NX CAM初级编程实践教程

杜纬 · 发表于 2013-11-5 18:18

重点指数；
★★★★★
基本信息
书名：NX CAM初级编程实践教程
ISBN：978-7-302-33217-6
作者：唐秀梅主编
   李海泳  杨涧石张军杨楠编著
青华科技技术审校
出版日期：2013.10
版次：1-1
定价：46.00
读者定位：机械、机电、数控、编程专业
陈列建议：计算机/机械
内容提要
　　本书综合了数控工艺、数控编程和铣操作技术，以NX 7.5 CAM为基础，系统地介绍了NX 7.5 CAM模块的功能和使用方法。本书是编者根据多年的应用和实践经验编写而成，目的是培养具有现代先进制造技能的职业技术人才，满足中国制造业对职业技术人才的需要。
　　本书主要讲解了数控编程基础、NX CAM基础、NX CAM加工、非切削运动、平面铣加工、面铣加工、型腔铣加工、插铣加工、等高轮廓铣加工、点位加工、数控车削加工、固定轴曲面轮廓铣和后置处理等内容。
　　在随书附带的光盘中，包含了各章相关实例的部件文件和视频文件，以帮助读者更好地掌握CAM技能。读者可到本书支流社区www.uggd.com下载相关资源，该社区将对本书技术疑难问题提供在线解答。
　　本书内容翔实，通俗易懂，非常适合初学NX CAM的各类人员，可作为机械、机电专业教材，也可供具有一定相关基础知识的人员自学参考。
编辑推荐
　　本书作者具有丰富的工程实践经验，在写作过程中把多年应用NX CAM数控加工编程的实际应用经验与心得体会融入到了本书的各个章节，并对书中操作实例专门制作了20多个语音视频录像，为读者熟练掌握编程操作提供有声帮助。读者还可到本书交流社区www.uggd.com下载相关资源，该社区将对本书技术疑难问题提供在线解答。
　　　
推荐语
　　（１）本书实用性较强，书中案例与工作实践紧密结合，能满足读者学完就能上手工作的基本需求。
　　（2）本书是Siemens PLM Software公司强力推荐教材，也是其官方指定用户培训教程。
　　（3）全书录制语音视频录像，为读者学习提供有声帮助，读者只要按光盘中的视频及书中的步骤做成、做会、做熟，再举一反三，就能扎扎实实掌握NX CAＭ数控编程技术的实际应用。
作者介绍
唐秀梅：中航工业黎明公司首席技术专家，研究员级高级工程师，有丰富的NX CAM数控编程项目实践经验。
李海泳：中航工业黎明高级工程师，曾经出版《ug NX数控加工技术》、《UG NX4 CAM实用教程》等书。
前言
　　本书是基于Siemens PLM Software公司发行的NX 7.5 CAM软件所编写的数控加工实践教程， Siemens PLM Software是全球领先的产品生命周期管理（PLM）软件与服务提供商，在全世界有51 000个客户，装机量460万套，总部位于美国德克萨斯州的普莱诺市。Siemens PLM Software的开放式企业解决方案可以帮助企业及其合作伙伴通过全球化创新网络进行协作，以提供世界级的产品和服务。
基本内容
　　本书作为数字化工程与制造（CAD/CAM）实践的入门教程，由浅入深地向读者介绍数控加工技术所涉及的数控工艺、数控编程和操作，系统地介绍NX CAM环境界面、基本操作、参数设置、铣加工操作、钻孔操作、车加工等NX CAM操作，应用POST Builder实现典型数控机床的后置处理等内容。
主要特色
本书从使用者的角度出发，通过实例详细地介绍CAM数控编程的各种功能及如何简单方便地使用其解决实际问题。全书内容全面、循序渐进，以图文对照的方式进行编写，通俗易懂。读者通过教程中实例的操作步骤了解所讲的内容，学会操作，达到举一反三。
中航工业发动机公司有关工程技术人员在使用NX CAM的实践中总结了宝贵的经验，本书是基于这些经验编写的，编者是实施项目成员和具有丰富应用实践经验的工程技术人员。本书作者在写作过程中参考了大量相关手册和资料，总结运用了NX CAM数控加工编程的实际应用经验，使读者清晰了解学习NX CAM的思路和应用技巧，更重要的是使读者能借鉴成功运用Siemens PLM Software公司软件实施数字化制造的经验。
本书配有多媒体光盘进行同步视频操作示范，读者只要按光盘中的视频及教材中的步骤做成、做会、做熟，再举一反三，就能熟练掌握并应用NX CAM数控编程技术。
本书光盘
　　为方便读者学习与提高自身学习能力，本书对大多数操作实例，专门制作了20多个语音视频录像，为读者熟练掌握编程操作提供有声帮助，本书附带操作实例和练习实例的原文件素材，读者在学习过程中必须将光盘CAM TRAINING文件夹所有子文件夹复制到本地文件夹方可参照练习。即读者在学习过程中必须将光盘CAM TRAINING目录以及所有文件复制到X:\CAM TRAINING文件夹参照练习。X:为本地计算机盘符，比如D盘，书中提及的素材以及实例路径均指本地磁盘。
读者对象
　　本书内容全面，循序渐进，以图文对照方式进行编写，通俗易懂，是Siemens PLM Software公司官方指定用户培训教程，可作为在校机械、机电专业的大学或高职的学生教材，也可作为具有一定基础知识的人员自学参考书。
技术服务
　　读者可在本书的交流社区 www.uggd.com（模具联盟网）找到本书的相关资源：勘误表、更新、训练、下载及其他相关信息。该社区将对本书的技术疑难问题提供在线解答。读者也可发送E-mail至ll301@163.com与编者交流探讨。
项目团队
　　本书由中航工业发动机公司首席技术专家唐秀梅主编，中航工业黎明杨涧石、张军、杨楠、赵辞、范吉平、刘德生、俸跃伟、李丹、李家永等参与具体章节的编写，最后由中航工业黎明李海泳统稿。在编写过程中，青华科技孙权、Siemens PLM Software公司刘其荣、梁吉元、郭涛、刘明孝，北京航天新风机械曹彦生等同仁在本书编写过程中给予技术支持与帮助，是大家的共同努力完成了这本书。向所有支持、期待这本书的各位读者献上最诚挚的感谢！
　　尽管本书是我们多年工作的总结，但疏漏在所难免，恳请广大读者批评指正，提出宝贵意见，以利我们今后改进。
　　
目录
第1章　数控编程基础 1
1.1　数控技术简介 1
1.1.1　数控技术 1
1.1.2　数控加工的特点 2
1.2　数控加工工艺简介 3
1.2.1　数控加工工艺的特点 3
1.2.2　数控加工工艺方案设计 4
1.2.3　零件数控加工工艺分析 7
1.2.4　加工阶段的划分 9
1.2.5　划分加工阶段的原因 10
1.2.6　数控加工工序规划 10
1.2.7　数控机床的选择 12
1.2.8　量具的选择 13
1.2.9　数控加工刀具的选择 13
1.2.10　夹具和装夹方式的选择 16
1.2.11　切削用量的选择 18
1.3　数控程序编程基础 20
1.3.1　数控程序编制方法 20
1.3.2　数控程序的特点 21
1.3.3　数控编程的主要工作程序 21
1.3.4　数控编程的基本概念 24
1.4　数控铣加工编程基础 27
1.4.1　数控铣加工基础知识 27
1.4.2　数控铣加工程序的结构和常用代码 33
1.4.3　实例：数控铣加工程序 35
1.5　数控车加工编程基础 37
1.5.1　数控车加工编程原理 37
1.5.2　数控车加工程序的结构和常用代码 41
1.5.3　实例：数控车加工程序 42
1.6　注意事项 44
1.7　本章小结 45
1.8　思考与练习 45
第2章　NX CAM基础 47
2.1　NX CAM概述 47
2.1.1　CAM定义 47
2.1.2　CAM作用 47
2.1.3　NX CAM与NX CAD之间的关系 48
2.1.4　NX CAM应用领域 49
2.2　NX CAM加工类型 49
2.2.1　NX孔加工 49
2.2.2　NX车加工 50
2.2.3　NX铣加工 50
2.2.4　NX线切割加工 52
2.3　NX CAM加工环境 52
2.3.1　NX CAM加工环境介绍 52
2.3.2　“加工环境”对话框 52
2.4　NX CAM用户界面 53
2.4.1　菜单（Menu） 53
2.4.2　工具条（Toolbars） 54
2.4.3　弹出菜单 56
2.4.4　操作导航工具 56
2.5　NX CAM加工过程 59
2.6　NX CAM对象管理 61
2.6.1　CAM变换对象 61
2.6.2　定制操作对话框 62
2.6.3　定制加工模板 63
2.7　NX刀具路径管理 65
2.7.1　生成刀具路径 65
2.7.2　删除刀具路径 66
2.7.3　重显刀具路径 66
2.7.4　列出刀具路径信息 66
2.7.5　模拟刀具路径 67
2.7.6　编辑刀具路径 70
2.7.7　过切检查刀具路径 72
2.7.8　输出刀具路径 72
2.7.9　用NX/Post进行后置处理 73
2.7.10　车间工艺文档 73
2.8　定制加工环境 74
2.8.1　加工首选项 74
2.8.2　CAM定制 75
2.8.3　定制加工环境配置文件 75
2.9　NX库 78
2.9.1　NX 库概述 78
2.9.2　刀具库 78
2.9.3　机床库 79
2.9.4　切削参数库 79
2.9.5　使用库 81
2.9.6　定制库 81
2.10　本章小结 82
2.11　思考与练习 82
第3章　NX CAM加工 83
3.1　加工铣削 83
3.1.1　加工铣削概述 83
3.1.2　铣削操作子类型 84
3.1.3　铣削几何体 86
3.1.4　铣削刀具 91
3.1.5　铣削加工方法 97
3.1.6　切削模式 98
3.1.7　切削步距（Stepover） 100
3.1.8　机床控制（Machine Control) 101
3.2　加工车削 104
3.2.1　车削概述 104
3.2.2　加工刀具 105
3.2.3　加工几何体 107
3.2.4　加工方法 107
3.3　本章小结 108
3.4　思考与练习 108
第4章　非切削移动 109
4.1　非切削移动概述 109
4.2　铣加工非切削移动（平面铣操作） 110
4.2.1　平面铣操作进刀 111
4.2.2　平面铣操作退刀 113
4.2.3　起点/钻点（Start/Drill Points） 115
4.2.4　传递/快速（Transfer/Rapid） 117
4.2.5　避让（Avoidance） 117
4.2.6　更多 118
4.3　铣加工非切削移动选项（轮廓铣操作） 119
4.3.1　轮廓铣操作进刀 119
4.3.2　轮廓铣操作退刀 122
4.3.3　传递/快速（Transfer/Rapid） 123
4.3.4　避让（Avoidance） 124
4.3.5　更多（More） 124
4.4　车削非切削移动 124
4.5　本章小结 125
4.6　思考与练习 125
第5章　平面铣加工（Planar Milling） 126
5.1　平面铣加工介绍 126
5.2　平面铣加工步骤 126
5.3　加工几何 127
5.3.1　零件几何边界 127
5.3.2　毛坯几何边界 128
5.3.3　底平面 128
5.3.4　检查几何边界 128
5.3.5　修剪几何边界 129
5.4　创建边界几何对话框 129
5.4.1　边界几何对话框 129
5.4.2　实例：创建边界几何操作 131
5.5　切削参数（Cut Parameters） 133
5.6　切削层（Cut Levels） 135
5.7　输出接触跟踪数据 135
5.8　实例：平面铣加工操作 136
5.9　本章小结 140
5.10　思考与练习 141
第6章　面铣加工（Face Milling） 142
6.1　面铣加工介绍 142
6.2　面铣加工操作步骤 143
6.3　面铣加工几何体 143
6.3.1　零件几何体（Part Geometry） 143
6.3.2　面边界几何体（Face Geometry） 143
6.3.3　检查几何体（Check Geometry） 144
6.3.4　切削区域几何体（Cut Area Geometry） 144
6.3.5　侧壁几何体（Wall Geometry） 144
6.4　切削模式（Cut Method） 145
6.5　切削参数 146
6.5.1　毛坯距离（Blank Distance） 146
6.5.2　最终底面余量（Final Floor Stock） 146
6.5.3　每刀切削深度（Depth per Cut） 146
6.5.4　侧壁余量（Wall Stock） 147
6.5.5　附加路径（Additional Passes） 147
6.5.6　毛坯延展（Blank Overhang） 147
6.5.7　跨空区域（Across Voids） 147
6.5.8　延伸到部件轮廓（Extend to Part Outline） 148
6.5.9　合并距离（Merge Distance） 148
6.5.10　简化形状（Simplify Shapes） 148
6.6　实例：面铣加工操作 149
6.7　本章小结 153
6.8　思考与练习 154
第7章　型腔铣加工（Cavity Milling） 155
7.1　型腔铣加工介绍 155
7.2　型腔铣加工操作步骤 156
7.3　加工几何 156
7.3.1　零件几何（Part Geometry） 156
7.3.2　毛坯几何（Blank Geometry） 156
7.3.3　检查几何（Check Geometry） 157
7.3.4　切削区域（Cut Area） 157
7.3.5　修剪几何（Trim Geometry） 157
7.4　切削层（Cut Levels） 157
7.5　切削参数 160
7.5.1　工件底面余量（Part Floor Stock）和工件侧面余量
（Part Side Stock） 160
7.5.2　修剪方式（Trim By） 160
7.5.3　处理中的工件（In Process Workpiece） 160
7.5.4　使用刀具夹持器（Use Tool Holder） 162
7.5.5　报告最短刀具（Report Shortest Tool） 162
7.5.6　参考刀具（Reference Tool） 162
7.6　实例：型腔铣加工操作 162
7.7　本章小结 166
7.8　思考与练习 166
第8章　插铣加工（Plunge Milling） 168
8.1　插铣加工介绍 168
8.2　插铣加工操作步骤 169
8.3　插削层（Plunge Levels） 170
8.3.1　“插削层”对话框 170
8.3.2　切削区间类型（Range Type） 170
8.3.3　范围深度（Range Depth） 170
8.4　切削参数 170
8.4.1　切削方法（Cut Method） 170
8.4.2　步距（Stepover） 171
8.4.3　向前步长（Step Ahead） 171
8.4.4　向上步长（Step Up） 171
8.4.5　最大切削宽度（Max Cut Width） 171
8.4.6　点（Points） 171
8.4.7　进/退刀（Engage/Retract） 172
8.5　插铣粗加工 172
8.6　插铣精加工 173
8.7　插铣刀具 173
8.8　实例：插铣加工操作 173
8.9　本章小结 176
8.10　思考与练习 176
第9章　等高轮廓铣加工（Z-Level Milling） 178
9.1　等高轮廓铣加工介绍 178
9.2　等高轮廓铣操作步骤 179
9.3　加工几何 179
9.4　操作参数 180
9.4.1　陡峭角度（Steep Angle） 180
9.4.2　融合距离（Merge Distance） 181
9.4.3　最小切削长度（Minimum Cut Length） 181
9.4.4　切削方向（Cut Direction） 181
9.4.5　切削顺序（Cut Order） 181
9.4.6　删除边缘跟踪（Remove Edge Traces） 182
9.4.7　在边上延伸（Extend at Edges） 182
9.4.8　使用2D工件（Save 2D IPW） 183
9.4.9　层到层（Level to Level） 183
9.4.10　在层间切削（Cut Between Levels） 185
9.5　实例：等高轮廓铣加工操作 185
9.6　本章小结 188
9.7　思考与练习 189
第10章　点位加工 190
10.1　点位加工介绍 190
10.2　点位加工操作步骤 191
10.3　点位加工几何体 192
10.4　NX的各种循环 193
10.4.1　循环（Cycle） 193
10.4.2　循环参数组（Cycle Parameters Set） 194
10.4.3　循环参数（Cycle Parameters） 194
10.5　切削参数 196
10.5.1　最小安全距离（Minimum Clearance） 196
10.5.2　孔深度偏置（Depth Offset） 196
10.5.3　允许大号刀具（Allow Oversize Tool） 197
10.6　刀具轴设置 197
10.7　投影矢量 197
10.8　实例：点位加工操作 198
10.9　本章小结 203
10.10　思考与练习 203
第11章　数控车削加工 204
11.1　数控车削加工介绍 204
11.2　车削加工几何体 205
11.2.1　加工坐标系（MCS_SPINDLE） 205
11.2.2　工件（WORKPIECE） 206
11.2.3　车削工件（TURNING_WORKPIECE） 206
11.2.4　车削零件（TURNING_PART） 206
11.2.5　切削区域约束（Containment） 206
11.2.6　避让（Avoidance） 208
11.3　粗车操作 209
11.3.1　切削策略 209
11.3.2　走刀方向角 210
11.3.3　凹形区域加工方式 210
11.3.4　切削深度 211
11.3.5　光整表面 212
11.3.6　加工余量 213
11.3.7　实例：车加工操作（车端面） 213
11.3.8　实例：车加工操作（粗车外圆） 220
11.4　车槽操作 224
11.4.1　策略 224
11.4.2　切屑控制（Chip Control） 224
11.4.3　初始插削位置（First Plunge） 225
11.4.4　实例：车加工操作（车外圆槽） 225
11.5　精车操作 229
11.5.1　轮廓走刀策略（Profiling） 230
11.5.2　拐角加工方式（Conner） 230
11.5.3　实例：车加工操作（精车外圆） 231
11.6　本章小结 236
11.7　思考与练习 236
第12章　固定轴曲面轮廓铣（Fixed Contour Milling） 237
12.1　固定轴曲面轮廓铣加工介绍 238
12.2　固定轴曲面轮廓铣加工操作步骤 239
12.3　固定轴曲面轮廓铣加工几何 239
12.4　固定轴曲面轮廓铣操作类型 239
12.5　固定轴曲面轮廓铣驱动方法 240
12.5.1　驱动方法（Drive Method） 240
12.5.2　边界（Boundary）驱动 240
12.5.3　区域铣削（Area Milling）驱动 244
12.5.4　清根切削（Flow Cut）驱动 247
12.5.5　曲面区域驱动 253
12.5.6　曲线/点（Curves/Points）驱动 263
12.5.7　螺旋（Spiral）驱动 267
12.5.8　径向切削（Radial Cut）驱动 270
12.5.9　刀轨（Tool Path）驱动 273
12.5.10　刻字（Text）驱动 274
12.5.11　流线（Streamline）驱动 277
12.5.12　用户函数（User Function）驱动 283
12.6　固定轴曲面轮廓铣投影矢量（Projection Vector） 284
12.6.1　指定矢量（Specfiy Vector） 284
12.6.2　刀轴（Tool Axis） 284
12.7　固定轴曲面轮廓铣刀轴矢量（Tool Axis） 285
12.7.1　+ZM轴 285
12.7.2　指定矢量刀轴 285
12.8　本章小结 285
12.9　思考与练习 286
第13章　后置处理 287
13.1　NX后置处理 287
13.2　NX/Post Builder介绍 290
13.2.1　为创建后置收集数据 290
13.2.2　用NX/Post Builder创建一个后置处理器 292
13.3　NX/Post Builder参数定义 293
13.3.1　机床参数设置 293
13.3.2　程序和刀轨参数设置 294
13.3.3　NC数据定义 299
13.3.4　列表和输出控制（Output Settings） 302
13.3.5　文件预览 303
13.4　实例：NX/Post Builder后置处理操作 304
13.4.1　机床结构说明 304
13.4.2　机床控制系统 306
13.4.3　后置处理器生成的NC代码格式 306
13.5　使用后置处理器的注意事项 310
13.5.1　坐标系的设定 310
13.5.2　主轴转速、进给速度等参数的设定 311
13.6　本章小结 312
13.7　思考与练习 312
附录A　NX CAM术语中英文对照表 315
参考文献 321
致谢 322

