第2章數控編程中的工藝分析2.1概述2.2數控加工的工藝分析與工藝設計2.3數控加工工藝文件2021/8/51第2章數控編程中的工藝分析2.1概述2021/2.1概述

在數控機床上加工零件時要把被加工的全部工藝過程、工藝參數和位移數據編制成程序，加工程序就是數控機床的指令性文件。因此，數控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括切削用量、刀具參數以及機床的運動過程。同時，數控加工具有工序內容復雜、工步安排更為詳盡等特點。

2.1.1數控加工工藝的基本特征2021/8/522.1概述在數控機床上加工零件時要把

數控加工工藝處理的主要內容有：

(1)選擇適合在數控機床上加工的零件，確定工序內容。

(2)分析被加工零件圖樣，明確加工內容和技術要求，在此基礎上確定零件的加工方案，制定數控加工工藝路線，如工序的劃分、加工順序的安排與傳統加工工序的銜接等。

(3)設計數控加工工序。如工步的劃分、零件的定位與夾具、刀具的選擇和切削用量的確定等。2.1.2數控加工工藝分析2021/8/53數控加工工藝處理的主要內容有：2.1.2數(4)調整數控加工工序的程序。如對刀點和換刀點的選擇，加工路線的確定和刀具的補償。

(5)分配數控加工中的容差。

(6)處理數控機床上部分工藝指令。2021/8/54(4)調整數控加工工序的程序。如對刀點和換

2.2.1數控機床的合理選用

1.數控機床的應用范圍

(1)多品種、小批量生產的零件或新產品試制中的零件，短期急需的零件。

(2)輪廓形狀復雜，對加工精度要求較高的零件。

(3)用普通機床加工較困難或無法加工(需昂貴的工藝裝備)的零件。

(4)價值昂貴，加工中不允許報廢的關鍵零件。2.2數控加工工藝分析與工藝設計2021/8/552.2.1數控機床的合理選用2.2數控加工工藝一般地，數控車床適合于加工形狀比較復雜的軸類零件和由復雜曲線回轉形成的模具內型腔；立式數控銑床適合于加工平面凸輪、樣板、形狀復雜的平面或立體零件，以及模具的內、外型腔等；臥式數控銑床則適合于加工箱體、泵體和殼體類零件；多坐標聯動的加工中心還可以用于加工各種復雜的曲線、曲面、葉輪和模具等。2.把握好技術經濟尺度,選擇數控機床選擇普通機床、數控機床還是專用機床加工零件，要考慮3個方面因素。

(1)要保證被加工零件的技術要求，加工出合格的產品。2021/8/56一般地，數控車床適合于加工形狀比較復雜的軸

(2)有利于提高生產率；(3)盡可能降低生產成本。圖2-1為數控機床的定性分析。零件批量零件復雜程度a)零件復雜程度與零件批量的關系ABC專用機床普通機床數控機床綜合費用零件批量數b)零件批量數與綜合費用的關系專用機床普通機床數控機床50100圖2-1

數控機床加工范圍的定性分析2021/8/57(2)有利于提高生產率；圖2-1為數控

2.2.2數控加工零件的工藝性分析零件圖樣上的尺寸數據的給出便于編程零件圖上尺寸標注方法應適應數控加工的特點在數控加工零件圖上，應以同一基準引注尺寸或直接給出坐標尺寸。

(2)構成零件圖的幾何要素的條件應充分(如相切、相交、平行和垂直)

(3)認真分析零件的技術要求

(4)零件材料分析

2021/8/582.2.2數控加工零件的工藝性分析零件圖2.零件的結構工藝性應符合數控加工的要求

(1)零件的內腔和外形最好采用統一的幾何類型和尺寸，這樣可以減少刀具規格和換刀次數。(2)內槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，所以內槽圓角半徑不應太小。

(3)零件銑槽底平面時，槽底圓角半徑r不要過大。

(4)應采用統一的基準定位。2021/8/592.零件的結構工藝性應符合數控加工的要2.2.3加工方法的選擇與加工方案的確定1.加工方法的選擇加工方法的選擇應滿足加工精度和表面粗糙度的要求為原則。由于獲得同一級加工精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，在實際選擇時，要結合零件的形狀、尺寸和熱處理要求等全面考慮。表2-1為孔加工精度與加工方法之間的相互關系。

2.加工方案的確定原則零件上比較精密的尺寸及表面的加工，除了要選擇相應的加工方法，還應正確地確定從毛胚到最終成型的加工方案。2021/8/5102.2.3加工方法的選擇與加工方案的確定表2-1加工精度與加工方法(孔深/孔徑≤5)2021/8/511表2-1加工精度與加工方法(孔深/孔徑≤5)2021/2.2.4加工工序與工步的劃分

1．工序劃分的原則

(1)基面先行原則用作精基準的表面應優先加工出來，因為定位基準的表面越精確，裝夾誤差就越小。

(2)先粗后精原則各個表面的加工順序按照粗加工半精加工精加工光整加工的順序進行，逐步提高表面的加工精度。

(3)先主后次原則

(4)先面后孔原則2021/8/5122.2.4加工工序與工步的劃分1．工序劃

2．工序劃分的方法

(1)

