２１世纪高职高专规划教材·机电系列

数控加工技术与编程

范进桢 主 编

陈宇晓 秦贵林 魏效玲 副主编

清 华 大 学 出 版 社

北京交通大学出版社

·北京·

内 容 简 介

本书是为高等职业技术院校机电类专业编写的教材。全书分为６章，第１章介绍了数控加工的工艺基

础；第２章介绍了数控机床的基本知识；第３章介绍了数控编程基础；第４章重点介绍了数控车床的编程方法

及其实例；第５章重点介绍了数控铣床的编程方法及其实例；第６章针对目前ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件的粗、精加工

操作方法，用实例加以说明。

本书取材新颖，具有系统性、新颖性、实用性及可读性等特点，便于教学和自学。本书具有很强的实践性，

可以采用实训、讲课相结合的教学方法，以达到更好的教学效果。本书除了用做高职院校教材外，还可供从事

ＣＡＤ／ＣＡＭ技术应用和模具设计与制造的工程技术人员参考。

版权所有，翻印必究。举报电话：０１０６２７８２９８９ １３５０１２５６６７８ １３８０１３１０９３３本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

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图书在版编目（ＣＩＰ）数据

数控加工技术与编程／范进桢主编．—北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，

２００５９（２１世纪高职高专规划教材·机电系列）

ＩＳＢＮ７－８１０８２－５６４－Ｘ

Ⅰ数⋯ Ⅱ范⋯ Ⅲ数控机床－程序设计－高等学校：技术学校－教材 ⅣＴＧ６５９

中国版本图书馆ＣＩＰ数据核字（２００５）第０７０１４６号

责任编辑：韩 乐 特邀编辑：朱 宇

出 版 者：清 华 大 学 出 版 社 邮编：１０００８４ 电话：０１０－６２７７６９６９北京交通大学出版社 邮编：１０００４４ 电话：０１０－５１６８６４１４

印 刷 者：北京东光印刷厂

发 行 者：新华书店总店北京发行所

开 本：１８５×２６０ 印张：１２ 字数：３００千字

版 次：２００５年９月第１版 ２００５年９月第１次印刷

书 号：ＩＳＢＮ７－８１０８２－５６４－Ｘ／ＴＧ·１印 数：１～５０００册 定价：１８００元

本书如有质量问题，请向北京交通大学出版社质监组反映。对您的意见和批评，我们表示欢迎和感谢。

投诉电话：０１０－５１６８６０４３，５１６８６００８；传真：０１０－６２２２５４０６；Ｅｍａｉｌ：ｐｒｅｓｓ＠ｃｅｎｔｅｒ．ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

