作者：谢晓红
出版社：电子工业出版社
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数控车削编程与加工技术(第3版)试读：
前言
数控技术的广泛应用，给传统制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来深刻的变化，也给传统机电类专业人才的培养带来新的挑战。本书是根据教育部颁布的《中等职业学校数控技术应用专业领域技能型紧缺人才培养培训指导方案》开发编写的本专业系列教材之一。《数控车削编程与加工技术（第3版）》根据数控车工对应职业岗位必备的知识与技能要求设置的课程，重点介绍了数控车床编程与操作相关的基础知识，基于FANUC 0i数控系统的编程技术、加工技术训练，以及中级数控车工具备的职业能力训练。
本教材的编写始终坚持以就业为导向，将数控车削加工工艺（工艺路线选择、刀具选择、切削用量设置等）和程序编制方法等专业基础知识和加工技术融合到实训操作中，充分体现了“教学做合一”的职教办学特色。
本书的内容编写主要体现了以下几方面的特点：
1.以就业为导向、以职业能力培养为目标，强调理论与实践的融合和知识之间的内在联系，突出教学内容的应用性和实践性。
2.以“数控车削编程技术与操作能力的培养”为主线，按照“管用、够用、实用”的原则对理论知识和专业知识内容进行编写。
3.教材内容大部分采用“案例化、项目化”，突出了“教学做合一”的职教教学模式。后10章教材内容在设计时以学生所学专业中的真实产品或生产实际中的案例作为实训教学的“案例”或“项目”组织实施，引出其成型加工方法和操作技能技巧，贴近实际，注重实用。
4.本教材结合中高级数控车工职业资格考核标准组织实训任务和强化训练，注重提高学生掌握数控车工所需的知识、技能和素质能力要求。
5.紧扣数控加工技术的岗位（群）职业要求，科学合理安排教材内容，使学生具有职业岗位必备的知识与技能，能从事数控机床的操作与编程，产品质量的检验，数控机床的管理、维护、营销及售后服务等工作，具备职业生涯发展基础和终身学习能力。
本书由谢晓红担任主编，张胜担任副主编，张吉玲、周欣阳、朱虹、高晓东参编，葛金印、王猛担任主审。本书经教育部审批为教育部职业教育与成人教育司推荐教材。
由于编者水平和经验有限，书中欠妥之处在所难免，敬请读者批评指正。编 者
第1章 数控车床的组成与工作原理
数控车床由于具有高效率、高精度、高柔性等特点，在机械制造业中得到日益广泛的应用，其中数控车床是目前应用最广泛的数控设备之一，因此，加深对数控车床的工作原理和组成的了解是进行生产实践的坚实基础。
知识目标
➢ 了解数控车床具有的优越于普通车床的加工特点。
➢ 掌握数控车床的工作原理，各组成部分的性能和特点。
➢ 了解车床数控系统所具有的基本功能和特殊功能。
1.1 数控车床的简介
1.1.1 CNC数控车床的加工特点数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型普通车床的特点于一身，是国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床，占数控机床总数的25%左右（不包括技术改造而成的车床）。
数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等工序的切削加工，并可进行切槽、钻、扩、铰孔和各种回转曲面的加工。而近年来研制出的数控车削中心和数控车铣中心，使得在一次装夹中可以完成更多的加工工序，提高了加工质量和生产效率，精度稳定性好，操作劳动强度低，特别适用于复杂形状的零件或中、小批量零件的加工。
数控车床与普通车床相比，具有三个方面的特色。（1）高难度加工。如图1-1所示“口小肚大”的特殊内成型面零件，在普通车床上不仅难以加工，并且还难以检测。采用数控车床加工时，其车刀刀尖运动的轨迹由加工程序控制，“高难度”由车床的数控功能可以方便地解决。
对由非圆线或列表曲线（如流线型曲线）构成其旋转面的零件，各种非标准螺距的螺纹或变螺距螺纹等多种特殊螺旋类零件，以及表面粗糙度要求非常均匀、且Ra值又较小的变径表面类零件，都可通过车床数控系统所具有的同步运行及恒线速度等功能保证其精度要求。例如，在具有特殊数控系统（如FAGOR8025/8030型）的车床或某些车削中心上，通过使用同步刀具（即数个切削刀头可同时绕其自身轴线旋转，且具有独立动力），即可加工截面为四边形、六边形和八边形等多棱柱类零件。图1-1 特殊内成型面零件（2）高精度零件加工。复印机中的回转鼓、录像机上的磁头及激光打印机内的多面反射体等超精零件，其尺寸精度可达 0.01μm，表面粗糙度值可达 Ra0.02μm，这些高精度零件均可在高精度的特殊数控车床上加工完成。（3）高效率完成加工。为了进一步提高车削加工的效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件，也便于实现一批复杂零件车削全过程的自动化。1.1.2 CNC数控车床的分类
数控车床的分类方法较多，可以根据设计类型和轴的数目分类。
1.按车床主轴位置分类（1）立式数控车床。立式数控车床也称为立式镗铣床，其车床主轴垂直于水平面，并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。（2）卧式数控车床。卧式数控车床的主轴处于水平位置，采用卧式车床布局。卧式数控车床依床身又可分为倾斜式与平台式两种。倾斜式的刀座采用转塔式，刀架要后置；平台式的刀座与传统车床类似，刀架前置。如图1-2所示分别为平台床身和斜床身数控车床。图1-2 平台床身数控车床和斜床身数控车床
2.按可控制轴数分类（1）两轴控制。当机床上只有一个回转刀架时，可以实现两坐标轴控制。当前大多数中小型数控车床采用两轴联动（即X轴、Z轴）。（2）多轴控制。当具有两个回转刀架时，可以实现四坐标轴控制。档次较高的数控车削中心都配备了动力铣头，还有些配备了Y轴，使机床不但可以进行车削，还可以进行铣削加工，数控车床的工艺和工序将更加复合化和集中化。如图1-3所示为多轴控制数控车床。图1-3 配备了动力铣头的多轴控制数控车床
