【正文】 第1章　緒論　數(shù)控機床的產生20世紀中葉數(shù)控技術和數(shù)控機床的誕生標志著生產和控制領域一個嶄新時代的到來?？茖W技術和社會生產力的迅速發(fā)展，對機械產品的質量和生產率提出了趕赴高的要求。機械加工工藝過程和自動化成為實現(xiàn)上述要求的最重要措施之一。它不僅能夠提高產品質量．提高生產率．降低生產成本，還能夠極大地改善生產者的勞動條件。許多企業(yè)，諸如汽車，拖拉機，家用電器等制造廠，廣泛采用了自動機床，組合機床和以專用機床為主體的自動生產線，用多刀，多工位和多面同時加工，成年累月地進行著單一產品零件的高效率和高自動化的生產。盡管這種生產方式需要巨大的初始投資和很長的生產準備周期，但在大批量的生產條件下，由于分攤在每一個加工零件上的加工費用很少，經濟效益仍然是十分顯著的。但是，在機械制造工業(yè)中并不是所有的產品都具有很大的批量，單件與小批生產和零件仍然占機械和軍工等產品，不僅加工批量小，而且加工零件形狀比較復雜，精度要求也很高，還需要經常改型。如果仍采用專用化程度很高的自動化機床加工這類產品的零件就顯得很不合理。經常改裝和調整設備，對于專業(yè)生產線來說，不僅會大大提高產品的成本，甚至是不可能實現(xiàn)的。自改革開放以來，我國的社會主義市場經濟體制日趨成熟，絕大多數(shù)的產品都以從賣方市場向買方市場，產品的競爭十分劇烈，迫使生產企業(yè)要不斷更新產品，提高產品的性能價格比，人們越來越認識到，用戶所得到的相對低廉價格的產品是以犧牲用戶對產品的某些性能為代價換取的。因此，為了保持企業(yè)承包產品的市場份額，即使是大量生產的企業(yè)也必須改變產品長期一成不變的傳統(tǒng)做法。這樣，“剛性”的自動化生產方式即使在批量生產中也已日益暴露其不適應性?！?shù)控編程的定義生成用數(shù)控機床進行零件加工的數(shù)控程序的過程，稱為數(shù)控（NC programming），有時也稱為零件編程（manual programming）。采用計算機輔助數(shù)控編程需要一套專用的數(shù)控編程軟件，現(xiàn)代數(shù)控編程軟件主要分為以批處理命令方式為主的各種類型的APT語言和以CAD軟件為基礎的交互式CAD/CAM－NC編程集成系統(tǒng)。第２章 　數(shù)控編程常用指令及格式　數(shù)控編程的步驟現(xiàn)代數(shù)控機床都是按照事先編制好的零件數(shù)控加工程序自動地對工件進行加工的高效自動化設備。理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣要求的合格零件，同時能使數(shù)控機床的功能得到合理的應用與充分的發(fā)揮，以使數(shù)控機床能安全可靠及高效地工作。在數(shù)控編程這前，編程員應了解所用數(shù)控機床的規(guī)格、性能、CNC系統(tǒng)所具備的功能及編程指令格式等。編制程序時，應先對圖樣規(guī)定的技術特性、零件的幾何形狀、尺寸及工藝要求進行分析，確定加工方法和加工路線，再進行數(shù)值計算，獲得刀位數(shù)據(jù)。然后按數(shù)控機床規(guī)定的代碼和程序格式，將工件的尺寸、刀位數(shù)據(jù)、加工路線、切削參數(shù)（主軸轉速、進給速度、切削深度等）以及輔助功能（換刀、主軸正轉、反轉、冷卻液開、關等）編制成加工程序，并輸入數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)控制數(shù)控機床自動地進行加工。一般來說，數(shù)控編程過程主要包括：分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)學處理、編寫程序單、輸入數(shù)控系統(tǒng)程序檢驗，如圖２－１所示。數(shù)控編程的具體步驟與要求如下：１、分析零件圖樣和工藝處理　這一步驟的內容包括：對零件圖樣進行分析以明確加工的內容及要求、確定加工方案、選擇合適的數(shù)控機床、設計夾具、選擇刀具、確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。