前 言

制造自动化是先进制造技术的重要组成部分，其核心技术是数控技术。随着数控技术的

发展，我国的机械制造行业发生了日新月异的变化，国内数控机床的用量迅速增加。因此，亟

需培养一大批熟悉并掌握数控加工工艺、数控机床编程、操作和维护的应用型高级技术人才。

为深化高等职业教育改革，推动高职、高专的发展，培养与我国现代化建设相适应的、在制造领

域中从事技术应用的应用型人才，我们在总结高职、高专机械类专业人才培养模式的基础上编

写了本教材。

本书的特点是，以培养生产第一线的高等技术应用型人才为目标，注重实际应用；合理安

排工艺制定和编程，针对性较强；通俗易懂，易于自学；针对常用的数控系统和机床进行了实例

讲解。

本书具有很强的实践性，可以采用实训、讲课相结合的教学方法，以达到更好的教学效果。

本书的读者对象为高等职业教育机电类专业中从事数控技术应用、ＣＡＤ／ＣＡＭ技术应用

和模具设计与制造专业的学生，也可供数控加工技术人员参考。

本书由范进桢主编且编写前言、第１章第１节，陈宇晓编写第４章第３～５节、第５章，秦

贵林编写第３章第２节，娄用够编写第６章，冯桂香编写第１章、第２章、第３章。河北工程学

院魏效玲编写第４章第１、２节，邵龙斌进行了绘图和录入工作。本书由范进桢负责统稿和定

稿，由浙江科技学院宋德玉教授主审。

本教材在编写过程中得到了有关专家和兄弟院校的大力支持和指导，在此一并表示感谢。

在编写的过程中参考并引用了有关文献资料和插图等，对上述作者也表示由衷的感谢。

由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者和各位同仁提出宝贵意见并批评指

正。

编 者

２００５年８月

目 录

第１章 数控加工基础 １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１１ 机械加工工艺规程设计 １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１１１ 基本概念 １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１１２ 工艺规程的制定 ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１１３ 零件工艺性分析和毛坯确定 ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１１４ 定位基准的选择 ７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１１５ 工艺路线的拟定 １３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１２ 确定加工余量、工序尺寸和公差 １７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１２１ 确定加工余量 １７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１２２ 加工余量的影响因素 １９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１２３ 确定加工余量的方法 ２０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１２４ 确定工序尺寸及其公差 ２０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１２５ 工艺尺寸链 ２１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１２６ 尺寸链的基本计算公式 ２２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１２７ 工艺尺寸链的应用和计算方法 ２３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１３ 数控加工工艺设计 ２８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１３１ 数控加工工艺分析 ２８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１３２ 数控加工工艺路线设计 ３１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１３３ 数控加工工序设计 ３３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１４ 成组工艺和ＣＡＰＰ简介 ３５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１４１ 成组技术 ３５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１４２ 成组生产的组织形式 ３７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１４３ ＣＡＰＰ概述 ３８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

１５ 习题 ４０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第２章 数控机床基本知识 ４１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２１ 数控机床的发展 ４１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２２ 数控机床的组成和工作原理 ４３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２２１ 组成 ４３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２２２ 工作原理 ４４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２２３ 加工特点 ４５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２２４ 数控机床与普通机床的区别 ４６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２３ 数控加工过程控制 ４６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２３１ 加工零件的控制原理 ４６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２３２ 数控加工过程中的控制信息流程 ４７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

Ⅰ

２４ 数控机床分类 ４７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２４１ 按控制运动方式分类 ４７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２４２ 按伺服系统分类 ４９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２４３ 按工艺用途分类 ５０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２４４ 按数控装置的功能水平分类 ５１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２４５ 数控机床型号编制 ５２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２４６ 常用数控系统简介 ５２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

２５ 习题 ５３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第３章 数控机床的编程基础 ５４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

３１ 数控机床的坐标系 ５４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

３２ 数控编程的方法和内容 ５５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

３２１ 数控编程方法 ５５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

３２２ 程序代码 ５６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

３２３ 程序结构 ６０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

３２４ 常用指令含义 ６２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

３２５ 数控机床编程步骤 ７３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

３３ 数控车床的操作 ７４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

３４ 习题 ９１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第４章 数控车床编程 ９２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４１ 数控车床概述 ９２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４１１ 组成 ９２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４１２ 特点 ９４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４１３ 分类 ９５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４１４ ＣＪＫ６１５３的主要技术规格 ９５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４１５ ＣＪＫ６１５３的润滑和冷却 ９５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４２ 数控车床的编程方法 ９６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４２１ 坐标系和运动方向 ９６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４２２ 设定机床坐标系 ９８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４２３ 设定工件坐标系 ９８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４２４ 确定基准刀在工件坐标系中的位置 ９９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４２５ 确定其他刀在工件坐标系中的位置 ９９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４２６ 直径或半径尺寸编程 １００⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４２７ 编程基本知识 １００⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４２８ 一般编程方法 １０２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４３ 典型零件的数控车床编程实例 １１６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４３１ 实例１ １１６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４３２ 实例２ １１７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４３３ 实例３ １１９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４３４ 实例４ １２０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

Ⅱ

４３５ 实例５ １２１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４３６ 实例６ １２４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４３７ 实例７ １２６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