篇章节选
　　　
第1章　数控编程基础
数控加工方案设计的过程和具体步骤
如何根据加工零件的结构特点选择数控设备和工艺装备
数控加工工艺路线设计的思路
数控加工阶段划分的原则
数控加工刀具和切削用量的选择方法，加工工艺参数的设置
数控程序的结构和常见指令
数控铣加工程序
数控车加工程序
了解数控技术和数控加工的特点，掌握数控加工工艺原理、数控编程基础知识、数控车加工编程基础和数控铣加工编程基础。
1.1　数控技术简介
1.1.1　数控技术
数控技术是当今世界制造业中的先进技术之一，它涉及计算机辅助设计和制造技术、计算机模拟及仿真加工技术、机床仿真及后置处理、机械加工工艺、装夹定位技术、夹具设计与制造技术、金属切削理论，以及毛坯制造技术等多方面的关键技术。数控技术的发展具有良好的社会和经济效益，对国家整个制造业的技术进步，提高制造业的市场竞争力有着重要的意义。
数控技术是用数字或数字信号构成的程序对设备的工作过程实现自动控制的一门技术，简称数控（Numerical Control，NC）。数控技术综合运用了微电子、计算机、自动控制、精密检测、机械设计和机械制造等技术的最新成果，通过程序来实现设备运动过程和先后顺序的自动控制，位移和相对坐标的自动控制，速度、转速及各种辅助功能的自动控制。
数控系统是指利用数控技术实现自动控制的系统，而数控机床则是采用数控系统进行自动控制的机床。其操作命令以数字或数字代码即指令的形式来描述，其工作过程按照指令的控制程序自动进行。
所谓数控加工，主要是指用记录在媒体上的数字信息对机床实施控制，使它自动地执行规定的加工任务。数控加工可以保证产品达到较高的加工精度和稳定的加工质量；操作过程容易实现自动化，生产率高；生产准备周期短，可以大量节省专用工艺装备，适应产品快速更新换代的需要，大大缩短产品的研制周期；数控加工与计算机辅助设计紧密结合在一起，可以直接从产品的数字定义产生加工指令，保证零件具有精确的尺寸及准确的相互位置精度，保证产品具有高质量的互换性；产品最后用三坐标测量机检验，可以严格控制零件的形状和尺寸精度。在零件形状越复杂、加工精度要求越高、设计更改越频繁、生产批量越小的情况下，数控加工的优越性就越容易得到发挥。数控加工系统在现代机械产品中占有举足轻重的地位，得到了广泛的应用。
数控技术是发展数控机床和先进制造技术的最关键技术，是制造业实现自动化、柔性化、集成化的基础，应用数控技术是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段。数控机床作为数控技术实施的重要装备，成为提高加工产品质量，提高加工效率的有效保证和关键。
1.1.2　数控加工的特点
数控加工就是数控机床在加工程序的驱动下将毛坯加工成合格零件的加工过程。数控机床控制系统具有普通机床所没有的计算机数据处理功能、智能识别功能以及自动控制能力。数控加工与常规加工相比有着明显的区别，其特点如下：
1．自动化程度高，易实现计算机控制
除了装夹工件还需要手工外，全部加工过程都在数控程序的控制下，由数控机床自动完成，不需要人工干预。因此，加工质量主要由数控程序的编制质量来控制。
2．数控加工的连续性高
工件在数控机床上只需装夹一次，就可以完成多个部位的加工，甚至完成工件的全部加工内容。配有刀具库的加工中心能装有几把甚至几十把备用刀具，具有自动换刀功能，可以实现数控程序控制的全自动换刀，不需要中断加工过程，生产效率高。
3．数控加工的一致性好
数控加工基本消除了操作者的主观误差，精度高、产品质量稳定、互换性好。
4．适合于复杂零件的加工
数控加工不受工件形状复杂程度的影响，应用范围广。它很容易实现涡轮叶片、成型模具等带有复杂曲面、高精度零件的加工，并解决一些如装配要求较高，常规加工中难以解决的难题。
5．便于建立网络化系统
例如建立直接数控系统（DNC），把编程、加工、生产管理连成一体，建立自动化车间，走向集成化制造，甚至于CAD系统集成，形成企业的数字化制造体系。数控程序由CAM软件编制，采用数字化和可视化技术，在计算机上用人机交互方式，能够迅速完成复杂零件的编程，从而缩短产品的研制周期。
近年来，随着数控机床的模块化发展，使数控加工设备增加了柔性化的特点。先进的柔性加工不仅适合于多品种、小批量生产的需要，而且增加了自动变换工件的功能，能交替完成两种或更多种不同零件的加工，可实现夜间无人看管的生产操作。由数台数控机床（加工中心）组成的柔性制造系统（FMS）是一种具有更高柔性的自动化制造系统，具有将加工、装配和检验等制造过程的关键环节高度集成的自动化制造系统。
数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。其中，数控机床的精确性和重复性成为用户考虑最多的重要因素。
1.2　数控加工工艺简介
数控加工工艺是伴随着数控机床的产生，不断发展和逐步完善起来的一门应用技术，研究的对象是数控设备完成数控加工全过程相关的集成化技术，最直接的研究对象是与数控设备息息相关的数控装置、控制系统、数控程序及编制方法。数控加工工艺源于传统的加工工艺，将传统的加工工艺、计算机数控技术、计算机辅助设计和辅助制造技术有机地结合在一起，它的一个典型特征是将普通加工工艺完全融入数控加工工艺中。数控加工工艺是数控编程的基础，高质量的数控加工程序，源于周密、细致的技术可行性分析、总体工艺规划和数控加工工艺设计。
编程员接到一个零件或产品的数控编程任务，主要的工作包括：根据零件或产品的设计图纸及相关技术文件进行数控加工工艺可行性分析，确定完成零件数控加工的加工方法；选择数控机床的类型和规格；确定加工坐标系、选择夹具及其辅助工具、选择刀具和刀具装夹系统，规划数控加工方案和工艺路线，划分加工区域、设计数控加工工序内容，编写数控程序，进行数控程序调试和实际加工验证，最后对所有的数控工艺文件进行完善、固化并存档等方面的内容。数控编程可以简单地理解成从零件的设计图开始，直到数控加工程序编制完成的整个过程。
数控加工工艺是数控编程的核心，只有将数控加工工艺合理、科学地融入数控编程中，编程员才能编制出高质量和高水平的数控程序。数控编程也是逐步完善数控工艺的过程。
1.2.1　数控加工工艺的特点
普通加工工艺是数控加工工艺的基础和技术保障，由于数控加工采用计算机对机械加工过程进行自动化控制，使得数控加工工艺具有如下特点。
1. 数控加工工艺远比普通机械加工工艺复杂
数控加工工艺要考虑加工零件的工艺性，加工零件的定位基准和装夹方式，也要选择刀具，制定工艺路线、切削方法及工艺参数等，而这些在常规工艺中均可以简化处理。因此，数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多，影响因素也多，因而有必要对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排，然后整体完善。相同的数控加工任务，可以有多个数控工艺方案，既可以选择以加工部位作为主线安排工艺，也可以选择以加工刀具作为主线来安排工艺。数控加工工艺的多样化是数控加工工艺的一个特色，是与传统加工工艺的显著区别。
2．数控加工工艺设计要有严密的条理性
由于数控加工的自动化程度较高，相对而言，数控加工的自适应能力就较差。而且数控加工的影响因素较多且复杂，需要对数控加工的全过程深思熟虑，数控工艺设计必须具有很好的条理性，也就是说，数控加工工艺的设计过程必须周密、严谨，没有错误。
3．数控加工工艺的继承性较好
凡经过调试、校验和试切削过程验证的，并在数控加工实践中证明是好的数控加工工艺，都可以作为模板，供后续加工相类似零件调用，这样不仅节约时间，而且可以保证质量。作为模板本身在调用中也是一个不断修改完善的过程，可以达到逐步标准化、系列化的效果。因此，数控工艺具有非常好的继承性。
4．数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产
由于数控加工的自动化程度高，安全和质量是至关重要的。数控加工工艺必须经过验证后才能用于指导生产。在普通机械加工中，工艺员编写的工艺文件可以直接下到生产线用于指导生产，一般不需要上述的复杂过程。
1.2.2　数控加工工艺方案设计
数控加工工艺方案设计是数控编程的核心部分。其质量完全取决于编程员的技术水平和加工经验，这其中包含对数控技术等相关技术的了解程度和熟练应用能力，同时也需要一些具体的应用技巧和操作技能。数控加工工艺方案设计的水平原则上决定了数控程序的质量，这是因为编程员在进行数控编程的过程中，相当多的工作内容集中在加工工艺分析和方案设计，以及数控编程参数设置这两个阶段，因而在一定程度上决定了数控编程的质量。
数控加工工艺方案设计的主要内容包括确定加工方法，确定零件的定位和装夹方案，安排加工顺序，以及安排热处理、检验及其辅助工序等。设计者应从生产实践中总结出一些综合性的工艺原则，结合实际的生产条件提出几个方案进行分析对比，选择经济、合理的最佳方案。合理的工艺方案能保证零件的加工精度、表面质量的要求。影响数控加工方案的主要因素如图1-1所示。
图1-1　影响数控加工方案的主要因素
1．数控加工工艺方案设计的主要内容
（1）零件加工工艺性分析
对零件的设计图和技术要求进行综合分析。
（2）加工方法的选择
选择零件具体的加工方法和切削方式。
（3）机床的选择
选择合适的机床，既能满足零件加工的外廓尺寸，又能满足零件的加工精度。
（4）工装的选择
数控设备尽管减少了对于夹具的依赖程度，但还不能完全取消，在满足零件加工精度和技术要求的前提下，工装越简单越好。
（5）加工区域规划
对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象划分成数个加工区域。对加工区域进行规划可以达到提高加工效率和加工质量的目的。
（6）加工工艺路线规划
合理安排零件从粗加工到精加工的数控加工工艺路线，进行加工余量分配。
（7）刀具的选择
根据加工零件的特点和精度要求，选择合适的刀具以满足零件加工的要求。
（8）切削参数的确定
确定合理的切削用量。
（9）数控编程方法的选择
根据零件的难易程度，采用手工或自动编程的方式，按照确定的加工规划内容进行数控加工程序编制。
2．影响数控加工工艺方案设计的主要因素
数控加工工艺设计的内容非常具体、详细，在确定工艺方案时，要考虑的因素较多，如零件的结构特点、表面形状、精度等级和技术要求、表面粗糙度要求等，毛料的状态，切削用量以及所需的工艺装备，刀具等。以下是设计工艺方案必须考虑的几个重要环节：
（1）加工方法的选择
零件的结构形状是多种多样的，但它们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面或曲面、成型面等基本表面所组成的。每一种表面都有多种加工方法，具体选择时应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等选用相应的加工方法和加工方案。例如，外圆表面的加工方法主要是车削和磨削。当表面粗糙度要求较小时，还要进行光整加工。
（2）工艺基准的选择
工艺基准是保证零件加工精度和形位公差的一个关键步骤，工艺基准的选择应与设计基准一致。基于零件的加工性考虑，选择的工艺基准也可能与设计基准不一致，但无论如何，在加工过程中，选择的工艺基准必须保证零件的定位准确、稳定，加工测量方便，装夹次数最少。
（3）确定加工步骤
工序安排的一般原则是先加工基准面后加工其他面，先粗加工后精加工，粗精分开。具体操作还应考虑两个重要的影响因素，一是尽量减少装夹次数，既提高效率，又保证精度；二是尽量让有位置公差要求的型面在一次装夹中完成加工，充分利用设备的精度来保证产品的精度。
（4）工艺保证措施
关键尺寸和技术要求的工艺保证措施对设计工艺方案非常重要。由于加工零件是由不同的型面组成的，一个普通型面通常包括3个方面的要求——尺寸精度、形位公差和表面粗糙度，必须在这些关键特征上有可靠的技术保障，避免如装夹变形、热变形、工件震动导致加工波纹等因素影响到零件的加工质量，进行工艺方案设计时必须考虑以上因素的影响，采取相应的工艺方法和工艺措施来保证，如预留工艺装夹止口，精加工前先让工件冷却，精加工用较小的切削用量，以及在零件上加或缠减震带等方法。
图1-2简要地概括了数控加工工艺制定的全过程。

