高速切削加工 数控专业毕业论文

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1、毕 业 论 文题 目 高速切削加工 专 业 数控加工与维护工程 班 级 07大专数控（三）班 学 生x x x 指导教师 杨 红 朗 西安工业大学函授部二 0 0 九 年摘 要 改革开放20年来，我国机电工业引进了大量的先进产品设计制造技术和生产工艺装备，机电工业的产值、利润占整个工业的25%左右。目前我国与WTO成员的贸易额已占我国但从整体来看，我国机电工业与发达国家相比仍存在较大差距，总体技术水平的差距达15-20年。加入WTO后，政府对企业的管理和企业自身的生产经营行为，都要遵循WTO的有关原则，企业所面临的外部环境将发生重大变化，加入WTO对整个机电行业的影响是很深的。 由于我国机电工

2、业的产业结构尚不合理，各地的重复建设，导致地区结构趋同化倾向十分明显，技术水平低、生产工艺落后、浪费严重、企业达不到经济合理的生产规模，进而导致经济效益低下。加入WTO的冲击会直接波及到那些效益差、长期亏损的企业，而那些依靠关税和非关税措施保护的行业，也同样会受到冲击。同时，由于市场竞争的加强，某些行业的利润率会下降，长线产品的生产将会得到相应的抑制。那些管理落后、效益低下的企业必然要进行资产重组。从这个意义上看，加入WTO，也为我国机电工业的产业发展的动力。 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、

3、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文从高速加工的历史及现状入手，详细地介绍了高速加工的特点及高速加工的主要的应用领域。并详尽地指出高速加工编程不同于普通CNC加工的一般编程，并分析了现阶段内外高速加工数控编程的现状，对我国发展高速加工的方向具有一定的参考作用。本文还较为详尽地介绍

4、了高速加工数控程序的国际通用的一般程序接口，可以让人对高速加工数控程序的国际通用的一般程序接口有一个较为全面的认识。本文还从实际加工方面，给读者介绍了一般的高速加工数控编程策略和方法。通过阅读此文，读者可以了解到什么是高速加工，高速加工的特点，高速加工的一般软硬件要求。以及高速加工在未来制造业中的战略意义。关键字：高速加工 数控 编程 刀具 目 录第一章 高速切削现状1.1高速切削加工历史11.2高速切削加工的特点21.3切削用量的划分3 1.4高速切削的优势.41.5高速加工主要应用领域41.6数控编程与加工技术61.7高速切削技术国外发展现状61.8高速切削术国内发展现状技7第二章 高速切

5、削加工数控编程策略 2.1 CAM系统应具有很高的计算编程速度162.2丰富的高速切削刀具轨迹策略16第三章 高速切削加工数控编程方法 3.1数控编程方法203.2数控加工数控程序功能20 3.3子程序生成及应用21结论致谢参考文献第一章 高速切削现状1.1高速切削加工历史高速切削加工是面向21世纪的一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。 高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加

6、工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。高速切削加工的优点主要在于：提高生产效率、提高加工精度及降低切削阻力。 有关高速切削加工的含义，目前尚无统一的认识，通常有如下几种观点：切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5-10倍；机床主轴转速很高，一般将主轴转速在10000-20000r/min以上定为高速切削；进给速度很高，通常达15-50m/min，最高可达90m/min；对于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同；切削过程中，刀刃的通过频率(ToothPassingFrequency)接近于“机床刀具工件”系统的主导自然频率(DominantNat

7、uralFrequency)时，可认为是高速切削。可见高速切削加工是一个综合的概念。 1.2高速切削加工的特点(1)高速切削的加工效率高。高速切削加工允许使用较大的进给率，比常规切削加工提高510倍，单位时间材料切除率可提高36倍，加工时间可大大减少。这样可以用于加工需要大量切除金属的零件，特别是对于航空工业具有十分重要的意义。(2)高速切削的切削力小。和常规切削相比，高速切削加工时切削力至少可降低30%，这对于加工刚性较差的零件来说可减少加工变形，使一些薄壁类精细工件的切削加工成为可能。(3)高速切削的切削热对工件的影响小。高速切削加工过程极为迅速，95%以上的切削热量极少，零件不会由于温升

8、导致翘曲或膨胀变形。高速切削特别适用于加工容易热变形的零件。对于加工熔点较低、易氧化的金属(如镁)，高速切削有一定意义。 (4)高速切削的加工精度高。因为高速旋转时刀具切削的激励频率远离工艺系统的受迫振动，保证了较好的加工状态。由于切削力太小，切削热影响小，使得刀具、工件变形小，保持了尺寸的精确性，另外也使得刀具工件间的摩擦变小，切削破坏层变薄，残余应力小，实现了高精度、低粗糙度加工。1.3切削用量的划分切削用量是指切削速度 v c 、进给量 f （或进给速度 v f ）、背吃刀量 a p 三者的总称，也称为切削用量三要素。它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数。它们的定义如