按零件裝夾定位方式劃分工序由于每個零件結構形狀不同，各表面的技術要求也有所不同，故加工時其定位方式各有差異。一般在加工外形時，以內形定位；在加工內形時，則以外形定位。因而可根據定位方式的不同來劃分工序。如書上圖2-10所示，加工內輪廓時，以外形面定位；加工外輪廓時，以內形面定位。2021/8/5132．工序劃分的方法2021/8/513(2)按粗、精加工方式劃分根據零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先粗加工再精加工。此時，可用不同的機床或不同的刀具順次同步進行加工。對單個零件要先粗加工、半精加工，而后精加工。或者一批零件，先全部進行粗加工、半精加工，最后再進行精加工。通常在一次安裝中，不允許將零件某一部分表面粗、精加工完畢后，再加工零件的其他表面；否則，可能會在對新的表面進行大切削量加工過程中，因切削力太大而引起已精加工完成的表面變形。如書上圖2-11所示車削零件，應先切除整個零件的大部分余量，再將其表面精車一遍，以保證加工精度和表面粗糙度的要求。粗精加工之間，最好隔一段時間，以使粗加工后零件的變形能得到充分恢復，再進行精加工，以提高零件的加工精度。2021/8/514(2)按粗、精加工方式劃分2021/8/5

(3)按所用刀具劃分工序為了減少換刀次數，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件。即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然后再換另一把刀具加工其他部位。在專用數控機床和加工中心上常采用此法。2021/8/515(3)按所用刀具劃分工序2021/8/513.工步的劃分

工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。為了便于分析和描述較復雜的工序，在工序內又細分為工步，工步劃分的原則為：

(1)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加工后精加工分開進行。

(2)對既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔。

(3)按刀具劃分工步。以減少換刀次數，提高加工效率。2021/8/5163.工步的劃分工步的劃分

2.2.5零件的裝卡方法與夾具的選擇

1．安裝定位的基本原則在數控機床上加工零件時，定位安裝的基本原則與普通機床相同。也要合理選擇定位基準和夾緊方案。為提高數控機床的效率，在確定定位基準與夾緊方案時應注意下列三點：

(1)力求設計、工藝與編程計算的基準統一。

(2)盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。

(3)避免采用占機人工調整式加工方案，以充分發揮數控機床的效能。2021/8/5172.2.5零件的裝卡方法與夾具的選擇2021/8/5

2．選擇夾具的基本原則數控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要協調零件和機床坐標系的尺寸關系。除此之外，還要考慮以下幾點：

(1)當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調式夾具和其他通用夾具，以縮短生產準備時間，節省生產費用。當達到一定批量生產時才考慮用專用夾具，并力求結構簡單。

(2)零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。2021/8/5182．選擇夾具的基本原則2021/8/518(3)夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工。即夾具要開敞，其定位夾緊機構元件不能影響加工中的走刀(如產生碰撞等)。

(4)為提高數控加工的效率，批量較大的零件加工可以采用多工位、氣動或液壓夾具。此外，為提高數控加工的效率，在成批生產中，還可采用多位、多件夾具。例如，在數控銑床或立式加工中心的工作臺上，可安裝一塊與工作臺大小一樣的平板，既可用它作為大工件的基礎板，也可作多個中小工件的公共基礎板，依次加工并排裝夾的多個中小工件，如書上圖2-12所示。2021/8/519(3)夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表

2.2.6對刀點與換刀點的確定在進行數控加工編程時，往往是將整個刀具濃縮視為一個點，那就是“刀位點”。它是在刀具上用于表現刀具位置的參照點。一般來說，立銑刀、端銑刀的刀位點是刀具軸線與刀具底面的交點；球頭銑刀的刀位點為球心；鏜刀、車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭是鉆尖或鉆頭底面中心；線切割的刀位點則是線電極的軸心與零件面的交點。加入圖說明。2021/8/5202.2.6對刀點與換刀點的確定2021/8/520

對刀點（程序原點）：就是在數控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起始點。對刀操作就是要測定出在程序起點處刀具刀位點(即對刀點，也稱起刀點)相對于機床原點以及工件原點的坐標位置。如圖2-2所示，對刀點相對于機床原點為(X0，Y0)，相對于工件原點為(X1，Y1)，據此便可明確地表示出機床坐標系、工件坐標系和對刀點之間的位置關系。2021/8/521對刀點（程序原點）：就是在數控機床上加工零件圖2-2對刀點與換刀點2021/8/522圖2-2對刀點與換刀點2021/8/522

數控機床對刀時常采用千分表、對刀測頭或對刀瞄準儀進行找正對刀，具有很高的對刀精度。對有原點預置功能的CNC系統，設定好后，數控系統即將原點坐標存儲起來。即使你不小心移動了刀具的相對位置，也可很方便地令其返回到起刀點處。有的還可分別對刀后，一次預置多個原點，調用相應部位的零件加工程序時，其原點自動變換。在編程時，應正確地選擇“對刀點”的位置。其大致選擇原則是：(1)便于數學處理和簡化程序編制。(2)在機床上找正容易，加工中便于檢查。(3)引起的加工誤差小。2021/8/523數控機床對刀時常采用千分表、對刀測頭或對刀瞄

對刀點可以設置在零件、夾具上或機床上面，盡可能設在零件的設計基準或工藝基準上。對于以孔定位的零件，可以取孔的中心作為對刀點。成批生產時，為減少多次對刀帶來的誤差，常將對刀點既作為程序的起點，也作為程序的終點。

換刀點則是指加工過程中需要換刀時刀具的相對位置點。換刀點往往設在工件的外部，以能順利換刀、不碰撞工件和其他部件為準。如在銑床上，常以機床參考點為換刀點；在加工中心上，以換刀機械手的固定位置點為換刀點；在車床上，則以刀架遠離工件的行程極限點為換刀點。選取的這些點，都是便于計算的相對固定點。2021/8/524對刀點可以設置在零件、夾具上或機床上面，盡可

2.2.7加工路線的確定

1.加工路線的確定原則刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。

(1)加工方式、路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度。如銑削輪廓時，應盡量采用順銑方式，可減少機床的“顫振”，提高加工質量。

