第一篇：數控加工工藝教學計劃

1 §1-1 2 1 §1-3 3 1 §1-4 4 2 項目一 5 2 項目一 6 2 項目一 7 3 項目二 8 3 項目二

緒論、數控加工基礎

數控機床的主要參數指標、刀具角度

切削用量、加工冷卻方法 典型數控車削零件一加工工藝分析

典型數控車削零件一加工工藝卡片編寫

典型數控車削零件一加工工藝卡片互評

典型數控車削零件二加工工藝分析

典型數控車削零件二加工工藝卡片編寫 2 2 2 2 2 2 2 2

預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h習題4、5 0.5 h ` 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h 3 4 4 4 5 5 5 6

項目二 典型數控車削零件二加工工藝卡片互評

項目三 典型數控車削零件三加工工藝分析

項目三 典型數控車削零件三加工工藝卡片編寫

項目三 典型數控車削零件三加工工藝卡片互評

項目四 典型數控銑削零件一加工工藝分析

項目四 典型數控銑削零件一加工工藝卡片編寫

項目四 典型數控銑削零件一加工工藝卡片互評

項目五 典型數控銑削零件二加工工藝分析

2 2 2 2 2 2 2 2

預習下一堂課0.5h 4、5 0.5 h ` 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h

習題10 11 12 13 14 15 16 6 18 6 19 7 20 7 21 7 22 8 23 8 24 8 項目五

項目五 項目六 項目六 項目六 電火花加工 電火花加工 CAPP技術

典型數控銑削零件二加工工藝卡片編寫

典型數控銑削零件二加工工藝卡片互評

典型數控銑削零件三加工工藝分析

典型數控銑削零件三加工工藝卡片編寫

典型數控銑削零件三加工工藝卡片互評

電火花加工基礎知識

電火花加工原理

CAPP技術與先進制造生產模式簡介 2 2 2 2 2 2 2 2

預習下一堂課0.5h 1、6共1 h 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h 1、6共1 h 預習下一堂課0.5h 預習下一堂課0.5h

習題習題9 26 9 27 9 28 10

項目七

項目七 項目七 復習總結

典型電火花零件一加工工藝分析

典型電火花零件一加工工藝卡片編寫

典型電火花零件一加工工藝卡片互評 復習總結

機動 共計 2

機動4

預習下一堂課0.5h

習題1、6共1 h

第二篇：數控加工工藝作業

演講稿 工作總結 調研報告 講話稿 事跡材料 心得體會 策劃方案

數控加工工藝作業

數控加工工藝作業（3）第4章 數控加工工藝基礎

一、單項選擇題：

1.D2.A3.C 4.B 5.D 6.B 7.D8.C9.D10.D

二、判斷題

1.√2.×3.√4.×5.×6.×7.×8.√ 9.×10.√

三、簡答題

1、什么叫工序和工步？劃分工序的原則是什么？

答：①.機械加工工藝過程中，一個或一組工人在一個工作地點，對一個或一組工件連續完成的那部分工藝過程，稱為工序。劃分工序的依據是工作地是否發生變化和工作是否連續。

在不改變加工表面、切削刀具和切削用量的條件下所完成的那部分工位的內容稱為工步。劃分工步的依據是加工表面和工具是否變化。工序劃分的原則

①工序集中原則：每道工序包括盡可能多的加工內容，不適合于大批量生產。

②工序分散原則：將工件的加工分散在較多的工序內進行，每道工序的加工內容很少。適合于大批量生產。

2、數控機床上加工的零件，一般按什么原則劃分工序？如何劃分？ 答：在數控機床上加工的零件，一般按工序集中原則劃分工序，劃分

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方法：

①按所用刀具劃分：以同一把刀具完成的那一部分工藝過程為一道工序。

②按安裝次數劃分：以一次安裝完成的那一部分工藝過程為一道工序。

③按粗、精加工劃分：粗加工為一道工序，精加工為一道工序。

④按加工部位劃分：以完成相同型面的那一部分工藝過程為一道工序。

3、劃分加工階段目的在于是什么？ 1）、保證加工質量 2）、合理使用設備 3）、便于及時發現毛坯缺陷 4）、便于安排熱處理工序

4、什么是對刀點？對刀點位置確定的原則有哪些？

答：對刀點是數控加工時刀具相對零件運動的起點，又稱“起刀點”，也就是程序運行的起點。

對刀點確定的原則：主要是考慮對刀點在機床上對刀方便，便于觀察和檢測，編程時便于數學處理和有利于簡化編程。對刀點可選在零件或夾具上。為提高零件的加工精度，減少對刀誤差，對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上。

5、切削加工順序安排的原則是什么？ 答：

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1）、基面先行原則 2）、先粗后精原則 3）、先主后次原則 4）、先面后孔原則

6、確定加工余量應注意哪些問題？ 答：確定加工余量應注意的問題： 1）采用最小加工余量原則。

2）余量要充分，防止因余量不足而造成廢品。3）余量中應包含熱處理引起的變形。4）大零件大余量。

5）總加工余量（毛坯余量）和工序余量要分別確定。

7、何謂加工精度？包括哪三個方面？

答：加工精度是指零件加工后的實際幾何參數（尺寸、幾何形狀和相互位置）與理想幾何參數相符合的程度，包括三個方面： ①尺寸精度； ②幾何形狀精度； ③相互位置精度。

8、何謂表面質量？包括哪些方面？

答：表面質量是指零件加工后的表層狀態，它是衡量機械加工質量的一個重要方面。表面質量包括以下幾個方面： 1）表面粗糙度。指零件表面幾何形狀誤差。2）表面波紋度。指零件表面周期性的幾何形狀誤差。

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3）冷作硬化。表層金屬因加工中塑性變形而引起的硬度提高現象。4）殘余應力。表層金屬因加工中塑性變形和金相組織的可能變化而產生的內應力。

5）表層金相組織變化。表層金屬因切削熱而引起的金相組織變化。

9、從工藝因素考慮，產生加工誤差的原因有哪些？ 答：產生加工誤差的原因可分為以下幾種： 1）加工原理誤差。2）工藝系統的幾何誤差。3）工藝系統受力變形引起的誤差。4）工藝系統受熱變形引起的誤差。5）工件內應力引起的加工誤差。5）測量誤差

10、影響表面粗糙度的工藝因素有哪些？

答：影響表面粗糙度的因素主要有工件材料、切削用量、刀具幾何參數及切削液等。

四、計算題

1、圖1所示為軸類零件圖，其內孔和外圓和各端面均已加工好，試分別計算圖示三種定位方案加工時的工序尺寸及其偏差。

圖1

答：方案一：設計基準與定位基準重合，則A1工序尺寸及其偏差為

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12±0.1 方案二：設計基準與定位基準不重合，要確定A2，則設計尺寸12±0.1是間接得到的，即為封閉環。A2基本尺寸：LA2＝8＋12＝20 0.1＝ESA2－（－0.05）得ESA2＝＋0.05mm －0.1＝EIA2－0得

EIA2＝－0.1mm

故20 mm

方案三：同上，設計尺寸12±0.1是間接得到的，即為封閉環。

A3基本尺寸：LA3＝40－8－12＝20mm ＋0.1＝0－EIA3－（－0.05）得EIA3＝－0.05mm －0.1＝－0.1－ESA3－0得

ESA3＝0mm 故A3的基本尺寸及偏差：20 mm

2、圖2所示零件，。因A3不便測量，試重新標出測量尺寸A4及其公差。

圖2 答：根據題意可知，A3是封閉環，A2和A4是增環，A1是減環，則列出尺寸鏈圖。

A4的基本尺寸

LA3＝LA4＋LA2－LA1得LA4＝LA3＋LA1－LA2

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＝20＋70－60 ＝30mm ESA3＝ESA2＋ESA4－EIA1得ESA4＝ESA3－ESA2＋EIA1

＝0.19－0＋（－0.07）

＝＋0.12mm EIA3＝EIA2＋EIA4－ESA1得EIA4＝EIA3－EIA2＋ESA1

＝0－（－0.04）＋（－0.02）

＝＋0.02mm 故A4的公差為TA4＝ESA4－EIA4＝0.12－0.02

＝0.10mm

3、圖3所示零件，鏜孔前A、B、C面已經加工好。鏜孔時，為便于裝夾，選擇A面為定位基準，并按工序尺寸L4進行加工。已知。試計算L4的尺寸及其偏差。

答：下圖為尺寸鏈圖。

經分析，列尺寸鏈如上圖，由于設計尺寸L3是本工序加工中間接得到的，即為封閉環。用箭頭表示L2、L4為增環，L1為減環。則尺寸L4的計算如下：

基本尺寸：L3＝L2＋L4－L1 得L4＝L3＋L1－L2＝100＋280－80＝

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300mm 上偏差ESL3＝ESL4＋ESL2－EIL1 得ESL4＝ESL3－ESL2＋EIL1

