数控机床加工工艺分析（精选8篇）
数控编程与工艺课程设计说明书
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前言 世界制造业转移，中国正逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国 等国家已经进入发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重化工业发展中期。
由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服系统、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高的高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此，采用数控加工手段，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量，特别是复杂型面零件的加工，应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供高质量，多品种及高可靠性的机械产品。
本次设计主要是对数控加工工艺进行分析与具体零件图的加工，首先对数控加工技术进行了简单的介绍，然后根据零件图进行数控加工分析。第一，根据本零件材料的加工工序、切削用量以及其他相关因素选用刀具及刀柄和零件的轮廓特点确定需要4把刀具分别为35°右偏外圆车刀、外切槽刀60°外螺纹刀、内镗孔刀（刀具体如下图1.1）。第二，针对零件图图形进行编制程序，此零件为轴类零件，外轮廓由直线、圆弧和螺纹组成，零件的里面要镗出一个锥孔，在加工过程中，工件需要钻孔再镗孔，第三，钻孔对刀时要先回参考点，要以孔中心作为对刀点，刀具的位置要以此来找正，使刀位点与换刀点重合确定编程坐标系及编程原点，进行数控加工程序编制，最后用编程模拟软件对轴类零件进行仿真加工及校验。
关键词：数控机床 轴类零件 数控编程
图1.1 35°右偏外圆车刀 外切槽刀
60°外螺纹刀 内镗孔刀
麻花钻
内螺纹刀
目录
一．零件加工工艺分析
1、零件图纸工艺分析
2、零件技术要求分析
3、零件毛坯、材料的分析
4、零件设备的选择
5、确定工件的定位与夹具方案
6、确定走刀顺序和路线
7、刀具与切削用量的选择
二． 数控加工程序的编制
1、确定编程坐标系及编程原点
2、数值的计算
3、加工程序
三．小结 四．参考文献
一、设计目的
数控编程设计是在完成了《机械制造基础》、《数控加工工艺》、《数控编程》等课程的学习并进行实习后，进行的一个重要教学环节。通过设计，一方面能获得综合运用过去所学的知识进行工艺分析的基本能力，另一方面，也是对数控加工过程进行的一次综合训练。通过此次设计，学生可以在以下各方面得到锻炼：
1、能熟练地运用已学过的基本理论知识，以及在生产实习中学到相应的实践知识，掌握从零件图开始到正确地编制加工程序的整个步骤、方法。
2、提高编程能力。根据被加工零件的技术要求，选择合理的工艺，编制出既经济又合理，又能保证加工质量的数控程序。
3、学会使用各类设计手册及图表资料。
二、设计任务
本次设计主要是通过对零件图工艺特点，工艺安排，机械加工工艺过程几个方面对零件加工工艺进行分析，然后对零件的程序进行编制，最后用仿真加工以达到完成对零件的加工程序进行检验。
零件图如下：
三、设计意义
数控加工技术对我国经济建设的发展具有重要的意义。当前我国企业的生产正逐步从原来的粗放型转向内涵型，产品生产也从原来的“粗制”转变为“精制”。为了保证产品质量，降低成本，提高生产效率，企业在未来的生产中自动化程度将大大的提高，一线的生产将向机电一体化，程控化，数字化方向发展，形成迫使我们在机械加工方面不仅要会操作普通机床而且要会操作数控机床，此外，还要求我们具有分析、判断、处理生产过程中的突发事件的能力；具有开拓创新能力，团队协作能力和交际能力。通过本课题的完成，我们能够加强自己对数控知识的掌握。
1、一．零件加工工艺分析
零件的结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。
(1)零件图纸的工艺分析
如图所示
(2)零件结构分析
由图我们可知，本零件上由圆柱面、内孔、内圆锥面、圆弧面、沟槽、和螺纹等部分组成。零件车削加工成形轮廓的结构形状较复杂、需两头加工，零件的加工精度和表面质量要求都很高
该零件重要的径向加工部位有M30x2的外螺纹，φ52mm圆柱段（表面粗糙度Rɑ=1.6µm）、φ52mm圆柱段（表面粗糙度Rɑ=1.6µm）、三个槽2*4（表面粗糙度Rɑ=1.6µm）锥面20°、球面φ48±0.02，R9±0.02，R3.5,φ28内孔（表面粗糙度Rɑ=0.04µm）、其余表面粗糙度均为Rɑ=3.2µm）。零件符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45钢，毛胚为ф60mm*160mm
2、零件技术要求分析
小批量生产条件编程，不准用砂布和锉刀修饰平面，这是对平面高精度的要求，未注公差尺寸按GB1804-M，热处理，调质处理，HRC25-35，未注粗糙度部分光洁度按Ra6.3，毛胚尺寸ф60mmx160mm。
加工难点及处理方案
分析图纸可知，此零件对平面度的要求高，左端更有内轮廓加工，为提高零件质量，采用以下加工方案：
(1)对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，编程时采用中间值。
(2)在轮廓曲线上，有一处既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。
(3)零图纸中含有圆柱度，为保证其形位公差，应尽量一次装夹完成左端面的加工以保证其数值。
(4)本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工---精加工加工方案，并且在精加工的时候将进给量调小些，主轴转速提高。
(5)螺纹加工时，为保证其精度，在精车时选择改程序的方法，将螺纹的大径值减小0.18-0.2mm，加工螺纹时利用螺纹千分尺或螺纹环规保证精度要求。
选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度
3.零件毛坯、材料的分析
(1)材料的分析
该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。工件材料的可切削性能。强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。所以选择45钢为该轴类零件的材料。45钢的化学成分中含C0.42%～0.50%，Si0.17%～0.37%，Mn0.50～0.80%，P ≤0.035%，S≤0.035%，Cr≤0.25%，N≤0.25%,Cu≤0.25%.45钢在进行冷加工时硬度要求，热轧钢，压痕直径不小于3.9，布氏硬度不小于241HB，退火钢压痕直径不小于4.4，布氏硬度不小于187HB，45钢的机械性能：δs≥335Mpa，δb≥600Mpa，∮≥40％，Ak≥47J。45钢相对切削性硬质合金刀具1.0，8 高速钢刀具1.0，45钢经济合理对加工刀具的要求也合理，45钢用途广泛，主要是用来制造汽轮机、压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。根据以上数据适合该轴的加工。
(2)毛坯的分析
轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。
锻件：适用与零件强度较高,形状较简单的零件。尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。
铸件：适用于形状复杂的毛坯。
钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。根据该轴零件的结构形状和外轮廓尺寸，所以采用锻件。
本零件的毛坯宜采用锻件，由棒料锯割，模锻毛坯至Φ40X160mm,使钢材经过锻压，获得均匀的纤维组织，提高其力学性能，同时也提高零件与毛坯的比重，减少材料消耗
4、零件设备的选择
数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。此类车床机构简单，价格相对较低，这类车床设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座，适合车削较长的轴类零件。根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。数控车床具有加工精度高，能做直线和圆弧插补，数控车床刚性良好，制造和对刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，能够加工尺寸精度要求较高的零件。能加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于控制的回转体，而且能比较方便的车削锥面和内外圆柱面螺纹，能够保持加工精度，提高生产效率。所以对加工时非常有利的。
5、确定工件的定位与夹具方案
(1)确定装夹方案
在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。工件的装夹方法影响工件的加工精度和效率，为了充分发挥数控机床的工作特 9 点，在装夹工件时，应考虑以下几种因素：
a.尽可能采用通用夹具，必须时才设计制造专用夹具； b.结构设计要满足精度要求； c.易于定位和装夹； d.易于切削的清理；
e.抵抗切削力由足够的刚度；
使用三爪自定心卡盘夹持零件的毛坯外圆，确定零件伸出合适的长度（应将机床的限位距离考虑进去）。零件需要加工两端，因此需要考虑两次装夹的位置，考虑到右端的Φ60mmx50mm可以用来装夹，来加工Φ30*2的螺纹，然后调头夹住Φ52mm的外圆柱面加工球面。
1.定位基准
工件的定位与基准应与设计基准保持一致，应防止过定位，对与箱体工件最好选择“一面两销”作为定位基准，定位基准在数控机床上要仔细找正。
由于此零件全部表面都需加工，应选用外圆及一端面为粗基准，然后通过“互为基准的原则”进行加工。遵循“基准重合”的原则。加工左端时选择在毛坯外圆柱段的右端外圆表面，加工右端时选择在Φ52 mm外圆柱段的表面，以体现定位基准是轴的中心线。
6、确定走刀顺序和路线
①先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。
②先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧 固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。
③先面后孔 对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。
④基面先行 用作精基准的表面，要首先加工出来。所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，轴类零件顶尖孔的加工
7、刀具与切削用量的选择
(1)刀具的选择
数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻 ；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。
综上所述：本零件的加工，a.选用φ26麻花钻钻削加工右端的孔，b.粗车及平端面选用35°硬质合金左偏刀，为防止副后刀面与工件 轮廓干涉，副偏角不宜太小，选Kr´=35°。c.为减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取re=0.15～0.2mm。
刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一。刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率、而且还影响加工质量。选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等。
与传统的车削方法相比，数控车削对刀具的要求较高。不仅要求精度高、钢度好、耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
（2）切削用量的选择
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
a、主轴转速的确定
主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。根据本例中零件的加工要求，考虑工件材料为45钢，刀具材料为硬质合金钢，粗加工选择转速500r/min,精加工选择1000r/min车削外圆，考虑细牙螺纹切削力不大，采用400r/min来车螺纹，而内孔由于刚性较差，采用粗车600 r/min，比较容易达到加工要求，切槽的切削刀较大，采用350 r/min更稳妥。
b、进给速度（进给量）F(mm/r，mm/min)的选择
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则，粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度Vf可以按公式Vf =f×n计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.3～0.8mm/r；精车时常取0.1～0.3mm/r；切断时常取0.05～0.2mm/r。c、背吃刀量确定