　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
图1-2　数控加工工艺流程图
1.2.3　零件数控加工工艺分析
零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要但又极其复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特点，以及影响数控加工的每个环节都要有一个清晰、全面的了解，这样才能避免由于工艺方案考虑不周而可能出现的产品质量问题，造成无谓的人力、物力等资源的浪费。全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保障。
在数控加工中，从零件的设计图纸到零件成品合格交付，不仅要考虑到数控程序的编制，还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响，在开始编程前，必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析，以最终确定哪些是零件的技术关键，哪些是数控加工的难点，以及数控程序编制的难易程度。
零件工艺性分析也是数控规划的第一步，在此基础上，方可确定零件数控加工所需的数控机床、加工刀具、工艺装备、切削用量、数控加工工艺路线，从而获得最佳的加工工艺方案，最终满足零件工程图纸和有关技术文件的要求。
1．数控加工工艺路线制定所需的原始资料
（1）零件设计图纸、技术资料，以及产品的装配图纸。
（2）零件的生产批量。
（3）零件数控加工所需的相关技术标准，如企业标准和工艺文件等。
（4）产品验收的质量标准。
（5）现有的生产条件和资料。工艺装备及专用设备的制造能力、加工设备和工艺装备的规格及性能、工人的技术水平。
2．毛坯状态分析
大多数零件设计图纸只定义了零件加工时的形状和大小，而没有指定原始毛坯材料的数据，包括毛料的类型、规格、形状、热处理状态以及硬度等。编程时，对毛料的深入了解是一个重要的开始，利用这些原始信息，有利于数控程序规划。
（1）产品的装配图和零件图分析
对于装配图的分析和研究，主要是为了熟悉产品的性能、用途和工作条件，明确零件在产品中的相互装配位置及作用，了解零件图上各项技术条件制定的依据，找出其主要技术关键问题，为制定正确的加工方案奠定基础。当然，对普通零件进行工艺分析时，可以不进行装配图的分析研究。
（2）零件图的工艺性分析
对零件图的分析和研究主要是对零件进行工艺审查，如检查设计图纸的视图、尺寸标注、技术要求是否有错误或遗漏之处，尤其对结构工艺性较差的零件，如果可能应和设计人员进行沟通或提出修改意见，由设计人员决定是否进行必要的修改和完善。
① 零件图的完整性和正确性分析
零件图应符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚；几何元素（点、线、面）之间的关系（如相切、相交、平行）应准确；尺寸标注应完整、清晰。
② 零件技术要求分析
零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热表处理要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂，加工难度加大，增加不必要的成本。
③ 尺寸标注方法分析
零件图的尺寸标注方法有局部分散标注法、集中标注法和坐标标注法等。对在数控机床上加工的零件，零件图上的尺寸在能够保证使用性能的前提下，应尽量采取集中标注或以同一基准标注（即标注坐标尺寸）的方式，这样既方便了数控程序编制，又有利于设计基准、工艺基准与编程原点的统一。
④ 零件材料分析
在满足零件功能的前提下，应选用廉价的材料，选择材料时应立足于国内，不要轻易选择贵重和紧缺的材料。
⑤ 零件的结构工艺性分析
零件的结构工艺性分析是指对所设计的零件，在能够满足使用性能要求的前提下分析制造的可行性和经济性。好的结构工艺性会使零件加工容易，节省成本，节省材料；而较差的结构工艺性会使零件加工困难，加大成本，浪费材料，甚至无法加工。通过对零件的结构特点、精度要求和复杂程度进行分析的过程，可以确定零件所需的加工方法和数控机床的类型和规格。
1.2.4　加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时，应把整个数控加工过程划分为几个阶段，通常划分为粗加工、半精加工和精加工3个阶段。如果零件的精度要求很高，还需要安排专门的光整加工阶段。必要时，如果毛坯表面比较粗糙，余量也较大，还需要安排先进行荒加工和初始基准加工。
1．粗加工阶段
粗加工阶段是为了去除毛料或毛坯上大部分的余量，使毛料或毛坯在形状和尺寸上基本接近零件的成品状态，这个阶段最主要的问题是如何获得较高的生产效率。
2．半精加工阶段
半精加工阶段是使零件的主要表面达到工艺规定的加工精度，并保留一定的精加工余量，为精加工做好准备。半精加工阶段一般安排在热处理之前进行，在这个阶段，可以将不影响零件使用性能和设计精度的零件次要表面加工完毕。
3．精加工阶段
精加工阶段的目标是保证加工零件达到设计图纸所规定的尺寸精度、技术要求和表面质量要求。零件精加工的余量都较小，主要考虑的问题是如何达到最高的加工精度和表面质量。
4．光整加工阶段
当零件的加工精度要求较高，如尺寸精度要求为IT6级以上，以及表面粗糙度要求较小（Ra≤0.2µm）时，在精加工阶段之后就必须安排光整加工，以达到最终的设计要求。
1.2.5　划分加工阶段的原因
1．有利于保证零件的加工质量
零件分阶段进行加工有利于消除或减小变形对加工精度的影响。在粗加工阶段中切除的余量较多，切削力大，切削温度高，所需的夹紧力也大，因而零件会产生较大的弹性变形和热变形，残余在工件中的内应力也会使工件产生变形。加工过程分阶段进行的优点在于，粗加工后零件的变形和加工误差可以通过后续的半精加工和精加工消除和修复，因而有利于保证零件最终的加工质量。
2．有利于合理使用设备
粗加工阶段主要考虑的是加工效率，对零件的精度要求不高，因此可以选择功率较大、刚性较好、精度较低的数控机床，精加工的目的是达到零件的最终设计要求，应当选择满足零件加工精度的数控机床，相对而言，对机床的精度要求较高。划分加工阶段后，就可以充分发挥各种数控机床的优势，做到设备的合理使用，也有利于维护高精数控设备的精度。
3．便于及时发现毛坯的缺陷
先安排零件的粗加工，可及时发现零件毛料的各种缺陷，如存在气孔、砂眼和加工余量不足等，以便采取补救措施，对于无法挽救的毛料及时报废也可以避免直接加工所导致的无谓浪费。
4．便于热处理工序的安排
对于有高强度和硬度要求的零件，必须在加工工序之间插入必要的热处理工序，这就自然而然地把加工过程划分为几个阶段，每个阶段都要安排相应的热处理以满足零件的性能要求。例如主轴类零件的强度和表面硬度都较高，在粗加工后需要进行去应力处理，在半精加工后进行淬火以提高表面硬度，在精加工后采取表面硬化处理和低温回火以提高表面硬度和零件的强度，最后进行光整加工以保证零件的配合精度要求。
5．有利于保护加工表面
精加工、光整加工安排在最后，可避免精加工和光整加工后的表面由于零件周转过程中可能出现的碰伤、划伤现象。
划分零件加工阶段并不是绝对的，并非所有的零件都要划分加工阶段。例如加工质量要求较低、刚性好的零件可以直接加工到最终尺寸；对于毛坯精度高、加工余量小的零件，也可以不划分加工阶段；单件生产通常也不划分加工阶段；对于刚性好且较重的零件，周转次数应尽量少些，最好通过一次装夹，完成尽可能多的加工内容。
1.2.6　数控加工工序规划
加工工序规划是针对整个工艺过程而言的，不能以某一工序的性质和某一表面的加工来判断。例如有些定位基准面，在半精加工阶段甚至在粗加工阶段中就需加工得很准确。有时为了避免尺寸链换算，在精加工阶段中，也可以安排某些次要表面的半精加工。
当确定了零件表面的加工方法和加工阶段后，就可以将同一加工阶段中各表面的加工组合成若干个工步。
1．加工工序划分的方法
在数控机床上加工的零件，一般按工序集中的原则划分工序，划分的方法有以下几种：
（1）按所使用刀具划分
以同一把刀具完成的工艺过程作为一道工序，这种划分方法适用于工件的待加工表面较多的情形。加工中心常采用这种方法完成。
（2）按工件安装次数划分
以零件一次装夹能够完成的工艺过程作为一道工序。这种方法适合于加工内容不多的零件，在保证零件加工质量的前提下，一次装夹完成全部的加工内容。
（3）按粗精加工划分
将粗加工中完成的那一部分工艺过程作为一道工序，将精加工中完成的那一部分工艺过程作为另一道工序。这种划分方法适用于零件有强度和硬度要求，需要进行热处理或零件精度要求较高，需要有效去除内应力，以及零件加工后变形较大，需要按粗、精加工阶段进行划分的零件加工。
（4）按加工部位划分
将完成相同型面的那一部分工艺过程作为一道工序。对于加工表面多而且比较复杂的零件，应合理安排数控加工、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题。
2．加工工序划分的原则
零件是由多个表面构成的，这些表面有自己的精度要求，各表面之间也有相应的精度要求。为了达到零件的设计精度要求，加工顺序安排应遵循一定的原则。
（1）先粗后精的原则
各表面的加工顺序按照粗加工—半精加工—精加工—光整加工的顺序进行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。
如果零件的全部表面均由数控机床加工，工序安排一般按粗加工—半精加工—精加工的顺序进行，即粗加工全部完成后再进行半精加工和精加工。粗加工时可快速去除大部分加工余量，再依次精加工各个表面，这样可提高生产效率，又可保证零件的加工精度和表面粗糙度。该方法适用于位置精度要求较高的加工表面。
但这并不是绝对的，如对于一些尺寸精度要求较高的加工表面，考虑到零件的刚度、变形及尺寸精度等要求，也可以考虑这些加工表面分别按粗加工—半精加工—精加工的顺序完成。但在粗加工—精加工工序之间，零件最好搁置一段时间，使粗加工后的零件表面应力得到完全释放，减小零件表面的应力变形程度，这样有利于提高零件的加工
精度。
（2）基准面先加工原则
加工一开始，总是把用作精加工基准的表面加工出来，因为定位基准的表面精确，装夹误差就小，所以任何零件的加工过程，总是先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工。例如，轴类零件总是对定位基准面进行粗加工和半精加工，再进行精加工。再如，轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔面和定位孔为精基准加工孔系和其他表面。如果精基准面不止一个，则应该按照基准转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准面的加工。
（3）先面后孔原则
对于箱体类、支架类、机体类等零件，平面轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可靠，故应先加工平面，后加工孔。这样，不仅使后续的加工有一个稳定可靠的平面作为定位基准面，而且在平整的表面上加工孔，加工变得容易一些，也有利于提高孔的加工精度。通常，可按零件的加工部位划分工序，一般先加工简单的几何形状，后加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，后加工精度较高的部位；先加工平面，后加工孔。
（4）先内后外原则
对于精密套筒，其外圆与孔的同轴度要求较高，一般采用先孔后外圆的原则，即先以外圆作为定位基准加工孔，再以精度较高的孔作为定位基准加工外圆，这样可以保证外圆和孔之间具有较高的同轴度要求，而且使用的夹具结构也很简单。
（5）减少换刀次数的原则
在数控加工中，应尽可能按刀具进入加工位置的顺序安排加工顺序，这就要求在不影响加工精度的前提下，尽量减少换刀次数，减少空行程，节省辅助时间。零件装夹后，尽可能使用同一把刀具完成较多的加工表面。当一把刀具完成可能加工的所有部位后，尽量为下道工序做些预加工，然后再换刀完成精加工或加工其他部位。对于一些不重要的部位，尽可能使用同一把刀具完成同一个工位的多道工序的加工。
（6）连续加工的原则
在加工半封闭或封闭的内外轮廓时，应尽量避免数控加工中的停顿现象。由于零件、刀具、机床这一工艺系统在加工过程中暂时处于动态的平衡状态下，若设备由于数控程序安排出现突然进给停顿的现象，由于切削力会明显减少，就会失去原工艺系统的稳定状态，使刀具在停顿处留下划痕或凹痕。因此，在轮廓加工中应避免进给停顿的现象，以保证零件的加工质量。
1.2.7　数控机床的选择
选择数控机床时，一般应考虑以下几个方面的问题：
（1）数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。即小的工件应当选择小规格的机床加工，而大的工件则选择大规格的机床加工，做到设备的合理使用。
（2）机床结构取决于机床规格尺寸、加工工件的重量等因素的影响。表1-1列出了数控设备最常见的重要规格和性能指标。
表1-1　数控设备的规格和性能指标
序　　号机床性能机床规格
1 　　　主轴转速　18000rpm
2 　　　工作行程　X：600mm；Y：450mm；Z：450mm
3 　　　工作台规格　850mm×530mm
4 　　　快移速度　22mpm
5 　　　工作进给　15mpm
6 　　　刀库容量　24把
续表　　
序　　号机床性能机床规格
7 定位精度　A=0.008mm
8 重复精度　R=0.006mm
9 控制系统　SINUMERIC840D
（3）机床的工作精度与工序要求的加工精度相适应。根据零件的加工精度要求选择机床，如精度要求低的粗加工工序，应选择精度低的机床；精度要求高的精加工工序，应选用精度高的机床。
（4）机床的功率与刚度以及机动范围应与工序的性质和最合适的切削用量相适应。如粗加工工序去除的毛坯余量大，切削余量选得大，就要求机床有大的功率和较好的刚度。
（5）装夹方便、夹具结构简单也是选择数控设备时需要考虑的一个因素。选择采用卧式数控机床，还是选择立式数控机床，将直接影响所选择的夹具的结构和加工坐标系，直接关系到数控编程的难易程度和数控加工的可靠性。
应当注意的是，在选择数控机床时应充分利用数控设备的功能，根据需要进行合理的开发，以扩大数控机床的功能，满足产品的需要。然后，根据所选择的数控机床，进一步优化数控加工方案和工艺路线，根据需要适当调整工序的内容。
选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，能够加工出合格的零件；其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。选择加工机床一般要考虑到机床的结构、载重、功率、行程和精度。还应依据加工零件的材料状态、技术状态要求和工艺复杂程度，选用适宜、经济的数控机床，综合考虑以下因素的影响。
（1）机床的类别（车、铣、加工中心等）、规格（行程范围）、性能（加工材料）。
（2）数控机床的主轴功率、扭矩、转速范围，刀具以及刀具系统的配置情况。
（3）数控机床的定位精度和重复定位精度。
（4）零件的定位基准和装夹方式。
（5）机床坐标系和坐标轴的联动情况。
（6）控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿以及ATC等相关功能。
1.2.8　量具的选择
量具的选择主要根据工序中检验要求的精度和生产批量的大小决定。在单件小批量生产中，广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分表等。在大批量生产中，主要采用各种界限量规和一些高生产率的专用量具与测量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应，以提高工件的测量精度。
1.2.9　数控加工刀具的选择
在编制程序时，正确地选择数控刀具是很重要的。对数控刀具总的要求是安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好，在此基础上综合考虑工件材料的切削性能、机床的加工能力、数控加工工序的类型、切削用量以及与机床和数控装置工作范围有关的诸多因素。
1．影响数控刀具选择的因素
在选择刀具的类型和规格时，主要考虑以下因素的影响：
（1）生产性质
在这里，生产性质指的是零件的批量大小，主要从加工成本上考虑对刀具选择的影响。例如，在大量生产时采用特殊刀具可能是合算的，而在单件或小批量生产时，选择标准刀具则更适合一些。
（2）机床类型
完成该工序所用的数控机床对选择的刀具类型（钻、车刀或铣刀）的影响。在能够保证工件系统和刀具系统刚性好的条件下，允许采用高生产率的刀具，例如高速切削车刀和大进给量车刀。
（3）数控加工方案
不同的数控加工方案可以采用不同类型的刀具。例如，孔的加工可以用钻及扩孔钻，也可用钻和镗刀来进行加工。
（4）工件的尺寸及外形
工件的尺寸及外形也影响刀具类型和规格的选择。例如，特型表面要采用特殊的刀具来加工。
（5）加工表面粗糙度
加工表面粗糙度影响刀具的结构形状和切削用量。例如，毛坯粗铣加工时，可采用粗齿铣刀，精铣时最好用细齿铣刀。
（6）加工精度
加工精度影响精加工刀具的类型和结构形状。例如，孔的最后加工依据孔的精度可用钻、扩孔钻、铰刀或镗刀来加工。
（7）工件材料
工件材料将决定刀具材料和切削部分几何参数的选择，刀具材料与工件的加工精度、材料硬度等有关。
2．数控刀具的性能要求
