)部的控制軟件支持下，經(jīng)處理與計(jì)算，發(fā)出相應(yīng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)指令信號(hào)，通過(guò)伺服系統(tǒng)

使機(jī)床按預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行零件的加工.

因此，在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，首先要編寫零件加工程序清單，稱之為數(shù)控加工程

序，該程序用數(shù)字代碼來(lái)描述被加工零件的工藝過(guò)程、零件尺寸和工藝參數(shù)（如主軸轉(zhuǎn)

速、進(jìn)給速度等），將該程序輸入數(shù)控機(jī)床的NC系統(tǒng)，控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)與輔助動(dòng)作，完成

零件的加工。

根據(jù)被加工零件的圖紙和技術(shù)要求、工藝要求等切削加工的必要信息，按數(shù)控系統(tǒng)所

規(guī)定的指令和格式編制成加工程序文件，這個(gè)過(guò)程稱為零件數(shù)控加工程序編制，簡(jiǎn)稱數(shù)控

編程。

3.數(shù)控編程方法

數(shù)控編程方法可以分為兩類：一類是手工編程；另一類是自動(dòng)編程。

1）手工編程

手工編程是指編制零件數(shù)控加工程序的各個(gè)步驟，即從零件圖紙分析、工藝決策、確

定加工路線和工藝參數(shù)、計(jì)算刀位軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)、編寫零件的數(shù)控加工程序單，直至程序

的檢驗(yàn)，均由人工來(lái)完成。編程過(guò)程如圖1-9所示。

對(duì)于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的輪廓加工，兒何計(jì)算較簡(jiǎn)單，程序段不多，手工

編程即可實(shí)現(xiàn)。例如，簡(jiǎn)單階梯軸的車削加工，一般不需要復(fù)雜的坐標(biāo)計(jì)算，往往可以由

技術(shù)人員根據(jù)工序圖紙數(shù)據(jù)直接編寫數(shù)控加工程序。但對(duì)輪廓形狀不是由簡(jiǎn)單的直線、圓

弧組成的復(fù)雜零件，特別是空間復(fù)雜曲面零件，數(shù)值計(jì)算則相當(dāng)煩瑣，工作量大，容易出

錯(cuò)，且很難校對(duì)，采用手工編程是難以完成的。

2)自動(dòng)編程

自動(dòng)編程是采用計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，需要一套專門的數(shù)控編程軟件。現(xiàn)

代數(shù)控編程軟件主要分為以批處理命令方式為主的各種類型的語(yǔ)言編程系統(tǒng)和交互式

CAD/CAM集成化編程系統(tǒng)，編程過(guò)程如圖1-10所示。

圖1-9手工編程過(guò)程圖1-10計(jì)算機(jī)輔助編程過(guò)程

3)數(shù)控加工程序編程的內(nèi)容與步驟

(1)數(shù)控編程過(guò)程的內(nèi)容。

正確的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖紙要求的合格工件，而且應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的

功能得到合理應(yīng)用與充分發(fā)揮，以使數(shù)控機(jī)床能安全、可靠、高效地工作。

一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控編程過(guò)程主要包括分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編寫程序

單、輸入數(shù)控程序及程序檢驗(yàn)。

(2)數(shù)控加工程序編程的步驟。

在數(shù)控編程之前，編程員應(yīng)了解所用數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能、數(shù)控系統(tǒng)所具備的功能

及編程指令格式等。根據(jù)零件形狀、尺寸及其技術(shù)要求，分析零件的加工工藝，選定合適

的機(jī)床、刀具與夾具，確定合理的零件加工工藝路線、工步順序以及切削用量等工藝

參數(shù).

任務(wù)1.1.4機(jī)床操作與保養(yǎng)

1.數(shù)控車床的加工特點(diǎn)

1)數(shù)控車床的主要功能

數(shù)控車床主要用于軸類和盤類回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐

面、圓弧面、螺紋等工序的切削加工，并能進(jìn)行切槽以及鉆、擴(kuò)、較孔和各種回轉(zhuǎn)曲面的

加工。數(shù)控車床具有加工效率高、精度穩(wěn)定性好、加工靈活、操作勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，特

別適用于復(fù)雜形狀的零件或中、小批量零件的加工。

2）數(shù)控車床的組成

雖然數(shù)控車床種類較多，但一般均由車床主體、數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)三大部分組成。

（1）車床主體。

除了基本保持普通車床傳統(tǒng)布局形式的部分經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床外，目前大部分?jǐn)?shù)控車床

均已通過(guò)專門設(shè)計(jì)并定型生產(chǎn)。

①主軸與主軸箱。

a.主軸。數(shù)控車床主軸的回轉(zhuǎn)精度直接影響到零件的加工精度；其功率大小、回轉(zhuǎn)速

度影響到加工的效率；其同步運(yùn)行、自動(dòng)變速及定向準(zhǔn)停等要求，影響到車床的自動(dòng)化

程度。

b.主軸箱。具有有級(jí)自動(dòng)調(diào)速功能的數(shù)控車床，其主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)大大簡(jiǎn)

