【正文】 數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等）帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標(biāo)，按國家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國家之急需。在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。第二章 數(shù)控加工的基本概念 基本概念數(shù)控編程是數(shù)控加工準(zhǔn)備階段的主要內(nèi)容，通常包括分析零件圖樣，確定加工工藝過程；計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；編寫數(shù)控加工程序；制作控制介質(zhì)；校對程序及首件試切?？傊?它是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程。常用方法手工編程是指編程的各個(gè)階段均由人工完成。利用一般的計(jì)算工具，通過各種數(shù)學(xué)方法，人工進(jìn)行刀具軌跡的運(yùn)算，并進(jìn)行指令編制。這種方式比較簡單，很容易掌握，適應(yīng)性較大。適用于中等復(fù)雜程度程序、計(jì)算量不大的零件編程，對機(jī)床操作人員來講必須掌握。人工完成零件加工的數(shù)控工藝分析零件圖紙制定工藝決策確定加工路線選擇工藝參數(shù)計(jì)算刀位軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)編寫數(shù)控加工程序單驗(yàn)證程序主要用于點(diǎn)位加工（如鉆、鉸孔）或幾何形狀簡單（如平面、方形槽）零件的加工，計(jì)算量小，程序段數(shù)有限，編程直觀易于實(shí)現(xiàn)的情況等。對于具有空間自由曲面、復(fù)雜型腔的零件，刀具軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算相當(dāng)繁瑣，工作量大，極易出錯(cuò)，且很難校對，有些甚至根本無法完成。對于幾何形狀復(fù)雜的零件需借助計(jì)算機(jī)使用規(guī)定的數(shù)控語言編寫零件源程序，經(jīng)過處理后生成加工程序，稱為自動(dòng)編程。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)不僅向用戶編程提供了一般的準(zhǔn)備功能和輔助功能，而且為編程提供了擴(kuò)展數(shù)控功能的手段。FANUC6M數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)編程，應(yīng)用靈活，形式自由，具備計(jì)算機(jī)高級語言的表達(dá)式、邏輯運(yùn)算及類似的程序流程，使加工程序簡練易懂，實(shí)現(xiàn)普通編程難以實(shí)現(xiàn)的功能。數(shù)控編程同計(jì)算機(jī)編程一樣也有自己的“語言”,但有一點(diǎn)不同的是,它還沒發(fā)展到那種相互通用的程度,也就是說,當(dāng)我要對一個(gè)毛坯進(jìn)行加工時(shí),（1）UGUnigraphics 是美國Unigraphics Solution公司開發(fā)的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一體的三維參數(shù)化軟件，是當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造的高端軟件，用于航空、航天、汽車、輪船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。UG軟件在CAM領(lǐng)域處于領(lǐng)先的地位，產(chǎn)生于美國麥道飛機(jī)公司，是飛機(jī)零件數(shù)控加工首選編程工具。UG 優(yōu)點(diǎn)提供可靠、精確的刀具路徑能直接在曲面及實(shí)體上加工良好的使用者界面，客戶也可自行化設(shè)計(jì)界面多樣的加工方式，便于設(shè)計(jì)組合高效率的刀具路徑完整的刀具庫加工參數(shù)庫管理功能包含二軸到五軸銑削、車床銑削、線切割大型刀具庫管理實(shí)體模擬切削泛用型后處理器等功能高速銑功能CAM客戶化模板（2）CatiaCatia是法國達(dá)索（Dassault）公司推出的產(chǎn)品，法制幻影系列戰(zhàn)斗機(jī)、波音73777的開發(fā)設(shè)計(jì)均采用Catha。CATIA 據(jù)有強(qiáng)大的曲面造型功能，在所有的CAD三維軟件位居前列，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的航空航天企業(yè)、研究所，以逐步取代UG成為復(fù)雜型面設(shè)計(jì)的首選。CATIA具有較強(qiáng)的編程能力，可滿足復(fù)雜零件的數(shù)控加工要求。目前一些領(lǐng)域采取CATIA設(shè)計(jì)建模，UG編程加工，二者結(jié)合，搭配使用。（3）Pro/E 是美國 PTC（參數(shù)技術(shù)有限公司）開發(fā)的軟件，是全世界最普及的三維 CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）系統(tǒng)。廣泛用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)和玩具等民用行業(yè)。