由于数控机床具有加工精度高、加工效率高、加工工序集中和零件装夹次数少的特点，对所使用的数控刀具提出了更高的要求。从刀具性能上讲，数控刀具应高于普通机床所使用的刀具。
选择数控刀具时，首先应优先选用标准刀具，必要时才可选用各种高效率的复合刀具及特殊的专用刀具。在选择标准数控刀具时，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等。
在选择数控机床加工刀具时，还应考虑以下几方面的问题：
（1）数控刀具的类型、规格和精度等级应能够满足加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。
（2）切削性能好。为适应刀具在粗加工或对难加工材料的工件加工时能采用大的背吃刀量和高进给量，刀具应具有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。
（3）精度高。为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0.005mm。
（4）可靠性高。要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。
（5）耐用度高。数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。
（6）断屑及排屑性能好。数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，可能会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的安全运行，所以要求刀具具有较好的断屑和排屑性能。
3．刀具的选择方法
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求刀具的结构合理，几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。选择刀具时应考虑以下几方面：
（1）根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。
（2）根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具；半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具。粗加工阶段所用刀具的精度最低，而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。
（3）根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减小刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。而端铣刀无论是在表面加工质量上还是在加工效率上都远远优于球头铣刀，因此，在确保零件加工不过切的前提下，粗加工和半精加工曲面时，尽量选择端铣刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
在加工中心上，所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作。必须选用适合机床刀具系统规格的相应标准刀柄，以便数控加工用刀具能够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。编程人员应能够了解机床所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围等方面的内容，以保证在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。
1.2.10　夹具和装夹方式的选择
在数控机床上加工零件时，为保证工件的加工精度和加工质量，必须使工件位于机床上的正确位置（也就是通常所说的定位），然后将它固定（也就是通常所说的夹紧）。工件在机床上定位与夹紧的过程称为工件的装夹过程。
1．工件的定位原理
（1）六点定位原理
工件在空间有六个自由度，即沿X、Y、Z三个坐标方向的移动自由度和绕X、Y、Z三个移动轴的旋转自由度A、B、C，如图1-3所示。
要确定工件在空间的位置，需要按一定的要求安排六个支撑点（也就是通常所说的定位元件），以限制加工工件的自由度，这就是工件定位的“六点定位原理”。需要指出的是，工件形状不同，定位表面不同，定位点的布置情况也各不相同。
（2）限制自由度与工件加工要求的关系
根据工件加工表面的不同加工要求，有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，对加工要求有影响的自由度必须限制，而不影响加工要求的自由度不必限制。
（3）完全定位与不完全定位
工件的六个自由度都被限制的定位成为完全定位，工件被限制的自由度少于六个，但不影响加工要求的定位，成为不完全定位，完全定位和不完全定位是实际加工中工件最常用的定位方式。
（4）工件安装的基本原则
在数控机床上工件安装的原则与普通机床相同，也要合理地选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控机床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点：
① 力求设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一。
② 尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位和装夹后就能加工出全部待加工表面。
③ 避免采用占机调整式方案，以充分发挥数控机床的效能。
2．工件的夹紧
金属切削加工过程中，为保证工件定位时确定的正确位置，防止工件在切削力、离心力、惯性力或重力等作用下产生位移或振动，必须将工件夹紧。这种保证加工精度和安全生产的装置称为夹紧装置。
（1）对夹紧的基本要求
① 工件在夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置。
② 夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中的位置不能发生任何变动，又要使工件不产生大的夹紧变形；同时也要使得加工振动幅度尽可能小。
③ 操作方便、省力、安全。
④ 夹紧装置的自动化程度及复杂程度应与工件的批量大小相适应。
（2）夹紧力方向和夹紧点的确定
① 夹紧力应尽可能朝向主要定位基准，这样可以保证夹紧工件时不破坏工件的定位，影响工件的加工精度要求。
② 夹紧力方向应有利于减少夹紧力，要求能够在最小的夹紧力作用下，完成零件的加工过程。
③ 夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的方向和方位上，这一原则对刚性较差的零件特别重要，可以保证零件的夹紧变形量最小。
④ 夹紧力作用点应尽量靠近零件的加工表面，保证主要夹紧力的作用点与加工表面之间的距离最短，可有效提高零件装夹的刚性，减轻加工过程中的振动。
⑤ 夹紧力的作用方向应在定位支撑的有效范围内，不破坏零件的定位要求。
3．夹具的选择
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求，一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要保证零件与机床坐标系之间的准确尺寸关系。依据零件毛料的状态和数控机床的安装要求，应选取能保证加工质量、满足加工需要的夹具。除此之外，还要考虑以下几点：
（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。在成批生产时可以考虑采用专用夹具，同时要求夹具结构简单。
（2）装夹零件要方便可靠，避免采用占机人工调整的装夹方式，以缩短辅助时间，尽量采用液压、气动或多工位夹具，以提高生产效率。
（3）在数控机床上使用的夹具，要能够安装准确，能保证工件和机床坐标系的相对位置和尺寸，力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。
（4）尽量减少装夹次数，做到一次装夹后完成全部零件表面的加工或大多数表面的加工，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，达到充分提高数控机床效率的目的。
1.2.11　切削用量的选择
1．切削用量的选择原则
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，包括主轴转速、背吃刀量、进给速度等，并以数控系统规定的格式输入到程序中。对于不同的加工方法，需选用不同的切削用量。合理地选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。这在实际中也很难掌握，要有丰富的实践经验才能够确定合适的切削用量。在数控编程时只能凭借编程者的经验和刀具的切削用量推荐值初步确定，而最终的切削用量将根据零件数控程序的调试结果和实际加工情况来确定。
切削用量的选择原则是：粗加工时以提高生产率为主，同时兼顾经济性和加工成本的考虑；半精加工和精加工时，应在同时兼顾切削效率和加工成本的前提下，保证零件的加工质量。值得注意的是，切削用量（主轴转速、切削深度及进给量）是一个有机的整体，只有三者相互适应，达到最合理的匹配值，才能获得最佳的切削用量。
确定切削用量时应根据加工性质、加工要求、工件材料及刀具的尺寸和材料性能等方面的具体要求，通过查阅切削手册并结合经验加以确定。确定切削用量时除了遵循一般的原则和方法外，还应考虑以下因素的影响：
（1）刀具差异的影响——不同的刀具厂家生产的刀具质量差异很大，所以切削用量需根据实际应用刀具和现场经验加以修正。
（2）机床特性的影响——切削性能受数控机床的功率和机床的刚性限制，必须在机床说明书规定的范围内选择。避免因机床功率不够发生闷车现象，或刚性不足产生大的机床振动现象，影响零件的加工质量、精度和表面粗糙度。
（3）数控机床生产率的影响——数控机床的工时费用较高，相对而言，刀具的损耗成本所占的比重较低，应尽量采用高的切削用量，通过适当降低刀具寿命来提高数控机床的生产率。
2．切削用量的选择
（1）确定背吃刀量ap（mm）
背吃刀量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度允许的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提高生产效率。在数控加工中，为保证零件必要的加工精度和表面粗糙度，建议留少量的余量（0.2～0.5mm），在最后的精加工中沿轮廓走一刀。粗加工时，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工艺系统刚性允许的条件下，应以最少的次数完成粗加工。留给精加工的余量应大于零件的变形量和确保零件表面完整性。
（2）确定主轴转速n（r/min）
主轴转速n主要根据刀具允许的切削速度VC（mm/min）确定：
其中：VC——切削速度；
　　　　　d——零件或刀具的直径（mm）。
切削速度VC与刀具耐用度关系比较密切，随着VC的加大，刀具耐用度将急剧下降，故VC的选择主要取决于刀具耐用度。
主轴转速n确定后，必须按照数控机床控制系统所规定的格式写入数控程序中。在实际操作中，操作者可以根据实际加工情况，通过适当调整数控机床控制面板上的主轴转速倍率开关，来控制主轴转速的大小，以确定最佳的主轴转速。
（3）选择进给量或进给速度F（mm/r，mm/min）
进给速度F是切削时单位时间内零件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r或mm/min。
进给量或进给速度在数控机床上是使用进给功能字母F表示的，F是数控机床切削用量中的一个重要参数，主要依据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及所使用的刀具和工件材料来确定。零件的加工精度要求越高，表面粗糙度要求越低时，选择的进给量数值就越小。实际操作中，应综合考虑机床、刀具、夹具和被加工零件精度、材料的机械性能、曲率变化、结构刚性、工艺系统的刚性及断屑情况，选择合适的进给速度。
进给率数FRN（Feed Rate Number的缩写）是一个特殊的进给量表示方法，即进给率的时间倒数，对于直线插补的进给率数为：
其中：F——进给量（m/min）；
L——程序段的加工长度，是刀具沿工件所走的有效距离（mm）。
程序段中编入了进给率数FRN，实际上就规定了执行该程序段的时间T，它们之间的关系是：
程序编制时选定进给量F后，刀具中心的运动速度就确定了。在直线切削时，切削点（刀具与加工表面的切点）的运动速度就是程序编制时给定的进给量。但是在做圆弧切削时，切削点实际进给量并不等于程序编制时选定的刀具中心的进给量。
采用FRN编程，在做直线切削时，由于刀具中心运动的距离与程序中直线加工的长度经常是不同的，故实际的进给量与程序编制预定的FRN所对应的值也不同。在做圆弧切削时，刀具的进给角速度是固定的，所以切削点的进给量与编程预定的FRN所对应的值是一致的。由此可知，当一种数控装置既可以用F编制程序，也可以用FRN编制程序时，做直线切削适宜采用进给量F编制程序，做圆弧切削时宜采用FRN编制程序。
在轮廓加工中选择进给量F时，应注意在轮廓拐角处的“超程”问题，特别是在拐角较大而且进给量也较大时，应用在接近拐角处适当降低速度，而在拐角过后再逐渐提速的方法来保证加工精度。
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。为了获得最高的生产率和单位时间的最高切除率，在保证零件加工质量和刀具耐用度的前提下，应合理地确定切削参数。
随着数控机床在生产实践中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。
1.3　数控程序编程基础
数控编程是以数控加工中的编程方法作为研究对象的一门加工技术，它以机械加工中的工艺和编程理论为基础，针对数控机床的特点，综合运用相关的知识来解决数控加工中的工艺问题和编程问题。
数控编程人员必须掌握与数控加工内容相关的知识，包括数控加工原理、数控机床及其原理、机床坐标系、数控程序结构和常用数控指令等。
数控加工工艺分析和规划将影响数控加工的加工质量和加工效率，因此，数控加工工艺分析和规划是数控编程的核心内容。主要包括加工区域的划分和规划、刀轨形式与走刀方式的选择、刀具及机械参数的设置和加工工艺参数的设置。
1.3.1　数控程序编制方法
数控机床程序编制方法有手工编程和自动编程两种。
手工编程是编程员直接通过人工完成零件图工艺分析、工艺和数据处理、计算和编写数控程序、输入数控程序到程序验证整个过程的方法。手工编程非常适合于几何形状不太复杂、程序计算量较少的零件的数控编程。相对而言，手工编程的数控程序较短，编制程序的工作量较小。因此，手工编程广泛用于形状简单的点位加工和直线、圆弧组成的平面轮廓加工中。
自动编程是一种利用计算机辅助编程技术的方法，它是通过专用的计算机数控编程软件来处理零件的几何信息，实现数控加工刀位点的自动计算。对于复杂的零件，特别是具有非圆曲线曲面的加工表面，或者零件的几何形状并不复杂，但是程序编制的工作量很大，或者是需要进行复杂的工艺及工序处理的零件，由于这些零件在编制程序和加工过程中，数值计算非常烦琐，程序量很大，如果采用手工编程往往耗时多、效率低、出错率高，甚至无法完成，这种情况下就必须采用自动编程。
现在广泛使用的自动编程是CAD/CAM图形交互自动编程，CAD/CAM图形自动编程系统的特点是利用CAD软件的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机上，在图形交互方式下进行定义、显示和编辑，得到零件的几何模型；然后调用CAM数控编程模板，采用人机交互的方式定义几何体、创建加工坐标系、定义刀具，指定被加工部位，输入相应的加工参数，确定刀具相对于零件表面的运动方式，确定加工参数，生成进给轨迹，经过后置处理生成数控加工程序。整个过程一般都是在计算机图形交互环境下完成的，具有形象、直观和高效的优点。
高质量的数控加工程序源于周密、细致的技术可行性分析，总体工艺规划和数控加工工艺设计。
1.3.2　数控程序的特点
数控机床是一种用计算机实施控制的机床，用来控制机床的系统称为数控系统。数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。在数控机床上加工零件与在普通机床上加工零件，从加工方法上讲没有多大差异，区别在于机床运动的控制方面，在普通机床上加工零件时，机床的运动由操作工人控制；而在数控机床上加工零件时，机床的运动和辅助动作的实现均受控于数控系统发出的指令。数控系统的指令是由程序员根据零件的材料、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式（数控语言或符号）编制的。
数控程序是指从零件设计图纸或零件三维模型直到获得数控加工程序的全过程，在输出数控程序前，往往要进行多次验证检查和相应的程序调整，通过仿真加工或试切加工，以观察零件的全加工过程，校验刀位计算是否正确，加工过程是否存在过切现象，所选刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理，刀具、刀柄、夹具之间是否存在干涉与碰撞现象等，以及根据仿真加工和试切的结果所需的反复修改或调整程序的时间，从而降低所耗费的人力和物力。