(2)盡量減少進、退刀時間和其他輔助時間，盡量使加工路線最短(如圖2-3所示)。

(3)進、退刀位置應選在不大重要的位置，并且使刀具盡量沿切線方向進、退刀，避免采用法向進、退刀和進給中途停頓而產生刀痕。2021/8/5252.2.7加工路線的確定2021/8/525

圖2-3最短加工路線的選擇

2021/8/526圖2-3最短加工路線的選擇2021/8/5262.孔加工路線的確定對點位控制機床，只要求定位精度較高，定位過程盡可能快，而刀具相對于工件的運動路線無關緊要。因此，這類機床應按空程最短來安排加工路線。但對孔位精度要求較高的孔系加工，還應注意在安排孔加工順序時，防止將機床坐標軸的反向間隙帶入而影響孔位精度。如圖2-4所示零件，若按(a)圖所示路線加工時，由于5、6孔與1、2、3、4孔定位方向相反，Y方向反向間隙會使定位誤差增加，影響5、6孔與其他孔的位置精度。按(b)圖路線，加工完4孔后往上多移動一段距離到P點，然后再折回來加工5、6孔，使方向一致，可避免引入反向間隙。2021/8/5272.孔加工路線的確定2021/8/527圖2-4孔加工路線的確定2021/8/528圖2-4孔加工路線的確定2021/8/5283.銑削平面零件的加工路線的確定

銑削平面零件時，一般采用立銑刀側刃進行切削。為減少接刀痕跡，保證零件表面質量，應對刀具的切入和切出程序精心設計。如圖2-5(a)所示，銑削外表面輪廓時，銑刀的切入、切出點應沿零件輪廓曲線的延長線上切向切入和切出零件表面，而不應沿法線方向直接切入零件，引入點選在尖點處較妥。如圖2-5(b)所示，銑削內輪廓表面時，切入和切出無法外延，這時銑刀可沿法線方向切入和切出或加引入引出弧改向，并將其切入、切出點選在零件輪廓兩幾何元素的交點處。但是，在沿法線方向切入/切出時，還應避免產生過切的可能性。2021/8/5293.銑削平面零件的加工路線的確定2021/8圖2-5銑削平面加工路線的確定2021/8/530圖2-5銑削平面加工路線的確定2021/8/530

對于槽形銑削，若為通槽，可采用行切法來回銑切，走刀換向在工件外部進行，如圖2-6(a)所示。若為封閉凹槽，可有圖示(b)、(c)、(d)三種走刀方案。圖(b)為行切法，圖(c)為環切法，圖(d)為先用行切法，最后用環切法一刀光整輪廓表面。這三種方案中，(b)圖方案最差，(d)圖方案最好。圖2-6銑槽方案4.內形腔加工路線設計2021/8/531對于槽形銑削，若為通槽，可采用行切法來回銑切5.曲面加工路線的確定對于曲面銑削，常用球頭銑刀采用“行切法”進行加工。如圖2-7所示大葉片類零件，當采用圖2-7(a)所示沿縱向來回切削的加工路線時，每次沿母線方向加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準確保證母線的直線度。當采用圖2-7(b)所示沿橫向來回切削的加工路線時，符合這類零件數據給出情況，便于加工后的檢驗，葉形準確度高，但程序較多。2021/8/5325.曲面加工路線的確定2021/8/532圖2-7曲面加工的走刀路線2021/8/533圖2-7曲面加工的走刀路線2021/8/533

2.2.8刀具的選擇選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內容和工件材料等因素。數控加工不僅要求刀具的精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩定、安裝調整方便。

1.數控車刀的選擇

數控車床兼作粗精車削。粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大吃刀量、大進給量的要求。精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。此外，為減少換刀時間和方便對刀，應盡可能采用機夾刀和機夾2021/8/5342.2.8刀具的選擇2021/8/534刀片。夾緊刀片的方式要選擇得比較合理，刀片最好選擇涂層硬質合金刀片。刀片的選擇是根據零件的材料種類、硬度、加工表面粗糙度要求和加工余量的已知條件來決定刀片的幾何結構(如刀尖圓角)、進給量、切削速度和刀片型號。具體選擇可參考相關切削用量手冊。

2.數控銑刀的選擇銑削加工選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應。在生產中加工平面零件周邊輪廓時，常采用立銑刀。2021/8/535刀片。夾緊刀片的方式要選擇得比較合理，刀片最好選擇涂層硬質合銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選鑲硬質合金的立銑刀或玉米銑刀；對一些立體形面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環形銑刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀。曲面加工時常采用球頭銑刀；但在加工曲面較平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較差，因而應采用環形刀。在單件或小批量生產中，為取代多坐標聯動機床，常采用鼓形刀或錐形刀來加工一些變斜角零件。若加鑲齒盤銑刀，適用于在五坐標聯動的數控機床上加工一些球面，其效率比用球頭銑刀高近10倍，并可獲得好的加工精度，如圖2-8所示。常用立銑刀具的有關參數，可按下述經驗數據選取。2021/8/536銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、圖2-8銑刀類型及其尺寸關系2021/8/537圖2-8銑刀類型及其尺寸關系2021/8/537(1)刀具半徑r應小于零件內輪廓面的最小曲率半徑

(，一般取r=(0.8～0.9)

。

(2)零件的加工高度H=(1/4～1/6)r，以保證刀具有足夠的剛度。

(3)對深槽孔，選取l=H+(5～10)mm。l為刀具切削部分長度，H為零件高度。

(4)加工外形及通槽時，選取l=H+re+(5～10)mm。re為刀尖轉角半徑。

(5)粗加工內輪廓面時，銑刀最大直徑D粗可按下式計算2021/8/538(1)刀具半徑r應小于零件內輪廓面的最小曲式中：D——輪廓的最小凹圓角半徑；——圓角鄰邊夾角等分線上的精加工余量；1——精加工余量；

