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1、1.1 绪论绪论 一、数控的基本概念 数控（numerical control）技术是一种自动控制技术，在生产过程中以数字量的编程 来实现机械或其它工业设备工作的自动化。 二、数控机床的组成 反馈装置反馈装置 伺服系统伺服系统 辅助装置辅助装置 输输 入入 装装 置置 位置检测位置检测 加加 工工 程程 序序 机机 床床 数数 控控 系系 统统 三、数控机床的组成 1 按数控机床的加工功能分 1）点位控制(positioning control)数控机床 2）直线控制(line motion control)数控机床 3）轮廓控制(contouring control )数控机床 2 按所用进
2、给伺服系统的类型分类 1）开环(open loop )数控机床 2）闭环(closed loop)数控机床 3)半闭环(semi-closed loop)数控机床 3、按控制系统的功能水平分类 按控制系统的功能水平，通常把数控机床分为底、中、高档三种。这种分类方式在 我国使用较多。底、中、高档的界限是相对的，不同的时期划分标准也不一样，就目前 的发展情况来看，主要从以下几个方面分类： 主轴功能 主轴不能自动变档的为低档，可以自动无级变速的为中、高档。 伺服进给类型 采用开环、步进电机进给系统的为低档；采用半闭环的直流伺服 系统为中档；采用闭环控制的直流或交流为高档。 联动轴数 联动轴数为 23
3、 轴的为低档；高中档的则为 24 或 25 轴以上。 分辨率和进给速度 分辨率为 10m，进给速度在 815m/min 为低档；分辨率为 1m，进给速度在 1524m/min 为中档；分辨率为 0.1m，进给速度在 15100m/min 为 高档； 显示功能 低档的数控机床一般只有简单的数码显示或简单的 CRT 字符显示， 而中档的数控则具有较齐全的 CRT 显示，不仅有字符，而且有图形、人机对话、自诊断 功能；高档的数控系统还可以有三维图形显示。 主 CPU 低档的数控一般采用 8 位的 CPU，中高档的以由 16 位 CPU 向 32 为 CPU 过 渡，国外最新的数控已使用 64 位 C
4、PU，来提高运算速度。 在我国，把由单片机和步进电机组成的数控系统和其他功能简单、价格低的系统称 为经济型数控机床。主要用于车床、线切割机床以及旧机床的改造等。这类数控机床属 于低档数控。把功能齐全的数控系统称为全功能系统。 1.21.2 数控加工原理数控加工原理 一、数控系统的加工过程 数控加工过程指的是数控系统根据毛坯件的信息完成成品或半成品的整个过程。 主要包括以下几个方面的内容： 数据输入 译码：将零件程序以程序段为单位进行处理 刀具补偿：作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。 进给速度处理：根据编程的刀具移动速度来计算各运动坐标方向的分速度，并进 行软件的自动加减速处理。 插补 位
5、置控制：开环、半闭环和闭环 输入输出IO处理制。 显示 二、插补原理 数控系统根据零件轮廓线型的有限信息，计算出刀具的一系列加工点、完成所谓的 数据“密化”工作。插补有二层意思： 一是用小线段逼近产生基本线型（如直线、圆弧等） ； 二是用基本线型拟和其它轮廓曲线。 脉冲增量插补(又称基准脉冲插补)就是通过向各个运动轴分配脉冲，控制机床坐标轴 作相互协调的运动，从而加工出一定形状零件轮廓的算法。显然，这类插补算法的输出 是脉冲形式，并且每次进给产生一个单位的行程增量，故称之为脉冲增量插补。而相对 于控制系统发出的每个脉冲信号，机床移动部件对应坐标轴的位移大小，称之为脉冲当 量，一般用表示。它标志
6、着数控机床的加工精度，对于普通数控机床一般为 0.01 mm， 对于较精密的数控机床一般为 0.005 mm、0.0025 mm 或 0.001 mm。 以逐点比较法为例介绍插补。在逐点比较法中，每进给一步都需要进行偏差判别、 坐标进给、新偏差计算和终点比较四个节拍。 1. 直线插补过程讲解 例题：设欲加工第一象限直线 OE，终点坐标为 Xe4，Ye3，用逐点比较法进行插补。 Y X E(4, 3) O 序号偏差进给进给偏差计算终点判别 1F00XF1F0Ye033 101716 2F130XF3F2Ye13-2 321514 4F320XF5F4Ye231 541312 6F510XF7F6