＝0.15－0＋0＝＋0.15mm 下偏差ESI3＝EIL4＋EIL2－ESL1 得EIL4＝EIL3－EIL2＋ESL1

＝－0.15－（－0.06）＋0.1 ＝＋0.01mm 則工序尺寸L4＝300 mm 4.如圖4所示套筒，以端面A加工缺口時，計算尺寸A3及其公差。

圖4 答：因封閉環A0為12+0.15，在極值法中，封閉環的公差等于各組成環的公差之和，而組成環A1、A2的公差之和為0.20，已經大于A0的公差0.15，所以本題求解A3及其公差應為無解。

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第三篇：數控加工工藝教學大綱

數控技術專業（專科）

《數控加工工藝》教學大綱

（審定稿）2007年08月24日

第一部分 大 綱 說 明

一、課程性質、目的和任務

數控加工工藝是中央廣播電視大學數控技術專業的一門理論與實踐緊密結合的專業必修課，其基礎性內容以傳統機械制造工藝為基礎，密切結合數控加工的特點，是連接設計與制造的橋梁。其主要目的和任務是培養學生三種基本能力，即合理選擇刀具、夾具和量具的基本能力；合理選擇切削參數的基本能力；合理制定數控加工工藝規程的基本能力。

通過本課程的學習使學生達到既具有工程基礎又有較高的工程文化素質，既有豐富的工藝基礎知識、基本理論，又有較強的分析思維能力，能夠合理地制定中等復雜機械零件的數控加工工藝規程。

二、與相關課程的銜接、配合、分工

本課程是數控技術專業的專業必修課。本課程的先修課為機械制圖、機械制造基礎、金工實習等。

三、課程基本要求

l、理論知識要求

（1）掌握金屬切削加工的基本理論、方法和應用；了解數控加工原理方面的基本知識，掌握選擇切削參數、安排加工順序和刀具選擇的基本原則和方法。

（2）掌握六點定位的原理和定位誤差的分析計算方法，會查閱切削用量手冊和有關國家標準，養成嚴格遵守和執行有關國家標準的各項規定的良好習慣。

（3）掌握粗、精加工定位基準的選擇原則和切削加工順序安排的基本原則。

2、技能要求

（1）能夠較正確地根據零件圖選擇刀具、夾具和量具。

（2）能夠根據零件加工精度要求選擇切削參數。

(3）能夠制定不太復雜零件的數控加工刀具卡片和工序卡片。

四、課程教學要求的層次

本課程教學按以下3個層次進行要求：

1.了解：要求對有關教學內容有一般的認知。

2.理解：要求領會有關教學內容的基本概念、基本理論、基本原則。

3.掌握：要求能夠應用所學知識和方法解決工程中的實際問題。

第二部分 媒體使用與教學過程建議

一、課程教學總時數、學分數

本課程為4學分，課內學時為72學時。開設一學期。

二、教學媒體及其相互關系

本課程的教學媒體由文字教材、錄像課（IP課）和CAI課件組成。

1、文字教材

文字教材是主要的教學媒體，在全方位的體現基本教學內容的同時，要便于學習開展自學。為此，文字教材各章增加“學習目標”、“內容提要”、“小結”等導學內容。

2、錄像課（IP課）

根據教學的總體要求以及各章節的學習目標，講授重點、難點。對于綜合性的典型習題給予詳細的解析。講解過程中要注意知識的銜接并突出技能訓練的重要地位。

3、結合本課程的特點，利用計算機輔助教學手段形象、直觀、生動地表述教學內容，包括重點知識內容多角度分析與細化的講解、實驗與操作的模擬演示以及自我檢測等。其目的是配合文字教材的閱讀，為學生開展個體化，交互式學習提供幫助。

三、考核說明

考試是對教與學的重要驗收方式之一。學生必須完成必做作用和實驗、實訓后，才能參加考試。考試符合教學大綱要求、形式多樣、突出重點、難易適中。期末考試由中央電大統一命題，并執行統一的評分標準。實驗考核由各省級電大根據中央電大制定的考核要求安排。具體考核要求見網上公布的考核說明。

