數控加工

數控加工（numerical control machining），是指在數控工具機上進行零件加工的一種工藝方法，數控工具機加工與傳統工具機加工的工藝規程從總體上說是一致的，但也發生了明顯的變化。用數字信息控制零件和刀具位移的機械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀複雜、精度高等問題和實現高效化和自動化加工的有效途徑。

基本介紹

• 中文名：數控加工
• 外文名：numerical control machining
• 起源於：航空工業的需要
• 時間：20世紀40年代後期

基本釋義

數控加工是指，由控制系統發出指令使刀具作符合要求的各種運動，以數字和字母形式表示工件的形狀和尺寸等技術要求和加工工藝要求進行的加工。它泛指在數控工具機上進行零件加工的工藝過程。

數控工具機是一種用計算機來控制的工具機，用來控制工具機的計算機，不管是專用計算機、還是通用計算機都統稱為數控系統。數控工具機的運動和輔助動作均受控於數控系統發出的指令。而數控系統的指令是由程式設計師根據工件的材質、加工要求、工具機的特性和系統所規定的指令格式（數控語言或符號）編制的。數控系統根據程式指令向伺服裝置和其它功能部件發出運行或終斷信息來控制工具機的各種運動。當零件的加工程式結束時，工具機便會自動停止。任何一種數控工具機，在其數控系統中若沒有輸入程式指令，數控工具機就不能工作。工具機的受控動作大致包括工具機的起動、停止；主軸的啟停、旋轉方向和轉速的變換；進給運動的方向、速度、方式；刀具的選擇、長度和半徑的補償；刀具的更換，冷卻液的開起、關閉等。

發展背景

數控技術起源於航空工業的需要，20世紀40年代後期，美國一家直升機公司提出了。

數控工具機的初始構想，1952年美國麻省理工學院研製出三坐標數控銑床。50年代中期這種數控銑床已用於加工飛機零件。60年代，數控系統和程式編制工作日益成熟和完善，數控工具機已被用於各個工業部門，但航空航天工業始終是數控工具機的最大用戶。一些大的航空工廠配有數百台數控工具機，其中以切削工具機為主。數控加工的零件有飛機和火箭的整體壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋槳以及航空發動機的機匣、軸、盤、葉片的模具型腔和液體火箭發動機燃燒室的特型腔面等。數控工具機發展的初期是以連續軌跡的數控工具機為主，連續軌跡控制。

加工過程

連續軌跡控制又稱輪廓控制，要求刀具相對於零件按規定軌跡運動。以後又大力發展點位控制數控工具機。點位控制是指刀具從某一點向另一點移動，只要最後能準確地到達目標而不管移動路線如何。

操作過程

數控編程

數控加工程式編制方法有手工（人工）編程和自動編程之分。手工編程，程式的全部內容是由人工按數控系統所規定的指令格式編寫的。自動編程即計算機編程，可分為以語言和繪畫為基礎的自動編程方法。但是，無論是採用何種自動編程方法，都需要有相應配套的硬體和軟體。