工藝處理涉及的問題很多，編程人員需要注意以下幾點：（１）確定加工方案　此時應考慮數(shù)控機床使用的合理性及經濟性，并充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能。（２）工夾具的設計和選擇　應特別注意要迅速完成工件的定位和夾緊過程，以減少輔助時間。使用組合夾具，生產準備周期短，夾具零件可以反復使用，經濟效果好。此外，所用夾具應便于安裝，便于協(xié)調工作和機床坐標系的尺寸關系。（３）正確地選擇編程原點及編程坐標系　對于數(shù)控機床來說，程序編制時，正確地選擇編程原點及編程坐標系是很重要的。編程坐標系是指在數(shù)控編程時，在工作上確定的基準坐標系，　其原點也是數(shù)控加工的對刀點。編程原點及編程坐標系的選擇原則如下：① 所選的編程原點及編程坐標系應便于檢查的位置。② 編程原點應選在容易找正、并在加工過程中便于檢查的位置。③ 引起的加工誤差小。（４）選擇合理的走刀路線，路線合理地選擇走刀路線對于數(shù)控加工是很重要的。走刀路線的選擇應從以下幾個方面考慮：① 盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程，提高生產效率。② 合理選取起刀點、切入點和切入方式，保證切入過程平穩(wěn)，沒有沖擊。③ 保證加工零件的精度和表面粗糙的要求。④ 保證加工過程的安全性，避免刀具與非加工面的　涉。⑤ 有利于簡化數(shù)值計算，減少程序段數(shù)目和編制程序工作量。（５）選擇合理的刀具　根據(jù)工件材料的性能、機床的加工能力、加工工序的類型、切削乃是以及其它與加工有關的因素來選擇刀具。（６）確定合理的切削用量　在工藝處理中必須正確確定切削用量。２、數(shù)學處理　在完成了工藝處理的工作之后，下一步需根據(jù)零件的幾何尺寸、加工路線和刀具半徑補償方式計算刀具運動軌跡，以獲得刀位數(shù)據(jù)。 ?。?、編寫零件加工程序單、輸入數(shù)控機床及程序檢驗在完成上述工藝處理和數(shù)值計算之后，編程員使用數(shù)控系統(tǒng)和程序指令，按照規(guī)定的程序格式，逐段編寫零件加工程序單。編程員應對數(shù)控機床的性能、程序指令及代碼非常熟悉，才能編寫出正確的零件加工程序。　數(shù)控編程的方法數(shù)控編程的分類方法有多種，大致可歸納為：１） 根據(jù)編程地點進行分類：辦公室或車間。２） 根據(jù)編程計算機進行分類：CNC內部計算機，個人計算機（PC）或工作站（workstation）等。３） 根據(jù)編程軟件進行分類：CNC內部編程軟件，APT語言或CAD/CAM集成數(shù)控編程軟件。圖２－２描述了上述幾種不同的數(shù)控編程分類方法及其相互之間的關系?！　≡趫D２－２中，采用集成電路的面向車間的編程（Workshop Oriented Programming ，簡稱WOP）的CNC系統(tǒng)進行編程是在機床上進行的，對于簡單零件的編程及程序的局部修改十分有效，整個過程教師在以圖像支持為基礎的菜單及命令交互方式下完成任務的，而編程方法則屬于手工編程的范疇。下面主要探討手工編程。手工編程　是指編制零件數(shù)控加工程序的各個步驟，即從零件圖樣分析、工藝處理、確定加工路線和工藝參數(shù)、幾何計算、編寫零件的數(shù)控加工程序單直至程序的檢驗，均由人工來完成，如圖２－３所示。對于點位加工和幾何形狀不太復雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。但對輪廓形狀不是由簡單的直線、圓弧組成的復雜零件，特別是空間復雜曲面零件，以及幾何元素雖不復雜，但程序量很大的零件，計算及編寫程序則相當繁瑣，工作量在，容易出錯，且很難校對，采用手工編程是難以完成的。