1、一、数控机床概述（一）数控机床的产生与发展1数控机床的产生 1952年美国帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构实验室合作研制成功世界上第一台三坐标数控立式铣床，用它来加工直升机叶片轮廓检查用样板。这是一台采用专用计算机进行运算与控制的直线插补轮廓控制数控机床，专用计算机采用电子管元件，逻辑运算控制采用硬件联结的电路。1955年，这类机床进入实用阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要作用，这就是第一代数控系统。之后随着自动控制技术、微电子技术、计算机技术、精密测量技术及机械制造技术的迅速发展，数控机床经历了晶体管，中、小规模集成电路，大规模集成电路以及微机时代。2.数控机床的基本概念1)数控技术数控技术
2、,简称数控（Numerical ControlNC）是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控（Computer Numerical ControlCNC）。1)数控系统为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的硬件和软件。用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统。1)数控机床采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床。它是一种综合应用了计算机技术、自动化技术、精密测量技术、和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。机床控制也是数控技术应用最早、最广泛的领域，数控机床的水
3、平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。3数控机床的发展（1）高速化提高生产率是机床技术追求的基本目标之一。数控机床高速化可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度，对制造业实现高效率、高精度、低成本生产具有广泛的适用性。（2）高精度现代科学的发展，新材料及新零件的出现，对精密加工技术不断提出新的要求，提高加工精度，发展新型超精密加工机床，完善精密加工技术，以适应现代科技的发展，是现代数控机床的发展方向之一。（3）高柔性柔性即适应性，采用柔性自动化设备或系统，是提高加工精度和效率，缩短生产周期，适应市场变化需求和提高竞争能力的
4、有效手段。数控机床在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化发展。如出现可编程控制器控制的可调组合机床、数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心、数控三坐标动力单元等具有柔性的高效加工设备、柔性加工单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）以及介于传统自动线与柔性制造系统之间的柔性制造线（FTL）。（4）高度智能化随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展，为适应制造业生产柔性化、自动化发展需要，智能化正成为数控设备研究及发展的热点，它不仅贯穿在生产加工的全过程，还贯穿在产品的售后服务和维修中目前采取的主要技术措施包括以下几个方面。1）自适应控制技术。2）专家系统技术。3）故障自诊断、自修复技术
5、。4）智能化交流伺服技术。5）模式识别技术、应用图像识别和声控技术。6）网络化。7）开放式体系结构。（二）数控机床的工作原理及基本组成1数控机床的工作原理用数控机床加工零件时，首先应将加工零件的几何信息和工艺信息编制成加工程序，由输入部分送入数控装置，经过数控装置的处理、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊地工作，从而加工出零件。2数控机床的组成数控机床主要由输入输出装置、数控装置、伺服系统、检测和反馈装置组成。（1）输入/输出装置数控机床工作时，不需人
6、参与直接操作，但人的意图又必须参与，所以人和数控机床之间必须建立某种联系，这种联系需通过输入/输出装置来完成。（2）数控装置数控装置又称为数控系统的“大脑”，它是数控机床的中枢，用来接受并处理输入介质的信息，并将代码加以识别，存储、运算，并输出相应的脉冲信号，并反把这些信号传给放大驱动伺服和系统。数控装置由输入/出接口，运算器、内部存储器、输出接口组成。（3）伺服系统伺服系统是数控装置与机床本体间的电传动联系环节，也是数控系统的执行部分。伺服系统包括驱动和执行机构两大部分,伺服系统把从数控装置输入的脉冲信号通过放大和驱动使机床运动部件运动或使执行机构完成相应动作。伺服系统可分为开环伺服系统、闭