可見，實現數控加工編程是關鍵。但光有編程是不行的，數控加工還包括編程前必須要做的一系列準備工作及編程後的善後處理工作。一般來說數控加工工藝主要包括的內容如下：

⑴ 選擇並確定進行數控加工的零件及內容；

⑵ 對零件圖紙進行數控加工的工藝分析；

⑶數控加工的工藝設計；

⑷ 對零件圖紙的數學處理；

⑸ 編寫加工程式單；

⑹ 按程式單製作控制介質；

⑺程式的校驗與修改；

⑻ 首件試加工與現場問題處理；

⑼數控加工工藝檔案的定型與歸檔。

為了提高生產自動化程度，縮短編程時間和降低數控加工成本，在航空航天工業中還發展和使用了一系列先進的數控加工技術。如計算機數控，即用小型或微型計算機代替數控系統中的控制器，並用存貯在計算機中的軟體執行計算和控制功能，這種軟連線的計算機數控系統正在逐步取代初始態的數控系統。直接數控是用一台計算機直接控制多台數控工具機，很適合于飛行器的小批量短周期生產。理想的控制系統是可連續改變加工參數的自適應控制系統，雖然系統本身很複雜，造價昂貴，但可以提高加工效率和質量。數控的發展除在硬體方面對數控系統和工具機的改善外，還有另一個重要方面就是軟體的發展。計算機輔助編程（也叫自動編程）就是由程式設計師用數控語言寫出程式後，將它輸入到計算機中進行翻譯，最後由計算機自動輸出穿孔帶或磁帶。用得比較廣泛的數控語言是 APT語言。它大體上分為主處理程式和後置處理程式。前者對程式設計師書寫的程式加以翻譯，算出刀具軌跡；後者把刀具軌跡編成數控工具機的零件加工程式。數控加工，是在對工件進行加工前事先在計算機上編寫好程式，再將這些程式輸入到使用電腦程式控制的工具機進行指令性加工，或者直接在這種電腦程式控制的工具機控制臺上編寫指令進行加工。加工的過程包括：走刀，換刀，變速，變向，停車等，都是自動完成的。數控加工是現代模具製造加工的一種先進手段。當然，數控加工手段也一定不只用於模具零件加工，用途十分廣泛。

工藝分析

被加工零件的數控加工工藝性問題涉及面很廣，下面結合編程的可能性和方便性提出一些必須分析和審查的主要內容。

1、尺寸標註應符合數控加工的特點

在數控編程中，所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的。因此零件圖上最好直接給出坐標尺寸，或儘量以同一基準引注尺寸。

2、幾何要素的條件應完整、準確

在程式編制中，編程人員必須充分掌握構成零件輪廓的幾何要素參數及各幾何要素間的關係。因為在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義，手工編程時要計算出每個節點的坐標，無論哪一點不明確或不確定，編程都無法進行。但由於零件設計人員在設計過程中考慮不周或被忽略，常常出現參數不全或不清楚，如圓弧與直線、圓弧與圓弧是相切還是相交或相離。所以在審查與分析圖紙時，一定要仔細，發現問題及時與設計人員聯繫。

3、定位基準可靠

在數控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準定位十分重要。因此往往需要設定一些輔助基準，或在毛坯上增加一些工藝凸台。

4、統一幾何類型或尺寸

零件的外形、內腔最好採用統一的幾何類型或尺寸，這樣可以減少換刀次數，還可能套用控制程式或專用程式以縮短程式長度。零件的形狀儘可能對稱，便於利用數控工具機的鏡向加工功能來編程，以節省編程時間。

零件裝夾

一、定位安裝的基本原則

在數控工具機上加工零件時，定位安裝的基本原則是合理選擇定位基準和夾緊方案。在選擇時應注意以下幾點：

1、力求設計、工藝和編程計算的基準統一。

2、儘量減少裝夾次數，儘可能在一次定位裝夾後，加工出全部待加工表面。

3、避免採用占機人工調整式加工方案，以充分發揮數控工具機的效能。

二、選擇夾具的基本原則

數控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與工具機的坐標方向相對固定；二是要協調零件和工具機坐標系的尺寸關係。除此之外，還要考慮以下幾點：

1、當零件加工批量不大時，應儘量採用組合夾具、可調式夾具及其他通用夾具，以縮短生產準備時間、節省生產費用。

2、在成批生產時才考慮採用專用夾具，並力求結構簡單。

3、零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短工具機的停頓時間。

4、夾具上各零部件應不妨礙工具機對零件各表面的加工，即夾具要開敞，其定位、夾緊機構元件不能影響加工中的走刀（如產生碰撞等）。

加工誤差

數控加工誤差△數加是由編程誤差△編、工具機誤差△機、定位誤差△定、對刀誤差△刀等誤差綜合形成。

即：△數加=f（△編+△機+△定+△刀）

其中：

1、編程誤差△編由逼近誤差δ、圓整誤差組成。逼近誤差δ是在用直線段或圓弧段去逼近非圓曲線的過程中產生，如圖1.43所示。圓整誤差是在數據處理時，將坐標值四捨五入圓整成整數脈衝當量值而產生的誤差。脈衝當量是指每個單位脈衝對應坐標軸的位移量。普通精度級的數控工具機，一般脈衝當量值為0.01mm；較精密數控工具機的脈衝當量值為0.005mm或0.001mm等。

