数控工艺编程基础知识

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1、数控加工工艺与编程电子教材项目一：数控加工工艺与编程基础知识 加工如图所示的零件，试分析此零件的结构是否适合于数控加工？加工部分有外圆、螺纹和退刀槽，试分析用什么样的车刀加工此工件？由图可知，45.5的轴段精度要求较高，试分析采用什么样的加工方法和加工顺序来保证此加工精度？任务一：数控加工工艺编制第1步：零件结构工艺分析、毛坯及加工定位基准的确定一、零件图分析1、识图的方法与步骤读零件图是通过对零件图进行分析和综合的过程，为了研究零件图的设计合理性、分析加工工艺性、提高和改进产品质量打下基础。读图步骤如下：（1）概括了解 首先看标题栏，了解零件图的名称、材料、比例，并浏览全图，对零件有一个全面

2、的认识，根据有关的专业知识，可以分析零件的用途及结构特点。（2）分析视图 根据视图布局，首先找出主视图，围绕主视图，分析其他视图的配备情况，重点看清各种视图、刨面图，包括刨切方法、刨切位置、刨切目的几彼此之间的投影关系。（3）形体分析 利用形体分析法将零件图按功能分解为几个较大部分，如工作部分、连接部分、安装部分、加强和支撑部分。在此基础上，仔细分析每个结构的局部细小结构、形状。最后，想象出零件的完整结构形状。（4）尺寸分析 根据零件图类别及整体结构，分析长、宽、高各方向上的尺寸基准，搞清哪些是主要基准和主要尺寸，以及尺寸标注的形式，找出各简单的定形尺寸和定位尺寸。 （5）分析技术要求 根据标

3、注的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度及其他技术要求，明确主要加工尺寸和加工表面，以便采用合理的工艺方法予以保证。 2、零件图的读取 （1）概括了解 此零件为阶梯轴，材料为45#钢，采用1：1比例。共有4个轴段，需要加工外圆、切槽、螺纹。（2）分析试图 本阶梯轴结构、形状简单，没有需要进一步表达的部位，故采用一个主视图将结构完全表达。（3）尺寸分析 从图纸上可以看出，径向尺寸基准为中心线，尺寸以中心线标注，轴向尺寸基准为右端面，45.5和50的轴段定位基准都是右端面，基准比较统一。尺寸标注比较齐全，没有遗漏。45.5的轴段尺寸精度和表面粗糙度要求较高，可知此轴段为配合轴段。M36的螺纹导程为2mm

4、，查表可知螺纹小径为33.853mm，螺纹和槽宽总长有长度要求。（4）直径为45.5mm轴段，直径公差为0.042mm，公差等级为IT8级，表面粗糙度为1.6；螺纹和槽宽轴段总长长度要求34mm，公差为0.3mm，公差等级为IT13，原角半径R2mm，工件没有形状公差，没有相互位置公差要求。二、工件的结构工艺性分析此工件需要切削螺纹，因此必须要增加退刀槽，退刀槽宽度不小于1.2倍螺距，深度超过丝底尺寸,其作用：1、便于车削螺纹退刀,不伤及工件其他尺寸；2、使螺纹上满扣。此工件槽宽为4mm大于螺纹导程1.22mm；退刀槽的深度2mm大于螺纹牙高；轴的未注圆角R2mm，比较统一，加工过程中可用同一

5、车刀加工所有圆角，减少了换刀次数。因此此轴的加工工艺性较好。三、确定毛坯1、钢的牌号和分类 工件的材料为45钢，为中碳钢含碳量为0.45%，具有较好的强度、韧性和硬度。经过调质处理可以获得较高的强度和韧性等综合力学性能，经过淬火后再回火，表面硬度可达4552HRC。2、毛坯的确定方法确定毛坯包括选择毛坯类型及制造方法、确定毛坯精度。机加工的工序数量、材料消耗和劳动量，很大程度上与毛坯有关。毛坯的形状越接近成品零件，即毛坯的精度越高，则零件的机械加工劳动量越少，材料消耗越少，机械加工的生产率可提高。但是毛坯的制造费用提高了。因此确定毛坯要从机械加工和毛坯制造两个方面来考虑，以求得最佳效果。毛坯类

6、型有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。需考虑因素：1） 零件的力学性能 当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定了。例如，材料是铸铁，就选用铸造毛坯，材料是钢材，且力学性能要求较高时，可选锻件；当力学性能要求较低时，可选型材和铸钢。2） 零件的形状和尺寸 形状复杂的毛坯。常采用铸造的方法。薄壁零件不可用砂型铸造，尺寸大的铸件宜用砂型铸造，中小零件可用较先进的铸造方法，常见的一般用途的钢质阶梯轴零件，如各台阶直径相差不大，可用棒料；如台阶的直径相差较大，宜用锻件。尺寸大的零件，因受设备的限制一般用自有锻，中小型零件可选用模锻。形状复杂的钢质工件不宜用自有锻。3） 生产类型 大量生产应选精度