7、环伺服系统和半闭环伺服系统。（4）检测和反馈装置检测和反馈装置的作用是检测位移和速度，将反馈信号发送到数控装置。数控机床的加工精度主要是由检测反馈装置的精度决定的。检测反馈装置具体可分为增量式与绝对式、数字式与模拟式。常用的检测反馈装置元件有：旋转变压器、感应同步器、光电编码器、光栅、磁栅等。不同的数控机床，根据不同的工作环境和不同的检测要求，应采用不同的检测方式。1按工艺用途分类数控机床按工艺用途可分为普通数控机床、加工中心、特种加工数控机床。（1）普通数控机床普通数控机床是与传统的普通机床工艺可行性相似的各种数控机床的统称。如果从使用角度考虑并按机床加工特性，又可分为数控车床、数控铣床、数
8、控刨床、数控磨床、数控钻床等。如进一步分析机床的结构等因素，还能进行更细的分类。例如，普通数控车床还可分为卧式、立式、卡盘式和顶尖式数控车床等。（2）加工中心数控加工中心机床简称加工中心，是带有刀库和自动换刀装置，并具有多种工艺手段的数控机床，其典型是镗铣加工、车铣加工中心加工中心设置有刀库和相应的换刀机构，其刀库中可存放几把至几百把不同类型的刀具或检测用工具，这些刀具或检测用具在加工过程中通过加工程序可自动进行选用及更换。（3）数控特种加工机床特种数控机床是通过特殊的数控装置并自动进行特种加工的机床，其特种加工的含义主要是指加工手段特殊，零件的加工部位特殊，加工的工艺性能要求特殊等。常见的特
9、种数控机床有：数控线切割机床，数控激光加工机床、数控电脉冲等。2按运动方式分类（1）点位控制系统点位控制数控机床的机械运动实现点到点的准确定位控制，而对其点到点之间的运动轨迹不作严格要求的系统，为减少移动部件的运动与定位时间，一般先以快速移动到终点附近位置，然后以低速准确移动到终点定位位置，以保证良好的定位精度，定位运动的过程中刀具不进行切削（2）点位直线控制系统 点位直线控制系统是指数控系统不公控制刀具或或工作台从一个点准确地移动到另一个点，而且保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统。移动部件在移动过程中可进行切削（3）轮廓控制系统轮廓控制系统也称为连续控制系统，是指数控系统能够对两个
10、或两个以上的坐标轴同时进行严格连续控制的系统。它不仅能控制移动部件从一个点准确地移动到另一个点，而且还能控制整个加工过程每一点的速度与位移量，将零件加工成一定轮廓形状3按控制方式分类（1）开环控制系统开环控制系统一般又称为步进电机驱动系统，它的主要特征是系统内没有位置检测反馈装置。（2）半闭环控制系统半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角度位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入的指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，差值消除为止的控制系统。（3）闭环控制系统图19所示为闭环控制系统框图，闭环控
11、制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除才停止移动，达到精确定位的控制系统。一、刀具系统（一）加工中心刀具的基本特点（1）刀片和刀柄高度的通用化、规则化、系列化；（2）刀片和刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化；（3）刀片或刀具材料及切削参数须与被加工工件的材料相匹配；（4）刀片或刀具的耐用度高，加工刚性好；（5）刀片及刀柄的定位基准精度高，刀柄对机床主轴的相对位置要求也较高；（6）刀柄须有较高的强度、刚度和耐磨性，刀柄及刀具系统的重量不能超标；（7）刀柄
12、的转位、拆装和重复定位精度要求高。（二）加工中心用刀具材料1常用刀具材料常用的数控刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石等。其中，高速钢、硬质合金和涂层硬质合金在数控铣削刀具中应用最广。高速钢是指加了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢，其常用的牌号有W18Cr4V、W14Cr4VCo5和W6Mo5Cr4V2等。硬质合金分成钨钴（K）类、钨钛钴（P）类、钨钛钽钴（M）类等。常用刀具牌号有YG3、YG6、YG8、YT5、YT15、YT30、YW1、YW2等。涂层硬质合金是在普通硬质合金的基体上通过“涂镀”新工艺而得到的，使得其耐磨、耐热和耐腐蚀性能得到大大提高