7、Ye330 761110 2. 圆弧插补过程讲解 1.3 数控加工应用数控加工应用 一、数控机床加工特点： 1. 适应性强 2. 加工精度高 3. 生产效率高 4. 劳动强度低 5. 良好的经济效益 6. 有利于生产管理的现代化 二、数控机床的应用范围 图 1 所示为随零件复杂程度和生产批量的不同，三种机床的应用范围的变化，图 2 表明了随生产批量的不同，采用三种机床加工时，总加工费用的比较。由两图可知，在 多品种、中小批量生产情况下，使用数控机床可获得较好的经济效益。零件批量的增大， 对选用数控机床是有利的。 图 1 各种机床的使用范围图 2 各种机床的加工批量与成本的关系 三、数控加工技术
8、的发展方向 现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等 方向发展。 1) 高速切削 在机械加工中,为提高加工效率，最直接的方法是加大切削用量,即加大切削深度和进 给量来实现这一目的。根据金属切削理论,这将使切削力和零件表面粗糙度增大,从而直 接影响了零件的加工精度和表面质量，此方法是以牺牲加工质量来换取加工效率的,因 此不能用于精度要求高的场合。另外,由于切削速度与切削温度有密切联系,考虑到刀具 材料的热承受能力,过去人们一般认为不能过分依赖提高切削速度的方法来提高加工效 率。 德国科学家萨洛蒙 (CarlSalomon)摆脱了传统观念的约束,根据大量的切削实验数
9、 据,进行了大胆的推测,指出切削温度并不是随切削速度的增加而单调地上升,当切削速 度超过某一数值 Vc(随材料不同而不同)时,切削温度随切削速度的增加反而下降 ,并给 出了著名的萨洛蒙曲线。 根据萨洛蒙曲线可以推测,在高速切削区域 有可能使用现在的刀具进行切削,大幅度地提高加 工效率,并可能产生意想不到的效果。 2) 高精度控制 高精度化一直是数控机床技术发展追求的目 标。它包括机床制造的几何精度和机床使用的加 工精度控制两方面。 提高机床的加工精度，一般是通过减少数控 系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热 稳定性，采用补偿技术和辅助措施来达到的。目 前精整加工精度已提高到 0.1 m，
10、并进入了亚微 米级，不久超精度加工将进入纳米时代。(加工精 度达 0.01 m) 3) 高柔性化 柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，在进一步提高单机柔性自动化加工 的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展。 数控系统在 21 世纪将具有最大限度的柔性，能实现多种用途。具体是指具有开放 性体系结构，通过重构和编辑，视需要系统的组成可大可小；功能可专用也可通用，功 能价格比可调；可以集成用户的技术经验，形成专家系统。 4) 高一体化 CNC 系统与加工过程作为一个整体，实现机电光声综合控制，测量造型、加工一体 化，加工、实时检测与修正一体化，机床主机设计与数控系统设计一体化。 5) 网络化
11、 正常切 削区域 A 不可切削区域 B 高速切 削区域 C Vc V T 萨洛蒙曲线 实现多种通讯协议，既满足单机需要，又能满足 FMS(柔性制造系统)、CIMS(计算机 集成制造系统)对基层设备的要求。配置网络接口，通过 Internet 可实现远程监视和控制 加工，进行远程检测和诊断，使维修变得简单。建立分布式网络化制造系统，可便于形 成“全球制造”。 6) 智能化 21 世纪的 CNC 系统将是一个高度智能化的系统。具体是指系统应在局部或全部实现 加工过程的自适应、自诊断和自调整；多媒体人机接口使用户操作简单，智能编程使编 程更加直观，可使用自然语言编程；加工数据的自生成及智能数据库；智
12、能监控；采用 专家系统以降低对操作者的要求等。 2.12.1 数控加工工艺内容数控加工工艺内容 一、工艺内容的确定 定义-特点-产品 产品附加值的高低：同样是加工一根轴，加工汽车的和马车的就不一样 二、工艺分析 1基准分析：主要指安装测量基准 基准 设计基准工艺基准 装配基准测量基准定位基准工序基准 基准 设计基准工艺基准 装配基准测量基准定位基准工序基准 装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准称为装配基准；零件检验时，用以 测量已加工表面尺寸及位置的基准称为测量基准；加工时，使工件在机床或夹具中占据 一正确位置所用的基准，称为定位基准 ；在工艺文件上用以标定加工表面位置的基准， 称为工序
