数控编程及加工工艺基础geva.docx

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1、83第1章 数控编程及加工工艺基础第1章 数控控编程及及加工工工艺基础础数控（NNumeericcal Conntrool，NNC）的的定义是是：用数数字化信信号对机机床运动动及其加加工过程程进行控控制的一一种方法法。数控控加工是是计算机机辅助设设计与制制造技术术中最能能明显发发挥效益益的生产产环节之之一。它它不仅大大大提高高了具有有复杂型型面的产产品的制制造能力力和制造造效率，而而且保证证产品能能达到极极高的加加工精度度和加工工质量。数控加工工技术集集传统的的机械制制造、计计算机、现现代控制制、传感感检测、信信息处理理、光机机电技术术于一体体，是现现代机械械制造技技术的基基础。它它的广泛泛应

2、用，给给机械制制造业的的生产方方式及产产品结构构带来了了深刻的的变化。数数控技术术的水平平和普及及程度，已已经成为为衡量一一个国家家综合国国力和工工业现代代化水平平的重要要标志。本章将主主要介绍绍CAMM数控编编程的实实现过程程、数控控加工的的基本原原理、数数控机床床以及数数控程序序等数控控编程及及加工工工艺基础础知识，以以帮助读读者快速速掌握CCATIIA VV5数控控加工所所必须首首先掌握握的基础础知识。1.1 数控控编程的的基本过过程数控编程程的主要要任务是是计算加加工走刀刀中的刀刀位点（CCuttter Loccatiion，CCL点）。CCATIIA提供供了多种种加工类类型用于于各种

3、复复杂零件件的粗精精加工，用用户可以以根据零零件结构构、加工工表面形形状和加加工精度度要求选选择合适适的加工工类型。对对于不同同的加工工类型，CCATIIA VV5的数数控编程程过程都都需经过过获取零零件模型型、加工工工艺分分析及规规划、完完善零件件模型、设设置加工工参数、生生成数控控刀路、检检验数控控刀路和和生成数数控程序序七个步步骤。其其流程如如图1-1所示示。（1）建建立或者者获取零零件模型型。零件件的CAAD模型型是数控控编程的的前提和和基础，CCATIIA数控控程序的的编制必必须有CCAD模模型作为为加工对对象。CCATIIA是具具有强大大的CAAD系统统，用户户可以通通过模块块之间

4、的的切换，在在零件设设计、曲曲面造型型等模块块中建立立所需的的零件CCAD模模型，完完成后再再切换到到相应的的数控加加工模块块中。CCATIIA也具具有健壮壮的数据据转换接接口，用用户可以以首先将将其他CCAD系系统所建建立的零零件模型型转换为为公共的的数据转转换格式式，如iigess、sttep等等，再导导入CAATIAA中并得得到零件件模型。获获取零件件模型的的具体方方法将在在第2章章中详细细介绍。（2）加加工工艺艺分析及及规划。加加工工艺艺分析和和规划在在很大程程度上决决定了数数控程序序的质量量，主要要是确定定加工区区域、加加工性质质、走刀刀方式、使使用刀具具、主轴轴转速和和切削进进给等

5、项项目。加加工工艺艺分析和和规划主主要包括括以下内内容。q 加工对象象的确定定：通过过对模型型的分析析，确定定工件的的哪些部部位需要要在数控控铣床上上或者数数控加工工中心加加工。数数控铣加加工的工工艺适应应性也是是有一定定限制的的，对于于尖角、细细小的筋筋条等部部位是不不适合加加工的，应应使用线线切割或或者电加加工来加加工；而而某些加加工内容容可能使使用普通通机床有有更好的的经济性性，如孔孔的加工工可以使使用钻床床、回转转体加工工可以用用车床来来加工。图 11-1q 加工区域域规划：即对加加工对象象进行分分析，按按其形状状特征、功功能特征征及精度度、粗糙糙度要求求将加工工对象分分成若干干个加工

6、工区域。对对加工区区域进行行合理规规划，可可以达到到提高加加工效率率和加工工质量的的目的。q 加工工艺艺路线规规划：从从粗加工工到精加加工，再再到清根根加工的的加工流流程规划划，以及及加工余余量分配配。q 加工工艺艺和加工工方式确确定：如如刀具选选择、加加工工艺艺参数和和切削方方式的选选择等。（3）完完善零件件模型。由由于CAAD造型型人员更更多地考考虑零件件设计的的方便性性和完整整性，较较少顾及及零件模模型对CCAM加加工的影影响，所所以要根根据加工工对象的的确定及及加工区区域划分分对模型型做一些些完善。零零件模型型的完善善通常有有以下一一些内容容。q 确定坐标标系。坐坐标系是是加工的的基准