2、工具機誤差△機由數控系統誤差、進給系統誤差等原因產生。

3、定位誤差△定是當工件在夾具上定位、夾具在工具機上定位時產生的。

4、對刀誤差△刀是在確定刀具與工件的相對位置時產生。

主要特點

數控工具機一開始就選定具有複雜型面的飛機零件作為加工對象，解決普通的加工方法難以解決的關鍵。數控加工的最大特點是用穿孔帶（或磁帶）控制工具機進行自動加工。由於飛機、火箭和發動機零件各有不同的特點：飛機和火箭的零、構件尺寸大、型面複雜；發動機零、構件尺寸小、精度高。因此飛機、火箭製造部門和發動機製造部門所選用的數控工具機有所不同。在飛機和火箭製造中以採用連續控制的大型數控銑床為主，而在發動機製造中既採用連續控制的數控工具機，也採用點位控制的數控工具機（如數控鑽床、數控鏜床、加工中心等）。

工序集中

數控工具機一般帶有可以自動換刀的刀架、刀庫，換刀過程由程式控制自動進行，因此，工序比較集中。工序集中帶來巨大的經濟效益：

⑴減少工具機占地面積，節約廠房。

⑵減少或沒有中間環節（如半成品的中間檢測、暫存搬運等），既省時間又省人力。

自動化

數控工具機加工時，不需人工控制刀具，自動化程度高。帶來的好處很明顯。

⑴對操作工人的要求降低：

一個普通工具機的高級工，不是短時間內可以培養的，而一個不需編程的數控工培養時間極短（如數控車工需要一周即可，還會編寫簡單的加工程式）。並且，數控工在數控工具機上加工出的零件比普通工在傳統工具機上加工的零件精度要高，時間要省。⑵降低了工人的勞動強度：數控工人在加工過程中，大部分時間被排斥在加工過程之外，非常省力。

⑶產品質量穩定：數控工具機的加工自動化，免除了普通工具機上工人的疲勞、粗心、估計等人為誤差，提高了產品的一致性。

⑷加工效率高：數控工具機的自動換刀等使加工過程緊湊，提高了勞動生產率。

柔性化高

傳統的通用工具機，雖然柔性好，但效率低下；而傳統的專機，雖然效率很高，但對零件的適應性很差，剛性大，柔性差，很難適應市場經濟下的激烈競爭帶來的產品頻繁改型。只要改變程式，就可以在數控工具機上加工新的零件，且又能自動化操作，柔性好，效率高，因此數控工具機能很好適應市場競爭。

能力強

工具機能精確加工各種輪廓，而有些輪廓在普通工具機上無法加工。數控工具機特別適合以下場合：

1、不許報廢的零件。

2、新產品研製。

3、急需件的加工。

數控編程

程式結構

程式段是可作為一個單位來處理的連續的字組，它實際是數控加工程式中的一段程式。零件加工程式的主體由若干個程式段組成。多數程式段是用來指令工具機完成或執行某一動作。程式段是由尺寸字、非尺寸字和程式段結束指令構成。在書寫和列印時，每個程式段一般占一行，在螢幕顯示程式時也是如此。

程式格式

常規加工程式由開始符（單列一段）、程式名（單列一段）、程式主體和程式結束指令（一般單列一段）組成。程式的最後還有一個程式結束符。程式開始符與程式結束符是同一個字元：在ISO代碼中是%，在EIA代碼中是ER。程式結束指令可用M02（程式結來）或M30（紙帶結束）。數控工具機一般都使用存儲式的程式運行，此時M02與M30的共同點是：在完成了所在程式段其它所有指令之後，用以停止主軸、冷卻液和進給，並使控制系統復位。M02與M30在有些工具機（系統）上使用時是完全等效的，而在另一些工具機（系統）上使用有如下不同：用M02結束程式場合，自動運行結束後游標停在程式結束處；而用M3O結束程式運行場合，自動運行結束後游標和螢幕顯示能自動返回到程式開頭處，一按啟動鈕就可以再次運行程式。雖然M02與M30允許與其它程式字合用一個程式段，但最好還是將其單列一段，或者只與順序號共用一個程式段。