13、基准。 定位基准分为粗基准和精基准。以未加工过的表面进行定位的基准称为粗基准，以 已加工过的表面进行定位的基准称为精基准。 基准确定时：1）可靠性：稳定：安装基准 精度：测量基准 2）效益：时间（工艺制定原则：“优质高效” ） 粗加工：速度 精加工：质量 2加工部位结构分析 零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和 换刀次数，方便编程，提高生产效益。 内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。对于图所 示零件，其结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转角圆弧半径的大小等因素有关。 图(b)与(a)相比，转角圆弧半径 R 大，可以采用直径较大的立铣
14、刀来加工；加工平面时， 进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因而工艺性较好。反之，工艺性较差。 通常 R0.2H(H 为被加工工件轮廓面的最大高度)时，可以判定零件该部位的工艺性不 好。 零件铣槽底平面时，槽底圆角半径 r 不要过大。如图所示，铣刀端面刃与铣削平 面的最大接触直径 dD-2r(D 为铣刀直径)，当 D 一定时，r 越大，铣刀端面刃铣削平面 的面积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性也越差。当 r 大到一定程度时， 甚至必须用球头铣刀加工，这是应该尽量避免的。 3零件变形对加工的影响分析 产生工件热变形的主要原因是切削热的作用，工件因受热膨胀而影响其尺寸精度和 形
15、状精度。 为了减小工件热变形对加工精度的影响，常常采用切削液冷却带走大量热量；也可 通过选择合适的刀具或改变切削参数来减少切削热的产生；对大型或较长的工件，采用 弹性后顶尖，使其在夹紧状态下末端能有自由伸缩的可能。 4尺寸标注与精度要求分析 三、数控加工工序与普通加工工序的衔接 2.22.2 数控加工工艺制定数控加工工艺制定 一、数控加工中工艺制定的原则 1保证加工质量的原则 一是工序集中的原则，常常是在一次安装下完成零件的粗精加工，减少安装误差和 安装次数。这是数控加工中较多采用的原则，特别是数控车削加工。 二是工序分散的原则，为减少热变形和切削力变形对工件的尺寸精度、形状精度、 位置精度和
16、表面粗糙度的影响，要考虑粗、精加工分开进行，即先安排工件各表面的粗 加工再一起进行精加工，这种原则较多地在数控铣削和加工中心上加工复杂零件使用。 三是先面后孔的原则，对于一些箱体类零件等，为保证孔的加工精度应先加工表面 再加工孔，以使孔的加工有明确的基准。 2保证加工效率的原则 数控加工中，由于控制过程的自动化使工件和刀具的安装与调整成了影响加工效率 的主要因素，因此为了提高加工效率要考虑尽量减少刀具和工件的安装次数，在工艺处 理时，尽量在一次安装中加工尽可能多的表面，同时要注意使刀具以最短的工艺路线到 达加工部位。如数控车床在精加工时通常利用精车刀从工件的右端开始一次走刀完成。 二、工序划分
17、 1按粗、精加工划分 2按所用刀具划分 3按零件的装夹定位方式划分 4按零件的加工部位划分 三、工步的划分 一般来说，数控加工工步的划分要考虑如下原则： 1整个表面按粗、精加工分开的原则进行，即先想进行粗加工的工步，再进行半 精加工和精加工的工步。 2复杂表面按先面后孔的原则进行，对于有面又孔的零件往往采取先铣面再镗孔， 这样可以把减小铣削加工中的变形对零件精度的影响。 3保证加工效率的原则，在一次安装或利用一把刀具尽可能多地完成多个表面的 加工，以减少换刀次数和工件安装次数。 4保证加工精度的原则，对于加工精度要求较高的零件或表面可以考虑单独安排 工步进行加工。 四、进给路线的确定 （一）进
18、给路线确定中的几个特征点 R A B C D A W A O 对刀点 R 换刀点 A 退刀点 B 进刀点 C 基 点 D 让刀点 W 工件原点 （二）刀具的引进和退出 1对于车削加工，加工外圆、切螺纹中，为了保证加工过程主轴转速一致，进入切削 时要留有切入量 1 和切出量 2。 T F 编程 T1T2 O F 21 L 起刀点 切 入 方 向 切 出 方 向 起刀点 切 入 方 向 切出方向 2消除反向间隙对加工的影响 12 1 3 2 1 4 3 2 1 A 4 3 2 1 O A 4 3 2 1 W O A 4 3 2 1 X A 4 3 2 1 Y X A 4 3 2 1 图 b 12
