作者：杨保成、吕斌杰、赵汶 编著
出版社：化学工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
数控车床编程与典型零件加工试读：
前言
数控加工是机械制造业中的先进加工技术，在企业生产中，数控机床的使用已经非常广泛。目前，随着国内数控机床用量的剧增，急需培养一大批能够熟练掌握现代数控机床编程、操作和维护的应用型高级技术人才。
虽然许多职业学校都相继开展了数控技工的培训，但由于课程课时有限、培训内容单一（主要是理论）以及学生实践和提高的机会少，学生们还只是处于初级数控技工的水平，离企业需要的高级数控技工的能力还有一定的差距。作者结合自己多年的实际工作经验编写了本书，在简要介绍操作和指令的基础上，突出对编程技巧和应用实例的讲解，加强了技术性和实用性。
全书共包括4大部分，主要内容如下。
第1篇（第1～3章）为数控车床基础，概要介绍了数控车床的主要结构、技术参数、加工工艺以及程序编程指令与基本编程方法。通过本篇内容的学习，读者可以了解数控车床的编程指令、工艺分析与辅助工具。
第2篇和第3篇（第4～9章）为车加工手动编程实例，针对应用最多的FANUC、SIEMENS数控系统，通过学习目标及要领、工艺分析与实现过程、参考代码与注释的讲授方式，详细介绍了数控车加工技术以及实际编程应用。学习完本篇内容，读者可以举一反三，掌握各种零件的加工编程流程以及运用技巧。
第4篇（第10～11章）为数控车床自动加工，介绍了Mastercam编程软件特点和实际加工案例，其中设置加工刀具、加工工件以及加工操作管理是读者学习的重点。读者通过学习可熟悉车床自动加工的一般流程和方法。
本书主要具备以下一些特色。（1）以应用为核心，技术先进实用。同时总结了许多加工经验与技巧，可帮助读者解决加工中遇见的各种问题，快速入门与提高。（2）加工实例典型丰富、由简到难、深入浅出，全部取自于一线实践，代表性和指导性强，方便读者学懂学透、举一反三。（3）书中第11章实例的素材文件可在出版社网站www.cip.com.cn中“资源下载”区下载，方便读者使用。
本书适合广大初中级数控技工使用，同时也可作为高职高专院校相关专业学生以及社会相关培训班学员的理想教材。
本书由杨保成、吕斌杰、赵汶编著。黄云林、蒋伟、孙智俊、高长银、涂志标、涂志涛、刘红霞、刘铁军、何文斌、邓力、王乐、杨学围、张秋冬、闫延超、董延、郭志强、毕晓勤、贺红霞、史丽萍、袁丽娟等为本书的编写提供了帮助，在此一并表示感谢。
由于时间仓促，编者水平有限，书中难免有不足和疏漏之处，欢迎广大读者批评指正。编著者第1篇 数控车床基础
第1章 数控车床介绍
第2章 数控车削加工工艺
第3章 数控车床加工编程基础第1章 数控车床介绍
本章介绍关于数控车床的一些入门基础知识，包括数控车床的分类与组成、数控车床控制系统的功能、数控车床的主要结构特点、数控车床的主要技术参数等。1.1 数控车床的分类与组成1.1.1 数控车床的类型及基本组成（1）数控车床的类型
①水平床身（即卧式车床） 有单轴卧式和双轴卧式之分。由于刀架拖板运动很少需要手摇操作，所以刀架一般安放于轴心线后部，其主要运动范围也在轴心线后半部，可使操作者易接近工件。该类车床具有短床身、占地小的特点，适宜加工盘类零件。双轴型便于加工零件正反面。
②倾斜式床身 在水平导轨床身上布置三角形截面的床鞍。其布局兼有水平床身造价低、横滑板导轨倾斜便于排屑和易接近操作的优点，有小规格、中规格和大规格三种。
③立式数控车床 分单柱立式和双柱立式数控车床。采用立轴布置方式，适用于加工中等尺寸盘类和壳体类零件。便于装卸工件。
④高精度数控车床 分中、小规格两种。适于加工精密仪器、航天及电子行业的精密零件。
⑤四坐标数控车床 设有两个X、Z坐标或多坐标复式刀架。可提高加工效率，扩大工艺能力。
⑥车削加工中心 可在一台车床上完成多道工序的加工，从而缩短了加工周期，提高了机床的生产效率和加工精度。配上机械手、刀库料台和自动测量监控装置构成车加工单元，用于中小批量的柔性加工。
⑦各种专用数控车床 包括数控卡盘车床、数控管子车床等。（2）数控车床的基本组成
数控车床的整体结构组成基本与普通车床相同，同样具有床身、主轴、刀架及拖板和尾座等基本部件，但数控柜、操作面板和显示监控器却是数控车床特有的部件。在机械部件方面，数控车床和普通车床也具有很大的区别。例如，数控车床的主轴箱内部省掉了机械式的齿轮变速部件，因而结构非常简单；车螺纹也不再需要另配丝杠和挂轮了；刻度盘式的手摇移动调节机构也已被脉冲触发计数装置所取代。下面以CK7815型数控车床和CK9330型数控车床为例，简单介绍一下数控车床的结构组成。
CK7815型数控车床是长城机床厂的产品，可选配FANUC 6T或FANUC 5T系统，为两坐标联动半闭环控制的CNC车床。该车床能车削直线（圆柱面）、斜线（锥面）、圆弧（成形面）、公制和英制螺纹（圆柱螺纹、锥螺纹及多头螺纹），能对盘形零件进行钻、扩、铰和镗孔加工。
