【正文】 工時(shí)，上述這些具體工藝問題，不僅僅成為數(shù)控工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須認(rèn)真考慮的內(nèi)容，而且還必須作出正確的選擇并編入加工程序中。首次試切時(shí)，應(yīng)該以單程序段的運(yùn)行方式進(jìn)行加工，監(jiān)視加工狀況，調(diào)整切削參數(shù)和狀態(tài)。5．程序校驗(yàn)與首件試切程序清單必須經(jīng)過校驗(yàn)和試切才能正式使用。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件（如非圓曲線、曲面組成的零件），數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能不能滿足零件的幾何形狀時(shí)，必須計(jì)算出曲面或曲線上一定數(shù)量的離散點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間用直線或圓弧逼近，根據(jù)要求的精度計(jì)算出節(jié)點(diǎn)間的距離。1．分析零件圖樣和工藝處理首先根據(jù)圖紙對(duì)零件的幾何形狀尺寸、技術(shù)要求進(jìn)行分析，明確加工內(nèi)容，決定加工方案、加工順序，設(shè)計(jì)夾具，選擇刀具、確定合理的走刀路線和切削用量等。（4）刀具功能字：用字符T及隨后的號(hào)碼表示，因此也稱為T指令。如X、Y、Z主要用于表示刀位點(diǎn)的坐標(biāo)值，而I、J、K用于表示圓弧刀軌的圓心坐標(biāo)值（參見G0G03指令中的內(nèi)容）。（2）M0M0M05：主軸順時(shí)針轉(zhuǎn)、主軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)、主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。3．輔助功能字輔助功能字一般由字符M及隨后的2位數(shù)字組成，因此也稱為M指令。G92是根據(jù)刀具起始點(diǎn)與加工坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系確定加工坐標(biāo)系，其格式示例為G92 X20 Y30 Z40。所謂左補(bǔ)償，是指沿著刀具前進(jìn)的方向，刀軌向左側(cè)偏置一個(gè)刀半徑的距離。（5）G4G4G40：刀具半徑左補(bǔ)償、右補(bǔ)償和取消半徑補(bǔ)償。例如G02 X100 Y100 Z100 I50 J50 K50 F250表示刀具以250mm/min的速度沿一順時(shí)針圓弧運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)（100，100，100），該圓弧的圓心相對(duì)于起點(diǎn)的坐標(biāo)增量為（50，50，50）。G02/G03有兩種表達(dá)格式，一種為半徑格式，使用參數(shù)值R，如G02 X100 Y100 Z100 R50 F250表示刀具以250mm/min的速度沿半徑50的順時(shí)針圓弧運(yùn)動(dòng)至終點(diǎn)（100，100，100）。常用的G指令有以下幾種。在程序段之首，以字母N開頭，其后為一個(gè)2～4位的數(shù)字。A、B、C177。但實(shí)際上數(shù)控機(jī)床的X軸行程可能只有650mm，但實(shí)際上數(shù)控機(jī)床可能限制在3000mm/min以下。一般的數(shù)控機(jī)床可以選擇公制單位毫米（mm）或者英制單位英寸（inch）為數(shù)值單位。程序結(jié)束的標(biāo)記符，一般與程序起始符相同。字首是一個(gè)英文字母，稱為字的地址，它決定了字的功能類別。程序名具體采用何種形式由數(shù)控系統(tǒng)決定。程序起始符單列一行。程序由程序號(hào)、程序段號(hào)、準(zhǔn)備功能、尺寸字、進(jìn)給速度、主軸功能、刀具功能、輔助功能、刀補(bǔ)功能等構(gòu)成的。 數(shù)控程序結(jié)構(gòu)數(shù)控程序是由為使機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)而給與數(shù)控裝置的一系列指令的有序集合所構(gòu)成的。掌握手工編程對(duì)深刻理解自動(dòng)編程有重要的作用。這種軟件通常以機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件為基礎(chǔ)，利用CAD軟件的圖形編輯功能將零件的幾何圖形繪制到計(jì)算機(jī)上，形成零件的圖形文件，然后調(diào)用數(shù)控編程模塊，采用人機(jī)交互的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上指定被加工的部位，再輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，計(jì)算機(jī)便可自動(dòng)進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理并編制出數(shù)控加工程序，同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上動(dòng)態(tài)地顯示出刀具的加工軌跡。然而，由于APT語言是開發(fā)得比較早的計(jì)算機(jī)數(shù)控編程語言，而當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的圖形處理能力不強(qiáng)，因而必須在APT源程序中用語言的形式去描述本來十分直觀的幾何圖形信息及加工過程，再由計(jì)算機(jī)處理生成加工程序，致使其直觀性差，編程過程比較復(fù)雜不易掌握。測(cè)量原點(diǎn)偏置實(shí)際上就是我們?cè)跀?shù)控機(jī)床操作中通常所說的“對(duì)刀”操作。