第二章

1. 第二章 数控加工的信息处理 及编程

2. 本章介绍数控加工信息处理及编程的有关内容，握数控加工加工编程的基本方法，数控机床常用的功能指令，能熟练进行数控手工编程，了解数控加工自动编程。 重点：数控加工工艺和典型数控加工方法、手工加工程序编制的方法及编程实例。 难点：数控加工工艺和典型数控加工方法、手工编程 学时：6学时。 第二章 数控加工的信息处理及编程 提 要

3. 第二章 数控加工的信息处理及编程 目 标 掌握用ISO标准代码编制数控程序的一般格式， 常用的功能字，数控机床坐标及运动方向的规定 掌握数控编程的方法和步骤 掌握数控编程中工艺处理的特点及数值计算的方法 熟练用手工编程方法编制简单的数控加工程序 了解自动编程的特点及实现方法

4. 第二章 数控加工的信息处理及编程 建 议 数控编程是实践性和理论性都很强的一门技术，既要掌握零件制造工艺方面的知识，又要有扎实的数学知识，同时还必须充分熟悉数控机床的功能和编程规则。建议在学习中同时学习和掌握上述相关知识，并多动手编制数控程序。

5. 第一节 概述 一. 程序编制的基本概念 • 数控加工程序编制概念 从零件图纸到数控加工指令的有序排列的全过程。 将零件加工的工艺分析、加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、s、t)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定文字、数字、符号组成的代码按一定格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的全过程。

6. 第一节 概述 • 编程方法：手工编程和自动编程 • 手动编程 定义：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力） 适用：① 几何形状不太复杂的零件； ② 三坐标联动以下加工程序

7. 自动编程： 定义：编程人员根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，编程系统将根据数控系统的类型输出数控加工程序。 适用：① 形状复杂的零件， ② 虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数 千个孔的零件） ③ 虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲 线轮廓的计算）

8. 第一节 概述 • 比较 • 用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为 30：1。 • 数控机床不能开动的原因中，有20-30%是由于加工程序不能及时编制出造成的 • 编程自动化是当今的趋势！但手工编程是学习自动编程基础！

9. 零件图纸 图纸工艺分析 计算运动轨迹 修改 程序编制 制备控制介质 校验和试切 错误 第一节 概述 二、手工编程的内容和步骤 • 图纸工艺分析 在对图纸工艺分析（与普通加工的图纸分析相似）的基础上： • 确定加工机床、刀具与夹具； • 确定零件加工的工艺线路、工步顺序； • 切削用量（f、s、t）等工艺参数。

10. 零件图纸 图纸工艺分析 计算运动轨迹 修改 程序编制 制备控制介质 校验和试切 第一节 概述 • 计算运动轨迹 根据图纸尺寸及工艺线路的要求： • 选定工件坐标系 • 计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值； • 将坐标值按NC机床规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。 错误

11. 第一节 概述 零件图纸 • 编制程序及初步校验 根据制定的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。 图纸工艺分析 计算运动轨迹 修改 程序编制 制备控制介质 校验和试切 错误

12. 第一节 概述 零件图纸 • 制备控制介质 将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上（如存储在磁盘上），作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。 图纸工艺分析 计算运动轨迹 修改 程序编制 制备控制介质 校验和试切 错误

13. 第一节 概述 零件图纸 • 程序的校验和试切 所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。 图纸工艺分析 计算运动轨迹 修改 程序编制 制备控制介质 校验和试切 错误

14. 常用的校验和试切方法： • 阅读法 • 模拟法: 检查程序的正确性 • 平面轮廓：用笔代刀具坐标纸代工件 → 空运转绘图。 • 空间曲面：用蜡块、塑料、木料或价格低的材料作工件→试切。 • 用静态（机床不动）或动态显示（空运行）的方法.

15. 试切法：检查运动轨迹正确性和加工精度 上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别加工误差。首件试切(在允许条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。 当发现错误时，应分析错误的性质或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止.

