数控加工与编程教案.doc

《数控加工与编程》
教 案

授课班级 数控61

授课时间 07/08学年度第一学期

授课教师 符兴承

第一章 数控加工实用基础
第 一 讲 1.1 数控加工概述
教学目的: 了解数控加工基础知识
教学内容: 数控加工原理、特点及常用术语
教学重点: 数控加工原理、特点
教学难点: 插补与刀补
教学过程：
1.1 数控加工概述
1.1.1 数控加工原理和特点
1．数控加工原理
当我们使用机床加工零件时，通常都需要对机床的各种动作进行控制，一是控制动作的先后次序，二是控制机床各运动部件的位移量。采用普通机床加工时，这种开车、停车、走刀、换向、主轴变速和开关切削液等操作都是由人工直接控制的。采用自动机床和仿形机床加工时，上述操作和运动参数则是通过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置以模拟量的形式来控制的，它们虽能加工比较复杂的零件，且有一定的灵活性和通用性，但是零件的加工精度受凸轮、靠模制造精度的影响，而且工序准备时间也很长。
采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任意复杂的零件。数控加工的原理如图1-1所示。

图1-1
从图1-1可以看出，数控加工过程总体上可分为数控程序编制和机床加工控制两大部分。
数控机床的控制系统一般都能按照数字程序指令控制机床实现主轴自动启停、换向和变速，能自动控制进给速度、方向和加工路线，进行加工，能选择刀具并根据刀具尺寸调整吃刀量及行走轨迹，能完成加工中所需要的各种辅助动作。
2．数控加工的特点
总的来说，数控加工有如下特点：
(1) 自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。若配合自动装卸手段，则是无人控制工厂的基本组成环节。数控加工减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件；省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作，有效地提高了生产效率。
(2) 对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。
(3) 加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.005～0.01 mm之间，不受零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而消除了人为误差，提高了批量零件尺寸的一致性，同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度。
(4) 易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。

1.1.2 数控加工常用术语
1．坐标联动加工
数控机床加工时的横向、纵向等进给量都是以坐标数据来进行控制的。像数控车床、数控线切割机床等是属于两坐标控制的，数控铣床则是三坐标控制的，还有四坐标轴、五坐标轴甚至更多的坐标轴控制的加工中心等。坐标联动加工是指数控机床的几个坐标轴能够同时进行移动，从而获得平面直线、平面圆弧、空间直线和空间螺旋线等复杂加工轨迹的能力。当然也有一些早期的数控机床尽管具有三个坐标轴，但能够同时进行联动控制的可能只是其中两个坐标轴，那就属于两坐标联动的三坐标机床。像这类机床就不能获得空间直线、空间螺旋线等复杂加工轨迹。要想加工复杂的曲面，只能采用在某平面内进行联动控制，第三轴作单独周期性进给的“两维半”加工方式。
2．脉冲当量、进给速度与速度修调
数控机床各轴采用步进电机、伺服电机或直线电机驱动，是用数字脉冲信号进行控制的。每发送一个脉冲，电机就转过一个特定的角度，通过传动系统或直接带动丝杠，从而驱动与螺母副连结的工作台移动一个微小的距离。单位脉冲作用下工作台移动的距离就称之为脉冲当量。
进给速度是指单位时间内坐标轴移动的距离，也即是切削加工时刀具相对于工件的移动速度。有些数控机床的主轴转速也可以根据需要进行调整，那就是主轴转速修调。
3．插补与刀补
数控加工直线或圆弧轨迹时，程序中只提供线段的两端点坐标等基本数据，为了控制刀具相对于工件走在这些轨迹上，就必须在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以填补确定一些中间点，如图1-2(a)、(b)所示，各轴就以趋近这些点为目标实施配合移动，这就称之为插补。这种计算插补点的运算称为插补运算。早期NC硬线数控机床的数控装置中是采用专门的逻辑电路器件进行插补运算的，称之为插补器。在现代CNC软线数控机床的数控装置中，则是通过软件来实现插补运算的。现代数控机床大多都具有直线插补和平面圆弧插补的功能，有的机床还具有一些非圆曲线的插补功能。

图1-2(a)、(b)

1.1.3 数控加工技术的发展
1．数控加工技术的发展历程
2．数控加工技术的发展方向
现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等方向发展。