7、，将将坐标系系定位在在适合机机床操作作人员确确定的位位置，同同时保持持坐标系系的统一一。q 清理隐藏藏对加工工不产生生影响的的元素。q 修补部分分曲面。对对于因有有不加工工部位存存在而造造成的曲曲面空缺缺部位，应应该补充充完整。如如钻孔的的曲面，在在狭小的的凹槽部部位等，应应该将这这些曲面面重新做做完整，这这样获得得的刀具具路径规规范而且且安全。q 增加安全全曲面。q 对轮廓曲曲线进行行修整。对对于通过过公共数数据转换换格式得得到的零零件CAAD模型型，看似似光滑的的曲线可可能存在在断点，看看似一体体的曲面面在连接接处可能能不相交交，这样样可以通通过修整整或者创创建轮廓廓线构造造出最佳佳的加工

8、工边界曲曲线。q 构建刀路路限制边边界。需需要使用用边界来来限制加加工范围围的加工工区域，先先构建出出边界 曲曲线。（4）设设置加工工参数。参参数设置置可视为为对工艺艺分析和和规划的的具体实实施，它它构成了了利用CCATIIA进行行数控编编程的主主要操作作内容，直直接影响响生成的的数控程程序质量量。参数数设置的的内容主主要有以以下几个个方面。q 设置加工工对象：用户通通过交互互手段选选择被加加工的几几何体或或其中的的加工分分区、毛毛坯和避避让区域域等。q 设置切削削方式：指定刀刀轨的类类型及相相关参数数。q 设置刀具具及机械械参数：针对每每一个加加工工序序选择适适合的加加工刀具具并在CCATI

9、IA中设设置相应应的机械械参数，包包括主轴轴转速、切切削进给给、切削削液控制制等。q 设置加工工程序参参数：包包括对进进退刀位位置及方方式、切切削用量量、行间间距、加加工余量量、安全全高度等等的设置置。这是是参数设设置中最最主要的的内容之之一。（5）生生成数控控刀路。在在完成参参数的设设置后，CCATIIA将自自动进行行刀轨的的计算。（6）检检验数控控刀路。为为确保数数控程序序的安全全性，必必须对生生成的刀刀轨进行行检查校校验，检检查刀路路是否有有明显过过切或者者加工不不到位，同同时检查查是否发发生与工工件及夹夹具的干干涉。对对检查中中发现的的问题，应应该调整整参数的的设置，再再重新进进行计算

10、算、校验验，直到到准确无无误。（7）生生成数控控程序。前前面生成成的只是是数控刀刀轨，还还需要将将刀轨以以规定的的标准格格式转换换为数控控代码并并输出保保存。数数控程序序文件可可以用记记事本进进行打开开。在生生成数控控程序后后，还需需要检查查这个程程序文件件，特别别对程序序及程序序尾部分分的语句句进行检检查，如如有必要要可以修修改。数数控程序序文件可可以通过过传输软软件传输输到数控控机床的的控制器器上，由由控制器器按程序序语句驱驱动机床床加工。1.2 数 控 加加 工1.2.1 CAMM系统简简述一个典型型的CAAM系统统由两个个部分组组成：一一是计算算机辅助助编程系系统，二二是数控控加工设设

11、备。计算机辅辅助编程程系统的的任务是是根据工工件的几几何信息息计算出出数控加加工的轨轨迹，并并编制出出数控程程序。它它由计算算机硬件件设备和和计算机机辅助数数控编程程软件组组成。 计算机硬硬件设备备主要有有工作站站和微机机两种。一一般而言言，工作作站的图图形性能能要优于于微机，但但随着微微机性能能的飞速速提高，它它与工作作站的性性能差别别也越来来越小。而而且由于于微机的的价格要要远低于于工作站站，因此此其在CCAD/CAMM系统中中的应用用越来越越广泛，其其普及率率也远高高于工作作站。计算机辅辅助数控控编程软软件即是是通常所所说的CCAM软软件，它它是计算算机辅助助编程系系统的核核心。它它的主

12、要要功能包包括数据据输入输输出、加加工轨迹迹计算与与编辑、工工艺参数数设置、加加工仿真真、数控控程序后后处理和和数据管管理等。目目前常用用的CAAM软件件种类较较多，其其基本功功能大同同小异，并并在此基基础上发发展出各各自的特特色。数控加工工设备的的任务是是接受数数控程序序，并按按照程序序完成各各种加工工动作。数数控加工工技术可可以应用用在几乎乎所有的的加工类类型中，如如车、铣铣、刨、镗镗、磨、钻钻、拉、切切断、插插齿、电电加工、板板材成型型和管料料成型等等。数控铣床床、数控控车床、数数控线切切割机是是模具行行业中最最常用的的数控加加工设备备，其中中以数控控铣床应应用最为为广泛。1.2.2 加