使用CAD/CAM软件完成的数控程序效率高、准确、可靠，同时对数控编程人员提出了更高的要求。数控加工路线清晰、准确，刀具及切削参数选择合理，调试时需要调整的时间和内容少，数控程序固化率高。
在计算机上通过CAD/CAM软件把实现数控编程的全过程生成并保存为一个文本文件，然后输入到数控机床的整个过程称为离线编程。如何编制完善的数控加工程序，加工高质量的零件，同时使设备安全、稳定地运行，是数控加工工艺人员、数控加工操作人员最关心的问题。
1.3.3　数控编程的主要工作程序
使用数控机床加工零件，最主要的工作就是编制零件的数控加工程序。数控编程过程可以归结为工艺方案的理解、工件装夹、建立坐标系、输入刀具参数、输入数控程序、程序验证、调整和机床操作等几个基本步骤。
数控工艺方案是加工的灵魂，对于一般工件，工艺方案的重点在于提高效率，降低成本。而对于关键件、重要件、复杂工件，工艺方案直接关系到零件的加工质量，编程人员应在工艺方案上多下工夫，总结经验，踏实、认真地从每一个细节做起。在明确目标后，再进行工艺分析，确定相应的工序和工步以及关键部位的工艺保证措施，同时也应考虑操作者的技能水平，现有工艺装备的配置状况，刀具、量具和设备等因素。
数控程序编制主要工作内容如下：
1．零件数控加工工艺性分析
零件数控加工工艺性分析是根据加工零件的设计图纸及相关技术文件，对零件的材料、毛坯种类、形状、尺寸、精度、表面质量以及热处理要求等进行综合分析。
零件设计图定义了零件的几何形状和结构特点、尺寸及其公差、形位公差、技术要求、材料、热处理要求等方面的内容。在进行零件数控编程时，还应了解零件的毛料状态，包括毛料的类型、规格、形状、热处理状态以及硬度等，这两部分构成了加工零件数控加工工艺分析的主要内容，也决定了哪些是零件的技术关键、加工中的难点和数控编程的难易程度。
在利用以上所有原始信息的基础上，综合考虑其他的相关因素，以确定合理的数控加工方案和数控加工方法。初步拟定定位和夹紧基准，合理选择机床，确定加工刀具和切削用量等。
2．数控机床及其控制系统性能分析
数控机床及其控制系统性能分析包括工作台的加工范围、机床主轴转速范围、机床的功率、机床采用的刀柄类型和规格、刀具系统的构成、夹具与机床的连接方式、数控程序输入方式等方面的内容。
首先考虑的是数控机床的工作区域或工作空间能否满足零件的数控加工要求，零件必须安装在夹具里，所以数控机床应该足够大。零件及其工装夹具总的重量也不应超过机床的规定值。
其次，还应该掌握和了解数控机床额定功率的大小、主轴速度和进给速度限定范围、刀位数量、刀具系统以及机床其他附件等方面的内容。通常小型数控机床具有较高的主轴速度和较低的额定功率，而大型机床具有较低的主轴速度和较高的额定功率。
3．数控系统性能分析
数控系统性能分析包括控制系统的类型、坐标系的定义方式、主轴转速范围、进给速度的定义、刀具的识别和编号方法、对圆弧插补的要求、轴的连动方式、拐角控制方法、刀具运动（快速运动、直线运动和圆弧运动）的模式等方面的内容；还包括数控程序的格式、数控程序的语法结构、常见的数控编程指令及其使用规则。
控制系统作为数控机床的核心部分，在进行数控程序规划时，编程人员必须对控制系统的标准指令有一个清晰的了解，只有这样，才能使用数控系统的特有功能和科学的编程方法，比如加工循环、子程序、宏指令和其他功能。
建议编程人员很好地了解数控机床和数控系统，这对于编写高水平、高质量的数控程序非常有用。同样，数控系统功能的有效利用和数控程序的质量，反映了编程人员对数控机床及其数控系统功能的了解程度，而且编程人员在进行零件数控程序规划过程中（包括后续的数控编程），能增加个人经验和专业知识。
4．零件数控编程数据处理
由于零件设计图主要反映了设计人员的设计思想，在零件的形状特点、尺寸，以及零件表面之间的相互位置关系等方面考虑得多一些。在零件结构、加工工艺性等方面，很少或没有考虑对加工的影响。这包括以下内容：
（1）设计基准转换数据处理表现为零件图上的设计基准由反映设计思想的特征元素——点、线、面组成，也是建立零件坐标系的依据，加工坐标系的建立过程即是将设计基准和零件坐标系联系起来的过程。加工坐标系作为加工的基准，一是考虑设计基准是否适合建立零件的加工坐标系，即能否根据设计基准来建立；如果不适合，如何进行转换。二是考虑由设计基准确定的加工坐标系，其位置是否方便找正。三是考虑坐标系原点对于数控编程计算是否简单。
（2）零件加工图形处理主要考虑零件的数控加工工艺性，对零件图形进行必要的数学处理和数值计算。具体可以概括为以下内容：简化零件图形提取零件设计图中的曲线和曲面（特征）作为数控加工图形；或者压缩某些与制造无关的特征，例如不需加工及不能加工的特征（如孔、槽、圆角、螺纹等）。这些特征被压缩后，可明显感觉到编程直观，同时提高运算速度和使刀位轨迹合理。补全零件图形，根据零件数控加工的要求，重新构造或补充满足要求的图形。增加一些加工辅助线或辅助面，构建刀具轨迹限制边界。
（3）基点、节点和刀位点的计算表现为零件的轮廓曲线由直线、圆弧、二次曲线等不同的几何元素组成，在编制程序前，必须对加工轨迹的一些坐标值进行计算，作为程序刀位点的输入数据。数据计算包括基点计算、节点计算等。对于复杂的加工曲线和曲面，必须使用计算机辅助计算。
5．数控工艺路线设计
数控工艺路线设计是编程人员结合机床具体情况，考虑工件的定位，设计夹具或选用夹具和辅助工装及数控加工方案设计的整个构思过程。
首先确定最终零件的数控加工图形或模型；然后确定零件的加工坐标系，为减少定位误差，加工坐标系应尽量与设计基准重合；最后进行数控加工方案设计，包括加工区域划分、加工路线确定和加工工序设计等方面的内容。
6．编写数控加工程序
根据确定的加工路线、刀具号、切削用量、辅助动作以及数值计算的结果，按照数控机床规定的使用功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序。此外还应附上必要的加工示意图、刀具布置图、机床调整卡、工序卡及必要的说明等。
数控编程的过程是逐步完善数控工艺方案的过程，由于工艺方案是预先设想的，不一定全面，因此在数控编程中要不断调整和改进。
7．数控程序校验
数控程序的验证工作是不可缺少的环节。不能因为时间来不及或思想上的侥幸心理，放弃验证工作。程序校验的主要内容包括：
数控程序是否存在语法错误，输入数据是否有效，即数控系统能否识别。
数控程序是否完整、合理。
刀具运动轨迹是否正确。
编好的数控程序通常可以通过在机床显示屏上显示刀具路径即刀具的运动轨迹，来检验程序的正确性。
首件试切削程序校验部分的内容只能证明刀具轨迹运动的正确性，因此要对工件进行首件试切，以检验以下方面的内容：
刀具、刀柄与夹具、机床之间是否存在干涉，能否发生碰撞。
选择刀具是否合理，能否满足加工要求，是否存在过切现象。
切削用量是否合理，程序中的主轴转速、进给速度和切削深度等给定数值能否满足加工要求。
根据实际验证的内容，如干涉、过切区域，刀具、工件和夹具的刚度和弹性变形情况，以及刀具的磨损情况等因素进行必要的处理和调整。对于加工误差应分析其产生的原因并予以修正，以便最终达到满足零件的精度要求和加工质量的目标。
8．数控文件固化
完成以上工作后，就必须对所有的数控工艺文件进行完善、固化并存档。以下列举了常见的数控工艺文件，这些文件可以根据具体情况加以完善和增减。
数控程序清单。
数控程序文本，也可以为存储介质。
加工路径图。
数控工步卡。
数控工艺规程或工序图表。
操作说明书。
工装清单。
刀具清单。
毛坯图。
零件定位及装夹示意图、操作说明书。
数控调试和加工注意事项。
1.3.4　数控编程的基本概念
1．刀位点
刀位点是刀具上的一个基准点，刀位点相对运动的轨迹即加工路线，也称编程轨迹。
2．对刀和对刀点
对刀是指操作员在启动数控程序之前，通过一定的测量手段，使刀位点与对刀点重合。可以用对刀仪对刀，其操作比较简单，测量数据也比较准确。还可以在数控机床上定位好夹具和安装好零件之后，使用量块、塞尺、千分表等，利用数控机床上的坐标对刀。对于操作者来说，确定对刀点将是非常重要的，会直接影响零件的加工精度和程序控制的准确性。在批生产过程中，更要考虑到对刀点的重复精度，操作者有必要加深对数控设备的了解，掌握更多的对刀技巧。
（1）对刀点的选择原则
在机床上容易找正，在加工中便于检查，编程时便于计算，而且对刀误差小。
对刀点可以选择零件上的某个点（如零件的定位孔中心），也可以选择零件外的某一点（如夹具或机床上的某一点），但必须与零件的定位基准有一定的坐标关系。
提高对刀的准确性和精度，即便零件要求精度不高或者程序要求不严格，所选对刀部位的加工精度也应高于其他位置的加工精度。
选择接触面大、容易监测、加工过程稳定的部位作为对刀点。
对刀点尽可能与设计基准或工艺基准统一，避免由于尺寸换算导致对刀精度甚至加工精度降低，增加数控程序或零件数控加工的难度。
为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。例如以孔定位的零件，以孔的中心作为对刀点较为适宜。
对刀点的精度既取决于数控设备的精度，也取决于零件加工的要求，人工检查对刀精度以提高零件数控加工的质量。尤其在批生产中要考虑到对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相对机床原点的坐标值来进行校核。
（2）对刀点的选择方法
对于数控车床或车铣加工中心类数控设备，由于中心位置（X0，Y0，A0）已由数控设备确定，确定轴向位置即可确定整个加工坐标系。因此，只需要确定轴向（Z0或相对位置）的某个端面作为对刀点即可。
对于三坐标数控铣床或三坐标加工中心，相对数控车床或车铣加工中心复杂很多，根据数控程序的要求，不仅需要确定坐标系的原点位置（X0，Y0，Z0），而且要同加工坐标系G54、G55、G56、G57等确定有关，有时也取决于操作者的习惯。对刀点可以设在被加工零件上，也可以设在夹具上，但是必须与零件的定位基准有一定的坐标关系，Z方向可以简单地通过确定一个容易检测的平面确定，而X、Y方向的确定需要根据具体零件选择与定位基准有关的平面、圆。
对于四轴或五轴数控设备，增加了第4、第5个旋转轴，同三坐标数控设备选择对刀点类似，由于设备更加复杂，同时数控系统智能化，提供了更多的对刀方法，需要根据具体数控设备和具体加工零件确定。
对刀点相对机床坐标系的坐标关系可以简单地设定为互相关联，如对刀点的坐标为（X0，Y0，Z0），同加工坐标系的关系可以定义为（X0+Xr，Y0+Yr，Z0+Zr），加工坐标系G54、G55、G56、G57等，只要通过控制面板或其他方式输入即可。这种方法非常灵活，技巧性很强，为后续数控加工带来很大方便。
3．零点漂移现象
零点漂移现象是数控设备受周围环境因素影响引起的，在同样的切削条件下，对同一台设备来说，使用相同一个夹具、数控程序、刀具，加工相同的零件，发生的一种加工尺寸不一致或精度降低的现象。
零点漂移现象主要表现为数控加工过程的一种精度降低现象或者可以理解为数控加工时的精度不一致现象。零点漂移现象在数控加工过程中是不可避免的，对于数控设备是普遍存在的，一般受数控设备周围环境因素的影响较大，严重时会影响数控设备的正常工作。影响零点漂移的原因很多，主要有温度、冷却液、刀具磨损、主轴转速和进给速度变化大等。
4．刀具补偿
经过一定时间的数控加工后，刀具的磨损是不可避免的，其主要表现在刀具长度和刀具半径的变化上，因此，刀具磨损补偿主要是指刀具长度补偿和刀具半径补偿。
5．刀具半径补偿
在零件轮廓加工中，由于刀具总有一定的半径如铣刀半径，刀具中心的运动轨迹并不等于所需加工零件的实际轨迹，而是需要偏置一个刀具半径值，这种偏移习惯上称为刀具半径补偿。因此，进行零件轮廓数控加工时必须考虑刀具的半径值。需要指出的是，NX CAM数控程序是以理想的加工状态和准确的刀具半径进行编程的，刀具运动轨迹为刀心运动轨迹，没有考虑数控设备的状态和刀具的磨损程度对零件数控加工的影响。因此，无论对于轮廓编程还是刀心编程，NX CAM数控程序的实现必须考虑刀具半径磨损带来的影响，合理使用刀具半径补偿。
6．刀具长度补偿
在数控铣、镗床上，当刀具磨损或更换刀具，使刀具刀尖位置不在原始加工的编程位置时，必须通过延长或缩短刀具长度方向一个偏置值的方法来补偿其尺寸的变化，以保证加工深度或加工表面位置仍然达到原设计所要求的尺寸。
7．机床坐标系
数控机床的直线运动坐标轴采用笛卡儿坐标系命名，其坐标命名分别为X、Y、Z，统称为基本坐标系。以X、Y、Z坐标轴或以与X、Y、Z坐标轴平行的坐标轴线为中心旋转的运动，分别称为A轴、B轴、C轴，A、B、C的正方向按右手螺旋定则确定。
Z轴：通常把传递切削力的主轴规定为Z坐标轴。对于刀具旋转的机床，如镗床、铣床、钻床等，刀具旋转的轴称为Z轴。
X轴：X轴通常平行于工件装夹面并与Z轴垂直。对于刀具旋转的机床，如卧式铣床、卧式镗床，从刀具主轴向工件方向看，右手方向为X轴的正方向，当Z轴为垂直时，对于单立柱机床如立式铣床，则沿刀具主轴向立柱方向看，右手方向为X轴的正方向。
Y轴：Y轴垂直于X轴和Z轴，其方向可根据已确定的X轴和Z轴，按右手直角笛卡儿坐标系确定。
旋转轴的定义也按照右手螺旋定则，绕X轴旋转为A轴，绕Y轴旋转为B轴，绕Z轴旋转为C轴。
数控机床的坐标轴如图1-4所示。
机床原点就是机床坐标系的坐标原点。机床上有一些固定的基准线，如主轴中心线；也有一些固定的基准面，如工作台面、主轴端面、工作台侧面等。当机床的坐标轴手动返回各自的原点以后，用各坐标轴部件上的基准线和基准面之间的距离便可确定机床原点的位置，该点在数控机床的使用说明书上均有说明。
8．零件加工坐标系和坐标原点
工件坐标系又称编程坐标系，是由编程人员在编制零件加工程序时，以工件上某一固定点为原点建立的坐标系。零件坐标系的原点称为零件零点（零件原点或程序零点），而编程时的刀具轨迹坐标是按零件轮廓在零件坐标系的坐标确定的。
加工坐标系的原点在机床坐标系中称为调整点。在加工时，零件随夹具安装在机床上，零件的装夹位置相对于机床是固定的，所以零件坐标系在机床坐标系中的位置也就确定了。这时测量的零件原点与机床原点之间的距离称作零件零点偏置，该偏置需要预先存储到数控系统中。
在加工时，零件原点偏置便能自动加到零件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的绝对坐标值。因此，编程人员可以不考虑零件在机床上的实际安装位置和安装精度，而利用数控系统的偏置功能，通过零件原点偏置值，补偿零件在机床上的位置误差，现在的数控机床都有这种功能，使用起来很方便。零件坐标系的位置以机床坐标系为参考点，在一个数控机床上可以设定多个零件坐标系，分别存储在G54/G59等中，零件零点一般设在零件的设计基准、工艺基准处，便于计算尺寸。
一般数控设备可以预先设定多个工作坐标系（G54～G59），这些坐标系存储在机床存储器内，工作坐标系都是以机床原点为参考点，分别以各自与机床原点的偏移量表示，需要提前输入机床数控系统，或者说是在加工前设定好的坐标系。
加工坐标系（MCS）是零件加工时所有刀具轨迹输出点的定位基准。加工坐标系用OM-XM-YM-ZM表示。有了加工坐标系，在编程时，无需考虑工件在机床上的安装位置，只要根据工件的特点及尺寸来编程即可。
加工坐标系的原点即为工件加工零点。工件加工零点的位置是任意的，是由编程人员在编制数控加工程序时根据零件的特点选定的。工件零点可以设置在加工工件上，也可以设置在夹具上或机床上。为了提高零件的加工精度，工件零点尽量选在精度较高的加工表面上；为方便数据处理和简化程序编制，工件零点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上，对于对称零件，最好将工件零点设在对称中心上，容易找准，检查也方便。
9．装夹原点
装夹原点常见于带回转（或摆动）工作台的数控机床和加工中心，比如回转中心，与机床参考点的偏移量可通过测量存入数控系统的原点偏置寄存器中，供数控系统原点偏移计算用。
1.4　数控铣加工编程基础
1.4.1　数控铣加工基础知识
1．数控铣床的分类
自从工业革命以来，机床工业发生了翻天覆地的变化。大多数人了解的是铣床、车床和钻床，也就是所说的普通机床，这些设备通过技术工人操作手轮移动刀架使刀具沿正确的方向走刀到零件所加工的位置。只有接受过较长时间的专业培训，并且具有一定操作技能的操作者，在具备一定条件的环境下才能通过普通机床加工出高质量的零件。相对来说，普通设备的加工效率较低，成本较高。
今天，数控设备在相当多的领域已经完全或逐渐取代了普通设备，与普通机床不同，数控机床加工零件的过程完全自动地进行，加工过程中人工不能干预。因此，首先必须将所要加工零件的全部信息，包括工艺过程、刀具运动轨迹及走刀方向、位移量、工艺参数（主轴转速、进给量、切削深度）以及辅助动作（换刀、变速、冷却、夹紧、松开）等，按加工顺序采用标准或规定的程序指令编写出正确的数控加工程序，然后输入到数控设备的控制系统中，随后控制系统按数控程序的要求控制数控机床对零件进行加工。所谓数控编程，一般指包括零件图样分析、工艺分析与设计、图形数学处理、编写并输入程序清单、程序校验的全部工作过程。数控编程可分为手工编程和自动编程两种方式。
数控铣床可进行钻孔、镗孔、攻螺纹、轮廓铣削、平面铣削、平面型腔铣削及空间三维复杂型面的铣削加工。加工中心、柔性加工单元是在数控铣床的基础上产生和发展起来的，其主要加工方式也是铣加工方式。
