【正文】 場合下手工編程仍有其應(yīng)用的必要性。以上介紹的是最基本的數(shù)控指令，使用它們已能夠完成普通的數(shù)控編程任務(wù)。（4）刀具功能字：用字符T及隨后的號碼表示，因此也稱為T指令。（3）主軸轉(zhuǎn)速功能字：以字符S開頭，因此又稱為S指令。如X、Y、Z主要用于表示刀位點的坐標值，而R用于表示圓弧的半徑（參見G0G03指令中的內(nèi)容）。（6）M99：子程序結(jié)束返回主程序。（4）M0M09：冷卻液開、關(guān)。（3）M06：換刀。（1）M0M30：程序結(jié)束。它用來指令數(shù)控機床的輔助裝置的接通和斷開（即開關(guān)動作），表示機床各種輔助動作及其狀態(tài)。G92是根據(jù)刀具起始點與加工坐標系的相對關(guān)系確定加工坐標系，其格式示例為：G92 表示刀具當(dāng)前位置（一般為程序起點位置）處于加工坐標系（20，30，40）處，這樣就等于通過刀具當(dāng)前位置確定了加工坐標系的原點位置。G54是數(shù)控系統(tǒng)上設(shè)定的寄存器地址，其中存放了加工坐標系（一般是對刀點）相對于機床坐標系的偏移量。在交互式圖形編程中，由于刀軌是在工件表面的偏置面上計算得到的，因此不需要再進行半徑補償，即一般不使用G40～G42指令。在G4G42指令中，刀具半徑是用其后的D指令指定。用半徑為R的刀具切削工件時，刀軌必須始終與切削輪廓有一個距離為R的偏置，在手工編程中進行這種偏置計算往往十分麻煩。其中G90指定NC程序中的刀位坐標是以工作坐標系原點為基準來計算和表達的，而G91則指定NC程序中每一個刀位點的坐標都是以其相對于前一個刀位點的坐標增量來表示的。例如，G02 X100. Y100. I50. J50. F250表示刀具以250mm/min的速度沿一順時針圓弧運動至點（100，100），該圓弧的圓心相對于起點的坐標增量為（50，50）。R值為負時刀位起點到刀位終點的角度大于或等于180176。如刀具以250mm/min的速度直線插補運動到點（100，100，100）的指令格式為：G01 F250（3）G0G03：順時針和逆時針圓弧插補，即刀具以指定的速度以圓弧運動到指定的位置。（1）G00：快速點定位，即刀具快速移動到指定坐標，用于刀具在非切削狀態(tài)下的快速移動，其移動速度取決于機床本身的技術(shù)參數(shù)。它是控制機床運動的主要功能類別。專家指點：數(shù)控程序是按程序段的排列次序執(zhí)行的，與順序段號的大小次序無關(guān)，即程序段號實際上只是程序段的名稱，而不是程序段執(zhí)行的先后次序。 常用的數(shù)控指令數(shù)控程序字按其功能的不同可分為若干種類型，下面分別予以簡單介紹。以上是數(shù)控程序結(jié)構(gòu)的最基本形式，也是采用交互式圖形編程方式后處理所得到的最常見的程序形式。（4）程序結(jié)束符。一般字的長度和順序不固定。每個程序段又由若干個程序字（WORD）組成，每個程序字表示一個功能指令，因此又稱為功能字，它由字首及隨后的若干個數(shù)字組成（例如，X100）。1%O0600N1 G92 X0 Y0 Z1 N2 S300 M03 N3 G90 G00 Y6. N4 M08 ………………N170 M30 %2 5 6341—起始符 2—程序名 3—程序主體 4—程序結(jié)束符 5—功能字 6—程序段圖111 數(shù)控程序結(jié)構(gòu)（3）程序主體。單列一行，有兩種形式：一種是以規(guī)定的英文字母（通常為O）為首，后面接若干位（通常為2位或4位）的數(shù)字，如O523，也可稱為程序號；另一種是以英文字母、數(shù)字和符號混合組成，比較靈活。程序起始符單列一行。一般情況下，一個基本的數(shù)控程序由以下幾個部分組成：（1）程序起始符。有興趣的讀者可在其他數(shù)控編程教材中進一步學(xué)習(xí)相關(guān)的內(nèi)容。（3）在某些特殊情況下無法實現(xiàn)自動編程，需要采用手工方式進行。（2）掌握手工編程有助于提高程序的可靠性。這是因為：（1）手工編程是自動編程的基礎(chǔ)，自動編程中許多核心的經(jīng)驗都是來源于手工編程。