具有零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、造型設(shè)計(jì)等多種功能。Pro/E在我國南方地區(qū)企業(yè)中被大量使用，設(shè)計(jì)建模采用PROE，編程加工采用MASTERCAM 和 CIMATRON 是目前通行的做法。（4）C（imatronCAD/CAM系統(tǒng)以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產(chǎn)品，是較早在微機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)三維CAD/CAM全功能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了比較靈活的用戶界面，優(yōu)良的三維造型、工程繪圖，全面的數(shù)控加工，各種通用、專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。CimatronCAD/CAM系統(tǒng)在國際上的模具制造業(yè)備受歡迎，國內(nèi)模局制造行業(yè)也在廣泛使用。（5）Mastercam美國CNC公司開發(fā)的基于PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件，它具有方便直觀的幾何造型 Mastercam提供了設(shè)計(jì)零件外形所需的理想環(huán)境，其強(qiáng)大穩(wěn)定的造型功能可設(shè)計(jì)出復(fù)雜的曲線、曲面零件。Mastercam具有較強(qiáng)的曲面粗加工及的曲面精加工的功能，曲面精加工有多種選擇方式，可以滿足復(fù)雜零件的曲面加工要求，同時(shí)具備多軸加工功能。由于價(jià)格低廉，性能優(yōu)越，成為國內(nèi)民用行業(yè)數(shù)控編程軟件的首選。（6）FeatureCAM美國DELCAM公司開發(fā)的基于特征的全功能CAM軟件，全新的特征概念，超強(qiáng)的特征識(shí)別，基于工藝知識(shí)庫的材料庫，刀具庫，圖標(biāo)導(dǎo)航的基于工藝卡片的編程模式。全模塊的軟件，從2~5軸銑削，到車銑復(fù)合加工，從曲面加工到線切割加工，為車間編程提供全面解決方案。DELCAM軟件后編輯功能相對來說是比較好的。近年來國內(nèi)一些制造企業(yè)正在逐步引進(jìn)，以滿足行業(yè)發(fā)展的需求，屬新興產(chǎn)品。（7）CAXA制造工程師CAXA制造工程師是北京北航海爾軟件有限公司推出一款全國產(chǎn)化的CAM產(chǎn)品，為國產(chǎn)CAM軟件在國內(nèi)CAM市場中占據(jù)了一席之地。作為我國制造業(yè)信息化領(lǐng)域自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件優(yōu)秀代表和知名品牌，CAXA已經(jīng)成為我國CAD/CAM/PLM業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者和主要供應(yīng)商。CAXA制造工程師是一款面向二至五軸數(shù)控銑床與加工中心、具有良好工藝性能的銑削/鉆削數(shù)控加工編程軟件。該軟件性能優(yōu)越，價(jià)格適中，在國內(nèi)市場頗受歡迎。（8）EdgeCAM英國Pathtrace公司出品的具有智能化的專業(yè)數(shù)控編程軟件，可應(yīng)用于車、銑、線切割等數(shù)控機(jī)床的編程。針對當(dāng)前復(fù)雜三維曲面加工特點(diǎn)，EdgeCAM設(shè)計(jì)出更加便捷可靠的加工方法，目前流行于歐美制造業(yè)。英國路徑公司正在進(jìn)行中國市場的開發(fā)和運(yùn)作，為國內(nèi)的制造業(yè)的客戶提供更多的選擇。（9）VERICUTVERICUT美國CGTECH公司出品的一種先進(jìn)的專用數(shù)控加工仿真軟件。VERICUT 采用了先進(jìn)的三維顯示及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對數(shù)控加工過程的模擬達(dá)到了極其逼真的程度。不僅能用彩色的三維圖像顯示出刀具切削毛坯形成零件的全過程，還能顯示出刀柄、夾具,甚至機(jī)床的運(yùn)行過程和虛擬的工廠環(huán)境也能被模擬出來，其效果就如同是在屏幕上觀看數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)的錄像。編程人員將各種編程軟上生成的數(shù)控加工程序?qū)隫ERICUTVERICUT中，由該軟件進(jìn)行校驗(yàn)，可檢測原軟件編程中產(chǎn)生的計(jì)算錯(cuò)誤，降低加工中由于程序錯(cuò)誤導(dǎo)致的加工事故率。目前國內(nèi)許多實(shí)力較強(qiáng)的企業(yè)，已開始引進(jìn)該軟件來充實(shí)現(xiàn)有的數(shù)控編程系統(tǒng)，取得了良好的效果。隨著制造業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控編程軟件的開發(fā)和使用也進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的新階段，新產(chǎn)品層出不窮，功能模塊越來越細(xì)化，工藝人員可是在微機(jī)上輕松地設(shè)計(jì)出科學(xué)合理并富有個(gè)性化的數(shù)控加工工藝，把數(shù)控加工編程變得更加容易、便捷，對零件圖樣要求的形狀、尺寸、精度、材料及毛坯進(jìn)行分析，明確加工內(nèi)容與要求；確定加工方案、走刀路線、切削參數(shù)以及選擇刀具及夾具等。.