化；具有無(wú)級(jí)自動(dòng)調(diào)速（包括定向準(zhǔn)停）的數(shù)控車床，其機(jī)械傳動(dòng)變速和變向作用的機(jī)構(gòu)已

經(jīng)不復(fù)存在了，其主軸箱也成了“軸承座”及“潤(rùn)滑箱”的代名詞；對(duì)于改造式（具有手動(dòng)

操作和自動(dòng)控制加工雙重功能）數(shù)控車床，則基本上保留其原有的主軸箱。

②導(dǎo)軌。數(shù)控車床的導(dǎo)軌是保證進(jìn)給運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性的重要部件，它在很大程度上影響

車床的剛度、精度及低速進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)性，是影響零件加工質(zhì)量的重要因素之一。除部分

數(shù)控車床仍沿用傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌（金屬型）外，定型生產(chǎn)的數(shù)控車床已較多地采用貼塑導(dǎo)

軌。這種新型滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小，其耐磨性、耐腐蝕性及吸震性好，潤(rùn)滑條件也比較

優(yōu)越。

③機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。除了部分主軸箱內(nèi)的齒輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)外，數(shù)控車床已在原普通車

床傳動(dòng)鏈的基礎(chǔ)上，做了大幅度簡(jiǎn)化，如取消了掛輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱及其絕大部分傳

動(dòng)機(jī)構(gòu)，而僅保留了縱、橫進(jìn)給的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)至絲杠間增設(shè)了（少數(shù)車

床未增設(shè)）可消除其側(cè)隙的齒輪副。

a.螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。數(shù)控車床中的螺旋副，是將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成刀

架在縱、橫方向上直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。構(gòu)成螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的部件一般為滾珠絲杠副。

滾珠絲杠副的摩擦阻力小，可消除軸向間隙及預(yù)緊，故傳動(dòng)效率及精度高，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)

定，動(dòng)作靈敏。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造技術(shù)要求較高，所以成本也較高。另外，自行調(diào)整其

間隙大小時(shí)，難度也較大。

b.齒輪副。在較多數(shù)控車床的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與進(jìn)給絲杠間設(shè)置有一個(gè)簡(jiǎn)

單的齒輪箱（架）。齒輪副的主要作用是保證車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的脈沖當(dāng)量符合要求，避免絲杠

可能產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的不利影響。

④自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)刀架。除了車削中心采用隨機(jī)換刀（帶刀庫(kù)）的自動(dòng)換刀裝置外，數(shù)控車床

一般帶有固定刀位的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，有的車床還帶有各種形式的雙刀架。

⑤檢測(cè)反饋裝置。檢測(cè)反饋裝置是數(shù)控車床的重要組成部分，對(duì)加工精度、生產(chǎn)效

率和自動(dòng)化程度有很大影響。檢測(cè)裝置包括位移檢測(cè)裝置和工件尺寸檢測(cè)裝置兩大類，其

中工件尺寸檢測(cè)裝置又分為機(jī)內(nèi)尺寸檢測(cè)裝置和機(jī)外尺寸檢測(cè)裝置兩種。工件尺寸檢測(cè)裝

置僅在少量的高檔數(shù)控車床上配用。

⑥對(duì)刀裝置。除了極少數(shù)專用性質(zhì)的數(shù)控車床外，普通數(shù)控車床幾乎都采用了各種

形式的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，以進(jìn)行多刀車削。這樣，每把刀的刀位點(diǎn)在刀架上安裝的位置，或

相對(duì)于車床固定原點(diǎn)的位置，都需要對(duì)刀、調(diào)整和測(cè)量，并加以確認(rèn)，以保證零件的加工

質(zhì)量。

(2)數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)。

數(shù)控車床與普通車床的主要區(qū)別就在于是否具有數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)這兩大部分。如

果說(shuō)，數(shù)控車床的檢測(cè)裝置相當(dāng)于人的眼睛，那么，數(shù)控裝置相當(dāng)于人的大腦，伺服系統(tǒng)

則相當(dāng)于人的雙手。這樣，就不難看出這兩大部分在數(shù)控車床中所處的重要位置了。

①數(shù)控裝置。數(shù)控裝置的核心是計(jì)算機(jī)及其軟件，它在數(shù)控車床中起“指揮”作用：

數(shù)控裝置接收由加工程序送來(lái)的各種信息，并經(jīng)處理和調(diào)配后向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出執(zhí)行命令；

在執(zhí)行過(guò)程中，其驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)等機(jī)構(gòu)同時(shí)將有關(guān)信息反饋給數(shù)控裝置，以便經(jīng)處理后發(fā)出

新的執(zhí)行命令。

②伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確地執(zhí)行數(shù)控裝置發(fā)出的命令，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路和執(zhí)行元件

(如步進(jìn)電機(jī)等)，完成數(shù)控裝置所要求的各種位移。

2.數(shù)控銃床/加工中心的加工特點(diǎn)

1)主要功能

(1)點(diǎn)位控制功能。數(shù)控銃床的點(diǎn)位控制主要用于工件的孔加工，如中心鉆定位、鉆

孔、擴(kuò)孔、鉤孔、?？缀顽偪椎雀鞣N孔加工操作。

(2)連續(xù)控制功能。通過(guò)數(shù)控銃床的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)或復(fù)雜的曲線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，銃