四、學時分配 序號

理論教學

課程內容

課內實踐教學

課時教學方式

教學方式手段 課時數 數 手段 8 6 6 10 8 8 6 6 2

多媒體 多媒體 多媒體 多媒體 多媒體 多媒體 多媒體 多媒體 2 2 2 2 2

習題課

習題課習題課 實例分析 實例分析 實例分析 實例分析

課時

小計 10 6 8 12 10 10 8 6 2 72

備注 數控加工的切削基礎 2 數控機床刀具的選擇 3 數控加工中工件的定位與裝夾

數控加工工藝基礎 5 數控車削加工工藝 6 數控銑削加工工藝 7 加工中心的加工工藝 8 數控線切割加工工藝 9 機動 總計

第三部分 教學內容和教學要求

一、數控加工的切削基礎（10學時）

（一）目的與要求

通過學習金屬切削過程的基本理論與規律，使學生能夠正確標注刀具幾何角度及選擇刀具幾何參數。

（二）重點與難點

重點是金屬切削過程的基本理論、規律及應用；難點是刀具幾何角度的定義及標注方法，要求學生具有較強的空間想象能力。

（三）教學內容

1．數控加工工藝系統概述

2．刀具幾何角度及切削要素

3．金屬切削過程的基本理論及規律

4．金屬切削過程基本規律的應用

切屑的種類及其控制、金屬材料的切削加工性、切削用量與切削液的合理選擇。

5．刀具幾何參數的合理選擇

（四）教學要求

1．了解數控加工過程及數控加工工藝系統主要內容

2．了解切削運動的種類及其特點

3．掌握切削用量三要素的內容及其計算方法

4．掌握正交平面參考系中刀具角度的標注方法

5．理解刀具工作角度的影響因素及變化規律

6．了解切削層參數的度量方法

7．了解切削過程三個變形區的變形特點

8．理解積屑瘤的形成條件及其抑制措施

9．理解影響切削變形的因素及變化規律

10．了解切削力的來源與計算方法，理解影響切削力的因素及影響規律

11．了解切削熱的來源，理解影響切削溫度的因素及影響規律

12．了解刀具磨損的形式，理解影響刀具耐用度的因素及影響規律

13．理解切屑的種類、特點及產生條件

14．理解影響斷屑的因素及規律

15．掌握粗、精加工時切削用量的選擇原則和方法

16．了解切削液的種類及適用場合

二、數控機床刀具的選擇（6學時）

（一）目的與要求

通過學習刀具材料的種類、基本性能、可轉位刀片、代碼標記方法，能夠合理選擇數控刀具。

（二）重點與難點

重點是刀具材料的種類及其選用，難點是數控工具系統。

（三）教學內容

1．刀具材料及其選用

2．數控機床刀具的種類及其特點

3．可轉位刀片及其代碼

4．數控刀具的選擇

（四）教學要求

1．掌握常用刀具材料的種類、特點及適用場合 2．了解可轉位刀片的代碼標記方法

3．了解鏜、銑類數控工具系統的結構類型與特點

4．掌握數控刀具選擇的方法

三、數控加工中工件的定位與裝夾（8學時）

（一）目的與要求

使學生能夠運用六點定位原理和定位基準選擇原則，為零件加工時裝夾方案選擇奠定基礎；通過學習定位誤差的種類、計算方法，學會計算典型定位方式定位誤差的方法。

（二）重點與難點

重點是六點定位原理及應用、定位基準的選擇原則；難點是定位誤差的計算，特別是工序基準在定位面上時的誤差計算。

（三）教學內容

1．機床夾具概述

2．工件的定位

3．定位基準的選擇原則

4．常見定位方式與定位元件

5．定位誤差

6．工件的夾緊

7．數控機床典型夾具介紹

（四）教學要求

1．了解機床夾具的功能、種類及特點

2．掌握六點定位的基本原理，會使用六點定位原理分析零件加工應限制的自由度數

3．掌握粗、精基準的選擇原則

4．掌握常見定位方式、定位元件及所限制的自由度數

5．了解定位誤差的計算方法

6．理解夾緊裝置應具備的基本要求和夾緊力方向、作用點的選擇原則

四、數控加工工藝基礎（12學時）

（一）目的與要求

使學生能夠運用數控加工工藝分析、工藝路線設計和工序設計的基本原則與方法，為后續各章內容的學習奠定基礎。

（二）重點與難點

重點是定位與夾緊方案的確定、加工方法選擇、刀具與切削參數選擇、工序劃分；難點是加工余量、工序尺寸及其偏差的確定。

（三）教學內容

1．基本概念

2．數控加工工藝分析

3．數控加工工藝路線設計

4．數控加工工序設計

5．對刀點與換刀點的選擇

6．機械加工精度及表面質量

（四）教學要求

1．理解工序劃分的原則及其特點

2．掌握數控加工工序劃分的一般方法

3．了解常用加工方法的種類及其所能達到的加工精度、表面粗糙度

4．掌握典型工序設計的主要內容及方法

五、數控車削加工工藝（10學時）

（一）目的與要求

使學生能夠運用數控車削加工工藝路線和工序的設計方法，制訂數控車削加工工序卡片。

（二）重點與難點

重點是數控車削加工工藝路線和工序的設計；難點是車削加工中的裝刀與對刀技術。

（三）教學內容

1．數控車削加工的主要對象、工藝特點

2．數控車削加工零件的工藝性分析

3．數控車削加工工藝路線擬定

4．數控車削加工工序設計

5．數控車削加工中的裝刀與對刀技術

6．典型零件的車削加工工藝分析

（四）教學要求

1．了解數控車削加工的主要對象、數控車削加工工藝的特點及主要內容

2．掌握數控車削加工零件工藝性分析的主要內容與方法

3．掌握數控車削加工工藝路線擬定的內容及方法

4．掌握中等復雜零件的數控車削加工工序設計方法

六、數控銑削加工工藝（10學時）

（一）目的與要求

使學生能夠運用數控銑削加工工藝路線和工序的設計方法，制訂數控銑削加工工序卡片。

（二）重點與難點

重點是數控銑削加工工藝路線和工序的設計；難點是銑削加工中的裝刀與對刀技術。

（三）教學內容

1．數控銑削加工的主要對象、工藝特點

2．數控銑削加工零件的工藝性分析

3．數控銑削加工工藝路線擬定

4．數控銑削加工工序設計

5．數控銑削加工中的裝刀與對刀技術

6．典型零件的銑削加工工藝分析

（四）教學要求

1．了解數控銑削加工的主要對象、數控銑削加工工藝的特點及主要內容

2．掌握數控銑削加工零件工藝性分析的主要內容與方法

3．掌握數控銑削加工工藝路線擬定的內容及方法

4．掌握中等復雜零件的數控銑削加工工序設計

七、加工中心加工工藝(8學時）

（一）目的與要求

使學生能夠運用加工中心加工工藝路線和工序的設計方法，制訂加工中心加工工序卡片。

（二）重點與難點

重點是加工中心加工工藝路線和工序的設計；難點是刀具預調與換刀點選擇。

（三）教學內容

1．加工中心的主要加工對象、工藝特點

2．加工中心加工零件的工藝性分析

3．加工中心加工工藝路線擬定

4．加工中心加工工序設計

5．刀具預調與換刀點

6．典型零件的加工中心加工工藝分析

（四）教學要求

1．了解加工中心的主要加工對象、加工中心加工工藝的特點

2．掌握加工中心加工零件工藝性分析的主要內容與方法

3．掌握加工中心加工工藝路線擬定的內容及方法

4．掌握中等復雜零件的加工中心加工工序設計

八、數控線切割加工工藝(6學時）

（一）目的與要求

通過學習數控線切割加工的原理，能夠制訂數控線切割加工工藝。

（二）重點、難點

重點是數控線切割加工的原理、特點、應用及主要工藝指標；難點是數控線切割加工的工藝分析。

（三）教學內容

1．數控線切割加工的原理、特點、應用

2．數控線切割加工的主要工藝指標

3．數控線切割加工工藝分析

4．典型零件的加工工藝分析

（四）教學要求

1．理解數控線切割加工的原理、特點與應用領域

2．掌握數控線切割加工的主要工藝指標及影響因素

3．了解數控線切割加工工藝分析的內容及方法

第四篇：數控加工工藝一人總結

為期一周的課程設計即將結束了。在這七天的學習中，我學到了很多，也找到了自己身上的不足。感受良多，獲益匪淺。

我們這次所做的課程設計是由六個可選的大題目中選出的一個，該零件屬于軸類零件，由圓柱面、順逆圓弧面和螺紋等幾部分組成，是數控加工可選擇的內容。在數控加工工藝課程設計指導書對加工內容的選擇做了要求，其中適宜內容為：普通機床無法加工的內容宜作為優選內容；普通機床難加工、質量難以保證的內容作為重點選擇內容；普通機床加工效率低、工人勞動強度大，在數控機床還有加工能力充裕時進行選擇。我們小組針對適宜內容中所說的一二兩條，再根據自身的情況選擇了第一個零件圖來進行課程設計。

因為我們小組所選擇的第一個圖形未做特殊的表面粗糙度要求，而一般零件取表面精度為七級精度，所以我們決定使用中等精度數控CAK6140機床即可保證零件的加工要求。毛壞的選擇也很重要，零件村料的工藝特性和力學性能大致決定了毛坯的種類。零件的結構形狀與外形尺寸也是重要因素。大型且結構簡單的零件毛坯多用砂型鑄造或自由鍛；軸類零件的毛坯，若臺階直徑相差不大，可用棒料；若各臺階尺寸相差較大，則宜選擇鍛件。但是根據我們現在的實際情況是做課程設計及現在的我們自身所具備的條件（因

為能否上數控機車實驗尚未可知），且為符合加工要求，毛坯熱扎45#鋼是最好的選擇。數控加工前先在普床上完成外圓的準備加工：先使之獲得的外圓。接下來就是確定基準與夾具了。因為數控加工對所選用的夾具有兩個基本要求：一是保證其主要定位方向與機床的坐標方向相對固定；二是要便于協調零件與坐標系的尺寸對應關系。工件的裝卸也要快速、方便、可靠，這幾點跟普通車床也是基本一樣的，不過數控車床是為了減少停機時間。所以我們加工這個輪盤類外輪廓時，為保證一次安裝加工出全部外輪廓，需設一圓錐心軸裝置，用三爪卡盤夾持心軸左端，心軸右端留有中心孔并用尾座頂尖頂緊以提高工藝系統的剛性。

由于數控機床具有孔加工固定循環功能，使得孔加工動作比較容易實現。因此，確定孔加工路線時重點要考慮孔定位的問題。確定進給路線的原則是，應能保證零件的加工精主和表面粗糙度要求，應使走刀路線最短，減少刀具空行程時間，還應充分考慮所確定的工步順序，安排進給路線。零件加工路線原則是由粗到精,由內到外，基面先行的加工原則。在一次裝夾中盡可能加工出較多的工件表面。結合本零件的結構特征，可先加工內孔各表面，然后加工外輪廓。而CAK6140車床具有粗車循環及螺紋循環的自動加工功能，加工時能按程序去自動完成循環。

在編寫程序中一些基本的指令代碼是不可或缺的。數控程序所用的代碼，主要有準備功能G代碼、輔助功能代碼、進給功能F代碼、主軸速度功能S代碼和刀具功能T代碼。因為本次選來做課程設計的這個零件在數控機床上加工是分兩次裝夾的，所以程序的編寫在兩端時也是不一樣的，不是用單純的循環指令。

在本次設計中，個人認為在數控工藝設計的過程中，對工藝措施的選擇與加工路線制定還是比較成功的，但還存在的未解決的問題:，如設計進度與質量不能達到較好的水平、設計方法不是很如人意、沒有一個學習這門課很系統的人來指導。

這次課程設計讓我們對以往學習過的知識進行了再學習和鞏固。其中涉及到多門專業課。如《機械制造》、《數控工藝》、《數控編程》等。通過這次課程設計我們真正學會了自主學習，獨立完成作業，如何學會與自己的團隊做好協調。因為課程設計具有實踐性、綜合性、探索性、應用性等特點。本次選題的目的是數控專業教學體系中構成數控技術專業知識及專業技能的重要組成部分，是運用數控機床實際操 作的一次綜合練習。隨著課程設計的逐漸完成，使我對《數控加工工藝與裝備》這門課程以及對數控加工技術都有了更深入的理解和掌握。在這段時間里，我們這個小組，就是新