數(shù)值計(jì)算，根據(jù)零件的幾何尺寸、加工路線、計(jì)算出零件輪廓上的幾何要素的起點(diǎn)、終點(diǎn)及圓弧的圓心坐標(biāo)等。，在完成上述兩個(gè)步驟后，按照數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定使用的功能指令代碼和程序段格式，編寫加工程序單。，程序的輸入可以通過鍵盤直接輸入數(shù)控系統(tǒng)，也可以通過計(jì)算機(jī)通信接口輸入數(shù)控系統(tǒng)。，利用數(shù)控系統(tǒng)提供的圖形顯示功能，檢查刀具軌跡的正確性。對工件進(jìn)行首件試切，分析誤差誤差產(chǎn)生的原因，及時(shí)修正，直到試切出合格零件，雖然,每個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的編程語言和指令各不相同,但其間也有很多相通之處.字與字的功能 ：字符與代碼：字符是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號，如數(shù)字、字母、標(biāo)點(diǎn)符號、數(shù)學(xué)運(yùn)算符等。國際上廣泛采用兩種標(biāo)準(zhǔn)代碼：（1）ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)代碼（2）EIA美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)代碼字在數(shù)控加工程序中，字是指一系列按規(guī)定排列的字符，作為一個(gè)信息單元存儲(chǔ)、傳遞和操作。字是由一個(gè)英文字母與隨后的若干位十進(jìn)制數(shù)字組成，這個(gè)英文字母稱為地址符。如：“X2500”是一個(gè)字，X為地址符，數(shù)字“2500”為地址中的內(nèi)容。字的功能： 組成程序段的每一個(gè)字都有其特定的功能含義，以下是以FANUC0M數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范為主來介紹的。（1）順序號字N順序號又稱程序段號或程序段序號。順序號位于程序段之首，由順序號字N和后續(xù)數(shù)字組成。其作用為校對、條件跳轉(zhuǎn)、固定循環(huán)等。使用時(shí)應(yīng)間隔使用，如N10 N20 N30??（2）準(zhǔn)備功能字G準(zhǔn)備功能字的地址符是G，又稱為G功能或G指令，是用于建立機(jī)床或控制系統(tǒng)工作方式的一種指令。G00～G99（3）尺寸字尺寸字用于確定機(jī)床上刀具運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)的坐標(biāo)位置。其中，第一組 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R 用于確定終點(diǎn)的直線坐標(biāo)尺寸；第二組 A，B，C，D，E 用于確定終點(diǎn)的角度坐標(biāo)尺寸；第三組 I，J，K 用于確定圓弧輪廓的圓心坐標(biāo)尺寸。在一些數(shù)控系統(tǒng)中，還可以用P指令暫停時(shí)間、用R指令圓弧的半徑等。（4）進(jìn)給功能字F進(jìn)給功能字的地址符是F，又稱為F功能或F指令，用于指定切削的進(jìn)給速度。對于車床，F(xiàn)可分為每分鐘進(jìn)給和主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給兩種，對于其它數(shù)控機(jī)床，一般只用每分鐘進(jìn)給。F指令在螺紋切削程序段中常用來指令螺紋的導(dǎo)程。（5）主軸轉(zhuǎn)速功能字S主軸轉(zhuǎn)速功能字的地址符是S，又稱為S功能或S指令，用于指定主軸轉(zhuǎn)速。單位為r/min。（6）刀具功能字T刀具功能字的地址符是T，又稱為T功能或T指令，用于指定加工時(shí)所用刀具的編號,如T01。對于數(shù)控車床，其后的數(shù)字還兼作指定刀具長度補(bǔ)償和刀尖半徑補(bǔ)償用，如T0101。（7）輔助功能字M輔助功能字的地址符是M，后續(xù)數(shù)字一般為1～3位正整數(shù)，又稱為M功能或M指令，用于指定數(shù)控機(jī)床輔助裝置的開關(guān)動(dòng)作，如M00～M99。一個(gè)數(shù)控加工程序是若干個(gè)程序段組成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和數(shù)據(jù)的安排形式。程序段格式舉例：N30 G01 F500 S3000 T02 M08； N40 X90；（本程序段省略了續(xù)效字“G01，F(xiàn)500，S3000，T02，M08”，但它們的功能仍然有效）在程序段中，必須明確組成程序段的各要素：移動(dòng)目標(biāo)：終點(diǎn)坐標(biāo)值X、Y、Z；沿怎樣的軌跡移動(dòng)：準(zhǔn)備功能字G；進(jìn)給速度：進(jìn)給功能字F；切削速度：主軸轉(zhuǎn)速功能字S；使用刀具：刀具功能字T；機(jī)床輔助動(dòng)作：輔助功能字M。程序格式（1）程序開始符、結(jié)束符程序開始符、結(jié)束符是同一個(gè)字符，ISO代碼中是%，EIA代碼中是EP，書寫時(shí)要單列段。