作业:
1、数控机床与普通机床加工的过程有什么区别？有何特点？
2、简要说明数控加工常用述语

课后记：

第 二 讲 1.2 数控系统控制原理
教学目的: 了解数控系统控制原理
教学内容: CNC系统的组成与控制原理
教学重点: CNC系统的软件结构
教学难点: 插补原理
教学过程：
1.2.1 CNC硬件组成与控制原理
CNC即计算机数控系统(Computerized Numerical Control)的缩写，它是在硬线数控(NC)系统的基础上发展起来的，由一台计算机完成早期NC机床数控装置的所有功能，并用存储器实现了零件加工程序的存储。
数控系统的核心是计算机数字控制装置，即CNC装置。它由硬件(数控系统本体器件)和软件(系统控制程序如编译、中断、诊断、管理、刀补和插补等)组成。系统中的一种功能，可用硬件电路实现，也可用软件实现。新一代的CNC系统，大都采用软件来实现数控系统的绝大部分功能。要增加或更新系统功能时，则只需要更换控制软件即可，因此，CNC系统较之NC系统具有更好的通用性和灵活性。图1-3是小型计算机CNC系统构成

图1-3

1.2.2 CNC系统的软件结构
CNC系统软件是为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件，也叫控制软件，存放在计算机EPROM中。各种CNC系统的功能设置和控制方案各不相同，它们的系统软件在结构和规模上差别很大，但是一般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。
1．输入数据处理程序
它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格式存放。有的系统还要进行补偿计算，或为插补运算和速度控制等进行预计算。
2．插补计算程序
CNC系统根据零件加工程序中提供的数据，如线段轨迹的种类、起点和终点坐标等进行运算。根据运算结果，分别向各坐标轴发出进给脉冲。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。
CNC系统的工作方式是一边进行插补运算，一边进行加工，是一种典型的实时控制方式，所以插补运算的快慢直接影响机床的进给速度，因此要尽可能地缩短运算时间，这是插补运算程序的关键。
3．速度控制程序
速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以保证预定的进给速度。在速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱动系统失步。
4．管理程序
管理程序负责对数据输入、数据处理和插补运算等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程序还要对由面板命令、时钟信号和故障信号等引起的中断进行处理。
5．诊断程序
诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。也可以在运行前或故障发生后，检查系统各主要部件(如CPU、存储器、接口、开关和伺服系统等)的功能是否正常，并指出发生故障的部位。
在整体结构上，CNC系统软件可有前后台型和中断型两种不同的处理方式。

1.2.3 插补原理
插补是在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以确定一些中间点。将它应用于数控加工中就是：CNC装置根据程序中给定的线段方式和端点信息进行相应的数学计算，以插补运算出的中间密化点为趋近目标，不断地向各个坐标轴发出相互协调的进给脉冲或数据，使被控机械部件按趋近指定的路线移动，从而最大限度地保证加工轨迹与理想轨迹相一致。
1.2.4 典型数控系统
1．日本FANUC系列数控系统
2．德国SIEMENS公司的SINUMERIK系列数控系统
3．华中数控系统HNC