9、下： 1.3.1切削速度 v c切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。计算公式如下 v c=( d w n )/1000 (1-1) 式中 v c 切削速度 (m/s) ； dw 工件待加工表面直径（ mm ）；n 工件转速（ r/s ）。在计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待加工表面直径的数值进行计算，因为此处速度最高，刀具磨损最快。1.3.2进给量 f 工件或刀具每转一周时，刀具与工件在进给运动方向上的相对位移量。 进给速度 v f 是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。v f=fn （ 1-2 ）式中 v f 进给速度（ mm/s ）；n 主轴转速（ r/s ）；f

10、进给量（ mm ）。1.3.3背吃刀量 a p 通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。根据此定义，如在纵向车外圆时，其背吃刀量可按下式计算： a p = （ d w d m ） /2 （ 1-3 ）式中 d w 工件待加工表面直径（ mm ）；dm 工件已加工表面直径（ mm ）。1.4高速切削的优势1.4.1高速切削加工提高了加工速度 高速切削加工以高于常规切削10倍左右的切削速度对汽车模具进行高速切削加工。由于高速机床主轴激振频率远远超过“机床刀具工件”系统的固有频率范围，汽车模具加工过程平稳且无冲击。 1.4.2、高速切削加工生产效率高 用高速加工中心或高速铣床加工模具，可

11、以在工件一次装夹中完成型面的粗、精加工和汽车模具其他部位的机械加工，即所谓“一次过”技术(One Pass Machining)。高速切削加工技术的应用大大提高了汽车模具的开发速度。 1.4.3、高速切削加工可获得高质量的加工表面 由于采取了极小的步距和切深，高速切削加工可获得很高的表面质量，甚至可以省去钳工修光的工序。 1.4.4、简化加工工序 常规铣削加工只能在淬火之前进行，淬火造成的变形必须要经手工修整或采用电加工最终成形。现在则可以通过高速切削加工来完成，而且不会出现电加工所导致的表面硬化。另外，由于切削量减少，高速加工可使用更小直径的刀具对更小的圆角半径及模具细节进行加工，节省了部分

12、机械加工或手工修整工序，从而缩短了生产周期。 1.4.5、高速切削加工使汽车模具修复过程变得更加方便 汽车模具在使用过程中往往需要多次修复以延长使用寿命，如果采用高速切削加工就可以更快地完成该工作，取得以铣代磨的加工效果，而且可使用原NC程序，无需重新编程，且能做到精确无误。 1.4.6 高速切削加工可加工形状复杂的硬质汽车模具 由高速切削机理可知：高速切削时，切削力大为减少，切削过程变得比较轻松，高速切削加工在切削高强度和高硬度材料方面具有较大优势，可以加工具有复杂型面、硬度比较高的汽车模具。 1.5高速加工主要应用领域高速切削加工技术在薄壁结构加工的工艺优势，需要在切削刀具、切削用量、工艺

13、方案、数控编程等方面采取正确的策略。从已经取得的航空薄壁结构中的应用成果可以充分证明高速切削加工技术的优越性，不仅加工效率大大提高，零件的加工质量也得到提高。 由于现代飞机高性能的要求，其结构具有轻量化、薄壁化和整体化的特点，并且为满足飞机装配以骨架零件为定位基准的要求，零件须实现精确加工，作到具有较高的精度和表面质量。传统的低速加工方法已经难以满足现代航空制造的需要。根据国外的发展趋势，同时结合航空制造技术发展的实际需求，应用高速切削加工技术成为现代航空制造业的必然选择。为此，成飞近年来进行了较为深入的应用研究，已经较为成功的在薄壁结构零件加工中广泛应用了高速切削加工技术。 1.6数控编程与

14、加工技术 数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达

15、到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件由于数控机床要按照程序来加工零件，编程人员编制好程序以后，输入到数控装置中来指挥机床工作。程序的输入是通过控制介质来的。1.7高速切削技术国外发展现状 从德国 Carl. J. Salomon博士提出高速切削概念，并于同年申请了专利以来，高速切削技术的发展经历了高速切削的理论探索阶段、高速切削应用探索阶段、高速切削的初步应用阶段、高速切削的较成熟阶段等四个阶段，现已在生产中得到推广应用。特别是20世纪80年代以来各工业发达国家相继投入大量人力、财力，研究开发高速切削技术及相关技术，发展迅速。 国外近几年来高速加工