13、工原原理机床上的的刀具和和工件间间的相对对运动，称称为表面面成形运运动，简简称成形形运动或或切削运运动。数数控加工工是指数数控机床床按照数数控程序序所确定定的轨迹迹（称为为数控刀刀轨）进进行表面面成形运运动，从从而加工工出产品品的表面面形状。图图1-22和图11-3分分别是一一个平面面轮廓加加工和一一个曲面面加工的的切削示示意图。图 11-2 图 1-3 数控刀轨轨是由一一系列简简单的线线段连接接而成的的折线，折折线上的的结点称称为刀位位点。刀刀具的中中心点沿沿着刀轨轨依次经经过每一一个刀位位点，从从而切削削出工件件的形状状。刀具从一一个刀位位点移动动到下一一个刀位位点的运运动称为为数控机机床

14、的插插补运动动。由于于数控机机床一般般只能以以直线或或圆弧这这两种简简单的运运动形式式完成插插补运动动，因此此数控刀刀轨只能能是由许许多直线线段和圆圆弧段将将刀位点点连接而而成的折折线。数控编程程的任务务是计算算出数控控刀轨，并并以程序序的形式式输出到到数控机机床，其其核心内内容就是是计算出出数控刀刀轨上的的刀位点点。在数控加加工误差差中，与与数控编编程直接接相关的的有两个个主要部部分：（1）刀刀轨的插插补误差差。由于于数控刀刀轨只能能由直线线和圆弧弧组成，因因此只能能近似地地拟合理理想的加加工轨迹迹，如图图1-44所示。（2）残残余高度度。在曲曲面加工工中，相相邻两条条数控刀刀轨之间间会留下

15、下未切削削区域，如如图1-5所示示，由此此造成的的加工误误差称为为残余高高度，它它主要影影响加工工表面的的粗糙度度。图 11-4 图 1-5刀具的表表面成形形运动通通常分为为主运动动和进给给运动。主主运动指指机床的的主轴转转动，其其运动质质量主要要影响产产品的表表面光洁洁度。进进给运动动是主轴轴相对工工件的平平动，其其传动质质量直接接关系到到机床的的加工性性能。进给运动动的速度度和主轴轴转速是是刀具切切削运动动的两个个主要参参数，对对加工质质量、加加工效率率有重要要的影响响。1.2.3 刀位计计算如前所述述，数控控编程的的核心内内容是计计算数控控刀轨上上的刀位位点。下下面简单单介绍数数控加工工

16、刀位点点的计算算原理。数控加工工刀位点点的计算算过程可可分为33个阶段段。（1）加加工表面面的偏置置。如图图1-66所示，刀刀位点是是刀具中中心点的的移动位位置，它它与加工工表面存存在一定定的偏置置关系。这这种偏置置关系取取决于刀刀具的形形状和大大小。例例如，当当刀具为为半径RR的球头头刀时，刀刀轨（刀刀具中心心的移动动轨迹）应应当在距距离加工工表面为为R的偏偏置面上上，如图图1-77所示。由由此可见见，刀位位点计算算的前提提是首先先根据刀刀具的类类型和尺尺寸计算算出加工工表面的的偏置面面。图 11-6 图 1-7（2）刀刀轨形式式的确定定。把刀刀位点在在偏置面面上的分分布形式式称为刀刀轨形式

17、式。图11-8和和图1-9所示示是两种种最常见见的刀轨轨形式。其其中图11-8所所示为行行切刀轨轨，即所所有刀位位点都分分布在一一组与刀刀轴（zz轴）平平行的平平面内。图图1-99所示为为等高线线刀轨（又又称环切切刀轨），即即所有刀刀位点都都分布在在与刀轴轴（z轴轴）垂直直的一组组平行平平面内。图 11-8 图图 11-9显然，对对于这两两种刀轨轨来说，其其刀位点点分布在在加工表表面的偏偏置面与与一组平平行平面面的交线线上，这这组交线线称为理理想刀轨轨，平行行平面的的间距称称为刀轨轨的行距距。也就就是说，刀刀轨形式式一旦确确定下来来，就能能够在加加工表面面的偏置置面上以以一定行行距计算算出理想