7、和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机加工费用的降低来补偿。如铸造应选用金属模机造型或精密铸造，锻件应采用模锻、冷轧、和冷拉型材；单件小批生产则应采用木模。4） 具体生产条件 确定毛坯必须结合具体的生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性。5） 充分考虑新工艺、新技术、新材料的可能性 为节省材料和能源，随着毛坯制造项专业化生产的发展，目前新工艺、新技术、新材料发展很快，经济效果显著。3、此工件加工数量较大，各轴段直径相差不大，力学性能要求不高，材料为45钢，因此毛坯选择棒料，零件最大直径为50，尺寸精度较低，零件长度为59mm，加上夹持部分，

8、毛坯选择55mm*80mm的棒料。四、基准的定义与选择1、基准的定义基准就是依据,是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。在设计、加工、检验、装配机器零件和部件时，必须选择一些点、线、面，根据它们来确定其它点、线、面的尺寸和位置，那些作为依据的点、线、面就叫做基准。基准根据起其功用不同，分为两大类：（1）设计基准 设计基准是在设计图样上所采用的基准。 设计基准又可细分为： 尺寸设计基准与位置精度设计基准。（2）工艺基准 工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。按其在工艺过程中用途的不同，工艺基准又可分为四类： 1) 工序基准 指的是在工序图上用来确定本工序所加工后的尺寸、形

9、状、位置的基准。相应地，用来确定被加工表面位置的尺寸称为工序尺寸。2)定位基准 在加工中用作定位的基准。定位基准按使用情况可分为两种：定位粗基准：用未加工的表面作定位基准。定位精基准：用已加工表面作为定位基准。定位精基准按使用情况又可分为两种：基本精基准：加工时是定位基准，装配时又是装配基准。如，齿轮的内孔。辅助精基准：当零件上没有合适的表面作定位基准时，为便于安装和易于获得所需的加工精度，在工件上特意做出专门供定位用的表面。仅在加工中起作用，在装配中不起作用。如，轴类零件加工中的中心孔就是辅助精基准。 有关定位基准的选择问题将在下章介绍。(3)测（度）量基准 即测量时所采用的基准。(4)装配

10、基准：即装配时用来确定零、部件在产品中的相对位置所采用的基准。2、工件基准的分析此工件的径向尺寸设计基准为中心线，轴向尺寸设计基准为右端面。采用三爪自定位卡盘装夹，定位基面为外圆，可认为定位基准为中心线，满足基准重合原则。第2步：拟定加工工艺路线、制定工序卡片一、加工方法的选择机械零件的结构形状是多种多样的，但他们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面或曲面等基本表面所组成。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。1、外圆表面加工方法的选择 外圆表面加工方法主要是车削和磨削。当表面粗糙度较小时，还要经光整加工

11、。表1-1外圆加工工序安排序号加工方法经济精度（公差等级表示）经济粗糙度值Ra/适用范围1粗车IT11-1312.5-50适用于淬火钢以外的各种金属2粗车-半精车IT8-103.2-6.33粗车-半精车-精车IT7-8 1.6-3.24粗车-半精车-精车-滚压（或抛光）IT7-80.25-0.25粗车-半精车-精车-细车IT6-70.2-0.636粗车-半精车-磨削IT7-80.4-0.8主要用于淬火钢，也可用于为淬火钢，但不宜加工有色金属。7粗车-半精车-粗磨-精磨IT6-70.1-0.48粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工IT150.012-0.19粗车-半精车-精车-精细车IT6-70.

12、025-0.4主要用于要求较高的有色金属。10粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨IT5以上0.006-0.25极高精度的外圆加工11粗车-半精车-精车-粗磨-精磨-研磨IT5以上0.006-0.11） 最终工序为车削的加工方案，适用于除淬火钢以外的各种金属。2） 最终工序为磨车削的加工方案，适用于淬火钢、未淬火钢和铸铁，不适于有色金属，因韧性大，磨削时易堵砂轮。另淬火钢和铸铁硬度高，车削加工困难，不能采用车削。2、该工件加工方法的确定该工件公差等级为IT8级，表面粗糙度为1.6，从表1-1中可以查出此工件的加工方法为：粗加工、半精加工和精加工。二、确定装夹方案1、夹具的选择原则：由于夹具确定了零

13、件在机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，主要考虑下列几点：（1）当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具、可调夹具及其他通用夹具；（2）当小批量或成批生产时才考虑专用夹具 ，但应力求结构简单；（3）夹具要开敞，其定位、加紧元件不能影响加工中的走刀；（4）装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。2、数控车床常用夹具（1）圆周定位夹具在车床上大都使用工件或毛坯的外圆定位。1）三爪卡盘：最大的优点是可以自动定心，夹持范围大，但定心存在误差，不适合与同轴度高的