19、1 3 2 1 4 3 2 1 O A 4 3 2 1 W O A 4 3 2 1 X A 4 3 2 1 Y X A 4 3 2 1 图 a 注意：可适当补充加工圆由于反向间隙所出现的图形 3避免过切 4提高效率 在凹槽的铣削加工中，有三两种加工路线，为行切法，其加工效率高，但加工表面 粗糙； b 为环切法，其加工效率低，但是加工表面精度高；c 为先采用行切法去除材料 再用环切法光整表面。 图 a 行切法 图 b 环切法 图 c 先行切再环切 2.32.3 数控加工刀具及数控加工工艺文件数控加工刀具及数控加工工艺文件 一、刀具材料 数控机床刀具从制造所采用的材料上可以分为：高速钢刀具，硬质合
20、金刀具，陶瓷 刀具，立方氮化硼刀具，聚晶金刚石具。 1、高速钢 高速钢刀具材料已有悠久的历史，随着材料科学的开发，高速钢刀具材料的品种已 从单纯型的 W 系列发展到 WMo 系、WMoA1 系、WMoCo 系。其中 WMoA1 系是我国 所特有的品种，因此使得高速钢的内在质量（碳化物偏析、晶粒度等）得到了有效的控 制。 2、硬质合金 国产硬质合金刀具材料的品种，基本分为三大类。一类以 WC 为主的加上钴粘结剂 的钨钴类，牌号为“YG” ；第二类是以 WC+TIC 为主的加上钴粘结剂的钨钴钛类，牌号 为“YT” ；第三类是在 WC+TIC 的基础上，加入少量的 NbC(碳化铌)、TaC（碳化钽）
21、 等碳化物，开成一种和所谓“万能型”的硬质合金，牌号为“YW” 。 国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类： P 类、M 类和 K 类。根据被加工材料及适用的加工条件，每大类中又分为若干组，用两 位阿拉伯数字表示，每类中数字越大，其耐磨性越低、韧性越高。 P 类合金(包括金属陶瓷)用于加工产生长切屑的金属材料，如钢、铸钢、可锻铸铁、 不锈钢、耐热钢等。其中，组号越大，则可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度 则应越小。 M 类合金用于加工产生长切屑和短切屑的黑色金属或有色金属，如钢、铸钢、奥氏 体不锈钢、耐热钢、可锻铸铁、合金铸铁等。其中，组号越大，则可选用
22、越大的进给量 和切削深度，而切削速度则应越小。 K 类合金用于加工产生短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如铸铁、铝合 金、铜合金、塑料、硬胶木等。其中，组号越大，则可选用越大的进给量和切削深度， 而切削速度则应越小。 P01P05P10P15P20P25 P30 P40 P50 M10M20M30M40 K01K10K20K30K40 进给量 背吃刀量 切削速度 K 类（YG）：即钨钴类硬质合金，由碳化钨和钴组成。 这类硬质合金韧性较好，但 硬度和耐磨性较差，适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的 K 类硬质合金牌号有 YG8、 YG6、YG3，它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和
23、精加工。其中的数字 表示 Co 含量的百分数，如 YG6 即含 Co 6%。 含 Co 越多，则韧性越好。 P 类（YT）：即钨钴钛类硬质合金，由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类硬质合金的耐 热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于加工钢料等韧性材料。 常用的 P 类硬 质合金牌号有 YT5、YT15、YT30 等，其中的数字表示碳化钛含量的百分数。 碳化钛的 含量越高，则耐磨性较好，韧性越低。这三种牌号的硬质合金制造的刀具分别适用于粗 加工、半精加工和精加工。 M 类（YW）：即钨钴钛钽铌类硬质合金，是在钨钴钛类硬质合金中加入少量的稀有 金属碳化物（TaC 或 NbC）组成的。它具有前两类硬质