作业:
1．数控系统主要组成部分有哪些？功用如何？
2．什么是插补？试由直线的逐点比较工作节拍说明其插补过程。

课后记：

第 三 讲 1.3 数控机床及其坐标系统(1)
教学目的: 掌握数控机床分类及其坐标系统
教学内容: 数控机床及其分类、进给伺服系统、主轴驱动
教学重点: 数控机床及其分类
教学难点: 进给伺服系统
教学过程：
1.3.1 数控机床及其分类
从机械本体的表面上看，很多数控机床都和普通的机床一样，看不出有多大的差别。但事实上它们已经有本质上的不同。驱动坐标工作台的电机已经由传统的三相交流电机换成了步进电机或交、直流伺服电机；由于电机的速度容易控制，所以传统的齿轮变速机构已经很少采用了。还有很多机床取消了坐标工作台的机械式手摇调节机构，取而代之的是按键式的脉冲触发控制器或手摇脉冲发生器。坐标读数也已经是精确的数字显示方式，而且加工轨迹及进度也能非常直观地通过显示器显示出来。采用数控机床控制加工已经相当安全方便了。
1．按加工工艺方法分类
按传统的加工工艺方法来分有：数控车床、数控钻床、数控镗床、数控铣床、数控磨床、数控齿轮加工机床、数控冲床、数控折弯机、数控电加工机床、数控激光与火焰切割机和加工中心等。其中，现代数控铣床基本上都兼有钻镗加工功能。当某数控机床具有自动换刀功能时，即可称之为“加工中心”。
2．按加工控制路线分类
有点位控制机床、直线控制机床和轮廓控制机床。
(1) 点位控制机床。只控制刀具从一点向另一点移动，而不管其中间行走轨迹的控制方式。在从点到点的移动过程中，只作快速空程的定位运动，因此不能用于加工过程的控制。属于点位控制的典型机床有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。这类机床的数控功能主要用于控制加工部位的相对位置精度，而其加工切削过程还得靠手工控制机械运动来进行。
(2) 直线控制机床。可控制刀具相对于工作台以适当的进给速度，沿着平行于某一坐标轴方向或与坐标轴成45°的斜线方向作直线轨迹的加工。这种方式是一次同时只有某一轴在运动，或让两轴以相同的速度同时运动以形成45(的斜线，所以其控制难度不大，系统结构比较简单。一般地，都是将点位与直线控制方式结合起来，组成点位直线控制系统而用于机床上。这种形式的典型机床有车阶梯轴的数控车床、数控镗铣床和简单加工中心等。
(3) 轮廓控制机床。它又称连续控制机床。如图1-8(c)所示，可控制刀具相对于工件作连续轨迹的运动，能加工任意斜率的直线，任意大小的圆弧，配以自动编程计算，可加工任意形状的曲线和曲面。典型的轮廓控制型机床有数控铣床、功能完善的数控车床、数控磨床和数控电加工机床等。
3．按机床所用进给伺服系统不同分类
有开环伺服系统型、闭环伺服系统型和半闭环伺服系统
4．按所用数控装置的不同分类
有NC硬线数控和CNC软线数控机床。
5．按控制坐标轴数目分类
按机床数控装置能同时联动控制的坐标轴的数目来分，有两坐标联动数控机床、三坐标联动数控机床和多坐标联动数控机床。

1.3.2 数控机床的进给伺服系统
数控机床的进给伺服系统由伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是：接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置(直流、交流伺服电机，电液动脉冲马达和功率步进电机等)和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工件进给和快速运动。
1．开环伺服系统
开环伺服系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机和电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，通过环形分配器、按步进电机的通电方式进行分配，并经功率放大后送给步进电机的各相绕组，使之按规定的方式通、断电，从而驱动步进电机旋转。再经同步齿形带、滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。每给一脉冲信号，步进电机就转过一定的角度，工作台就走过一个脉冲当量的距离。数控装置按程序加工要求控制指令脉冲的数量、频率和通电顺序，达到控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向的目的。由于它没有检测和反馈系统，故称之为开环。其特点是结构简单，维护方便，成本较低。
2．半闭环伺服系统
半闭环伺服系统具有检测和反馈系统，测量元件(脉冲编码器、旋转变压器和圆感应同步器等)装在丝杠或伺服电机的轴端部，通过测量元件检测丝杠或电机的回转角。间接测出机床运动部件的位移，经反馈回路送回控制系统和伺服系统，并与控制指令值相比较。如果二者存在偏差，便将此差值信号进行放大，继续控制电机带动移动部件向着减小偏差的方向移动，直至偏差为零。由于只对中间环节进行反馈控制，丝杠和螺母副部分还在控制环节之外，故称半闭环。对丝杠螺母副的机械误差，需要在数控装置中用间隙补偿和螺距误差补偿来减小。
3．闭环伺服系统
闭环伺服系统如图1-11所示。它的工作原理和半闭环伺服系统相同，但测量元件(直线感应同步器、长光栅等)装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置。该系统将所有部分都包含在控制环之内，可消除机械系统引起的误差，精度高于半闭环伺服系统，但系统结构较复杂，控制稳定性较难保证，成本高，调试维修困难。
1.3.3 数控机床的主轴驱动
1．对主轴驱动的要求
(1) 数控机床主传动要有较宽的调速范围并尽可能实现无级变速。
(2) 较高的回转精度和良好的动态响应性能。
(3) 有旋转进给轴(C轴)的控制功能。
(4) 具有恒线速切削功能。
(5) 主轴准停控制功能。
2．主轴调速与驱动
主轴驱动的调速电机主要有直流电动机和交流电动机两大类。
直流电动机可采用改变电枢电压(降压调速)或改变励磁电流(弱磁调速)的方法实现无级调速，降压调速可获得恒转矩，弱磁调速可获得恒功率输出。
交流电动机目前广泛采用矢量控制的变频调速方法，变频器应同时有调频兼调压的功能以适应负载特性的要求。
仅采用无级调速，虽然可使主轴齿轮箱大为简化，但其低速段输出扭矩常常无法满足机床强力切削的要求。数控机床常用机电结合的方法，即同时采用电动机无级调速和机械齿轮变速两种方法，按照控制指令自动调速，以同时满足对主传动调速和输出大扭矩的要求。
3．主轴准停装置
加工中心的主轴部件上的主轴准停装置，就是使主轴每次都能准确地停在固定不变的周向位置上，以保证自动换刀时主轴上的端面键能对准刀柄上的键槽。主轴准停装置一般分为机械式和电气式两种。