13、。陶瓷材料是含有金属氧化物或氮化物的无机非金属材料，该材料具有很高的硬度和耐磨性，很强的耐高温性和较低的摩擦系数。立方氮化硼及金刚石材料具有极高的硬度和耐磨性，分别适用于精加工各种淬硬钢及高速精加工钛或铝合金工件，但不宜承受冲击和低速切削，也不宜加工软金属，且价格较高。2刀具材料性能比较（三）加工中心用刀具的种类加工中心的刀具种类很多，根据刀具的加工用途，其刀具可分为轮廓类加工刀具和孔类加工刀具等几种类型。1.轮廓类加工刀具轮廓类加工刀具主要有面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀和成形铣刀等。（1）面铣刀（2）立铣刀（3）键槽铣刀 圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延伸至中心，既像立铣刀，又像钻头。
14、加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=222mm，锥柄键槽铣刀直径d=1450mm。键槽铣刀直径的精度要求较高，其偏差有e8和d8两种。键槽铣刀重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。（4）模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀(圆锥半角/2=3、5、7、10)、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。模具铣刀中（5）成型铣刀和鼓形铣刀鼓形铣刀的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。该刀具主要用于斜角平面和变斜角平面的加工。这种刀具的缺点是刃磨困难，切削条件差，而且不适于加
15、工有底的轮廓表面。成形铣刀为特定的工件或加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或台等。2孔类加工刀具孔类加工刀具主要有钻头、铰刀、镗刀等。(1)钻头（2）铰刀加工中心大多采用通用标准铰刀进行铰孔。此外，还使用机夹硬质合金刀片单刃铰刀和浮动铰刀等。铰孔的加工精度可达1T6IT9级、表面粗糙度Ra可达0.81.6m。(3)镗孔刀具镗孔所用刀具为镗刀。镗刀种类很多，按加工精度可分为粗镗刀和精镗刀。此外，镗刀按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。1）粗镗刀2）精镗刀3）双刃镗刀（4）镗孔刀刀头（四）加工中心用刀柄系统1刀柄2拉钉ISO或GB规定了A型和B型两种形式的拉钉，其中A型拉钉用于不带钢
16、球的拉紧装置，而B型拉钉用于带钢球的拉紧装置。刀柄及拉钉的具体尺寸可查阅有关标准的规定。3弹簧夹头及中间模块中间模块（1-30）是刀柄和刀具之间的中间连接装置，通过中间模块的使用，提高了刀柄的通用性能。例如，镗刀、丝锥与刀柄的连接就经常使用中间模块。（五）加工中心对刀及对刀装置简介1对刀的定义在加工中心上加工零件，由于工件在机床上的安装位置是任意的，要正确执行加工程序，必须确定工件在机床坐标系中的确切位置。加工中心的对刀就是指用于找出工件坐标系与机床坐标系空间关系的操作过程。简单地说，对刀就是告诉机床工件装机床工作台的什么地方。为了保证工件的加工精度要求，对刀位置应尽量选在零件的设计基准或工艺
17、基准上。如以零件上孔的中心点或两条相互垂直的轮廓边的交点作为对刀位置，但对这些对刀位置应提出相应的精度要求，并在对刀以前准备好。2对刀器和对刀仪对刀器（或找正器）是用于测定刀具与工件的相对位置仪器。常用的对刀器具有：对刀量块（芯棒），电子式对刀器（图1-31b,电子式寻边器），机械式找正器（图1-31a,机械偏心式寻边器；图1-31c,机械式Z向对刀器）等。二、夹具系统1数控机床夹具的组成3122数控机床夹具的基本要求（1）精度和刚度要求数控机床具有多型面连续加工的特点，所以对数控机床夹具的精度和刚度有要求也同样比一般机床要高，这样可以减少工件在夹具上的定位和夹紧误差以及粗加工的变形误差。（2
18、）定位要求工件相对夹具一般应完全定位，且工件的基准相对于机床坐标系原点应具有严格的确定位置，以满足刀具相对于工件正确运动的要求。同时，夹具在机床上也应完全定位，夹具上的每个定位面相对于数控机床的坐标系原点均应有精确的坐标尺寸，以满足数控机床简化定位和安装的要求。（3）敞开性要求数控机床加工为刀具自动进给加工。夹具及工件应为刀具的快速移动和换刀等快速动作提供较宽敞的运行空间。尤其对于需多次进出工件的多刀、多工序加工，夹具的结构更应尽量简单、开敞，使刀具容易进入，以防刀具运动中与夹具工件系统相碰撞。此外，夹具的敞开性还体现排屑通畅，清除切屑方便（4）快速装夹要求 为适应高效、自动化加工的需要，夹具