程式名位於程式主體之前、程式開始符之後，它一般獨占一行。程式名有兩種形式：一種是以規定的英文字（多用O）打頭、後面緊跟若干位數字組成。數字的最多允許位數由說明書規定，常見的是兩位和四位兩種。這種形式的程式名也可稱作程式號。另一種形式是，程式名由英文字、數字或英文、數字混合組成，中間還可以加入“—”號。這種形式使用戶命名程式比較靈活，例如在LC30型數控車床上加工零件圖號為215的法蘭第三道工序的程式，可命名為LC30-FIANGE-215-3，這就給使用、存儲和檢索等帶來很大方便。程式名用哪種形式是由數控系統決定的。

%

O1001

N0 G92 X0 Y0 Z0

N5 G91 G00 X50 Y35 S500 MO3

N10 G43 Z-25 T01.01

N15 G01 G007 Z-12

N20 G00 Z12

N25 X40

N30 G01 Z-17

N35 G00 G44 Z42 M05

N40 G90 X0 Y0

N45 M30

%

段格式

程式段中字、字元和數據的安排形式的規則稱為程式段格式(block format）。數控歷史上曾經用過固定順序格式和分隔設定(HT或TAB)程式段格式。這兩種程式段格式己經過時，國內外都廣泛採用字地址可變程式段格式，又稱為字地址格式。在這種格式中，程式字長是不固定的，程式字的個數也是可變的，絕大多數數控系統允許程式字的順序是任意排列的，故屬於可變程式段格式。但是，在大多數場合，為了書寫、輸入、檢查和校對的方便，程式字在程式段中習慣按一定的順序排列。

數控工具機的編程說明書中用詳細格式來分類規定程式編制的細節：程式編制所用字元、程式段中程式字的順序及字長等。例如：

/ NO3 G02 X+053 Y+053 I0 J+053 F031 S04 T04 M03 LF

上例詳細格式分類說明如下：N03為程式段序號；G02表示加工的軌跡為順時針圓弧；X+053、Y+053表示所加工圓弧的終點坐標；I0、J+053表示所加工圓弧的圓心坐標；F031為加工進給速度；S04為主軸轉速；T04為所使用刀具的刀號；M03為輔助功能指令；LF程式段結束指令；/為跳步選擇指令。跳步選擇指令的作用是：在程式不變的前提下，操作者可以對程式中的有跳步選擇指令的程式段作出執行或不執行的選擇。選擇的方法，通常是通過操作面板上的跳步選擇開關扳向ON或OFF，來實現不執行或執行有“/”的程式段。

執行程式

編制加工程式有時會遇到這種情況：一組程式段在一個程式中多次出現，或者在幾個程式要使用它。我們可以把這組程式段摘出來，命名後單獨儲存，這組程式段就是子程式。子程式是可由適當的工具機控制指令調用的一段加工程式，它在加工中一般具有獨立意義。調用第一層子程式的指令所在的加工程式叫做主程式。調子程式的指令也是一個程式段，它一般由子程式調用指令、子程式名稱和調用次數等組成，具體規則和格式隨系統而別，例如同樣是“調用55號子程式一次”，FANUC系統用“M98 P55。”，而美國A-B公司系統用“P55x”。

子程式可以嵌套，即一層套一層。上一層與下一層的關係，跟主程式與第一層子程式的關係相同。最多可以套多少層，由具體的數控系統決定。子程式的形式和組成與主程式大體相同：第一行是子程式號（名），最後一行則是“子程式結束”指令，它們之間是子程式主體。不過，主程式結束指令作用是結束主程式、讓數控系統復位，其指令已經標準化，各系統都用M02或M30；而子程式結束指令作用是結束子程式、返回主程式或上一層子程式，其指令各系統不統一，如FANUC系統用M99、西門子系統用M17，美國A—B公司的系統用M02等。