3.按刀架数量分类（1）单刀架数控车床。普通数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧式自动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。（2）双刀架数控车床。双刀架数控车床的双刀架的配置（即移动导轨分布）可以是平行分布，也可以是相互垂直分布，以及同轨结构。如图1-4所示为刀架基本结构和组合形式。图1-4 刀架基本结构和组合形式
4.按数控系统的功能分类（1）经济型数控车床。一般采用开环控制，具有CRT显示、程序储存、程序编辑等功能，加工精度不高，主要用于精度要求不高，有一定复杂性的零件。（2）全功能数控车床。是较高档次的数控车床，具有刀尖圆弧半径自动补偿、恒线速度、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能，加工能力强，适宜加工精度高、形状复杂、工序多、循环周期长、品种多变的单件或中小批量零件。（3）车削中心。车削中心的主体是数控车床，转塔刀架上带有刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续（不等速回转）运动和进行连续精确分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动，控制轴除X、Z、C轴之外，还可具有Y轴，可实现车、铣复合加工。
1.2 数控车床的工作过程与组成
1.2.1 数控车床的工作过程数控车床的工作过程如图1-5所示。图1-5 数控车床的工作过程（1）根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。（2）用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。（3）将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。（4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元（MCU）。（5）数控装置将所接收的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执行的命令。（6）伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。1.2.2 数控车床的组成
数控车床是由数控程序及存储介质、输入/输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、伺服系统、车床本体组成的，如图1-6所示。
1.数控程序及存储介质
数控程序是数控车床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上确定：零件坐标系在机床坐标系上的相对位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线或加工顺序、切削加工的工艺参数，以及辅助装置的动作等。这样得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息，然后用标准的文字、数字和符号组成的数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行，或者在数控车床以外用自动编程计算机系统来完成，比较先进的数控车床可以在数控装置上直接编程。图1-6 CNC系统图
程序必须存储在某种存储介质中，如纸带、磁带或磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。
2.输入/输出装置
存储介质上记载的加工信息需要通过输入装置输送给机床数控系统，机床内存中的零件加工程序可以通过输出装置传送到存储介质上。输入/输出装置是机床与外部设备的接口，目前输入装置主要有纸带阅读机、软盘驱动器、RS232C串行通信口、MDI方式等。
3.CNC装置
CNC装置是数控加工中的专用计算机，除具有一般计算机结构外，还有与数控车床功能相关的功能模块结构和接口单元。CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。
CNC装置的硬件主要由中央处理单元、各类存储器、输入/输出接口、位置控制，以及其他各类接口组成，如图1-7所示。各组成部分的作用如下。
① 中央处理单元（CPU）：实施对整个系统的运算、控制和管理。
② 存储器：用来储存系统软件、零件加工程序，以及运算的中间结果等。
③ 位置控制：主要完成对主轴驱动的控制，以便完成速度控制；通过伺服系统对坐标轴的运动实施控制。
④ 输入/输出接口：主要用来交换数控装置和外部之间的往来信息。
⑤ MDI/CRT接口：完成手动数据输入并将信息显示在CRT上。
CNC装置硬件结构一般分为单微处理器结构和多微处理器结构。微处理器是CNC装置的核心，由于所有数控功能都由一个CPU来完成，因此CNC装置的功能受微处理器的字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。图1-7 数控装置硬件构成
4.数控车床的进给伺服系统
数控车床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作，数控车床伺服系统是以车床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称随动系统、拖动系统或伺服系统。
车床进给伺服系统，一般由位置控制、速度控制、伺服电机、检测部件及机械传动机构五大部分组成。但习惯上所说的进给伺服系统，只是指速度控制、伺服电机和检测部件三个部分，而且，将速度控制部分称为伺服单元或驱动器。（1）数控车床对进给伺服系统的要求。为了提高数控车床的性能，对车床进给伺服系统提出了很高的要求。由于各种数控车床所完成的加工任务不同，所以对进给伺服系统的要求也不尽相同，但大致可概括为以下几个方面：高精度，快速响应，宽调速范围，低速大转矩，好的稳定性。（2）伺服系统的类型。按照伺服系统的结构特点，伺服单元或驱动器通常有四种基本结构类型：开环、闭环、半闭环及混合闭环。