背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量(除去精车量)，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加 工余量。
总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
切削用量对于不同的加工方法，需选用不同的切削用量。合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。切削用量的选择方法：粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，应着重考虑如何保证加工精度，且在此基础上如何提高加工效率。因此，要求精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。
保证加工精度的方法
为了保证和提高加工精度，必须根据生产加工误差的主要原因，采取相应的误差预防或误差补偿等有效的工艺途径措施来直接控制原始误差或控制原始误差对零件加工精度的影响。
一、刀具半径的选定
1.刀具的半径R比工件转角处半径大时不能加工。2.刀具较小时不能用较大的切削量加工（刀具刚性差）。
二、采用合适的切削液
1.切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。2.非水溶性切削液：切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要起润滑作用。
3.水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的冷却作用和清洗作用。
故本设计加工时采用水溶液进行冷却。
二．数控加工程序的编制
数控加工的特点：
1.采用数控机床加工零件可以提高加工精度，稳定产品的质量。2.数控机床可以完成普通机床难以完成，或根本不能加工的复杂曲面的零件加工。
3.采用数控机床在生产效率上，可以比普通机床提高2～3倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可提高十倍甚至几十倍。
4.可以实现一机多用。
5.采用数控机床有利于向计算机控制与管理方面发展，为实现生产过程自动化创造条件。数控编程的分类：
数控编程一般分为两种：一种是手工编程，另一种是自动编程。手工编程是由分析零件图，确定工艺过程，数值计算，编写零件加工程序单，程序的输入和检验都是由工人完成的。特点：对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不是很多，采用手工编程（仍被广泛应用）较容易完成，而且经济，及时，因此在点位加工及直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用，但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线，列表曲线的零件，用手工编程就有一定的困难，出错的机率增大，有的无法编程序。
自动编程：用计算机编制数控加工程序的过程。特点：计算机自动识图编程，编程准确，不易出错，安排走刀路线合理，从而使加工准确。本零件的凸轮加工就采用自动编程来完成的。
1.确定编程坐标系及编程原点
数控机床采用右手笛卡儿直角坐标系，其基本坐标轴为X、T、Z直角坐标系，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。
编程原点也称工件原点，一般用G92或G54-G59（对于数控镗铣床）和G50（对于数控车床）设置。
根据以上可以知道，编程坐标系及编程原点的选择要满足以下几个方面的要求：
1.所选的编程原点及坐标系要使程序编制简单。
2.编程原点应选在容易找正，并在加工过程中便于检查的位置。3.引起的加工误差小。
4.一般回转体零件的编程零点选在其加工面的回转轴线与端面交点处。
编程
O0001（夹工件左端面做右边）T0101（外圆车刀）G00X100Z100 M03S800 G00X57Z2.0 #101=37 #102=0 WHILE[#101LE48.0]D01 G01X[#101]F0.3D01 Z-[102] #101=#101+0.1 #102=#102+0.1 END1 #103=48 #104=15 WHIEL[#103GE37]D01 G01X[#103]F0.3D01 Z-[#104] #103=#103-0.1 #104=#104-0.1 END1 G02X35W-18R9F0.2 G03X35W-7R3.5F0.2 G01W-8 X42.4 X52W-29 Z-100 G00X57Z20 16 M05 M30
O0002 T0101（麻花钻）M03S400 G00X100Z100 X0Z2M08 G01Z-26 G04P5 G00Z100 X100 T0202（内镗刀）G00X100Z100 M03S600 M08 G00X20Z2.0 G71U1.0R0.5 G71P10Q20U-0.5W0.5F0.3 N10G00X32Z1.0 G01Z0F0.1 X28Z-2 Z-24 N20X20 G00X100 Z100 M30 O0003（夹工件右端面做左边）T0101(外圆车刀)M03S600 G00X100Z100 X57Z2 17 G71U0.5R0.5 G71P10Q20U0.5R0.5F100 N10G01X26Z0 X30Z-2 Z-33 X50 X52Z-34 N20Z-48 G00X100Z100 T0202(切槽刀)M03S400G00Z-77 G01X39F50 G04P1000 Z-8 X39F50 G04P1000 G01X55 Z-87 X39F50 G04P1000 G01X55 G00Z100 X100 T0303(外螺纹刀)Mo3S600 G00X32Z2 G92X29.1Z-26F0.2 X28.5 X27.9 X27.5 X27.4 G00X100Z100 M30
三． 小 结
通过这次的毕业设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容，加深了对数控机床的了解，巩固了书本的知识。结论总结如下：
1.对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床完成。而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。
2.在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去，这样可为编程带来不少方便。
3.有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如：控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制等。此外，程序太长会增加出错与检索困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。
四．参考文献
现阶段伴随着高科技的不断发展以及创新,我国的加工制造业也有了非常快速的发展。特别是在数控加工行业,数控加工机床中的各项加工技术都有了非常好的发展。现阶段我国的数控加工已经非常好的将加工理论以及加工实践有机的结合在了一起,我国的机械加工领域已经将现在使用的数控车床进行了有效的改进,这样就使我国的数控机床在世界范围内处在了一种领先的地位。在数控加工过程中,加工工艺的改进是保障数控加工顺利完成的重要途径。在数控加工车削加工过程中,我们要精确的分析加工过程中的各种数据参数,分析切削用量,选择正确的加工零件,设计相应的加工工序同时优化加工过程。对于车削过程中的加工轨迹以及相应的图纸工艺分析要进行详细的分析以及阐述。同时对于在车削过程中使用的刀具,使用的夹具都要有明确的选择。在编制加工工艺的过程中要认真分析。在数控加工过程中,加工工艺的正确制定以及改进是非常重要的。我国使用数控车床进行切削加工的主要目的就是要加工出合格的产品,但是质量过关的产品需要有科学合理的加工工艺作为技术支持。文章主要是针对这方面的问题进行阐述。
2 数控车削加工过程中出现的一些问题
关于数控车削加工过程中出现的一些问题的阐述以及分析,文章主要从三个方面进行论述。第一个方面是数控车削加工过程中的加工工艺问题。第二个方面是数控车削加工中加工工艺问题的具体分析内容。第三个方面是数控车削加工中加工工艺问题的处理方法。下面进行详细的分析以及论述。
2.1 数控车削加工过程中的加工工艺问题
在数控车削加工过程中,最主要的加工工艺包括了八个过程。第一个是加工工艺的分析;第二个是加工程序的编程;第三个是加工过程中的装刀;第四个是加工过程中使用的装刀件;第五个是加工过程中的对刀;第六个是粗加工工艺;第七个是半精加工工艺;第八个是精加工工艺。上述八个加工过程就是数控车床的加工工艺流程,能够保障加工过程顺利开展。数控加工工艺是加工过程中使用的方法以及相应的加工技术的综合。主要的内容为,对零件图进行相关数控加工的工艺分析;确定加工过程中的加工内容;对加工使用的刀具以及夹刀的方式进行正确选择;加工过程中的切削用量的掌控;对加工先后顺序的编排;加工轨迹的进一步优化以及相关加工数控编程的输入。上述的内容就是数控切削加工过程中的主要内容,经过详细的分析可以看出,上述的内容存在相应的不足之处。数控切削加工最主要的一个环节就是加工工艺的编排设计。但是在整个加工内容中,较为靠前,加工工艺的编排直接会导致整个加工过程的零件质量是否达标。一旦加工工艺设计不合理就会导致整个加工过程出现次品,影响加工的最终质量。
2.2 数控车削加工中加工工艺问题的具体分析内容
数控切削加工的实际操作者有很高的操作水平,在加工过程中会单独的处理很多的问题,但是由于很多的操作者并没有娴熟的理论水平,这样就导致了在加工过程中对切削加工工艺没有足够的了解。这是在数控加工过程中造成加工工艺出现问题的主要原因。同时加工工艺的先后顺序的设计不合理也会造成加工工艺出现问题。
2.3 数控车削加工中加工工艺问题的处理方法
根据切削工艺经验,文章认为数控切削过程中,最后的步骤应用是加工工艺的编排以及设计。关于数控车削加工中加工工艺问题的处理方法的阐述以及分析,文章主要从四个方面进行论述。第一个方面是对加工工艺编制过程中零件图的分析改进。第二个方面是对加工工艺编制过程中工序以及工步的分析改进。第三个方面是对加工工艺编制过程中加工刀具以及夹具的分析改进。第四个方面是对加工工艺编制过程中切削用量的分析改进。下面进行详细的论述以及分析。
2.3.1 对加工工艺编制过程中零件图的分析改进
在加工过程中,对加工图纸的详细分析是非常重要的,零件图的具体分析能够有效的处理加工过程中的切削定额问题,具体分析的内容主要有加工零件的具体尺寸和其标注方式,对于加工零件的具体轮廓要求也要给予详细的分析。零件的加工精度以及相应的具体要求,都要参照图纸进行详细的分析,只有通过详细的阅读图纸才能够科学准确的进行加工工艺的编排和整理。同时要正确的选择加工基准,对加工过程中的节点以及坐标点需要进行详细的计算,对于图纸中要求的加工精度以及相应的技术加工要求要给予重视,要按照图纸中的要求来选择加工刀具以及刀具的装夹方式。
2.3.2 对加工工艺编制过程中工序以及工步的分析改进
对于切削加工工艺的编排与设计改进过程中需要在两个问题上进行改进。第一个是对工序划分的改进。在工序改进的过程中首先要保障加工精度;其次是要提升加工过程中的生产效率。只有保障了上述的两个原则才能够有效的改进加工工艺。第二个是对切削加工的加工顺序进行改进。在切削加工过程中,我们应该采取先粗后精原则;先近后远原则,内外交叉原则以及基面先行原则。上述的四个改进原则,最主要的是基面先行原则。只有选择正确的加工基面才能够确保加工误差的减小。
2.3.3 对加工工艺编制过程中加工刀具以及夹具的分析改进
数控车削加工中尽可能一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面,尽量减少装夹次数,以保证加工精度。对于轴类零件,通常以零件自身的外圆柱面作定位基准;对于套类零件,则以内孔为定位基准。数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘、液压、电动及气动夹具外,还有多种通用性较好的专用夹具。操作时应合理选择。
2.3.4 对加工工艺编制过程中切削用量的分析改进
切削用量的选择原则,合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重要。确定数控车床的切削用量时一定要根据机床说明书中规定的要求,以及刀具的耐用度去选择,也可结合实际经验采用类比法来确定。一般的选择原则是:粗车时,首先考虑在机床刚度允许的情况下选择尽可能大的背吃刀量ap;其次选择较大的进给量f;最后再根据刀具允许的寿命确定一个合适的切削速度υ。增大背吃刀量可减少走刀次数,提高加工效率,增大进给量有利于断屑。精车时,应着重考虑如何保证加工质量,并在此基础上尽量提高加工效率,因此宜选用较小的背吃刀量和进给量,尽可能地提高加工速度。
参考文献
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[2]康战,聂凤明,刘劲松,等.单点金刚石精密数控车削加工技术及发展前景分析[J].光学技术,2010,2.