在數控加工程式中可以使用用戶宏（程式）。所謂宏程式就是含有變數的子程式，在程式中調用宏程式的指令稱為用戶宏指令，系統可以使用用戶宏程式的功能叫做用戶宏功能。執行時只需寫出用戶宏命令，就可以執行其用戶宏功能。

用戶宏的最大特徵是：

●可以在用戶宏中使用變數；

●可以使用演算式、轉向語句及多種函式

●可以用用戶宏命令對變數進行賦值。

數控工具機採用成組技術進行零件的加工，可擴大批量、減少編程量、提高經濟效益。在成組加工中，將零件進行分類，對這一類零件編制加工程式，而不需要對每一個零件都編一個程式。在加工同一類零件只是尺寸不同時，使用用戶宏的主要方便之處是可以用變數代替具體數值，到實際加工時，只需將此零件的實際尺寸數值用用戶宏命令賦與變數即可。

加工原則

⑴上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊。

⑵先內後外，即先進行內部型腔（內孔）的加工，後進行外形的加工。

⑶以相同的安裝或使用同一把刀具加工的工序，最好連續進行，以減少重新定位或換刀所引起的誤薺．

⑷在同一次安裝中，應先進行對工件剛性影響較小的工序。

加工路線

數控車床進給加工路線指車刀從對刀點（或工具機固定原點）開始運動起，直至返回該點並結束加工程式所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具切人、切出等非切削空行程路徑。

精加工的進給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進行的，因此，確定進給路線的工作重點是確定粗加工及空行程的進給路線。

在數控車床加工中，加工路線的確定一般要遵循以下幾方面原則。

①應能保證被加工工件的精度和表面粗糙度。

②使加工路線最短，減少空行程時間，提高加工效率。

③儘量簡化數值計算的工作量，簡化加工程式。

④對於某些重複使用的程式，應使用子程式。

使加工程式具有最短的進給路線，不僅可以節省整個加工過程的執行時間，還能減少一些不必要的刀具消耗及工具機進給機構滑動部件的磨損等。最短進給路線的類型及實現方法如下。

⑴最短的切削進給路線。切削進給路線最短，可有效提高生產效率，降低刀具損耗。安排最短切削進給路線時，還要保證工件的剛性和加工工藝性等要求。

⑵最短的空行程路線。

①巧用起刀點。採用矩形循環方式進行粗車的一般情況示例。其對刀點A的設定是考慮到精車等加工過程中需方便地換刀，故設定在離毛坯件較遠的位置處，同時，將起刀點與其對刀點重合在一起

②巧設換刀點。為了考慮換刀的方便和安全，有時將換刀點也設定在離毛坯件較遠的

位置處，那么，當換第二把刀後，進行精車時的空行程路線必然也較長；如果將第二把刀的換刀點也設定在中的毋點位置上，則可縮短空行程距離。

③合理安排“回零”路線。在手工編制複雜輪廓的加工程式時，為簡化計算過程，便於校核，程式編制者有時將每一刀加工完後的刀具終點，通過執行“回零”操作指令，使其全部返回到對刀點位置，然後再執行後續程式。這樣會增加進給路線的距離，降低生產效率。因此，在合理安排“回零”路線時，應使前一刀的終點與後一刀的起點間的距離儘量短．或者為零，以滿足進給路線最短的要求。另外，在選擇返回對刀點指令時，在不發生干涉的前提下，儘可能採用x、z軸雙向同時“回零”指令，該功能“回零”路線是最短的。