削加工工件的平面和曲面。

(3)刀具半徑補(bǔ)償功能。如果直接按工件輪廓線編程，在加工工件內(nèi)輪廓時(shí)，實(shí)際輪

廓線將大了一個(gè)刀具半徑值；在加工工件外輪廓時(shí)，實(shí)際輪廓線又小了一個(gè)刀具半徑值。

使用刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆椒?，?shù)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算刀具中心軌跡，使刀具中心偏離工件輪

廓一個(gè)刀具半徑值，從而加工出符合圖紙要求的輪廓。利用刀具半徑補(bǔ)償?shù)墓δ?，改變?/p>

具半徑補(bǔ)償量，還可以補(bǔ)償?shù)毒吣p量和加工誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的粗加工和精加工。

(4)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能。改變刀具長(zhǎng)度的補(bǔ)償量，可以補(bǔ)償?shù)毒邠Q刀后的長(zhǎng)度偏差值;

還可以改變切削加工的平面位置，控制刀具的軸向定位精度。

2)加工范圍

(1)平面加工。數(shù)控機(jī)床銃削平面可以分為對(duì)工件的水平面(XF)加工、對(duì)工件的正平

面(XZ)加工和對(duì)工件的側(cè)平面加工。只要使用兩軸半控制的數(shù)控銃床就能完成各種平

面的銃削加工。

(2)曲面加工。如果銃削復(fù)雜的曲面，則需要使用三軸甚至更多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銃床。

3)主要裝備

(1)夾具。數(shù)控銃床的通用夾具主要有平口鉗、磁性吸盤和壓板裝置。對(duì)于加工中、

大批量或形狀復(fù)雜的工件，則要設(shè)計(jì)組合夾具.如果使用氣動(dòng)和液壓夾具，通過(guò)程序控制

夾具，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)裝卸，則能進(jìn)一步提高工作效率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

(2)刀具。常用的銃削刀具有立銃刀、端面銃刀、成形銃刀和孔加工刀具。

刀具庫(kù)有兩種：圓盤形刀具庫(kù)，用于刀具數(shù)目較少者，且換刀方式大都采用無(wú)臂式的

換刀，換刀速度較慢，但故障率較少：鏈條形刀具庫(kù)，用于刀具數(shù)目較多者，且換刀方式

大都采用有臂式的換刀，換刀速度較快。大型工件常使用自動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)交換裝置；小型

工件可用機(jī)械手上下工件。

3.安全操作與維護(hù)保養(yǎng)

1)安全操作基本注意事項(xiàng)

(1)工作時(shí)請(qǐng)穿好工作服、安全鞋，戴好工作帽及防護(hù)鏡，不允許戴手套操作機(jī)床。

(2)不要移動(dòng)或損壞安裝在機(jī)床上的警告標(biāo)牌。

(3)不要在機(jī)床周圍放置障礙物，使工作空間足夠大。

(4)某項(xiàng)工作如需要兩人或多人共同完成時(shí)，應(yīng)注意相互間的協(xié)調(diào)一致。

(5)不允許采用壓縮空氣清洗機(jī)床、電氣柜及NC單元。

2)工作前的準(zhǔn)備工作

(1)機(jī)床工作前要有預(yù)熱，認(rèn)真檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)工作是否正常，如機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間未開動(dòng)，

可先采用手動(dòng)方式向各部分供油潤(rùn)滑。

(2)使用的刀具應(yīng)與機(jī)床允許的規(guī)格相符，有嚴(yán)重破損的刀具要及時(shí)更換。

(3)大尺寸軸類零件的中心孔是否合適，中心孔如太小，工作中易發(fā)生危險(xiǎn)。

(4)刀具安裝好后應(yīng)進(jìn)行--兩次試切削；檢查卡盤夾緊工作的狀態(tài)。

(5)機(jī)床開動(dòng)前，必須關(guān)好機(jī)床防護(hù)門。

3)工作過(guò)程中的安全注意事項(xiàng)

(1)禁止用手接觸刀尖和鐵屑，鐵屑必須要用鐵鉤子或毛刷來(lái)清理。

(2)禁止用手或其他任何方式接觸正在旋轉(zhuǎn)的主軸、工件或其他運(yùn)動(dòng)部位。

(3)禁止加工過(guò)程中測(cè)量工件尺寸，更不能用棉絲擦拭工件，也不能清掃機(jī)床。

(4)機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)中，操作者不得離開崗位，機(jī)床發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象應(yīng)立即停車。

(5)在加工過(guò)程中，不允許打開機(jī)床防護(hù)門。

(6)手動(dòng)原點(diǎn)回歸時(shí)，注意機(jī)床各軸位置要距離原點(diǎn)100mm以上，機(jī)床原點(diǎn)回歸順序

為：首先+X軸，其次+Z軸。

(7)使用手輪或快速移動(dòng)方式移動(dòng)各軸位置時(shí)，一定要看清機(jī)床X、Z軸各方向“+”

號(hào)標(biāo)牌后再移動(dòng)。移動(dòng)時(shí)先慢轉(zhuǎn)手輪，觀察機(jī)床移動(dòng)方向無(wú)誤后方可加快移動(dòng)速

