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1、第二章 数控加工基础,主讲人：缪遇春,数控加工操作与编程,目 录 第一节 数控编程概述 第二节 数控加工工艺路线的拟定 第三节 数控机床坐标系 第四节 数控程序的格式与组成 第五节 数控加工工艺文件的编制 习题,第一节 数控编程的作用与目的,一、数控编程的作用与目的,数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对 毛坯进行加工。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、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，再把这一程序单中的内容记录在控制介质上（如穿孔纸带、磁带、磁盘、
2、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。,第一节 数控编程的作用与目的,二、数控编程的内容和步骤：,（一）数控编程的内容,数控编程的主要内容包括：分析零件图样，确定加工工艺过程；确定走刀轨迹，计算刀位数据；编写零件加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试加工。,（二）数控编程的步骤,图2-1 数控编程过程,第一节 数控编程的作用与目的,二、数控编程的内容和步骤,（二）数控编程的步骤,1、分析零件图样和工艺处理：对零件图样进行分析以明确加工的内容及要求，选择加工方案、确定加工顺序、走刀路线、选择合适的数控机床
3、、设计夹具、选择刀具、确定合理的切削用量等。工艺处理涉及的问题很多，编程人员需要注意以下几点：,（1）工艺方案及工艺路线：应考虑数控机床使用的合理性及经济性，充分发挥数控 机床的功能；尽量缩短加工路线，减少空行程时间和换刀次数，以提高生产率；尽量使数值计 算方便，程序段少，以减少编程工作量；合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程 平稳，没有冲击；在连续铣削平面内外轮廓时，应安排好刀具的切入、切出路线。尽量沿轮廓 曲线的延长线切入、切出，以免交接处出现刀痕。,第一节 数控编程的作用与目的,二、数控编程的内容和步骤,（二）数控编程的步骤,1、分析零件图样和工艺处理,（2）零件安装与夹具选择
4、 ：尽量选择通用、组合夹具，一次安装中把零件的所有 加工面都加工出来，零件的定位基准与设计基准重合，以减少定位误差；应特别注意要迅速完 成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间，必要时可以考虑采用专用夹具。,（3）编程原点和编程坐标系：编程坐标系是指在数控编程时，在工件上确定的基准 坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。要求所选择的编程原点及编程坐标系应使程序编制简 单；编程原点应尽量选择在零件的工艺基准或设计基准上，并在加工过程中便于检查的位置； 引起的加工误差要小。,（4）刀具和切削用量：应根据工件材料的性能，机床的加工能力，加工工序的类型， 切削用量以及其他与加工有关的因素来选择刀具。对刀具
5、总的要求是：安装调整方便，刚性 好，精度高，使用寿命长等。,切削用量包括：主轴转速、进给速度、切削深度等。切削深度由机床、刀具、工件的刚 度确定，在刚度允许的条件下，粗加工取较大切削深度，以减少走刀次数，提高生产率；精 加工取较小切削深度，以获得表面质量。主轴转速由机床允许的切削速度及工件直径选取。 进给速度则按零件加工精度、表面粗糙度要求选取，粗加工取较大值，精加工取较小值。最 大进给速度受机床刚度及进给系统性能限制。,第一节 数控编程的作用与目的,二、数控编程的内容和步骤：,（二）数控编程的步骤,2、数学处理：在完成工艺处理的工作以后，下一步需根据零件的几何形状、尺寸、走刀路线及设定的坐标
6、系，计算粗、精加工各运动轨迹，得到刀位数据。一般的数控系统均具有直线插补与圆弧插补功能。对于点定位的数控机床（如数控冲床）一般不需要计算；对于加工由圆弧与直线组成的较简单的零件轮廓加工，需要计算出零件轮廓线上各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标、两几何元素的交点或切点的坐标值；当零件图样所标尺寸的坐标系与所编程序的坐标系不一致时，需要进行相应的换算；若数控机床无刀补功能，则应计算刀心轨迹；对于形状比较复杂的非圆曲线（如渐开线、双曲线等）的加工，需要用小直线段或圆弧段逼近，按精度要求计算出其节点坐标值；自由曲线、曲面及组合曲面的数学处理更为复杂，需利用计算机进行辅助设计。,3、编写零件加工程序
7、单：在加工顺序、工艺参数以及刀位数据确定后，就可按数控 系统的指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单。编程人员应对数控机床的性能、 指令功能、代码书写格式等非常熟悉，才能编写出正确的零件加工程序。对于形状复杂（如 空间自由曲线、曲面）、工序很长、计算烦琐的零件采用计算机辅助数控编程。,4、输入数控程序：程序编写好之后，可通过键盘直接将程序输入数控系统，或者通过数据线或者网线，利用传输软件传送到机床。,5、程序检验和首件试加工：程序送入数控机床后，还需经过试运行和试加工两步检验后，才能进行正式加工。通过试运行，检验程序语法是否有错，加工轨迹是否正确；通过试加工可以检验其加工工艺及有关切削参
8、数指定得是否合理，加工精度能否满足零件图样要求，加工工效如何，以便进一步改进。,第一节 数控编程的作用与目的,三、数控编程的方法,1、手工编程,一般数控编程方法如图2-3所示。,图2-3 手工编程,2、自动编程,自动编程是利用计算机专用软件编制数控加工程序的过程。它包括数控语言编程和图形交互式编程。,*本书主要讲解手工编程。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,一、数控加工工艺设计主要内容,（一）数控加工工艺内容的选择,1、适于数控加工的内容,（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容； （3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动