① 开环进给伺服系统。开环伺服机构，即无位置反馈的系统，由步进电机驱动线路和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，操作方法容易掌握，但精度和速度的提高受到限制。如果负荷突变（如切深突增），或者脉冲频率突变（如加速、减速），则数控运动部件有可能发生“失步”现象，即丢失一定数目的进给指令脉冲，从而造成进给运动的速度和行程误差。故该类控制方式，仅限于精度不高、轻载负载变化不大的经济型中、小数控车床的进给传动。
② 半闭环进给伺服系统。在车床中应用得最为广泛的是半闭环结构，半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服电机、速度检测器和位置检测器组成的。位置检测器装在丝杠或伺服电机端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服电机有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服电机。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中、小型数控车床所采用。这是由于它的环路中非线性因素少，容易整定，可以比较方便地通过补偿来提高位置控制精度，而且电气控制部分与执行机械相对独立，系统通用性强。其结构框图如图1-8所示。图1-8 半闭环进给伺服系统的结构框图
③ 闭环进给伺服系统。闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控车床。闭环伺服机构所用伺服电机与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。一般来说，只在具备传动部件精密度高、性能稳定、使用过程温差变化不大的高精度数控车床上才使用全闭环伺服系统。（3）数控车床的位置检测装置。
① 位置检测装置的要求。在闭环与半闭环伺服系统中，必须利用位置检测装置把车床运动部件的实际位移量随时检测出来，与给定的控制值（指令信号）进行比较，从而控制驱动系统正确运转，使工作台（或刀具）按规定的轨迹和坐标移动，位置检测装置是伺服系统的重要组成部分，它对于提高数控车床加工精度起着决定性的作用，就好像起着人的眼睛和刻度盘的作用。为此，检测元件应满足的要求是：工作可靠，抗干扰性强；满足数控车床的精度和速度要求；维护方便；成本低。
② 位置检测装置的分类。不同类型的数控车床对于检测系统的精度与速度有不同的要求，一般来说，大型数控车床以满足速度要求为主，而中小型和高精度数控车床以满足精度要求为主。按常用位置检测装置的基本工作原理，其分类如表1-1所示。表1-1 常用位置检测装置的分类
5.车床本体
车床本体是加工运动的实际机械部件，主要包括：主运动部件、进给运动部件（如工作台、刀架）和支承部件（如床身、立柱等），还有冷却、润滑、转位部件，如夹紧、换刀机械手等辅助装置。
数控车床本体通过专门设计，各个部位的性能都比普通车床优越，如结构刚性好，能适应高速和强力车削需要；精度高，可靠性好，能适应精密加工和长时间连续工作等。（1）主轴。数控车床主轴的回转精度，直接影响到零件的加工精度；其功率大小与回转速度，影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求，影响到车床的自动化程度。
例如，主轴的径向跳动和端面跳动将直接影响到被加工零件的形状和位置精度，并且不可能通过采取其他的工艺（如补偿方法等）措施给予弥补；主轴的功率大小将影响到车床进行强力切削的性能（如受阻降速或闷车）；其同步运行则是自动加工螺纹及螺旋面零件所必须具有的功能等。（2）床身及导轨。数控车床的床身除了采用传统的铸造床身外，也有采用加强钢筋板或钢板焊接等结构的床身，以减轻其结构重量，提高刚度。数控车床床身上的导轨结构有传统的滑动导轨（金属型），也有新型的滑动导轨（贴塑导轨）。贴塑导轨的摩擦系数小，耐磨性、耐腐蚀性及吸振性好，润滑条件优越。斜床身的导轨基体上粘贴塑料面后，切屑不易在导轨面上堆积，减轻了清除切屑的工作。（3）机械传动机构。除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上做了大幅度的简化，如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、横向进给的螺旋传动机构，并在驱动电机和丝杆间增设了（少数车床未增设）可消除其侧隙的齿轮副。
数控车床主轴变速分为有级变速、无级变速及分段无级变速三种形式，其中有级变速仅用于经济型数控车床上，大多数数控车床均采用无级变速或分段无级变速。
主轴传动和进给传动一样，经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动，而随着微处理器技术和大功率晶体管技术的应用，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代，目前已很少见到在数控车床上使用直流主轴伺服系统。（4）刀架。刀架是自动转位刀架的简称，它是数控车床普遍采用的一种最简单的自动换刀设备。由于自动转位刀架上的各种刀具不能按加工要求自动进行装、卸，故它只是属于自动换刀系统中的初级形式，不能实现真正意义上的自动换刀。
在数控车床上，刀架转换刀具的过程是：接收转刀指令→松开夹紧机构→分度转位→粗定位→精定位→锁紧→发出动作完成后的回答信号。驱动刀架工作的动力有电力和液力两类。（5）辅助装置。数控车床的辅助装置较多，除了与普通车床所配备的相同或相似的辅助装置外，数控车床还可配备对刀仪、位置检测反馈装置、自动编程系统及自动排屑装置等。
1.3 数控系统的主要功能
数控车床中数控装置的硬件采用了微处理器、存储器、接口芯片等，再安装不同的监控软件就可以实现过去难以实现的许多功能。数控装置的功能通常包括基本功能和选择功能。基本功能是数控系统的必备功能，选择功能是供用户根据机床特点和用途进行选择的功能。CNC装置的功能主要反映在准备功能G指令代码和辅助功能指令代码上。
现以FANUC 0-TB数控系统为例，简述其部分功能。
1.主轴功能