14、工件的二次装夹。三爪卡盘有机械式和液压式两种。液压卡盘装夹迅速、方便，但夹持范围变化小，尺寸变化大时需重新调整卡盘位置。2）软爪：加工同轴度要求较高的工件二次装夹时常常使用软爪。3）弹簧夹套：定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于工件精加工的外援定位。特别适用于尺寸精度较高、表面质量较好的冷拔圆棒料，若配以自动送料器，可实现自动上料。弹簧夹套夹持工件的内孔是标准系列，并非任意直径。4）四爪卡盘：适用于加工精度不高、偏心距较小、零件长度较短的工件。（2）中心线定位夹具两顶尖装夹：对于精度要求较高，大小和加工数量不同的轴类零件，常用以下装夹方法。（3）圆周中心线定位一顶一夹安装：（4）数控铣床的常用

15、夹具：平口钳。3、夹具的选择： 根据此工件的基准，毛坯为55mm的实心轴，有足够的夹持长度和加工余量，便于装夹。采用三爪卡盘夹紧，能自动定心，工件装夹后一般不需找正。以毛坯表面为定位基准面，装夹时注意跳动不能太大。工件伸出卡盘69-89mm，保证59mm车削长度，同时便于切断刀进行切断加工。三、数控机床的选择 1、数控机床的种类 （1）按控制系统运动方式分类按控制方式分，最常用的数控机床可分为以下三类： 1）开环数控机床 这类数控机床采用开环进给伺服系统。 2）闭环数控机床 这类机床的位置检测装置安装在进给系统末段端的执行部件上，该位置检测装置可实测进给系统的位移量或位置。 3）半闭环数控机床

16、 这类机床的检测元件装在驱动电机或传动丝杠的端部，可间接测量执行部件的实际位置或位移。（2）按控制系统功能水平分按控制系统的功能水平，可以把数控机床分为经济型、普及型、高级型三类，主要由技术参数、功能指标、关键部件的功能水平来决定。这些指标具体包括CPU性能、分辨率、进给速度、伺服性能、通信功能、联动轴数等。 （3）按数控机床的运动轨迹分类按照能够控制的刀具与工件间相对运动的轨迹，可将数控机床分为点位控制数控机床、点位直线控制数控机床、轮廓控制数控机床等。现分述如下：1） 点位控制数控机床。2） 点位直线控制数控机床。3） 轮廓控制数控机床。2、机床的选择此零件加工精度为IT8级，故选择普及型

17、数控车床。二、工件基准的分析此工件的径向尺寸设计基准为中心线，轴向尺寸设计基准为右端面。采用三爪卡盘外圆定位，定位基准为中心线，满足基准重合原则。四、刀具的选择数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。车刀的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：1、焊接式车刀：将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上。2、机夹式车刀：采用机械结构将刀片和刀体（可转位刀头）连接在一起 。特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。车刀类型：1、900硬质合金右偏刀：可加工外圆、端面及台阶，加工异型

18、凹面时，为防止副后角与工件轮廓干涉，可用作图法分析检验曲面最小角度，副偏角不宜过小，同时尽量增强刀尖强度，大于不发生干涉的极限角度值6080 为宜。除因考虑型面，硬质合金车刀在刃磨时，副后角需要去较大的角度外，其他几何参数与普通机床基本相同。在数控机床上加工复杂、高精度的零件时一般选用可转位车刀，刀具几何参数标准，加工过程中的刀具角度变化小，表面粗糙度稳定，刀尖圆弧可选择，便于进行半径补偿，能获得较高的尺寸精度。2、尖形车刀：尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖有直线形的主副切削刃构成，都可以参加切削，在粗加工凹形面时可来回进行加工，使走刀路线最短。尖形车刀几何参数的选择和与普

19、通车削时基本相同，但应接合数控加工的特点进行全面的考虑，并兼顾车刀刀尖的强度，一般可与600 硬质合金螺纹刀兼用，缺点不能加工有台阶的零件。3、圆弧车刀：圆弧车刀是以一圆弧或轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧车刀的刀尖点，因此刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上，车刀圆弧半径理论上与被加工工件的形状无关，只需按零件轮廓编程后进行半径补偿。可以用于车削外圆特别适合于车削各种光滑连接的成形面。他具有宽刃切削性质，能使精车余量保持均匀而改善切削性能。选择刀具半径时考虑两点：第一车刀切削刃的圆弧半径应小于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生干涉；第二，该半径不宜选择

20、太小，否则不但制困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。4、切槽刀：切槽刀的选择主要注意两个方面：一是切槽刀的宽度要适宜，小于等于槽宽；二是切削刃长度L要大于槽深。5、成型车刀： 又称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。此工件需要加工的内容为外圆、端面、槽和螺纹，因此需要选择外圆车刀、切槽刀、600螺纹车刀。五、切削用量1.切削速度：切削速度的大小是用工件外圆上的线速度来表示的，记作c，单位m/s（或m/min） (2-1)式中 n主轴转速，r/s( 或r/min ) d工件最大外圆直径mm，如为钻削、铣削，则d为刀具最大直径mm。 切削速度Vc方向，