——圓角兩鄰邊的最小夾角。(6)加工肋時，刀具直徑為D=(5～10)b(b為肋的厚度)。2021/8/539式中：2021/8/539在加工中心上，各種刀具分別安裝在刀庫上，按程序規定隨時進行選刀和換刀工作。因此，必須有一套連接普通刀具的接桿，以便使鉆、鏜、擴、鉸、銑削等工序用的標準刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。作為編程人員應了解機床上所用刀桿的結構尺寸以及調整方法、調整范圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前，我國的加工中心采用TSG工具系統，其柄部有直柄(三種規格)和錐柄(四種規格)兩類，共包括16種不同用途的刀具。2021/8/540在加工中心上，各種刀具分別安裝在刀庫上，按程

2.2.9切削用量的確定切削用量包括主軸轉速(切削速度)、背吃刀量和進給量。對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并應編入程序單內。

1.

合理選擇切削用量的原則

①粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本，通常選擇較大的背吃刀量和進給量，采用較低的切削速度；

②半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本，通常選擇較小的背吃刀量和2021/8/5412.2.9切削用量的確定2021/8/5進給量，并選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數，以盡可能提高切削速度。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊并結合經驗而定。

2.切削用量的選擇方法

(1)背吃刀量ap(mm)的選擇，亦稱切削深度。主要根據機床、夾具、刀具和工件的剛度來決定。粗加工時，背吃刀量可達8~10mm；半精加工時，背吃刀量為0.5~2mm；精加工時，則應著重考慮如何保證加工質量，并在此基礎上盡量提高生產率。在數控機床上，精加工余量可小于普通機床，一般取0.2～0.4mm。2021/8/542進給量，并選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數，以盡可能(2)主軸轉速n(r/min)主要根據允許的切削速度c(m/min)選取。式中：

vc——切削速度，根據已經選定的背吃刀量、進給量及刀具的耐用度決定；

D——工件或刀具直徑(mm)。主軸轉速n要根據計算值在機床說明書中選取標準值，并填入程序單中。2021/8/543(2)主軸轉速n(r/min)主要根據允許的切削(3)進給量(進給速度)f(mm/min或mm/r)是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件材料性質選取。最大進給量則受機床剛度和進給系統的性能限制并與脈沖當量有關。當加工精度、表面粗糙度要求高時，進給速度(進給量)應選小些，一般在20～50mm/min范圍內選取。粗加工時，為縮短切削時間，一般進給量就取得大些。工件材料較軟時，可選用較大的進給量；反之，應選較小的進給量。車、銑、鉆等加工方式下的切削用量可參考表2-2、2-3、2-4和2-5選取。2021/8/544(3)進給量(進給速度)f(mm/min或表2-2數控車削用量推薦表2021/8/545表2-2數控車削用量推薦表2021/8/545

表2-3銑刀的切削速度

(m/min)2021/8/546表表2-4銑刀進給量

(mm/每齒)2021/8/547表2-4銑刀進給量表2-5高速鋼鉆頭的切削用量(v：m/mm，f：mm/r)2021/8/548表2-5高速鋼鉆頭的切削用量(v：m/mm，2.3數控加工工藝文件數控加工工藝文件既是數控加工、產品驗收的依據，又是操作者要遵守、執行的規程，同時還為產品零件重復生產作了技術上的必要工藝資料積累和儲備。目前數控加工工藝文件尚未制定國家統一標準，各企業一般都根據本單位的特點制定了一些必要的工藝文件，主要包括數控加工工序卡、數控刀具調整單、機床調整單和零件加工程序單等。現以圖2-9所示零件加工為例作簡單介紹，以供參考。2021/8/5492.3數控加工工藝文件2021/8/549圖2-9座架零件圖樣2021/8/550圖2-9座架零件圖樣2021/8/550

1．數控加工工件安裝和零點設定卡片它應表示出數控加工零件定位方法和夾緊方法，并應標明工件零點設定位置和坐標方向、使用的夾具名稱和編號等。假設上圖座架零件的下臺階面已在其他機床上加工出，現需要在數控機床上一次裝夾后加工剩下的表面和各個孔，采用通用臺鉗作為夾具，其工件裝夾和零點設定卡如表2-6所示。2021/8/5511．數控加工工件安裝和零點設定卡片2021表2-6工件安裝和零點設定卡片2021/8/552表2-6工件安裝和零點設定卡片2021/8/552

2．工序卡由編程員根據圖紙和加工任務書編制數控加工工藝和作業內容，并反映使用的輔具、刃具和切削參數、切削液等，工序卡中應按已確定的工步順序填寫。如果在數控機床上只加工零件的一個工步時，也可不填寫工序卡。不同的數控機床，其工序卡也有差別。上述座架零件在數控機床上的加工安排是：先用端面銑刀銑出上表面，再用立銑刀銑四周側面及A、B工作面，最后用鉆頭分別鉆6個小孔和兩個大孔。填寫工序卡如表2-7所示。2021/8/5532．工序卡2021/8/553表2-7數控加工工序卡片2021/8/554表2-7數控加工工序卡片2021/8/554

3．數控刀具調整單數控刀具調整單主要包括數控刀具卡片和數控刀具明細表(簡稱刀具表)兩部分。數控加工時，對刀具的要求十分嚴格，一般要在機外對刀儀上，事先調整好刀具直徑和長度。刀具卡主要反映刀具編號、刀具結構、尾柄規格、組合件名稱代號、刀片型號和材料等，它是組裝刀具和調整刀具的依據。其格式如表2-8所示。2021/8/5553．數控刀具調整單2021/8/555表2-8數控刀具卡片2021/8/556表2-8數控刀具卡片2021/8/556表2-9數控刀具明細表2021/8/557表2-9數控刀具明細表2021/8/5574.數控加工程序單