關(guān)于數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向命名的詳細(xì)內(nèi)容，可參閱JB305282部頒標(biāo)準(zhǔn)。= y、z39。、Y39。機(jī)床坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)是刀具運(yùn)動(dòng)方向，并且刀具向上運(yùn)動(dòng)為正方向。機(jī)床坐標(biāo)系通常采用如圖117所示的右手直角笛卡兒坐標(biāo)系。它是考察刀具在機(jī)床上的實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置的基準(zhǔn)坐標(biāo)系。這種加工的編程計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。逼近線段mn是由C坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)Δθ與Z坐標(biāo)位移ΔZ的合成。除了X、Y、Z三軸的平動(dòng)外還有刀具旋轉(zhuǎn)、工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)。若在三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的機(jī)床上用圓頭銑刀按行切法加工時(shí)，不但生產(chǎn)率低，而且光潔度差。但編程計(jì)算較為復(fù)雜，所用的數(shù)控裝置還必須具備三軸聯(lián)動(dòng)功能。X、Y、Z三軸可同時(shí)插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)。ABCD為被加工曲面，P平面為平行于YZ做表面的一個(gè)平行面，其刀心軌跡O1O2為曲面ABCD的等距面IJKL與行切面Pyz的交線，顯然，O1O2是一條平面曲線。球狀銑刀的刀頭半徑應(yīng)選得大一些，有利于提高加工光潔度、增加刀具剛度、散熱等。如圖112所示，將X向分成若干段，圓頭銑刀沿YZ面所截的曲線進(jìn)行銑削，每一段加工完后進(jìn)給ΔX，再加工另一相鄰曲線，如此依次切削即可加工出整個(gè)曲面，故稱為行切法。q 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床：精度及穩(wěn)定性較高，價(jià)格適中，應(yīng)用最普及。q 點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床：在點(diǎn)位控制的基礎(chǔ)上，還要保證運(yùn)動(dòng)一條直線，且刀具在運(yùn)動(dòng)過程中還要進(jìn)行切削加工。4．大大減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度數(shù)控銑床對(duì)零件加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的。另外，數(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量都是無級(jí)變速的，因此有利于選擇最佳切削用量。3．高效率數(shù)控機(jī)床的高效率主要是由數(shù)控機(jī)床高柔性帶來的。這就是數(shù)控機(jī)床高柔性帶來的特殊優(yōu)點(diǎn)。以上工件至少需要6道工序才能完成。（3）平磨（或括削）底面A。所謂“柔性”即是靈活、通用、萬能，可以適應(yīng)加工不同形狀工件的自動(dòng)化機(jī)床。1970年首次展出了第一臺(tái)用計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床（CNC）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單件小批量生產(chǎn)約占加工總量的75%～80%。 數(shù) 控 機(jī) 床 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)隨著科學(xué)技術(shù)和市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和新產(chǎn)品的開發(fā)周期提出了越來越高的要求。編程允許誤差越大，則刀位點(diǎn)的間距越大；反之越小。（3）刀位點(diǎn)的計(jì)算。其中圖18所示為行切刀軌，即所有刀位點(diǎn)都分布在一組與刀軸（z軸）平行的平面內(nèi)。由此可見，刀位點(diǎn)計(jì)算的前提是首先根據(jù)刀具的類型和尺寸計(jì)算出加工表面的偏置面。（1）加工表面的偏置。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度和主軸轉(zhuǎn)速是刀具切削運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)主要參數(shù)，對(duì)加工質(zhì)量、加工效率有重要的影響。在曲面加工中，相鄰兩條數(shù)控刀軌之間會(huì)留下未切削區(qū)域，如圖15所示，由此造成的加工誤差稱為殘余高度，它主要影響加工表面的粗糙度。數(shù)控編程的任務(wù)是計(jì)算出數(shù)控刀軌，并以程序的形式輸出到數(shù)控機(jī)床，其核心內(nèi)容就是計(jì)算出數(shù)控刀軌上的刀位點(diǎn)。 圖 12 圖 13 數(shù)控刀軌是由一系列簡單的線段連接而成的折線，折線上的結(jié)點(diǎn)稱為刀位點(diǎn)。數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控線切割機(jī)是模具行業(yè)中最常用的數(shù)控加工設(shè)備，其中以數(shù)控銑床應(yīng)用最為廣泛。它的主要功能包括數(shù)據(jù)輸入輸出、加工軌跡計(jì)算與編輯、工藝參數(shù)設(shè)置、加工仿真、數(shù)控程序后處理和數(shù)據(jù)管理等。 