CK7815型数控车床如图1-1所示。其床身导轨为60°倾斜布置，排屑方便。导轨截面为矩形，刚性很好。主轴由直流（配5T系统）或交流（配6T系统）调速电机驱动，主轴尾端带有液压夹紧油缸，可用于快速自动装夹工件。床鞍溜板上装有横向进给驱动装置和转塔刀架，刀盘可选配8位、12位小刀盘和12位大刀盘。纵横向进给系统采用直流伺服电机带动滚珠丝杠，使刀架移动。尾座套筒采用液压驱动。可采用光电读带机和手工键盘程序输入方式，带有CRT显示器、数控操作面板和机械操作面板。另外还有液动式防护门罩和排屑装置。若再配置上下料的工业机器人，就可以形成一个柔性制造单元（FMC）。图1-1 CK7815型数控车床
CK9330型数控车床配有由华中数控研制开发的HCNC-1T数控系统，是直接由PC电脑通过数控软件进行加工控制的新型CNC系统。该车床是一开环控制的台式车床，其机械部分由床身、床头箱、工作台、大小拖板、普通刀架、尾座、主轴电机和X、Z轴步进电机（4NM、1NM各一个）等组成，控制部分由机床强电控制柜、机械操作面板、PC电脑和数控软件等组成。CK9330型数控车床的组成如图1-2所示。图1-2 CK9330型数控车床的组成1.1.2 数控车床的传动及速度控制
图1-3所示为CK7815型数控车床传动系统。主轴由AC-6型5.5kW交流调速电机或DC-8型1.1kW直流调速电机驱动，靠电气系统实现无级变速。由于电机调速范围的限制，故采用两级宝塔带轮实施高、低两挡速度的手工切换，在其中某挡的范围内可由程序代码S任意指定主轴转速。结合数控装置还可进行恒线速度切削。但最高转速受卡盘和卡盘油缸极限转速的制约，一般不超过4500r/min。图1-3 CK7815型数控车床传动系统
纵向Z轴进给由直流伺服电机直接带动滚珠丝杠实现；横向X轴进给由直流伺服电机驱动，通过同步齿形带带动横向滚珠丝杠实现，这样可减小横轴方向的尺寸。
刀盘转位由电机经过齿轮及蜗杆副实现，可手动或自动换刀。排屑机构由电机、减速器和链轮传动实现。
工进速度和快进速度还受控制面板上相应的速度修调旋钮影响。实际速度还应乘以速度修调的倍率。
CK9330型数控车床的传动系统较为简单，该机床主轴是由电机经V带传至车头主轴，由塔轮传动实施有级变速。主轴转速不受S代码的控制，其调整需靠手工进行。由于主轴转速不可无级调控，所以在车削螺纹时，只有靠编码器检测主轴的实际转速并反馈到数控系统后，再由系统自动调整进给轴的进给速度（主轴每转一圈，刀架移动一个螺距值）。
CK9330型数控车床的纵向Z轴进给由4NM的三相六拍感应式步进电机直接带动普通丝杠实现，横向X轴进给由1NM的步进电机带动一对18/27的减速齿轮后再带动普通丝杠实现。由于小拖板上的丝杠手柄调节位移量不计入数控装置，因此只用于加工前对刀时的辅助调节，它在加工过程中的任何移动都将影响尺寸精度。
CK9330型数控车床的主要规格与技术参数见表1-1。表1-1 CK9330型数控车床的主要规格与技术参数
此外，还有些车床的主轴虽然采用的是机械式的有级变速，但配合一定的电液动控制系统，也可通过S代码自动实现主轴的变速，当然那也只能是有级变速。1.1.3 数控车床的控制面板及其功能
用PC电脑作控制系统的数控车床，其程序输入、数据设定和NC控制等操作均可由PC键盘进行，文字和图形信息由显示器显示。CK9330型数控车床操作面板的布局如图1-4所示。图1-4 CK9330型数控车床的操作面板
面板顶行为一排指示灯，分别为指示机床电柜电源的“强电”指示灯，表示机床与计算机数控软件是否联系上的“联机”指示灯，数控系统内部是否有故障的“数控”报警和控制轴行程是否超界的“超程”报警指示灯，以及回参考点指示灯。右上部按菱形布置的几个按钮为拖板移动用的手动操作按钮，相当于普通车床上的旋转手柄，轴移动方向遵循标准规定。当按住某轴移动方向按钮的同时再按住中间的快移按钮时，则该轴将以内部设定的最快速度向指定方向移动；否则，将以当前设定的速度修调率移动。指示灯下方的旋钮为速度修调钮，“自动”的各挡用于控制机床自动及MDI方式下的进给速度修调率，“手动”各挡用于控制点动及步进移动时的X、Z轴移动速度，“增量”各挡则用于决定步进方式下点按一下轴移动按钮所产生的移动量。左下方的NC锁匙电源是为机床提供的又一道电源开关。右下方的急停按钮是用于紧急情况下强行切断电源的。中部为以下几个功能控制按钮。超程解除——当Z轴正负方向出现硬性行程超界时，可同时按此钮和Z轴相反方向的按钮以解除超程。循环启动、进给保持——用于自动运行中暂停进给和持续加工。单段执行——在自动运行方式下，若按下此钮，则每执行一段程序后都将暂停等待，需按“循环启动”方可执行下一段程序。机床锁住——若按下此按钮，则程序执行时只是数控系统内部进行控制运算，可模拟加工校验程序，但机械部件被锁住而不能产生实际的移动。主轴正转、反转和停转——用于手动控制主轴的正转、反转和停转。
CK9330型数控车床控制软件的环境界面如图1-5所示，图中屏幕顶行为状态行，用于显示工作方式及运行状态等，工作方式按主菜单变化，运行状态在不同的工作方式下有不同的显示。图1-5 CK9330型数控车床控制软件的环境界面
自动运行时显示：5％～140％（自动运行的进给速度修调倍率）；循环停止（自动运行处于暂停状态）；机床锁住（机械锁住有效时）；程序单段（单段运行有效时）等。
MDI方式时显示：当前默认的G代码模态值（如G00 G91 G21 G94）；点动操作方式5％～100％（最大速度百分比）；轴进给或Z轴进给；步进功能方式×1、×10、×100、×1000（4种步进倍率）；轴进给或Z轴进给。