度。

(8)學(xué)生編完程序或?qū)⒊绦蜉斎霗C(jī)床后，須先進(jìn)行圖形模擬，準(zhǔn)確無(wú)誤后再進(jìn)行機(jī)床

試運(yùn)行，并且刀具應(yīng)離開工件端面200mm以上。

(9)對(duì)刀應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤，刀具補(bǔ)償號(hào)應(yīng)與程序調(diào)用刀具號(hào)符合。

(10)站立位置應(yīng)合適，啟動(dòng)程序時(shí)，右手做按停止按鈕準(zhǔn)備，程序在運(yùn)行時(shí)手不能離

開停止按鈕，如有緊急情況立即按下停止按鈕。

(11)加工過(guò)程中認(rèn)真觀察切削及冷卻狀況，確保機(jī)床、刀具的正常運(yùn)行及工件的質(zhì)

量。并關(guān)閉防護(hù)門以免鐵屑、潤(rùn)滑油飛出。

(12)在程序運(yùn)行中須暫停測(cè)量工件尺寸時(shí)，要待機(jī)床完全停止、主軸停轉(zhuǎn)后方可進(jìn)行

測(cè)量，以免發(fā)生人身事故。

4)工作完成后的注意事項(xiàng)

(1)清除切屑，擦拭機(jī)床，使機(jī)床與環(huán)境保持清潔狀態(tài)。

(2)檢查或更換磨損壞了的機(jī)床導(dǎo)軌上的油擦板。

（3）檢查潤(rùn)滑油、冷卻液的狀態(tài)，及時(shí)添加或更換。

（4）依次關(guān)掉機(jī)床操作面板上的電源和總電源。

5）數(shù)控機(jī)床的維護(hù)

數(shù)控機(jī)床的維護(hù)如表1-2所示。

表1-2數(shù)控機(jī)床的維護(hù)

定期保養(yǎng)的內(nèi)容和要求

日常保養(yǎng)內(nèi)容和要求

保養(yǎng)部位內(nèi)容和要求

1.外觀保養(yǎng)清除各部件切屑、油垢，做到無(wú)死角，保持

外觀部分

①擦清機(jī)床表面，下班后將所有的加內(nèi)外清潔，無(wú)銹蝕

工面抹上機(jī)油防銹①消洗濾油器、油管暢通、油窗明亮

②清除切屑（內(nèi)、外）液壓及切②液壓站無(wú)油垢、灰塵

③檢查和味內(nèi)外有無(wú)磕、碰、拉傷現(xiàn)象削油箱③切削液箱內(nèi)加5~10mL防腐劑（夏天

2.主軸部分10mL,其他季節(jié)5?6m1）

主軸運(yùn)轉(zhuǎn)情況①卸下刀架尾座的擋屑板，清洗

3.潤(rùn)滑部分機(jī)床本體②掃清清屑器上的殘余鐵屑，每3?6個(gè)月

①各潤(rùn)滑油箱的油量及清屑器清掃機(jī)床內(nèi)部一次

②各手動(dòng)加油點(diǎn)、按規(guī)定加油，并旋③掃清回轉(zhuǎn)裝刀架上的全部鐵屑

轉(zhuǎn)濾油器①各潤(rùn)滑油管要暢通無(wú)阻

4.尾座部分（車床）②各潤(rùn)滑點(diǎn)加油，并檢查油箱內(nèi)有無(wú)沉

①每周一次，移動(dòng)尾座清理底面、導(dǎo)軌淀物

潤(rùn)滑部分

②每周一次拿下頂尖清理③試驗(yàn)自動(dòng)加油器的可靠性

5.電氣部分④每月用紗布擦拭讀帶機(jī)各部位，每半年

①檢查三色燈、開關(guān)對(duì)各運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)至少潤(rùn)滑一次

②檢查操縱板上各部分位置①對(duì)電機(jī)炭刷每年要檢查一次（維修電工負(fù)

6.其他部分責(zé)），如果不合要求，應(yīng)立即更換

①液壓系統(tǒng)無(wú)滴油、發(fā)熱現(xiàn)象②熱交換器每年至少檢查清理一次

電氣部分

②切削液系統(tǒng)工作正常③擦拭電器箱內(nèi)外清潔無(wú)油垢、無(wú)灰塵

③清理機(jī)床周圍，達(dá)到清潔④各接觸點(diǎn)良好，不漏電

④認(rèn)真填寫好交接班記錄及其他記錄⑤各開關(guān)按鈕靈敏、可靠

項(xiàng)目1.2數(shù)控刀具

【學(xué)習(xí)目的】

數(shù)控機(jī)床必須有與其相適應(yīng)的切削刀具配合，才能充分發(fā)揮作

拓展閱讀1-1工程

用。刀具，尤其是刀片的選擇是保證加工質(zhì)量、提高加工效率的重要

圖識(shí)讀與產(chǎn)品檢測(cè)

環(huán)節(jié)。

學(xué)習(xí)本項(xiàng)目主要目的是了解數(shù)控刀具的材料及選用、數(shù)控刀具角度以及常見(jiàn)刀具結(jié)