建的團隊，每個人都是一樣，盡著自己最大的努力學習，來學習和創新。為了解決技術上的問題，我也不斷地去翻閱所學的專業書籍和各種相關的資料。這使我真正體會到了很多，也感受到了很多，當然更重要的是學習到了以前書本上沒學到的知識。

通過這次課程設計,我覺得自己要對刀具的切削用量等方面的計算多下功夫學習,這些方面的知識對我們以前從事的專業工作都有很大用處。這次課程設計讓我們在設計工藝規程和編寫加工程序的時候大腦中形成了一種可以快速反應的模式，我想這也是一種收獲，是在對我們一周在課設上所花時間的回報。因為這種模式將讓我更好地學習以后的課程，將其他專業課程系統的組合在一起。

在這次課程設計中，對加工程序的編寫是最讓人感到棘手的，因為對數控加工程序指令不是很熟悉，在編寫上也費了不少的功夫，雖然編寫程序這一塊占用了整個時間的相當一部分，但我依然感到欣慰，因為現在的我已經基本上掌握了基本程序的編寫，而且對一些特殊指令也可以應用到實例中了。我想如要加快編程速度，除了對各編程指令的熟練掌握之外，還需要我們掌握零件工藝方面的知識。對于夾具的選擇、切削參數的設定我們必須要十分清楚。在以后的上機操作時，我們只有不斷地練習各個功能指令的作用，才能在編程時得心應手。

這次數控加工工藝課程設計的指導書是由我們的工藝老師，是由我們數控原理劉老師執筆的，無疑指導書在我們這次設計中起了很大的作用，它指導我們按什么的步驟去完成這個設計。其實在對指導書的閱讀過程中也是一種學習，一些關于加工工藝上的問題和所要注意的事項，使我們大家在做課程設計時思路更加清晰，不會走太多彎路。

通過這次課程設計，我的第一感受就是團隊精神的重要性。當第一天開始課程設計要分組的時候，老師就給我們大家心里埋下了一股高昂的基調。在這讓人覺得枯燥又充實的幾天中，我們大家都按照自己所分工所要做的事性在埋頭苦干，給人的感覺好像將面臨考試時候，讓人心潮澎湃，激情更加高漲。

寫完這篇總結后，我知道了在制造工件時我們需要注意的東西非常多，制作一個工件要到圖紙上的要求時，我們必須在從拿到圖紙時就注意制作工件時的各個部分，例如圖紙的分析，毛坯的選擇，程序的編制，切削速度的設定，切削量的給定……而且我知道了要注意一個工件的工藝必須有清晰的思路，必須從頭到尾都考慮到。以往做一件事情的時候，個人可能都會有精神分散的情況，而當一個人真正面對一件難做而又不得不做的事情時，覺得拿下它就是一種勝利，這是對自己的一種最起碼的要求，精神集中也是對你在做的一件事情負責，對自己負責。這是我們在以后的工作中，應該具備的一種本質，現在學會或者說是養成是非常有必要的。不管怎么說，這次課設是帶給了我很大的收獲的，在即將臨近畢業的時候，我想我會繼續以高昴的心態去面對將要走上的社會中的工作崗位帶給我的無限挑戰。

第五篇：《數控加工工藝及設備》教案

《數控加工工藝及設備》教案

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備

注

第一章

數控加工工藝及設備基礎

第一節

機床數控技術與數控加工設備概述

一、機床中有關數控的基本概念

1．數字控制（數控）及數控技術

一般意義的數字控制是指用數字化信息對過程進行的控制，是相對模擬控制而言的。機床中的數字控制是專指用數字化信號對機床的工作過程進行的可編程自動控制，簡稱為數控（NC）。這種用數字化信息進行自動控制的技術就叫數控技術。

2．數控系統

是實現數控技術相關功能的軟硬件模塊的有機集成系統，是數控技術的載體，它能自動閱讀輸入載體上事先給定的程序，并將其譯碼，從而使機床運動并加工零件。

在其發展過程中有硬件數控系統和計算機數控系統兩類。

早期的數控系統主要由數控裝置、主軸驅動及進給驅動裝置等部分組成，數字信息由數字邏輯電路來處理，數控系統的所有功能都由硬件實現，故又稱為硬件數控系統（NC系統）。

3．計算機數控系統

是以計算機為核心的數控系統，由裝有數控系統程序的專用計算機、輸入輸出設備、可編程邏輯控制器（PLC）、存儲器、主軸驅動及進給驅動裝置等部分組成，習慣上又稱為CNC系統。CNC系統已基本取代硬件數控系統（NC系統）。

4．開放式CNC系統

國際電子與電氣工程師協會提出的開放式CNC系統的定義是：一個開放式CNC系統應保證使開發的應用軟件能在不同廠商提供的不同的軟硬件平臺上運行，且能與其它應用軟件系統協調工作。

根據這一定義，開放式CNC系統至少包括以下五個特征：

（1）對使用者是開放的：應可以采用先進的圖形交互方式支持下的簡易編程方法，使得數控機床的操作更加容易；

（2）對機床制造商是開放的：應允許機床制造商在開放式CNC系統軟件的基礎上開發專用的功能模塊及用戶操作界面；

（3）對硬件的選擇是開放的：即一個開放式CNC系統應能在不同的硬件平臺上運行；

（4）對主軸及進給驅動系統是開放的：即能控制不同廠商提供的主軸及進給驅動系統；

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（5）對數據傳輸及交換等是開放的。

開放式CNC系統是數控系統未來發展的方向。5．數控機床

是指應用數控技術對其加工過程進行自動控制的機床。國際信息處理聯盟第五技術委員會對數控機床作了如下定義：數控機床是一種裝有程序控制系統的機床，該系統能邏輯地處理具有特定代碼或其它符號編碼指令規定的程序。

備

注

二、數控機床的組成

1．計算機數控裝置（CNC裝置）

計算機數控裝置是計算機數控系統的核心。其主要作用是根據輸入的零件加工程序或操作命令進行相應的處理，然后輸出控制命令到相應的執行部件（伺服單元、驅動裝置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。它主要由計算機系統、位置控制板、PLC接口板、通訊接口板、擴展功能模塊以及相應的控制軟件等模塊組成。

2．伺服單元、驅動裝置和測量裝置

伺服單元和驅動裝置包括主軸伺服驅動裝置及主軸電機和進給伺服驅動裝置及進給電機。測量裝置是指位置和速度測量裝置，它是實現主軸、進給速度閉環控制和進給位置閉環控制的必要裝置。主軸伺服系統的主要作用是實現零件加工的切削運動，其控制量為速度。進給伺服系統的主要作用是實現零件加工的成形運動，其控制量為速度和位置，特點是能靈敏、準確地跟蹤CNC裝置的位置和速度指令。

3．控制面板

控制面板又稱操作面板，是操作人員與數控機床（系統）進行信息交互的工具。操作人員可以通過它對數控機床（系統）進行操作、編程、調試或對機床參數進行設定和修改，也可以通過它了解或查詢數控機床（系統）的運行狀態。它是數控機床的一個輸入輸出部件，主要由按鈕站、狀態燈、按鍵陣列（功能與計算機鍵盤一樣）和顯示器等部分組成。

4．控制介質與程序輸入輸出設備

控制介質是記錄零件加工程序的媒介，是人與機床建立聯系的介質。程序輸入輸出設備是CNC系統與外部設備進行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質上的零件加工程序輸入CNC系統，或將已調試好的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的介質上。目前數控機床常用的控制介質和程序輸入輸出設備是磁盤和磁盤驅動器等。

此外，現代數控系統一般可利用通訊方式進行信息交換。這種方式是實現CAD／CAM的集成、FMS（柔性制造系統）和CIMS（計算機集成制造系統）的基本技術。目前在數控機床上常用的通訊方式有：

（1）串行通訊；（2）自動控制專用接口；（3）網絡技術。

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5．PLC、機床I/O電路和裝置

PLC是用于進行與邏輯運算、順序動作有關的I/O控制，它由硬件和軟件組成；機床I/O電路和裝置是用于實現I/O控制的執行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務：