計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備主要有工作站和微機(jī)兩種。數(shù)控程序文件可以通過傳輸軟件傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的控制器上，由控制器按程序語句驅(qū)動(dòng)機(jī)床加工。（7）生成數(shù)控程序。在完成參數(shù)的設(shè)置后，CATIA將自動(dòng)進(jìn)行刀軌的計(jì)算。q 設(shè)置刀具及機(jī)械參數(shù)：針對(duì)每一個(gè)加工工序選擇適合的加工刀具并在CATIA中設(shè)置相應(yīng)的機(jī)械參數(shù)，包括主軸轉(zhuǎn)速、切削進(jìn)給、切削液控制等。參數(shù)設(shè)置可視為對(duì)工藝分析和規(guī)劃的具體實(shí)施，它構(gòu)成了利用CATIA進(jìn)行數(shù)控編程的主要操作內(nèi)容，直接影響生成的數(shù)控程序質(zhì)量。對(duì)于通過公共數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式得到的零件CAD模型，看似光滑的曲線可能存在斷點(diǎn)，看似一體的曲面在連接處可能不相交，這樣可以通過修整或者創(chuàng)建輪廓線構(gòu)造出最佳的加工邊界曲線。對(duì)于因有不加工部位存在而造成的曲面空缺部位，應(yīng)該補(bǔ)充完整。q 確定坐標(biāo)系。q 加工工藝和加工方式確定：如刀具選擇、加工工藝參數(shù)和切削方式的選擇等。數(shù)控銑加工的工藝適應(yīng)性也是有一定限制的，對(duì)于尖角、細(xì)小的筋條等部位是不適合加工的，應(yīng)使用線切割或者電加工來加工；而某些加工內(nèi)容可能使用普通機(jī)床有更好的經(jīng)濟(jì)性，如孔的加工可以使用鉆床、回轉(zhuǎn)體加工可以用車床來加工。（2）加工工藝分析及規(guī)劃。零件的CAD模型是數(shù)控編程的前提和基礎(chǔ)，CATIA數(shù)控程序的編制必須有CAD模型作為加工對(duì)象。CATIA提供了多種加工類型用于各種復(fù)雜零件的粗精加工，用戶可以根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、加工表面形狀和加工精度要求選擇合適的加工類型。它的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化。第1章 數(shù)控編程及加工工藝基礎(chǔ)數(shù)控（Numerical Control，NC）的定義是：用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控加工技術(shù)集傳統(tǒng)的機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代控制、傳感檢測(cè)、信息處理、光機(jī)電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的基礎(chǔ)。 數(shù)控編程的基本過程數(shù)控編程的主要任務(wù)是計(jì)算加工走刀中的刀位點(diǎn)（Cutter Location，CL點(diǎn)）。（1）建立或者獲取零件模型。獲取零件模型的具體方法將在第2章中詳細(xì)介紹。q 加工對(duì)象的確定：通過對(duì)模型的分析，確定工件的哪些部位需要在數(shù)控銑床上或者數(shù)控加工中心加工。q 加工工藝路線規(guī)劃：從粗加工到精加工，再到清根加工的加工流程規(guī)劃，以及加工余量分配。零件模型的完善通常有以下一些內(nèi)容。q 修補(bǔ)部分曲面。q 對(duì)輪廓曲線進(jìn)行修整。（4）設(shè)置加工參數(shù)。q 設(shè)置切削方式：指定刀軌的類型及相關(guān)參數(shù)。（5）生成數(shù)控刀路。對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，應(yīng)該調(diào)整參數(shù)的設(shè)置，再重新進(jìn)行計(jì)算、校驗(yàn)，直到準(zhǔn)確無誤。在生成數(shù)控程序后，還需要檢查這個(gè)程序文件，特別對(duì)程序及程序尾部分的語句進(jìn)行檢查，如有必要可以修改。它由計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程軟件組成。計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程軟件即是通常所說的CAM軟件，它是計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)的核心。數(shù)控加工技術(shù)可以應(yīng)用在幾乎所有的加工類型中，如車、銑、刨、鏜、磨、鉆、拉、切斷、插齒、電加工、板材成型和管料成型等。圖12和圖13分別是一個(gè)平面輪廓加工和一個(gè)曲面加工的切削示意圖。由于數(shù)控機(jī)床一般只能以直線或圓弧這兩種簡單的運(yùn)動(dòng)形式完成插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，因此數(shù)控刀軌只能是由許多直線段和圓弧段將刀位點(diǎn)連接而成的折線。（2）殘余高度。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是主軸相對(duì)工件的平動(dòng)，其傳動(dòng)質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)床的加工性能。數(shù)控加工刀位點(diǎn)的計(jì)算過程可分為3個(gè)階段。例如，當(dāng)?shù)毒邽榘霃絉的球頭刀時(shí)，刀軌（刀具中心的移動(dòng)軌跡）應(yīng)當(dāng)在距離加工表面為R的偏置面上，如圖17所示。圖18和圖19所示是兩種最常見的刀軌形式。