24、合金的优点，用其制造的刀具既 能加工脆性材料，又能加工韧性材料，同时还能加工高温合金、 耐热合金及合金铸铁 等难加工的材料。常用的 M 类硬质合金牌号有 YW1、 YW2。 3、陶瓷 4、立方氮化硼 5、聚晶金刚石 总之上述五大类刀具材料，从总体上分析，材料的硬度、耐磨性金刚石最高，依次 降低，直到高速钢。而材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。在数控机床、车削中 心、加工中心等现代机床中，采用最广泛的是硬质合金和高速钢这两类。 二、对刀操作 X1X2 Y2 Y1 2 Y Y 21+ 2 X X 21+ X1 X2 Y2 Y1 2 Y Y 21+ 2 X X 21+ 三、数控加工工艺文件 数控
25、加工工艺文件主要有数控编程任务书、工件安装和加工原点设定卡片、数控加 工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片等。 3.13.1 数控机床的坐标系统数控机床的坐标系统 一、坐标轴的命名 坐标轴采用右手直角笛卡尔坐标系进行命名。 1. 坐标轴的命名规定 (1)坐标系中的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。 (2) A、B、C 分别表示绕 X、Y、Z 的轴线或绕与 X、Y、Z 轴线相平行的轴的转动。 其正方向用右手螺旋定则确定。 (3)加工过程中不论是刀具移动还是工件移动，一律假定工件静止不动，而刀具在 移动，并规定刀具远离工件的运动方向为坐标轴的正方向。 (4)如果把刀具看作静止不动，工件移动
26、，那么在坐标轴的字母上加“”，如 等；加“”字母表示的工件运动正方向与不加“”之同一字母表示的刀AYX, 具运动方向相反。 2. 机床坐标系的确定方法 确定机床坐标轴时，一般先确定 Z 轴，再确定 X 轴和 Y 轴。 (1) Z 轴 平行于机床主轴（传递切削动力）的轴线作为 Z 轴，刀具远离工件的方向为 Z 轴的 正方向。对于有主轴的机床：如卧式车床和立式升降台铣床等，以机床主轴轴线作为 Z 轴；对于没有主轴的机床：如牛头刨床，规定垂直于装夹面的坐标轴为 Z 轴。对于有几 根主轴的机床：如龙门铣床，选择其中一个与工作台面相垂直的主轴为主要主轴，并以 它来确定 z 轴方向。 (2) X 轴 X
27、轴位于水平面内，垂直于 Z 轴并平行于工件装夹面。 对于工件旋转的机床：如车床，X 轴在工件的径向并平行于横向拖板，刀具离开工件旋 转中心的方向是 X 轴的正方向。对于刀具旋转的机床：若 Z 轴是水平的，如卧式铣床、 镗床等，则从刀具(主轴)后端向工件方向看，X 轴的正方向指向右边。若 Z 轴为垂直的， 如立式铣床、钻床等，面对刀具(主轴)向立柱方向看，X 轴的正方向指向右边。 对于无主轴的机床：如刨床等，则选定主要切削方向为 X 轴方向。 (3) Y 轴 Y 轴方向根据已选定的 Z、X 轴按右手直角笛卡尔坐标系来确定。 (4) A、B、C 的转向 选定 X、Y、Z 坐标轴后，根据右手螺旋定则
28、来确定 A、B、C 三个转动的正方向。 (5) 附加坐标 如果机床在基本的直角坐标系 X、Y、Z 外，另有轴线平行于它们的坐标系，则附加的 直角坐标系指定为 U、V、W 和 P、Q、R。 二、工件坐标系与编程坐标系 1. 机床坐标系与机床原点及机床参考点 机床坐标系：数控机床安装调试时便设定好的固定坐标系，并设有固定的坐标原点， 就是机床原点（机械原点） ，定义是：数控机床进行加工运动的基准参考点 O 机床参考点：用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。是机床坐标系中一 R 个固定不变的极限点，其固定位置由各轴向的机械挡块来确定。对数控铣床、加工中心 而言，机床参考点与机床原点重合，一般取在
29、 X、Y、Z 坐标的正方向极限位置上；对 数控车床，机床原点取在卡盘右端面与旋转中心线的交点之处，机床参考点在车刀退离 主轴端面和旋转中心线最远的某一固定点。 2. 编程坐标系：编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。对一般零件，工件 坐标系即为编程坐标系，工件原点亦即编程原点,用符号表示。编程坐标系一般供编 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。编程原点应尽 量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控 机床相应的坐标轴方向一致， 3. 工件坐标系与工件原点 工件坐标系：以确定的工件原点为基准所建立的坐标系。工件原点（程序原点）