16、机床发展迅速，美国、法国、德国、日本、瑞士、英国、加拿大、意大利等国家相继开发了各自的高速切削机床。高速主轴是高速切削技术最重要的关键技术，通常采用主轴、电动机一体化的电主轴部件，实现无中间环节的直接传动，主轴支承一般使用陶瓷轴承、静压轴承、动压轴承、空气轴承以及油0气润滑、喷射润滑等技术，也有使用磁力轴承的。进给系统则开始采用直线电动机或小导程大尺寸高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠，以提供更高的进给速度和更好的加、减速特性，最大加速度可达210g。CNC控制系统则使用多片32位或64位CPU，以满足高速切削加工对系统快速数据处理能力的要求，并采用前馈和大量超前程序段处理功能，以保证高速加工时

17、的插补精度。采用强力高压、高效的冷却系统以解决极热切屑问题。采用温控循环水(或其它介质)来冷却主轴电动机、主轴轴承、直线电动机、液压油箱、电气柜，有的甚至冷却主轴箱、横梁、床身等大构件。采取更完备的安全保障措施保证机床操作者及机床周围现场人员的安全，避免机床、刀具、工件及有关设施的损伤；识别和避免可能引起重大事故的工况；保证产品产量与质量。 研究工件的材料特性对加工方法的影响，一些难加工材料如镍基合金、钛合金和纤维增强塑料等，在高速条件下变得易于切削。另外，不同材料最佳切削速度也不同，工件材料还是选择刀具及加工参数的重要依据，一般在高速加工中，宜采用高转速、中小切深、快进给、多行程，但是在高速

18、加工的工艺参数选择方面，目前国际上没有面向生产实用的数据库可以参考。 高速切削机理的研究主要包括高速切削过程中的切屑成形机理、切削力、切削热变化规律及刀具磨损机理对加工效率、加工精度和加工表面完整性的影响规律。目前对铝合金的高速切削机理研究，已取得了较为成熟的结论，并已用于指导铝合金的高速切削生产实践。但对黑色金属及难加工材料的高速切削加工机理研究尚在探索阶段，其高速切削工艺规范还很不完善，是目前高速切削生产中的难点，也是切削加工领域研究的焦点。另外，高速切削已进入铰孔、攻丝等的应用中，其机理也都在不断研究之中。就目前而言，对高速切削时的切削力、切削温度、刀具磨损与刀具寿命、加工表面质量与加工

19、精度的变化规律还需要做更加深入的研究和探讨。1.8高速切削术国内发展现状技 高速切削在国内的研究及应用起步较晚，但进入20世纪90年代以来已普遍引起关注。目前全国大约有300多万台机床，大部分还是通用机床，数控机床包括经济型在内大致占10%左右，在航空、航天、汽车、模具、机床和工程机械等行业进口数控机床和加工中心占了较大比例。现在国内1000015000r/min的立式加工中心和18000r/min的卧式加工中心已开发成功并生产问世，生产的高速数字化仿形铣床最高转速达到了40000r/min， 35004000r/min的数控车床和车削中心已成批生产，8000r/min的数控车床也已问世。高速

20、机床的高档数控系统和开放式数控系统正在深入研究中，但目前主要还是依赖进口。目前国内正逐步开始推广应用高速切削技术，主要是应用在航空航天、模具和汽车工业，加工铝合金和铸铁较多，但采用的刀具以进口为主。 国内刀具材料目前仍以高速钢、硬质合金刀具为主，先进刀具材料(如涂层硬质合金、金属陶瓷、陶瓷刀具、CBN和PCD刀具等)虽有一定基础，但应用范围不够广泛。总的来说，切削速度普遍偏低，切削水平和加工效率较低。高速切削基础理论研究起步较晚，80年代以来，国内对陶瓷刀具高速硬切削时的切屑形成、切削温度、切削力、刀具磨损与破损、刀具寿命和加工表面质量等规律进行了系统研究，并已在生产中得到较多应用。自90年代

21、以来，对高速切削铝合金、钢、铸铁、高温合金、钛合金等的切削力、切削温度、刀具磨损与破损和刀具寿命进行了一定研究和探讨，但还没有进行全面系统的研究。对切削加工过程的监控技术研究较多，但投入生产使用的较少。附表：各种加工方法的高速切削速度范围加工方式 切削速度(m/min) 车削 7007000 铣削 3006000 钻削 2001100 拉削 3075 铰削 20500 磨削 500010000 1.8.1 高速切削的应用 由于高速切削机床和刀具技术及相关技术的迅速进步，高速切削技术已应用于航空、航天、汽车、模具、机床等行业中，车、铣、镗、钻、拉、铰、攻丝、磨削铝合金、钢、铸铁、钛合金、镍基合金