16. 三、数控加工工艺简介和数控加工方法 • 数控加工的工艺分析 数控加工零件除按一般方式对零件进行工艺分析外，还须注意： • 选择合适的对刀点 • 对刀点（起刀点）是数控加工时刀具相对零件运动的起点，也是程序的起点。对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系之间的相互位置关系。 • 对刀点 可是工件或夹具上的点，或与它们相关的易于测量的点。 • 对刀点 确定后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系亦确定。

17. 刀具运动轨迹 X R50 f 20 R30 工件轮廓 R20 C 对刀点选择示例 Y Z 35

18. 刀位点： 用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。刀具在机床上的位置是由“刀位点”的位置来表示的。不同的刀具，刀位点不同。 镗刀 钻头 立铣刀、端铣刀 面铣刀 指状铣刀 球头铣刀 车刀

19. 刀具 Z • 对刀： 就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。 螺栓 螺帽 垫板 工件 30 35 Y 夹具 工件对刀示意图

20. 选择对刀点的原则： • 为提高零件的加工精度，减少对刀误差，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上-如以孔定位的零件，则以孔中心为对刀点较为适宜。 • 选在对刀方便，便于测量的地方。 • 选在便于坐标计算的地方

21. 对刀点的确定例子 a）对称零件的对刀点选择 b）钻孔加工时的对刀点选择 图2-4 对刀点的选择

22. 常用对刀方法 1）一般对刀　　一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀。右图以Z向对刀为例说明对刀方法。　　刀具安装后，先移动刀具手动切削工件右端面，再沿X向退刀，将右端面与加工原点距离N输入数控系统，即完成刀具Z向对刀过程。　　手动对刀是基本对刀方法，但它还是传统车床的“试切-测量-调整”的对刀模式，占用较多的在机床上时间。

23. 2）机外对刀仪对刀　 机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用。 机外对刀仪对刀 3）自动对刀　　自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值。 自动对刀

24. 刀 具 切削深度 切削宽度 工件 工件 • 选择合理的切削参数 • 切削深度 • 切削宽度 • 主轴转速 • 进给速度

25. ① 切削深度(吃刀量ap) 一般与刀具直径d成正比，与切削宽度L、切削速度V反比。 主要根据机床、夹具、工件、刀具的刚性决定。在允许情况下，最好一次切除余量，提高加工效率。有时为了改善表面粗糙度和加工精度，留一点余量(0.2~0.5mm)最后光加工一次。

26. ② 主轴转速n(转/分) 根据 其中 D—工件或刀具直径(mm) v—允许的切削速度(m/分) 粗加工：↑ap、↓v/h、↑F 粗加工：↓ap、↑v/h、↓F • 据工厂经验，由于受机床、刀具的限制，v常选为 • 100-200米/分，现代CNC机床多是将n直接编入程序单。

27. ③ 进给速度（进给量）F(mm/min或mm/转)。 • 根据零件的加工精度、表面粗糙度、切削方式、刀具刚度、 工件材料选择。加工精度要求高时，F选少一些。（20-50）mm/min • F在程序中的表示法随控制机不同而异。 • 轮廓加工中，拐角较大且进给速度较高时，应在 接近拐角处适当降低速度。

28. 立铣刀 球头刀 环形铣刀 端铣刀 径向铣刀 倒角铣刀 麻花钻 中心钻 点钻 铰刀 槽铣刀 螺纹铣刀 中心镗 镗刀 锥铣刀 沉头铣刀 右旋丝锥 用户定义 左旋丝锥 棒铣刀 选择合理的刀具 各种数控加工刀具

29. 常用车刀的主要类型及刀具材料 外圆车刀、车 槽、车断刀 内圆车刀、镗刀 螺纹车刀

30. 确定走刀路线 • 走刀路线：在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹。 • 走刀路线不仅包括了加工内容，也反映出加工顺序，是编程的依据之一。 • 确定走刀路线的原则 • 1)应保证被加工工件的精度和表面粗糙度； • 2)应使加工路线最短，减少空行程时间，提高加工效率； • 3)在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况 • 下，尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编 • 程工作。

31. 选择合理的走刀路线和走刀方式 • 保证零件的加工精度和表面粗糙度 • 尽量减少走刀路线，减少空行程 • 有利于刀位计算，减少程序量

32. 孔类加工（钻孔、镗孔）原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减 少空行程： b a n 个 = + - b 2 ( n 1 ) a +切入/出段 红线长 = - + n 1 )( a b ) 黄线长 （ +切入/出段

33. 孔系加工时， 应尽量按规律运动

34. 车削或铣削： 原则： 尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。 原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减 少空行程： 径向切入 切向切入