屏幕中间为工件加工的坐标显示和图形跟踪显示或加工程序内容显示。
屏幕下部为提示输入行和菜单区（多级菜单变化都在同一行中进行）。
屏幕右部为信息索引显示区：O.N索引处，显示自动运行中的O代码（主程序号）和N代码（程序段号）；P.L索引处，显示自动运行中的P代码（子程序调用）和L代码（调用次数）；M.T索引处，显示自动运行中的M代码（辅助功能）和T代码（刀具号和刀补号）；机械坐标处，显示刀具在机床坐标系中的坐标变化。
控制软件系统的整个菜单的显示切换均在屏幕底行上进行，菜单选取由功能键F1～F10操作。第一级子菜单的调出和所有下级菜单的往上退回均靠F1功能键实施。例如，在主菜单级显示时，按下F2键选中自动运行方式后该按钮呈凹下状，但需要再按F1键方可切换到自动运行方式的下级菜单。然后，在本级菜单显示时，按下相应的选用功能键即可自动调用显示下级菜单或执行相应的菜单项功能（即除第一级子菜单调出需按F1键外，往下层次的子菜单调出，则不需按F1键，均可自动调出）。若从本级菜单返回到上一级菜单，以及当本级某菜单项执行完后又想执行本级的另一菜单项功能时，则需要按F1功能键，而不是按Esc键；若在主菜单显示时按了Esc键，则自动退出控制软件系统。1.2 数控车床控制系统的功能
数控机床上数控系统的硬件有各种不同的组成和配置，再安装不同的监控软件，就可以应用于不同机床或设备的控制，这样数控系统就有不同的功能，具体如下。
①多坐标控制功能 控制系统可以控制坐标轴的数目，指的是数控系统最多可以控制多少个坐标轴，其中包括平动轴和回转轴。基本平动坐标轴是X、Y、Z轴；基本回转坐标轴是A、B、C轴。联动轴数是指数控系统按照加工的要求可以控制同时运动的坐标轴的数目。如某型号的数控机床具有X、C、Z三个坐标轴运动方向，而数控系统只能同时控制两个坐标（XZ、XC或ZC）方向的运动，则该机床的控制轴数为三轴（称为三轴控制），而联动轴数为两轴（称为两联动）。
②插补功能 指数控机床能够实现的运动轨迹，如直线、圆弧、螺旋线、抛物线、正弦曲线等。数控机床的插补功能越强，说明能够加工的轮廓种类越多。控制数控车床的系统一般只有直线和圆弧两种插补功能。
③进给功能 包括快速进给、切削进给、手动连续进给、自动加减速等功能。进给功能与伺服驱动系统的性能有很大的关系。
④主轴功能可实现恒转速、恒线速度、定向停止等功能 恒线速度指的是主轴可以自动变速，使得刀具对工件切削点的线速度保持不变。主轴定向停止功能主要用于数控机床在换刀、精镗等工序退刀前对主轴进行准确定位，以便于退刀。
⑤刀具功能 指在数控机床上可以实现刀具的自动选择和自动换刀。
⑥刀具补偿功能 包括刀具位置补偿和半径补偿功能。半径补偿中包括车刀的刀尖半径和刀尖朝向。
⑦机械误差补偿功能 指系统可以自动补偿机械传动部件因间隙产生的误差的功能。
⑧操作功能 数控机床通常有单程序段运行、跳段执行、连续运行、试运行、机械锁住、进给保持和急停等功能，有的还有软键操作功能。
⑨程序管理功能 指对加工程序的检索、编制、修改、插入、删除、更名、锁住。
⑩图形显示功能 在显示器（CRT）上进行二维或三维、单色或彩色的图形显示。图形可进行缩放、旋转，还可以进行刀具轨迹动态显示。辅助编程功能 如固定循环、图形缩放、子程序、宏程序、坐标系旋转、极坐标编程等功能，可减少手工编程的工作量和难度。自诊断功能 指数控系统对其软件、硬件故障的自我诊断。这项功能可以监视整个机床和整个加工过程是否正常，并在发生异常时及时报警。通信与通信协议 现代数控系统一般都配有RS232C接口或DNC接口，可以与上级计算机进行信号的高速传输。高档数控系统还可与MAP或Internet相连，以适应FMS、CIMS的要求。
以上是一般可用于机床的数控系统的基本功能。对于用于数控车床的数控系统还有其自身的特点。首先，数控车床所需要控制的坐标轴的数目比较少。一般的数控车床只需要控制两个坐标轴（X轴和Z轴）；对于高等级数控车床（或者数控车削中心），一般也只需要控制三个或四个坐标轴（X、Z、C、Y轴）；只是对于某些特殊类型的数控车床（如双主轴或双刀架的车削中心），对控制坐标轴的数目的要求才比较高。其次，数控车床对可以联动的坐标轴的数目要求也比较少，一般为两联动或三联动。这样与数控铣床或数控加工中心相比，数控车床对数控系统的要求就相对低一些。至于对数控系统其他功能的要求，与其他机床没有太大的区别，只是要求具备恒线速度（恒表面速度）的功能，这是由车削加工的特点决定的。1.3 数控车床的主要结构特点
数控车床因其加工方法和特点，配合不同类型的车削刀具，主要应用于具有复杂回转型面工件的自动加工和各类螺纹的加工。目前已广泛应用于民用产品和军工产品的加工生产中，是应用最为广泛的数控机床之一。与传统车床相比，数控车床的结构主要有以下特点。
①由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电机驱动，所以它的传动链短。不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电机直接与丝杠连接带动刀架运动。伺服电机丝杠间也可以用同步带轮副或齿轮副连接。