構(gòu)，了解數(shù)控車刀的用途和選用方法，了解數(shù)控鐵刀的用途和選用方法。

【任務(wù)列表】

任務(wù)序號(hào)任務(wù)名稱知識(shí)與能力目標(biāo)

①對(duì)刀具材料的基本要求

1.2.1刀具材料及其選用②常用刀具材料

③其他刀具材料簡(jiǎn)介

①了解數(shù)控刀具的種類及用途

②掌握數(shù)控刀具選用方法

1.2.2數(shù)控刀具

③了解刀具各角度及其作用

④掌握數(shù)控銃刀工具系統(tǒng)及刀柄安裝

【任務(wù)實(shí)施】

任務(wù)1.2.1刀具材料及其選用

刀具材料主要指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的優(yōu)劣，直接影響著生產(chǎn)效率、

加工質(zhì)量和生產(chǎn)成本。而刀具的切削性能，首先取決于切削部分的材料；其次是幾何形狀

及刀具結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)是否合理。

1.對(duì)刀具材料的基本要求

在切削過(guò)程中，刀具切削部分不僅要承受很大的切削力，而且要承受切屑變形和摩擦

產(chǎn)生的高溫，要保持刀具的切削能力，刀具應(yīng)具備以下切削性能。

(1)高的硬度和耐磨性。

刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。常溫下一般應(yīng)在60HRC以上。一般說(shuō)

來(lái)，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。

(2)足夠的強(qiáng)度和韌性。

刀具切削部分要承受很大的切削力和沖擊力。因此，刀具材料必須要有足夠的強(qiáng)度和

韌性。

(3)良好的耐熱性和導(dǎo)熱性。

刀具材料的耐熱性是指在高溫下仍能保持其硬度和強(qiáng)度，耐熱性越好，刀具材料在高

溫時(shí)抗塑性變形的能力、抗磨損的能力也越強(qiáng)。刀具材料的導(dǎo)熱性越好，切削時(shí)產(chǎn)生的熱

量越容易傳導(dǎo)出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具磨損。

(4)良好的工藝性。

為便于制造，要求刀具材料具有良好的可加工性，包括熱加工性能(熱塑性、可焊性、

淬透性)和機(jī)械加工性能。

(5)良好的經(jīng)濟(jì)性。

2.常用刀具材料

刀具材料的種類很多，常用的有工具鋼(包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼)、硬

質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化硼等。

碳素工具鋼和合金工具鋼，因耐熱性很差，只宜作手工刀具。

陶瓷、金剛石和立方氮化硼，由于質(zhì)脆、工藝性差及價(jià)格昂貴等原因，僅在較小的范

圍內(nèi)使用。

目前最常用的刀具材料是高速鋼和硬質(zhì)合金。

1)高速鋼

高速鋼是在合金工具鋼中加入較多的鋁、鑰、銘、車凡等合金元素的高合金工具鋼。它

具有較高的強(qiáng)度、韌性和耐熱性，是目前應(yīng)用最廣泛的刀具材料。因刃磨時(shí)易獲得鋒利的

刃口，又稱其為“鋒鋼”.

高速鋼按用途不同，可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。

(1)普通高速鋼。普通高速鋼具有一定的硬度(62?67HRC)和耐磨性、較高的強(qiáng)度和韌

性，切削鋼料時(shí)切削速度一般不高于50?60m/min,不適合高速切削和硬材料的切削。常

用牌號(hào)有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2?

(2)高性能高速鋼。在普通高速鋼中增加碳、鋼的含量或加入一些其他合金元素而得

到耐熱性、耐磨性更高的新鋼種。但這類鋼的綜合性能不如普通高速鋼。常用牌號(hào)有

9W18Cr4V、9W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V3等。

2)硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是由硬度和熔點(diǎn)都很高的碳化物，用Co、Mo、Ni作黏結(jié)劑燒結(jié)而成的粉末

冶金制品。其常溫硬度可達(dá)78-82HRC,能耐850?1000℃的高溫，切削速度可比高速鋼

高4?10倍。但其沖擊韌性與抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)比高速鋼差，因此很少做成整體式刀具。實(shí)際使

用中，常將硬質(zhì)合金刀片焊接或用機(jī)械夾固的方式固定在刀體上。

我國(guó)目前生產(chǎn)的硬質(zhì)合金主要分為以下三類。

(1)K類(YG)。

即鴇鉆類，由碳化鴇和鉆組成。這類硬質(zhì)合金韌性較好，但硬度和耐磨性較差，適用

于加工鑄鐵、青銅等脆性材料。常用的牌號(hào)有YG8、YG6、YG3,它們制造的刀具依次適

用于粗加工、半精加工和精加工。數(shù)字表示Co含量的百分?jǐn)?shù)，YG6即含Co為6%,含

C。越多韌性越好。

(2)P類(YT)。

即鴇鉆鈦類，由碳化鴇、碳化鈦和鉆組成。這類硬質(zhì)合金耐熱性和耐磨性較好，但抗

沖擊韌性較差，適用于加工鋼料等韌性材料。常用的牌號(hào)有YT5、YT15、YT30等，其

中的數(shù)字表示碳化鈦含量的百分?jǐn)?shù)，碳化鈦的含量越高，則耐磨性越好、韌性越低。這三

種牌號(hào)的硬質(zhì)合金刀具分別適用于粗加工、半精加工和精加工。

(3)M類(YW)。

即鴇鉆鈦鋁鈍類。由在鴇鉆鈦類硬質(zhì)合金中加入少量的稀有金屬碳化物(TaC或NbC)