作业: 1、简述数控机床及其分类；
2、数控机床的进给伺服系统的类型与特点；
3、数控机床对主轴驱动的要求。

课后记：

第 四 讲 1.3 数控机床及其坐标系统(2)
教学目的: 了解数控技术基础知识
教学内容: 数控机床坐标系统
教学重点: 机床坐标系与工件坐标系
教学难点: 机床坐标系与工件坐标系的空间关系
教学过程：
1.3.4 数控机床的坐标轴与运动方向
数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡尔坐标系。如图1-4所示，X、Y、Z直线进给坐标系按右手定则规定，而围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴A、B、C则按右手螺旋定则判定。机床各坐标轴及其正方向的确定原则是：
(1) 先确定Z轴。以平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z轴，若有多根主轴，则可选垂直于工件装夹面的主轴为主要主轴，Z坐标则平行于该主轴轴线。若没有主轴，则规定垂直于工件装夹表面的坐标轴为Z轴。Z轴正方向是使刀具远离工件的方向。如立式铣床，主轴箱的上、下或主轴本身的上、下即可定为Z轴，且是向上为正；若主轴不能上下动作，则工作台的上、下便为Z轴，此时工作台向下运动的方向定为正向。

图1-4

(2) 再确定X轴。X轴为水平方向且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。在工件旋转的机床(如车床、外圆磨床)上，X轴的运动方向是径向的，与横向导轨平行。刀具离开工件旋转中心的方向是正方向。对于刀具旋转的机床，若Z轴为水平(如卧式铣床、镗床)，则沿刀具主轴后端向工件方向看，右手平伸出方向为X轴正向，若Z轴为垂直(如立式铣、镗床，钻床)，则从刀具主轴向床身立柱方向看，右手平伸出方向为X轴正向。
(3) 最后确定Y轴。在确定了X、Z轴的正方向后，即可按右手定则定出Y轴正方向。如图1-5是机床坐标系示例。