9、强度大的内容，可在数 控机床尚存在富裕加工能力时选择。,2、不适于数控加工的内容,（1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容； （2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工； （3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。 此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,一、
10、数控加工工艺设计主要内容,（二）数控加工工艺分析,1、加工图样分析,（1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点，在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。如图（a）在数控加工零件图上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。,零件设计人员在尺寸标注时，一般总是较多地考虑装配等使用特性，因而常采用如图 (b)所示的局部分散的标注方法，这样就给工序安排和数控加工带来诸多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的累积误差而破坏零件的使用特性，因此，可将局
11、部的分散标注法改为同一基准标注或直接标注坐标尺寸。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,一、数控加工工艺设计主要内容,（二）数控加工工艺分析,1、加工图样分析,（2）分析被加工零件的设计图纸，根据标注的尺寸公差和形位公差等相关信息，将加工表面区分为重要表面和次要表面，并找出其设计基准，进而遵循基准选择的原则，确定加工零件的定位基准，分析零件的毛坯是否便于定位和装夹，夹紧方式和夹紧点的选取是否会有碍刀具的运动，夹紧变形是否对加工质量有影响等。为工件定位、安装和夹具设计提供依据。,（3）构成零件轮廓的几何元素（点、线、面）的条件（如相切、相交、垂直和平行等），是数控编程的重要依据。手工编程时，要依据这
12、些条件计算每一个节点的坐标；自动编程时，则要根据这些条件对构成零件的所有几何元素进行定义，无论哪一个条件不明确，都会导致编程无法进行。因此，在分析零件图样时，务必要分析几何元素的给定条件是否充分，发现问题及时与设计人员协商解决。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,一、数控加工工艺设计主要内容,（二）数控加工工艺分析,2、零件的结构工艺性分析,（1）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。,（2）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。对于如图所示零件，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
13、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。,图2-5 内槽结构工艺性,第二节 数控加工工艺路线的拟定,一、数控加工工艺设计主要内容,（二）数控加工工艺分析,2、零件的结构工艺性分析,（3）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
14、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。,（4）应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式；若需要二次装夹，应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，会因工件重新安装产生定位误差，从而使加工后的两个面上的轮廓位置及尺寸不协调，因此，为保证二次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的定位基准。,图2-6 零件底面圆弧半径对工艺性的影响,第二节 数控加工工艺路线的拟定,一、数控加工工艺设计主要内容,（二）数控加工工艺分析,3、定位基准可靠,在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往
15、需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图(a)所示的零件，为增加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，如图(b)所示。在完成定位加工后再除去。,零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。,4、统一几何类型及尺寸,第二节 数控加工工艺路线的拟定,一、数控加工工艺设计主要内容,（三）数控加工工艺路线的设计,常见工艺流程如图所示。,图2-8工艺流程,数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题：,1、工序的划分,（1）以一次安装、加工作为一道工序
16、。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态,（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。,（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。,（4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,一、数控加工工艺设计主要内容,（三）数控加工工艺路线的设计,2、顺序的安排,顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：,（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；,（2）先进行内腔