（2）程序名程序名有兩種形式：一種是英文字母O（%或P）和1～4位正整數(shù)組成；另一種是由英文字母開頭，字母數(shù)字多字符混合組成的程序名(如TEST1 等)。一般要求單列一段。（3）程序主體程序主體是由若干個(gè)程序段組成的。每個(gè)程序段一般占一行。（4）程序結(jié)束程序結(jié)束可以用M02或M30指令。一般要求單列一段。加工程序的一般格式舉例：% // 開始符O2000 // 程序名N10 G54 G00 M03 S1000 // 程序主體N20 G01 F100 T02 M08N30 ??N200 M30 // 程序結(jié)束% // 結(jié)束符（1）機(jī)床相對運(yùn)動(dòng)的規(guī)定在機(jī)床上，我們始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)的。這樣編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機(jī)床的加工過程（2）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定。在數(shù)控機(jī)床上，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控裝置來控制的，為了確定數(shù)控機(jī)床上的成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)，必須先確定機(jī)床上運(yùn)動(dòng)的位移和運(yùn)動(dòng)的方向，這就需要通過坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)坐標(biāo)系被稱之為機(jī)床坐標(biāo)系。例如銑床上，有機(jī)床的縱向運(yùn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)以及垂向運(yùn)動(dòng)。在數(shù)控加工中就應(yīng)該用機(jī)床坐標(biāo)系來描述。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角 坐標(biāo)系決定：（1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90176。則大拇指代表X坐標(biāo)，食指代表Y坐標(biāo)，中指代表Z坐標(biāo)。（2）大拇指的指向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向，食指的指向?yàn)閅坐標(biāo)的正方向，中指的指向?yàn)閆坐標(biāo)的正方向。圍繞X、Y、Z坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向?yàn)閄、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向。（3）運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定增大刀具與工件距離的方向即為各坐標(biāo)軸的正方向，下圖為數(shù)控車床上兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的正方向。（1）Z坐標(biāo)Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向是由傳遞切削動(dòng)力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)，Z坐標(biāo)的正向?yàn)榈毒唠x開工件的方向。（2）X坐標(biāo)X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時(shí)，要考慮兩種情況：1）如果工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則刀具離開工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。2）如果刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則分為兩種情況： Z坐標(biāo)水平時(shí)，觀察者沿刀 具主軸向工件看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方；Z坐標(biāo)垂直時(shí)，觀察者面對刀具主軸向立柱看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。下圖所示為數(shù)控車床的X坐標(biāo)。（3）Y坐標(biāo)在確定X、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來確定Y坐標(biāo)的方向。機(jī)床原點(diǎn)是指在機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)固定點(diǎn)，即機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。它在機(jī)床裝配、調(diào)試時(shí)就已確定下來，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)參考點(diǎn)。（1）數(shù)