４４ 习题 １２８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第５章 数控铣床编程 １３０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５１ 数控铣床概述 １３０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５１１ 组成 １３０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５１２ 主要技术规格 １３１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２ 编程方法 １３１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２１ 设定机床坐标系 １３１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２２ 设定工件坐标系 １３２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２３ 坐标轴方向 １３２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２４ 绝对坐标和增量坐标 １３２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２５ 一般编程方法 １３２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２６ 循环 １３３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２７ 刀具补偿 １３３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２８ 子程序 １３３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５２９ 与编程有关的操作方法 １３４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５３ 典型零件的数控铣床编程实例 １３５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５３１ 实例１ １３５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５３２ 实例２ １３６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５３３ 实例３ １３７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５３４ 实例４ １３８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５３５ 实例５ １３９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

５４ 习题 １４１⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用 １４３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

６１ 软件概述 １４３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

６２ 工作环境 １４３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

６３ 基本设定 １４９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

６４ 量测 １５５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

６５ 作平面与模型介绍 １６０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

６６ 粗加工 １６６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

６７ ２Ｄ特征加工 １７０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

６８ 精加工 １７７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

参考文献 １８２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

Ⅲ

第１章 数控加工基础

１１ 机械加工工艺规程设计

１１１ 基本概念

１生产过程和工艺过程

（１）生产过程

机械的生产过程是指从原材料（或半成品）开始到制成机械成品的各个相互关联的劳动过

程的总和。如图１１所示。

图１１ 机械产品的生产过程

由图１１可知，机械的生产过程包括：原材料的运输和保管，生产准备工作，毛坯制造，工

件的机械加工与热处理，产品的装配、检验、油漆和包装等。这些加工过程都将使加工对象的

尺寸、形状、性能等产生一定的变化，一般称为直接生产过程。机械的生产过程还包括：工具、

量具、夹具的制造过程，工件的输送存储过程，设备的维修过程，以及动力供应过程等。这些不

使加工对象生产直接变化的过程称为辅助生产过程。因此，机械的生产过程是由直接生产过

程和辅助生产过程等组成。

一个工厂的生产过程可细分为各个车间的生产过程。一个车间生产的成品，常常又是其

他车间的原材料。例如，铸造和锻造车间的成品（铸件或锻件）就是机械加工车间的“毛坯”，机

械加工车间的成品又是装配车间的“原材料”。

为了便于组织生产，降低成本，提高劳动生产率和有利于生产技术的发展，现代机械工业

往往将一种机械产品的生产由许多工厂联合完成。这样做有利于零部件的标准化和组织专业

化生产。

（２）工艺过程

在机器整个生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、性能及位置的过程称为工艺过

程。它包括：铸、锻、焊、冲压、电镀、热处理、机械加工、装配等。其中，采用机械加工的方法，按

一定的顺序，逐步改变毛坯形状、尺寸和表面质量的过程称为机械加工工艺过程。

（３）机械加工工艺过程的组成

零件的机械加工工艺过程往往是比较复杂的。其中，零件的结构和技术是影响工艺过程

的决定要素，在不同的生产批量和生产条件下，有不同的工艺过程。

机械加工工艺过程是由一个或若干个按一定顺序的工序组成的，而工序又包括安装、工

位、工步和走刀。毛坯依次通过这些工序成为成品。为了细致地分析工艺过程，必须研究机械

加工工艺过程的组成。

图１２ 阶梯轴

① 工序

由一个或一组工人，在一个工作地点对一个或几个工

件同时进行加工并连续完成的那一部分工艺过程，称为工

序。划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否

连续。例如图１２所示的阶梯轴，当加工数量少时，其工序

划分如表１１所示；当加工数量大时，其工序划分如表１２所示。其中，连续工作是指在该工序内的全部工作不间断

地连续完成。例如，表１１中外圆表面的粗车与精车连续完成则为一道工序；而表１２中外圆

表面的粗车与精车分开，即先完成这批零件的粗车，然后再对这批零件进行精车，虽然其他条

件不变，但已变为两道工序。

工序是工艺过程的基本单元，也是制定工时定额、配备工人和机床设备、安排作业计划和

进行质量检验的基本单元。

② 安装

工件在加工时，放在机床或夹具中占据一个正确的位置，并且采用一定的措施将工件夹紧

的过程称为安装。在一道工序中，工件可能被安装一次或多次才能完成该工序的全部加工。

例如，表１１中的工序１要安装两次；表１２中的工序１只需安装一次。

表１１ 阶梯轴小批量生产工艺过程

工序号 工 序 名 称 设 备

１ 车端面、钻中心孔 车床

２ 车外圆、切槽、倒角 车床

３ 铣键槽、去毛刺 铣床

４ 磨外圆 磨床

表１２ 阶梯轴大批量生产工艺过程

工序号 工 序 名 称 设 备

１两边同时铣端面、钻

中心孔钻中心孔机床

２ 粗车外圆 车床

３精车外圆、倒角、切

退刀槽车床

４ 铣键槽 铣床

５ 去毛刺 钳工台

６ 磨外圆 磨床

③ 工位

在某些工序中，为了减少工件的安装次数，常采用回转工作台、回转夹具或移动夹具，或在

多轴机床上加工。工件在机床或夹具中一次安装后，依次经过各个位置进行加工，这样工件在

机床所占据的每一个位置上完成的那一部分工艺过程称为一个工位。图１３表示在多工位机

床上加工Ｈ７级精度的孔。在该工序中，工件在工位１安装，利用工作台的回转依次经过各个

位置完成钻、扩、铰的加工。

④ 工步

在一次安装或工位中，加工表面、切削工具、切削用量（仅指转速和进给量）都不变的条件

２ 数控加工技术与编程

下，所连续完成的那一部分工艺过程称为一个工步。

划分工步的要点是三不变，只要变化其中一项就是另一个工步。例如表１２中，在工序３中包括３个工步，分为３个工步的原因是加工表面和切削工具发生了变化。

为了提高生产率，用数把刀具或复合刀具同时加工若干个不同的表面，也可看做一个工

步，称为复合工步。如图１４所示，在六角车床上用前刀架进行横向走刀切端面２和４，用六角

刀架车外圆１、３和镗孔５，各工步同时进行，即为复合工步。

图１３ 多工位加工