（1）接受CNC的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作；

（2）接受操作面板和機床側的I/O信號，送給CNC裝置，經其處理后，輸出指令控制CNC系統的工作狀態和機床的動作。

6．機床本體

機床本體是數控系統的控制對象，是實現加工零件的執行部件。它主要由主運動部件（主軸、主運動傳動機構）、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應的傳動機構）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置、自動工件交換（APC）系統、自動刀具交換（ATC）系統和輔助裝置（如冷卻、潤滑、排屑、轉位和夾緊裝置等）組成。

備

注

三、數控機床的分類

1．按控制功能分類（1）點位控制數控機床

這類數控機床僅能控制兩個坐標軸帶動刀具或工作臺，從一個點（坐標位置）準確地快速移動到下一個點（坐標位置），然后控制第三個坐標軸進行鉆、鏜等切削加工。它具有較高的位置定位精度，在移動過程中不進行切削加工，因此對運動軌跡沒有要求。點位控制的數控機床主要用于加工平面內的孔系，主要有數控鉆床、數控鏜床、數控沖床、三坐標測量機等。

（2）直線控制數控機床

這類數控機床可控制刀具或工作臺以適當的進給速度，從一個點以一條直線準確地移動到下一個點，移動過程中能進行切削加工，進給速度根據切削條件可在一定范圍內調節。現代組合機床采用數控進給伺服系統，驅動動力頭帶著多軸箱軸向進給進行鉆、鏜等切削加工，它可以算作一種直線控制的數控機床。

（3）輪廓控制數控機床

這類數控機床具有控制幾個坐標軸同時協調運動，即多坐標軸聯動的能力，使刀具相對于工件按程序規定的軌跡和速度運動，能在運動過程中進行連續切削加工。這類數控機床有用于加工曲線和曲面形狀零件的數控車床、數控銑床、加工中心等。現代的數控機床基本上都是這種類型。若根據其聯動軸數還可細分為2軸（X、Z軸聯動或X、Y軸聯動）、2.5軸（任意2軸聯動，第3軸周期進給）、3軸（X、Y、Z3軸聯動）、4軸（X、Y、Z和A或B4軸聯動）、5軸（X、Y、Z和A、C或X、Y、Z和B、C或X、Y、Z和A、B5軸聯動）聯動數控機床，聯動坐標軸數越多，則加工程序的編制越難，通常3軸聯動以上的零件加工程序只能采用自動編程系統編制。

2．按進給伺服系統類型分類

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按數控系統的進給伺服子系統有無位置測量反饋裝置可分為開環數控機床和閉環數控機床，在閉環數控系統中根據位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環和半閉環兩種。

（1）開環數控機床

開環數控機床采用開環進給伺服系統。開環進給伺服系統沒有位置測量反饋裝置，信號流是單向的（數控裝置→進給系統），故系統穩定性好。但由于無位置反饋，精度相對閉環系統來講不高，其精度主要取決于伺服驅動系統和機械傳動機構的性能和精度。該系統一般以步進電機作為伺服驅動元件。它具有結構簡單、工作穩定、調試方便、維修簡單、價格低廉等優點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。

（2）半閉環數控機床

半閉環數控系統的位置檢測點是從驅動電機（常用交、直流伺服電機）或絲杠端引出，通過檢測電機和絲杠旋轉角度來間接檢測工作臺的位移量，而不是直接檢測工作臺的實際位置。由于在半閉環環路內不包括或只包括少量機械傳動環節，可獲得較穩定的控制性能，其系統穩定性雖不如開環系統，但比閉環要好。另外，在位置環內各組成環節的誤差可得到某種程度的糾正，位置環外不能直接消除的如絲杠螺距誤差、齒輪間隙引起的運動誤差等，可通過軟件補償這類誤差來提高運動精度，因此在現代CNC機床中得到了廣泛應用。

（3）閉環數控機床

閉環進給伺服系統的位置檢測點是工作臺，它直接對工作臺的實際位置進行檢測。理論上講，可以消除整個驅動和傳動環節的誤差、間隙和失動量，具有很高的位置控制精度。但由于位置環內的許多機械傳動環節的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，很容易造成系統不穩定。因此閉環系統的設計、安裝和調試都有相當的難度，對其組成環節的精度、剛性和動態特性等都有較高的要求，價格昂貴。這類系統主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數控機床等。

3．按工藝用途（機床類型）分類

（1）切削加工類

即具有切削加工功能的數控機床。在金屬切削機床常用的車床、銑床、刨床、磨床、鉆床、鏜床、插床、拉床、切斷機床、齒輪加工機床等中，國內外都開發了數控機床，而且品種越來越細。比如，在數控磨床中不僅有數控外圓磨床，數控內圓磨床，集可磨外圓、內圓于一機的數控萬能磨床，數控平面磨床，數控坐標磨床，數控工具磨床，數控無心磨床，數控齒輪磨床，還有專用或專門化的數控軸承磨床，數控外螺紋磨床，數控內螺紋磨床，數控雙端面磨床，數控凸輪軸磨床，數控曲軸磨床，能自動換砂輪的數控導軌磨床（又稱導軌磨削中心）等等，還有工藝范圍更寬的車削中心、加工中心、柔性制造單元（FMC）等。

（2）成型加工類

是具有通過物理方法改變工件形狀功能的數控機床。如數控折彎機、數控沖床、數控彎管機、數控旋壓機等。

備

注

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（3）特種加工類

是具有特種加工功能的數控機床。如數控電火花線切割機床，數控電火花成型機床，帶有自動換電極功能的“電加工中心”，數控激光切割機床，數控激光熱處理機床，數控激光板料成型機床，數控等離子切割機等。

（4）其它類型

一些廣義上的數控設備。如數控裝配機、數控測量機、機器人等。

備

注

四、數控機床的基本結構特征和主要輔助裝置

1．數控機床的基本結構特征

（1）機床剛性提高，抗振性能大為改善；（2）機床熱變形降低；（3）機床中間傳動環節減少；

（4）機床各個運動副間的摩擦系數較小；（5）機床功能部件增多。2．數控機床的主要輔助裝置

數控機床的輔助裝置是一個完整的機器或裝置，其作用是完成配合機床對零件加工的輔助工作。諸如切削液或油液處理系統中的冷卻過濾裝置，油液分離裝置，吸塵吸霧裝置，潤滑裝置及輔助主機實現傳動和控制的氣、液動裝置等，雖然這些裝置在某些自動化或精密型非數控機床上已配備使用，但是，數控機床要求配備的裝置的質量、性能更為精化。

除上述通用輔助裝置外，還有對刀儀、自動排屑器、物料儲運及上下料裝置等。

五、數控機床的規格、性能和可靠性指標

1．規格指標

規格指標是指數控機床的基本能力指標，主要有以下幾方面：

（1）行程范圍和擺角范圍

行程范圍是指坐標軸可控的運動區間，它反映該機床允許的加工空間，一般情況下工件輪廓尺寸應在加工空間的范圍之內。擺角范圍是指擺角坐標軸可控的擺角區間，也反映該機床的加工空間。

（2）工作臺面尺寸

它反映該機床安裝工件的最大范圍，通常應選擇比最大加工工件稍大一點的面積，這是因為要預留夾具所需的空間。

（3）承載能力

它反映該機床能加工零件的最大重量。

（4）主軸功率和進給軸扭矩

它反映該機床的加工能力，同時也可間接反映機床的剛度和強度。

（5）控制軸數和聯動軸數

數控機床的控制軸數通常是指機床數控裝置能夠控制的進給軸數。數控機床控制軸數與數控裝置的運算處理能力、運算速度及內存容量等有關。聯動軸數是指數控機床同時控制多個進給軸，使它們按規定的路線和進給速度所確定的規律運動的進給軸數目。它反映數控機床的曲面加工能力。

（6）刀庫容量

是指刀庫能存放加工所需刀具的數量，它反映該機床能加工工序內容的多少。目前常見的中小型加工中心多為16~60把，大型加工中心達

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100把以上。

2．性能指標

（1）分辨率與脈沖當量

分辨率是指兩個相鄰的分散細節之間可以分辨的最小間隔。對測量系統而言，分辨率是可以測量的最小增量；對控制系統而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。數控裝置每發出一個脈沖信號，反映到機床移動部件上的移動量，通常稱為脈沖當量。脈沖當量是設計數控機床的原始數據之一，其數值的大小決定數控機床的加工精度和表面質量。脈沖當量越小，數控機床的加工精度和加工表面質量越高。