22、、铅、铜及铜合金、纤维增强的合成树脂等几乎所有传统切削能加工的材料，以及传统切削很难加工的材料。刀具材料主要使用碳素工具钢、超高速钢、硬质合金、涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼、天然金刚石、人工金刚石、聚晶金刚石等。 目前国际上高速切削加工技术主要应用于汽车工业、工件本身或刀具系统刚性不足的加工领域及加工复杂曲面的领域。不同加工方式、不同工件材料有不同的高速切削范围。不同加工方式高速切削线速度的范围见附表，附图所示为几种常见工件材料高速铣削时的速度范围。 高速切削还在进一步发展中，预计铣削加工铝的切削速度可达到10000m/min，加工铸铁可达到5000m/min，加工普通钢也将达到 2500m

23、/min；钻削加工铝切削转速可达到30000r/min，加工铸铁达到20000r/min，加工普通钢达到10000r/min。 1.8.2 高速切削存在的问题及发展展望 高速切削是切削加工发展的主要方向之一，它除依赖于数控技术、微电子技术、新材料和新颖构件等基础技术的发展外，自身亦存在着一系列亟待攻克的技术问题，如刀具磨损严重，高速切削刀具切入切出时破损问题，高速切削用刀具材料价格昂贵，铣、镗等回转刀具及主轴需要动平衡，刀具夹持要牢靠安全，主轴系统昂贵且寿命短，而且所用高速加工机床及其控制系统价格昂贵，使得高速切削的一次性投入较大，这些问题制约着高速切削的进一步推广应用。高速切削发展趋势和未来

24、研究方向归纳起来主要有：(1)新一代高速大功率机床的开发与研制；(2)高速切削动态特性及稳定性的研究；(3)高速切削机理的深入研究；(4)新一代抗热振性好、耐磨性好、寿命长的刀具材料的研制及适宜于高速切削的刀具结构的研究；(5)进一步拓宽高速切削工件材料及其高速切削工艺范围；(6)开发适用于高速切削加工状态的监控技术；(7)建立高速切削数据库，开发适于高速切削加工的编程技术以进一步推广高速切削加工技术；(8)基于高速切削工艺，开发推广干式(准干式)切削绿色制造技术；(9)基于高速切削，开发推广高能加工技术。 第二章 高速切削加工数控编程策略 2.1CAM系统应具有很高的计算编程速度（1）直接通

25、过CAD/CAM进行图形设计随着技术的发展，CAD/CAM技术在模具的生产中，将普遍采用经过市场调查及其周密的研究，进行生产决策，下达生产计划及实施措施，紧接着模具开发设计者使用模CAD工作站，完成模具设计中的造型、计算、分析以及绘制工程图，而且可在设计阶段对产品性能进行评价，可使设计者从繁重的绘图中解放出来，能有更多的时间作创造性的工作。（2）利用现有客户提供的CAD数据模型，转换成所需图形模具企业有的客户提供绘制好的图形。客户方和模具企业制造方若使用不同的软件，就会出现图纸数据交流的困难。这需要解决数据接口问题。因为大多数CAD程序有其各自不同的数据库形式而不能和其它程序共用几何数据。因此

26、客户方的CAD的几何体必须翻译成模具企业制造方的接受程序能读取的东西。通常的办法是使用通用几何体转换标准如“IGES”或“STEP”，以及一些专用的转化器进行数据转换。(3)CAD/CAM用于生产过程管理应用CAD/CAM系统的网络通常由小型计算机和个人计算机终端所组成，管理系统软件（FMS）可对整个生产过程进行跟踪管理。如掌握加工进度、零件流转状况、外购件的采购状况、收货状况和加工品质等。系统还包括材料清单、计划和控制、库存物品管理、标准件、材料履历、总生产时间表、所需材料计划、订货和销售历史、到货数量、操作人员履历、对车间的控制状况、计划时间、品质评估、标准加工路线、所需生产能力计划、劳动