數控加工程序單是編程人員通過對被加工零件的工藝分析，經過數值計算，按照所使用機床的編程規則編制的。是記錄數控加工工藝過程、工藝參數、位移數據的清單。2021/8/5584.數控加工程序單2021/8/5思考與練習題1．數控機床與普通機床加工的過程有什么區別？

2．數控系統主要組成部分有哪些？功用如何？

3．說說NC與CNC的區別。

4．什么是插補？試由直線的逐點比較工作節拍說明其插補過程。

5．某機床允許使用的程序格式為：N04G02X±053Y±053F32M02。試解釋其含義。

6．試區別一下手工編程和自動編程的過程以及適用場合。2021/8/559思考與練習題1．數控機床與普通機床加工的過程有7．數控機床常用的程序輸入方法有哪些？

8．華中1型數控系統的組成有什么特點？其程序傳送、存儲有何優勢？

9．MDI是什么？為什么說MDI輸入是每種數控系統不可缺少的？

10．數控加工機床按加工控制路線應分為哪幾類？其控制過程有何不同？

11．數控加工機床按使用的進給伺服系統不同應分為哪幾類？哪類的控制質量高，為什么？

12．簡要說明數控機床坐標軸的確定原則。2021/8/5607．數控機床常用的程序輸入方法有哪些？202113．試標出題圖1-1中各機床的坐標系。題圖1-12021/8/56113．試標出題圖1-1中各機床的坐標系。題圖1-12021/14．數控車床、數控銑床的機械原點和參考點之間的關系各如何？

15．試畫出表示數控機床各坐標系零點及參考點的圖形符號。

16．絕對值編程和增量值編程有什么區別？

17．數控加工工藝處理的內容有哪些？

18．數控加工的工序可有哪幾種劃分方法？

19．對刀點、換刀點指的是什么？一般應如何設置？常用刀具的刀位點怎么規定？

20．加工路線的確定應遵循哪些主要原則？2021/8/56214．數控車床、數控銑床的機械原點和參考點之21．槽形銑削有哪些方法？

22．什么是二維半坐標加工和三坐標加工？分別用于什么加工場合？

23．說說常用立銑刀具參數的確定原則。

24．粗、精加工時選用切削用量的原則有什么不同？

25．程序中常用的工藝指令有哪些？什么叫模態指令和非模態指令？

26．數控加工常用的工藝文件有哪些？2021/8/56321．槽形銑削有哪些方法？2021/8/56第2章數控編程中的工藝分析2.1概述2.2數控加工的工藝分析與工藝設計2.3數控加工工藝文件2021/8/564第2章數控編程中的工藝分析2.1概述2021/2.1概述

在數控機床上加工零件時要把被加工的全部工藝過程、工藝參數和位移數據編制成程序，加工程序就是數控機床的指令性文件。因此，數控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括切削用量、刀具參數以及機床的運動過程。同時，數控加工具有工序內容復雜、工步安排更為詳盡等特點。

2.1.1數控加工工藝的基本特征2021/8/5652.1概述在數控機床上加工零件時要把

數控加工工藝處理的主要內容有：

(1)選擇適合在數控機床上加工的零件，確定工序內容。

(2)分析被加工零件圖樣，明確加工內容和技術要求，在此基礎上確定零件的加工方案，制定數控加工工藝路線，如工序的劃分、加工順序的安排與傳統加工工序的銜接等。

(3)設計數控加工工序。如工步的劃分、零件的定位與夾具、刀具的選擇和切削用量的確定等。2.1.2數控加工工藝分析2021/8/566數控加工工藝處理的主要內容有：2.1.2數(4)調整數控加工工序的程序。如對刀點和換刀點的選擇，加工路線的確定和刀具的補償。

(5)分配數控加工中的容差。

(6)處理數控機床上部分工藝指令。2021/8/567(4)調整數控加工工序的程序。如對刀點和換

2.2.1數控機床的合理選用

1.數控機床的應用范圍

(1)多品種、小批量生產的零件或新產品試制中的零件，短期急需的零件。

(2)輪廓形狀復雜，對加工精度要求較高的零件。

(3)用普通機床加工較困難或無法加工(需昂貴的工藝裝備)的零件。

(4)價值昂貴，加工中不允許報廢的關鍵零件。2.2數控加工工藝分析與工藝設計2021/8/5682.2.1數控機床的合理選用2.2數控加工工藝一般地，數控車床適合于加工形狀比較復雜的軸類零件和由復雜曲線回轉形成的模具內型腔；立式數控銑床適合于加工平面凸輪、樣板、形狀復雜的平面或立體零件，以及模具的內、外型腔等；臥式數控銑床則適合于加工箱體、泵體和殼體類零件；多坐標聯動的加工中心還可以用于加工各種復雜的曲線、曲面、葉輪和模具等。2.把握好技術經濟尺度,選擇數控機床選擇普通機床、數控機床還是專用機床加工零件，要考慮3個方面因素。

(1)要保證被加工零件的技術要求，加工出合格的產品。2021/8/569一般地，數控車床適合于加工形狀比較復雜的軸

(2)有利于提高生產率；(3)盡可能降低生產成本。圖2-1為數控機床的定性分析。零件批量零件復雜程度a)零件復雜程度與零件批量的關系ABC專用機床普通機床數控機床綜合費用零件批量數b)零件批量數與綜合費用的關系專用機床普通機床數控機床50100圖2-1