具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡便、便于檢查和修改等優(yōu)點，已成為目前國內(nèi)外先進的CAD/CAM軟件所普遍采用的數(shù)控編程方法。它是通過專用的計算機軟件來實現(xiàn)的。目前已完全被交互式圖形編程系統(tǒng)所取代。由于手工編程難以承擔(dān)復(fù)雜曲面的編程工作，因此自第一臺數(shù)控機床問世不久，美國麻省理工學(xué)院即開始研究自動編程的語言系統(tǒng)，稱為APT（Automatically Programmed Tools）語言。在加工時，工件安裝在機床上，這時只要測量工件原點相對機床原點的位置坐標（稱為原點偏置），并將該坐標值輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，則數(shù)控系統(tǒng)會自動將原點偏置加入到刀位點坐標中，使刀位點在編程坐標系下的坐標值轉(zhuǎn)化為機床坐標系下的坐標值，從而使刀具運動到正確的位置。為了方便起見，在數(shù)控編程時往往采用工件上的局部坐標系（稱為工件坐標系），即以工件上的某一點（工件原點）為坐標系原點進行編程。機床坐標系的原點也稱機床原點或零點，其位置在機床上是固定不變的。若以x′、y′、z′表示工作臺和刀具的運動坐標，而以x、y、z表示刀具相對工件的運動坐標，則顯然有x′= x、y′=y、z′=z。當(dāng)面對機床進行操作時，刀具相對工件的左右運動方向為x坐標，并且刀具相對工件向右運動（即工作臺帶動工件向左運動）時為x坐標的正方向。刀具沿與地面垂直的方向上下運動，工作臺帶動工件在與刀具垂直的平面（即與地面平行的平面）內(nèi)運動。機床坐標系通常采用的是右手直角笛卡兒坐標系，一般情況下主軸的方向為z坐標，而工作臺的兩個運動方向分別為x、y坐標。然而不管是刀具移動還是工件移動，機床坐標系永遠假定刀具相對于靜止的工件而運動。機床上的刀具和工件間的相對運動，稱為表面成形運動。4．?dāng)?shù)控機床的坐標系機床坐標系是機床上固有的坐標系，是機床加工運動的基本坐標系。以上分類為參考，目前最常用的是配備半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的三坐標輪廓控制數(shù)控銑床。通常配置一個旋轉(zhuǎn)坐標軸（回轉(zhuǎn)工作臺）。立式加工中心適宜加工高度尺寸較小的零件。l 立式數(shù)控機床：立式數(shù)控機床的主軸相對于工作臺垂直放置，它能完成銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋等工序。l 5軸聯(lián)動數(shù)控機床。l 三坐標數(shù)控機床：可完成復(fù)雜型面的加工，數(shù)控銑床中以三坐標數(shù)控銑床最常見，在機械制造、模具制造中廣泛應(yīng)用。（3）按聯(lián)動坐標軸數(shù)劃分。l 半閉環(huán)控制數(shù)控機床：精度及穩(wěn)定性較高，價格適中，應(yīng)用最普及。（2）按伺服系統(tǒng)控制方式劃分。l 輪廓控制數(shù)控機床：能對兩個或更多的坐標運動進行控制（多坐標聯(lián)動），刀具運動軌跡可為空間曲線。l 點位控制數(shù)控機床：是指在刀具運動時，只控制刀具相對于工件位移的準確性，不考慮兩點間的路徑，如數(shù)控鉆床。目前，一般數(shù)控機床的進給系統(tǒng)多為半閉環(huán)控制，閉環(huán)則用于精度要求較高的機床，例如，高精度鏜銑加工中心。顯然，半閉環(huán)不包含這些環(huán)節(jié)，因而一般不會引起進給振蕩。由于絲杠螺距誤差，以及受載后絲杠、軸承變形等影響，半閉環(huán)對檢測結(jié)果的校正并不完全，控制精度比閉環(huán)要低一些。半閉環(huán)的檢測裝置，安裝在伺服電動機或傳動絲杠上，如圖19（b）所示。故該類控制方式，僅限于精度不高的經(jīng)濟型中、小數(shù)控機床的進給傳動。其中，開環(huán)最為簡單，如圖19（a）所示。所謂伺服，是指有關(guān)的傳動或運動參數(shù)，均嚴格依照數(shù)控裝置的控制指令實現(xiàn)。