19、结构应适应快速装夹的需要，以尽量减少工件装夹辅助时间，提高机床切削运转利用率3机床夹具的分类（1）通用夹具数控车床和卡盘、顶尖和数控铣床上的平口钳、分度头等均属于通用夹具。这类夹具已实现了标准化。其特点是通用性强、结构简单，装夹工件时无需调整或稍加调整即可，主要用于单件小批量生产。（2）专用夹具专用夹具是专为某个零件的某道工序设计的。其特点是结构紧凑，操作迅速方便。但这类夹具的设计和制造的工作量大、周期长、投资大，只有在大批大量生产中才能充分发挥它的经济效益。专用夹具有结构可调式和结构不可调式两种类型。（3）成组夹具成组夹具是随着成组加工技术的发展而产生的。它是根据成组加工工艺，把工件按形状尺
20、寸和工艺的共性分组，针对每组相近工件而专门设计的。其特点是使用对象明确、结构紧凑和调整方便。（4）组合夹具组合夹具是由一套预先制造好的标准元件组装而成的专用夹具。它具有专用夹具的优点，用完后可拆卸存放，从而缩短了生产准备周期，减少了加工成本。因此，组合夹具既适用于单件及中、小批量生产，又适用于大批量生产。三、单件、小批量工件的装夹与校正（实操部分）1平口钳和压板及其装夹与校正（1）平口钳与压板对于大型工件，无法采用平口钳或其他夹具装夹时，可直接采用压板(图1-34)进行装夹。加工中心压板通常采用T形螺母与螺栓的夹夹紧方式。（2）装夹与校正找正时，将百分表用磁性表座固定（图1-36）在主轴上，百
21、分表触头接触工件，在前后或左右方向移动主轴，从而找正工件上下平面与工作台面的平行度。同样在侧平面内移动主轴，找正工件侧面与轴进给方向的平行度。如果不平行，则可用铜棒轻敲工件或垫塞尺的办法进行纠正，然后再重新进行找正。平口钳钳口的找正方法类似于工件装夹后的找正方法，首先将百分表用磁性表座固定在主轴上，百分表触头接触钳口，沿平行于钳口方向移动主轴（图1-37），根据百分表读数用铜棒轻敲平口钳进行调整，以保证钳口与主轴移动方向平行或垂直。（3）长方体类零件工件坐标系的设定各位教师根据自己的常用方式自行讲解。2卡盘和分度头及其装夹与找正(1)卡盘和分度头许多机械零件，如花键、离合器、齿轮等零件在加工中
22、心上加工时，常采用分度头分度的办法来等分每一个齿槽，从而加工出合格的零件。分度头是数控铣床或普通铣床的主要部件。在机械加工中，常用的分度头有万能分度头（图1-39a）、简单分度头（图1-39b）（2）装夹与校正在加工中心上使用卡盘时，通常用压板将卡盘压紧在工作台面上，使卡盘轴心线与主轴平行。分度头装夹工件（工件横放）的找正方法如图1-41所示，首先，分别在A点和B点处前后移动百分表，调整工件，保证两处百分表的最大读数相等，以找正工件与工作台面的平行度；其次，找正工件侧母线与工件进给方向平行。百分表百分表一、数控加工工艺概述（一）数控加工1数控加工的定义数控加工是指在数控机床上进行自动加工零件的
23、一种工艺方法。数控加工的实质是：数控机床按照事先编制好的加工程序并通过数字控制过程，自动地对零件进行加工。2数控加工的内容加工图样加工方案选择刀具加工路线刀具对刀试运行、试切削零件加工零件验收工件装夹设计加工程序通用夹具特殊夹具刀具选择刀具安装数值计算切削用量工件找正程序编制控制介质手工输入参数设定程序校核(1)分析图样，确定加工方案 对所要加工的零件进行技术要求分析，选择合适的加工方案，再根据加工方案选择合适的数控加工机床。(2)工件的定位与装夹 根据零件的加工要求，选择合理的定位基准，并根据零件批量、精度及加工成本选择合适的夹具，完成工件的装夹与找正。(3)刀具的选择与安装 根据零件的加工
24、工艺性与结构工艺性，选择合适的刀具材料与刀具种类，并完成刀具的安装与对刀，并将对刀所得参数正确设定在数控系统中。(4)编制数控加工程序 根据零件的加工要求，对零件进编程，并经初步校验后将这些程序通过控制介质或手动方式输入机床数控系统。(5)试切削、试运行并校验数控加工程序 对所输入的程序进行试运行，并进行首件的试切削。试切削一方面用来对加工程序进行最后的校验，另一方面用来校验工件的加工精度。(6)数控加工 当试切的首件经检验合格并确认加工程序正确无误后，便可进入数控加工阶段。(7)工件的验收与质量误差分析 工件入库前，先进行工件的检验，并通过质量分析，找出误差产生的原因，得出纠正误差的方法。3
25、数控加工的特点（1）零件的加工精度高 数控机床在整体设计中考虑了整机刚度和零件的制造精度，又采用高精度的滚珠丝杠传动副，机床的定位精度和重复定位精度很高。特别是有的数控机床具有过程自动监测和误差补偿功能，从而保证了各项加工精度。（2）产品质量一致性好 在数控加工过程中，人为操作因素对加工质量影响较小。当加工条件（夹具、装夹、刀具等）不变时，数控机床所加工出产品的一致性程度高。（3）生产效率高 数控机床在一次装夹中可完成多表面的加工，从而减少了重复装夹过程中的划线、找正及检测等辅助工作时间，从而大大提高了加工效率。（4）加工范围广 数控机床除适合各种普通直纹表面加工外，还比较适合加工复杂的回转表