（2）最高主軸轉速和最大加速度

最高主軸轉速是指主軸所能達到的最高轉速，它是影響零件表面加工質量、生產效率以及刀具壽命的主要因素之一。最大加速度是反映主軸速度提速能力的性能指標，也是加工效率的重要指標。

（3）最高快移速度和最高進給速度

最高快移速度是指進給軸在非加工狀態下的最高移動速度，最高進給速度是指進給軸在加工狀態下的最高移動速度，它們也是影響零件加工質量、生產效率以及刀具壽命的主要因素。

另外，還有換刀速度和工作臺交換速度，它們也是影響生產效率的性能指標。3．可靠性指標

（1）平均無故障時間MTBF（Mean time between failures）

它是指一臺數控機床在使用中平均兩次故障間隔的時間，即數控機床在壽命范圍內總工作時間和總故障次數之比，即

MTBF?總工作時間

總故障次數備

注

很顯然，這段時間越長越好。

（2）平均修復時間MTTR（Mean time to restore。）

它是指一臺數控機床從開始出現故障直到能正常工作所用的平均修復時間，即

MTTR?總故障停機時間

總故障次數考慮到實際系統出現故障總是難免的，故對于可維修的系統，總希望一旦出現故障，修復的時間越短越好，即希望MTTR越短越好。

（3）平均有效度A 如果把MTBF看作設備正常工作的時間，把MTTR看作設備不能工作的時間，那么正常工作時間與總時間之比稱為設備的平均有效度A，即

A?平均無故障時間MTBF ?平均無故障時間?故障平均修復時間MTBF?MTTR平均有效度反映了設備提供正確使用的能力，是衡量設備可靠性的一個重要指標。

六、數控機床的精度項目及檢驗

數控機床的精度項目主要包括幾何精度、定位精度和切削精度。1．主要幾何精度項目及檢驗

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數控機床的幾何精度

是綜合反映機床的關鍵零部件及其組裝后的幾何形位誤差的指標。該指標可分為兩類：一類是對機床的基礎件和運動大件（如床身、立柱、工作臺、主軸箱等）的直線度、平面度、垂直度等的要求，如工作臺面的平面度，各坐標方向移動的直線度和相互垂直度，X、Y（立式）或X、Z（臥式）坐標方向移動時工作臺面的平行度，X坐標方向移動時工作臺面T形槽側面的平行度等；另一類是對機床主軸的要求，如主軸的軸向竄動，主軸孔的徑向跳動，主軸箱移動時主軸軸線的平行度，主軸軸線與工作臺面的垂直度（立式）或平行度（臥式）等。

以臥式加工中心為例，主要有以下各項：（1）X、Y、Z坐標的相互垂直度；（2）工作臺面的平面度；

（3）X軸和Z軸移動工作臺面的平行度；（4）主軸回轉軸心線對工作臺面的平行度；（5）主軸在X、Y、Z各軸方向移動的直線度；（6）X軸移動工作臺邊界定位基準面的平行度；

（7）工作臺中心線到邊界定位器基準面之間的距離精度；（8）主軸軸向跳動；（9）主軸孔徑向跳動。

幾何精度常用檢測工具有精密水平儀、精密方箱、直角尺、平尺、千分表、測微儀、高精度主軸心棒等。

2．定位精度的項目及檢驗

數控機床定位精度是指機床各運動部件在數控裝置的控制下空載運動所能達到的位置準確程度。根據各軸能達到的位置精度就能判斷出加工時零件所能達到的精度。

（l）直線運動定位精度

是指數控機床的移動部件沿某一坐標軸運動時實際值與給定值的接近程度，其誤差稱為直線運動定位誤差。

Xij??Pij??Pj

（1-1）

Xij??Pij??Pj

（1-2）i=1，2，3??n

代表向每一目標趨近的次數；

j=1，2，3??m

代表目標位置。

備

注

n次單向趨近目標位置Pj時，可得到單向平均位置偏差Xj?和Xj?的值。Xj??n Xj??n?Xi?1nnij?

（1-3）

?Xi?1ij?

（1-4）

這樣可得到從正、負方向趨近目標位置Pj時的反向差值Bj。

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Bj?Xj??Xj?

（1-5）n次單向趨近目標位置Pj時的標準偏差Sj?和Sj?為

備

注

Sj??1n?11n?1??Xi?1nnij??Xj???

2（1-6）

Sj????Xi?1ij??Xj?2

（1-7）

定位精度A可分為單向定位精度Au和雙向定位精度Ab二種。單向定位精度Au是取正、負方向趨近目標位置時定位誤差中的最大值。正、負方向趨近目標位置時的定位精度如下：

?

A??3S??3S??

（1-9）雙向定位精度A為?X??3S??、?X??3S??中的最大值與?X??3S??、?X??3S??中的最小值之差值，即

A??X?3S???X?3S?

（1-10）

Au??Xj??3Sj?max?Xj??3Sj?min

（1-8）

ujjmaxjjminb????X??????Xjjjjjjjjbjjmaxjjmin正常情況下，實際加工的某一坐標軸任意兩點間的距離誤差大約為該軸雙向定位精度的2倍。

（2）直線運動的重復定位精度

是指在同一臺數控機床上，應用相同程序、相同代碼加工一批零件，所得到結果的一致程度。一般情況下，重復定位精度是正態分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是反映軸運動精度穩定性的最基本指標。

重復定位精度R為標準偏差Sj?和Sj?中最大值的6倍，即

R?6?Sj?max

（1-11）（3）直線運動的反向誤差B

直線運動的反向誤差也叫失動量，是該坐標軸進給傳動鏈上驅動部件（如伺服電動機、伺服液壓馬達和步進電動機等）的反向死區及各機械運動傳動副的反向間隙和彈性變形等誤差的綜合反映。誤差越大，則定位精度和重復定位精度也越差。

B?Bjmax

（1-12）

（4）直線運動的原點返回精度（回零精度）

是指數控機床各坐標軸達到規定零點的準確程度，其誤差稱為回零誤差。實質上是該坐標軸上一個特殊點的重復定位精度。

（5）分度精度A

是指分度工作臺在分度時指令要求回轉的角度值與實際回轉的角度值的差值。

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A?Qj?3Sj備

注

??max?Qj?3Sj??min

（1-13）

3．切削精度的項目及檢驗

機床的切削精度是一項綜合精度指標，它不僅反映了機床的幾何精度和定位精度，同時還反映了試件的材料、環境溫度、刀具性能以及切削條件等各種因素造成的誤差。

（1）鏜孔精度檢查

（2）端銑刀銑削平面精度檢查

（3）直線銑削精度檢查

（4）斜線銑削精度檢查（5）圓弧銑削精度檢查

七、數控機床的主要功能

1．多軸控制功能

是指CNC系統能控制和能聯動控制數控機床各坐標軸的進給運動的功能。CNC系統的控制進給軸有：移動軸和回轉軸，基本軸和附加軸。

2．準備功能

即G功能——指令機床運動方式的功能。3．多種函數插補功能和固定循環功能

插補功能是指數控系統進行零件表面（平面或空間曲面）加工軌跡插補運算的功能。一般CNC系統僅具有直線和圓弧插補，較為高檔的數控系統還具有拋物線、橢圓、極坐標、正弦線、螺旋線以及樣條曲線等插補功能。

在數控加工中，有些加工內容如鉆孔、鏜孔、攻螺紋等，所做的動作需要循環且十分典型，數控系統預先將這些循環動作用G代碼進行定義，在加工時使用這類G代碼，可大大簡化編程工作量，此即固定循環功能。

4．補償功能

（1）刀具半徑和長度補償功能

該功能能實現按零件輪廓編制的程序控制刀具中心的軌跡，以及在刀具半徑和長度發生變化（如刀具更換、刀具磨損）時，可對刀具半徑或長度作相應的補償。該功能由G指令或T指令實現。

（2）傳動鏈誤差、反向間隙誤差補償功能

螺距誤差補償可預先測量出螺距誤差和反向間隙，然后按要求輸入CNC裝置相應的儲存單元內，在加工過程中進行實時補償。

（3）智能補償功能

外界干擾產生的隨機誤差，可采用人工智能、專家系統等方法建立模型，實施智能補償。如熱變形引起的誤差，裝置將會在相應地方自動進行補償。

5．主軸功能

是指數控系統對切削速度的控制功能。主要有以下五種控制功能：（1）主軸轉速（切削速度）——實現刀具切削點切削速度的控制功能，單位為r／min（m／min）。

（2）恒線速度控制——實現刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。

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（3）主軸定向控制——實現主軸周向定位于特定點的控制功能。（4）C軸控制——實現主軸周向任意位置的控制功能。