主轴功能除对车床进行无级调速外，还具有同步进给控制、恒线速度控制及主轴最高转速控制等功能。（1）同步进给控制。在加工螺纹时，主轴的旋转与进给运动必须保持一定的同步运行关系。例如，车削等螺距螺纹时，主轴每旋转一周，其进给运动方向（Z或X）必须严格位移一个螺距或导程。其控制方法是通过检测主轴转数及角位移原点（起点）的元件（如主轴脉冲发生器）与数控装置相互进行脉冲信号的传递而实现的。（2）恒线速度控制。在车削表面粗糙度要求十分均匀的变径表面，如端面、圆锥面及任意曲线构成的旋转面时，车刀刀尖处的切削速度（线速度）必须随着刀尖所处直径的不同位置而相应地自动调整变化。该功能由G96指令控制其主轴转速按所规定的恒线速度值运行，如G96 S200表示其恒线速度值为200m/min。当需要恢复恒定转速时，可用G97指令对其注销，如G97 S1200。（3）主轴最高转速控制。当采用G96指令加工变径表面时，由于刀尖所处直径在不断变化，当刀尖接近工件轴线（中心）位置时，因其直径接近零，线速度又规定为恒定值，主轴转速将会急剧升高。为预防因主轴转速过高而发生事故，该系统则规定可用G50指令限定其恒线速度运动中的最高转速，如G50 S2000。
2.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同时控制运动的坐标轴的数目。如某型号的数控车床具有X、Y、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（XY、YZ或XZ）方向的运动，则该机床的控制轴数为3轴（称为三轴控制），而联动轴数为2轴（称为两联动）。
控制功能是指CNC装置能够控制的，以及能够同时控制的轴数。控制功能是数控装置的主要性能指标之一。控制轴有移动轴和回转轴、基本轴和附加轴。控制轴数越多，特别是同时控制轴数越多，CNC装置的功能越强，同时CNC装置就越复杂，编制零件加工程序也就越困难。
3.自动返回参考点功能
系统规定有刀具从当前位置快速返回至参考点位置的功能，其指令为G28。该功能既适用于单坐标轴返回，又适用于X和Z两个坐标轴同时返回。
4.螺纹车削功能
螺纹车削功能可控制完成各种等螺距（公制或英制）螺纹的加工，如圆柱（右、左旋）、圆锥及端面螺纹等。
5.固定循环切削功能
用数控车床加工零件时，一些典型的加工工序，如车削外圆、端面、圆锥面、镗孔、车螺纹等，所需完成的动作循环十分典型，可将这些典型动作预先编好程序并存储在存储器中，用G代码进行指令。由于固定循环中的G代码指令的动作程序要比一般的G代码指令的动作要多得多，因此使用固定循环功能，可以大大简化程序编制。
FANUC数控系统具有以下一些循环切削功能。（1）单一固定循环。单一固定循环包括车削外圆、端面的矩形循环和圆锥面的固定循环。（2）多重复合循环。多重复合循环的形式很多，该系统有以下一些循环功能。
① 外圆、端面的粗车循环。外圆、端面的粗车循环均针对成组轮廓的粗车而设置，进给路线也不同于单一的矩形或锥形，编程也比较复杂，其方法是在已编好精车加工路线的程序段之后，将有关精车余量、每次进给的切削深度和退刀量等参数设定后，就可实现其粗车循环。
② 固定形状的粗车循环。固定形状和粗车循环的特点是每次循环进给的路线形式（由精车路线提供）均固定不变，只改变其循环起点的位置。该循环功能适用于已经过铸造或模锻等基本形成轮廓的坯件粗车。
③ 精车复合循环。精车复合循环加工的特点与固定形状的粗车循环相仿，但因适用于经粗车后的精车，故不需设定X轴和Z轴方向的总退刀量及循环次数等参数，而仅需指定精车路线中各程序段的第一条和最后一条程序段的顺序号即可。
④ 端面、钻孔复合循环。端面、钻孔复合循环功能用于断续切削端面及钻孔，使刀具冷却或排屑充分。
⑤ 外圆、车槽复合循环。外圆、车槽复合循环功能用于断续车削外圆或车外沟槽。例如，用刀宽较小的车槽刀断续车削Z向尺寸较宽的矩形外沟槽时，就可采用该循环功能。
6.插补功能
CNC装置是通过软件进行插补计算，连续控制时实时性很强，计算速度很难满足数控车床对进给速度和分辨率的要求。实际的CNC装置插补功能被分为粗插补和精插补。
进行轮廓加工的零件的形状，大部分是由直线和圆弧构成的，有的是由更复杂的曲线构成的，因此有直线插补、圆弧插补、抛物线插补、极坐标插补、螺旋线插补、样条曲线插补等。
实现插补运算的方法有逐点比较法和数字积分法等。
7.辅助功能
辅助功能是数控加工中不可缺少的辅助操作，用地址M和它后续的数字表示。在ISO标准中，可有M00～M99共100种。辅助功能用来规定主轴的启动、停止，冷却液的开、关等。
8.刀具功能
刀具功能是用来选择刀具，用地址T和它后续的数值表示。刀具功能一般和辅助功能一起使用。
9.补偿功能
加工过程中由于刀具磨损或更换刀具，以及机械传动中的丝杠螺距误差和反向间隙，将使实际加工出的零件尺寸与程序规定的尺寸不一致，造成加工误差。因此数控车床CNC装置设计了补偿功能，它可以把刀具磨损、刀具半径的补偿量、丝杠的螺距误差和反向间隙误差的补偿量输入到CNC装置的存储器，按补偿量重新计算刀具的运动轨迹和坐标尺寸，从而加工出符合要求的零件。
10.字符显示功能
CNC装置可以配置单色或彩色CRT，通过软件和接口实现字符和图形显示。可以显示加工程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障信息、零件图形、动态刀具运动轨迹等。
11.自诊断功能
CNC装置中设置了各种诊断程序，可以防止故障的发生或扩大。在故障出现后可迅速查明故障类型及部位，减少因故障而造成的停机时间。
12.通信功能
CNC装置通常具有RS232C接口，有的还备有DNC接口。现在部分数控车床还具有网卡，可以接入因特网。
13.在线编程功能
在线编程功能可以在数控加工过程中进行程序的编辑，因此不占用机时。在线编程时使用的自动编程软件有人机交互式自动编程系统、APT语言编程系统、蓝图直接编程系统等。
本章小结
本章主要介绍了数控车床的加工特点、组成、工作原理与过程，以及车床数控系统的主要功能。
数控车床与普通车床相比，在高难度加工、高精度加工、高效率完成加工方面更具特色。
数控车床是一种高度自动化的机床，在加工工艺与加工表面形成方法上，与普通车床是基本相同的，最根本的不同在于实现自动化控制的原理与方法上，数控车床通过数字化程序控制零件的自动加工。
习题1
1.数控车床与普通车床相比，具有哪些加工特点?