21、即外圆外线速度的方向。2. 进给量 进给量有两种表述形式。进给速度表示，记作，单位mm/min，即在单位时间内，刀具相对于工件在进给方向上的位移量； 生产中常用每转进给量来表示，记作，单位为mm/r，即是工件每转一转，刀具相对于工件在进给方向上的位移量；当刀具齿数z1时（如：钻削），每个刀齿相对于工件在进给方向上的位移量，即每齿进给量，以z表示，单位为mm/z。 上述三种表示法可写成如下形式 =n=zzn 3. 背吃刀量 当刀具不能一次吃刀就能切掉工件上的金属层时，还需由操作者在一次进给后再沿半径方向完成吃刀运动，习惯上称每次吃刀的数量为背吃刀量，以ap表示，单位为mm；此时它是间歇进行的，故

22、可不看成是运动。但当由机床进刀机构自动完成吃刀运动时，就应看成是一种辅助运动了（外圆磨削、平面磨削），其大小为 (2-2)式中 dw待加工表面直径，mm；dm已加工表面直径，mm。切削用量的选择如表六、机械加工工艺的基本概念1、机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程一般由一个或若干个工序组成，而工序又分为安装、工位、工步和进给，毛坯通过各工序变为合格的零件。 （1） 工序 工序是工艺过程的基本单元，指一个（或一组）工人，在一个工作地点（如一台设备）对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是工人、工件、工作地点（设备）三不变以及该工序的工艺过程是否连续。（2）

23、 安装 机械加工中，使工件在机床或夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。在一道工序中，有时需要对工件进行多次装夹。工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。 （3）工位 工件在一次安装下相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工艺过程称为工位。（4）工步 工步指加工表面、加工刀具和切削用量中切削速度和进给量不变的情况下所完成的那部分工序内容，三者有任一改变，即为另一工步。 （5） 进给 在一个工步内，若被加工表面要切除的金属层很厚，需分几次切削，则每一次切削称为一次进给。如车削螺纹时，在车螺纹的工步下就需要多次进给。以上是将机械加工工艺过程进行分解，一个零件的加工过程由一

24、个或若干个工序组成，每个工序则由安装、工位、工步构成，工步由进给构成。2、工件工艺分析此工件结构简单，分为粗加工、半精加工和精加工，一个工序，一次安装，一个工位，共分为4个工步。见表1-2。表1-2刀具及切削参数表工步号工步内容刀具号刀具类型切削用量备注主轴转速r/min进给速度mm/r1下料2平端面T01930外圆车刀15000.13粗车外圆台阶T01930外圆车刀8000.24半精车外圆T02900外圆车刀10000.25精车外圆台阶T02900外圆车刀12000.16切槽T03切槽刀（刀宽小于4mm）5007加工螺纹T04 600螺纹车刀35028切断（保证长42mm）T03切槽刀600

25、手动七、填写工件安装和原点设定卡和工序卡工件安装和原点设定卡片零件图号数控加工工件安装和原点设定卡片工序号 1零件名称阶梯轴装夹次数 1编制（日期）审核（日期）批准（日期）第页1三爪卡盘GS53-61共页序号夹具名称夹具图号数控加工工序卡片单位 数控加工工序卡片 产品名称或代号 零件名称 零件图号 工序简图 车 间 使用设备 工艺序号 程序编号 1 0001夹具名称 夹具编号 三爪卡盘 GS53-61 工 步号 工 步 作 业 内 容 加工面 刀 具 号 刀 补 量 主轴转速r/min 进给速度mm/r 背吃刀量 备注 1下料2平端面38右端面T01015000.13粗车外圆台阶外圆面T010

26、8000.244半精车外圆面T02010000.10.75精车外圆台阶外圆面T02012000.10.36切槽槽T305007加工螺纹T03 T0403502小于0.88切断（保证长42mm）50左端面T0206000.05编制审核批准年月日共 页第 页第3步：确定加工余量、工序尺寸和公差以及工艺尺寸链计算加工余量是指加工过程中，所切去的金属层的厚度。余量有工序余量和加工总余量之分。工序余量是相邻两工序尺寸之差；加工总余量是毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差，它等于各工序余量之和。基准重合时工序尺寸及其公差的确定方法每到工序的工序尺寸都不相同，它们是逐步向设计尺寸接近的。为了保证零件的设计要求，需