②多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴的，按控制指令进行无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。
③数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杠两端安装的滚动轴承是专用轴承，它的压力角比常用的向心推力球轴承要大得多。这种专用轴承配对安装，最好在轴承出厂时就是成对的。
④为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。
⑤由于数控机床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。数控车床一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，其使用寿命也可延长许多。
⑥数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。
⑦数控车床一般还配有自动排屑装置。1.4 数控车床的主要技术参数
数控车床的主要技术参数包括最大回转直径、最大车削长度、各坐标轴行程、主轴转速范围、切削进给速度范围、定位精度、刀架定位精度等，其具体内容及作用见表1-2。表1-2 数控车床的主要技术参数第2章 数控车削加工工艺
数控车床是一种高度自动化的机床，采用数字化的信息来实现自动化控制，具体为：将与加工零件有关的信息，按一定的格式编写成加工程序单，将加工程序通过控制介质输入到数控装置中，由数控装置进行分析处理后，发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加工。本章对数控车削加工进行详细介绍，主要包括加工原理与特点、加工的主要应用、加工工艺的制定等内容。2.1 数控车削加工原理与编程特点2.1.1 数控车削加工原理
数控车削的基本工作原理：被加工工件作回转主运动，由数控装置对主轴交流驱动电机进行无级调速控制；而刀台作坐标运动，由数控装置对刀台各坐标方向的直流或交流电机进行位置的进给伺服控制。
数控车床的另一个主要加工功能就是各类螺纹车削。其加工工作原理为：在主轴上安装有同步旋转的脉冲编码器，当数控装置控制主轴伺服电机驱动主轴旋转时，脉冲编码器发出同步脉冲信号使主轴的旋转与切削车刀进给同步，从而实现螺纹车削。2.1.2 数控车床的编程特点（1）加工坐标系
加工坐标系应与机床坐标系的坐标方向一致，X轴对应径向，Z轴对应轴向，C轴（主轴）的运动方向则以从机床尾架向主轴看，逆时针为+C向，顺时针为-C向，如图2-1所示。图2-1 数控车床坐标系
加工坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置，一般在工件的右端面或左端面上。（2）直径编程方式
在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值取为零件图样上的直径值，如图2-2所示，图中A点的坐标值为（30，80），B点的坐标值为（40，60）。采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大方便。图2-2 直径编程（3）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，如图2-3所示。图2-3 切削起点的确定2.2 数控车削加工的主要应用
数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。由于数控车床具有加工精度高、能进行直线和圆弧插补以及在加工过程中能自动变速的特点，因此其工艺范围较普通机床宽得多。凡是能在数控车床上装夹的回转体零件都能在数控车床上加工。针对数控车床的特点，下列几种零件最适合数控车削加工。（1）精度要求高的回转体零件
由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工尺寸精度要求较高的零件。在有些场合可以车代磨。此外，数控车削的刀具运动是通过高精度插补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚性好和制造精度高，所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度等形状精度要求高的零件。对于圆弧以及其他曲线轮廓，加工出的形状与图纸上所要求的几何形状的接近程度比用仿形车床要高得多。数控车削对提高位置精度还特别有效。不少位置精度要求高的零件用普通车床车削时，因机床制造精度低、工件装夹次数多，达不到要求，只能在车削后用磨削等方法弥补。如图2-4所示的轴承内圈，原采用三台液压半自动车床和一台液压仿形车床加工，需多次装夹，因而造成较大的壁厚差，达不到图纸要求，后改用数控车床加工，一次装夹即可完成。图2-4 轴承内圈（2）表面质量要求高的回转体零件