2.试简述数控车床工作控制原理与过程。
3.数控车床一般由哪几部分组成?各有何作用?
4.CNC系统由哪几部分组成?
5.数控车床开环、半闭环和闭环控制系统各有何特点?
6.数控车床对进给伺服系统有哪些要求?
7.数控车床常用的位置检测装置有哪些?
8.数控车床的传动系统与普通车床的传动系统有哪些主要的差别?
9.试简述数控车床的换刀过程。
10.车床数控系统有哪些基本功能?其特别功能对数控车削加工有何作用?
项目练习
要求学生在学习本章之后，每人上交一份课题报告，报告应包含以下几方面的内容。（1）绘制数控车床的工作原理简图，并说明其工作过程。（2）绘制刀架或刀库的结构原理简图，给出简要的文字说明，并说明转位刀架与刀库在功能上有何区别。（3）列举所见数控车床数控系统的主要部件，并简述其作用。
第2章 数控车削加工工艺基础
一名合格的数控车床操作工首先必须是一名合格的工序员，全面了解数控车削加工的工艺理论对数控编程和操作技能有极大的帮助，所以掌握数控车削加工工艺的主要内容、加工工艺规程的制定过程及刀具和夹具选择等是数控车削加工的前提条件。
知识目标
➢ 掌握数控车床加工工艺的基本特点。
➢ 掌握数控车床加工工艺的主要内容—零件图工艺性分析、定位与夹紧方案的确定、加工顺序的确定、刀具进给路线的确定、夹具的选择、刀具的选择、切削用量的选择。
技能目标
➢ 具备合理制定简单零件数控车削加工工序卡的能力。
2.1 数控车削加工工艺的内容
数控车床的加工工艺与通用车床的加工工艺有许多相同之处，但在数控车床上加工零件比在通用车床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将车床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的选用、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。2.1.1 数控车削加工的主要对象
对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控车床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。
1.适于数控车削加工的内容（1）普通车床上无法加工的内容应作为优先选择的内容。（2）普通车床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容。（3）普通车床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控车床尚存在富余加工能力时选择。数控车削加工的主要对象是：精度要求高的回转体零件；表面粗糙度要求高的回转体零件；轮廓形状特别复杂的零件；带特殊螺纹的回转体零件等。
2.不适于数控加工的内容
一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜采用数控加工。（1）占机调整时间长。例如，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。不能在一次安装中加工完成的其他零星部位，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排普通车床补加工。（3）按某些特定的制造依据（如样板、样件、模胎等）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。（4）必须按专用工装协调的孔及其他加工内容（主要原因是采集编程用的数据有困难，协调效果也不一定理想）。
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。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的，防止把数控车床降格为通用车床使用。2.1.2 数控车削加工工艺的主要内容
数控加工与通用车床加工在方法与内容上有一些相似之处，也有许多不同，最大的不同表现在控制方式上。对于普通车床，就某道工序而言，其工步的安排，车床运动的先后顺序、位移量、走刀路线及有关切削参数的选择等，都是由操作者自行考虑和确定的，且是用手工操作方式来进行控制的。而在数控车床上加工时，情况就完全不同了。在数控加工前，我们要把原来在通用车床上加工时需要操作工人考虑和决定的操作内容及动作，例如，工步的划分与顺序、走刀路线、位移量和切削参数等，按规定的代码格式编制成数控加工程序，数控车床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。
数控车床加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸，以及车床的运动过程。因此，数控加工工艺主要包括以下几个方面的内容。（1）通过数控加工的适应性分析选择并确定进行数控加工的零件内容。（2）结合加工表面的特点和数控设备的功能对零件进行数控加工的工艺分析。（3）进行数控加工的工艺设计。（4）根据编程的需要，对零件图形进行数学处理和计算。（5）编写加工程序单（自动编程时为源程序，由计算机自动生成目的程序—加工程序）。（6）检验与修改加工程序。（7）首件试加工以进一步修改加工程序，并对现场问题进行处理。（8）编制数控加工工艺技术文件，如数控加工工序卡、程序说明卡，走刀路线图等。2.1.3 数控车削加工工艺的基本特点
数控车削加工与普通车床加工相比较，许多方面遵循的原则基本一致。但由于数控车床本身自动化程度较高，控制方式不同，设备费用也高，使数控加工工艺相应形成了以下几个特点。
1.工艺内容具体
在数控车床加工时，许多具体的工艺问题，如工艺中各工步的划分与安排、刀具的几何形状、走刀路线及切削用量等不仅仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容，而且还必须做出正确的选择并编入加工程序中。
2.工艺设计严密
数控车床虽然自动化程度较高，但自适性差。在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节。同时，在对零件图样进行数学处理、计算和编程时，都要求准确无误，以使数控加工顺利进行。在实际工作中，一个小的计算错误或输入错误都可能酿成重大车床事故和质量事故。
3.注重加工的适应性
根据数控车削加工的特点，正确选择加工方法和加工对象，注重加工的适应性。由于数控加工自动化程度高、质量稳定、可多坐标联动、便于工序集中，但价格昂贵，操作技术要求高等特点均比较突出，加工方法、加工对象选择不当往往会造成较大损失。为了既能充分发挥出数控加工的优点，又能达到较好的经济效益，在选择加工方法和对象时要特别慎重，甚至有时还要在基本不改变工件原有性能的前提下，对其形状、尺寸、结构等做适应数控加工的修改。