30、 ，是 P O 指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。 4. 机床坐标系与工件坐标系的关系 机床坐标系与工件坐标系的相应坐标轴一般相平行，方向也相同，但原点不同。工 件原点与机床原点间的距离称为工件原点偏置，加工时，这个偏置值需预先输入到数控 系统中。 +X 3.23.2 数控加工程序的组成数控加工程序的组成 O1000 / 程序名 N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 N20 G01 X88.1 Y30.2 F500 T02 M08 N30 X90 / 程序主体 N300 M30 / 结束符 一、加工程序的一般格式 （1）程序开始符、结束符 程序开始符、
31、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 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。 二、程序段格式 程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句。 一个数控加工程序是若干个程序段组成的。 程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。现在一般使用字地址可变 程序段格式，每个
32、字长不固定，各个程序段中的长度和功能字的个数都是可变的。模态 代码（续效代码）：该代码在一个程序段中被使用后就一直有效，直到出现同组中的其 它任一 G 代码时才失效。非模态代码（非续效代码）：只在有该代码的程序段中有效的 代码。 程序段格式举例： N30 G01 X88.1 Y30.2 F500 S3000 T02 M08 N40 X90（本程序段省略了续效字“G01，Y30.2，F500，S3000，T02，M08”，但它 们的功能仍然有效） 在程序段中，必须明确组成程序段的各要素： 移动目标：终点坐标值 X、Y、Z； 沿怎样的轨迹移动：准备功能字 G； 进给速度：进给功能字 F； 切削速度
33、：主轴转速功能字 S； 使用刀具：刀具功能字 T； 机床辅助动作：辅助功能字 M。 三、字的功能 （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
34、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，是用于建立机床或控制系统工作 方式的一种指令。后续数字一般为 13 位正整数。 （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 圆心坐标尺寸。在一些数
35、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。 （
36、5）主轴转速功能字 S 主轴转速功能字的地址符是 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。 程序停止指令（M00）。M00 实际上是一个暂停指令。程序运行停止后
37、，模态信 息全部被保存，利用机床的“启动”键，可使机床继续运转。该指令经常用于加工过程 中测量工件的尺寸、工件调头、手动变速等固定操作。 选择停止指令（M01）。该指令的作用和 M00 相似，但它必须是在预先按下操作 面板上的“选择停止”按钮并执行到 M01 指令的情况下，才会停止执行程序。如果不按 下“选择停止”按钮，M01 指令无效，程序继续执行。该指令常用于工件关键性尺寸的 停机抽样检查等，当检查完毕后，按“启动”键可继续执行以后的程序。 程序结束指令（M02）。当全部程序结束后，用此指令可使主轴、进给及切削液 全部停止，并使机床复位。 与主轴有关的指令（M03、M04、M05）。M03
38、 表示主轴正转，M04 表示主轴反转。 所谓主轴正转，是从主轴向 Z 轴正向看，主轴顺时针转动；而反转时，观察到的转向则 相反。M05 为主轴停止，它是在该程序段其它指令执行完后才执行的。 换刀指令（M06）。M06 是手动或自动换刀指令。它不包括刀具选择功能，常用 于加工中心换刀前的准备工作。 与切削液有关的指令（M07、M08、M09）。M07、M08 为切削液开，M09 为切削液 关。 运动部件夹紧与松开（M10、M11）。M10 为运动部件的夹紧，M11 为运动部件的 松开。 程序结束指令（M30）。M30 与 M02 基本相同，但 M30 能自动返回程序起始位置， 为加工下一个工件作