数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度Ra值小而均匀的零件。在材质、精车余量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给量和切削速度。在普通车床上车削锥面和端面时，由于转速恒定不变，致使车削后的表面粗糙度不一致，只有某一直径处的粗糙度值最小。使用数控车床的恒线速切削功能，就可选用最佳线速度来切削锥面和端面，使车削后的表面粗糙度值既小又一致。数控车削还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度值要求大的部位选用大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。（3）表面形状复杂的回转体零件
由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，所以可以车削由任意直线和曲线组成的形状复杂的回转体零件。如某些壳体类零件中封闭内腔的成形面，在普通车床上是无法加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。
组成零件轮廓的曲线可以是数学方程式描述的曲线，也可以是列表曲线。对于由直线或圆弧组成的轮廓，直接利用机床的直线或圆弧插补功能；对于由非圆曲线组成的轮廓应先用直线或圆弧去逼近，然后再用直线或圆弧插补功能进行切削。（4）带特殊螺纹的回转体零件
普通车床所能车削的螺纹相当有限，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干种导程。但数控车床不但能车削任何等导程的直、锥和端面螺纹，而且能车削增导程、减导程，以及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹。数控车床车削螺纹时主轴转向不必像普通车床那样交替变换，它可以一刀又一刀不停顿地循环，直到完成，所以它车削螺纹的效率很高。2.3 数控车削加工工艺的制定2.3.1 数控加工工艺的基本特点
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。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需进行一些处理。因此，程序编制中的工艺分析是一项十分重要的工作。
在普通机床上加工零件时，用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作程序，操作者按工艺卡片上规定的“程序”加工零件。而在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，并以数字信息的形式记录在控制介质（如穿孔纸带、磁盘等）上，用它控制机床加工。由此可见，数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而又有其自身特点。下面具体叙述。（1）工序的内容复杂
这是由于数控机床比普通机床价格贵，若只加工简单工序在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，甚至是在普通机床上难以完成的工序。（2）工步的安排更为详尽
这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线的确定等问题，在编制数控机床加工工艺时却不能忽略。2.3.2 数控加工工艺分析的主要内容
实践证明，数控加工工艺分析主要包括以下几方面。
①选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。
②分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。
③用量的确定等。
④调整数控加工工序的程序，如对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定，刀具的补偿。
⑤分配数控加工中的容差。
⑥处理数控机床上部分工艺指令。
总之，数控加工工艺内容较多，有些与普通机床加工相似。2.3.3 数控加工工艺分析的一般步骤与方法
程序编制人员在进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等。此外，编程人员应不断总结、积累工艺分析方面的实际经验，编写出高质量的数控加工程序。（1）机床的合理选用
在数控机床上加工零件时，一般有两种情况：第一种情况，有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床；第二种情况，已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况，考虑的因素主要有毛坯的材料和种类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。概括起来有三点：要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品；有利于提高生产率；尽可能降低生产成本（加工费用）。（2）数控加工零件工艺性分析
数控加工工艺性分析涉及面很广，在此仅从数控加工的可能性和方便性两方面加以分析。