[3]王宝雨,张康生,刘晋平,等.斜轧球类件轧辊的数控车削加工及误差分析[J].北京科技大学学报,2001,2.
当今数控机床的运用越来越广泛，这一技术的运用对于我们生活的影响也越来越大其中车削工艺在数控加工中的运用越来越广泛，也是数控加工中的核心技术之一，通过工作实践得出的体会做简单阐述下面笔者就当代数控加工中车削工艺的探析问题和大家进行讨论。
一、车削工艺的介绍
1、车削工艺的流程
数控车削工艺比较复杂，包括多个流程，主要有工艺分析，程序编制，装刀，装工件，粗加工，半精加工，对刀，精加工等等。而在这所有的步骤中，工艺分析是核心和前提。
2、车削工艺对当前经济的重要性
随着工业化的不断发展，工业制造业对机床的性能要求越来越高。对车床既有刚性要求又有柔性要求，机床的各方面性能要保持在一个适当的范围内。数控加工中的车削工艺能满足这一要求，它具有技术含量高，劳动强度低，自动化程度高，适用范围广等特点，这很好的符合了数控机床的发展要求，车削工艺的运用促进了工业的发展。
二、车削工艺的个流程分析
1、工艺分析
工艺分析是车削工艺的核心，是其他个阶段的前提。笔者认为这一阶段要做好如下几步。1，选择并确定零件的数控加工内容。2，对零件图纸进行数控加工工具分析。3，工序和步骤的选择。4，工具和夹具的选择。5，切工用料选择。6，加工轨迹的计算和优化。7，编制数控加工文件。特别的，对于零件图的分析是工艺分析的核心。在这一过程中，最好使用尺寸标注方法分析。分析加工要求的合理性，从而选择工艺基准。
2、工序设计
对于工序设计这一程序来说，一定要遵守两大原则。第一个原则是保持精度原则，第二个原则是提高生产效率原则。保持精度原则表现为，为了防止热变形和力变形对零件加工的影响，通常要求将粗加工和精加工分开进行。提高生产效率原则表现为，为了减少换刀次数，节约换刀时间，通常要求在加工过程中必须把一把刀的程序完全完成后，才换另一把刀进行工加工，相当于一条龙的生产模式，有利于提高生产效率。在遵守这两个原则的基础上，进行工艺选择。工艺选择要遵守先粗后精，内外交叉，先近后远，基面先行。先粗后精就是按照粗車半精车精车的顺序逐步进行加工。先近后远就是离刀点近的先加工，离刀点远的后加工，这样有利于节约加工时间，节省加工距离。以便提高加工效率。内外交叉与先粗后精这一原则是相通的，主要做法是当一个零件的内外都需要加工时，首先把内外部分的粗加工进行完后，在进行内外部分的精加工。基面先行是指定位精基准的表面要先加工出来，因为这一过程影响装夹误差的大小。
3、工具的选择
工具选择主要是刀类工具和夹类工具的选择。由于在加工过程中，要尽量减少装夹次数，提高工作效率，所以对于夹类工具的选择要根据不同的零件选择不同的夹具，对于轴类零件，以零件的外圆柱面作为定位基准，对于套类零件，以内孔定位为基准。根据不同的情况选择适合情况的专用夹具。对于刀具的选择，要选择使用寿命比较长的刀具。刀具的使用寿命与两个因素相关，首先是刀具材料，其次是刀具的直径大小。刀具的直径越大，使用寿命越长，所以在生产中，一般根据零部件的要求，尽可能选择直径最大的刀具。
4、刀切用量的选择
刀切用量一定要根据数控机床的使用说明来进行，同时也要结合刀具的使用情况和实际情况来选择。在粗车的时候，现在较大的背吃刀量，在精车的时候，选择较小的背吃刀量，同时提高加工效率。
5、特殊零件的处理
传统的车床所能切出的螺纹是很有限的，但是数控车床的应用范围比较广，这就让数控车床中的车削的加工传统车床不能加工的零件。对于比较特殊的零件，像螺面有分布的孔系，曲面的盘类零件。这就需要采用数控机床技术，实现工序的集中处理，保证加工的稳定性和效率性。
6、加工进给路线的确定
进给路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，而且能反应出工步的顺序。从切割的第二刀开始就要注意防止走刀到终点的切度过深。
三、对于当前数控刀削的建议
1、加大人才的投入
数控机床相比于传统机床来说，技术含量更高，对于工作人员的技术要求也更高。单就工艺分析和工序设计上来讲，就需要工作人员具有很高的专业素质。但是我国的数控机床起步比较晚，人才不能满足需求。原有的老职工对于数控机床的技术肯本掌握不全面，同时这一行业也是不断发展的，需要工作人员具有与时俱进的素养。这就要求工作单位对工作人员要不断的加工再培训以满足工作需要。
2、加大规范性要求
数控机床的刀削操作，很多都需要严格的按照说明说来进行。同时是车间作业的一种，如果操作不甚，可能带来很不堪的后果，可能导致员工的残疾或更严重的后果。所以对于操作的规范性需要特别强调并予以规范。
3、对于效率的提升建议
提高效率为企业节约时间和金钱，是工作的核心。但是在工作的过程中，如果决策不当，作出错误的决策，就可能加大企业的生产成本。所以对于新招录的员工，要让员工与实践生产相结合，对于某些常出现的问题的解决办法要熟悉。
结束语
数控机床的车削工艺在我国的发展比较晚，当前还处于不太发达的阶段，这需要全行业的人共同努力。同时促进数控机床车削工艺发展最大的因素就是技术因素，尤其要重视人才培养和个阶段的技术管理。数控机床车削工艺的发展给工业带来了很大的变化，笔者相信，该行业的发展会越来越好。
［摘要］随着经济的发展，中职教育面临着新的机遇和挑战，这对中职教育的教学方法也提出了新的要求。通过对中职数控加工工艺教学方法的研究，认为可以将引导文教学法、理论实践一体化教学法、网络教学法等方法引入教学中。这些教学方法可以有效提高学生学习的自主性和主动性，将中职教学从传统的“老师为主”转变为“学生为主”，并提升教学效果。
［关键词］中职教育；数控加工工艺；教学方法
［中图分类号］G712［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2015）23-0102-01
加入WTO以来，中国作为全球最大的加工制造业生产基地，对技能人才的需求日益旺盛。中职教育担负着培养数以亿计高素质劳动者的重要任务，处于整个教学体系中不可或缺的一环。在这样的历史时期，中职教育发展面临着新的机遇和挑战。传统填鸭式的教学方法已不能适应当前的教学需求，特别是数控加工工艺这门课程，涉及面广，数控技术和设备发展速度快，中职数控加工工艺教学方法应与时俱进，不断改进提高。笔者结合自身的教学实践和学习，总结了几个教学方法以供参考探讨。
一、引导文教学法
这种教学方法是由HerrPeterMibus发明的。这里的引导文就是工作指导性文件。学生通过引导文字，独立分析教师布置的任务和设置的问题。引导文教学实践中主要有六个步骤：
（1）咨询阶段。主要是布置任务，学生借助引导问题和引导文的帮助，独立获取完成任务所必需的知识，老师负责引导学生利用图纸、专业书籍、操作指南和表格等去搜集。
（2）计划阶段。由学生计划解决问题的方法，列出材料清单、工作清单并做出相应的操作计划。
（3）决策阶段。由学生来自主决策，除非在学生犯了很大错误的时候去指出，否则不应随便干预、评论学生的计划。
（4）实施阶段。学生独立完成计划的实施，老师不做示范，而是让学生去摸索，必要时指导老师可以提供帮助。
（5）检验阶段。先由学生自己检验，然后老师负责再次检验。
（6）评估阶段。老师和学生谈论通过此次任务获得的知识和经验，以及如何将本次的收获应用到未来的工作中去。学生是教学的主体，教师的身份更多的是学习过程中的组织者、咨询者和指导者。这种教学法和我国教学改革的方向不谋而合，在现在中职教育中应大力发展。但我们在采用引导文教学方法时应注意，引导文不能过于书面化，要便于中职学生理解。
二、理论实践一体化教学法
顾名思义，这种教学方法就是把理论学习和实践学习相结合。以往我们的教学，常常出现理论与实践相脱节，因此培养出的学生不能很好地适应企业的要求，进入工作岗位后，还要再次学习才能掌握应有的.技能。数控加工工艺课程理论性很强，学生刚一接触很难马上理解，这样容易打击他们的积极性。如果在教学中适当地加入实践环节，让学生在学习理论知识的同时，进行仿真加工，则既能加深他们对书本知识的理解，又能锻炼他们的动手能力，可以有效提升教学效果，更好地实现教学目标。能否顺利地实施一体化教学，关键因素是老师。这要求老师必须具备综合的职业能力，既有扎实的理论基础，又有丰富的实践经验。因此，中职院校要加大对教师的培养，定期组织教师进入企业或工厂进行交流。也可以聘请企业的技术骨干走进课堂指导学生。
三、网络教学法
随着信息化的普及，网络在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。事实上，以多媒体为代表的网络教学在现代职业教育中的比重越来越大。网络教学很好地解决了书本教学平面化的问题，将复杂的机械结构立体还原，真实再现，便于学生接受和理解。利用相应的教学软件，让学生自己动手进行仿真模拟练习。同时，教学视频可以反复播放，使学生可以在课堂之外开展有针对性的自主学习，及时查漏补缺。依托网络而搭建的远程教学平台，可以让我们及时接触和了解到行业内最新的理论和技术，大大拓宽学生的视野。中职教育应以就业为导向，注重教学实践，这几种教学方法的目的就是为了提高学生的主动性和积极性，将教学的主体由教师转变为学生，使学生从“被动学”转变为“主动学”。教学的目标从满足学校的要求转变为满足学生的需要和企业的需求。同时，数控加工工艺在课程内容的设置上也要更加科学、合理，顺应当前经济发展的要求。好的教学方法很多，如何选择适合本学校、本专业的教学方法，要根据实际情况而定，综合师资力量、教学水平、学生素质、就业环境、行业发展趋势等因素进行考量。
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★ 高职院校计算机应用基础课程教学方法的改革论文
★ 数控加工求职简历
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★ 师范专业机器人课程改革初探论文
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★ 模具-数控加工类简历
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★ 数控加工实训心得体会
我们这次所做的课程设计是由六个可选的大题目中选出的一个，该零件属于轴类零件，由圆柱面、顺逆圆弧面和螺纹等几部分组成，是数控加工可选择的内容。在数控加工工艺课程设计指导书对加工内容的选择做了要求，其中适宜内容为：普通机床无法加工的内容宜作为优选内容；普通机床难加工、质量难以保证的内容作为重点选择内容；普通机床加工效率低、工人劳动强度大，在数控机床还有加工能力充裕时进行选择。我们小组针对适宜内容中所说的一二两条，再根据自身的情况选择了第一个零件图来进行课程设计。
因为我们小组所选择的第一个图形未做特殊的表面粗糙度要求，而一般零件取表面精度为七级精度，所以我们决定使用中等精度数控CAK6140机床即可保证零件的加工要求。毛坏的选择也很重要，零件村料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。零件的结构形状与外形尺寸也是重要因素。大型且结构简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；轴类零件的毛坯，若台阶直径相差不大，可用棒料；若各台阶尺寸相差较大，则宜选择锻件。但是根据我们现在的实际情况是做课程设计及现在的我们自身所具备的条件（因
为能否上数控机车实验尚未可知），且为符合加工要求，毛坯热扎45#钢是最好的选择。数控加工前先在普床上完成外圆的准备加工：先使之获得的外圆。接下来就是确定基准与夹具了。因为数控加工对所选用的夹具有两个基本要求：一是保证其主要定位方向与机床的坐标方向相对固定；二是要便于协调零件与坐标系的尺寸对应关系。工件的装卸也要快速、方便、可靠，这几点跟普通车床也是基本一样的，不过数控车床是为了减少停机时间。所以我们加工这个轮盘类外轮廓时，为保证一次安装加工出全部外轮廓，需设一圆锥心轴装置，用三爪卡盘夹持心轴左端，心轴右端留有中心孔并用尾座顶尖顶紧以提高工艺系统的刚性。
由于数控机床具有孔加工固定循环功能，使得孔加工动作比较容易实现。因此，确定孔加工路线时重点要考虑孔定位的问题。确定进给路线的原则是，应能保证零件的加工精主和表面粗糙度要求，应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，还应充分考虑所确定的工步顺序，安排进给路线。零件加工路线原则是由粗到精,由内到外，基面先行的加工原则。在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。结合本零件的结构特征，可先加工内孔各表面，然后加工外轮廓。而CAK6140车床具有粗车循环及螺纹循环的自动加工功能，加工时能按程序去自动完成循环。