26、面和空间曲面。（5）有利于实现计算机辅助制造 在目前的机械制造业中，计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）技术已经被广泛应用，数控机床及其加工技术正是计算机辅助设计/制造技术的基础。（6）初始投资大，加工成本高 数控机床及机床附件的价格一般是普通机床的若干倍。因此，初期的投资较大；另外，加工首件时，要进行编程、调试程序和试加工，加工时间较长。因此，首件或单件的加工成本较高。但随着加工批量的增加，零件的加工成本将大大降低。4数控加工零件的选择（1）适合类根据数控加工的特点并综合数控加工的经济效益，数控机床通常比较适宜加工具有以下特点的零件：1）多品种，小批量生产的零件或新产品试制的零件；2）轮廓
27、形状复杂，对加工精度要求较高的零件；3）用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备（工具、夹具和模具）的零件；4）需要多次改型的零件；5）价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件；6）需要最短生产周期的急需零件。（2）不适合类采用数控机床加工以下几类零件，其生产率和经济性无明显改善，甚至可能得不偿失。因此，此类零件不适宜在数控机床上进行加工。1）生产批量大的零件（不排除其中个别工序采用数控加工）；2）装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；3）加工余量极不稳定且数控机床无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件；4）必须用特定的工艺装备协调加工的零件。（二）数控加工的加工工艺1数控加工工艺的基本
28、特点（1）工艺内容明确而具体数控加工工艺与普通加工工艺相比，在工艺文件的内容上和格式上都有了很大的区别。许多在普通加工工艺中不必考虑而由操作人员在操作过程中灵活掌握并调整的问题（如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线的确定等），在编制数控加工工艺文件时必须详细列出。（2）数控加工工艺的工作要求准确而严密数控机床虽然自动化程度高，但自适应性差，它不能像普通加工时那样可以根据加工过程中出现的问题自由地进行人为的调整。所以，数控加工的工艺文件必须保证加工过程中的每一细节准确无误。（3）采用先进的工艺装备为了满足数控加工中高质量、高效率和高柔性的要求，数控加工中广泛采用先进的数控刀具、组合刀具等
29、工艺装备。（4）采用工序集中数控加工大多采用工序集中的原则来安排加工工序，从而缩短了生产周期，减少了设备的投入，提高了经济效率。2数控加工工艺分析的主要内容数控加工工艺分析的主要内容包括以下几个方面：（1）选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容；（2）分析被加工零件的图样，确定加工内容和技术要求；（3）确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线（如划分工步、安排加工顺序、选取刀/辅具及确定切削用量等）；（4）加工工序设计（如选取零件的定基准，夹具方案的确定、划分工步、选取刀辅具、确定切削用量等）。（5）数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定加工路线。（6）分配数控加工中
30、的容差。（7）处理数控机床上的部分工艺指令。一、数控加工对象1数控铣加工对象数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需要25坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。根据数控铣床的特点，从铣削加工角度考虑，适合数控铣削的主要加工对象有以下几类（1）平面类零件 加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件(图22)。该类零件的特点是各个加工面是平面，或可以展开成平面。（2）变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角零件（3）曲面类零件加工面为空间曲面的零件（如模具、叶片、螺
31、旋桨等）称为曲面类零件2加工中心加工对象（1）既有平面又有孔系的零件既有平面又有孔系的零件主要是指箱体类零件和盘、套、板类零件。加工这类零件时，最好采用加工中心在一次安装中完成零件上平面的铣削、孔系的钻削、镗削、铰削、铣削及攻螺纹等多工步加工，以保证该类零件各加工表面间的相互位置精度。1)箱体类零件 箱体类零件（图2-5a）一般都要进行多工位孔系及平面加工，精度要求较高，特别是形状精度和位置精度要求较严格。2)盘、套、板类零件 这类零件（2-5b）端面上有平面、曲面和孔系，径向也常分布一些径向孔。（2）结构形状复杂、普通机床难加工的零件1)凸轮类 2)整体叶轮类 3)模具类（3）外形不规则的异