27、要规定各工序的工序尺寸及其公差。工序余量确定后，就可以计算工序尺寸，工序尺寸公差的确定，则要依据工序基准或定位基准与设计基准是否重合，采用不同的设计方法。这里指工序基准或定位基准与设计基准重合，表面多次加工时，工序尺寸及其公差的计算。计算顺序为：1） 确定毛坯总余量和工序余量；2） 确定工序公差；最后一道工序尺寸公差等于零件图上设计尺寸公差，其余工序尺寸公差都按各各工序的经济精度确定。3） 计算工序余量的基本尺寸：从工件的设计尺寸开始向前推算，直到毛坯尺寸。最终工序尺寸等于零件图上的基本尺寸，其余工序基本尺寸等于后道工序基本尺寸加上或减去后道工序余量。4）标注工序尺寸公差：最终工序公差按零件图

28、上设计尺寸标注，中间工序尺寸公差按“入体原则”标注，毛坯尺寸公差按对称公差标注。例 ：某车床主轴主轴孔的设计尺寸为mm，表面粗糙度Ra值为0.8m，毛坯为铸铁。已知加工工艺过程为粗镗-半精镗-精镗-浮动镗。查表修正法或经验估计法确定毛坯和各工序余量如表第二列，按照各工序能达到的经济精度查表确定各工序尺寸公差分别如表第3列，最后由后工序向前逐个计算工序尺寸如下表所示。工序名称工序基本尺寸工序的经济精度工序尺寸工序尺寸及其公差和Ra浮动镗0.1JS（0.011）100100（0.011）Ra=0.8精镗0.5H7（）100-0.1=99.999.9（）Ra=1.6半精镗2.4H10（）99.9-0

29、.5=99.499.4（）Ra=3.2粗镗5H13（）99.4-2.4=97.097（） Ra=6.4毛坯孔81.397-5=92.0921.32、工序尺寸及其公差图纸轴段直径设计尺寸，表面粗糙度1.6，毛坯为型材。工艺过程为粗车-半精车-精车。用查表修正法或经验估计法确定毛坯总余量和各工序余量，其中粗铣余量由毛坯总余量减去其余工序余量确定，各工序的基本余量如下：工序名称工序基本尺寸工序的经济精度工序尺寸工序尺寸及其公差和Ra精车0.3（）44.544.5 Ra=1.6半精车0.7H9（）44.5+0.3=44.844.8 Ra=6.3粗车2H12（）44.8+0.7=45.545.5 Ra=

30、12.5第4步：工艺编制课堂练习任务二：数控编程第1步：数控编程基础知识 一、机床坐标系的建立、机床坐标系的确定原则（1）刀具相对于静止工件运动的原则在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。（2）标准坐标系的规定 在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。 标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。根据右手螺旋法则，我们可以很方

31、便的确定A、B、C三个旋转坐标的方向。 图1.1 直角坐标系（3）运动方向的规定 增大刀具与工件距离的方向为各坐标轴的正方向。、坐标轴方向的确定 （1）Z坐标 Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。 如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。（2）X坐标 X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定X轴的方向时，要考虑两种情况：如果工件做旋转运动，X坐标的方向是在工

32、件的径向上，且平行于横向滑板，以刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。 如果刀具做旋转运动，则分为两种情况： Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。 （3）Y坐标 在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。图1.2数控立式铣床的坐标系例：根据图1.8所示的数控立式铣床结构图，试确定X、Y、Z直线坐标。 （1）Z坐标：平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。 （2）X坐标：Z坐标垂直，且刀具旋转，所以面对刀具主轴向立柱方向看，向右为正。 （3）Y坐标：在Z、X

33、坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。 、附加坐标系为了编程和加工的方便，有时还要设置附加坐标系。对于直线运动，通常建立的附加坐标系有： （1）指定平行于X、Y、Z的坐标轴可以采用的附加坐标系：第二组U、V、W坐标，第三组P、Q、R坐标。 （2） 指定不平行于X、Y、Z的坐标轴也可以采用的附加坐标系：第二组U、V、W坐标，第三组P、Q、R坐标。 4、编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系中各轴的方向应该与所使用数控机床相应的坐标轴方向一致。一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。5、坐标系原点的设置 机床原点是指在机床上设置

34、的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。（1）数控车床的原点 在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，见图1.3。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。图1.3 车床的机床原点图1.4铣床的机床原点（2）数控铣床的原点 在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，见图1.4。（3）编程原点 编程原点是指根据加工零件图样选定的编制零件程序的原点，即编程坐标系的原点。编程坐标系的原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，并考虑编程的方便性，编程坐标系各轴的

35、方向应该与所使用数控机床相应的坐标轴方向一致。（4）加工原点 加工原点也称程序原点。是指零件被装卡好之后，相应的编程原点在机床原点坐标系中的位置。在加工过程中，数控机床是按照工件装卡好后的加工原点及程序要求进行自动加工的。加工原点是通过对刀实现的。图1.5 数控车床的参考点、机床参考点 机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。图1.5所示为数控车床的参考