數(shù)控裝置是數(shù)控機床的“指揮系統(tǒng)”，其功能是接受數(shù)控程序，經(jīng)處理后向伺服系統(tǒng)發(fā)出各種與數(shù)控程序?qū)?yīng)的控制命令，使伺服系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動作，帶動機床按數(shù)控程序預(yù)定的軌跡運動。（4）外觀：機床制造商更注重機床的人性化設(shè)計，造型美觀和色調(diào)的協(xié)調(diào)柔和，其機床精品更向工藝品方向發(fā)展。同時，機床的人機工效學(xué)明顯增強了，在加工過程中，操作者工作更舒適。 （3）安全與環(huán)保：凡是可能傷害人身的地方都加有安全警示裝置。以計算機輔助生產(chǎn)（CAM）系統(tǒng)的發(fā)展帶動數(shù)控控制器的功能越來越多。由于減少非加工時間是提高加工效率的有效途徑，因此復(fù)合功能的機床是近年來發(fā)展很快的機種，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工序。進給運動的速度目前也有大幅提高，可達20m/min，甚至60m/min。過去只用于汽車工業(yè)高速化的機種（15000r/min以上的機種），現(xiàn)在已成為必備的機械產(chǎn)品要件。l 切削速度，其中包括主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。1970年首次展出了第一臺用計算機控制的數(shù)控機床（CNC）。刀位點的密度不僅指刀軌的行距，而且還指刀軌的步長，它們是影響數(shù)控編程精度的主要因素。 （a）行切刀軌 （b）等高線刀軌圖18 刀軌形式圖以上所描述的僅僅是刀位點計算的基本思路，而CAM軟件中實際采用的計算方法要復(fù)雜得多，而且隨著軟件的不同會有許多具體的變化。刀位點的間距稱為刀軌的步長，其大小取決于編程允許誤差。如果刀具中心能夠完全按照理想刀軌運動，其加工精度無疑將是最理想的。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算出理想刀軌。圖18（b）為等高線刀軌（又稱環(huán)切刀軌），即所有刀位點都分布在與刀軸（z軸）垂直的一組平行平面內(nèi)。圖18是兩種最常見的刀軌形式。刀位點是在加工表面的偏置面上。由此可見，刀位點計算的前提是首先根據(jù)刀具的類型和尺寸計算出加工表面的偏置面。這種偏置關(guān)系取決于刀具的形狀和大小。數(shù)控加工刀位點的計算過程可分為3個階段：（1）加工表面的偏置。 1圖14 刀軌的插補誤差 圖15 刀軌的殘余高度3．?dāng)?shù)控加工刀位計算如前所述，數(shù)控編程的核心內(nèi)容是計算數(shù)控刀軌上的刀位點。進給運動是主軸相對工件的平動，其傳動質(zhì)量直接關(guān)系到機床的加工性能，如圖16所示。刀具的表面成型運動通常分為主運動和進給運動。（2）殘余高度。在數(shù)控加工誤差中，與數(shù)控編程直接相關(guān)的有兩個主要部分：（1）刀軌的插補誤差。由于數(shù)控機床一般只能以直線或圓弧這兩種簡單的運動形式完成插補運動，因此數(shù)控刀軌只能是由許多直線段和圓弧段將刀位點連接而成的折線。刀具的中心點沿著刀軌依次經(jīng)過每一個刀位點，從而切削出工件的形狀。圖13是一個平面輪廓加工和一個曲面加工的切削示意圖。2．?dāng)?shù)控加工基本原理機床上的刀具和工件間的相對運動，稱為表面成形運動，簡稱成型運動或切削運動。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、板材成型等。目前常用的CAM軟件種類較多，其中的基本功能大同小異，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出各自的特色。計算機輔助數(shù)控編程軟件即是我們通常所說的CAM軟件，它是計算機輔助編程系統(tǒng)的核心。一般而言，工作站的圖形性能要優(yōu)于微機，但隨著微機性能的飛速提高，它與工作站的性能差別也越來越小。