在编写程序中一些基本的指令代码是不可或缺的。数控程序所用的代码，主要有准备功能G代码、辅助功能代码、进给功能F代码、主轴速度功能S代码和刀具功能T代码。因为本次选来做课程设计的这个零件在数控机床上加工是分两次装夹的，所以程序的编写在两端时也是不一样的，不是用单纯的循环指令。
在本次设计中，个人认为在数控工艺设计的过程中，对工艺措施的选择与加工路线制定还是比较成功的，但还存在的未解决的问题:，如设计进度与质量不能达到较好的水平、设计方法不是很如人意、没有一个学习这门课很系统的人来指导。
这次课程设计让我们对以往学习过的知识进行了再学习和巩固。其中涉及到多门专业课。如《机械制造》、《数控工艺》、《数控编程》等。通过这次课程设计我们真正学会了自主学习，独立完成作业，如何学会与自己的团队做好协调。因为课程设计具有实践性、综合性、探索性、应用性等特点。本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控机床实际操 作的一次综合练习。随着课程设计的逐渐完成，使我对《数控加工工艺与装备》这门课程以及对数控加工技术都有了更深入的理解和掌握。在这段时间里，我们这个小组，就是新
建的团队，每个人都是一样，尽着自己最大的努力学习，来学习和创新。为了解决技术上的问题，我也不断地去翻阅所学的专业书籍和各种相关的资料。这使我真正体会到了很多，也感受到了很多，当然更重要的是学习到了以前书本上没学到的知识。
通过这次课程设计,我觉得自己要对刀具的切削用量等方面的计算多下功夫学习,这些方面的知识对我们以前从事的专业工作都有很大用处。这次课程设计让我们在设计工艺规程和编写加工程序的时候大脑中形成了一种可以快速反应的模式，我想这也是一种收获，是在对我们一周在课设上所花时间的回报。因为这种模式将让我更好地学习以后的课程，将其他专业课程系统的组合在一起。
在这次课程设计中，对加工程序的编写是最让人感到棘手的，因为对数控加工程序指令不是很熟悉，在编写上也费了不少的功夫，虽然编写程序这一块占用了整个时间的相当一部分，但我依然感到欣慰，因为现在的我已经基本上掌握了基本程序的编写，而且对一些特殊指令也可以应用到实例中了。我想如要加快编程速度，除了对各编程指令的熟练掌握之外，还需要我们掌握零件工艺方面的知识。对于夹具的选择、切削参数的设定我们必须要十分清楚。在以后的上机操作时，我们只有不断地练习各个功能指令的作用，才能在编程时得心应手。
这次数控加工工艺课程设计的指导书是由我们的工艺老师，是由我们数控原理刘老师执笔的，无疑指导书在我们这次设计中起了很大的作用，它指导我们按什么的步骤去完成这个设计。其实在对指导书的阅读过程中也是一种学习，一些关于加工工艺上的问题和所要注意的事项，使我们大家在做课程设计时思路更加清晰，不会走太多弯路。
通过这次课程设计，我的第一感受就是团队精神的重要性。当第一天开始课程设计要分组的时候，老师就给我们大家心里埋下了一股高昂的基调。在这让人觉得枯燥又充实的几天中，我们大家都按照自己所分工所要做的事性在埋头苦干，给人的感觉好像将面临考试时候，让人心潮澎湃，激情更加高涨。
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注
第一章
数控加工工艺及设备基础
第一节
机床数控技术与数控加工设备概述
一、机床中有关数控的基本概念
1．数字控制（数控）及数控技术
一般意义的数字控制是指用数字化信息对过程进行的控制，是相对模拟控制而言的。机床中的数字控制是专指用数字化信号对机床的工作过程进行的可编程自动控制，简称为数控（NC）。这种用数字化信息进行自动控制的技术就叫数控技术。
2．数控系统
是实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统，是数控技术的载体，它能自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而使机床运动并加工零件。
在其发展过程中有硬件数控系统和计算机数控系统两类。
早期的数控系统主要由数控装置、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，数字信息由数字逻辑电路来处理，数控系统的所有功能都由硬件实现，故又称为硬件数控系统（NC系统）。
3．计算机数控系统
是以计算机为核心的数控系统，由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程逻辑控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，习惯上又称为CNC系统。CNC系统已基本取代硬件数控系统（NC系统）。
4．开放式CNC系统
国际电子与电气工程师协会提出的开放式CNC系统的定义是：一个开放式CNC系统应保证使开发的应用软件能在不同厂商提供的不同的软硬件平台上运行，且能与其它应用软件系统协调工作。
根据这一定义，开放式CNC系统至少包括以下五个特征：
（1）对使用者是开放的：应可以采用先进的图形交互方式支持下的简易编程方法，使得数控机床的操作更加容易；
（2）对机床制造商是开放的：应允许机床制造商在开放式CNC系统软件的基础上开发专用的功能模块及用户操作界面；
（3）对硬件的选择是开放的：即一个开放式CNC系统应能在不同的硬件平台上运行；
（4）对主轴及进给驱动系统是开放的：即能控制不同厂商提供的主轴及进给驱动系统；
《数控加工工艺及设备》教案
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（5）对数据传输及交换等是开放的。
开放式CNC系统是数控系统未来发展的方向。5．数控机床
是指应用数控技术对其加工过程进行自动控制的机床。国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其它符号编码指令规定的程序。
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注
二、数控机床的组成
1．计算机数控装置（CNC装置）
计算机数控装置是计算机数控系统的核心。其主要作用是根据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理，然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。它主要由计算机系统、位置控制板、PLC接口板、通讯接口板、扩展功能模块以及相应的控制软件等模块组成。
2．伺服单元、驱动装置和测量装置
伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置及主轴电机和进给伺服驱动装置及进给电机。测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现主轴、进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。主轴伺服系统的主要作用是实现零件加工的切削运动，其控制量为速度。进给伺服系统的主要作用是实现零件加工的成形运动，其控制量为速度和位置，特点是能灵敏、准确地跟踪CNC装置的位置和速度指令。
3．控制面板
控制面板又称操作面板，是操作人员与数控机床（系统）进行信息交互的工具。操作人员可以通过它对数控机床（系统）进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，也可以通过它了解或查询数控机床（系统）的运行状态。它是数控机床的一个输入输出部件，主要由按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器等部分组成。
4．控制介质与程序输入输出设备
控制介质是记录零件加工程序的媒介，是人与机床建立联系的介质。程序输入输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交互的装置，其作用是将记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统，或将已调试好的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的介质上。目前数控机床常用的控制介质和程序输入输出设备是磁盘和磁盘驱动器等。
此外，现代数控系统一般可利用通讯方式进行信息交换。这种方式是实现CAD／CAM的集成、FMS（柔性制造系统）和CIMS（计算机集成制造系统）的基本技术。目前在数控机床上常用的通讯方式有：
（1）串行通讯；（2）自动控制专用接口；（3）网络技术。
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5．PLC、机床I/O电路和装置
PLC是用于进行与逻辑运算、顺序动作有关的I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置是用于实现I/O控制的执行部件，是由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路。它们共同完成以下任务：
（1）接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作；
（2）接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。
6．机床本体
机床本体是数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部件。它主要由主运动部件（主轴、主运动传动机构）、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置、自动工件交换（APC）系统、自动刀具交换（ATC）系统和辅助装置（如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等）组成。
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注
三、数控机床的分类
1．按控制功能分类（1）点位控制数控机床
这类数控机床仅能控制两个坐标轴带动刀具或工作台，从一个点（坐标位置）准确地快速移动到下一个点（坐标位置），然后控制第三个坐标轴进行钻、镗等切削加工。它具有较高的位置定位精度，在移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨迹没有要求。点位控制的数控机床主要用于加工平面内的孔系，主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。
（2）直线控制数控机床
这类数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，从一个点以一条直线准确地移动到下一个点，移动过程中能进行切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内调节。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带着多轴箱轴向进给进行钻、镗等切削加工，它可以算作一种直线控制的数控机床。
（3）轮廓控制数控机床
这类数控机床具有控制几个坐标轴同时协调运动，即多坐标轴联动的能力，使刀具相对于工件按程序规定的轨迹和速度运动，能在运动过程中进行连续切削加工。这类数控机床有用于加工曲线和曲面形状零件的数控车床、数控铣床、加工中心等。现代的数控机床基本上都是这种类型。若根据其联动轴数还可细分为2轴（X、Z轴联动或X、Y轴联动）、2.5轴（任意2轴联动，第3轴周期进给）、3轴（X、Y、Z3轴联动）、4轴（X、Y、Z和A或B4轴联动）、5轴（X、Y、Z和A、C或X、Y、Z和B、C或X、Y、Z和A、B5轴联动）联动数控机床，联动坐标轴数越多，则加工程序的编制越难，通常3轴联动以上的零件加工程序只能采用自动编程系统编制。
2．按进给伺服系统类型分类