图1-5 (a) 卧式车床；(b) 立式铣床

上述坐标轴正方向，均是假定工件不动，刀具相对于工件作进给运动而确定的方向，即刀具运动坐标系。但在实际机床加工时，有很多都是刀具相对不动，而工件相对于刀具移动实现进给运动的情况。事实上，不管是刀具运动还是工件运动，在进行编程计算时，一律都是假定工件不动，按刀具相对运动的坐标来编程。机床操作面板上的轴移动按钮所对应的正负运动方向，也应该是和编程用的刀具运动坐标方向相一致。
1.3.5 机床原点、参考点和工件原点
机床原点就是机床坐标系的原点。它是机床上的一个固定的点，由制造厂家确定。机床坐标系是通过回参考点操作来确立的，参考点是确立机床坐标系的参照点。
数控车床的机床原点多定在主轴前端面的中心，数控铣床的机床原点多定在进给行程范围的正极限点处，但也有的设置在机床工作台中心，使用前可查阅机床用户手册。
参考点(或机床原点)是用于对机床工作台(或滑板)与刀具相对运动的测量系统进行定标与控制的点，一般都是设定在各轴正向行程极限点的位置上。该位置是在每个轴上用挡块和限位开关精确地预先调整好的，它相对于机床原点的坐标是一个已知数，一个固定值。每次开机启动后，或当机床因意外断电、紧急制动等原因停机而重新启动时，都应该先让各轴返回参考点，进行一次位置校准，以消除上次运动所带来的位置误差。
在对零件图形进行编程计算时，必须要建立用于编程的坐标系，其坐标原点即为程序原点。而要把程序应用到机床上，程序原点应该放在工件毛坯的什么位置，其在机床坐标系中的坐标是多少，这些都必须让机床的数控系统知道，这一操作就是对刀。编程坐标系在机床上就表现为工件坐标系，坐标原点就称之为工件原点。车床的工件原点一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或右端面。铣床的工件原点，一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件对称中心处，进刀深度方向上的零点，大多取在工件表面
1.3.6 绝对坐标编程和相对坐标编程
数控编程通常都是按照组成图形的线段或圆弧的端点的坐标来进行的。当运动轨迹的终点坐标是相对于线段的起点来计量的话，称之为相对坐标或增量坐标表达方式。若按这种方式进行编程，则称之为相对坐标编程。当所有坐标点的坐标值均从某一固定的坐标原点计量的话，就称之为绝对坐标表达方式，按这种方式进行编程即为绝对坐标编程。

作业: 1、简述如何确定数控机床坐标轴；
2、什么是机床坐标系与工件坐标系，它们间是什么关系；
3、数控车床、数控铣床的机械原点和参考点之间的关系各如何？
课后记：
第 五 讲 1.4 数控编程基础
教学目的: 掌握数控数控编程基础知识
教学内容: 加工程序的格式、编制过程与方法
教学重点: 加工程序的编制过程与方法
教学难点: 加工程序的编制过程与方法
教学过程：
1.4.1 数控加工程序的格式
数控程序按程序段(行)的表达形式可分为固定顺序格式、表格顺序格式和地址数字格式三种。
固定顺序格式属于早期采用的数控程序格式，因其可读性差、编程不直观等原因，现已基本不用。
地址数字格式程序是目前国际上较为通用的一种程序格式。其组成程序的最基本的单位称之为“字”，每个字由地址字符(英文字母)加上带符号的数字组成。各种指令字组合而成的一行即为程序段，整个程序则由多个程序段组成。即：字母+符号+数字→指令字→程序段→程序。
一般地，一个程序行可按如下形式书写：
N04 G02 X43 Y43…F32 S04 T02 M02
程序行中：
N04——N表示程序段号，04表示其后最多可跟4位数，数字最前的0可省略不写。
G02——G为准备功能字，02表示其后最多可跟2位数，数字最前的0可省略不写。
X43，Y43——坐标功能字，±表示后跟的数字值有正负之分，正号可省略，负号不能省略。43表示小数点前取4位数，小数点后可跟3位数。程序中作为坐标功能字的主要有作为第一坐标系的X、Y、Z；平行于X、Y、Z的第二坐标字U、V、W；第三坐标字P、Q、R以及表示圆弧圆心相对位置的坐标字I、J、K；在五轴加工中心上可能还用到绕X、Y、Z旋转的对应坐标字A、B、C等等。坐标数值单位由程序指令设定或系统参数设定。
F32——F为进给速度指令字，32表示小数点前取3位数，小数点后可跟2位数。
S04--S为主轴转速指令字，04表示其后最多可跟4位数，数字最前的0可省略不写。
T02--T为刀具功能字，02表示其后最多可跟2位数，数字最前的0可省略不写。
M02--M为辅助功能字，02表示其后最多可跟2位数，数字最前的0可省略不写。
总体来说，在地址数字格式程序中代码字的排列顺序没有严格的要求，不需要的代码字可以不写。整个程序的书写相对来说是比较自由的。如图1-6所示，要铣削一个轨迹为长10 mm、宽8 mm的长方形，其程序可简单编写如下：