32、形零件异形零件是指支架（图2-7）、拨叉类外形不规则的零件，大多要点、线、面多工位混合加工。由于外形不规则，在普通机床上只能采取工序分散的原则加工，需用工装较多，周期较长。利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，可以完成大部分甚至全部工序内容（4）其他类零件二、常用数控加工方法的选择1孔加工方法的选择2平面类轮廓加工方法的选择（1）平面轮廓加工（2）固定斜角平面加工（3）变斜角平面加工1）对于曲率变化较小的变斜角面，采用主轴可摆动的四轴联动加工中心进行加工。加工时，保证刀具与零件变斜角平面始终贴合。2）对于曲率变化较大的变斜角面，可采用五轴联动加工中心以圆弧插补方式摆角加工。3）采用类似于
33、图2-9d所示的分层铣削加工方式。3曲面类轮廓加工方法的选择（1）规则公式曲面（如球面、椭球面等）数控铣削加工时，多采用球头铣刀，以“行切法”进行两轴半或三轴联动加工（类似于图2-9d）。编程方法选用手工宏程序编程或自动编程。（2）不规则曲面数控铣削加工时，通常采用“行切法”或“环切法”（后叙）等多种切削方法进行三轴（四轴或五轴）联动加工。编程方法宜选用自动编程。三、零件结构工艺性分析1零件图样尺寸的正确标注由于数控加工程序是以准确的坐标点为基础进行编制的。因此，各图形的几何要素的相互关系庆明确；各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。2保证基准统一在数控加
34、工零件图样上，最好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高设置的一致性方面带来了方便。3零件各加工部位的结构工艺性零件各加工部位的结构工艺性的要求如下：（1）零件的内腔与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，从而简化编程并提高生产率。（2）轮廓最小内圆弧或外轮廓的内凹圆弧的半径R限制了刀具的直径。（3）铣削槽底平面时，槽底圆角半径r（图2-11）不能过大。圆角半径r越大，铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径d=D-2r（D为铣刀直径）越小，加工平面的能力就越差，效率越差，工艺
35、性也越差。4分析零件的变形情况对于零件在数控铣加工过程中的变形问题，可在加工前采取适当的热处理工艺（如调质、退火等）来解决，也可采取粗、精加工分开或对称去余量等常规方法来解决。5毛坯结构工艺性对于毛坯的结构工艺性要求，首先应考虑毛坯的加工余量应充足和尽量均匀；其次应考虑毛坯在加工时定位与装夹的可靠性和方便性，以便在一次安装过程中加工出尽量多的表面。四、加工中心加工工艺路线的拟定（一）加工顺序的安排1加工顺序安排原则（1）基准面先行原则 用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。（2）先粗后精原则 各个表面的加工顺序按照粗加工半精加工精加工精密加工的顺序依次进行，
36、逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。（3）先主后次原则 （4）先面后孔原则2工序的划分（1）工序的定义工序是工艺过程的基本单元。它是一个（或一组）工人在一个工作地点，对一个（或同时几个）工件连续完成的那一部分加工过程。划分工序的要点是工人、工件及工作地点三不变并加工连续完成。（2）工序划分原则在数控铣床、加工中心上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序，划分方法如下。1)工序集中原则 工序集中原则是指每道工序包括尽可能多的加工内容，从而使工序的总数减少。采用工序集中原则有利于保证加工精度（特别是位置精度）、提高生产效率、缩短生产周期和减少机床数量，但专用设备和工艺装备投资大、调整维修比较麻
37、烦、生产准备周期较长，不利于转产。2)工序分散原则 工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。采用工序分散原则有利于调整和维修加工设备和工艺装备、选择合理的切削用量且转产容易；但工艺路线较长，所需设备及工人人数多，占地面积大。（3）工序划分的方法1)按所用刀具划分 以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于工件的待加工表面较多，机床连续工作时间较长，加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心常用这种方法划分。2)按安装次数划分 以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适用于工件的加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。3)按