數控機床加工范圍的定性分析2021/8/570(2)有利于提高生產率；圖2-1為數控

2.2.2數控加工零件的工藝性分析零件圖樣上的尺寸數據的給出便于編程零件圖上尺寸標注方法應適應數控加工的特點在數控加工零件圖上，應以同一基準引注尺寸或直接給出坐標尺寸。

(2)構成零件圖的幾何要素的條件應充分(如相切、相交、平行和垂直)

(3)認真分析零件的技術要求

(4)零件材料分析

2021/8/5712.2.2數控加工零件的工藝性分析零件圖2.零件的結構工藝性應符合數控加工的要求

(1)零件的內腔和外形最好采用統一的幾何類型和尺寸，這樣可以減少刀具規格和換刀次數。(2)內槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，所以內槽圓角半徑不應太小。

(3)零件銑槽底平面時，槽底圓角半徑r不要過大。

(4)應采用統一的基準定位。2021/8/5722.零件的結構工藝性應符合數控加工的要2.2.3加工方法的選擇與加工方案的確定1.加工方法的選擇加工方法的選擇應滿足加工精度和表面粗糙度的要求為原則。由于獲得同一級加工精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，在實際選擇時，要結合零件的形狀、尺寸和熱處理要求等全面考慮。表2-1為孔加工精度與加工方法之間的相互關系。

2.加工方案的確定原則零件上比較精密的尺寸及表面的加工，除了要選擇相應的加工方法，還應正確地確定從毛胚到最終成型的加工方案。2021/8/5732.2.3加工方法的選擇與加工方案的確定表2-1加工精度與加工方法(孔深/孔徑≤5)2021/8/574表2-1加工精度與加工方法(孔深/孔徑≤5)2021/2.2.4加工工序與工步的劃分

1．工序劃分的原則

(1)基面先行原則用作精基準的表面應優先加工出來，因為定位基準的表面越精確，裝夾誤差就越小。

(2)先粗后精原則各個表面的加工順序按照粗加工半精加工精加工光整加工的順序進行，逐步提高表面的加工精度。

(3)先主后次原則

(4)先面后孔原則2021/8/5752.2.4加工工序與工步的劃分1．工序劃

2．工序劃分的方法

(1)

按零件裝夾定位方式劃分工序由于每個零件結構形狀不同，各表面的技術要求也有所不同，故加工時其定位方式各有差異。一般在加工外形時，以內形定位；在加工內形時，則以外形定位。因而可根據定位方式的不同來劃分工序。如書上圖2-10所示，加工內輪廓時，以外形面定位；加工外輪廓時，以內形面定位。2021/8/5762．工序劃分的方法2021/8/513(2)按粗、精加工方式劃分根據零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先粗加工再精加工。此時，可用不同的機床或不同的刀具順次同步進行加工。對單個零件要先粗加工、半精加工，而后精加工。或者一批零件，先全部進行粗加工、半精加工，最后再進行精加工。通常在一次安裝中，不允許將零件某一部分表面粗、精加工完畢后，再加工零件的其他表面；否則，可能會在對新的表面進行大切削量加工過程中，因切削力太大而引起已精加工完成的表面變形。如書上圖2-11所示車削零件，應先切除整個零件的大部分余量，再將其表面精車一遍，以保證加工精度和表面粗糙度的要求。粗精加工之間，最好隔一段時間，以使粗加工后零件的變形能得到充分恢復，再進行精加工，以提高零件的加工精度。2021/8/577(2)按粗、精加工方式劃分2021/8/5

(3)按所用刀具劃分工序為了減少換刀次數，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件。即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然后再換另一把刀具加工其他部位。在專用數控機床和加工中心上常采用此法。2021/8/578(3)按所用刀具劃分工序2021/8/513.工步的劃分

工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。為了便于分析和描述較復雜的工序，在工序內又細分為工步，工步劃分的原則為：

(1)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加工后精加工分開進行。

(2)對既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔。

(3)按刀具劃分工步。以減少換刀次數，提高加工效率。2021/8/5793.工步的劃分工步的劃分

2.2.5零件的裝卡方法與夾具的選擇

1．安裝定位的基本原則在數控機床上加工零件時，定位安裝的基本原則與普通機床相同。也要合理選擇定位基準和夾緊方案。為提高數控機床的效率，在確定定位基準與夾緊方案時應注意下列三點：

(1)力求設計、工藝與編程計算的基準統一。

(2)盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。

(3)避免采用占機人工調整式加工方案，以充分發揮數控機床的效能。2021/8/5802.2.5零件的裝卡方法與夾具的選擇2021/8/5

2．選擇夾具的基本原則數控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要協調零件和機床坐標系的尺寸關系。除此之外，還要考慮以下幾點：

(1)當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調式夾具和其他通用夾具，以縮短生產準備時間，節省生產費用。當達到一定批量生產時才考慮用專用夾具，并力求結構簡單。

(2)零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。2021/8/5812．選擇夾具的基本原則2021/8/518(3)夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工。即夾具要開敞，其定位夾緊機構元件不能影響加工中的走刀(如產生碰撞等)。

(4)為提高數控加工的效率，批量較大的零件加工可以采用多工位、氣動或液壓夾具。此外，為提高數控加工的效率，在成批生產中，還可采用多位、多件夾具。例如，在數控銑床或立式加工中心的工作臺上，可安裝一塊與工作臺大小一樣的平板，既可用它作為大工件的基礎板，也可作多個中小工件的公共基礎板，依次加工并排裝夾的多個中小工件，如書上圖2-12所示。2021/8/582(3)夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表