18、想刀轨。（3）刀刀位点的的计算。如如果刀具具中心能能够完全全按照理理想刀轨轨运动的的话，其其加工精精度无疑疑将是最最理想的的。然而而，由于于数控机机床通常常只能完完成直线线和圆弧弧线的插插补运动动，因此此只能在在理想刀刀轨上以以一定间间距计算算出刀位位点，在在刀位点点之间做做直线或或圆弧运运动，如如图1-4所示示。刀位位点的间间距称为为刀轨的的步长，其其大小取取决于编编程允许许误差。编编程允许许误差越越大，则则刀位点点的间距距越大；反之越越小。以上所描描述的仅仅仅是刀刀位点计计算的基基本思路路，而CCAM软软件中实实际采用用的计算算方法要要复杂得得多，而而且随着着软件的的不同会会有许多多具体的

19、的变化。然而不管管在哪种CAMM软件中中，刀位位点计算算有多么么复杂多多样，其其技术核核心都只只有一点点，即以以一定的的形式和和密度在在被加工工面的偏偏置面上上计算出出刀位点点。刀位位点的密密度不仅仅指刀轨轨的行距距，还指指刀轨的的步长，它它们是影影响数控控编程精精度的主主要因素素。1.3 数 控 机机 床1.3.1 数控机机床的特特点随着科学学技术和和市场经经济的不不断发展展，对机机械产品品的质量量、生产产率和新新产品的的开发周周期提出出了越来来越高的的要求。虽虽然许多多生产企企业（如如汽车、家家用电器器等制造造厂）已已经采用用了自动动机床和和专用自自动生产产线，可可以提高高生产效效率、提提

20、高产品品质量、降降低生产产成本，但但是由于于市场竞竞争日趋趋激烈，这这就要求求企业必必须不断断开发新新产品。在在频繁的的开发新新产品的的生产过过程中，使使用“刚性”（不可可变）的的自动化化设备，由由于其工工艺过程程的改变变极其复复杂，因因此刚性性自动化化设备的的缺点暴暴露无遗遗。另外外，在机机械制造造业中，并并不是所所有产品品零件都都具有很很大的批批量。据据统计，单单件小批批量生产产约占加加工总量量的755%880%。对对于单件件、小批批，复杂杂零件的的加工，若若用“刚性”自动化化设备加加工，则则生产成成本高、生生产周期期长，而而且加工工精度也也很难符符合要求求。为了了解决上上述问题题，并满满

21、足新产产品的开开发和多多品种、小小批量生生产的自自动化，国国内外已已研制生生产了一一种灵活活的、通通用的、万万能的、能能适应产产品频繁繁变化的的数控机机床。美美国麻省省理工学学院在220世纪纪50年年代成功功地研制制出第一一台数控控铣床。119700年首次次展出了了第一台台用计算算机控制制的数控控机床（CCNC）。图图1-110左图图所示就就是CNNC数控控铣床，右右图所示示是数控控加工中中心。图 11-100下面介绍绍数控机机床的主主要特点点。1高柔柔性数控铣床床的最大大特点是是高柔性性，即可可变性。所所谓“柔性”即是灵灵活、通通用、万万能，可可以适应应加工不不同形状状工件的的自动化化机床。

22、数控铣床床一般都都能完成成钻孔、镗镗孔、铰铰孔、铣铣平面、铣铣斜面、铣铣槽、铣铣曲面（凸凸轮）和和攻螺纹纹等加工工，而且且一般情情况下，可可以在一一次装夹夹中完成成所需的的加工工工序。如图1-11所所示齿轮轮箱，齿齿轮箱上上一般有有两个具具有较高高位置精精度要求求的孔，孔孔周有安安装端盖盖的螺孔孔，按照照老的传传统加工工方法步步骤如下下：图 11-111 （1）划划线 划底面面线A，划划47JJS7、52JS7及900.03中心线。（2）刨刨（或铣铣）底面面A。（3）平平磨（或或括削）底底面A。（4）镗镗加工（用用镗模） 铣端端面，镗镗52JJS7、47JS7，保持中心距900.03。（5）划

23、划线（或或用钻模模） 划8-M6孔孔线。（6）钻钻孔攻丝丝 钻钻攻8-M6孔孔。以上工件件至少需需要6道道工序才才能完成成。如果果用数控控铣床加加工，只只需把工工件的基基准面AA加工好好，可在在一次装装夹中完完成铣端端面、镗镗52JJS7、47JS7及钻攻8-M6孔，也就是将工序（4）、（5）和工序（6）合并为1道工序加工。更重要的的是，如如果开发发新产品品或更改改设计需需要将齿齿轮箱上上2个孔孔改为33个孔，88-M66螺孔改改为122-M66孔，采采用传统统的加工工方法必必须重新新设计制制造镗模模和钻模模，则生生产周期期长。如如果采用用数控铣铣床加工工，只需需将工件件程序指指令改变变一下（