組成。它具有前兩類硬質(zhì)合金的優(yōu)點(diǎn)，用其制造的刀具既能加工脆性材料，又能加工韌性材

料。同時(shí)還能加工高溫合金、耐熱合金及合金鑄鐵等難加工材料。常用牌號(hào)有YW1、YW2o

3.其他刀具材料簡(jiǎn)介

I)涂層硬質(zhì)合金

這種材料是在韌性、強(qiáng)度較好的硬質(zhì)合金基體上或高速鋼基體上，采用化學(xué)氣相沉積

(CVD)法或物理氣相沉積(PVD)法涂覆一層極薄硬質(zhì)和耐磨性極高的難熔金屬化合物而得到

的刀具材料。通過(guò)這種方法，使刀具既具有基體材料的強(qiáng)度和韌性，又具有很高的耐磨性。

常用的涂層材料有TiC、TiN、AI2O3等。TiC的韌性和耐磨性好；TiN的抗氧化、抗

黏結(jié)性好；AbCh的耐熱性好。使用時(shí)可根據(jù)不同的需要選擇涂層材料。

2）陶瓷

陶瓷的主要成分是A12O3,刀片硬度可達(dá)78HRC以上，能耐1200?1450℃的高溫，

故能承受較高的切削速度。但抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差、易崩刃.主要用于鋼、鑄鐵、高

硬度材料及高精度零件的精加工。

3）金剛石

金剛石分人造和天然兩種，做切削刀具的大多數(shù)是人造金剛石，其硬度極高，可達(dá)

10000HV（硬質(zhì)合金僅為1300?1800HV）。其耐磨性是硬質(zhì)合金的80?120倍。但韌性差，

對(duì)鐵族材料親和力大。因此，一般不宜加工黑色金屬，主要用于硬質(zhì)合金、玻璃纖維塑

料、硬橡膠、石墨、陶瓷、有色金屬等材料的高速精加工。

4）氮化硼（CNB）

這是人工合成的超硬刀具材料，其硬度可達(dá)7300~9000HV,僅次于金剛石的硬度。

但熱穩(wěn)定性好，可耐1300?1500℃高溫，與鐵族材料親和力小，但強(qiáng)度低、焊接性差。目

前主要用于加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金和一些難加工材料。

刀具材料的選用應(yīng)對(duì)使用性能、工藝性能、價(jià)格等因素進(jìn)行綜合考慮，做到合理

選用。

例如，車削加工45鋼自由鍛齒輪毛坯時(shí)，由于工件表面不規(guī)則且有氧化皮，切削時(shí)

沖擊力大，選用韌性好的K類（鴇鉆類）就比P類（鴇鉆鈦類）有利。

又如，車削較短鋼料螺紋時(shí)，按理要用YT,但由于車刀在工件切入處要受沖擊，容

易崩刃，所以一般采用YG比較有利。雖然它的熱硬性不如YT,但工件短，散熱容易，

熱硬性就不是主要矛盾了。

任務(wù)1.2.2數(shù)控刀具

1.可轉(zhuǎn)位車刀

數(shù)控車床一般使用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，如圖所示。

圖1-11機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具結(jié)構(gòu)與實(shí)物

可轉(zhuǎn)位刀具是將預(yù)先加工好并帶有若干個(gè)切削刃的多邊形刀片，用機(jī)械夾固的方法夾

緊在刀體上的一種刀具。當(dāng)使用過(guò)程中一個(gè)切削刃磨鈍后，只要將刀片的夾緊松開，轉(zhuǎn)位

或更換刀片，使新的切削刃進(jìn)入工作位置，再經(jīng)夾緊就可以繼續(xù)使用。

機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具的刀片和刀體都有標(biāo)準(zhǔn)，刀片材料采用硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金以及

高速鋼。

數(shù)控車床機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具類型有外圓刀具、外螺紋刀具、內(nèi)圓刀具、內(nèi)螺紋刀具、切