⑶大餘量毛坯的階梯切削進給路線。列出了兩種太餘量毛坯的切削進

給路線。是錯誤的階梯切削路線，按1斗5的順序切削，每次切削所留餘量相等，是正確的階梯切削進給路線。因為在同樣的背吃刀量下。

⑷零件輪廓精加工的連續切削進給路線。零件輪廓的精加工可以安排一刀或幾刀精加工工序．其完工輪廓應由最後一刀連續加工而成，此時，刀具的進、退位置要選擇適當，儘量不要在連續的輪廓中安排切人和切出或換刀及停頓，以免因切削力突然變化而破壞工藝系統的平衡狀態．致使零件輪廓上產生劃傷、形狀突變或滯留刀痕。

⑸特殊的進給路線。在數控車削加工中，一般情況下。刀具的縱向進給是沿著坐標的負方向進給的，但有時按其常規的負方向安排進給路線並不合理。甚至可能損壞工件。

優缺點

數控加工有下列優點：①大量減少工裝數量，加工形狀複雜的零件不需要複雜的工裝。如要改變零件的形狀和尺寸，只需要修改零件加工程式，適用於新產品研製和改型。②加工質量穩定，加工精度高，重複精度高，適應飛行器的加工要求。③多品種、小批量生產情況下生產效率較高，能減少生產準備、工具機調整和工序檢驗的時間，而且由於使用最佳切削量而減少了切削時間。④可加工常規方法難於加工的複雜型面，甚至能加工一些無法觀測的加工部位。數控加工的缺點是工具機設備費用昂貴，要求維修人員具有較高水平。

刀具選擇

選擇刀具

1、選擇數控刀具的原則

刀具壽命與切削用量有密切關係。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據最佳化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據單件工時最少的目標確定，後者根據工序成本最低的目標確定。

選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據刀具複雜程度、製造和磨刀成本來選擇。複雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。對於機夾可轉位刀具，由於換刀時間短，為了充分發揮其切削性能，提高生產效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對於裝刀、換刀和調刀比較複雜的多刀工具機、組合工具機與自動化加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。車間內某一工序的生產率限制了整個車間的生產率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些當某工序單位時間內所分擔到的全廠開支較大時，刀具壽命也應選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來確定。與普通工具機加工方法相比，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調整方便，這樣來滿足數控工具機高效率的要求。數控工具機上所選用的刀具常採用適應高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細粒度硬質合金）並使用可轉位刀片。

2、選擇數控車削用刀具

數控車削車刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀以及三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形伏和尺寸決定。數控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數控加工中，應儘量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特徵的車刀。這類車刀的刀尖由直線形的主副切削刃構成，如900內外圓車刀、左右端面車刀、切槽（切斷）車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。尖形車刀幾何參數（主要是幾何角度）的選擇方法與普通車削時基本相同，但應結合數控加工的特點（如加工路線、加工干涉等）進行全面的考慮，並應兼顧刀尖本身的強度。

二是圓弧形車刀。圓弧形車刀是以一圓度或線輪廓度誤差很小的圓弧形切削刃為特徵的車刀。該車刀圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，應此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上。圓弧形車刀可以用於車削內外表面，特別適合於車削各種光滑連線（凹形）的成型面。選擇車刀圓弧半徑時應考慮兩點車刀切削刃的圓弧半徑應小於或等於零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發生加工乾淺該半徑不宜選擇太小，否則不但製造困難，還會因刀尖強度太弱或刀體散熱能力差而導致車刀損壞。

3、選擇數控銑削用刀具

在數控加工中，銑削平面零件內外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關參數的經驗數據如下：一是銑刀半徑RD 應小於零件內輪廓面的最小曲率半徑Rmin，一般取RD=(0.8一 0.9）Rmin。二是零件的加工高度H< （1/4-1/6）RD，以保證刀具有足夠的剛度。三是用平底立銑刀銑削內槽底部時，由於槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑Re=R-r，即直徑為 d=2Re=2(R-r），編程時取刀具半徑為Re=0.95 (Rr）。對於一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。