１—装卸工件 ２—装钻头 ３—钻孔

４—扩孔 ５—粗铰 ６—精铰

图１４ 复合工步

１—外圆 ２—端面 ３—外圆

４—端面 ５—孔

⑤ 走刀

在工步中，刀具相对被加工表面移动一次，切去一层金属的过程称为一次走刀。由于被切

削掉的金属厚度不同，一次工步中可以包括一次或数次走刀。

２生产纲领、生产类型及其工艺特征

（１）生产纲领

产品的生产纲领就是产品的年生产量。某零件的生产纲领是包括备品率、废品率在内的

该零件的年产量。根据产品的生产纲领可以确定零件的生产纲领。计算公式为

Ｎ＝Ｑｎ（１＋α）（１＋β）

式中，Ｎ为零件的年产量（件／年），Ｑ为产品的年产量（台／年），ｎ为每台产品中该零件的数量

（件／台），α为备品的百分率，β为废品的百分率。

（２）生产类型

根据产品的生产纲领、产品的尺寸，以及结构的复杂程度，机械产品的生产可划分为以下

３种不同的生产类型。

① 单件生产。指单个制造不同结构和尺寸的产品，很少重复。例如重型机器、专用设备

的制造，新产品的试制等。

② 成批生产。指一年中分批制造相同的产品，生产过程周期性地重复。每批制造相同产

品的数量称为批量。批量是根据产品的生产纲领及一年中所分成的批数而计算出来的。批数

是根据生产纲领及生产车间的具体情况而确定的。按照产品的批量及特征，成批生产又可以

３第１章 数控加工基础

分为小批生产、中批生产和大批生产。

③ 大量生产。产品的生产纲领很大，大多数工作地点只进行某一零件或某一工序的加

工。例如汽车、轴承、自行车等的生产通常都属于大量生产。

产品的生产类型与生产纲领的关系参见表１３。

表１３ 生产类型与生产纲领的关系

生 产 类 型生产纲领（台／年或件／年）

小型机械或轻型零件 中型机械或中型零件 重型机械或重型零件

工作地每月担负的工

序数（工序数／月）

单件生产 ≤１００ ≤１０ ≤５ 不作规定

小批生产 ＞１００～５００ ＞１０～１５０ ＞５～１００ ＞２０～４０

中批生产 ＞５００～５０００ ＞１５０～５００ ＞１００～３００ ＞１０～２０

大批生产 ＞５０００～５００００ ＞５００～５０００ ＞３００～１０００ ＞１～１０

大量生产 ＞５００００ ＞５０００ ＞１０００ １

因此，在编制零件机械加工工艺过程时，必须明确零件的生产类型，再根据生产类型及本

厂具体情况进行工艺规程的制定。例如图１２所示的阶梯轴零件，其单件小批量生产的工艺

过程如表１１所示；大批大量生产的工艺过程如表１２所示。比较两表可以看出，对于同一零

件，由于生产类型不同，其工艺过程差别很大。

１１２ 工艺规程的制定

１工艺规程的概念、作用、类型及格式

（１）工艺规程的概念

零件的机械加工工艺过程就是根据零件的结构特点和技术要求，以及所用的毛坯、生产批

量、现有生产条件、技术进步等原始数据和资料加以综合分析研究，采用相应的加工方法和设

备，并按照规定的加工步骤，直接改变毛坯形状、尺寸、表面质量和材质，使毛坯逐步成为符合

图纸要求的合格零件的过程。把工艺过程和操作方法等按一定的格式，用一定的文件形式规

定下来，经审批后用于指导和组织生产的工作规范称为工艺规程。

（２）工艺规程的作用

工艺规程是指在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和计算，以及必要的工艺试验而

制定的工艺文件。它反映了加工中的客观规律，合理的工艺规程具有如下作用。

① 工艺规程是指导生产的主要技术文件。生产过程中有了工艺规程，便于计划、组织和

指导车间的生产工作，从而保证良好的生产秩序和产品质量，较高的生产率和经济效益。

但是，工艺规程不是一成不变的，工艺人员应总结工人的革新创造，及时吸收国内外的先

进工艺技术，对现场工艺不断地改进和完善，以便更好地指导生产。

② 工艺规程是新产品投产前进行技术准备和生产准备的主要依据。在新产品投产前，例

如刀具、夹具、量具的设计、制造和采购，原材料、半成品、外购件的供应，机床负荷的调整，作业

计划的编排，人员的配备，生产成本的核算等，都是以工艺规程为基本依据的。

③ 工艺规程是新建、扩建工厂（或车间）的原始资料。在新建、扩建工厂（或车间）时，只有

４ 数控加工技术与编程

根据工艺规程和生产纲领才能正确地确定生产所需要的机床和其他设备的种类、规格及数量，

车间的面积、机床的布置，生产人员的工种等级、数量及投资额等。

此外，工艺规程便于积累、交流和推广先进的生产经验。在以后制定相似零件的工艺规程

时，也可得以参考。

（３）工艺规程的类型和格式

为了适应工业发展的需要，加强科学管理且便于交流，机械工业部制定了指导性技术文件

ＪＢ／Ｚ３３８５—８８《工艺管理导则 工艺规程设计》和ＪＢ／Ｚ１８７３—８８《工艺规程格式》，要求各

机械制造企业按照统一规定的格式填写。