38、粗、精加工划分 即粗加工中完成的那部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件、焊接件或锻件。4)按加工部位划分 即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点(如内形、外形、曲面和平面等)划分成多道工序。3工步的划分（1）工步的定义工步是指在一次装夹中，加工表面、切削刀具和切削用量都不变的情况下所进行的那部分加工。划分工步的要点是工件表面、切削刀具和切削用量三不变。同一工步中可能有几次走刀。（2）工步划分的方法通常情况下，可分别按粗、精加工分开、先面后孔的加工
39、方法和切削刀具来划分工步。在划分工步时，要根据零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。（二）加工路线的确定1.加工路线的确定原则 1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。2)使数值计算简便，以减少编程工作量。3)应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。4）加工路线还应根据工件的加工余量和机床、刀具的刚度等具体情况确定。2.孔加工路线（1）孔加工导入量（2）孔加工超越量（3）相互位置精度高的孔系的加工路线对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，避免将坐标轴的反向间隙带入，影响位置精度。3轮廓铣削加工路线（1）切入、切出方法选择采用立铣刀侧
40、刃铣削轮廓类零件时，为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出铣削内轮廓表面时，如果切入和切出无法外延，切入与切出应尽量采用圆弧过渡（2）凹槽切削方法选择加工凹槽切削方法有三种，即行切法（图2-17a）、环切法（图2-17b）和先行切最后环切法（图2-17c）。三种方案中，a图方案最差；c图方案最好。切线切入ABCD a)b)c)4曲面加工路线1）两轴半联动行切法加工2）三轴联动行切法加工；3）多轴（四轴或五轴）联动加工。5顺铣与逆铣根据刀具的旋转方向和工件的进给方向间的相互关系，数控铣削分为顺铣和逆铣两种。逆铣是指刀具的切削速度方向与工件的移
41、动方向相反顺铣是指刀具的切削速度方向与工件的移动方向相同VVff顺铣逆铣a)b)一、机床坐标系1机床坐标系的定义在数控机床上加工零件，机床的动作是由数控系统发出的指令来控制的。为了确定机床的运动方向和移动距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就叫机床坐标系，也叫标准坐标系。2机床坐标系中的规定数控铣床的加工动作主要分刀具的动作和工件的动作两部分，因此，在确定机床坐标系的方向时规定：永远假定刀具相对于静止的工件而运动。对于机床坐标系的方向，均将增大工件和刀具间距离的方向确定为正方向。3机床坐标系的方向（1）Z坐标方向Z坐标的运动由传递切削力的主轴所决定，不管哪种机床与主轴轴线平行的坐标轴即
42、为Z轴。根据坐标系正方向的确定原则，在钻、镗、铣加工中，钻入或镗入工件的方向为Z轴的负方向。（2）X坐标方向（3）Y坐标方向（4）旋转轴方向旋转运动A、B、C相对应表示其轴线平行于X、Y、Z坐标轴的旋转运动。A、B、C正方向，相应地表示在X、Y、Z坐标正方向上按照右旋旋进的方向。4机床原点与机床参考点（1）机床原点机床原点（亦称为机床零点）是机床上设置的一个固定的点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已调整好，一般情况下不允许用户进行更改，因此它是一个固定的点。机床原点是数控机床进行加工运动的基准参考点，数控铣床（加工中心）的机床原点一般设在刀具远离工件的极限点处，即坐标正方向的极限点
43、处，并由机械挡块来确定其具体的位置。（2）机床参考点机床参考点是数控机床上一个特殊位置的点,通常，第一参考点一般位于靠近机床零点的位置,并由机械挡块来确定其具体的位置。机床参考点与机床原点的距离由系统参数设定,其值可以是零,如果其值为零则表示机床参考点和机床零点重合。二、工件坐标系1工件坐标系机床坐标系的建立保证了刀具在机床上的正确运动。但是，由于加工程序的编制通常是针对某一工件，根据零件图纸进行的，为了便于尺寸计算、检查，加工程序的坐标原点一般都与零件图纸的尺寸基准相一致。这种针对某一工件，根据零件图纸建立的坐标系称为工件坐标系（亦称编程坐标系）。2工件坐标系原点工件坐标系原点亦称编程坐标系