2.2 数控车削加工工艺的制定
数控车削加工工艺制定得合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。在选择并决定数控车床加工零件及其加工内容后，应对零件的数控车床加工工艺进行全面、认真、仔细的分析。首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的、关键的技术要求，然后再对零件图样、零件结构与毛坯等进行工艺性分析。2.2.1 零件图样分析
分析零件图样是工艺准备中的首要工作，它包括工件轮廓的几何条件、尺寸、形状位置公差要求、表面粗糙度要求、毛坯、材料与热处理要求及件数要求的分析，这些都是制定合理工艺方案必须考虑的，也直接影响到零件加工程序的编制及加工的结果。分析零件图样主要包括以下几个内容。（1）尺寸标注应符合数控加工的特点。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。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准标注尺寸。（2）检查构成加工轮廓的几何要素是否完整、准确。在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离，图样上图线位置模糊、尺寸封闭等缺陷，这些缺陷不仅增加编程工作难度，有时甚至无法编程，或由于图样几何条件不清，造成加工失误，使零件报废，造成不必要的损失。
如图2-1所示，图样上给定的几何元素自相矛盾，各段长度之和不等于零件总长尺寸。
如图2-2所示，图样上所示圆弧的圆心位置是不确定的，不同的理解将得到完全不同的结果。图2-1 几何元素缺陷一图2-2 几何元素缺陷二
当发生了上述或其他图样上的各项缺陷时，应及时向图样的设计人员或技术管理人员反映，解决后方可进行程序的编制工作，不可凭自己盲目推断或想象来进行加工，以避免不必要的错误发生。（3）分析尺寸公差、表面粗糙度要求。分析零件图样的尺寸公差要求和表面粗糙度要求，是确定机床、刀具、切削用量，以及确定零件尺寸精度的控制方法、手段和加工工艺的重要依据。在分析过程中，对不同精度的尺寸要求和表面粗糙度要求，在刀具选择、切削用量、走刀线路等方面进行合理的选择，并将这些选择在程序编制中予以应用。（4）分析形状和位置公差要求。除了零件的尺寸公差和表面粗糙度要达到图样要求外，形状和位置公差也是保证零件精度的重要要求。在工艺准备过程中，应按图样的形状和位置公差要求来确定零件的定位基准、加工工艺，以满足其公差要求。
对于数控车床加工，零件形状和位置的公差要求主要受车床机械运动副精度和加工工艺的影响，例如，对于圆柱度、垂直度的公差要求，其车床本身在Z轴和X轴方向线与主轴轴线的平行度和垂直度的公差要小于其图样的形位公差要求，否则无法保证其加工精度，即车床机械运动副误差不得大于图样的形位公差要求。在机床精度达不到要求时，则需在工艺准备中，考虑进行技术性处理的相关方案。（5）结构工艺性分析。零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构有利于加工成型。在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的特点，认真审视零件结构的合理性。在进行结构分析时，若发现问题，应向设计人员或有关部门提出修改意见。2.2.2 工序和装夹方式的确定
数控加工工艺路线制定与通用车床加工工艺路线制定的主要区别，在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。在工艺路线制定中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因此要与其他加工工艺衔接好。常见工艺流程如图2-3所示。图2-3 工艺流程
1.选择加工方法
进行数控加工的零件的结构形状是多种多样的，但它们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面或曲面、成型面等基本表面组成的。在决定某个零件进行数控加工后，并不等于要把它所有的加工内容都包下来，而可能只是对其中的一部分进行数控车削加工，为此必须对零件图样进行仔细的工艺分析，根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素，选用相应的加工方法和加工方案，选择那些适合、需要进行数控车削加工的内容和工序。在选择并做出决定时，应结合实际的生产加工，立足于解决难题、攻克关键点并提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。
2.加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足其要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。为保证加工质量，合理地使用设备、人力。零件的加工过程通常按工序性质不同，可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。（1）粗加工阶段。粗加工阶段的任务是切除毛坯上大部分多余的金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。其主要目标是提高生产率。（2）半精加工阶段。半精加工阶段的任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工（如精车、精磨）做好准备，并可完成一些次要表面加工，如扩孔、攻螺纹、铣键槽等。（3）精加工阶段。精加工阶段的任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙度要求。其主要目标是全面保证加工质量。（4）光整加工阶段。对零件的精度和表面粗糙度要求很高（IT6 级以上，表面粗糙度为 Ra0.2μm 以下）的表面，需进行光整加工，其主要目标是提高尺寸精度，减小表面粗糙度，一般不用来提高位置精度。
说明
划分粗、精加工阶段的目的：（1）保证加工质量。工件在粗加工时，切除的金属层较厚，切削力和夹紧力都比较大，切削温度也比较高，会引起较大的变形。如果不划分加工阶段，粗、精加工混在一起，就无法避免上述原因引起的加工误差。按加工阶段加工，粗加工造成的加工误差可以通过半精加工和精加工来纠正，从而保证零件的加工质量。（2）合理使用设备。粗加工余量大，切削用量大，可采用功率大、刚度好、效率高而精度低的车床。精加工切削力小，对车床破坏小，采用高精度车床。这样发挥了设备的各自特点，既能提高生产率，又能延长精密设备的使用寿命。（3）便于及时发现毛坯缺陷。（4）便于安排热处理工序。