24、一一般只需需0.55h11h），即即可根据据新的图图样进行行加工。这这就是数数控机床床高柔性性带来的的特殊优优点。2高精精度目前数控控装置的的脉冲当当量（即即每轮出出一个脉脉冲后滑滑板的移移动量）一一般为00.0001mmm，高精精度的数数控系统统可达00.00001mmm。因因此一般般情况下下，绝对对能保证证工件的的加工精精度。另另外，数数控加工工还可避避免工人人操作所所引起的的误差，一一批加工工零件的的尺寸统统一性特特别好，产产品质量量能得到到保证。3高效效率数控机床床的高效效率主要要是由数数控机床床高柔性性带来的的。如数数控铣床床，一般般不需要要使用专专用夹具具和工艺艺装备。在在更换工工

25、件时，只只需调用用储存于于计算机机中的加加工程序序、装夹夹工件和和调整刀刀具数据据即可，可可大大缩缩短生产产周期。更更主要的的是数控控铣床的的万能形形带来高高效率，如如一般的的数控铣铣床都具具有铣床床、镗床床和钻床床的功能能，工序序高度集集中，提提高了劳劳动生产产率并减减少了工工件的装装夹误差差。另外，数数控铣床床的主轴轴转速和和进给量量都是无无级变速速的，因因此有利利于选择择最佳切切削用量量。数控控铣床都都有快进进、快退退、快速速定位功功能，可可大大减减少机动动时间。据统计，采采用数控控铣床比比普通铣铣床可提提高生产产率35倍。对对于复杂杂的成形形面加工工，生产产率可提提高十几几倍甚至至几十

26、倍倍。4大大大减轻了了操作者者的劳动动强度数控铣床床对零件件加工是是按事先先编好的的程序自自动完成成的。操操作者除除了操作作键盘、装装卸工件件和中间间测量及及观察机机床运行行外，不不需要进进行繁重重的重复复性手工工操作，可可大大减减轻劳动动 强度。1.3.2 数控机机床的分分类数控机床床的分类类有多种种方式。（1）按按机床数数控运动动轨迹划划分q 点位控制制数控机机床：指指在刀具具运动时时，只控控制刀具具相对于于工件位位移的准准确性，不不考虑两两点间的的路径，如如数控钻钻床。q 点位直线线控制数数控机床床：在点点位控制制的基础础上，还还要保证证运动一一条直线线，且刀刀具在运运动过程程中还要要进

27、行切切削加工工。q 轮廓控制制数控机机床：能能对两个个或更多多的坐标标运动进进行控制制（多坐坐标联动动），刀刀具运动动轨迹可可为空间间曲线。在在模具行行业中这这类机床床应用最最多，如如三坐标标以上的的数控铣铣或加工工中心。（2）按按伺服系系统控制制方式划划分q 开环控制制机床：价格低低廉，精精度及稳稳定性差差。q 半闭环控控制数控控机床：精度及及稳定性性较高，价价格适中中，应用用最普及及。q 闭环控制制数控机机床：精精度高，稳稳定性难难以控制制，价格格高。（3）按按联动坐坐标轴数数划分q 两轴联动动数控机机床。X、Y、ZZ三轴中中任意两两轴作插插补联动动，第三三轴作单单独的周周期进刀刀，常称称

28、2.55轴联动动。如图图1-112所示示，将XX向分成成若干段段，圆头头铣刀沿沿YZ面面所截的的曲线进进行铣削削，每一一段加工工完后进进给X，再再加工另另一相邻邻曲线，如如此依次次切削即即可加工工出整个个曲面，故故称为行行切法。根根据表面面光洁度度及刀头头不干涉涉相邻表表面的原原则选取取X。行行切法加加工所用用的刀具具通常是是球刀铣铣头（即即指状铣铣刀）。用用这种刀刀具加工工曲面，不不易干涉涉相邻表表面，计计算比较较简单。球球状铣刀刀的刀头头半径应应选得大大一些，有有利于提提高加工工光洁度度、增加加刀具刚刚度、散散热等。但但刀头半半径应小小于曲面面的最小小曲率半半径。用球头铣铣刀加工工曲面时时