①零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则
a.零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。在数控加工零件图上，应以同一基准引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，在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的标注方法，这样就会给工序安排与数控加工带来许多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因此可将局部的分散标注法改为同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法。
b.构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。在手工编程时要计算基点或节点坐标。在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。如圆弧与直线、圆弧与圆弧在图样上相切，但根据图上给出的尺寸，在计算相切条件时，变成了相交或相离状态。由于构成零件几何元素条件的不充分，使编程时无法下手。遇到这种情况时，应与零件设计者协商解决。
②零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点
a.零件的内腔和外形最好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。
b.内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等有关。
c.零件铣削底平面时，槽底圆角半径不应过大。
d.应采用统一的基准定位。在数控加工中，若没有统一基准定位，会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。因此要避免上述问题的产生，保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。
零件上最好有合适的孔作为定位基准孔，若没有，要设置工艺孔作为定位基准孔（如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔）。若无法设置工艺孔时，最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准，以减少两次装夹产生的误差。
此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证，有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。（3）加工方法的选择与加工方案的确定
①加工方法的选择 原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多种，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。常用加工方法的经济加工精度及表面粗糙度可查阅有关工艺手册。
②加工方案确定的原则 零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。
确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的IT7级精度的孔，最终加工方法取精铰时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。（4）工序与工步的划分
①工序的划分 在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。
②工步的划分 为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。下面以加工中心为例来说明工步划分的原则。
a.同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。
b.对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。按此方法划分工步，可以提高孔的精度。因为铣削时切削力较大，工件易发生变形。先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，减少由变形引起的对孔的精度的影响。
c.按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。
总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。（5）零件的安装与夹具的选择
①定位安装的基本原则
a.力求设计、工艺与编程计算的基准统一。
b.尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