36、点与机床原点。数控机床开机时，必须先确定机床原点，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。二、确定刀具与工件的相对位置对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，即确定加工原点，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下：（1）所选的对刀点应使程序编制简单；（2）对刀点应选择在容易找正、便

37、于确定零件加工原点的位置；（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。图1.6 对刀点例如，加工如图1.6所示零件时，当按照图示路线来编制数控加工程序时，选择夹具定位元件圆柱销的中心线与定位平面A的交点作为加工的对刀点。显然，这里的对刀点也恰好是加工原点。各类数控机床的对刀方法是不完全一样的，这一内容将结合各类机床分别讨论。在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。“刀位点”是指刀具的定位基准点。如图所示，圆柱铣

38、刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。如图1.8所示a)钻头的刀位点b)车刀的刀位点c)圆柱铣刀的刀位点d)球头铣刀的刀位点图1.7刀位点三、字与字的功能1、字符与代码字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。数控系统只能接受二进制信息，所以必须把字符转换成8BIT信息组合成的字节，用“0”和“1”组合的代码来表达。国际上广泛采用两种标准代码：（1）ISO国际标准化组织标准代码（2）EIA美国电子工业协会标准代码这两种标准代码的编码方法不同，在大多数现代数

39、控机床上这两种代码都可以使用，只需用系统控制面板上的开关来选择，或用G功能指令来选择。2、字在数控加工程序中，字是指一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作。字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。如：“X2500”是一个字，X为地址符，数字“2500”为地址中的内容。3、字的功能组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义，以下是以FANUC-0M数控系统的规范为主来介绍的，实际工作中，请遵照机床数控系统说明书来使用各个功能字。（1）顺序号字N顺序号又称程序段号或程序段序号。顺序号位于程序段之首，由顺序号字N和后续数字组成。顺序号字N是地址符，后续

40、数字一般为14位的正整数。数控加工中的顺序号实际上是程序段的名称，与程序执行的先后次序无关。数控系统不是按顺序号的次序来执行程序，而是按照程序段编写时的排列顺序逐段执行。顺序号的作用：对程序的校对和检索修改；作为条件转向的目标，即作为转向目的程序段的名称。有顺序号的程序段可以进行复归操作，这是指加工可以从程序的中间开始，或回到程序中断处开始。一般使用方法：编程时将第一程序段冠以N10,以后以间隔10递增的方法设置顺序号，这样，在调试程序时，如果需要在N10和N20之间插入程序段时，就可以使用N11、N12等。（2）准备功能字G准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，它是用于建立机床或控制

41、系统工作方式的一种命令。准备功能字中的后继数字大多为两位数（包括00），不少数控系统前置的“0”可以省略，如G4。G指令分为模态指令和非模态指令，代码表中按代码的功能进行了分组。非模态指令只在本程序段有效，模态指令可以在连续多个程序段中有效，直到被相同组别的代码取代。不同的数控系统的G指令功能字不尽相同，在编制数控程序时，必须遵照机床数控系统的说明书编制程序。（3）尺寸字尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。其中，第一组 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R 用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组 A，B，C，D，E 用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组 I，J，K 用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺

42、寸。在一些数控系统中，还可以用P指令暂停时间、用R指令圆弧的半径等。多数数控系统可以用准备功能字来选择坐标尺寸的制式，如FANUC诸系统可用G21/G22来选择米制单位或英制单位，也有些系统用系统参数来设定尺寸制式。采用米制时，一般单位为mm，如X100指令的坐标单位为100 mm。当然，一些数控系统可通过参数来选择不同的尺寸单位。（4）进给功能字F进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。（5）主轴转速功能字S主轴转速功能字的地址符是

43、S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。单位为r/min。对于具有恒线速度功能的数控车床，程序中的S指令用来指定车削加工的线速度数。（6）刀具功能字T刀具功能字的地址符是T，又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。（7）辅助功能字M辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为13位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作。和G指令一样，M指令在实际使用中的标准化程度也不高。四、加工程序的一般格式（1）程序开始符、结束符程序开始符、结束符是同一个字符，ISO代码中是%，EIA代码中是EP，书写时要单

44、列一段。（2）程序名程序名有两种形式：一种是英文字母O和14位正整数组成；另一种是由英文字母开头，字母数字混合组成的。一般要求单列一段。（3）程序主体程序主体是由若干个程序段组成的。每个程序段一般占一行。（4）程序结束指令程序结束指令可以用M02或M30。一般要求单列一段。加工程序的一般格式举例：% / 开始符O1000 / 程序名N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 N20 G01 X88.1 Y30.2 F500 T02 M08 / 程序主体 N30 X90 N300 M30 / 结束符%第2步：数控编程基本指令一、数控车床的编程特点（1）直径编程方式在车削加工的数控