39、好准备。 3.33.3 数控编程的方法数控编程的方法 一、编程步骤及内容 分 析 零 件 图 样 工 艺 处 理 数 学 处 理 编 写 程 序 清 单 输 入 数 控 系 统 程 序 检 查 数 控 机 床 修改 分析零件图样 根据零件图样，对零件材料、形状、尺寸、精度、基准面、表面质量、毛坯种类、 热处理等进行详细分析。 工艺处理 数学处理 数学处理的任务是根据零件的几何尺寸、加工路线，计算刀具的运动轨迹，以获得 刀具的位置数据。 编写程序单 在完成工艺处理和数学处理之后，编程人员使用数控系统的程序指令，按照规定的 程序格式，逐段编写零件加工程序。 输入数控系统 程序检验 二、程序编制中的
40、数学处理 根据零件图样，按照已经确定的加工路线和允许的编程误差，计算数控编程时所需 要的刀位数据，称为数学处理。数学处理之前，首先应该选择编程原点并进行尺寸换算。 车削件编程原点的选择：X 向取在零件的回转中心，即车床主轴的轴心线上。Z 向 一般取在工件的左端面或右端面上；如果是左右对称的零件，Z 向原点应选在对称平面 内，这样同一个程序可用于调头前后的两道加工工序。 铣削件编程原点的选择：X、Y 向原点一般选择在设计基准或工艺基准的端面上或孔 中心线上；若工件有对称部分，则应选择在对称面上。Z 向原点，一般取在工件的上表 面上，这样当刀具切入工件后的 Z 向尺寸字为负值，离开工件表面后的 Z
41、 向尺寸字为正 值，以便于检查程序。 尺寸换算：编程原点选定后，就应对零件图样中各点的尺寸进行换算，即把各点的 尺寸换算成从编程原点开始的坐标值，并重新标注。在标注时，一般可按尺寸公差的中 值标注，这样在加工过程中便于控制尺寸公差。 基点的计算 一个零件的轮廓曲线可能由许多不同的几何元素所组成。如：直线、圆弧、二次曲 线等。各几何元素之间的连接点称为基点。 (1) 轮廓曲线的基点计算 对于具有刀具补偿功能的数控机床，只需计算零件轮廓曲线上的基点坐标即可。 上图所示的零件轮廓由四段直线和一段圆弧组成，其中 A、B、C、D、E 即为基点。 A 点坐标（0，0） ，B 点坐标（0，26） ，D 点坐
42、标（100，12） ，E 点坐标（100，0）均为 已知。C 点为直线 CD 与圆弧 BC 的切点，其坐标需用解联立方程组的方法才能得到。 3099.11 20000 . 0 30100 1226 tg 8503.24 42025 . 0 7014 30 sin 22 直线 CD 的斜率 K=7308 . 0 180tg 直线 CD 的方程为：Y=85.08X7308 . 0 以 O 为圆心的圆的方程为： 2 22 3026Y30X 将两方程联立求解： Y=85.08X7308 . 0 2 22 3026Y30X 即可求得 C 点坐标为（47.7004，50.2205） 。注意：计算过程中，要
43、保留足够的小 数位数。 注：可用作图的方法实现 (2)刀具中心轨迹的基点计算 对于没有刀具补偿功能的数控机床，当零件轮廓曲线的基点坐标求出以后，还要计 算刀具中心轨迹的基点（图中的 a、b、c、d、e）坐标。刀具中心沿曲线 abcdea 运动， 才能加工出所需要的零件形状。设刀具半径 R = 5 mm，则 a、b、e 三点的坐标分别为 （-5，-5） ， （-5，26） ， （105，-5） 。 直线 CD 的方程为：Y=KX+M 其中 K=0.7308 M = 85.08 直线 cd 的方程为：Y = KX + M + R 2 K1 即 Y=2729.91X7308 . 0 将 X=105
44、代入上式，得 Y=14.5389，则 e 点坐标为（105，14.5389） 。 解联立方程组： Y=2729.91X7308 . 0 2 22 53026Y30X 求得 c 点坐标为（50.6506，54.2574） 。 2. 节点的计算 数控机床一般只能作直线插补和圆弧插补。当工件轮廓是非圆曲线时，数学处理的 任务就是用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线。逼近线段（又称插补线段）与被加工曲线 的交点称为节点。 4.1 数控车削概述数控车削概述 一、 数控车床的加工对象 主要用于轴类和盘类回转体工件的加工，能自动完全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、 螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等加