斷刀具、孔加工刀具(包括中心孔鉆頭、鑲刀、絲錐等)。

可轉(zhuǎn)位刀具一般由刀片、刀墊、夾緊元件和刀體組成，如圖1-11所示。

其中各部分的作用如下。

(1)刀片：承擔(dān)切削，形成被加工表面。

(2)刀墊：保護(hù)刀體，確定刀片(切削刃)位置。

(3)夾緊元件：夾緊刀片和刀墊。

(4)刀體：刀體及(或)刀墊的載體，承擔(dān)和傳遞切削力及切削扭矩，實(shí)現(xiàn)刀片與機(jī)床的

連接。

2.可轉(zhuǎn)位銃刀

1)可轉(zhuǎn)位銃刀類型

(1)可轉(zhuǎn)位面銃刀：主要用于加工較大平面，主要有平面粗銃刀、平面精銃刀、平面

粗精復(fù)合銃刀三種。

(2)可轉(zhuǎn)位立銃刀：主要用于加工凸臺(tái)、凹槽、小平面、曲面等。主要有立銃刀、孔

槽銃刀、球頭立銃刀、R立銃刀、T形槽銃刀、倒角銃刀、螺旋立銃刀、套式螺旋立銃刀等。

(3)可轉(zhuǎn)位槽銃刀：主要有三面刃銃刀、兩面刃銃刀、精切槽銃刀。

(4)可轉(zhuǎn)位專用銃刀：用于加工某些特定零件，其形式和尺寸取決于所用機(jī)床和零件

的加工要求。

2)可轉(zhuǎn)位銃刀角度的選擇

(1)主偏角：可轉(zhuǎn)位銃刀的主偏角有90°、88°、75°、70°、60°、45°等幾種。

(2)前角：銃刀的前角可分解為徑向前角和軸向前角。

常用的前角組合形式為雙負(fù)前角、雙正前角、正負(fù)前角(軸向正前角、徑向負(fù)前角)

三種。

3)可轉(zhuǎn)位銃刀直徑的選擇

(1)面銃刀直徑選擇。主要是根據(jù)工件寬度選擇，同時(shí)要考慮機(jī)床的功率、刀具的位

置和刀齒與工件接觸形式等，也可將機(jī)床主軸直徑作為選取的依據(jù)，面銃刀直徑可按

0=1.5"(d為主軸直徑)選取。一般來(lái)說(shuō)，面銃刀的直徑應(yīng)比切寬大20%?50%。

(2)銃刀直徑選擇。主要考慮工件加工尺寸的要求，并保證刀具所需功率在機(jī)床額定

功率范圍以內(nèi)。如系小直徑立銃刀，則應(yīng)主要考慮機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速能否達(dá)到刀具的最低切

削速度要求。面銃刀的直徑應(yīng)比切寬大20%?50%,且兩次走刀銃削平面，軌跡之間須有

重疊部分，如圖1-12所示。

4)刀片牌號(hào)和斷屑槽形的選擇

(1)一般用戶選用可轉(zhuǎn)位銃刀時(shí)，均由刀具制造廠根據(jù)用戶加工的材料及加工條件配

備相應(yīng)牌號(hào)的硬質(zhì)合金刀片。

P類合金(含金屬陶瓷)：POLP05、PIO、P15、P20、P25、P30、P40、P50。

M類合金：MIO、M20、M30、M40。

K類合金：KOKK1O、K20、K3O、K40。

圖1-12可轉(zhuǎn)位銃刀直徑的選擇

圖1-13斷屑槽形的選擇

3.工具系統(tǒng)

1）分類

工具系統(tǒng)分類如圖1-14所示。

圖1-14工具系統(tǒng)分類

工具系統(tǒng)是針對(duì)數(shù)控機(jī)床要求與之配套的刀具必須可快換和高效切削而發(fā)展起來(lái)的，

是刀具與機(jī)床的接口。

模塊式刀柄通過(guò)將基本刀柄、接桿和加長(zhǎng)桿（如需要）進(jìn)行組合，可以用很少的組件組

裝成多種類的刀柄。

整體式刀柄用于刀具裝配中裝夾不改變或不宜使用模塊式刀柄的場(chǎng)合。

2)工具系統(tǒng)型號(hào)表示方法

工具系統(tǒng)型號(hào)表示方法如圖1-15所示。

JT(BT)40-XS16-75

123

圖1-15工具系統(tǒng)型號(hào)表示方法

(1)柄部形式及尺寸。

JT：表示采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO7388號(hào)加工中心機(jī)床用錐柄柄部。

BT：表示采用日本標(biāo)準(zhǔn)MAS403號(hào)加工中心機(jī)床用錐柄柄部，其后數(shù)字為相應(yīng)的ISO

錐度號(hào)：如50和40分別代表大端直徑69.85和44.45的7：24錐度。

(2)刀柄用途及主參數(shù)。

XD-裝三面銃刀刀柄；MW一無(wú)扁尾氏錐柄刀柄；XS一裝三面刃銃刀刀柄；M一有

扁尾氏錐柄刀柄；Z(J)一裝鉆夾頭刀柄(賈式錐度加J)；P一裝削平柄銃刀刀柄。

(3)拉釘。

拉釘是帶螺紋的零件，常固定在各種工具柄的尾端。機(jī)床主軸內(nèi)的拉緊機(jī)構(gòu)借助它把

刀柄拉緊在主軸中。數(shù)控機(jī)床刀柄有不同的標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)床刀柄拉緊機(jī)構(gòu)也不統(tǒng)一，故拉釘有

多種型號(hào)和規(guī)格，如圖1-16所示。

注意：如果拉釘選擇不當(dāng)，裝在刀柄上使用可能會(huì)造成事故。

^5^

⑻DINA型拉釘(b)DINB型拉釘(c)MASBT的拉釘

圖1-16拉釘

4.常用刀柄使用方法

常見(jiàn)的彈簧夾頭刀柄使用的準(zhǔn)備工具見(jiàn)圖1-17,應(yīng)用過(guò)程見(jiàn)圖1-18。

圖1-17準(zhǔn)備工具

①將刀柄放入卸刀座并鎖緊②根據(jù)刀具直徑選取合適的卡贊③將卡贊裝入鎖緊螺母內(nèi)