因此，為了縮短生產周期，提高數(shù)控機床的利用率，有效地解決各種模具及復雜勞動零件的加工問題，采用手工編程已不能滿足要求，而必須采用自動編程方法?！?shù)控編程常用指令及其格式一般來說，一個程序段中各指令的格式（舉例）為：N35 G01 Y32 F152其中N35為程序段號,現(xiàn)代CNC系統(tǒng)中很多都不要求程序段號,即程序號可有可無:G代碼為準備功能, G01表示直線插補，一般可以用G1代替，即可以活力前導０；Ｘ、Ｙ、Ｚ為刀具運動的終點坐標位置，現(xiàn)代CNC系統(tǒng)一般都對坐標值的小數(shù)點有嚴格的要求：Ｆ為進給速度代碼，F(xiàn)152表示進給速度為152mm/min，其小數(shù)點Ｘ、Ｙ、Ｚ與的小數(shù)點同樣重要。在一個程序段中，可能出現(xiàn)的編碼字符還有Ｓ（主軸轉速）、Ｔ（刀具號碼）、Ｍ（輔助功能）、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｈ、Ｒ等。程序段中英文字母的含義字符意 義A繞X 旋轉B繞Y旋轉C繞Z 旋轉D第二刀具功能，刀具半徑補償指令E第二進給功能F第一進給功能G準備功能H補償號的指定I圓弧中心X軸向坐標J圓弧中心Y軸向坐標K圓弧中心Z軸向坐標L固定循環(huán)及子程序的重復次數(shù)M輔助功能N程序段順序號O程序號、子程序號的指定 P暫?；虺绦蛑心彻δ艿拈_始使用的順序號Q固定循環(huán)終止段號或固定循環(huán)中的定距R固定循環(huán)中定距離和圓弧半徑的指令S主軸轉速的指令T刀具編號的指令UXVYWZXX軸的絕對坐標值或暫停時間YY軸的絕對坐標ZZ軸的絕對坐標 準備功能指令準備功能指令由字符Ｇ和其后的１～３位數(shù)字組成，常用的從Ｇ00～Ｇ99，很多現(xiàn)代CNC系統(tǒng)的準備功能已擴大至G150。準備功能的主要作用是指定機床的運動方式，為數(shù)控系統(tǒng)的插補運算做準備。常用的Ｇ指令如下：１、坐標快速定位（G00）與插補（G0G02和G03）指令　這是一組模態(tài)指令，即同時只能一個有效，缺省為G00。１）G00或G0——坐標快速定位　它使刀具以點位控制方式從刀具當前所在點快速移到指令給出的目標位置。如G0 X0 Y0 Z100使刀具快速移到的位置，它只能用于快速定位不能用于切削加工。2）G01或G1——線性插補 可使機床沿各坐標軸方向運動，或在各坐標平面內執(zhí)行具有任意斜率的直線運動，或使機床三坐標聯(lián)運，沿任意空間直線運動，也可使機床作四坐標、五坐標線性插補運動。如G01 X10 Y20 Z20使刀具從當前位置沿直線運動到（10,20,20）的位置。３）G02或GG03或G3——圓弧插補　使機床在各坐標平面內執(zhí)行圓弧插補運動，切削出圓弧輪廓。G02為順時針圓弧插補指令，G03為逆時針圓弧插補指令。 　　 圓弧的 順、逆方向可圖２－４中給出的方向進行判斷。使用圓弧插補指令之前必須應用平面選擇指令，指定圓弧插補的平面。其指令格式（舉例）為：G02（或G03）X20 Y2 　　　圖２－４　圓弧順逆插補I10 J0,其中Ｘ、Ｙ為圓弧的終點坐標，Ｉ、Ｊ為圓心相對于圓弧起點（由上一條指令給出）的坐標，如圖２－５所示?！　? 　?。?、G1G1G19——坐標平面選擇　G17指定零件進行平面上的加工，G1G19分別為XY、YZ平面上的加工，如圖４所示。這些指令在進行圓弧插補、二維刀具半徑補償時必須使用。這是一組模態(tài)指令，缺省為G17。３、GG4G42——刀具半徑補償　G41其中為刀具半徑左補償，G42為刀具半徑右補償，G40為缺省刀具半徑補償。這是一組模態(tài)指令，缺省為G40。４、G4G4G49——刀具長度補償　G43其中為刀具長度正向補償，G44為刀具長度負向補償，G49為取消刀具長度補償。這是一組模態(tài)指令，向導省為G49。５、G54～G59——選擇程序原點１＃～６?！∵@些代碼在已存儲程序原點偏置量的六個工件坐標系中選擇一個，以后的各軸坐標位置都是相對于所選擇的工件坐標系。這是一組模態(tài)指令，沒有缺省方式。如果程序沒有用G92設定工件坐標系，也沒有用G