3.工序的划分
工序的划分可以采用两种不同原则，即工序集中原则和工序分散原则。在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部的表面加工。根据零件的结构形状不同，通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。
在批量生产中，常用下列两种方法划分工序。（1）按零件加工表面划分工序。将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。如图2-4所示的轴承内圈，其内孔对小端面的垂直度、滚道与大挡边对内孔回转中心的角度差，以及滚道与内孔间的壁厚差均有严格的要求，精加工时划分成两道工序，用两台数控车床完成。第一道工序采用如图2-4（a）所示的以大端面和大外径装夹的方案，将滚道、小端面及内孔等安排在一次安装下车出，很容易保证上述的位置精度。第二道工序采用如图2-4（b）所示的以内孔和小端面装夹的方案，车削大外圆和大端面。图2-4 轴承内圈加工方案（2）按粗、精加工划分工序。对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生较大的变形而需要进行校正，故一般来说，凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。对于毛坯余量较大和精加工的精度要求较高的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。将粗车安排在精度较低、功率较大的数控车床上，将精车安排在精度较高的数控车床上。
下面以车削如图2-5（a）所示手柄零件为例，说明工序的划分及装夹方式的选择。
该零件加工所用坯料为φ32mm 棒料，批量生产，加工时用一台数控车床。工序的划分及装夹方式如下。
➢ 第一道工序（如图 2-5（b）所示，将一批工件全部车出，包括切断），夹棒料外圆柱面。先车出φ12mm 和φ20mm 两圆柱面及圆锥面（粗车 R42mm 圆弧的部分余量），换刀后按总长要求留下加工余量切断。
➢ 第二道工序，如图2-5（c）所示，用φ12mm外圆及φ20mm端面装夹。先车削包含SR7mm 球面的 30°圆锥面，然后对全部圆弧表面半精车（留少量的精车余量），最后换精车刀将全部圆弧表面精车成型。图2-5 手柄加工示意图（3）按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。（4）按加工部位划分工序。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。2.2.3 加工顺序的安排
在分析了零件图样并确定了工序、装夹方式之后，接着要确定零件的加工顺序。制定零件车削加工顺序一般应遵循以下原则。
1.先粗后精
在车削加工中，应先安排粗加工工序。在较短的时间内，将毛坯的加工余量去掉，以提高生产效率，如图2-6中虚线内所示的部分。同时应尽量满足精加工的余量均匀性要求，以保证零件的精加工质量。
在对零件进行了粗加工后，应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工。安排半精加工的目的：当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，如图2-6所示的R圆弧处余量比其他处多，则可安排半精车作为过渡性工序，使精车的余量基本一致，便于精度的控制。
2.先近后远
这里所说的远与近是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。一般情况下，在数控车床的加工中，通常安排离刀具起点近的部位先加工，离刀具起点远的部位后加工，这样，不仅可缩短刀具移动距离、减少空走刀次数、提高效率，还有利于保证坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。
例如，当加工如图2-7所示的零件时，如果按先车好φ38mm→φ36mm→φ34mm处的顺序安排车削，刀具车削走刀和退刀有三次往返过程，这样不仅增加了空运行时间，增加导轨的磨损，而且可能使台阶的外直角处产生毛刺。在这类直径相差不大的车削场合（最大切深单边为3mm），先车φ34mm处，退到φ36mm处车削，再退到φ38mm处车削。车刀在一次走刀往返中就可完成三个台阶的车削，提高了效率。图2-6 先粗后精加工示例图2-7 先近后远加工示例
3.先内后外
在加工既有内表面（内孔），又有外表面需加工的零件时，应先安排进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工，易控制其内外表面的尺寸和表面形状的精度。不可以将零件上一部分表面（外表面或内表面）粗精加工完毕后，再加工其他表面（内表面或外表面）。2.2.4 进给路线的确定
进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，即刀具从对刀点（或机床固定点）开始进给运动起，直到结束加工程序后退刀返回该点及所经过的路径，包括了切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。加工路线是编写程序的重要依据之一。在确定加工路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的加工路线画上去（包括进、退刀路线），这样可为编程带来不少方便。
下面为常用的进给路线选择方法。
1.最短的空行程路线（1）巧用起刀点。如图2-8所示采用矩形循环方式进行粗车的一般情况示例，其对刀点A的设定是考虑到精车等加工过程中需方便地换刀，故设置在离工件较远的位置处。如图2-8（a）所示，将起刀点B与其对刀点A重合在一起，图2-8（b）则是将起刀点B与对刀点A分离，刀具从对刀点A快速移动至起刀点B后再开始进行循环粗加工。
显然，如图2-8（b）所示的空行程路线短，进给路线也短，可大大节省在加工过程的执行时间。图2-8 巧用起刀点（2）合理安排“回零”路线。在手工编制复杂轮廓的加工程序时，为简化计算过程，便于校核，程序编制者（特别是初学者）有时将每一刀加工完成后的刀具终点，通过执行“回零”指令，使其全部返回到对刀点，然后再执行后续程序。这样会增加走刀路线的距离，降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应使前一刀的终点与后一刀的起点间的距离尽量短，或者为零，以满足最短进给路线要求。
2.最短的切削进给路线