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按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量反馈装置可分为开环数控机床和闭环数控机床，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。
（1）开环数控机床
开环数控机床采用开环进给伺服系统。开环进给伺服系统没有位置测量反馈装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。但由于无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。该系统一般以步进电机作为伺服驱动元件。它具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。
（2）半闭环数控机床
半闭环数控系统的位置检测点是从驱动电机（常用交、直流伺服电机）或丝杠端引出，通过检测电机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的位移量，而不是直接检测工作台的实际位置。由于在半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，可获得较稳定的控制性能，其系统稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。另外，在位置环内各组成环节的误差可得到某种程度的纠正，位置环外不能直接消除的如丝杠螺距误差、齿轮间隙引起的运动误差等，可通过软件补偿这类误差来提高运动精度，因此在现代CNC机床中得到了广泛应用。
（3）闭环数控机床
闭环进给伺服系统的位置检测点是工作台，它直接对工作台的实际位置进行检测。理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量，具有很高的位置控制精度。但由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，很容易造成系统不稳定。因此闭环系统的设计、安装和调试都有相当的难度，对其组成环节的精度、刚性和动态特性等都有较高的要求，价格昂贵。这类系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。
3．按工艺用途（机床类型）分类
（1）切削加工类
即具有切削加工功能的数控机床。在金属切削机床常用的车床、铣床、刨床、磨床、钻床、镗床、插床、拉床、切断机床、齿轮加工机床等中，国内外都开发了数控机床，而且品种越来越细。比如，在数控磨床中不仅有数控外圆磨床，数控内圆磨床，集可磨外圆、内圆于一机的数控万能磨床，数控平面磨床，数控坐标磨床，数控工具磨床，数控无心磨床，数控齿轮磨床，还有专用或专门化的数控轴承磨床，数控外螺纹磨床，数控内螺纹磨床，数控双端面磨床，数控凸轮轴磨床，数控曲轴磨床，能自动换砂轮的数控导轨磨床（又称导轨磨削中心）等等，还有工艺范围更宽的车削中心、加工中心、柔性制造单元（FMC）等。
（2）成型加工类
是具有通过物理方法改变工件形状功能的数控机床。如数控折弯机、数控冲床、数控弯管机、数控旋压机等。
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（3）特种加工类
是具有特种加工功能的数控机床。如数控电火花线切割机床，数控电火花成型机床，带有自动换电极功能的“电加工中心”，数控激光切割机床，数控激光热处理机床，数控激光板料成型机床，数控等离子切割机等。
（4）其它类型
一些广义上的数控设备。如数控装配机、数控测量机、机器人等。
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四、数控机床的基本结构特征和主要辅助装置
1．数控机床的基本结构特征
（1）机床刚性提高，抗振性能大为改善；（2）机床热变形降低；（3）机床中间传动环节减少；
（4）机床各个运动副间的摩擦系数较小；（5）机床功能部件增多。2．数控机床的主要辅助装置
数控机床的辅助装置是一个完整的机器或装置，其作用是完成配合机床对零件加工的辅助工作。诸如切削液或油液处理系统中的冷却过滤装置，油液分离装置，吸尘吸雾装置，润滑装置及辅助主机实现传动和控制的气、液动装置等，虽然这些装置在某些自动化或精密型非数控机床上已配备使用，但是，数控机床要求配备的装置的质量、性能更为精化。
除上述通用辅助装置外，还有对刀仪、自动排屑器、物料储运及上下料装置等。
五、数控机床的规格、性能和可靠性指标
1．规格指标
规格指标是指数控机床的基本能力指标，主要有以下几方面：
（1）行程范围和摆角范围
行程范围是指坐标轴可控的运动区间，它反映该机床允许的加工空间，一般情况下工件轮廓尺寸应在加工空间的范围之内。摆角范围是指摆角坐标轴可控的摆角区间，也反映该机床的加工空间。
（2）工作台面尺寸
它反映该机床安装工件的最大范围，通常应选择比最大加工工件稍大一点的面积，这是因为要预留夹具所需的空间。
（3）承载能力
它反映该机床能加工零件的最大重量。
（4）主轴功率和进给轴扭矩
它反映该机床的加工能力，同时也可间接反映机床的刚度和强度。
（5）控制轴数和联动轴数
数控机床的控制轴数通常是指机床数控装置能够控制的进给轴数。数控机床控制轴数与数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等有关。联动轴数是指数控机床同时控制多个进给轴，使它们按规定的路线和进给速度所确定的规律运动的进给轴数目。它反映数控机床的曲面加工能力。
（6）刀库容量
是指刀库能存放加工所需刀具的数量，它反映该机床能加工工序内容的多少。目前常见的中小型加工中心多为16~60把，大型加工中心达
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容
100把以上。
2．性能指标
（1）分辨率与脉冲当量
分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。对测量系统而言，分辨率是可以测量的最小增量；对控制系统而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量，通常称为脉冲当量。脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一，其数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。
（2）最高主轴转速和最大加速度
最高主轴转速是指主轴所能达到的最高转速，它是影响零件表面加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素之一。最大加速度是反映主轴速度提速能力的性能指标，也是加工效率的重要指标。
（3）最高快移速度和最高进给速度
最高快移速度是指进给轴在非加工状态下的最高移动速度，最高进给速度是指进给轴在加工状态下的最高移动速度，它们也是影响零件加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素。
另外，还有换刀速度和工作台交换速度，它们也是影响生产效率的性能指标。3．可靠性指标
（1）平均无故障时间MTBF（Mean time between failures）
它是指一台数控机床在使用中平均两次故障间隔的时间，即数控机床在寿命范围内总工作时间和总故障次数之比，即
MTBF总工作时间
总故障次数备
注
很显然，这段时间越长越好。
（2）平均修复时间MTTR（Mean time to restore。）
它是指一台数控机床从开始出现故障直到能正常工作所用的平均修复时间，即
MTTR总故障停机时间
总故障次数考虑到实际系统出现故障总是难免的，故对于可维修的系统，总希望一旦出现故障，修复的时间越短越好，即希望MTTR越短越好。
（3）平均有效度A 如果把MTBF看作设备正常工作的时间，把MTTR看作设备不能工作的时间，那么正常工作时间与总时间之比称为设备的平均有效度A，即
A平均无故障时间MTBF 平均无故障时间故障平均修复时间MTBFMTTR平均有效度反映了设备提供正确使用的能力，是衡量设备可靠性的一个重要指标。
六、数控机床的精度项目及检验
数控机床的精度项目主要包括几何精度、定位精度和切削精度。1．主要几何精度项目及检验
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容
数控机床的几何精度
是综合反映机床的关键零部件及其组装后的几何形位误差的指标。该指标可分为两类：一类是对机床的基础件和运动大件（如床身、立柱、工作台、主轴箱等）的直线度、平面度、垂直度等的要求，如工作台面的平面度，各坐标方向移动的直线度和相互垂直度，X、Y（立式）或X、Z（卧式）坐标方向移动时工作台面的平行度，X坐标方向移动时工作台面T形槽侧面的平行度等；另一类是对机床主轴的要求，如主轴的轴向窜动，主轴孔的径向跳动，主轴箱移动时主轴轴线的平行度，主轴轴线与工作台面的垂直度（立式）或平行度（卧式）等。
以卧式加工中心为例，主要有以下各项：（1）X、Y、Z坐标的相互垂直度；（2）工作台面的平面度；
（3）X轴和Z轴移动工作台面的平行度；（4）主轴回转轴心线对工作台面的平行度；（5）主轴在X、Y、Z各轴方向移动的直线度；（6）X轴移动工作台边界定位基准面的平行度；
（7）工作台中心线到边界定位器基准面之间的距离精度；（8）主轴轴向跳动；（9）主轴孔径向跳动。
几何精度常用检测工具有精密水平仪、精密方箱、直角尺、平尺、千分表、测微仪、高精度主轴心棒等。
2．定位精度的项目及检验
数控机床定位精度是指机床各运动部件在数控装置的控制下空载运动所能达到的位置准确程度。根据各轴能达到的位置精度就能判断出加工时零件所能达到的精度。
（l）直线运动定位精度
是指数控机床的移动部件沿某一坐标轴运动时实际值与给定值的接近程度，其误差称为直线运动定位误差。
XijPijPj
（1-1）
XijPijPj
（1-2）i=1，2，3„„n
代表向每一目标趋近的次数；
j=1，2，3„„m
代表目标位置。
备
注
n次单向趋近目标位置Pj时，可得到单向平均位置偏差Xj和Xj的值。Xjn XjnXi1nnij
（1-3）
Xi1ij
（1-4）
这样可得到从正、负方向趋近目标位置Pj时的反向差值Bj。
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容
BjXjXj
（1-5）n次单向趋近目标位置Pj时的标准偏差Sj和Sj为
备
注
Sj1n11n1Xi1nnijXj
2（1-6）
SjXi1ijXj2
（1-7）
定位精度A可分为单向定位精度Au和双向定位精度Ab二种。单向定位精度Au是取正、负方向趋近目标位置时定位误差中的最大值。正、负方向趋近目标位置时的定位精度如下：
A3S3S
（1-9）双向定位精度A为X3S、X3S中的最大值与X3S、X3S中的最小值之差值，即
AX3SX3S
（1-10）
AuXj3SjmaxXj3Sjmin
（1-8）
ujjmaxjjminbXXjjjjjjjjbjjmaxjjmin正常情况下，实际加工的某一坐标轴任意两点间的距离误差大约为该轴双向定位精度的2倍。
（2）直线运动的重复定位精度
是指在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到结果的一致程度。一般情况下，重复定位精度是正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是反映轴运动精度稳定性的最基本指标。
重复定位精度R为标准偏差Sj和Sj中最大值的6倍，即
R6Sjmax
（1-11）（3）直线运动的反向误差B
直线运动的反向误差也叫失动量，是该坐标轴进给传动链上驱动部件（如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等）的反向死区及各机械运动传动副的反向间隙和弹性变形等误差的综合反映。误差越大，则定位精度和重复定位精度也越差。
BBjmax
（1-12）
（4）直线运动的原点返回精度（回零精度）
是指数控机床各坐标轴达到规定零点的准确程度，其误差称为回零误差。实质上是该坐标轴上一个特殊点的重复定位精度。
（5）分度精度A
是指分度工作台在分度时指令要求回转的角度值与实际回转的角度值的差值。