（5）切削倍率——實現人工實時修調切削速度，即通過面板的倍率開關在0％~200％之間對其進行實時修調。

6．進給功能

是指數控系統對進給速度的控制功能。主要有以下三種控制功能：（1）進給速度——控制刀具或工作臺的運動速度，單位為mm／min；（2）同步進給速度——實現切削速度和進給速度的同步，單位為mm／r，用于加工螺紋；

（3）進給倍率——實現人工實時修調進給速度，即通過面板的倍率開關在0％~200％之間對其進行實時修調。

7．宏程序功能

通過編輯子程序中的變量來改變刀具路徑和刀具位置的功能。8．輔助功能

即M功能——規定主軸的起、停、轉向，工件的夾緊和松開，冷卻泵的接通和斷開等機床輔助動作的功能。

9．刀具管理功能

是實現對刀具幾何尺寸和刀具壽命的管理及刀具選擇功能。刀具幾何尺寸是指刀具的半徑和長度，這些參數供刀具補償功能使用。刀具壽命是指總計切削時間，當某刀具的時間壽命到期時，CNC系統將提示用戶更換刀具。另外，CNC系統都具有T功能即刀具號管理功能，它用于標識刀庫中的刀具和自動選擇加工刀具。

10．人機對話功能

在CNC裝置中配有單色或彩色陰極射線管，俗稱顯示器（CRT），通過軟件可實現字符和圖形的顯示，以方便用戶操作和使用。主要功能有：菜單結構的操作界面；數據及零件加工程序的輸入及環境編輯；系統和機床參數、狀態、故障信息的顯示、查詢等。

11．自診斷功能

是指CNC系統防止故障發生及故障診斷、故障定位和防止故障擴大的功能。12．通訊功能

通訊功能是指CNC裝置與外界進行信息和數據交換的功能。

備

注

第二節

數控加工原理與數控加工工藝概述

數控加工

是根據零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數控加工程序（簡稱為數控程序），輸入數控系統，控制數控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。

數控加工技術

是將普通金屬切削加工、計算機數控、計算機輔助制造等技

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內

容

術綜合的一門先進加工技術。在以上各個領域的進步推動下，尤其是計算機技術的飛速發展下，數控加工技術正從深度、廣度上對機械加工技術進行革命性的變革。

備

注

一、數控加工原理

1．數控加工的過程

首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數字化，即將刀具與工件的相對運動軌跡、加工過程中主軸速度和進給速度的變換、冷卻液的開關、工件和刀具的交換等控制和操作，都按規定的代碼和格式編成加工程序，然后將該程序送入數控系統。數控系統則按照程序的要求，先進行相應的運算、處理，然后發出控制命令，使各坐標軸、主軸以及輔助動作相互協調，實現刀具與工件的相對運動，自動完成零件的加工。

2．數控加工中的數據轉換過程（1）譯碼

譯碼程序的主要功能是將用文本格式（通常用ASCⅡ碼）表達的零件加工程序，以程序段為單位轉換成刀補處理程序所要求的數據結構（格式），該數據結構用來描述一個程序段解釋后的數據信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標值，進給速度，主軸轉速，G代碼，M代碼，刀具號，子程序處理和循環調用處理等數據或標志的存放順序和格式。

（2）刀補處理（計算刀具中心軌跡）

為方便編程，零件加工程序通常是按零件輪廓或按工藝要求設計的進給路線編制的，而數控機床在加工過程中控制的是刀具中心（準確說是刀位點）軌跡，因此在加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡。刀補處理就是完成這種轉換的處理程序。

（3）插補計算

數控編程提供了刀具運動的起點、終點和運動軌跡，而刀具怎么從起點沿運動軌跡走向終點則由數控系統的插補裝置或插補軟件來控制。該程序以系統規定的插補周期?T定時運行，它將由各種線形（直線、圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進給速度F，實時計算出各個進給軸在?T內的位移指令（?X1、?Y1、?），并送給進給伺服系統，實現成形運動。

（4）PLC控制

CNC系統對機床的控制分為對各坐標軸的速度和位置的“軌跡控制”和對機床動作的“順序控制” 或稱“邏輯控制”。后者是指在數控機床運行過程中，以CNC內部和機床各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器等開關信號狀態為條件，并按預先規定的邏輯關系對諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤滑系統的運行等進行的控制。PLC控制就是實現上述功能的功能模塊。

數控加工原理就是將預先編好的加工程序以數據的形式輸入數控系統，數控系統通過譯碼、刀補處理、插補計算等數據處理和PLC協調控制，最終實現零件

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容 的自動化加工。

備

注

二、數控加工工藝和數控加工工藝過程的概念、主要內容及特點

（一）數控加工工藝和數控加工工藝過程的概念

1．數控加工工藝

是采用數控機床加工零件時所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數控加工工藝過程。數控加工工藝是伴隨著數控機床的產生、發展而逐步完善起來的一種應用技術，它是人們大量數控加工實踐的經驗總結。

2．數控加工工藝過程

是利用切削工具在數控機床上直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態等，使其成為成品或半成品的過程。

（二）數控加工工藝和數控加工工藝過程的主要內容（1）選擇并確定進行數控加工的內容；（2）對零件圖紙進行數控加工的工藝分析；（3）零件圖形的數學處理及編程尺寸設定值的確定；（4）數控加工工藝方案的制定；（5）工步、進給路線的確定；（6）選擇數控機床的類型；

（7）刀具、夾具、量具的選擇和設計；（8）切削參數的確定；

（9）加工程序的編寫、校驗與修改；

（10）首件試加工與現場問題處理；（11）數控加工工藝技術文件的定型與歸檔。

（三）數控加工工藝的特點 1．數控加工工藝內容要求具體、詳細 2．數控加工工藝要求更嚴密、精確

3．制定數控加工工藝要進行零件圖形的數學處理和編程尺寸設定值的計算 4．制定數控加工工藝選擇切削用量時要考慮進給速度對加工零件形狀精度的影響

5．制定數控加工工藝時要特殊強調刀具選擇的重要性 6．數控加工工藝的特殊要求

7．數控加工程序的編寫、校驗與修改是數控加工工藝的一項特殊內容

三、數控加工工藝與數控編程的關系

1．數控程序

輸入數控機床，執行一個確定的加工任務的一系列指令，稱為數控程序或零件程序。

2．數控編程

即把零件的工藝過程、工藝參數及其它輔助動作，按動作順序和數控機床規定的指令、格式，編成加工程序，再記錄于控制介質即程序載體（磁盤等），輸入數控裝置，從而指揮機床加工并根據加工結果加以修正的過程。

3．數控加工工藝與數控編程的關系

數控加工工藝分析與處理是數控編程

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容 的前提和依據，沒有符合實際的、科學合理的數控加工工藝，就不可能有真正可行的數控加工程序。而數控編程就是將制定的數控加工工藝內容程序化。

備

注

第三節

數控機床的坐標系統一、數控機床的坐標系

1．標準坐標系和運動方向

標準坐標系采用右手直角笛卡兒定則。基本坐標軸為X、Y、Z并構成直角坐標系，相應每個坐標軸的旋轉坐標分別為A、B、C。

基本坐標軸X、Y、Z的關系及其正方向用右手直角定則判定，拇指為X軸，食指為Y軸，中指為Z軸，圍繞X、Y、Z各軸的回轉運動及其正方向?A、?B、?C分別用右手螺旋定則判定，拇指為X、Y、Z的正向，四指彎曲的方向為對應的A、B、C的正向。與?X、?Y、?Z、?A、?B、?C相反的方向相應用帶“′”的?X′、?Y′、?Z′、?A′、?B′、?C′表示。注意，?X′、?Y′、?Z′之間不符合右手直角笛卡兒定則。