35. 在轮廓加工时应避免进给停顿 • 加工内槽时，为达到表面粗糙度，采用环切法。 若用行切法，则需最后环切一切，光整表面

36. 精铣时，尤其是工件材料为铝镁合金、钛合金或耐热合金，精铣时，尤其是工件材料为铝镁合金、钛合金或耐热合金， 应尽量采用顺铣，以利于提高零件的表面质量。 • 车螺纹及钻孔时，增加 必要辅助尺寸 • 增加必要的停顿时间

37. 4 3 2 1 • 旋转体类零件的加工方法 采用数控车床或数控磨床加工， • 车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，在编程中，粗车加工线路要重点考虑。 先用直线程序进行粗加工，再按零件轮廓进行精加工 可先按图中的方法进行1-4次粗加工，再精加工成形。

38.    3  2 • 难加工部位的工艺问题： 图(1) 圆圈所示的加工部位较难加工。 图(2) 方法：当处在轴向进刀时，切削力会陡增而且排屑不畅，极易引起崩刃。 图(3)方法：由于没有单独的轴向进刀，切削条件大为改善，切程序段数可减少一半。 1

39. 平面轮廓零件的加工方法 采用数控铣床加工。 • 为保证加工平滑，应增加切入和切出程 序段， • 若平面轮廓为数控系 统不具备插补功能的 线型时，应先采用直 线、圆弧去逼近该零件的轮廓。

40. (b) (c) (a) • 空间轮廓表面的加工方法 空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法。

41. 三轴两联动加工-----“行切法”。 以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给。这时一般采用球 头或指状铣刀，在可能的条件 下，球半径应尽可能选择大一 些，以提高零件表面光洁度。 方法加工的表面光洁度较差。

42. 三轴联动加工 下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近，因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编程计算复杂，宜采用 自动编程。

43. 四轴联动加工方法 飞机大梁加工面为直纹扭曲面，若采用三座标联动加工，则只能用球头刀。不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联动机床上进行加工。 由于计算较复杂，故 一般采用自动编程。

44. 五轴联动加工：螺旋桨是典型零件 　　一般采用端铣刀加工，为保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角 摆动运动。并且还要作相应的附 加补偿运动。 　　综上所述，叶面的加工需要 五轴（X、Y、Z、A、B）联动， 这种编程只能采用自动编程系统。

45. 加工过程误差 • 加工过程误差是加工误差的主体，主要包括数控系统（包括伺服）的误差和整个工艺系统（机床-刀具-夹具-毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。 • 编程误差：即用NC系统具备的插补功能去逼近任意曲线时所产生的误差。

46. 刀具切削方向 工件表面 刀 具 插补误差  残余高度误差 工件 程序编制中的误差 • 数控编程的误差可分为四类： • 逼近误差---用近似方法逼近零件轮廓时产生的误差。它出现在用直线段或圆弧逼近曲线轮廓及用样条曲线拟合曲线或曲面的情形。 • 插补误差---用样条曲线拟合零件轮廓后，在计算加工刀位点时，仍需用微直线段或圆弧段作二次逼近，由此产生插补误差。其大小可根据零件的加工精度确定。 • 圆整误差---在编程中，由于数据处理、脉冲当量转换、小数圆整时产生的误差。 • 残余高度误差---加工时两条切削路径之间刀具切削产生的材料余留高度。

47. 第二节程序编制的代码及格式

48. 第二节 程序编制的代码及格式 经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO（International Standardization Organization）和EIA(Electronic Industries Association)两种。 一、代码及其分类 1. 定义 系统操作指令的总称，又称指令或编程指令。它由文字、数字、符号以及它们的组合组成，它是程序的最小功能单元。

49. 字：一套有规定次序的字符，可以作为一个信息单元存储、传递和操作。字：一套有规定次序的字符，可以作为一个信息单元存储、传递和操作。 • 常规加工程序中的字： 一个英文字母＋若干位10进制数字组成。 地址符 • 顺序号字－地址符:N • 作用：程序校对和检索修改；在加工轨迹图几何节点处标上相应顺序号字，可直观检查程序；可作为条件转向的目标；可进行程序段的复归操作。 • 使用规则：数字为整数；数字可以不连续；可只在部分程序段中设顺序号，也可全设，也可全不设。

50. 表2-3 地址字符含义