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AQj3Sj备
注
maxQj3Sjmin
（1-13）
3．切削精度的项目及检验
机床的切削精度是一项综合精度指标，它不仅反映了机床的几何精度和定位精度，同时还反映了试件的材料、环境温度、刀具性能以及切削条件等各种因素造成的误差。
（1）镗孔精度检查
（2）端铣刀铣削平面精度检查
（3）直线铣削精度检查
（4）斜线铣削精度检查（5）圆弧铣削精度检查
七、数控机床的主要功能
1．多轴控制功能
是指CNC系统能控制和能联动控制数控机床各坐标轴的进给运动的功能。CNC系统的控制进给轴有：移动轴和回转轴，基本轴和附加轴。
2．准备功能
即G功能——指令机床运动方式的功能。3．多种函数插补功能和固定循环功能
插补功能是指数控系统进行零件表面（平面或空间曲面）加工轨迹插补运算的功能。一般CNC系统仅具有直线和圆弧插补，较为高档的数控系统还具有抛物线、椭圆、极坐标、正弦线、螺旋线以及样条曲线等插补功能。
在数控加工中，有些加工内容如钻孔、镗孔、攻螺纹等，所做的动作需要循环且十分典型，数控系统预先将这些循环动作用G代码进行定义，在加工时使用这类G代码，可大大简化编程工作量，此即固定循环功能。
4．补偿功能
（1）刀具半径和长度补偿功能
该功能能实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心的轨迹，以及在刀具半径和长度发生变化（如刀具更换、刀具磨损）时，可对刀具半径或长度作相应的补偿。该功能由G指令或T指令实现。
（2）传动链误差、反向间隙误差补偿功能
螺距误差补偿可预先测量出螺距误差和反向间隙，然后按要求输入CNC装置相应的储存单元内，在加工过程中进行实时补偿。
（3）智能补偿功能
外界干扰产生的随机误差，可采用人工智能、专家系统等方法建立模型，实施智能补偿。如热变形引起的误差，装置将会在相应地方自动进行补偿。
5．主轴功能
是指数控系统对切削速度的控制功能。主要有以下五种控制功能：（1）主轴转速（切削速度）——实现刀具切削点切削速度的控制功能，单位为r／min（m／min）。
（2）恒线速度控制——实现刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。
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（3）主轴定向控制——实现主轴周向定位于特定点的控制功能。（4）C轴控制——实现主轴周向任意位置的控制功能。
（5）切削倍率——实现人工实时修调切削速度，即通过面板的倍率开关在0％~200％之间对其进行实时修调。
6．进给功能
是指数控系统对进给速度的控制功能。主要有以下三种控制功能：（1）进给速度——控制刀具或工作台的运动速度，单位为mm／min；（2）同步进给速度——实现切削速度和进给速度的同步，单位为mm／r，用于加工螺纹；
（3）进给倍率——实现人工实时修调进给速度，即通过面板的倍率开关在0％~200％之间对其进行实时修调。
7．宏程序功能
通过编辑子程序中的变量来改变刀具路径和刀具位置的功能。8．辅助功能
即M功能——规定主轴的起、停、转向，工件的夹紧和松开，冷却泵的接通和断开等机床辅助动作的功能。
9．刀具管理功能
是实现对刀具几何尺寸和刀具寿命的管理及刀具选择功能。刀具几何尺寸是指刀具的半径和长度，这些参数供刀具补偿功能使用。刀具寿命是指总计切削时间，当某刀具的时间寿命到期时，CNC系统将提示用户更换刀具。另外，CNC系统都具有T功能即刀具号管理功能，它用于标识刀库中的刀具和自动选择加工刀具。
10．人机对话功能
在CNC装置中配有单色或彩色阴极射线管，俗称显示器（CRT），通过软件可实现字符和图形的显示，以方便用户操作和使用。主要功能有：菜单结构的操作界面；数据及零件加工程序的输入及环境编辑；系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询等。
11．自诊断功能
是指CNC系统防止故障发生及故障诊断、故障定位和防止故障扩大的功能。12．通讯功能
通讯功能是指CNC装置与外界进行信息和数据交换的功能。
备
注
第二节
数控加工原理与数控加工工艺概述
数控加工
是根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序（简称为数控程序），输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。
数控加工技术
是将普通金属切削加工、计算机数控、计算机辅助制造等技
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容
术综合的一门先进加工技术。在以上各个领域的进步推动下，尤其是计算机技术的飞速发展下，数控加工技术正从深度、广度上对机械加工技术进行革命性的变革。
备
注
一、数控加工原理
1．数控加工的过程
首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹、加工过程中主轴速度和进给速度的变换、冷却液的开关、工件和刀具的交换等控制和操作，都按规定的代码和格式编成加工程序，然后将该程序送入数控系统。数控系统则按照程序的要求，先进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以及辅助动作相互协调，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。
2．数控加工中的数据转换过程（1）译码
译码程序的主要功能是将用文本格式（通常用ASCⅡ码）表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所要求的数据结构（格式），该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。它主要包括：X、Y、Z等坐标值，进给速度，主轴转速，G代码，M代码，刀具号，子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。
（2）刀补处理（计算刀具中心轨迹）
为方便编程，零件加工程序通常是按零件轮廓或按工艺要求设计的进给路线编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心（准确说是刀位点）轨迹，因此在加工前必须将编程轨迹变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的处理程序。
（3）插补计算
数控编程提供了刀具运动的起点、终点和运动轨迹，而刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终点则由数控系统的插补装置或插补软件来控制。该程序以系统规定的插补周期T定时运行，它将由各种线形（直线、圆弧等）组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度F，实时计算出各个进给轴在T内的位移指令（X1、Y1、„），并送给进给伺服系统，实现成形运动。
（4）PLC控制
CNC系统对机床的控制分为对各坐标轴的速度和位置的“轨迹控制”和对机床动作的“顺序控制” 或称“逻辑控制”。后者是指在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关信号状态为条件，并按预先规定的逻辑关系对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的运行等进行的控制。PLC控制就是实现上述功能的功能模块。
数控加工原理就是将预先编好的加工程序以数据的形式输入数控系统，数控系统通过译码、刀补处理、插补计算等数据处理和PLC协调控制，最终实现零件
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内
容 的自动化加工。
备
注
二、数控加工工艺和数控加工工艺过程的概念、主要内容及特点
（一）数控加工工艺和数控加工工艺过程的概念
1．数控加工工艺
是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。
2．数控加工工艺过程
是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。
（二）数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容（1）选择并确定进行数控加工的内容；（2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析；（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定；（4）数控加工工艺方案的制定；（5）工步、进给路线的确定；（6）选择数控机床的类型；
（7）刀具、夹具、量具的选择和设计；（8）切削参数的确定；
（9）加工程序的编写、校验与修改；
（10）首件试加工与现场问题处理；（11）数控加工工艺技术文件的定型与归档。
（三）数控加工工艺的特点 1．数控加工工艺内容要求具体、详细 2．数控加工工艺要求更严密、精确
3．制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算 4．制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响
5．制定数控加工工艺时要特殊强调刀具选择的重要性 6．数控加工工艺的特殊要求
7．数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容
三、数控加工工艺与数控编程的关系
1．数控程序
输入数控机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。
2．数控编程
即把零件的工艺过程、工艺参数及其它辅助动作，按动作顺序和数控机床规定的指令、格式，编成加工程序，再记录于控制介质即程序载体（磁盘等），输入数控装置，从而指挥机床加工并根据加工结果加以修正的过程。
3．数控加工工艺与数控编程的关系
数控加工工艺分析与处理是数控编程
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容 的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。而数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。
备
注
第三节
数控机床的坐标系统一、数控机床的坐标系
1．标准坐标系和运动方向
标准坐标系采用右手直角笛卡儿定则。基本坐标轴为X、Y、Z并构成直角坐标系，相应每个坐标轴的旋转坐标分别为A、B、C。
基本坐标轴X、Y、Z的关系及其正方向用右手直角定则判定，拇指为X轴，食指为Y轴，中指为Z轴，围绕X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向A、B、C分别用右手螺旋定则判定，拇指为X、Y、Z的正向，四指弯曲的方向为对应的A、B、C的正向。与X、Y、Z、A、B、C相反的方向相应用带“′”的X′、Y′、Z′、A′、B′、C′表示。注意，X′、Y′、Z′之间不符合右手直角笛卡儿定则。
由于数控机床各坐标轴既可以是刀具相对于工件运动，也可以是反之，所以ISO标准规定：
（l）不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，或是工件运动、刀具静止，在确定坐标系时，一律看作是刀具相对静止的工件运动。
（2）机床的直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先Z轴，再X轴，最后按右手定则判定Y轴。
（3）坐标轴名（X、Y、Z、A、B、C）不带“′”的表示刀具运动；带“′”的表示工件运动，如图1-16所示。
（4）增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴正方向。2．坐标轴判定的方法和步骤（1）Z轴