数控铣床可按通用铣床的分类方法分为以下3类：
（1）立式数控铣床
立式数控铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数，应用范围也最广。目前三坐标立式数控铣床占数控铣床的大多数，一般可进行三轴联动加工。
（2）卧式数控铣床
卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转台或万能数控转台的方式来实现四轴和五轴联动加工。这样既可以加工工件侧面的连续回转轮廓，又可以实现在一次装夹中通过转台改变零件的加工位置（也就是通常所说的工位），进行多个位置或工作面的加工。
（3）立卧两用转换铣床
这类铣床的主轴可以进行转换，可在同一台数控铣床上进行立式加工和卧式加工，同时具备立、卧式铣床的功能。
2．数控铣床的主要加工对象
（1）平面类零件
平面类零件的特点表现在加工表面既可以平行于水平面，又可以垂直于水平面，也可以与水平面的夹角成定角；目前在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件，平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件，一般只需要用三坐标数控铣床的两轴联动或三轴联动即可加工。在加工过程中，加工面与刀具为面接触，粗、精加工都可采用端铣刀或牛鼻刀。
（2）曲面类零件
曲面类零件的特点是加工表面为空间曲面，在加工过程中，加工面与铣刀始终为点接触。表面精加工多采用球头铣刀进行。
3．数控铣床的坐标系
为了描述点在平面和空间中的位置，首先需要定义一个确定方向和相对位置的坐标系，数控机床的坐标系采用右手直角笛卡儿坐标系。它规定直角坐标X、Y、Z三个坐标轴的正方向用右手螺旋定则判定，围绕各坐标轴的旋转轴A、B、C的正方向用右手螺旋定则判定。数控加工采用的是空间三维坐标系，三维坐标系是在二维即平面坐标系的基础上增加了一个垂直方向的轴，通常称之为Z轴，为平行于机床主轴的坐标轴，如图1-5所示。
（1）建立加工坐标系的步骤
为了在数控设备上加工零件，首先需要确定工件在机床上的位置，因此，必须建立一个与加工零件相关的坐标系，虽然数控设备的优势在于允许在机床上、或工件上、或夹具上的任何位置都可以作为数控编程的零点而建立坐标系，但最佳的解决方案选择既简单又方便定位的位置，这样操作者可通过按控制面板上的几个按钮完成建立加工坐标系。具体操作可以简单定义为以下几个简单步骤：
① 根据数控编程坐标系或加工坐标系确定零件坐标系的位置和坐标轴的方向。
② 利用零件和夹具上定位面建立加工坐标系。
③ 校正加工坐标系，通过校正加工坐标系，使建立的加工坐标系满足数控加工的要求。
（2）建立加工坐标系的要素
几何元素点、线、面对找正和校正加工坐标系非常有用，一个关键的因素是可以通过它们确定零件和夹具上的特征位置，进而确定加工坐标系的位置。在实际操作中，零件和夹具上的定位面、定位孔等经常作为找正和校正加工坐标系的主要手段，这主要基于通过简单的几何运算就可以将机床坐标系和零件坐标系联系起来。以下是建立加工坐标系的三个要素。
① 确定坐标平面：选择和找正定位面确定工作平面的方向和位置。
② 确定坐标轴方向：平移或旋转所测量的元素作为方向矢量确定加工坐标系的坐标轴方向，旋转元素需垂直于已找正的元素。这控制着轴线相对于工作平面的旋转定位。
③ 确定坐标系原点：作为定义X、Y、Z坐标轴的原点或零点。
4．数控铣床的零点
数控程序的刀位点位置和刀位矢量确定依赖于加工坐标系的位置，所以，在加工零件前必须确定加工坐标系或编程坐标系的准确位置。
在普通设备上加工工件时，操作技师通常使用刀具的刃边或刃口来确定工件的边缘位置作为加工的零点，然后用机床刻度盘的刻度值或者数字显示器显示的读数通过简单的数学运算来确定工作坐标系的零点，所有的位置都以此点作为参考点，这也就是加工坐标系的由来。
数控铣床和普通铣床的工作原理是一样的：加工前必须确定工件在机床上的位置，或者用刻度盘值或者用位置数字显示器的数值给零件定位。然后，操作者通过按数控机床控制面板上的按钮来建立加工坐标系，也就是通常所说的零点。只不过零点的位置确定通过数控设备控制系统内部的运算来完成。
在数控铣床上建立工件的加工坐标系，是为了确定工件在加工坐标系中的准确位置，首先应该了解两个零点的概念，它们分别是机床坐标系原点和加工坐标系原点。
数控铣床都有一个参考点，也就是通常所说的机床坐标系原点或机床的初始位置，是由机床制造商设置在机床上的一个固定基准位置点，通过限位开关或传感器来建立。作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动的起始点。从实际意义上讲，机床零点是固定不变的，通常在机床的右上方。当机床启动后，机床必须执行返回到机床零点的固定循环程序即初始化程序，然后将机床参考点和机床原点之间的偏置值自动存储在机床控制单元MCU（Machine Control Unit）中。
对于数控编程和数控加工来说，还有一个重要的原点是程序原点，是编程人员在进行数控编程时定义的几何基准点，并以此点作为加工坐标系的原点，即通常所说的工件原点。工件坐标系是对零件进行数控编程时确定的加工坐标系。
5．数控铣床偏置
（1）机床偏置的概念
机床零点和工作零点之间的距离叫做偏置，如图1-6所示。每个坐标轴都有互相关联的各自的偏置值，该值存储在机床控制单元的偏置寄存器中。在进行零件数控加工时，机床控制单元将一直存储这些偏置值，并利用这些偏置值自动跟踪和移动刀具到正确的位置。偏置值也可以在机床控制单元中进行编辑或调整。例如：在X-偏置值上加1mm，则整个坐标系就会向X正向移动1mm，这是一种常见的为控制工件加工质量而进行的调整方法。
（2）机床坐标系的设置和偏置
现在，大多数数控机床都能建立多个工件偏置来定义多个工件坐标系。事实上，即便加工同一个工件需要建立多个工件坐标系，也无需完全重新建立工作坐标系。该任务可以通过设置G代码或G指令来完成工件的偏置。最常用的坐标系设置指令为G54，其他坐标系设置指令为G55～G59等。如图1-7所示的X轴偏置值和Y轴偏置值即为G54指令所设定的工作坐标系。
其他的工作坐标系设置，如G55指令所定义的工作坐标系可以存储在同一个坐标工作平面（如G54）中。如图1-8所示，选择G55指令也就是通常所说的建立另一个工件坐标系G55。
建立另一个工件坐标系指令代码可以是常见的G54～G59，也可以为其他的G代码，这完全取决于机床制造商为偏置值而设定的G代码定义格式。必须在零件程序中使用该代码定义偏置值或坐标系。调出定义工件偏置值的G代码通常在绝对的安全位置如在程序开始部分：
O1111；
N5 G54 G90 G40 G70；
或者在换刀后：
N20 M06 T09；
N25 G54 G00 X50.0 Y20.0 Z100.0。
设置工件偏置必须通过刀尖或刀具刃部接触零件或其他方法来完成，所定义的工件各轴的偏置值X、Y、Z存储在机床控制单元的寄存器中。数控机床控制面板上的偏置记录如表1-2所示。
表1-2　坐标系偏置值
Designation X-offset Y-offset Z-offset
G54 　　　-30.221 　　　-65.864 0
G55 　　　　-7.987 　　　-33.366 -9.873
G56 　　　-15.765 　　　　-7.832 -35
G57 　　　-50.352 　　　　-0.788 -8.963
　　
（3）工件偏置的作用
在数控编程过程中，为了避免尺寸计算，需要多次将工作坐标系进行适当的平移、旋转。一般数控机床可以预先设定6个（G54～G59）工件坐标系，这些坐标系的坐标原点相对于机床原点的坐标偏置值存储在机床控制单元中，在机床进行回零操作或初始化后仍然存在，一旦程序中指定了该G指令，数控系统即指定并调出该坐标系作为当前的工件坐标系，该工件坐标系原点即为当前程序原点，后续程序中工件移动坐标值均为相对该坐标系原点的坐标值。
（4）Z坐标偏置和刀具长度偏置
Z轴的坐标偏置值由于主轴上装有刀具而使得Z方向的偏置值设置变得复杂一些，因为该偏置值是机床原点到工件坐标系原点之间的Z轴的偏置值，而不是铣刀刃端到工件坐标系之间的Z轴偏置值。相对来说，X、Y两个轴偏置值的测量和设置相对简单一些，因为操作者可以试着把机床主轴的中心线与工件的边缘对齐。Z坐标偏置值设置则有一些不同之处，原因是数控铣床主轴上装有刀具，因而不得不考虑刀具对Z轴偏置值的影响。刀具长度偏置成为解决这个问题的有效方法。
当控制系统执行程序中的指令使Z轴到达指定的水平位置时，控制系统要做的工作是将程序中的坐标点的数值和刀具长度偏置值都加到Z轴的坐标偏置值中。例如：
控制系统执行的数控程序为：G01 Z-100.0；
Z坐标偏置值为：-12.5；
刀具长度偏置值为：35.8；
则控制系统执行该程序段时迅速进行如下数学运算：
机床Z位置=-100.0+（-12.5）+35.8=-76.7
然后主轴带动刀具移动到该位置。
机床控制系统只执行运动控制点的机床绝对位置（也就是机床坐标系的绝对坐标值），而所有的其他数值的作用只是使数控编程和刀具设置变得简单罢了。
当运行数控程序时，数控系统根据刀具长度偏置值使刀具自动离开工件一个适当的距离，来完成刀具长度偏置工作。
在加工过程中，为了控制切削深度或进行试切加工，常常采用加大刀具长度偏置值的方法，以控制刀具的切削深度，而不需重新修改数控程序。
6．刀具参数预设置
刀具参数预设置常常用来设置最新安装的刀具参数，包括长度偏置值、直径值等。设置的方法有试切法、机床内部对刀法、机床外部对刀法，下面介绍最常见的机床外部对刀法——对刀仪测量法。
（1）对刀仪测量法
对刀仪测量法为机床外部对刀法，其目的是在数控机床外部预先设置刀具参数，而不需将数控机床停下来，手动方式使刀具触及工件来进行刀具参数设置。
对刀仪上有一个预先装好的、与刀柄相配合的锥孔，对刀时先将刀具安装到刀柄上，再将装有刀具的刀柄插到对刀仪的配合锥孔中；然后使用一个无接触光学系统来测量刀具，无接触光学系统通常为一个剖面投影仪，它能通过较大的放大倍数允许操作者测量刀具参数。对刀仪上的光学放大镜可以聚焦刀具的刃端，记录聚焦后的刀具长度偏置值、刀尖圆角和直径值等刀具参数，如图1-9所示；最后将所有的刀具参数值手工输入或通过系统传输到机床控制系统偏置值寄存器中，这样，精确的数控加工就可以开始了。
（2）机外对刀仪的组成
① 刀柄定位机构。对刀仪的刀柄定位机构与标准刀柄相对应，它是测量的基准，所以要有很高的精度，并与加工中心的定位基准要求一样，以保证测量和使用的一致性。定位机构包括回转精度很高的主轴、使主轴回转的传动机构和使主轴与刀具之间拉紧的预紧机构3部分。
② 测头与测量机构。测头有接触式测头和非接触式测头两种，接触式测头直接接触刀具的主要测量点（最高点和最大外圆处）；非接触式测头主要用光学的方法，把刀具投影到屏幕上进行测量。测量机构提供刀刃的切削点处的Z轴和X轴尺寸值，即刀具的轴向尺寸和径向尺寸，测量的读数有机械式（如游标刻线尺）的，也有数显和光学式的。
③ 测量数据处理装置。测量数据处理装置的作用是将刀具的测量值自动打印出来，或与上一级管理计算机联网，进行柔性加工，实现自动修正和补偿。
同其他的如手动使刀具接触或试切工件边缘的方法相比，采用对刀仪测量刀具参数的方法更加精确、快捷。通常，手工移动主轴使刀具接触或试切工件边缘的方法受很多条件的限制，如实际刀具的精度、工件试切边缘的精度以及操作者的测量手法等。另一方面，使用对刀仪测量刀具直径偏置比单纯输入一个刀具直径值更精确，操作者和编程人员必须考虑到主轴的旋转精度问题，因为实际加工过程中刀具是随主轴一同旋转的。
精度较高的机外对刀仪所配置的系统具有更多的功能，使用更加方便。例如，刀具参数通过数据交换系统自动传输到机床控制系统中，直接成为操作者所需要的刀具参数，这样，就不需要操作者将刀具参数手工输入机床控制单元中，可以避免人为错误的发生。
机外对刀仪主要用来测量刀具的长度、直径、刀具形状、角度。对于加工中心刀库中存放的刀具，其主要参数都要有准确的值，这些参数值在编制加工程序时都要加以考虑。使用中因刀具损坏需要更换新刀具时，用机外对刀仪可以测出新刀具的主要参数值，以便掌握与原刀具的偏差，然后通过修改刀补值确保其正常加工。此外，用机外对刀仪还可测量刀具切削刃的角度和形状等参数，有利于提高加工质量。
（3）刀具参数测量注意事项
① 使用对刀仪应注意的问题。使用前要用标准芯轴进行校准。每台对刀仪都随机带有一个标准的对刀芯轴，要妥善保护使其不锈蚀或受到外力作用而变形。每次使用前都要对轴向和径向尺寸进行校准。
② 静态刀具参数测量值的修正。静态测量的刀具尺寸和实际加工出的尺寸之间有一差值。影响这一差值的因素很多，主要有：
刀具和机床的精度和刚度。
加工工件的材料和状况。
冷却液和冷却系统的状态。
使用对刀仪的技巧和熟练程度等。
由于以上原因，静态测量的刀具尺寸应大于加工后的实际尺寸，因此对刀时要考虑一个修正值，这要由操作者凭经验来预选，一般要偏大0.01～0.05mm。
③ 工件坐标系原点的修正。零件找正或夹具定位装夹后，必须正确测定工件的编程原点在机床坐标系中的坐标值，然后输入到偏置寄存器中。进行试切削时，由于现场环境等因素的影响，如机床的重复定位精度。即便使用同一程序加工，实际加工尺寸也可能因为加工条件的变化而出现较大的偏移，这时可根据实测的结果进行修正，直至满足零件技术要求为止，最终使得刀具运动轨迹与数控编程轨迹完全重合，必要时为了提高工件的加工精度，也可以采用以上方法进行刀具补偿修正。
1.4.2　数控铣加工程序的结构和常用代码
1．数控铣加工程序的结构
一个完整的数控铣程序由程序开始、程序内容、程序结束3部分组成。
（1）程序开始部分
程序号为程序的开始部分，也是程序的开始标记，供在数控装置存储器中的程序目录中查找、调用。程序号一般由地址码和4位编号数字组成。常见的程序定义地址码为O、P或%。
（2）程序内容部分
程序内容是整个程序的主要部分，由多个程序段组成。每个程序段又由若干个字组成，每个字由地址码和若干个数字组成。指令字代表某一信息单元，代表机床的一个位置或一个动作。
（3）程序结束部分
程序结束部分一般由辅助功能代码M02（程序结束指令）或M30（程序结束指令和返回程序开始指令）组成。
2．程序段中的字的含义
（1）程序段格式
程序段格式是指一个程序段中的字、字符和数据的书写规则。目前常用的是字地址可编程序段格式，它由语句号字、数据字和程序段结束符号组成。每个字的字首是一个英文字母，称为字地址码，字地址码可编程序段格式如表1-3所示。
表1-3　程序段的常见格式
N156 G G X Y Z A B C F M
　　
字地址码可编程序段格式的特点是：程序段中各自的先后排列顺序并不严格，不需要的字以及与上一程序段相同的继续使用的字可以省略；每一个程序段中可以有多个G指令或G代码；数据的字可多可少，程序简短、直观，不易出错，因而得到广泛使用。
（2）程序段序号简称顺序号
通常用数字表示，在数字前还冠有标识符号N，现代数控系统中很多都不要求程序段号，程序段号可以省略。
（3）准备功能
准备功能简称G功能，由表示准备功能地址符G和数字组成，如直线插补指令G01。G指令代码的符号已标准化。
G代码表示准备功能，目的是将控制系统预先设置为某种预期的状态，或者某种加工模式和状态，例如G00将机床预先设置为快速运动状态。准备功能表明了它本身的含义，G代码将使得控制器以一种特殊方式接受G代码后的编程指令。
（4）坐标字
坐标字由坐标地址符及数字组成，并按一定的顺序进行排列，各组数字必须具有作为地址码的地址符X、Y、Z开头，各坐标轴的地址符按下列顺序排列：X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C。其中，X、Y、Z为刀具运动的终点坐标值。
程序段将说明坐标值是绝对模式还是增量模式，是英制单位还是公制单位，到达目标位置的运动方式是快速运动或直线运动。
（5）进给功能F
进给功能由进给地址符F及数字组成，数字表示所选定的进给速度。
（6）主轴转速功能S
主轴转速功能由主轴地址符S及数字组成，数字表示主轴转速，单位为rpm。
（7）刀具功能T
刀具功能由地址符T和数字组成，用以指定刀具的号码。
（8）辅助功能
辅助功能简称M功能，由辅助操作地址符M和数字组成。
（9）程序段结束符号
程序段结束符号放在程序段的最后一个有用的字符之后，表示程序段的结束，因为控制不同，结束符应根据编程手册规定而定。
需要说明的是，数控机床的指令在国际上有很多格式标准。随着数控机床的发展，其系统功能更加强大，使用更方便，在不同数控系统之间，程序格式上会存在一定的差异，因此在具体掌握某一数控机床时要仔细了解其数控系统的编程格式。
1.4.3　实例：数控铣加工程序
在本节中，将通过一个简单的数控铣加工零件及其数控铣加工程序的介绍，进一步了解数控铣程序的结构、特点和常用代码的含义。图1-10为某外形轮廓的零件图，轮廓深度为5mm，数控编程采用刀心编程，图中所示坐标点为刀具中心的刀位点坐标值。
图1-10　数控铣编程实例
1. 数控铣加工程序
数控铣加工程序说明见表1-4。
表1-4　数控铣加工程序
程序内容程序说明
程序开始部分　O6666; 　程序号为O6666
　N1; 　程序N1
　G54G90G17G21G94G49G40; 建立工件坐标系、绝对编程、XY平面、公制编程、进给方式定义为mm/min、取消刀具长度补偿
　G0X300.0Y300.0 Z300.0; 　主轴移动到X300.0Y300.0 Z300.0的安全位置
　M06 T09;  　调9号端铣刀
　M03S3600F680; 　主轴正转，转速为3600rpm，进给速度为680mm/min