45、程序中， X 轴的坐标值取为零件图样上的直径值的编程方式。与设计、标注一致、减少换算，给编程带来很大方便。编程方式可可由参数设定，一般默认直径方式。如：华中数控 G36|直径编程 G37半径编程 西门子 G22直径编程 G23半径编程（2）增量编程和绝对编程绝对编程：指令轮廓终点相对于工件原点绝对坐标值的编程方式。增量编程：指令轮廓终点相对于轮廓起点坐标增量的编程方式。有些数控系统还可采用极坐标编程。数控车床中用X、Z表示绝对编程，用U、W表示增量编程，并且允许同一程序段中二者混合使用。如直线AB ,可用：绝对: G01 X100.0 Z50.0; 相对: G01 U60.0 W-100.0;

46、混用: G01 X100.0 W-100.0; 或 G01 U60.0 Z50.0; 二、数控车床的基本编程指令1、F功能 F功能指令用于控制切削进给量。编程格式： FF后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。2、 S功能 S功能指令用于控制主轴转速。编程格式 SS后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。3、 M功能M00： 程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行；M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：冷却液关

47、；M30：程序停止，程序复位到起始位置。4、 T功能T功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式 TT后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位既是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。 例：T0303 表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。T0300 表示取消刀具补偿。5、 M功能M00： 程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行；M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：

48、冷却液关；M30：程序停止，程序复位到起始位置。6、加工坐标系设置（G50）编程格式 G50 X Z1.8设定加工坐标系该指令是按照程序规定的尺寸字设置或修改坐标位置，定义一个工件坐标系，并确定刀具当前位置为坐标系中X、Z的坐标值，不产生机床运动。一旦建立起工件坐标系，后面指令中绝对坐标的位置都是再此坐标系中的坐标值。式中X、Z值是起刀点相对于加工原点的位置。在数控车床编程时，所有X坐标值均使用直径值，如图1.12所示。 例：按图1.12设置加工坐标的程序段如下： G50 X128.7 Z375.17、G54、G55、G56、G57、G58、G59 选择16号加工坐标系图1.9设置加工坐标系这

49、些指令可以分别用来选择相应的加工坐标系。编程格式：G54 G90 G00 (G01) X Y Z (F) ；该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。16号工件加工坐标系是通过CRT/MDI方式设置的。 例：在图1.13中，用 CRT/MDI在参数设置方式下设置了两个加工坐标系： G54：X-50Y-50Z-10 G55：X-100Y-100Z-20 这时，建立了原点在O的G54加工坐标系和原点在O的G55加工坐标系。若执行下述程序段： N10G53G90X0Y0Z0 N20G54G90G01X50Y0Z0F100 N30G55G90G01X100Y0Z0F100

50、则刀尖点的运动轨迹如图1.13中OAB所示。注意事项（1）G54与G55G59的区别 G54G59设置加工坐标系的方法是一样的，但在实际情况下，机床厂家为了用户的不同需要，在使用中有以下区别：利用G54设置机床原点的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示为G54的设定值，且符号均为正；利用G55G59设置加工坐标系的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示零值。（2）G50与G54G59的区别 G50指令与G54G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区别的。G92指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，这一加工原点在机床坐标系

51、中的位置是随当前刀具位置的不同而改变的。（3）G54G59的修改 G54G59指令是通过MDI在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一旦设定，加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关，除非再通过MDI 方式修改。（4）应用范围 本课程所例加工坐标系的设置方法，仅是FANUC系统中常用的方法之一，其余不一一例举。其它数控系统的设置方法应按随机说明书执行。8、G00 快速直线运动G00是运动速度和运动轨迹均由系统已定的快速点定位运动。编程格式G00 X _Y_ Z_ 采用绝对方式编程时，式中X、Y、Z输入加工坐标系中定位点的坐标值。当采用增量方式编程时，式中X、Y、Z输入当前点

52、到定位点的增量坐标值。G00的运动速度可以由系统调整，所走的轨迹不一定是直线，所以注意不要发生撞刀。注意：1)G00是模态指令，上面例子中，由A点到月点实现快速点定位时，因前面程序段已词定了G00，后面程序段就可不再重复设定定义GOO，只写出坐标值即可； 2)快速点定位移动速度不能用程序指令设定 ，它的速度已由生产厂家预先调定或由引导程序确定。若在快速点定位程序段前设定了进给速度F，指令F对GOO程序段无效； 3)快速点定位G00是刀具由程序起始点开始加速移动至最大速度，然后保持快速移动，最后减速到达终点，实现快速点定位，这样可以提高数控机床的定位精度。9、坐标平面指令G17、G18、G19坐

53、标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补偿平面的。编程格式：G17/G18/G19G17表示选择 XY平面，G18表示选择 ZX平面，G19表示选择 YZ平面，其作用是让机床在指定坐标平面上进行插补加工和加工补偿。 在数控车床上，一般默认XZ平面，在数控铣床上，默认XY平面内加工，移动指令和平面选择无关，例如G17 Z ，这条指令可使机床在Z轴方向产生移动。10、直线进给指令G01 格式： G01 X _Y_ Z_ F_ 其中，X、Y、Z为终点，在G90时为终点在工件坐标系中的坐标；在G91时为终点相对于起点的位移量。11、螺纹切削指令该指令用于螺纹切削加工。1 、基本螺纹切削指令基本螺