也就是說，刀軌形式一旦確定下來，就能夠在加工表面的偏置面上以一定行距計(jì)算出理想刀軌。刀位點(diǎn)的間距稱為刀軌的步長，其大小取決于編程允許誤差。刀位點(diǎn)的密度不僅指刀軌的行距，還指刀軌的步長，它們是影響數(shù)控編程精度的主要因素。另外，在機(jī)械制造業(yè)中，并不是所有產(chǎn)品零件都具有很大的批量。美國麻省理工學(xué)院在20世紀(jì)50年代成功地研制出第一臺(tái)數(shù)控銑床。1．高柔性數(shù)控銑床的最大特點(diǎn)是高柔性，即可變性。（2）刨（或銑）底面A。（6）鉆孔攻絲 鉆攻8M6孔。如果采用數(shù)控銑床加工，只需將工件程序指令改變一下（～1h），即可根據(jù)新的圖樣進(jìn)行加工。另外，數(shù)控加工還可避免工人操作所引起的誤差，一批加工零件的尺寸統(tǒng)一性特別好，產(chǎn)品質(zhì)量能得到保證。更主要的是數(shù)控銑床的萬能形帶來高效率，如一般的數(shù)控銑床都具有銑床、鏜床和鉆床的功能，工序高度集中，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率并減少了工件的裝夾誤差。對(duì)于復(fù)雜的成形面加工，生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍。（1）按機(jī)床數(shù)控運(yùn)動(dòng)軌跡劃分q 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床：指在刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)，只控制刀具相對(duì)于工件位移的準(zhǔn)確性，不考慮兩點(diǎn)間的路徑，如數(shù)控鉆床。（2）按伺服系統(tǒng)控制方式劃分q 開環(huán)控制機(jī)床：價(jià)格低廉，精度及穩(wěn)定性差。X、Y、Z三軸中任意兩軸作插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)，第三軸作單獨(dú)的周期進(jìn)刀。用這種刀具加工曲面，不易干涉相鄰表面，計(jì)算比較簡單。圖113所示為二軸聯(lián)動(dòng)三坐標(biāo)行切法加工的刀心軌跡與切削點(diǎn)軌跡示意圖。q 三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工常用于復(fù)雜曲面的精確加工（如精密鍛模）。如圖115所示，側(cè)面為直紋扭曲面。 圖 112 圖 113 圖 114 圖 115q 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。螺旋線AB用極坐標(biāo)加工方法并以折線段逼近。因此，為保證銑刀端面始終與曲面貼合，銑刀還應(yīng)作坐標(biāo)A和坐標(biāo)B形成θt和αt的擺角運(yùn)動(dòng)，在擺角的同時(shí)，還應(yīng)作直角坐標(biāo)的附加運(yùn)動(dòng)，以保證銑刀端面中心始終處于編程值位置上，所以需要Z、C、X、A、B五坐標(biāo)加工。 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，是機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)的基本坐標(biāo)系。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)的正方向是增大工件和刀具之間距離的方向。刀具沿與地面垂直的方向上下運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件在與刀具垂直的平面（即與地面平行的平面）內(nèi)運(yùn)動(dòng)。若以X39。=x、y39。機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)也稱機(jī)床原點(diǎn)或零點(diǎn)，其位置在機(jī)床上是固定不變的。 圖 117 圖 118在加工時(shí)，工件安裝在機(jī)床上，這時(shí)只要測(cè)量工件原點(diǎn)相對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的位置坐標(biāo)（稱為原點(diǎn)偏置），并將該坐標(biāo)值輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)將原點(diǎn)偏置加入到刀位點(diǎn)坐標(biāo)中，使刀位點(diǎn)在編程坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，從而使刀具運(yùn)動(dòng)到正確的位置。經(jīng)過不斷的發(fā)展，APT編程能夠承擔(dān)復(fù)雜自由曲面加工的編程工作。它是通過專用的計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)的。這是因?yàn)椋海?）手工編程是自動(dòng)編程的基礎(chǔ)，自動(dòng)編程中許多核心的經(jīng)驗(yàn)都是來源于手工編程。（3）在某些特殊情況下無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程，需要采用手工方式進(jìn)行。而字是由地址符和數(shù)值所構(gòu)成的，如：X（地址符）（數(shù)值）Y（地址符）（數(shù)值）。一般為“%”、“$”等，不同的數(shù)控機(jī)床起始符可能不同，應(yīng)根據(jù)具體的數(shù)控機(jī)床說明使用。另一種是以英文字母、數(shù)字和符號(hào)“－”混合組成，比較靈活。每個(gè)程序段又由若干個(gè)程序字（word）組成，每個(gè)程序字表示一個(gè)功能指令，因此又成為功能字，它由字首及隨后的若干個(gè)數(shù)字組成（如X100）。（4）程序結(jié)束符。表 11