27、力成本、外购计划及到货状况、请购单、外购件历史和可交付数量等。应用这种软件可以帮助选择适当的外购物品时机和节省劳动力。使所有加工状况信息完全进入库存管理，从而生成完善的材料清单。然后按照加工工艺路线进行有条不紊的加工。该系统还可逐日提供操作人员加工工时和机床运转时间的数据及停工待料的时间。这样不仅可减少机床空耗的时间，还可以计算出实际生产成本，从而达到降低生产成本的目的。2.2丰富的高速切削刀具轨迹策略以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削技术，最近十几年发展迅猛，在航空航天、模具制造及精密微细加工等领域得到了广泛应用。因此，高速加工技术的研究已成为国内外制造领域重要的研究项

28、目之一。 确定刀具路径应满足的基本要求 高速切削不仅提高了对机床、夹具、刀具和刀柄的要求，同时也要求改进刀具路径策略，因为若路径不合理，在切削过程中就会引起切削负荷的 突变，从而给零件、机床和刀具带来冲击，破坏加工质量，损伤刀具。在高速切削中由于切削速度和进给速度都很快，这种损害比在普通切削中要严重的多，因此， 必须研究适合高速切削的路径，将切削过程中切削负荷的突变降至最低。可以说，高速切削机床只有有了合理的高速刀具轨迹才能真正获得最大效益。 为了消除切削过程中切削负荷的突变，刀具路径应满足以下基本要求： 切削是等体积切削，即切削过程中切削力恒定。 尽量减少空行程。 尽量减少进给速度的损失。

29、通用的刀具路径2.2.1粗加工刀具路径 粗加工时常用的刀具路径有： Z向等高线层切法，即将零件分成若干层，一层一层逐层往下切，在每层中将零件的所有区域加工完再进人下一层，在每一层均采用螺旋或圆弧进刀，同时 采用无尖角刀具轨迹。这样有利于排屑，也避免了切削力发生突变。对薄壁件来说，更应采用这种刀具轨迹，因为这种刀具轨迹在切削过程中还能使薄壁 保持较好的刚性。 插铣刀具路径。对于深度很深的腔体的粗加工可采用插铣的方法来进行，因为腔体很深时，需要很长的刀具，这时刀具的刚性很差，按常规的切削路线切削刀具易变形，而且也易产生振动，影响加工质量和效率，采用插铣的轨迹正好可解决这一问题。 摆线刀具路径。另一

30、种更新的粗加工刀具轨迹是摆线刀具轨迹，“摆线”是指当一个圆沿着一条曲线作纯滚动时，圆上某一固定点的轨迹。采用 这种刀具轨迹使刀具在切削时距某条曲线(一般是零件的轮廓线及其平移线)保持一个恒定的半径，从而可使进给速度在加工过程中可保持不变，而且这时的径向吃 刀量一般取刀具直径的5%左右，因此刀具的冷却条件良好，刀具的寿命较长。这对高速加工是非常有利的。 2.2.2精加工刀具路径 精加工时常用的刀具路径有： 先在陡峭面用Z向等高线层切法加工，然后在非陡峭面采用表面轮廓轨迹法加工； 先用表面轮廓轨迹法加工所有面，再在垂直方向上加工陡峭面。薄壁件的精加工采用Z向等高线层切法。当然在加工过程中同样每一层

31、都要尽量作到螺旋或园弧进刀，采用无尖角刀具轨迹。其他的刀具路径 ,如加工的是单一型腔的薄壁件，应尽量采用的走刀路线，它比单纯的等高线逐层切法对保持薄壁的刚性更好，从而保证加工余量均匀，零件变形小。对薄底零件应采用的走刀轨迹。即从离支撑最远的点开始切削，分层切削直到深度到位；每次深度铣到以后再向支撑处移动一个径向切深，重复上一步的过程，直至切削完成。相当于将薄壁件的等高线逐层切法转动90。这样才能在切削时较好地保持零件刚性，避免振动。 第三章 高速切削加工数控编程方法 3.1数控编程方法数控编程方法可以分为两类：一类是手工编程，另一类是自动编程。 手工编程： 手工编程是指编制零件数控加工程序的各

32、个步骤，即从零件图纸分析、工艺决策、确定加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。 对于点位加工或几何形状不太复杂的轮廓加工，几何计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。如简单阶梯轴的车削加工，一般不需要复杂的坐标计算，往往可以由技术人员根据工序图纸数据，直接编写数控加工程序。但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，数值计算则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。 自动编程 自动编程是采用计算机辅助数控编程技术实现的，需要一套专门的数控编程软件，现代数控编程软件主要分为以批