续表
程序内容程序说明
程序内容部分　G0 X260.0Y180.0Z30.0; 　刀具快速移动到起刀点(X260.0,Y180.0,Z30.0)
　X20.0; 　刀具沿X方向快速移动到(X20.0, Y180.0,Z30.0)
　Y40.0; 　刀具沿Y方向快速移动到(X20.0,Y40.0,Z30.0)
　G1Z-5.0; 　下刀到(X20.0 ,Y40.0,Z-5.0)的位置
　X40.0; 　刀具沿X方向直线插补铣削至刀位点(X40.0,Y40.0,Z-5.0)
　Y100.0; 　刀具沿Y方向直线插补铣削至刀位点(X40.0,Y100.0,Z-5.0)
　G03 X60.0Y120.0R20.0; 　刀具逆时针圆弧插补铣削至刀位点(X60.0,Y120.0,Z-5.0)，半径为20.0
　G02 X100.0R20.0; 　刀具顺时针圆弧插补铣削至刀位点(X100.0,Y120.0,Z-5.0)，半径为20.0
　G03X110.0Y110.0R10.0; 　刀具逆时针圆弧插补铣削至刀位点(X110.0,Y110.0,Z-5.0)，半径为10.0
　G01X210.0; 　刀具沿X方向直线插补铣削至刀位点(X210.0,Y110.0,Z-5.0)
　G03X220.0Y100.0R10.0; 　刀具逆时针圆弧插补铣削至刀位点(X220.0,Y100.0,Z-5.0)，半径为10.0
　G01Y60.0; 　刀具沿Y方向直线插补铣削至刀位点(X220.0,Y60.0,Z-5.0)
　G02X200.0Y40.0R20.00; 　刀具顺时针圆弧插补铣削至刀位点(X200.0,Y40.0,Z-5.0)，半径为20.0
　G01X20.0; 　刀具沿Y方向直线插补铣削至刀位点(X20.0,Y40.0,Z-5.0)
程序结束部分　G0Z30.0; 　快速退刀离开零件上表面
　Y180.0 　刀具沿Y方向直线插补铣削至刀位点(X20.0,Y180.0,Z30.0)
　X260.0 　刀具沿X方向直线插补铣削至刀位点(X260.0,Y180.0,Z30.0)
　G0X300.0Y300.0 Z300.0; 　主轴移动到X300.0Y300.0 Z300.0的安全位置
　M5 M09; 　主轴停止，冷却液停止
　M30; 　程序停止，返回主程序
2. 数控程序介绍
大多数代码看起来非常熟悉，数控铣程序分为程序开始、程序内容和程序结束3部分内容。
（1）程序开始部分
程序开始部分主要定义程序号，调出零件加工坐标系、加工刀具，启动主轴、打开冷却液等方面的内容。
O6666：为定义程序号，程序号为O6666。
N1：数控铣程序由多个程序组成，每一个程序可以单列，也可以连在一起，为了容易区别，将该程序定义为N1程序。
G54G90G17G21G94G49G40：
G54：为建立工件坐标系指令，并选择G54作为当前的加工坐标系；如不作特殊指明，数控系统默认G54坐标系。
G90：采用绝对编程方式。
G17：加工平面选择XY平面。
G21：选择公制编程。
G94：进给方式定义，选择每分钟毫米，单位为mm/min。
G49：取消刀具长度补偿。
G40：取消刀具半径补偿。
G0X300.0Y300.0 Z300.0：机床主轴移动到X300.0Y300.0 Z300.0的安全位置。为避免换刀过程中出现刀具与工件或夹具之间的碰撞或干涉现象发生，一个有效的方法是让机床主轴和加工零件有一定的安全距离。
M06 T09：选择刀具指令，调9号端铣刀；同时确定了9号刀具在当前加工坐标系中相对于零点的偏置值。
M03S3600F680：定义主轴的旋转速度，包括主轴正转（M03），转速为3600rpm（S3600），同时定义了进给速度为680mm/min（F680）。
（2）程序内容部分
程序内容是整个程序的主要部分，由多个程序段组成。每个程序段由若干个字组成，每个字又由地址码和若干个数字组成。常见的为G指令和M指令以及各个轴的坐标点组成的程序段。
G0 X260.0Y180.0Z30.0：起刀点定义，刀具快速移动到起刀点(X260.0,Y180.0,Z30.0)。
G1Z-5.0：垂直下刀到(X20.0 ,Y40.0,Z-5.0)的位置。
G03 X60.0Y120.0R20.0：刀具逆时针圆弧插补铣削轮廓，轮廓半径为20.0，G03为逆时针圆弧查补指令，铣削从刀位点(X20.0 ,Y40.0,Z-5.0) 至刀位点 (X60.0,Y120.0,Z-5.0)。
G02 X100.0R20.0：刀具顺时针圆弧插补铣削轮廓，轮廓半径为20.0，G02为顺时针圆弧查补指令，铣削从刀位点(X60.0,Y120.0,Z-5.0)至刀位点(X100.0,Y120.0,Z-5.0)。
其他程序段内容相似。
（3）程序结束部分
在程序结束部分，需要机床主轴返回起刀点即起始位置，同时进行主轴停止，关掉冷却液，程序选择停止或结束程序等动作。
G0Z30.0：快速退刀离开零件上表面。
Y180.0 X260.0：刀具先沿Y方向，后沿X方向快速返回起刀点。
G0X300.0Y300.0 Z300.0：机床主轴快速移动到X300.0Y300.0 Z300.0的安全位置。
M30：M30为程序停止，返回主程序指令。执行时，冷却液、进给、主轴全部停止，数控程序和数控设备复位并回到加工前原始状态，为下一次程序运行和数控加工重新开始做准备。
1.5　数控车加工编程基础
1.5.1　数控车加工编程原理
1．数控车床介绍
数控车加工中心是数控车床的一个常见的名称。车削不同于铣削的关键处在于它主要用于如轴类、环形件、盘类零件以及螺纹等回转体零件的加工。
数控车床按主轴的配置方式可以分为卧式数控车床和立式数控车床，其中卧式数控车床的种类很多。早期的数控车床的功能比较单一，只有X、Z两个轴的联动功能所实现的数字化控制车削加工。基于在数控车床上扩展加工范围的需要，在数控车床刀架上增加了动力刀具，增加了铣削方面的功能，在此基础上发展成车铣加工中心，但由于数控车床刀具加工时始终朝向主轴旋转中心，使得传统的车铣加工中心加工范围有限，主要使用动力刀具进行铣平面、槽、钻、扩、铰孔等朝向主轴旋转中心的加工。随着数控技术的不断发展，以及新产品研制和快速反应的要求，数控设备的主体结构形成系列化、模块化，增加了Y轴及其旋转轴，发展成为真正的车铣加工中心。近几年来，基于对零件的刚性和加工稳定性的需要，发展了零件沿纵向分区域渐进并且始终在靠近机床主轴部位进行切削的纵切式车铣加工中心。
刀架作为数控车床的重要部件之一，决定了数控车床的整体布局和工作性能。有转塔式刀架和直线排列式刀架两种形式，常见的卧式数控车床多为转塔式刀架。
数控车床在工厂里非常普及，数控车床同加工中心一样在加工领域起着重要的作用。工业统计数据表明，普遍认为数控车床比加工中心简单一些，尽管数控车床可以加工出高质量的零件。数控车床主要用于加工高精度、表面质量要求好的回转体零件，因此需要很少的程序以及启动操作，但这并不等于说，数控车床不能用于周期短和普通零件的加工，只是因为需要车加工的零件比率远远高于铣加工的零件。
2．数控车床的特点
（1）数控车床可以自动完成的操作有主轴变速、正反转、启动或停止，两个坐标方向的进给和快速移动，刀架的松开、转位和夹紧，切削液的开关等。
（2）数控车刀的进给必须与主轴的旋转建立联系，因为数控车床车削时是以主轴转一圈车刀沿进给方向移动多少脉冲当量来计算的。
（3）由于零件设计图纸尺寸的标注和测量都是直径值，因此，为了提高径向尺寸精度，便于编程与测量，X向脉冲当量取为Z向的一半，故直径方向用绝对值编程时，X坐标值以直径值表示。用增量编程时，以径向实际位移量的2倍编程，并附上方向符号。
（4）卧式数控车床加工零件时，基于零件表面质量和加工精度的需要，主轴必须有一个较大的调速范围，既可以采用恒定表面速度，当然也可以采用恒定转速。
（5）具有刀具补偿功能和跳步指令功能。
（6）数控车床通常是两坐标机床，实现两坐标（X，Z）联动加工回转体轮廓零件。
（7）由于车加工零件的毛坯常用毛料和模锻件，加工余量较大，所以数控车床常具备不同形式的固定循环功能，可进行多种车削循环。
3．数控车床的编程标准
用于数控车床的数控程序和数控铣加工程序非常相似。由于在编数控车程序时只需关心两个坐标轴的运动而不是三个轴的运动，因而编程更容易些；另一方面，用于数控铣编程基本的G指令或M指令也可用于数控车编程。如果能够编写数控铣程序，那么可以很容易学会编写数控车程序。
一个有趣的问题是在数控车床控制系统的标准化问题上，数控车编程标准化程度要比数控铣加工编程标准化程度低很多。EIA/ISO标准体系专门制定了数控车编程指令系统，而实际上，机床生产厂家没有数控铣编程指令系统那样规范，严格执行EIA/ISO标准。数控车编程指令系统的混乱意味着编程人员不得不花费大量的时间学习不同数控车床的特殊指令，否则会产生许多错误。
（1）数控设备的控制系统
目前数控车床常见的数控系统是FANUC和SIEMENS控制系统，控制系统的基本指令如直线插补和圆弧插补指令非常相似，最大的区别在于循环指令的代码千奇百怪。
（2）数控车床坐标轴定义
数控车床同样使用笛卡儿坐标系定义编程坐标系，只是坐标轴不同于数控铣床而已。数控车床根据习惯，将平行于机床主轴的轴定义为Z轴，而垂直于机床主轴的轴定义为X轴。图1-11说明了这点，坐标轴的方向定义为：Z正向定义为主轴的右侧方向，X正向定义为朝向机床的背方向。这主要考虑到典型的数控车床刀架安装在机床的背部（面向操作者）。原点通常设在要加工零件的前端面的中心。
对于车铣加工中心或纵切式加工中心而言，增加了Z轴方向的旋转轴C轴，以及Y轴及其旋转轴B轴。
（3）直径编程或者半径编程
数控车加工是用来加工旋转体零件的，由于回转体零件的径向尺寸，无论是设计尺寸还是测量尺寸都是以直径值来表示的，因此，数控车床既可以采用直径编程方式，也可以采用半径编程方式，区别在于X轴的坐标值不同而已。采用直径编程方式，用绝对坐标编程时，X坐标值为直径值，采用相对坐标编程时，以刀具径向实际位移值的二倍值为编程值。相对而言，直径编程较半径编程更方便，尤其在进行手工编程时，可以避免将直径值换算成半径值而可能发生的简单算术错误。如加工一个直径为65mm的外圆，只需将直径65定义为X坐标值，而不需换算成半径值32.5，表1-5显示了两种编程方法的差异。所有的数控系统都设有系统变量以确定采用哪种方式编程，如需改变，可以参照设备说明书或咨询设备商进行，最好在设备出厂前由设备商确定。
表1-5　直径编程和半径编程比较
编程方法　　直径编程（Diameter Programming）　　　半径编程（Radius Programming）
程序内容　　G01 X65.0 Z-50.0 　　　G01 X32.5 Z-50.0
　　
（4）主轴旋转
主轴的旋转方向通过M03、M04指令代码来实现。一般情况下，数控车床的刀架通常都安装在主轴后面的上方，加工刀具处于向下最接近零件的位置，采用M03指令使得主轴正转，从而成为最常见的方向。主要用于外圆的车削，也用于采用标准右旋麻花钻钻孔操作。