數控工具機上大多使用系列化、標準化刀具，對可轉位機夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標準及系列化型號對於加工中心及有自動換刀裝置的工具機，刀具的刀柄都已有系列化和標準化的規定，如錐柄刀具系統的標準代號為TSG-JT，直柄刀具系統的標準代號為DSG-JZ，此外，對所選擇的刀具，在使用前都需對刀具尺寸進行嚴格的測量以獲得精確數據，並由操作者將這些數據輸入數據系統，經程式調用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。

刀點

刀具究竟從什麼位置開始移動到指定的位置呢?所以在程式執行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程式執行時刀具相對於工件運動的起點，所以稱程式起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程式時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設定原則是：便於數值處理和簡化程式編制。易於找正並在加工過程中便於檢查;引起的加工誤差小。對刀點可以設定在加工零件上，也可以設定在夾具上或工具機上，為了提高零件的加工精度，對刀點應儘量設定在零件的設計基準或工藝基誰上。實際操作工具機時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對刀點”的重合。所謂 “刀位點”是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點；球頭銑刀是球頭的球心，鑽頭是鑽尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠採用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中需要換刀時，應規定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。

切削用量

數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，並以指令的形式寫人程式中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對於不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，並充分發揮工具機的性能，最大限度提高生產率，降低成本。

1、確定主軸轉速

主軸轉速應根據允許的切削速度和工件（或刀具）直徑來選擇。其計算公式為：n=1000 v/7 1D式中： v?切削速度，單位為m/m動，由刀具的耐用度決定； n一一主軸轉速，單位為 r/min,D為工件直徑或刀具直徑，單位為mm。計算的主軸轉速n，最後要選取工具機有的或較接近的轉速。

2、確定進給速度

進給速度是數控工具機切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受工具機剛度和進給系統的性能限制。確定進給速度的原則：當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100一200mm/min範圍內選取；在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20一50mm/min範圍內選取；當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20--50mm/min 範圍內選取；刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設定該工具機數控系統設定的最高進給速度。

3、確定背吃刀量

背吃刀量根據工具機、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應儘可能使背吃刀量等於工件的加工餘量，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工餘量，一般0.2一0.5m m，總之，切削用量的具體數值應根據工具機性能、相關的手冊並結合實際經驗用類比方法確定。

同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互適應，以形成最佳切削用量。

切削用量不僅是在工具機調整前必須確定的重要參數，而且其數值合理與否對加工質量、加工效率、生產成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和工具機動力性能（功率、扭矩），在保證質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。

操作安全

文明生產

數控工具機是一種自動化程度較高，結構較複雜的先進加工設備，為了充分發揮工具機的優越性，提高生產效率，管好、用好、修好數控工具機，技術人員的素質及文明生產顯得尤為重要。操作人員除了要熟悉掌握數控工具機的性能，做到熟練操作以外，還必須養成文明生產的良好工作習慣和嚴謹工作作風，具有良好的的職業素質、責任心和合作精神。操作時應做到以下幾點：