图1-6

1.4.2 程序编制的过程及方法
1．程序编制过程
数控程序的编制应该有如下几个过程：
(1) 分析零件图纸。要分析零件的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适宜在数控机床上加工，或适宜在哪类数控机床上加工。有时还要确定在某台数控机床上加工该零件的哪些工序或哪几个表面。
(2) 确定工艺过程。确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等)和加工路线(如对刀点、走刀路线)，并确定加工用量等工艺参数(如切削进给速度、主轴转速、切削宽度和深度等)。
(3) 数值计算。根据零件图纸和确定的加工路线，算出数控机床所需输入数据，如零件轮廓相邻几何元素的交点和切点，用直线或圆弧逼近零件轮廓时相邻几何元素的交点和切点等的计算。
(4) 编写程序单。根据加工路线计算出的数据和已确定的加工用量，结合数控系统的程序段格式编写零件加工程序单。此外，还应填写有关的工艺文件，如数控加工工序卡片、数控刀具卡片、工件安装和零点设定卡片等。
(5) 制备控制介质。按程序单将程序内容记录在控制介质(如穿孔纸带)上作为数控装置的输入信息。应根据所用机床能识别的控制介质类型制备相应的控制介质。
(6) 程序调试和检验。可通过模拟软件来模拟实际加工过程，或将程序送到机床数控装置后进行空运行，或通过首件加工等多种方式来检验所编制出的程序，发现错误则应及时修正，一直到程序能正确执行为止。
2．程序编制方法
数控程序的编制方法有手工编程和自动编程两种。
(1) 手工编程。从零件图样分析及工艺处理、数值计算、书写程序单、制穿孔纸带直至程序的校验等各个步骤，均由人工完成，则属手工编程。
(2) 自动编程。编程工作的大部分或全部由计算机完成的过程称自动编程。

1.4.3 程序传送的载体
1．穿孔纸带是早期数控机床上常用的控制介质。
2．数据磁带是将编制好的程序信息录制在数据磁带上，加工零件时，再将程序从数据磁带上读出来，从而控制机床动作。
3．软磁盘或联机控制，随着计算机行业的迅速发展，使用计算机软磁盘作为控制介质的越来越多。
4．MDI手动输入，利用数控机床操作面板上的键盘，将编好的程序直接输入到数控系统中，并可以通过CRT显示器显示有关内容，以便发现错误时能及时修改。

作业: 简述加工程序的编制过程与方法；。
课后记：

第 六 讲 1.5 数控加工的工艺处理(1)
教学目的: 掌握数控加工工艺处理的基本原则与方法
教学内容: 加工方法的选择与加工工序的划分
教学重点: 加工方法的选择与加工工序的划分
教学难点: 加工工序的划分
教学过程：
1.5 数控加工的工艺处理
数控加工工艺处理的主要内容有：
(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，明确加工内容和技术要求，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) 设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具、刀具的选择和切削用量的确定等。
(4) 调整数控加工工序的程序。如对刀点和换刀点的选择，加工路线的确定和刀具的补偿。
(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。
1.5.1 数控加工零件及加工方法的选定
一般来说，数控机床最适合加工具有如下特点的零件：
(1) 多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件，短期急需的零件。
(2) 轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。
(3) 用普通机床加工较困难或无法加工(需昂贵的工艺装备)的零件。
(4) 价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。
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。由于获得同样精度所用的加工方法很多，因而实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。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。一般地，数控车床适合于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔；立式数控铣床适合于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等；卧式数控铣床则适合于加工箱体、泵体和壳体类零件；多坐标联动的加工中心还可以用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮和模具等。
零件上比较精确表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。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的加工方法。表1-1列出了钻、镗、铰等几种加工方法所能达到的精度等级及其工序，可供参考。
表1-1 H13～H7孔加工方式(孔深/孔径≤5)

1.5.2 加工工序的划分
1．按零件装夹定位方式与加工部位划分
由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时其定位方式各有差异。一般在加工外形时，以内形定位；在加工内形时，则以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。
2．按粗、精加工方式划分
根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时，可用不同的机床或不同的刀具顺次同步进行加工。对单个零件要先粗加工、半精加工，而后精加工。或者一批零件，先全部进行粗加工、半精加工，最后再进行精加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面粗、精加工完毕后，再加工零件的其他表面；否则，可能会在对新的表面进行大切削量加工过程中，因切削力太大而引起已精加工完成的表面变形。粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形能得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。

3．按所用刀具划分工序
为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件。即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然后再换另一把刀具加工其他部位。在专用数控机床和加工中心上常采用此法。