44、原点，该点是指工件装夹完成后，选择工件上的某一点作为编程或工件加工的原点。3工件坐标系原点的选择工件坐标系原点的选择原则如下：（1）工件坐标系原点应选在零件图的尺寸基准上，以便于坐标值的计算，减少错误。（2）工件坐标系原点应尽量选在精度较高的工件表面，以提高被加工零件的加工精度。（3）Z轴方向上的工件坐标系原点，一般取在工件的上表面。（4）当工件对称时，一般以工件的对称中心作为XY平面的原点，如图3-4a所示。（5）当工件不对称时，一般取工件其中的一个垂直交角处作为工件原点，如图3-4b所示。三、数控编程的定义为了使数控机床能根据零件加工的要求进行动作，必须将这些要求以机床数控系统能识别的指令
45、形式告知数控系统，这种数控系统可以识别的指令称为程序，制作程序的过程称为数控编程。四、数控编程的步骤编程步骤如图3-5所示，主要有以下几个方面的内容：分析图样确定加工工艺数值计算编写程序单制作控制介质校验程序零件图样数控机床五、数控编程的分类数控编程可分为手工编程和自动编程两种。1手工编程手工编程是指所有编制加工程序的全过程，即图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序校验都是由手工来完成。手工编程无需要计算机、编程器、编程软件等辅助设备，只需要有合格的编程人员即可完成。手工编程具有编程快速及时的优点，但其缺点是不能进行复杂曲面的编程。手工编程比较适合批量较大、形状简单、计算
46、方便、轮廓由直线或圆弧组成的零件的加工。对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线、及曲面的零件，采用手工编程则比较困难，最好采用自动编程的方法进行编程。2自动编程自动编程是指用计算机编制数控加工程序的过程。自动编程的优点是效率高，程序正确性好。自动编程由计算机代替人完成复杂的坐标计算和书写程序单的工作，它可以解决许多手工编制无法完成的复杂零件编程难题，但其缺点是必须具备自动编程系统或编程软件。自动编程较适合于形状复杂零件的加工程序编制，如：模具加工、多轴联动加工等场合。六、数控代码（一）模态代码与非模态代码所谓模态指令（代码）是指某一代码一经指定就一直有效，直至后面程序段中使用了同组的
47、代码才能取代它。而非模态代码只在指定的本程序段中有效。（二）数控代码种类七、程序格式与结构1加工程序的格式每一种数控系统，根据系统本身的特点与编程的需要，都规定有一定的程序格式。对于不同的机床，其程序格式也不同。因此，编程人员必须严格按照机床（系统）说明书规定的格式进行编程。但加工程序的基本格式却是相同的。（1）程序的组成一个完整的程序由开始部分、内容部分和结束部分组成2程序段的组成(1)程序段的基本格式程序段是数控加工程序中的一条语句。一个数控加工程序是若干个程序段组成的。程序段是程序的基本组成部分，每个程序段由若干个地址字构成，而地址字又由表示地址的英文字母、特殊文字和数字构成。如X30、
48、G41等。(2)程序段号与程序段结束程序段由程序段号N开始，以程序段结束标记“CR（或LF）”结束，实际使用时，常用符号“；”或“”表示“CR（或LF）”，本书中一律以符号“；”表示程序段结束。(3)程序的斜杠跳跃有时，在程序段的前面编有“/”符号，该符号称为斜杠跳跃符号，该程序段称为可跳跃程序段。如下列程序段：/N10 G00 X100.0;这样的程序段，可以由操作者对程序段和执行情况进行控制。当操作机床并使系统的“跳过程序段”信号生效时，程序在执行中将跳过这些程序段；当“跳过程序段”信号无效时，该程序段照常执行，即与不加“/”符号的程序段相同。(4)程序段注释为了方便检查、阅读数控程序，在
49、许多数控系统中允许对程序段进行注释，注释可以作为对操作者的提示显示在荧屏上，但注释对机床动作没有丝毫影响八、数控代码1常用功能指令的属性（1)指令分组所谓指令分组，就是将系统中不能同时执行的指令分为一组，并以编号区别。例如G00、G01、G02、G03就属于同组指令，其编号为01组。类似的同组指令还有很多，详见FANUC指令一览表。（2)模态指令与非模态指令模态指令（又称为续效指令）表示该指令在某个程序段中一经指定，在接下来的程序段中将持续有效，直到出现同组的另一个指令时，该指令才失效，如常用的G00、G01G03及F、S、T等指令。(3)开机默认指令为了避免编程人员出现指令遗漏，数控系统中对
50、每一组的指令，都选取其中的一个作为开机默认指令，此指令在开机或系统复位时可以自动生效。FANUC0I0I系统G G代码一览表见教材九、常用G代码功能介绍（FANUC系统）1绝对坐标与增量（相对）坐标（G90、G91）（1）功能及目的 绝对坐标是根据预先设定的编程原点作为参考点进行编程。即采用绝对值编程时、首先要指出编程原点的位置。这种编程方法一般不考虑刀具的当前位置,程序中的终点坐标是相对于原点坐标而言的。大都数控系统用G90来指定绝对坐标编程。（2）指令格式G90/G91；（3）详细说明G90、G91是同组模态代码，在程序段中有续效性，一旦两者中任一方式被指定（比如：G90），直至后续程序段