④將銃刀裝入K簧孔內(nèi)⑤用扳手將鎖緊螺母鎖緊⑥將刀柄裝上主軸

圖1-18常用刀柄使用方法

①將刀柄放入卸刀座并鎖緊。

②根據(jù)刀具直徑選取合適的卡簧，清潔工作表面。

③將卡簧裝入鎖緊螺母內(nèi)。

④將銃刀裝入卡簧孔內(nèi)，并根據(jù)加工深度控制刀具懸伸長(zhǎng)度。

⑤用扳手將鎖緊螺母鎖緊。

⑥檢查，將刀柄裝上主軸。

項(xiàng)目1.3坐標(biāo)系統(tǒng)

【學(xué)習(xí)目的】

學(xué)習(xí)本項(xiàng)目主要目的是了解數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的作用、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系確定原則、坐標(biāo)

軸運(yùn)動(dòng)方向的確定、機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的關(guān)系。

【任務(wù)列表】

任務(wù)序號(hào)任務(wù)名稱知識(shí)與能力目標(biāo)

①機(jī)床原點(diǎn)、參考點(diǎn)及機(jī)床坐標(biāo)系

②工件坐標(biāo)系和工件原點(diǎn)

1.3.1數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)定義

③刀具運(yùn)動(dòng)原則

④參考點(diǎn)

①數(shù)控車床的原點(diǎn)

②數(shù)控車床的參考點(diǎn)

車床坐標(biāo)系的設(shè)定

1.3.2③編程坐標(biāo)系

④坐標(biāo)設(shè)置指令

①數(shù)控銃床的原點(diǎn)

②數(shù)控銃床的參考點(diǎn)

1.3.3銃床坐標(biāo)系的設(shè)定

③編程坐標(biāo)系

④坐標(biāo)設(shè)置指令

【任務(wù)實(shí)施】

任務(wù)131數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)定義

1.坐標(biāo)定義

數(shù)控機(jī)床是依據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)確定其刀具運(yùn)動(dòng)的路徑，因此坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的程序

設(shè)計(jì)極為重要。

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系是為了確定工件在機(jī)床中的位置、機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件特殊位置及運(yùn)動(dòng)范

圍，即描述機(jī)床運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息而建立的幾何坐標(biāo)系。通過(guò)機(jī)床坐標(biāo)系的建立，可確

定機(jī)床位置關(guān)系，獲得所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系確定原則

1）刀具相對(duì)靜止工件而運(yùn)動(dòng)的原則

假設(shè)：工件固定，刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)。這一原則使編程人員能在不知道是刀具移近工

件還是工件移近刀具的情況下，就能根據(jù)零件圖樣確定機(jī)床的加工過(guò)程。當(dāng)工件運(yùn)動(dòng)時(shí)，

在坐標(biāo)軸符號(hào)上加“'”表示。

2）標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系（機(jī)床坐標(biāo)系）的規(guī)定

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系采用笛卡兒坐標(biāo)系。為使編程方便，對(duì)坐標(biāo)軸的名稱和正負(fù)方向都

有統(tǒng)一規(guī)定，符合右手法則。無(wú)論哪一種數(shù)控機(jī)床都規(guī)定Z軸作為平行于主軸中心線的坐

標(biāo)軸。

大拇指指向表示X軸，食指指向表示，軸，中指指向表示Z軸，且手指頭所指的方向

為正方向。

X、八z軸向用于線性移動(dòng)軸；另外定義三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，繞x軸旋轉(zhuǎn)者稱為A軸，繞y

軸旋轉(zhuǎn)者稱為8軸，繞Z軸旋轉(zhuǎn)者稱為C軸。

三旋轉(zhuǎn)軸的正方向皆定義為順著移動(dòng)軸正方向看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為

負(fù)，如圖1-19所示。

3）ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

（1）不論何種機(jī)床，其具體結(jié)構(gòu)一律看作工件相對(duì)靜止，刀具運(yùn)動(dòng)。

（2）機(jī)床的直線坐標(biāo)軸X、KZ的判定順序是：先Z軸，再X軸，最后按右手定則判

定y軸。

（3）增大工件與刀具之間距離的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸正方向.

+(48、

右手直角

圖1-19標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的規(guī)定

3.坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)方向的確定

1）X、KZ坐標(biāo)軸與正方向的確定

（1）Z坐標(biāo)軸。

Z坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)由傳遞切削力的主軸決定，與主軸平行的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)軸為Z坐標(biāo)軸，其

正方向?yàn)樵黾拥毒吆凸ぜg距離的方向；若機(jī)床沒(méi)有主軸（刨床），則z坐標(biāo)軸垂直于工

件裝夾面；若機(jī)床有幾個(gè)主軸，可選擇一個(gè)垂直于工件裝夾面的主要軸為主軸，并以它確

定Z坐標(biāo)軸。