⑴嚴格遵守數控工具機的安全操作規程。未經專業培訓不得擅自操作工具機。

⑵嚴格遵守上下班、交接班制度。

⑶做到用好、管好工具機，具有較強的工作責任心。

⑷保持數控工具機周圍的環境整潔。

⑸操作人員應穿戴好工作服、工作鞋，不得穿、戴有危險性的服飾品。

操作規程

為了正確合理地使用數控工具機，減少其故障的發生率，操作方法。經工具機管理人員同意方可操作工具機。

⑴開機前的注意事項

1）操作人員必須熟悉該數控工具機的性能，操作方法。經工具機管理人員同意方可操作工具機。

2）工具機通電前，先檢查電壓、氣壓、油壓是否符合工作要求。

3）檢查工具機可動部分是否處於可正常工作狀態。

4）檢查工作檯是否有越位，超極限狀態。

5）檢查電氣元件是否牢固，是否有接線脫落。

6）檢查工具機接地線是否和車間地線可靠連線（初次開機特別重要）。

7）已完成開機前的準備工作後方可合上電源總開關。

⑵開機過程注意事項

1）嚴格按工具機說明書中的開機順序進行操作。

2）一般情況下開機過程中必須先進行回工具機參考點操作，建立工具機做標系。

3）開機後讓工具機空運轉15min以上，使工具機達到平衡狀態。

4）關機以後必須等待5min以上才可以進行再次開機，沒有特殊情況不得隨意頻繁進行開機或關機操作。

⑶調試過程注意事項

1）編輯、修改、調試好程式。若是首件試切必須進行空運行，確保程式正確無誤。

2）按工藝要求安裝、調試好夾具，並清除各定位面的鐵屑和雜物。

3）按定位要求裝夾好工件，確保定位正確可靠。不得在加工過程中發生工件有鬆動現象。

4）安裝好所要用的刀具，若是加工中心，則必須使刀具在刀庫上的刀位號與程式中的刀號嚴格一致。

5）按工件上的編程原點進行對刀，建立工件坐標系。若用多把刀具，則其餘各把刀具分別進行長度補償或刀尖位置補償。

3D模擬數控加工

3D技術可以使數控加工的工具機操作更加準確，避免了儀器的損壞，保證了產品加工的準確性和高效性。通過一系列複雜的算法，計算出模型的工作軌跡，實現金屬加工、金屬切割等模擬數控加工。

機工版高職教材

基本信息

書 名:組合件數控加工綜合實訓

層 次：高職高專

配 套：電子課件

作　者：曹著明

出版社： 機械工業出版社

出版時間：2013-08

ISBN：978-7-111-42694-3

開本： 16開

定價:￥32.0

內容簡介

本書以環保機構——“風力驅動器”為主要教學項目，教材中的每個項目中都有若干個具體的任務，要求學員完成機構的建模、動畫設計、數控加工工藝分析、刀路設定、數控加工等，教材的使用過程就是完成任務的過程。通過這種模式來實現項目引領、任務驅動、實訓保證技能的教學效果。全書共六個項目，分別是“風力驅動器”從動機構設計、底座零件數控加工、凸輪軸零件數控加工、軸套零件數控加工、葉輪軸零件數控加工、“大力神杯”多軸數控加工，共分成26個工作任務，其中項目一至項目五是圍繞“風力驅動器”而設定的，要求分別用ug、用CAXA製造工程師、VERICUT分別完成零件的建模、刀路設定、數控加工等。項目六是拓展項目，要求完成“大力神杯”零件的刀路設定及數控加工，該項目涉及多軸加工技術，包括採用POWERMILL完成零件的多軸加工刀路設定及DMG多軸數控工具機的操作等，具備一定的先進性。
本書是一本實用性很強的數控技術用書，不僅適用於高職高專學校數控、機電專業的教學用書，也可供機械加工企業、工科科研院所從事數控加工的工程技術人員參考。

目錄

前言

項目一 風力驅動器的從動機構設計

任務一 認識風力驅動器

任務二 風力驅動器從動部件設計

任務三 風力驅動器的裝配及裝配動畫設計

任務四 風力驅動器工作動畫的設計

項目二 底座的數控加工

任務一 底座的建模

任務二 底座工藝工裝分析

任務三 底座刀具路徑設定

任務四 底座的加工

項目三 凸輪軸的數控加工

任務一 凸輪軸的建模

任務二 凸輪軸工藝工裝分析

任務三 凸輪軸車削程式編制

任務四 凸輪輪廓刀具路徑設定

任務五 凸輪軸的加工

項目四 軸套的數控加工

任務一 軸套的建模

任務二 軸套工藝工裝分析

任務三 軸套數控車削程式編制

任務四 軸套銑削刀具路徑設定

任務五 軸套的加工

項目五 葉輪軸的數控加工

任務一 葉輪軸的建模

任務二 葉輪軸工藝工裝分析

任務三 葉輪軸數控車削程式編制

任務四 葉片及定位槽刀具路徑設定

任務五 葉輪軸的加工

項目六 拓展訓練——“大力神杯”多軸數控加工

任務一 “大力神杯”零件工藝工裝分析

任務二 “大力神杯”加工策略設計

任務三 “大力神杯”的數控加工

附錄：教學實施相關表格

參考文獻