33、处理命令方式为主的各种类型的语言编程系统和交互式CADCAM集成化编程系统。 APT是一种自动编程工具（AutomaticallyProgrammedTool）的简称，是对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的一种接近于英语的符号语言。在编程时编程人员依据零件图样，以APT语言的形式表达出加工的全部内容，再把用APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经APT语言编程系统编译产生刀位文件（CLDATAfile），通过后置处理后，生成数控系统能接受的零件数控加工程序的过程，称为APT语言自动编程。 采用APT语言自动编程时，计算机（或编程机）代替程序编制人员完成了繁琐的数值计

34、算工作，并省去了编写程序单的工作量，因而可将编程效率提高数倍到数十倍，同时解决了手工编程中无法解决的许多复杂零件的编程难题。 交互式CAD/CAM集成系统自动编程是现代CAD/CAM集成系统中常用的方法，在编程时编程人员首先利用计算机辅助设计(CAD)或自动编程软件本身的零件造型功能，构建出零件几何形状，然后对零件图样进行工艺分析，确定加工方案，其后还需利用软件的计算机辅助制造(CAM)功能，完成工艺方案的制订、切削用量的选择、刀具及其参数的设定，自动计算并生成刀位轨迹文件，利用后置处理功能生成指定数控系统用的加工程序。因此我们把这种自动编程方式称为图形交互式自动编程。这种自动编程系统是一种C

35、AD与CAM高度结合的自动编程系统。 集成化数控编程的主要特点：零件的几何形状可在零件设计阶段采用CAD/CAM集成系统的几何设计模块在图形交互方式下进行定义、显示和修改，最终得到零件的几何模型。编程操作都是在屏幕菜单及命令驱动等图形交互方式下完成的，具有形象、直观和高效等优点。3.2数控加工数控程序功能 1.准备功能（G 指令功能） 1)设定工件坐标系指令 G92 指令格式：N_ G92 X_ Z_； 注意：本指令只能用 X、Z 指令坐标值，且 X、Z 值必须齐全。程序中使用该指令，应放在程序的第一段，用于建立工件坐标系，并且通常将坐标系原点设在主轴的轴线上，以方便编程，如图14-3所示。

36、图14-2 数控车床工件坐标系示意图 图14-3 工件坐标系指令G92示意图 例 1：N10 G92 X20 Z25； 执行该指令时，显示器显示设定值，X 值用直径值设定。 2)快速定位指令 G00 指令格式：N_ G00 X_ Z_（或 U_ W_）； 本指令可将刀具按机床指定的G00限速快速移动到所需位置上，一般作为空行程运动，既可单坐标运动，也可两坐标同时运动。如图14-2 和图14-3所示。执行本指令时，机床操作面板上的进给倍率开关有效。G00 为模态指令，其它G代码被指令前均有效的G代码称为模态G代码。 例 2： G00 X100 Z300； 表示将刀具快速移动到 X 为 100mm

37、，Z 为 300mm 的位置上， 3)直线插补指令 G01 本指令可将刀具按给定速度沿直线移动到所需位置，一般作为切削加工运动指令，既可单坐标运动，也可双坐标同时运动，在车床上用于加工外圆、端面、锥面等。 指令格式：N_ G01 X_ Z_（或 U_ W_）F_； 注：进给速度 F 需要指定，单位为 mm/min，F 为模态指令。 例 4： N20 G01 X50 Z50 F200；表示刀具以 200mm/min 的速度运动到 X50，Z50 的位置。 4)圆弧插补指令 G02，G03 G02 指定为顺时针圆弧插补。G03 指定为逆时针圆弧插补。 指令格式：N_ G02（03） X（U）_ Z

38、（W）_ R_ F_； 例 6： N30 G03 X20 Z-15 R10 F50； 表示加工逆时针圆弧，刀具以 F50 速度运动到 X20，Z-15 位置. 5)延时（暂停）指令 G04 指令格式：N_ G04 X_； 注：程序执行到此指令后即停止，延时 X 所指定时间后继续执行，X 范围 09999.99 秒，X 最小指定时间为 0.001 秒，但准确度为 16ms。该指令可使刀具作短时间的无进给光整加工，常用于切槽、锪孔、加工尖角，以减少表面粗糙度数值。 6）回参考点控制功能指令G28、G29 （1）自动返回参考点指令G28 格式 G28 X_Z_ 功能 G28指定刀具先快速移动到指令值

39、所指定的中间点位置，然后自动回参考点。 （2）从参考点返回指令G29 格式G29 X_Z_ 功能 G29指定各轴从参考点快速移动到前面G28所指定的中间点，然后再移动到G29所指定的返回点定位，这种定位完全等效于G00定位。 7）刀具的刀尖圆弧半径补偿指令G40、G41、G42 G40：取消刀尖半径补偿，刀尖运动轨迹与编程轨迹一致； G41：刀尖半径左补偿，沿进给方向，刀尖位置在编程轨迹左边时； G42：刀尖半径右补偿，沿进给方向，刀尖位置在编程轨迹右边时。 8）零点偏置指令G54G59 零点偏置是数控系统的一种特性，即允许把数控测量系统的原点在相对机床基准的规定范围内移动，而永久原点的位置则