29、，总是是用刀心心轨迹的的数据进进行编程程。图11-133所示为为二轴联联动三坐坐标行切切法加工工的刀心心轨迹与与切削点点轨迹示示意图。ABCD为被加工曲面，P平面为平行于YZ做表面的一个平行面，其刀心轨迹O1O2为曲面ABCD的等距面IJKL与行切面Pyz的交线，显然，O1O2是一条平面曲线。在这种情况下，曲面的曲率变化时会导致球头刀与曲面切削点的位置亦随之改变，而切削点的连线ab是一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。由于2.5轴坐标加工的刀心轨迹为平面曲线，故编程计算较为简单，数控逻辑装置也不复杂，常用于曲率变化不大以及精度要求不高的粗加工。q 三轴联动动数控机机床。X、Y、ZZ三

30、轴可可同时插插补联动动。用三三坐标联联动加工工曲面时时，通常常亦用行行切方法法。如 图图1-114所示示，三轴轴联动的的数控刀刀轨可以以是平面面曲线或或者空间间曲线。三三坐标联联动加工工常用于于复杂曲曲面的精精确加工工（如精精密锻模模）。但但编程计计算较为为复杂，所所用的数数控装置置还必须须具备三三轴联动动功能。q 四轴联动动数控机机床。除了X、YY、Z三三轴平动动之外，还还有工作作台或者者刀具的的转动。如图1-15所示，侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用圆头铣刀按行切法加工时，不但生产率低，而且光洁度差。为此，采用圆柱铣刀周边切削，并用四坐标铣床加工，即除三个直角坐标运动外，为保证刀

31、具与工件型面在全长始终贴合，刀具还应绕O1（或O2）作摆角联动。由于摆角运动，导致直角坐标系（图中Y）需作附加运动，其编程计算较为复杂。图 11-122 图图 11-133图 11-144 图 1-15q 五轴联动动数控机机床。除了X、YY、Z三三轴的平平动外还还有刀具具旋转、工工作台的的旋转。螺螺旋桨是是五坐标标加工的的典型零零件之一一，其叶叶片形状状及加工工原理如如图1-16所所示。在在半径为为Ri的圆柱柱面上与与叶面的的交线AAB为螺螺旋线的的一部分分，螺旋旋角为i，叶片片的径向向叶型线线（轴向向剖面）EF的倾角为后倾角。螺旋线AB用极坐标加工方法并以折线段逼近。逼近线段mn是由C坐标旋

32、转与Z坐标位移Z的合成。当AB加工完后，刀具径向位移X（改变Ri），再加工相邻的另一条叶型线，依次逐一加工，即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大，所以常用端面铣刀加工，以提高生产率并简化程序。因此，为保证铣刀端面始终与曲面贴合，铣刀还应作坐标A和坐标B形成t和t的摆角运动，在摆角的同时，还应作直角坐标的附加运动，以保证铣刀端面中心始终处于编程值位置上，所以需要Z、C、X、A、B五坐标加工。这种加工的编程计算相当复杂。图 11-166q 加工中心心。它是在数数控铣床床上配置置刀库，其其中存放放着不同同数量的的各种刀刀具或检检具，在在加工过过程中由由程序自自动选用用和更换换，从而而将铣削削、镗

33、削削、钻削削、攻螺螺纹等功功能集中中在一台台设备上上完成，使使其具有有多种工工艺手段段。1.3.3 数控机机床的坐坐标系机床坐标标系是机机床上固固有的坐坐标系，是是机床加加工运动动的基本本坐标系系。它是是考察刀刀具在机机床上的的实际运运动位置置的基准准坐标系系。对于具体体机床来来说，有有的是刀刀具移动动工作台台（工件件）不动动，有的的则是刀刀具不动动而工作作台（工工件）移移动。然然而不管管是刀具具移动还还是工件件移动，机机床坐标标系永远远假定刀刀具相对对于静止止的工件件而运动动。同时时，运动动的正方方向是增增大工件件和刀具具之间距距离的方方向。机床坐标标系通常常采用如如图1-17所所示的右右手

34、直角角笛卡儿儿坐标系系。一般般情况下下主轴的的方向为为Z坐标标，而工工作台的的两个运运动方向向分别为为X、YY坐标。图1-118所示示是典型型的单立立柱立式式数控铣铣床加工工运动坐坐标系示示意图。刀刀具沿与与地面垂垂直的方方向上下下运动，工工作台带带动工件件在与刀刀具垂直直的平面面（即与与地面平平行的平平面）内内运动。机机床坐标标系的ZZ坐标是是刀具运运动方向向，并且且刀具向向上运动动为正方方向。当当面对机机床进行行操作时时，刀具具相对工工件的左左右运动动方向为为X坐标标，并且且刀具相相对工件件向右运运动（即即工作台台带动工工件向左左运动）时时为X坐坐标的正正方向。YY坐标的的方向可可用右手手