其中，属于机械加工工艺规程的有：机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片、标准零件

或典型零件工艺过程卡片、单轴自动车床调整卡片、多轴自动车床调整卡片、机械加工工序指

导卡片和检验卡片。

属于装配工艺规程的有工艺过程卡片和工序卡片。

２制定工艺规程的原则和原始资料

（１）制定工艺规程的原则

制定工艺规程的原则是：在一定的生产条件下，以最少的劳动消耗和最低的费用，按计划

规定的速度，可靠地加工出符合图样及技术要求的产品（或零件）。工艺规程要求保证产品的

质量和最好的经济效益。在制定工艺规程时，应该注意以下几个方面。

① 技术上的先进性。在制定工艺规程时，应先了解国内外本行业工艺技术的发展，通过

必要的试验，积极采取适用的先进工艺和工艺装备。

② 经济上的合理性。在一定的生产条件下，可能会有若干个满足工件技术要求的工艺方

案，通过对不同工艺方案的经济比较，确定使产品的能源、物资消耗和成本最低的工艺方案。

③ 有良好的劳动条件。工艺规程制定时，应注意保障工人具有良好而安全的劳动条件。

此外，由于工艺规程是直接指导生产和操作的主要技术文件，所以工艺规程还应做到正

确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、计量单位、编号都应符合相应的标准。

（２）制定工艺规程的原始资料

在编制零件工艺规程之前先进行调查研究，了解国内外同类产品的有关工艺情况，收集必

要的资料，作为编制时的主要依据和条件。包括的主要内容如下。

① 产品的整套装配图和零件的工作图。

② 产品的验收质量标准。

③ 产品的生产纲领和生产类型。

④ 了解车间或工厂生产能力与技术水平，各种钢材、型材的规格；仔细研究毛坯图，并从

机械加工工艺角度对毛坯生产提出要求。

⑤ 本厂的生产条件，主要包括现有设备的规格、性能及所能达到的加工精度，现有刀具、

夹具及辅具的规格及其使用情况，操作工人的技术水平及辅助车间制造专用设备、工艺装备及

改良设备的能力。

⑥有关手册、标准和指导性文件。

（３）制定工艺规程的步骤

在获得上述原始资料的基础上，可按下述程序进行工艺规程的编制。

５第１章 数控加工基础

① 熟悉和分析制定工艺规程的主要依据，确定零件的生产纲领和生产类型，对零件进行

结构工艺分析。

② 确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法。

③ 拟定工艺路线。

④ 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差。

⑤ 确定各工序所采用的工艺设备和工艺装备。

⑥ 确定各主要工序的切削用量和工时定额。

⑦ 确定各主要工序的技术要求和检验方法。

⑧ 工艺方案的技术经济分析。

⑨ 填写工艺文件。

拟定零件的机械加工工艺路线主要包括：选择定位基准，确定各表面加工方法、安排各表

面加工顺序等。这是制定工艺规程的关键步骤，应该提出多个方案，择优选取。

１１３ 零件工艺性分析和毛坯确定

制定工艺规程时，在不影响零件原设计性能和作用的前提下，可以对零件的结构、形状、尺

寸、技术条件进行部分修改，以改善其工艺性。但必须征得设计人员的同意，并经过一定的实

验和批准手续。零件的工艺分析主要包括如下内容。

１零件技术要求审核

零件的技术要求一般包括：被加工表面的尺寸精度、形状精度、各表面间的相互位置精度、

机械加工表面质量、热处理及其他要求（例如动平衡等）。必须在充分了解机器工作性能基础

上，审查所规定的技术要求是否合理。过高的技术要求会使工艺过程复杂且加工困难，影响加

工的生产率和经济性。此外，应该通过零件技术要求分析找出主要技术要求和关键技术问题，

以便在制定工艺规程时抓住主要问题并加以解决。

２零件结构工艺性审查

零件结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。

它包括零件的各个制造过程中的工艺性，例如零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理和切

削加工工艺性等。

由此可见，零件结构工艺性的涉及面很广，具有综合性，必须全面综合地分析。在制定机

械加工工艺时，主要进行切削加工工艺分析。

在审查零件结构工艺性时的注意事项如下。

（１）根据具体的生产类型和生产条件分析。在不同的生产类型和生产条件下，同样结构

制造的可行性和经济性可能不同。

（２）必须从毛坯制造、机械加工、热处理和装配等方面全面地综合评价零件的结构工艺

性。所以，只有熟悉制造工艺，有一定的实践知识，而且掌握工艺理论才能分析零件结构工艺

性。

零件结构工艺性既要满足设计要求，又要便于加工。

６ 数控加工技术与编程