主轴的旋转方向实际上与主轴的设计相关，绕Z轴的旋转轴也就是C轴。事实上，许多数控车床允许进行C轴插补和分度。
4．车刀设置
（1）刀尖和刀心编程
在数控铣编程时，可以采用刀心编程，也可以使用刀具半径补偿功能进行轮廓编程。在这一点上，数控车编程与铣加工数控编程非常相似，由于车刀刃端为单刃的实际情况，数控车床使用假想刀尖作为数控编程时的接触点，可以通过设置刀具的刀尖与X、Z坐标轴相切的交点来确定假想刀尖的加工位置，如图1-12所示。
图1-12　假想刀尖示意图
为了提高车刀的使用寿命，降低表面粗糙度，车刀的刃端常磨成半径较小的圆弧，标准车刀的最小刀尖半径为R0.2mm，最大为R2.4mm，常见的多为R0.8mm。车刀半径与铣刀半径一样，数控编程时必须考虑或通过计算将其纳入到数控程序中。只有在沿Z轴方向车外圆或沿X轴方向车端面时，刀尖编程才可以不进行任何补偿。
多数数控车床既可以设置为采用假想刀尖编程，也可以使用刀尖圆弧的中心即刀心编程。尽管在采用刀心编程时，必须人工补偿与铣加工相似的刀具半径补偿量。例如，使用一把刀尖半径为R0.8mm的车刀，车加工一个直径为66的外圆，采用刀尖编程，只需简单地定义X轴的坐标值为X66.0，而如果采用刀心编程，就必须将两倍的刀尖半径值1.6和直径值66相加作为指定的直径值67.6，这样才能到达正确的加工位置X67.6。
（2）刀尖编程的局限
刀尖编程非常方便，但也有局限性，只能用于加工面平行于X轴和Z轴的情况。如果要加工一个锥面或圆弧，就会发生几何错误，如图1-13所示，这些错误主要是由于相切的车刀刃端与理论刀具轨迹不符合所致。加工锥面时，误差可以通过直接三角函数运算解决，而对于加工圆弧，相对复杂一些，因为刀尖沿着数控程序的轨迹运动时，该误差是恒定地变化着的。
图1-13　刀尖编程误差示意图
解决的办法或者是采用刀心编程，将刀尖半径补偿值加到半径中，如图1-14所示；或采用刀具半径自动补偿功能，控制刀具轨迹运动到正确的刀具轨迹上。后一种办法实际上也是最完美的解决办法，因为可以使用刀具补偿获得最终的刀具轨迹，同时可以允许采用刀尖编程。
图1-14　刀心编程轨迹
1.5.2　数控车加工程序的结构和常用代码
数控车程序可以分成程序开始、程序内容和程序结束3部分内容。
（1）程序开始部分
主要定义程序号，调出零件加工坐标系、加工刀具，启动主轴，打开冷却液等方面的内容。
主轴最高转速限制定义G50 S2000，设置主轴的最高转速为2000rpm，对于数控车床来说，这是一个非常重要的指令。
坐标系定义如不作特殊指明，数控系统默认G54坐标系。
返回参考点指令G28 U0，为避免换刀过程中发生刀架与工件或夹具之间的碰撞和/或干涉，一个有效的方法是机床先回到X轴方向的机床参考点，并离开主轴一段安全距离。
刀具定义G0 T0808 M8，自动调8号左偏刀8号刀补，开启冷却液。
主轴转速定义G96 S150 M4，恒定线速度S功能定义。S功能是数控车床的主轴转速指令功能，有两种表达方式，一种是以r/min或rpm作为计量单位；另一种是以mm/min为计量单位。数控车床的S代码必须与G96或G97配合使用才能设置主轴转速或切削速度。
G97：转速指令，定义和设置每分钟的转速。
G96：恒线速度指令，使工件上任何位置上的切削速度都是一样的。
（2）程序内容部分
程序内容是整个程序的主要部分，由多个程序段组成。每个程序段由若干个字组成，每个字又由地址码和若干个数字组成。常见的为G指令和M指令以及各个轴的坐标点组成的程序段，并增加了进给量的功能定义。
F功能是指进给速度的功能，数控车床进给速度有两种表达方式，一种是每转进给量，即用mm/r单位表示，主要用于车加工的进给；另一种和数控铣床相同，采用每分钟进给量，即用mm/min单位表示，主要用于车铣加工中心中铣加工的进给。
（3）程序结束部分
在程序结束部分，需要刀架返回参考点或机床参考点，此为下一次换刀的安全位置；同时进行主轴停止，关掉冷却液，程序选择停止或结束程序等动作。
回参考点指令G28U0为回X轴方向机床参考点，G0 Z300.0为回Z轴方向参考点。
停止指令M01为选择停止指令，只有当设备的选择停止开关打开时才有效；M30为程序结束指令，执行时，冷却液、进给、主轴全部停止。数控程序和数控设备复位并回到加工前原始状态，为下一次程序运行和数控加工重新开始做准备。
1.5.3　实例：数控车加工程序
在本节中，将通过一个简单的数控车零件，介绍零件的加工过程及数控车加工程序，进一步了解数控车程序的结构、特点和常用代码的含义。实例零件如图1-15所示。
图1-15　数控车编程实例
数控编程采用假想刀尖编程。数控车粗加工程序如表1-6所示，数控车精加工程序如表1-7所示。
表1-6　数控车粗加工程序
程序内容程序说明
程序开始部分　O5555; 　程序号为O5555
　N1(RONXH OF CUT); 　粗车端面和外圆程序
　G50 S2000; 　最高主轴转速设定，最高转速为2000rpm
　G28 U0; 　回X轴方向机床参考点
　G0 T0808 M8; 　自动调8号左偏刀8号刀补，开启冷却液
　G96 S150 M4; 　恒定线速度车削，切削速度200mm/min，主轴反转
程序内容部分　G0 Z5.0; 　刀具沿Z方向移动到起刀点Z5.0
　X65.0; 　刀具沿X方向移动到起刀点X65.0
　G72 W1.0 R1.0; 　端面粗加工循环，每次端面切削1mm，退刀距离1mm
　G72 P10 Q20 U0
W0.3 F0.22; 端面粗加工循环切削参数设定，起始程序段为10，结束程序段为20，精车余量外圆0，端面0.3mm
　N10 G0 Z0; 　刀具从X65.0,Z5.0快速移动到X65.0,Z0
　N20 G1 X-1.0　F0.2; 　车端面从X65.0到X-1.0，进给速度为0.22mm/r
　G0 X60.0 Z2.0; 　快速退刀到车外圆循环起刀点X60.0,Z2.0
　G71 U2.0 R1.0; 　外圆粗加工循环，每次切削深度1mm，退刀距离1mm
　G71 P30 Q40 U0.6 W0.1 F0.3; 外圆粗加工循环切削参数设定，起始程序段为30，结束程序段为40，精车余量外圆0.6，端面0.1mm，进给速度为0.3mm/r
　N30 G0X 30.0; 　从程序段30到程序段40定义精加工路径，假想刀尖编程。注：
① 程序中已将精车所用刀具刀尖圆弧R0.8mm在各程序段中的偏置值加到该坐标点的数值中
　② 进给量0.15mm/r为精车进给量
　
　G1 Z-15.705 F0.25; 　　
　X45.0 Z-46.705; 　　
　Z-60.0; 　　
　N40 X62.0; 　　
程序结束部分　G28 U0 M5; 　回X轴方向机床参考点，主轴停止
　G0 Z300.0; 　回Z轴方向参考点
　M1; 　程序选择停止
表1-7　数控车精加工程序
程序内容程序说明
程序开始部分　N2(FINISH OF CUT); 　精车端面和外圆程序
　G50 S2000; 　最高主轴转速设定，最高转速为2000rpm
　G28 U0; 　回X轴方向机床参考点
　G0 T1010 M8; 　自动调10号左偏刀10号刀补，开启冷却液
　G96S200M3; 　恒定线速度车削，切削速度200mm/min，主轴正转
续表
程序内容程序说明
程序内容部分　G0Z2.0; 　刀具沿Z方向移动到起刀点Z2.0
　X65.0; 　刀具沿X方向移动到起刀点X65.0
　G70P10Q20; 　精车端面循环
　G70P30Q40; 　外圆精加工循环
程序结束部分　G28U0; 　回X轴方向机床参考点
　G0 Z300.0; 　回Z轴方向参考点
　M30; 　程序停止
1.6　注意事项
在加工时尤其是在粗加工中，对于不易测量的尺寸，如表面尺寸，应与可测量的尺寸精度较高表面一起加工，靠数控机床自身的精度来保证。从经验来看这种方法比较可靠，同时可节约大量量具，充分发挥数控车床的优势。对于X向（径向）原点X0应该设在可以同径向基准或者与径向基准一刀加工出同轴度较好的表面，并兼顾对刀的方便。对于Z向（轴向）原点的确定，选择方便测量又容易对刀的表面。根据编程方式决定需采用的对刀方式，即刀心对刀和刀尖对刀。一个有效的手段是加工前进一步消化和理解零件的加工内容。
（1）根据设计图纸或工艺图表综合考虑零件的精度和技术要求。
（2）零件几何结构。
（3）尺寸关系：用来确定精加工的先后顺序。
（4）技术条件：确定各个尺寸所在的工步，如有同轴度、跳动关系的尺寸尽量在一个工步加工出，也就是一刀干出。另外如平面度、圆度等还决定是否需要在后面加修基准的工步。
（5）精度等级：公差较严的尺寸应该在切削变形较大的工步后加工。
（6）粗糙度要求：粗糙度要求较高的表面应在零件刚性较好的情况下加工，并应避免用较小刀R加工的表面一同加工。粗糙度要求较低的表面可在粗加工中形成。
（7）试加工过程中先检查刀具是否与夹具和夹盘有干涉现象，试刀后的尺寸应校验，测量合格后进行正式加工。
（8）根据试加工后的结果，修正刀具补偿值，提高零件的加工精度，并最终使刀具运动轨迹与编程轨迹重合。
1.7　本章小结
本章主要对数控加工工艺、数控编程基础、数控铣加工编程、数控车加工编程等内容做了详细介绍，同时给出了数控加工编程的注意事项。
通过本章的学习，读者能了解数控加工编程的基础知识，可以手工编制数控铣加工程序、数控车加工程序。
1.8　思考与练习
1. 列举出数控机床控制系统所具有的插补功能，并给出相应的指令格式，说明其中每个地址字/参数的含义。（控制系统型别不限）
2. 用数控车床加工如图1-16所示零件，材料为45号钢调质处理，毛坯的直径为44mm，长度为180mm。按要求完成零件的加工程序编制。[注：工件坐标原点设在右端面时，P1点的坐标为（17.055，-100.757），P2点的坐标为（17.055，-89.243）。]
（1）粗加工程序使用固定循环指令；
（2）对所选用的刀具规格、切削用量等作简要工艺说明；
（3）加工程序单要字迹工整。
图1-16　加工零件图
3. 用数控铣床加工如图1-17所示零件，工件材料为铝，毛坯为120mm×60mm×10mm板材，现已完成8mm深的外轮廓粗加工，周边留1mm余量，按要求完成零件的加工程序编制，同时要求加工出φ20mm的孔。
图1-17　加工零件图
　　

s7U26z · 发表于 2013-11-5 18:36

这是什么？

李海泳 · 发表于 2013-11-5 20:02

谢谢阿杜

yellowstones · 发表于 2014-3-5 14:19

好长的帖子啊！

kin23238 · 发表于 2014-3-26 16:48

真系够长！

xuhh8201 · 发表于 2015-10-18 14:33

有本书的完整内容吗？

heaven1212 · 发表于 2016-4-25 15:41

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