2.2.6對刀點與換刀點的確定在進行數控加工編程時，往往是將整個刀具濃縮視為一個點，那就是“刀位點”。它是在刀具上用于表現刀具位置的參照點。一般來說，立銑刀、端銑刀的刀位點是刀具軸線與刀具底面的交點；球頭銑刀的刀位點為球心；鏜刀、車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭是鉆尖或鉆頭底面中心；線切割的刀位點則是線電極的軸心與零件面的交點。加入圖說明。2021/8/5832.2.6對刀點與換刀點的確定2021/8/520

對刀點（程序原點）：就是在數控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起始點。對刀操作就是要測定出在程序起點處刀具刀位點(即對刀點，也稱起刀點)相對于機床原點以及工件原點的坐標位置。如圖2-2所示，對刀點相對于機床原點為(X0，Y0)，相對于工件原點為(X1，Y1)，據此便可明確地表示出機床坐標系、工件坐標系和對刀點之間的位置關系。2021/8/584對刀點（程序原點）：就是在數控機床上加工零件圖2-2對刀點與換刀點2021/8/585圖2-2對刀點與換刀點2021/8/522

數控機床對刀時常采用千分表、對刀測頭或對刀瞄準儀進行找正對刀，具有很高的對刀精度。對有原點預置功能的CNC系統，設定好后，數控系統即將原點坐標存儲起來。即使你不小心移動了刀具的相對位置，也可很方便地令其返回到起刀點處。有的還可分別對刀后，一次預置多個原點，調用相應部位的零件加工程序時，其原點自動變換。在編程時，應正確地選擇“對刀點”的位置。其大致選擇原則是：(1)便于數學處理和簡化程序編制。(2)在機床上找正容易，加工中便于檢查。(3)引起的加工誤差小。2021/8/586數控機床對刀時常采用千分表、對刀測頭或對刀瞄

對刀點可以設置在零件、夾具上或機床上面，盡可能設在零件的設計基準或工藝基準上。對于以孔定位的零件，可以取孔的中心作為對刀點。成批生產時，為減少多次對刀帶來的誤差，常將對刀點既作為程序的起點，也作為程序的終點。

換刀點則是指加工過程中需要換刀時刀具的相對位置點。換刀點往往設在工件的外部，以能順利換刀、不碰撞工件和其他部件為準。如在銑床上，常以機床參考點為換刀點；在加工中心上，以換刀機械手的固定位置點為換刀點；在車床上，則以刀架遠離工件的行程極限點為換刀點。選取的這些點，都是便于計算的相對固定點。2021/8/587對刀點可以設置在零件、夾具上或機床上面，盡可

2.2.7加工路線的確定

1.加工路線的確定原則刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。

(1)加工方式、路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度。如銑削輪廓時，應盡量采用順銑方式，可減少機床的“顫振”，提高加工質量。

(2)盡量減少進、退刀時間和其他輔助時間，盡量使加工路線最短(如圖2-3所示)。

(3)進、退刀位置應選在不大重要的位置，并且使刀具盡量沿切線方向進、退刀，避免采用法向進、退刀和進給中途停頓而產生刀痕。2021/8/5882.2.7加工路線的確定2021/8/525

圖2-3最短加工路線的選擇

2021/8/589圖2-3最短加工路線的選擇2021/8/5262.孔加工路線的確定對點位控制機床，只要求定位精度較高，定位過程盡可能快，而刀具相對于工件的運動路線無關緊要。因此，這類機床應按空程最短來安排加工路線。但對孔位精度要求較高的孔系加工，還應注意在安排孔加工順序時，防止將機床坐標軸的反向間隙帶入而影響孔位精度。如圖2-4所示零件，若按(a)圖所示路線加工時，由于5、6孔與1、2、3、4孔定位方向相反，Y方向反向間隙會使定位誤差增加，影響5、6孔與其他孔的位置精度。按(b)圖路線，加工完4孔后往上多移動一段距離到P點，然后再折回來加工5、6孔，使方向一致，可避免引入反向間隙。2021/8/5902.孔加工路線的確定2021/8/527圖2-4孔加工路線的確定2021/8/591圖2-4孔加工路線的確定2021/8/5283.銑削平面零件的加工路線的確定

銑削平面零件時，一般采用立銑刀側刃進行切削。為減少接刀痕跡，保證零件表面質量，應對刀具的切入和切出程序精心設計。如圖2-5(a)所示，銑削外表面輪廓時，銑刀的切入、切出點應沿零件輪廓曲線的延長線上切向切入和切出零件表面，而不應沿法線方向直接切入零件，引入點選在尖點處較妥。如圖2-5(b)所示，銑削內輪廓表面時，切入和切出無法外延，這時銑刀可沿法線方向切入和切出或加引入引出弧改向，并將其切入、切出點選在零件輪廓兩幾何元素的交點處。但是，在沿法線方向切入/切出時，還應避免產生過切的可能性。2021/8/5923.銑削平面零件的加工路線的確定2021/8圖2-5銑削平面加工路線的確定2021/8/593圖2-5銑削平面加工路線的確定2021/8/530

對于槽形銑削，若為通槽，可采用行切法來回銑切，走刀換向在工件外部進行，如圖2-6(a)所示。若為封閉凹槽，可有圖示(b)、(c)、(d)三種走刀方案。圖(b)為行切法，圖(c)為環切法，圖(d)為先用行切法，最后用環切法一刀光整輪廓表面。這三種方案中，(b)圖方案最差，(d)圖方案最好。圖2-6銑槽方案4.內形腔加工路線設計2021/8/594對于槽形銑削，若為通槽，可采用行切法來回銑切5.曲面加工路線的確定對于曲面銑削，常用球頭銑刀采用“行切法”進行加工。如圖2-7所示大葉片類零件，當采用圖2-7(a)所示沿縱向來回切削的加工路線時，每次沿母線方向加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準確保證母線的直線度。當采用圖2-7(b)所示沿橫向來回切削的加工路線時，符合這類零件數據給出情況，便于加工后的檢驗，葉形準確度高，但程序較多。2021/8/5955.曲面加工路線的確定2021/8/532圖2-7曲面加工的走刀路線2021/8/596圖2-7曲面加工的走刀路線2021/8/533