圖12 CAM系統(tǒng)構(gòu)成計算機輔助編程系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)工件的幾何信息計算出數(shù)控加工的軌跡，并編制出數(shù)控程序，它由計算機硬件設(shè)備和計算機輔助數(shù)控編程軟件組成。實體切割路徑驗證切削可以查看毛坯材料的實體切割過程；并可以查看在線切割路徑里任何一點的行動信息，具有強有力的零件模型化功能。同時，Mastercam提供豐富的粗精加工切削方式，它能完成2～5軸數(shù)控銑削加工編程，通過建立雕刻模型，選擇合理加工方式即可達到文字雕刻的目的。這些轉(zhuǎn)換器包括IGES、Parasolid TM、SAT（ACIS Solids）、DXF、CADL、VDA、STL及ASCII等。導(dǎo)航功能自動捕捉常用的特征點，提高建模速度。修改幾何模型后，相關(guān)的尺寸標注自動更新。3．車削加工模塊車削零件造型非常簡單便捷，Mastercam具有完整的曲線曲面建模功能，建立二維、三維幾何模型十分方便。當(dāng)零件幾何模型或加工參數(shù)修改后，Mastercam能迅速準確地自動更新相應(yīng)的刀具路徑，無須重新設(shè)計和計算刀具路徑。加工使用的刀具以及加工參數(shù)等在管理器內(nèi)，編輯、校驗刀具路徑也很方便，在操作管理器中很容易復(fù)制和粘貼相關(guān)程序。2．銑削加工模塊Mastercam（2～5軸加工）的Operations Manager（操作管理器）把同一加工任務(wù)的各項操作集中在一起。（3）曲面造型手段豐富：Mastercam可以非常直觀地用多種方法創(chuàng)建規(guī)則曲面，也可以創(chuàng)建網(wǎng)格曲面、掃掠曲面、舉升曲面等多種不規(guī)則的光滑曲面。1．設(shè)計模塊（1）強大的二維繪圖功能：可以快速高效地繪制、編輯復(fù)雜的二維圖形，并能夠方便地對二維圖形進行尺寸標注、圖形注釋和圖案填充等工作，還可以打印工程圖樣。可以根據(jù)設(shè)計及加工需要，自行選取相應(yīng)的模塊。6．其他CAD/CAM軟件其他常用的CAD/CAM軟件的還包括DASAL公司的CATIA、Pathtrace 公司的EdgeCAM、SolidCAM公司的SolidCAM、TekSoft公司的CAMWorks、HZS公司的SPACEE，等等。UGS NX支持產(chǎn)品開發(fā)的整個過程，從概念（CAID）到設(shè)計（CAD）到分析（CAE）到制造（CAM）的完整流程。通用的后置處理可向任何數(shù)控系統(tǒng)輸出加工代碼。支持軌跡參數(shù)化和批處理功能，明顯提高工作效率。CAXA制造工程師提供了優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)控加工編程工具。CAXA制造工程師不僅是一款高效易學(xué)、具有很好工藝性的數(shù)控加工編程軟件，而且還是一套Windows原創(chuàng)風(fēng)格，全中文三維造型與曲面實體完美結(jié)合的CAD/CAM一體化系統(tǒng)。CAXA制造工程師基于微機平臺，采用原創(chuàng)Windows菜單和交互方式，全中文界面，便于輕松學(xué)習(xí)和操作，并且價格較低。Mastercam可模擬零件加工的整個過程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況。Mastercam還具有豐富的曲面精加工功能，可以從中選擇最好的方法，加工最復(fù)雜的零件。Mastercam具有強勁的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能。它集二維繪圖、三維實體造型、曲面設(shè)計、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑摸擬及真實感摸擬等多功能于一身，對系統(tǒng)運行環(huán)境要求較低，使用戶無論是在造型設(shè)計、CNC銑床、CNC車床或CNC線切割等加工操作中，都能獲得最佳效果。PowerMILL使用選單模式，即由簡單