规定平行于机床主轴轴线的坐标轴为Z轴。对于有多个主轴或没有主轴的机床（如刨床），标准规定垂直于工件装夹面的轴为Z轴。对于能摆动的主轴，若在摆动范围内仅有一个坐标轴平行主轴轴线，则该轴即为Z轴，若在摆动范围内有多个坐标轴平行主轴轴线，则规定其中垂直于工件装夹面的坐标轴为Z轴。
规定刀具远离工件的方向为Z轴的正方向（Z）。（2）X轴
对于工件旋转的机床，X轴的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座，刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向；对于刀具旋转的立式机床，规定水平方向为X轴方向，且当从刀具（主轴）向立柱看时，X正向在右边；对于刀具旋转的卧式机床，规定水平方向仍为X轴方向，且从刀具（主轴）尾端向工件看时，右手所在方向为X轴正方向。
（3）Y轴
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Y轴垂直于X、Z坐标轴。Y轴的正方向根据X和Z坐标轴的正方向按照右
备
注
手直角笛卡儿定则来判断。
（4）旋转运动A、B和C
A、B和C表示其轴线分别平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。A、B和C的正方向可按右手螺旋定则确定。
（5）附加坐标轴的定义
如果在X、Y、Z坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为U、V、W。若还有第三组运动，则分别指定为P、Q和R。
（6）主轴正旋转方向与C轴正方向的关系
主轴正旋转方向
从主轴尾端向前端（装刀具或工件端）看顺时针方向旋转为主轴正旋转方向。对于普通卧式数控车床，主轴的正旋转方向与C轴正方向相同。对于钻、镗、铣、加工中心机床，主轴的正旋转方向为右旋螺纹进入工件的方向，与C轴正方向相反。所以不能误认为C轴正方向即为主轴正旋转方向。
二、机床坐标系与工件坐标系
1．机床坐标系与机床原点、机床参考点
（1）机床坐标系
机床坐标系是机床上固有的坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是确定刀具（刀架）或工件（工作台）位置的参考系，并建立在机床原点上。机床坐标系各坐标和运动正方向按前述标准坐标系规定设定。
（2）机床原点
现代数控机床都有一个基准位置，称为机床原点，是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。
（3）机床参考点
与机床原点相对应的还有一个机床参考点，它也是机床上的一个固定点，通常不同于机床原点。一般来说，加工中心的参考点设在工作台位于负极限位置时的一基准点上。
2．工件坐标系与工件坐标系原点（1）工件坐标系
编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。（2）工件坐标系原点
也称为工件原点或编程原点，一般用G92或G54~G59指令指定。（3）工件坐标系坐标轴的确定
坐标原点选定后，接着就是坐标轴的确定。工件坐标系坐标轴确定的原则为：根据工件在机床上的安放方向与位置决定Z轴方向，即工件安放在数控机床上时，工件坐标系的Z轴与机床坐标系Z轴平行，正方向一致，在工件上通常与工件主要定位支撑面垂直；然后，选择零件尺寸较长方向或切削时的主要进给方向
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容
为X轴方向，在机床上安放后，其方位与机床坐标系X轴方位平行，正向一致；过原点与X、Z轴垂直为Y轴，根据右手定则，确定Y轴的正方向。
3．装夹原点
有的机床还有一个重要的原点，即装夹原点，是工件在机床上安放时的一个重要参考点。
备
注
第四节
插补原理及与加工精度和加工效率的关系
一、数控加工轨迹控制原理——插补原理
插补的任务就是要根据进给速度的要求，完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算。目前常用的插补方法有两类：脉冲增量插补法和数据采样插补法。
（一）脉冲增量插补
脉冲增量插补是模拟硬件插补的原理，把计算机每次插补运算产生的指令输出到伺服系统，伺服系统根据进给脉冲进给，以驱动工作台运动。计算机每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位（脉冲当量），并且每次插补的结果仅产生一个行程增量，每进给一步（一个脉冲当量），计算机就要进行一次插补运算，进给速度受计算机插补速度的限制，因此很难满足现代数控机床高速度的要求。
（二）数据采样插补法
数据采样插补原理是将加工一段直线或圆弧的时间划分为若干相等的插补周期，每经过一个插补周期就进行一次插补计算，算出在该插补周期内各坐标轴的进给量，边计算边加工，若干次插补周期后完成一个曲线段的加工，即从曲线段的起点走到终点。数据采样插补是根据用户程序的进给速度，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期，执行一次插补运算，计算出下一个插补点（动点）坐标，从而计算出下一周期各个坐标的进给量，如X、Y等，进而得出下一插补点的指令位置。插补周期可以等于采样周期，也可以是采样周期的整倍数。对于直线插补，动点在一个插补周期内运动的直线段与给定直线重合。对于圆弧插补，动点在一个插补周期内运动的直线段以弦线（或切线、割线）逼近圆弧。
圆弧插补常用弦线逼近的方法。如图1-25所示，用弦线逼近圆弧，会产生逼近误差er。设为在一个插补周期内逼近弦所对应的圆心角、r为圆弧半径，则
err1cos
（1-14）
2将上式中的cos用幂级数展开，得
2
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容
err1cos
22242r11
2!4!备
注
28r
（1-15）
设T为插补周期，F为刀具进给速度，则进给步长（或插补步长）l为 lTF 用进给步长l代替弦长，有
lrTFr
将上式代入式（1-15），得
l21TF er
（1-16）
8r8r
式（1-16）反映了逼近误差er与插补周期T、进给速度F和圆弧半径r的关系。
根据式1-16，可以得到一个关系式：
l8er允r
（1-17）式中
er允——轮廓曲线允许的逼近误差；
r——圆弧半径；
l——轮廓步长，即单位时间（插补周期）内的进给量。
二、插补原理、进给速度与加工精度和加工效率的关系
从式1-16可以看出，逼近误差与进给速度、插补周期的平方成正比，与圆弧半径成反比。较小的插补周期，可以在小半径圆弧插补时允许较大的进给速度。从另一角度讲，进给速度、圆弧半径一定的条件下，插补周期越短，逼近误差就越小。对于一个确定的数控系统，插补周期一般是固定的，插补周期确定之后，一定的圆弧半径，应有与之对应的最大进给速度限定，以保证逼近误差er不超过允许值。对脉冲增量插补，进给速度越快，则脉冲当量值越大，加工误差也就越大，插补周期越短，插补精度越高；进给速度越快，插补精度越低，但效率越高。当加工精度要求很高（如微米级）时，在数控系统一定的情况下，进给速度的快慢将影响工件的形状精度，同时自然影响加工效率。
第五节
当今国际数控加工技术的发展趋势
1．高速切削 2．高精度加工 3．复合化加工 4．控制智能化
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容
具体体现在以下几个方面：（l）加工过程自适应控制技术（2）加工参数的智能优化与选择（3）故障自诊断功能（4）智能化交流伺服驱动装置 5．互联网络化
6．计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，缩写为CIMS）
一般认为CIMS应由下列六个子系统组成：（1）计算机辅助经营和生产管理系统；
（2）计算机辅助产品设计／制造等开发工程系统；（3）自动化制造加工系统；（4）计算机辅助储运系统；（5）全厂质量控制系统；（6）数据库与通信系统。
计算机集成制造系统的发展可以实现整个机械制造厂的全盘自动化，成为自动化工厂或无人化工厂，是自动化制造技术的发展方向。
备
1切削的定义及优势
通过研究表明:被加工材料存在一个临界切削速度,一般情况下,切削温度及刀具磨损会随着切削速度的增大而增大,但是当切削速度高于了临界切削速度,切削温度和刀具磨损反而会随着速度的增大而降低。通过切削速度的这一特点,我们能够想象到高速切削将会为社会带来不可磨灭的贡献,会在机械制造中发挥着重要的作用。
1.1切削的定义
通常情况下,切削是指工件和刀具相互作用的工程。切削要从工件上切去一部分金属,并且在保证高生产率和低成本的条件下,得到形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的工件。
1.2高速切削的优势
1.2.1工艺优势。
首先高速切削在工件加工上提高了效率,它大大的减少了工件加工时间,以至于能在较短的时间内完成工件加工任务,为工厂或公司直接带来效益。另一方面,经高速切削加工出的工件在表面形状精度、尺寸精度、表面粗糙度等方面都能满足要求,甚至远远高于要求。
1.2.2加工精度上的优势。
高速切削加工技术不但不会降低工件的加工精度,而且还会提升工件的质量,这能充分表现高速切削的魅力。一方面,高速切削时,切削力较小,会使工件因夹压受力而导致形状变化的可能性降低,故会提升工件的合格率。另一方面由于采用高温切削技术以后,工件受热量大大降低,故大大减少工件因高温受热而变形的可能性。
通过了解切削的含义以及高速切削的优势,我们能更清晰的了解到高速切削在现实生活中发挥着越来越重要的角色, 人们在以后的工件加工中会重视高速切削的应用及发展。
2高速切削数控机床应满足的条件
高速切削要求能加工出合格乃至精度很高的工件,这就需要数控机床相关设备要能满足高速切削的要求。所以我们应该设计出合理的数控机床,以至于高速切削能如期进行。机床具体设计如下:
(1)主轴部件设计。主轴部件是机床的重要部件之一。主轴部件是机床的执行件,它支承并带动工件或刀具进行切削, 承受切削力及驱动力等载荷,主轴部件对整机性能和加工质量以及机床生产率有直接影响。所以主轴在旋转精度、刚度、 抗振性、温升和热变形以及精度保持性都需要满足相关的要求。
(2)机床控制系统设计。机床在高速旋转下完成一系列复杂的加工任务,它的完成需要一套完善可靠的控制系统,一个完善可靠的控制系统应该节省辅助时间, 缩短加工时间,提高机床使用率,并且能保证加工质量。所以机床控制系统在不同的情况下也应选择不同的机床控制系统。
(3)数控机床配套刀具设计。高速切削需要刀具具有高的硬度,好的耐磨性, 足够的轻度和韧性,好的耐热性以及良好的热物理性能和耐热冲击性能。目前,用于高切削加工的刀具材料有:陶瓷刀具、 涂层刀具,立方氮化硼(CBW)材料和金刚石等材料。
1) 陶瓷刀具。陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性,并且具有很高的耐热性和很高的化学稳定性。常见的陶瓷刀具有两种:(Al2O3)基陶瓷和(Si3N4)基陶瓷。 陶瓷刀具能在1300—1400℃的高温下切削,但其抗冲击性和抗热冲击性能差。所以陶瓷刀具适用于高速干切削。
2) 涂层刀具。涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体或者高速钢刀具基体上涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物,常用的涂层材料有Ti C、Ti N、Al2O3) 等,涂层刀具具有比基体高的很多的硬度,所以一种涂层刀具能代替好几种未涂层刀具。
3) 立方氮化硼(CBW)。立方氮化硼(CBW)是由软的六方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而来的,立方氮化硼(CBW)具有很高的硬度和耐磨性,硬度接近金刚石的硬度,能用于进行半精加工和精加工,还能用于加工某些热涂喷涂件等材料。
4) 金刚石。金刚石具有极高的硬度和耐磨性,是目前已知的最硬物质。其中聚晶金刚石(PCD)适用于钢铝合金、非金属材料和复合材料的高速切削,它的导热性好、摩擦因数小、热膨胀系数小。PCD主要用于精密、超精密和光学元件的精加工。
3结束语
在当今机械制造中,高速切削扮演着越来越重要的角色,所以作为机械制造的我们应该学习掌握并不断深入研究高速切削工艺,让机械制造的效率及加工工件的质量得到提升,为我国制造行业的不断发展做出贡献.