c.避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。
②选择夹具的基本原则 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；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下四点。
a.当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。
b.在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。
c.零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。
d.夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。（6）刀具的选择与切削用量的确定
①刀具的选择 这是数控加工工艺中的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。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，可选镶硬质合金的玉米铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据选取。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件，镶齿盘铣刀适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近10倍，并可获得好的加工精度。
在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀工作。因此，必须有一套连接普通刀具的接杆，以便使钻、镗、扩、铰、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。作为编程人员应了解机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法、调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其柄部有直柄（三种规格）和锥柄（四种规格）两类，共包括16种不同用途的刀。
②切削用量的确定 切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。
合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。（7）对刀点与换刀点的确定
在编程时，应正确地选择对刀点和换刀点的位置。对刀点就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为程序起点或起刀点。
对刀点的选择原则是：便于用数字处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工中便于检查；引起的加工误差小。
对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上），但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。如图2-5所示，对刀点相对于机床原点为（X，Y），相对于工件原点为（X，Y），0011据此便可明确地表示出机床坐标系、工件坐标系和对刀点之间的位置关系。图2-5 对刀点与换刀点
为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使刀位点与对刀点重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使刀位点与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。刀位点是指车刀、镗刀的刀尖，钻头的钻尖，立铣刀、端铣刀刀头底面的中心，球头铣刀的球头中心。
零件安装后，工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。在工件坐标系设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值为对刀点在机床坐标系中的坐标值（X，Y）。当按绝对值编程时，不管对00刀点和工件原点是否重合，都是（X，Y）；当按增量值编程时，对22刀点与工件原点重合时，第一个程序段的坐标值是（X，Y），不重22合时，则为（X+X，Y+Y）。1212
对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此，在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值（X，Y）来校核。机床原点是指机床上一个固定不变的极限点。例00如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]