35、法则确确定。若若以X、Y、Z表示工工作台相相对于刀刀具的运运动坐标标，而以以X、YY、Z表表示刀具具相对于于工件的的运动坐坐标，则则显然有有x=-x、yy= -y、zz=zz。对于龙门门式机床床，当从从主轴向向左侧立立柱看时时，刀具具相对工工件向右右运动的的方向为为X坐标标的正方方向。机床坐标标系的原原点也称称机床原原点或零零点，其其位置在在机床上上是固定定不变的的。关于数控控机床坐坐标和运运动方向向命名的的详细内内容，可可参阅JJB30052-82部部颁标准准。为了方便便起见，在在数控编编程时往往往采用用工件上上的局部部坐标系系（称为为工件坐坐标系），即即以工件件上的某某一点（工工件原点点）

36、为坐坐标系原原点进行行编程。数数控编程程采用的的坐标系系称为编编程坐标标系，数数控程序序中的加加工刀位位点坐标标均以编编程坐标标系为参参照进行行计算。图 11-177 图 1-118在加工时时，工件件安装在在机床上上，这时时只要测测量工件件原点相相对机床床原点的的位置坐坐标（称称为原点点偏置），并并将该坐坐标值输输入到数数控系统统中，数数控系统统则会自自动将原原点偏置置加入到到刀位点点坐标中中，使刀刀位点在在编程坐坐标系下下的坐标标值转化化为机床床坐标系系下的坐坐标值，从从而使刀刀具运动动到正确确的位置置。测量原点点偏置实实际上就就是我们们在数控控机床操操作中通通常所说说的“对刀”操作。1.4

37、 数 控 程程 序数控编程程技术经经历了三三个发展展阶段，即即手工编编程、AAPT语语言编程程和交互互式图形形编程。由由于手工工编程难难以承担担复杂曲曲面的编编程工作作，因此此自第一一台数控控机床问问世不久久，美国国麻省理理工学院院即开始始研究自自动编程程的语言言系统，称称为APPT（AAutoomatticaallyy Prrogrrammmed Toools）语语言。经经过不断断的发展展，APPT编程程能够承承担复杂杂自由曲曲面加工工的编程程工作。然而，由由于APPT语言言是开发发得比较较早的计计算机数数控编程程语言，而而当时计计算机的的图形处处理能力力不强，因因而必须须在APPT源程程序

38、中用用语言的的形式去去描述本本来十分分直观的的几何图图形信息息及加工工过程，再再由计算算机处理理生成加加工程序序，致使使其直观观性差，编编程过程程比较复复杂不易易掌握。目目前已逐逐步为交交互式图图形编程程系统所所取代。图形交互互自动编编程是一一种计算算机辅助助编程技技术。它它是通过过专用的的计算机机软件来来实现的的。这种种软件通通常以机机械计算算机辅助助设计（CAD）软件为基础，利用CAD软件的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，然后调用数控编程模块，采用人机交互的方式在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工参数，计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控

39、加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工轨迹。其具有速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查和修改等优点，已成为目前国内外先进的CAD/CAM软件所普遍采用的数控编程方法，也是本书讲授的主要内容。尽管交互互式图形形编程已已成为数数控编程程的主要要手段，但但作为一一名数控控编程工工程师，仍仍然有必必要掌握握一定的的手工编编程知识识。这是是因为：（1）手手工编程程是自动动编程的的基础，自自动编程程中许多多核心的的经验都都是来源源于手工工编程。掌掌握手工工编程对对深刻理理解自动动编程有有重要的的作用。（2）掌掌握手工工编程有有助于提提高程序序的可靠靠性。尽尽管现有有的CAAD/CCAM

40、软软件都具具备对数数控程序序进行仿仿真的功功能，但但一些有有经验的的程序员员往往还还是会对对编制好好的程序序进行一一次人工工检查，以以确认其其正确性性。（3）在在某些特特殊情况况下无法法实现自自动编程程，需要要采用手手工方式式进行。1.4.1 数控程程序结构构数控程序序是由为为使机床床运转而而给与数数控装置置的一系系列指令令的有序序集合所所构成的的。靠这这些指令令使刀具具按直线线或者圆圆弧及其其他曲线线运动，控控制主轴轴的回转转、停止止、切削削液的开开关、自自动换刀刀装置和和工作台台自动交交换装置置的动作作等。程序是由由程序段段（Bllockk）所组组成，每每个程序序段是由由字（wwordd）