由于數控機床各坐標軸既可以是刀具相對于工件運動，也可以是反之，所以ISO標準規定：

（l）不論機床的具體結構是工件靜止、刀具運動，或是工件運動、刀具靜止，在確定坐標系時，一律看作是刀具相對靜止的工件運動。

（2）機床的直線坐標軸X、Y、Z的判定順序是：先Z軸，再X軸，最后按右手定則判定Y軸。

（3）坐標軸名（X、Y、Z、A、B、C）不帶“′”的表示刀具運動；帶“′”的表示工件運動，如圖1-16所示。

（4）增大工件與刀具之間距離的方向為坐標軸正方向。2．坐標軸判定的方法和步驟（1）Z軸

規定平行于機床主軸軸線的坐標軸為Z軸。對于有多個主軸或沒有主軸的機床（如刨床），標準規定垂直于工件裝夾面的軸為Z軸。對于能擺動的主軸，若在擺動范圍內僅有一個坐標軸平行主軸軸線，則該軸即為Z軸，若在擺動范圍內有多個坐標軸平行主軸軸線，則規定其中垂直于工件裝夾面的坐標軸為Z軸。

規定刀具遠離工件的方向為Z軸的正方向（?Z）。（2）X軸

對于工件旋轉的機床，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座，刀具離開工件旋轉中心的方向為X軸正方向；對于刀具旋轉的立式機床，規定水平方向為X軸方向，且當從刀具（主軸）向立柱看時，X正向在右邊；對于刀具旋轉的臥式機床，規定水平方向仍為X軸方向，且從刀具（主軸）尾端向工件看時，右手所在方向為X軸正方向。

（3）Y軸

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容

Y軸垂直于X、Z坐標軸。Y軸的正方向根據X和Z坐標軸的正方向按照右

備

注

手直角笛卡兒定則來判斷。

（4）旋轉運動A、B和C

A、B和C表示其軸線分別平行于X、Y和Z坐標的旋轉運動。A、B和C的正方向可按右手螺旋定則確定。

（5）附加坐標軸的定義

如果在X、Y、Z坐標以外，還有平行于它們的坐標，可分別指定為U、V、W。若還有第三組運動，則分別指定為P、Q和R。

（6）主軸正旋轉方向與C軸正方向的關系

主軸正旋轉方向

從主軸尾端向前端（裝刀具或工件端）看順時針方向旋轉為主軸正旋轉方向。對于普通臥式數控車床，主軸的正旋轉方向與C軸正方向相同。對于鉆、鏜、銑、加工中心機床，主軸的正旋轉方向為右旋螺紋進入工件的方向，與C軸正方向相反。所以不能誤認為C軸正方向即為主軸正旋轉方向。

二、機床坐標系與工件坐標系

1．機床坐標系與機床原點、機床參考點

（1）機床坐標系

機床坐標系是機床上固有的坐標系，是用來確定工件坐標系的基本坐標系，是確定刀具（刀架）或工件（工作臺）位置的參考系，并建立在機床原點上。機床坐標系各坐標和運動正方向按前述標準坐標系規定設定。

（2）機床原點

現代數控機床都有一個基準位置，稱為機床原點，是機床制造商設置在機床上的一個物理位置，其作用是使機床與控制系統同步，建立測量機床運動坐標的起始點。

（3）機床參考點

與機床原點相對應的還有一個機床參考點，它也是機床上的一個固定點，通常不同于機床原點。一般來說，加工中心的參考點設在工作臺位于負極限位置時的一基準點上。

2．工件坐標系與工件坐標系原點（1）工件坐標系

編程人員在編程時設定的坐標系，也稱為編程坐標系。（2）工件坐標系原點

也稱為工件原點或編程原點，一般用G92或G54~G59指令指定。（3）工件坐標系坐標軸的確定

坐標原點選定后，接著就是坐標軸的確定。工件坐標系坐標軸確定的原則為：根據工件在機床上的安放方向與位置決定Z軸方向，即工件安放在數控機床上時，工件坐標系的Z軸與機床坐標系Z軸平行，正方向一致，在工件上通常與工件主要定位支撐面垂直；然后，選擇零件尺寸較長方向或切削時的主要進給方向

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容

為X軸方向，在機床上安放后，其方位與機床坐標系X軸方位平行，正向一致；過原點與X、Z軸垂直為Y軸，根據右手定則，確定Y軸的正方向。

3．裝夾原點

有的機床還有一個重要的原點，即裝夾原點，是工件在機床上安放時的一個重要參考點。

備

注

第四節

插補原理及與加工精度和加工效率的關系

一、數控加工軌跡控制原理——插補原理

插補的任務就是要根據進給速度的要求，完成在輪廓起點和終點之間的中間點的坐標值計算。目前常用的插補方法有兩類：脈沖增量插補法和數據采樣插補法。

（一）脈沖增量插補

脈沖增量插補是模擬硬件插補的原理，把計算機每次插補運算產生的指令輸出到伺服系統，伺服系統根據進給脈沖進給，以驅動工作臺運動。計算機每發出一個脈沖，工作臺移動一個基本長度單位（脈沖當量），并且每次插補的結果僅產生一個行程增量，每進給一步（一個脈沖當量），計算機就要進行一次插補運算，進給速度受計算機插補速度的限制，因此很難滿足現代數控機床高速度的要求。

（二）數據采樣插補法

數據采樣插補原理是將加工一段直線或圓弧的時間劃分為若干相等的插補周期，每經過一個插補周期就進行一次插補計算，算出在該插補周期內各坐標軸的進給量，邊計算邊加工，若干次插補周期后完成一個曲線段的加工，即從曲線段的起點走到終點。數據采樣插補是根據用戶程序的進給速度，將給定輪廓曲線分割為每一插補周期的進給段，即輪廓步長。每一個插補周期，執行一次插補運算，計算出下一個插補點（動點）坐標，從而計算出下一周期各個坐標的進給量，如?X、?Y等，進而得出下一插補點的指令位置。插補周期可以等于采樣周期，也可以是采樣周期的整倍數。對于直線插補，動點在一個插補周期內運動的直線段與給定直線重合。對于圓弧插補，動點在一個插補周期內運動的直線段以弦線（或切線、割線）逼近圓弧。

圓弧插補常用弦線逼近的方法。如圖1-25所示，用弦線逼近圓弧，會產生逼近誤差er。設?為在一個插補周期內逼近弦所對應的圓心角、r為圓弧半徑，則

???

er?r?1?cos?

（1-14）

2?????將上式中的cos??用冪級數展開，得

?2?

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容

???er?r?1?cos?

2??2?????2?4????2???r?1??1??????

2!4!????????備

注

??28r

（1-15）

設T為插補周期，F為刀具進給速度，則進給步長（或插補步長）l為 l?TF 用進給步長l代替弦長，有

??lr?TFr

將上式代入式（1-15），得

l21?TF? er???

（1-16）

8r8r

式（1-16）反映了逼近誤差er與插補周期T、進給速度F和圓弧半徑r的關系。

根據式1-16，可以得到一個關系式：

l?8er允r

（1-17）式中

er允——輪廓曲線允許的逼近誤差；

r——圓弧半徑；

l——輪廓步長，即單位時間（插補周期）內的進給量。

二、插補原理、進給速度與加工精度和加工效率的關系

從式1-16可以看出，逼近誤差與進給速度、插補周期的平方成正比，與圓弧半徑成反比。較小的插補周期，可以在小半徑圓弧插補時允許較大的進給速度。從另一角度講，進給速度、圓弧半徑一定的條件下，插補周期越短，逼近誤差就越小。對于一個確定的數控系統，插補周期一般是固定的，插補周期確定之后，一定的圓弧半徑，應有與之對應的最大進給速度限定，以保證逼近誤差er不超過允許值。對脈沖增量插補，進給速度越快，則脈沖當量值越大，加工誤差也就越大，插補周期越短，插補精度越高；進給速度越快，插補精度越低，但效率越高。當加工精度要求很高（如微米級）時，在數控系統一定的情況下，進給速度的快慢將影響工件的形狀精度，同時自然影響加工效率。

第五節

當今國際數控加工技術的發展趨勢

1．高速切削 2．高精度加工 3．復合化加工 4．控制智能化

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容

具體體現在以下幾個方面：（l）加工過程自適應控制技術（2）加工參數的智能優化與選擇（3）故障自診斷功能（4）智能化交流伺服驅動裝置 5．互聯網絡化

6．計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing System，縮寫為CIMS）

一般認為CIMS應由下列六個子系統組成：（1）計算機輔助經營和生產管理系統；

（2）計算機輔助產品設計／制造等開發工程系統；（3）自動化制造加工系統；（4）計算機輔助儲運系統；（5）全廠質量控制系統；（6）數據庫與通信系統。

計算機集成制造系統的發展可以實現整個機械制造廠的全盤自動化，成為自動化工廠或無人化工廠，是自動化制造技術的發展方向。

備

注