2.2.8刀具的選擇選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內容和工件材料等因素。數控加工不僅要求刀具的精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩定、安裝調整方便。

1.數控車刀的選擇

數控車床兼作粗精車削。粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大吃刀量、大進給量的要求。精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。此外，為減少換刀時間和方便對刀，應盡可能采用機夾刀和機夾2021/8/5972.2.8刀具的選擇2021/8/534刀片。夾緊刀片的方式要選擇得比較合理，刀片最好選擇涂層硬質合金刀片。刀片的選擇是根據零件的材料種類、硬度、加工表面粗糙度要求和加工余量的已知條件來決定刀片的幾何結構(如刀尖圓角)、進給量、切削速度和刀片型號。具體選擇可參考相關切削用量手冊。

2.數控銑刀的選擇銑削加工選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應。在生產中加工平面零件周邊輪廓時，常采用立銑刀。2021/8/598刀片。夾緊刀片的方式要選擇得比較合理，刀片最好選擇涂層硬質合銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選鑲硬質合金的立銑刀或玉米銑刀；對一些立體形面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環形銑刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀。曲面加工時常采用球頭銑刀；但在加工曲面較平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較差，因而應采用環形刀。在單件或小批量生產中，為取代多坐標聯動機床，常采用鼓形刀或錐形刀來加工一些變斜角零件。若加鑲齒盤銑刀，適用于在五坐標聯動的數控機床上加工一些球面，其效率比用球頭銑刀高近10倍，并可獲得好的加工精度，如圖2-8所示。常用立銑刀具的有關參數，可按下述經驗數據選取。2021/8/599銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、圖2-8銑刀類型及其尺寸關系2021/8/5100圖2-8銑刀類型及其尺寸關系2021/8/537(1)刀具半徑r應小于零件內輪廓面的最小曲率半徑

(，一般取r=(0.8～0.9)

。

(2)零件的加工高度H=(1/4～1/6)r，以保證刀具有足夠的剛度。

(3)對深槽孔，選取l=H+(5～10)mm。l為刀具切削部分長度，H為零件高度。

(4)加工外形及通槽時，選取l=H+re+(5～10)mm。re為刀尖轉角半徑。

(5)粗加工內輪廓面時，銑刀最大直徑D粗可按下式計算2021/8/5101(1)刀具半徑r應小于零件內輪廓面的最小曲式中：D——輪廓的最小凹圓角半徑；——圓角鄰邊夾角等分線上的精加工余量；1——精加工余量；

——圓角兩鄰邊的最小夾角。(6)加工肋時，刀具直徑為D=(5～10)b(b為肋的厚度)。2021/8/5102式中：2021/8/539在加工中心上，各種刀具分別安裝在刀庫上，按程序規定隨時進行選刀和換刀工作。因此，必須有一套連接普通刀具的接桿，以便使鉆、鏜、擴、鉸、銑削等工序用的標準刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。作為編程人員應了解機床上所用刀桿的結構尺寸以及調整方法、調整范圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前，我國的加工中心采用TSG工具系統，其柄部有直柄(三種規格)和錐柄(四種規格)兩類，共包括16種不同用途的刀具。2021/8/5103在加工中心上，各種刀具分別安裝在刀庫上，按程

2.2.9切削用量的確定切削用量包括主軸轉速(切削速度)、背吃刀量和進給量。對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并應編入程序單內。

1.

合理選擇切削用量的原則

①粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本，通常選擇較大的背吃刀量和進給量，采用較低的切削速度；

②半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本，通常選擇較小的背吃刀量和2021/8/51042.2.9切削用量的確定2021/8/5進給量，并選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數，以盡可能提高切削速度。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊并結合經驗而定。

2.切削用量的選擇方法

(1)背吃刀量ap(mm)的選擇，亦稱切削深度。主要根據機床、夾具、刀具和工件的剛度來決定。粗加工時，背吃刀量可達8~10mm；半精加工時，背吃刀量為0.5~2mm；精加工時，則應著重考慮如何保證加工質量，并在此基礎上盡量提高生產率。在數控機床上，精加工余量可小于普通機床，一般取0.2～0.4mm。2021/8/5105進給量，并選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數，以盡可能(2)主軸轉速n(r/min)主要根據允許的切削速度c(m/min)選取。式中：

vc——切削速度，根據已經選定的背吃刀量、進給量及刀具的耐用度決定；

D——工件或刀具直徑(mm)。主軸轉速n要根據計算值在機床說明書中選取標準值，并填入程序單中。2021/8/5106(2)主軸轉速n(r/min)主要根據允許的切削(3)進給量(進給速度)f(mm/min或mm/r)是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件材料性質選取。最大進給量則受機床剛度和進給系統的性能限制并與脈沖當量有關。當加工精度、表面粗糙度要求高時，進給速度(進給量)應選小些，一般在20～50mm/min范圍內選取。粗加工時，為縮短切削時間，一般進給量就取得大些。工件材料較軟時，可選用較大的進給量；反之，應選較小的進給量。車、銑、鉆等加工方式下的切削用量可參考表2-2、2-3、2-4和2-5選取。2021/8/5107(3)進給量(進給速度)f(mm/min或表2-2數控車削用量推薦表2021/8/5108表2-2數控車削用量推薦表2021/8/545

表2-3銑刀的切削速度

(m/min)2021/8/5109表表2-4銑刀進給量

(mm/每齒)2021/8/5110表2-4銑刀進給量表2-5