41、和“；”所组成成。而字字是由地地址符和和数值所所构成的的，如：X（地地址符）1100.0（数数值）YY（地址址符）550.00（数值值）。程程序由程程序号、程程序段号号、准备备功能、尺尺寸字、进进给速度度、主轴轴功能、刀刀具功能能、辅助助功能、刀刀补功能能等构成成的。图1-119所示示是一个个数控程程序结构构示意图图。图 11-199一般情况况下，一一个基本本的数控控程序由由以下几几个部分分组成：（1）程程序起始始符。一一般为“%”、“$”等，不不同的数数控机床床起始符符可能不不同，应应根据具具体的数数控机床床说明使使用。程程序起始始符单列列一行。（2）程程序名。单单列一行行，有两两种形式式，

42、一种种是以规规定的英英文字母母（通常常为O）为为首，后后面接若若干位数数字（通通常为22位或者者4位），如如O06600，也也可称为为程序号号。另一一种是以以英文字字母、数数字和符符号“”混合组组成，比比较灵活活。程序序名具体体采用何何种形式式由数控控系统决决定。（3）程程序主体体。由多多个程序序段组成成，程序序段是数数控程序序中的一一句，单单列一行行，用于于指挥机机床完成成某一个个动作。每每个程序序段又由由若干个个程序字字（woord）组组成，每每个程序序字表示示一个功功能指令令，因此此又成为为功能字字，它由由字首及及随后的的若干个个数字组组成（如如X1000）。字字首是一一个英文文字母，称

43、称为字的的地址，它它决定了了字的功功能类别别。一般般字的长长度和顺顺序不固固定。在在程序末末尾一般般有程序序结束指指令，如如M300，用于于停止主主轴、冷冷却液和和进给，并并使控制制系统 复位位。（4）程程序结束束符。程程序结束束的标记记符，一一般与程程序起始始符相同同。1.4.2 数控指指令数控程序序的指令令由一系系列的程程序字组组成，而而程序字字通常由由地址（aaddrresss）和数数值（nnumbber）两两部分组组成，地地址通常常是某个个大写字字母。数数控程序序中的地地址代码码意义如如表1-1 所示示。表 11-1 功 能地 址意 义程序号：(ISSO)，OO (EEIA)程序序号号

44、顺序号N顺序号准备功能能G动作模式式（直线线、圆弧弧等）尺寸字X、Y、ZZ坐标移动动指令A、B、CC、U、VV、W附加轴移移动指令令R圆弧半径径I、J、KK圆弧中心心坐标进给功能能F进给速率率主轴旋转转功能S主轴转速速刀具功能能T刀具号、刀刀具补偿偿号辅助功能能M辅助装置置的接通通和断开开补偿号H、D补偿序号号暂停P、X暂停时间间子程序号号指定P子程序序序号子程序重重复次数数L重复次数数参数P、Q、RR固定循环环数控程序序中的每每一个指指令都有有一定的的固定格格式，使使用不同同的数控控机床的的指令格格式也不不同，因因此需要要按照该该数控机机床的指指令格式式来编写写数控指指令。一一般的数数控机床

45、床可以选选择公制制单位毫毫米（mmm）或或者英制制单位英英寸（iinchh）为数数值单位位。公制制可以精精确到00.0001mmm，英制制可以精精确到00.00001iin，这这也是一一般数控控机床的的最小移移动量。表表1-22列出了了一般数数控机床床所能输输入的指指令数值值范围，而而数控机机床实际际使用范范围受到到机床本本身的限限制，因因此需要要参考数数控机床床的操作作手册而而定。例例如表中中X轴可可以移动动9999999.9999mmm，但实实际上数数控机床床的X轴轴行程可可能只有有6500mm，进进给速率率F最大大可输入入10000000.0mmm/minn，但实实际上数数控机床床可能限

46、限制在330000mm/minn以下。因因此在编编制数控控程序时时，一定定要参照照数控机机床的使使用说明明书。表 11-2功 能能地 址址公制单位位英制单位位程序号：(ISSO) O (EIAA)199999199999顺序号N199999199999准备功能能G09990999尺寸X、Y、ZZ、Q、RR、 II、J、KK999999.9999mm99999.999999incchA、B、CC999999.9999degg99999.999999degg进给功能能F110000000.00mm/minn0.0114000.0iinchh/minn主轴转速速功能S099999099999刀具功能能T09990999辅助功能能M09990999暂停X、P09999999.9999seec09999999.9999seec子程序号号P199999199999重复次数数L199999199999补偿号D、H03