40、被存储在数控系统中。因此当不用G92指令设定工件坐标系时，可以用G54G59指令设定6个工件坐标系，即通过设定机床所特有的6个坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。 2.辅助功能指令 M 本系统 M 指令用2位数表示。 1)M00:程序暂停指令，重新按启动键后下一程序段开始继续执行。 2)M01:程序选择暂停指令，与 M00相似，不同的是由面板上的M01 选择开关决定是否有效。 3)M02:循环执行指令，用以返回到本次加工程序的开始程序段并从开始程序段循环执行。 4)M03:主轴正转指令，用以启动主轴正转。 5)M04:主轴反转指令，用以启动主轴反转。 6)M05:主轴停止指令。 7)M08:冷却

41、泵启动指令。 8)M09:冷却泵停止指令。 3.3子程序生成及应用3.3.1降低复杂性使用子程序的最首要原因是为了降低程序的复杂性，可以使用子程序来隐含信息，从而使你不必再考虑这些信息。当然，在编写子程序时，你还需要考虑这些信息。但是，一旦写好子程序，就可能不必再考虑它的内部工作细节，只要调用它就可以了。创建子程序的另外一个原因是尽量减小代码段的篇幅，改进可维护性和正确性。这也是一个不错的解释，但若没有子程序的抽象功能，将不可能对复杂程序进行明智的管理。一个子程序需要从另一个子程序中脱离出来的原因之一是，过多重数的内部循环和条件判断。这时，可以把这部分循环和判断从子程序中脱离出来，使其成为一个

42、独立的子程序，以降低原有子程序的复杂性。3.3.2避免代码段重复无可置疑，生成子程序最普遍的原因是为了避免代码段重复。事实上，如果在两个不同子程序中的代码很相似，这往往意味着分解工作有误。这时，应该把两个子程序中重复的代码都取出来，把公共代码放入一个新的通用子程序中，然后再让这两个子程序调用新的通用子程序。通过使公共代码只出现一次，可以节约许多空间。这时改动也很方便，因为只要在一个地方改动代码就可以了。这时代码也更可靠了，因为只需在一个地方检查代码。而且，这也使得改动更加可靠，因为，不必进行不断地、非常类似地改动，而这种改动往往又是认为自己编写了相同的代码这一错误假设下进行的。限制了改动带来的

43、影响。由于在独立区域进行改动，因此，由此带来的影响也只限于一个或最多几个区域中。要把最可能改动的区域设计成最容易改动的区域。最可能被改动的区域包括：硬件依赖部分、输入输出部分、复杂的数据结构和商务规则。3.3.3隐含顺序把处理事件的非特定顺序隐含起来是一个很好的想法。比如，如果程序通常先从用户那里读取数据，然后再从一个文件中读取辅助数据，那么，无论是读取用户数据的子程序，还是读取文件中数据的子程序，都不应该对另一个子程序是否读取数据有所依赖。如果利用两行代码来读取堆栈顶的数据，并减少一个 Stacktop 变量，应把它们放入一个 PopStack()子程序中，在设计系统时，使哪一个都可以首先执

44、行，然后编写一个子程序，隐含哪一个首先执行的信息。3.3.4改进性能通过使用子程序，可以只在一个地方，而不是同时几个地方优化代码段。把相同代码段放在子程序中，可以通过优化这一个子程序而使得其余调用这个子程序的子程序全部受益。把代码段放入子程序也使得用更快的算法或执行更快的语言（如汇编）来改进这段代码的工作变得容易些。3.3.5进行集中控制在一个地方对所有任务进行控制是一个很好的想法。控制可能有许多形式。知道一个表格中的入口数目便是其中一种形式，对硬件系统的控制，如对磁盘、磁带、打印机、绘图机的控制则是其中另外一种形式。使用子程序从一个文件中进行读操作，而使用另一个子程序对文件进行写操作便是一种

