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第1章数控加工基础教案

第1章数控加工基础

本章提要

本章要紧介绍数控加工的基础知识，内容包含数控编程简述、数控机床、

数控加工工艺概述、高度与安全高度与走刀路线的选择等。

1.1数控加工概论

数控技术即数字操纵技术（numericalcontroltechnology），指用计算机以数字指令方式

操纵机床动作的技术。

数控加工具有产品精度高、自动化程度高、生产效率高与生产成本低等特点，在制造

业及航天加工业，数控加工是所有生产技术中相当重要的一环。特别是汽车与航天产业的

零部件，其几何外形复杂且精度要求较高，更突出了数控加工制造技术的优点。

数控加工技术集传统的机械制造、计算机、信息处理、现代操纵、传感检测等光机电

技术于一体，是现代机械制造技术的基础。它的广泛应用给机械制造业的生产方式及产品

结构带来了深刻的变化。

近年来，由于计算机技术的迅速进展，数控技术的进展相当迅速。数控技术的水平与

普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力与工业现代化水平的重要标志。

1.2数控编程简述

数控编程通常能够分为手工编程与自动编程。手工编程是指从零件图样分析、工艺处

理、数值计算、编写程序到程序校核等各步骤的数控编程工作，均由人工完成的全过程。

该方法适用于零件形状不太复杂、加工程序较短的情况，而关于复杂形状的零件，如具有

非圆曲线、列表曲面或者组合曲面的零件，或者者零件形状虽不复杂，但是程序很长，则

比较适合于自动编程。

自动数控编程是从零件的设计模型（即参考模型）获得数控加工程序的全部过程。其

要紧任务是计算加工走刀过程中的刀位点（CutterLocationPoint，简称CL点），从而生成

刀位数据文件。使用自动编程技术能够帮助人们解决复杂零件的数控加工编程问题，其大

部分工作由计算机来完成，编程效率大大提高，还能解决手工编程无法解决的许多复杂形

状零件的加工编程问题。

CATIAV5数控模块提供了多种加工类型用于各类复杂零件的粗精加工，用户能够根据

零件结构、加工表面形状与加工精度要求选择合适的加工类型。

数控编程的要紧内容有分析零件图样、工艺处理、数值处理、编写加工程序、输入数

控系统、程序检验及试切。

（1）分析零件图样及工艺处理。在确定加工工艺过程时，编程人员首先应根据零件图

样对工件的形状、尺寸与技术要求等进行分析，然后选择合适的加工方案，确定加工顺序

与路线、装夹方式、刀具与切削参数，为了充分发挥机床的功用，还应该考虑所用机床的

指令功能，选择最短的加工路线，选择合适的对刀点与换刀点，以减少换刀次数。

（2）数值处理。根据图样的几何尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算工件粗、

精加工的运动轨迹，得到刀位数据。零件图样坐标系与编程坐标系不一致时，需要对坐标

进行换算。形状比较简单的零件的轮廓加工，需要计算出几何元素的起点、终点及圆弧的

圆心，两几何元素的交点或者切点的坐标值，有的还需要计算刀具中心运动轨迹的坐标值。

关于形状比较复杂的零件，需要用直线段或者圆弧段逼近，根据要求的精度计算出各个节

点的坐标值。

（3）编写加工程序。确定加工路线、工艺参数及刀位数据后，编程人员能够根据数控

系统规定的指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序。此外，还应填写有关的工艺文件，

如数控刀具卡片、数控刀具明细表与数控加工工序卡片等，随着数控编程技术的进展，现

在大部分的机床已经直接使用自动编程。

（4）输入数控系统。即把编制好的加工程序，通过某种介质传输到数控系统。过去我

国数控机床的程序输入通常使用穿孔纸带，穿孔纸带的程序代码通过纸带阅读器输入到数

控系统。随着计算机技术的进展，现代数控机床要紧利用键盘将程序输入到计算机中。随

着网络技术进入工业领域，通过CAM生成的数控加工程序能够直接通过数据接口传输到数

控系统中。

（5）程序检验及试切。程序务必通过检验与试切才能正式使用。检验的方法是直接将

加工程序输入到数控系统中，让机床空运转，即以笔代刀，以坐标纸代替工件，画出加工

路线，以检查机床的运动轨迹是否正确。若数控机床有图形显示功能，能够使用模拟刀具

切削过程的方法进行检验。但这些过程只能检验出运动是否正确，不能检查被加工零件的

精度，因此务必进行零