54、纹切削方法见图3.42所示。编程格式 G32 X(U) Z(W) F式中：X(U)、 Z(W) - 螺纹切削的终点坐标值；X省略时为圆柱螺纹切削，Z省略时为端面螺纹切削；X、Z均不省略时为锥螺纹切削；(X坐标值依据机械设计手册查表确定) F - 螺纹导程。螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段1和降速退刀段2。图1.10 圆柱螺纹切削例：试编写图1.14所示螺纹的加工程序。（螺纹导程4mm，升速进刀段1=3mm，降速退刀段2=1.5mm，螺纹深度2.165 mm）。 G00 U-60 G32 W-74.5 F4 G00 U60 W74.5 U-60G32 W-74.5G00 U60W74.5

55、第3步：数控编程应用一、选择刀具程序起始点刀具在起始点换刀时，不能与工件或夹具产生干涉碰撞；刀具退回到起始点时，应能方便地安装工件或能测量加 工中的工件；起始点可以选在工件上的某一基准点，也可以选在工件外的某一点，该点必须与工件的定位基准保持一定精度的坐标关系，在数控铣床上，起始点应尽可能选在工件设计基准或工艺基准上。若以孔定位的工件，起始点应放在孔的中心线上，这样不仅便于测量，而且也能减少误差，提高加工精度； 刀具的几何尺寸(例如刀具的长度、刀具的直径)也会影响起始点的位置。在数控机床上使用一把刀具加工工件时，常采用实切法确定程序中刀具的起始点，即用刀具在被加工工件上进行少量实际切削，根据测

56、量加工出的工件实际尺寸修改加工程序的起始点。采用实切法占用了机床的加工时间，效率很低，不利于自动加工。而且数控机床上使用的刀具不仅数量多，而且种类也多，采用实切法把各类型刀具的刀尖或切削部位在换刀后位于同一起始点，实际上这是不可能的。二、进刀和退刀方式对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。退刀时，沿轮廓延长线工进退出至工件附近，再快速退刀。一般先退X轴，后退Z轴。根据刀具加工零件部位的不同，退刀的路线确定方式也不同。1）斜线退刀方式

57、斜线退刀方式路线最短，适用于加工外圆表面的偏刀退刀，如图所示。2）径-轴向退刀方式 这种退刀方式是刀具先径向垂直退刀，到达指定位置时再轴向退刀，如图所示，切槽即采用此种退刀方法。3)轴-径向退刀方式 轴-径向退刀方式的顺序与径-轴向退刀方式恰好相反，如图所示。镗孔即采用此种退刀方式，数控系统除按指定的退刀方式退刀外，还可用G0指令编制退刀路线，原则是第一考虑安全性，即在退刀过程中不能与工件发生碰撞，第二考虑退刀路线最短。相比之下安全是第一位的。图1.11斜线退刀图1.12垂直退刀三、加工程序和进给路线设定1、坐标点计算在手工编程时，坐标值计算要根据图样尺寸和设定的编程原点，按确定的加工路线，对

58、刀尖从加工开始到结束过程中每条运动轨迹的起点或终点坐标值进行一个一个点仔细计算。2、确定加工顺序及进给路线加工顺序按照由粗到精、由近到远的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.25mm精车余量），然后从右向左的原则进行精车。粗车在较短的时间内将工件上的大部分余量切除，提高加工效率，满足精车余量均匀的要求。先加工离对刀点较近的部位，以便缩短刀具移动距离，减少空程时间，还有利于保持坯件的刚性，改善切削条件。该工件单件生产，端面为设计基准，也是长度方向的测量基准，选用90度硬质合金外圆车刀进行粗、精加工，刀号为T0101，工件坐标原点在右端。加工前从任意位置回参考点，进行换刀动作，建立1号刀工件坐标

59、。再回到离工件适当位置的程序起点，同时启动主轴，准备加工。粗加工路线按照下图所示，先加工端面，在切削外圆，半精加工和精加工路线按照下图所示，先加工端面，在切削外圆。图1.13 粗加工路线1.14半精加工和精加工路线（3）编程路线及其过程程序准备段：N010 G28 U0； 自动回参考点N020 T0101； 换1号刀，建立工件坐标系N030 G00 X80 Z50 M04 S800； 快速返回程序起点，（较安全的任意点），主轴反转1）先平端面，在端面余量不大的情况下，一般采用自外向内路线，注意刀尖中心和轴线等高，防止崩刀。启动机床恒线速度功能保持端面质量。N040 G96 G00 X60. Z0； 启动恒转速，快速到端面起点N050 G50 S1200 G01