45、形式的集中控制。当需要把这个文件转化成一个驻留内存的数据结构时，这一点是非常有用的，因为这一变动仅改变了存取子程序。专门化的子程序去读取和改变内部数据内容，也是一种集中的控制形式。集中控制的思想与信息隐含是类似的，但是它有独特的启发能力，因此，值得把它放进你的工具箱中。3.3.6隐含数据结构可以把数据结构的实现细节隐含起来，这样，绝大部分程序都不必担心这种杂乱的计算机科学结构，而可以从问题域中数据是如何使用的角度来处理数据。隐含实现细节的子程序可以提供相当高的抽象价值，从而降低程序的复杂程度。这些子程序把数据结构、操作集中在一个地方，降低了在处理数据结构时出错的可能性。同时，它们也使得在不改变

46、绝大多数程序的条件下，改变数据结构成为可能。3.3.7隐含全局变量如果需要使用全局变量，也可以像前述那样把它隐含起来、通过存取子程序来使用全局变量有如下优点：不必改变程序就改变数据结构；监视对数据的访问；使用存取子程序的约束还可以鼓励你考虑一下这个数据是不是全局的；很可能会把它处理成针对在一个模块中某几个子程序的局部数据，或处理成某一个抽象数据的一部分。隐含指针操作。指针操作可读性很差，而且很容易引发错误。通过把它们独立在子程序中，可以把注意力集中到操作意图而不是机械的指针操作本身。而且，如果操作只在一处进行，也更容易确保代码是正确的。如果找到了比指针更好的数据结构，可以不影响本应使用指针的子

47、程序就对程序作改动。重新使用代码段。放进模块化子程序中的代码段重新使用，要比在一个大型号程序中的代码段重新使用起来容易得多。计划开发一个程序族。如果想改进一个程序，最好把将要改动的那部分放进子程序中，将其独立。这样，就可以改动这个子程序而不致影响程序的其余部分，或者干脆用一个全新的子程序代替它提高部分代码的可读性。把一段代码放入一个精心命名的子程序，是说明其功能的最好办法。提高可移植性。可以使用子程序来把不可移植部分、明确性分析和将来的移植性工作分隔开来，不可移植的部分包括：非标准语言特性、硬件的依赖性和操作系统的依赖性等。分隔复杂操作。复杂操作包括：繁杂的算法、通信协议、棘手的布尔测试、对复

48、杂数据的操作等等。这些操作都很容易引发错误。如果真的有错误，那么如果这个错误是在某个子程序中，而不是隐藏在整个程序中的话，查找起来要容易得多。这个错误不会影响到其它子程序，因为为了修正错误只要改动一个子程序就可以了。如果发现了一个更为简单迅速的算法，那么用它来代替一个被独立在子程序中的算法是非常容易的。在开发阶段，尝试几种方案并选择其中一个最好的是非常容易的。独立非标准语言函数的使用。绝大多数实现语言都含有一些非标准的但却方便的扩展。使用这种扩展的影响是两面性的，因为在另外一个环境下它可能无法使用。这个运行环境的差异可能是由于硬件不同、语言的生产商不同、或者虽然生产商相同、但版本不同而产生的。

49、如果使用了某种扩展，可以建立一个作为进入这种扩展大门的子程序。然后，在需要时，可以用订做的扩展来代替这一非标准扩展。简化复杂的布尔测试。很少有必要为理解程序流程而去理解复杂的布尔测试。把这种测试放入函数中可以提高代码的可读性，因为：(1) 测试的细节已经被隐含了。(2) 清楚的函数名称已经概括了测试目的。赋予这种测试一个函数，该函数强调了它的意义，而且这也鼓励了在函数内部增强其可读性的努力。结果是主程序流和测试本身都显得更加清楚了。是出于模块化的考虑吗？绝不是。有了这么些代码放入子程序的理由，这个理由是不必要的。事实上，有些工作更适合放在一个大的子程序中完成创建子程序的理由总结 降低复杂性 避

50、免重复代码段 限制改动带来的影响 隐含顺序 改进性能 进行集中控制 隐含数据结构 隐含指针操作 隐含全局变量 促进重新使用代码段 计划开发一个软件族 改善某一代码段可读性 改善可移植性 分隔复杂操作 独立非标准语言函数的使用 简化复杂的布尔测试结 论制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。

51、在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！ 致 谢感谢我的导师杨老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 感谢同学对我的帮助和指点。没有他们的帮助和提供资料对于我一个对网络知识一窍不通的人来说要想在短短的几个周的时间里学习到网络知识并完成毕业论文是几乎不可能的事情。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。 参考文献（1） 王爱玲教授主编的系列教材现代数控技术系列 （2） 现代数控原理及系统（3） 现代数控机床伺服及检测技术（4） 现代数控编程技术及应用（5） 现代数控机床故障诊断及维修、（6） 现代数控机床操作技术教程（7） 现代数控机床)，2002年 1月国防工业出版社出版以来。18