45、工，适合复杂形状工件的加 工。轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 、精度要求高的零件 、特殊的螺 旋零件 、淬硬工件的加工等。 二、数控车床编程特点 在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程或增量值编程， 也可以采用混合编程。 由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯，加工余量较大，为简化编程，数控装置 常具备不同形式的固定循环，可进行多次重复循环切削。 被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，一般用直径值表示。所以采用直径尺 寸编程更为方便。 编程时，认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量， 车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧，为提高工件的加工精度，编制圆
46、头刀程序时，需 要对刀具半径进行补偿。大多数数控车床都具有刀具半径自动补偿功能(G4l、G42)，这 类数控车床可直接按工件轮廓尺寸编程。 三、坐标系设置 机床坐标系 机床参考点 工件坐标系 又称编程坐标系。 四、数值输入方法 1尺寸单位指令 工程图纸中的尺寸标注采用公制和英制两种形式。数控系统可根据所设定的状态， 利用代码把所有的几何值转换为公制尺寸或英制尺寸(刀具补偿值和可设定零点偏置值 也作为几何尺寸)，同样进给率 F 的单位也分别为 mmmin(inmin)或 mmr(inr)。 FANUC 系统采用 G21、G20 代表公制英制尺寸 2绝对值和增量值编程 G90 和 G91 指令分别
47、对应着绝对值输入和增量值输入。G90 表示程序段中的尺寸字为 绝对坐标值，即从编程零点开始的坐标值。系统上电后，机床处在 G90 状态。G90 编人 程序时，以后所有输入的坐标值全部是以编程零点为基准的绝对坐标值，并且一直有效， 直到在后面的程序段中由 G91(增量位置输入数据)替代为止。 有些数控系统一般不使用 G90 和 G91 来变换绝对值和增量值。当采用绝对值编程时， 尺寸值用 X、Z 表示，采用增量值编程时使用 U、W 表示；并且在一个程序段中增量值和 绝对值可以混和使用。如图由 ABC，的编程指令如下： 绝对值编程: G90G01X20Z10 X10Z10 相对值编程: G91G0
48、1X10Z10 Z10 或: G01U10W10 W10 3半径直径数值尺寸 图中 A 点的坐标值为（30，80） ， B 点的坐标值为（40,60） 。 例：求各点坐标 4.2 数控车削编程基础数控车削编程基础 一、功能指令 功能指令包括：刀具功能、主轴转速功能和进给功能。 1刀具功能 由地址功能码 T 和数字组成。有 TXX 和 TXXXX 两种格式，数字的位数由所用数控系 统决定，T 后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。 例如：T0404 表示选择第 4 号刀，4 号偏置量；T0200 表示选择第 2 号刀，刀具偏置 取消。 2主轴转速功能 由地址码 S 与其后面的若干数字组成，单位为
49、转速单位(rmin)。 例如：S320 表示主轴转速为 320 rmin。需要注意的是，有些数控机床没有伺服主 轴，即采用机械变速装置，编程时可以不编写 S 功能。 恒线速度控制(G96) 当数控机床的主轴为伺服主轴时，可以通过指令 G96 来设 定恒线速度控制。系统执行 G96 指令后，便认为用 S 指定的数值表示切削速度。例如 G96 S150，表示切削速度为 150mmin。 主轴转速控制(G97) G97 是取消恒线速度控制指令，编程 G97 后，S 指定的数值 表示主轴每分钟的转速。例如 G97 S1200，表示主轴转速为 1200rmin。 最高速度限制(G50) G50 除有坐标系设定功能外，还有主轴最高转速设定功能。 例如 G50 S2000，表示把主轴最高转速设定为 2000 rmin。用恒定速度控制进行切削 加工时，为了防止出现事故，必