作业: 1、数控加工工艺处理的主要内容有哪些？
2、如何选定加工方法？如何划分加工工序？

课后记：

第 七 讲 1.5 数控加工的工艺处理(2)
教学目的: 掌握数控加工工艺处理的基本原则与方法
教学内容: 工件的安装与夹具的选择、对刀点与换刀点的确定
教学重点: 工件的安装与夹具的选择
教学难点: 对刀点与换刀点的确定
教学过程：
1.5.3 工件的安装与夹具的选择
1．定位装夹的基本原则
在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则与普通机床相同。也要合理选择定位基准和夹紧方案。为提高数控机床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应注意下列三点：
(1) 力求设计、工艺与编程计算的基准统一。
(2) 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。
(3) 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，还要考虑以下几点：
(1) 当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。当达到一定批量生产时才考虑用专用夹具，并力求结构简单。
(2) 零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。
(3) 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。即夹具要开敞，其定位夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)。
此外，为提高数控加工的效率，在成批生产中，还可采用多位、多件夹具。

1.5.4 对刀点与换刀点的确定
在进行数控加工编程时，往往是将整个刀具浓缩视为一个点，那就是“刀位点”。它是在刀具上用于表现刀具位置的参照点。一般来说，立铣刀、端铣刀的刀位点是刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点为球心；镗刀、车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心；钻头是钻尖或钻头底面中心；线切割的刀位点则是线电极的轴心与零件面的交点。
对刀操作就是要测定出在程序起点处刀具刀位点(即对刀点，也称起刀点)相对于机床原点以及工件原点的坐标位置。如图1-7所示，对刀点相对于机床原点为(X0，Y0)，相对于工件原点为(X1，Y1)，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1-7

数控机床对刀时常采用千分表、对刀测头或对刀瞄准仪进行找正对刀，具有很高的对刀精度。对有原点预置功能的CNC系统，设定好后，数控系统即将原点坐标存储起来。即使你不小心移动了刀具的相对位置，也可很方便地令其返回到起刀点处。有的还可分别对刀后，一次预置多个原点，调用相应部位的零件加工程序时，其原点自动变换。在编程时，应正确地选择“对刀点”的位置。其大致选择原则是：
(1) 便于数学处理和简化程序编制。
(2) 在机床上找正容易，加工中便于检查。
(3) 引起的加工误差小。
对刀点可以设置在零件、夹具上或机床上面，尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上。对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。成批生产时，为减少多次对刀带来的误差，常将对刀点既作为程序的起点，也作为程序的终点。
换刀点则是指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。换刀点往往设在工件的外部，以能顺利换刀、不碰撞工件和其他部件为准。如在铣床上，常以机床参考点为换刀点；在加工中心上，以换刀机械手的固定位置点为换刀点；在车床上，则以刀架远离工件的行程极限点为换刀点。选取的这些点，都是便于计算的相对固定点。

作业: 1、简述工件定位装夹的基本原则。
2、对刀点、换刀点指的是什么？一般应如何设置？常用刀具的刀位点怎么规定？

课后记：

第 八 讲 1.5 数控加工的工艺处理(3)
教学目的: 掌握数控加工工艺处理的基本原则与方法
教学内容: 加工路线的确定、刀具及切削用量的选择
教学重点: 加工路线的确定、刀具及切削用量的选择
教学难点: 切削用量的选择
教学过程：
1.5.5 加工路线的确定
加工路线是指刀具刀位点相对于工件运动的轨迹和方向。其主要确定原则如下：
(1) 加工方式、路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度。如铣削轮廓时，应尽量采用顺铣方式，可减少机床的“颤振”，提高加工质量。
(2) 尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间，尽量使加工路线最短。
(3) 进、退刀位置应选在不大重要的位置，并且使刀具尽量沿切线方向进、退刀，避免采用法向进、退刀和进给中途停顿而产生刀痕。
对点位控制机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能快，而刀具相对于工件的运动路线无关紧要。因此，这类机床应按空程最短来安排加工路线。但对孔位精度要求较高的孔系加工，还应注意在安排孔加工顺序时，防止将机床坐标轴的反向间隙带入而影响孔位精度。如图1-8所示零件，若按(a)图所示路线加工时，由于5、6孔与1、2、3、4孔定位方向相反，Y方向反向间隙会使定位误差增加，影响5、6孔与其他孔的位置精度。按(b)图路线，加工完4孔后往上