在粗加工时，毛坯余量较大，采取不同的循环加工方式，如轴向进刀、径向进刀或固定轮廓形状进给等，将获得不同的切削进给路线。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下，采取最短的切削进给路线，减少空行程时间，可有效提高生产效率，降低刀具损耗。
3.零件轮廓精加工一次走刀完成
为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。刀具的进退刀（切入与切出）路线要认真考虑，以尽量减少在轮廓处停刀，并避免切削力（大小、方向）突然变化造成弹性变形而留下刀痕。一般应沿着零件表面的切向切入和切出，尽量避免沿工件轮廓面垂直方向进、退刀而划伤工件。
此外，要选择工件在加工后变形较小的路线，例如，对细长零件或薄板零件，应采用分几次走刀加工到最后尺寸，或采用对称去余量法安排走刀路线。在确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。
4.特殊处理（1）先精后粗。在特殊情况下，其加工顺序可能不按“先近后远”、“先粗后精”的原则考虑。如图2-9所示的长筒零件，若按一般情况安排最后加工孔的走刀路线为φ80mm→φ60mm→φ52mm。这时，加工基准将由所车第一个台阶孔（φ80mm）来体现，对刀时也以其为参考。由于该零件上的φ52mm孔要求与滚动轴承形成过渡配合，其尺寸公差较严，只有0.03mm公差。此外，该孔的位置较深，因此，车床纵向长丝杠在该加工段区域可能产生误差，车刀的刀尖在切削过程中也可能产生磨损等，使其尺寸精度难以保证。对此，在安排工艺路线时，宜将φ52mm孔作为加工（兼对刀）的基准，并按φ52mm→φ80mm→φ60mm的顺序车削各孔，就能较好地保证其尺寸公差要求。图2-9 先精后粗加工工艺（2）分序加工。在数控车床加工零件时，有的零件经过分序加工的特殊安排，其加工效率可明显提高。如图2-10所示的工件，在心轴上虽可一次加工完毕，但在加工R外圆时，由于其粗车余量太大，（大小径相差φ40mm），如在心轴上一次完成，由于心轴太小（只有φ11mm），受力情况较差，吃刀深度、走刀量都受到限制，影响加工效率。如果采用分序加工安排，先在数控车床上一夹一顶，完成其粗车（可大吃刀及大走刀），如图2-11所示形状，再利用如图2-10所示心轴装夹完成其半精车和精车的工序，则可大大提高加工的速度和安全性。在实际加工中，特别是批量生产中要认真分析、合理安排加工工序，才能充分发挥数控车床效能。
另外，在数控车床的加工中，特殊的情况较多，可根据实际情况，在进给方向的安排上、切削路线的选择上、断屑处理、刀具运用上等方面灵活处理，并在实际加工中注意分析、研究、总结，不断积累经验，提高制定加工方案的水平。（3）程序段最少。在数控车床的加工中，在保证加工效率的前提下，总是希望以最少的程序段数实现对零件的加工，以使程序简洁，减少编程工作量和降低编程出错率，也便于程序的检查和修改。图2-10 分序加工工艺
目前数控车床的编程功能日益完善，许多仿形、循环车削指令的车削线路是按最便捷的方式运行的。例如FANUC中G70、G71、G73等指令，在加工中都非常实用。选择正确加工工序、合理地运用各种指令，可大大简化程序编制工作。对重复的加工动作，可编写成子程序，由主程序调用，以简化编程，缩短程序长度。2.2.5 定位与夹紧方案的确定
在零件加工的工艺过程中，合理选择定位基准对保证零件的尺寸和相互位置精度起着决定性的作用。定位基准有两种：一种是以毛坯表面作为基准面的粗基准，另一种是以已加工表面作为基准面的精基准。在确定定位基准与夹紧方案时，应注意以下几点。（1）力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减小基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。（2）选择粗基准时，应尽量选择不加工表面或能牢固、可靠地进行装夹的表面，并注意粗基准不宜进行重复使用。（3）选择精基准时，应尽可能采用设计基准或装配基准作为定位基准，并尽量与测量基准重合，基准重合是保证零件加工质量最理想的工艺手段。精基准虽可重复使用，但为了减小定位误差，仍应尽量减少精基准的重复使用（即多次调头装夹等）。（4）设法减少装夹次数，尽可能做到一次定位装夹后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减小装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥机床的效率。（5）避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。2.2.6 夹具的选择
要充分发挥数控车床的加工效能，工件的装夹必须快速，定位必须准确，数控车床对工件的装夹要求：首先应具有可靠的夹紧力，以防止在加工过程中工件松动。其次应具有较高的定位精度，并便于迅速和方便地装、拆工件。
数控车床主要用三爪卡盘装夹，其定位方式主要采用心轴、顶块、缺牙爪等方式，与普通车床的装夹定位方式基本相同，如图2-11所示，采用心轴的方式进行工件的装夹，由于工件内孔较小，在心轴上做一个定位销与工件固定，通过销钉来传递车削时的切削力，增大扭矩并防止工件打滑。图2-11 工件的装夹
工件的装夹方式可根据加工对象的不同灵活选用，除此之外，数控车床加工还有许多相应的夹具，主要分为轴类和盘类夹具两大类：用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪拨动卡盘等；用于盘类工件装夹的主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。
在数控车削加工中，除了可使用多种与普通车削加工所用的相同夹具（如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘和前、后顶尖等）外，还可使用拨齿顶尖和可调卡爪式卡盘等诸多夹具。2.2.7 数控车削刀具的选择
在数控车床加工中，产品质量和劳动生产率在相当大的程度上，都受到刀具的制约，虽然其车刀的切削原理与普通车床基本相同。但由于数控车床加工的特性，因此在刀具的选择上，特别是切削部分的几何参数、刀具的形状上尚需进行特别的处理，才能满足数控车床的加工要求，充分发挥数控车床的效益。
1.数控车床对刀具的要求（1）刀具性能方面。
① 强度高。为适应刀具在粗加工或对高硬度材料的零件加工时，能大切深和快走刀，要求刀具必须具有很高的强度；对于刀杆细长的刀具（如深孔车刀），还应有较好的抗震性能。
② 精度高。为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具
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