摘要：高速切削是是机床加工零件的一种常见工艺,它具有高效率、低磨损的加工特点,目前它被广泛的应用于机床切削中。鉴于此,该文对数控机床高速切削加工工艺进行分析,以供同行参考。
目前，随着生产和技术的发展，产品更新换代更为频繁，品种多、批量小以及形状复杂，精度高的零件越来越多。为合理解决多品种、小批量生产的实际需要，同时也为了提高产品质量，提高生产率和改善劳动条件，在机械切削加工的企业已逐步使用数控机床来进行切削加工。而数控机床是一种以数字量作为指令信息形式，通过计算机对这种信息进行处理而实现自动控制的机床，是计算技术、电子技术、自动控制、伺服驱动、精密测量和精密机械结构等新技术的综合应用。它已成为金属切削机床的发展方向，但是数控机床的编程操作比较复杂，对数控编程操作人员素质要求较高，同时数控机床价格比较昂贵，一旦编程操作不慎，发生碰撞，其后果不堪设想。因此编程操作人员必须经过专业培训。近几年来，全球制造业向中国转移，以及国内制造企业的不断发展壮大，面向制造企业的技能型人才呈现供不应求的局面，企业亟需大量有理论基础和实践的实用型人才来提升企业的竞争力而举办各类各样的培训班。但是在培训班上，初学数控编程的学员对理解数控加工指令及加工工艺往往存在困难。笔者根据教学体会，谈一下怎样才能理解好数控编程加工指令及加工工艺。
二、加工指令及加工工艺
首先，数控加工工艺及程序编制教程对指令为读者作了如下解释：快速定位（G00）：G00X__Z__，刀具分别以各轴快速进给速度移动到X、Z值点上。
直线插补（G01）：G01X__Z__F__刀具以指令的进给速度移至坐标值为X、Z的点上。例如，如图1所示G01X45Z-20F30（A—B）：
圆弧插补G02（顺时针）和G03（逆时针）：G02（G03）X__Z__R__F__，刀具以F速度沿半径R移至圆弧终点X、Z点上。例如，如图2所示G03X50Z-10R10F100（A—B）：
接下来是教程对上述加工指令的应用进行举例，
如图3所示。
O0001
G00 X100Z100；定起刀点
M03 S800 T0101；主轴正转，调1号刀
G00X35Z0； 快速定位至端面加工起点
G01X0Z0F100 ；车端面至圆弧R15的起点
G03X21.88Z-24.92R15F80；加工R15圆弧面
G02X26Z-32.81R5F80；加工R5圆弧面
G01X26Z-36.81F80； 加工圆26外圆面
G01X32Z-36.81F80； 加工台阶面
G01X32Z-45F80； 加工圆32外圆面
G00X100Z100； 回起刀点
M05； 主轴停止
M30； 程序結束
从上面所列的内容看，教程只让读者了解指令的定义及格式。但是，我们都知道车削加工常用的毛坯多为圆棒料，从圆棒料到零件之间有加工余量大小的问题。在确定背吃刀量（即切削深度aP）时，一般是先把精加工（半精加工）余量扣除，然后把剩下的粗加工余量尽可能一次切除。如果粗加工余量较大，机床功率不足，刀具强度较低，应分几次切除余量，否则会损坏刀具。对加工尺寸精度，表面粗糙度要求较高的工件，如果增大背吃刀量aP，则切削力增大得较快，引起切削加工的振动，会使加工零件的表面质量下降，所以吃刀深度要合理。因此，初学数控编程的学员往往会问：数控加工余量大时如何加工？所以单从指令进行讲解会使读者产生疑惑与困难。
三、改进方法
笔者认为在讲解加工指令的同时应讲解加工工艺，以便读者理解接受所讲的加工指令。在普通车床加工零件，车床加工的切削用量，工序工步安排以及走刀路线等内容，往往都是由操作工人决定，操作工人会按零件图样的技术要求，按一定的切削深度，逐层把毛坯的余量切除，不会因吃刀深度太大而损坏车刀，从而保证加工零件的质量。而数控加工的所有工序工步，切削用量，走刀路线，加工余量和所用的尺寸及类型等都要编入程序中，编程可参照普通车床的逐层加工过程的原理，使用有关的加工指令把加工过程逐层编写出来即可。所以笔者在讲授数控加工指令时，会结合普通机加工的切削用量进行一起比较分析。如上面所列的数控加工例子，应在讲解有关G01，G02，G03等指令时，要讲吃刀深度问题，若吃刀深度过大，可分层应用有关加工指令逐层编程加工，最后一次走刀才按照零件图样的尺寸进行编程。这样可避免初学数控加工的学员误解数控加工工艺与数控加工指令的关系而产生困惑。经过按每次走刀的吃刀深度，逐层加工编程之后，初学数控编程的学员已经对加工指令有了初步的认识，然后对车削加工余量较大，一个表面需要进行多次反复加工的零件，为简化编程可使用固定循环指令（如G71、G72、G73、G84等）编程加工，若精度要求比较高的零件再配合精车循环（G70）进行编程加工。例如车削如图4所示的台阶工件，直径从45mm车至25mm，台阶长度为35mm。
那么在讲解这个零件加工的有关数控加工指令时，可参照普通车床分层切削过程的方式，应用有关的数控加工编程指令对这个零件进行分层编写车削程序， 程序如下：
……
N20 G00 X50 Z2 T0101；刀具快速移动到S
N30 G01 X40 F80； 车削第1次进刀，背吃刀量2.5mm
N40 Z-35；切削
N50 G00 X50； 退刀
N60 Z2；返回(50，2)的坐标点
N70 G00 X35；车削第2次进刀，背吃刀量2.5mm
N80 G01Z-35 F80； 切削
N90 G00 X50； 退刀
N100Z2；返回(50，2)的坐标点
N110 G00 X30；车削第3次进刀，背吃刀量2.5mm
N120 G01 Z-35 F80；切削
N130 G00 X50；退刀
N140Z2；返回(50，2)的坐标点
N150 G00 X25； 车削第4次进刀，背吃刀量2.5mm
N160 G01 Z-35 F80； 切削
N170 G00 X50； 退刀
N180 G00 X100 Z100； 返回换刀点（100，100）上
……
从对这个零件进行分层循环加工的过程中，可从上述有关数控编程看出，数控循环车削过程包括了“切入—切削—退刀—返回”等4个动作，每次进刀深度都为2.5mm。它与普通车床手动加工相一致。这样讲解就方便初学数控编程的学员理解加工指令与加工工艺。在此基础上为减少编程工作量和进一步提高编程水平，可用循环指令（GSK980T车床数控系统）编写这个零件车削程序如下：
……
N20 G00 X50 Z2 T0101；刀具快速移动到S点
N30G71U2.5R0.5； 粗车循环开始，背吃刀量2.5mm，退刀量0.5mm
N40 G71 P50 Q70 U0.3 W0.2 F80；
N50 G00 X25；参加粗车循环的第一段程序
N60 G01 X25 Z-35 F80；
N70 G01 X50 Z-35； 参加粗车循环的最后一段程序
N80 G00 X100 Z100；返回换刀点(100，100)上
N90 T0202；调精车刀
N100 G70 P50 Q70； 精车N50~N70所指定程序段到尺寸
N110 G00 X100 Z100； 返回换刀点(100，100)上
M30； 程序结束
或者采用TUN120CNC车床G84纵向车削循环编程如下：
N20 G00 X50 Z2； 刀具快速至S点
N30 G84 X25 Z-35 D32500F 100； D32500为分层切削深度
总而言之，在给初学数控编程的学员讲解数控加工指令时，应把数控加工指令及加工工艺综合在一起进行讲授，从简单到复杂讲解有关数控加工指令。
四、总结
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