３零件结构要素的工艺性

零件结构要素是指组成零件的各个表面。显然，结构要素的工艺性会直接影响零件的工

艺性。零件的各切削加工表面工艺性的主要要求如下。

（１）结构要素的形状应尽量简单，面积应尽量小，规格应尽量标准和统一。

（２）能采用普通和标准刀具进行加工，且刀具易进入、退出和顺利加工表面。

（３）加工面与非加工面应明显分开，加工面之间也应明显分开。

４零件整体结构的工艺性

零件是各要素、各尺寸组成的一个整体，所以更应考虑零件整体结构的工艺性，具体要求

如下。

（１）尽量采用标准件、通用件、借用件和相似件。

（２）有便于装夹的基准。

（３）有位置要求或同方向的表面能在一次装夹中加工出来。

（４）零件要有足够的刚性，便于采用高速和多刀切削。

（５）省材料，减轻质量。

５确定毛坯

在制定零件机械加工工艺规程前，还要确定毛坯，包括选择毛坯的类型和制造方法，确定

毛坯的精度。零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量，在很大程度上与毛坯有关。例

如，毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，即毛坯精度越高，则零件的机械加工劳动量越少，材料

消耗也越少，机械加工的生产率提高且成本降低，但毛坯的制造费用提高了。因此，确定毛坯

要从机械加工和毛坯制造两个方面综合考虑，以求得最佳效果。

毛坯类型可分为铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。各类毛坯的特点和制造方法可

以参阅《机械制造基础》、《金属工艺学》或各种工艺手册。确定毛坯时需要考虑的因素如下。

（１）零件的材料及其力学性能。当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定了。

（２）零件的形状和尺寸。形状复杂的毛坯，常采用铸造的方法；薄壁零件不可用砂型铸

造，尺寸大的铸件宜用铸造，中、小型零件可采用较先进的铸造方法。

（３）生产类型。大量生产应采选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于毛坯制造

的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。

（４）具体生产条件。确定毛坯必须结合具体生产条件，例如现场毛坯制造的实际水平和

能力、外协的可能性等。有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。

（５）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。为节约材料和能源，随着毛坯制造

向专业化生产发展，目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料也得到迅速发展。

１１４ 定位基准的选择

制定机械加工工艺规程时，正确选择定位基准对保证零件表面间的位置要求（位置尺寸和

位置精度）和安排加工顺序都有很大的影响。用夹具装夹时，定位基准的选择还会影响到夹具

７第１章 数控加工基础

的结构。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。

１基准的概念和分类

（１）基准的概念

基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线或面。

（２）基准的分类

依据基准作用的不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。

① 设计基准

设计基准是设计图样上所采用的基准（国内仅指零件图样上所采用的基准，不包括装配图

样上所采用的基准）。例如图１５所示的３个零件图样，图（ａ）中对尺寸２０ｍｍ而言，Ｂ面是Ａ面的设计基准，或者说Ａ 面是Ｂ面的设计基准，它们互为基准。一般来说，设计基准是可逆

的。图（ｂ）中对同轴度而言，５０ｍｍ的轴线是 ３０ｍｍ轴线的设计基准；而 ５０ｍｍ圆柱面的

设计基准是 ５０ｍｍ的轴线，３０ｍｍ圆柱面的设计基准是 ３０ｍｍ的轴线。注意，不能笼统地

说轴的中心线是它们的设计基准。图（ｃ）中对尺寸４５ｍｍ而言，圆柱面的下素线Ｄ是槽底面

Ｃ的设计基准。

图１５ 设计基准实例

② 工艺基准

工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。它包括工序基准、定位基准、测量基准和装配基

准。

（ａ）工序基准。在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基

准。它是工序图上的基准。

（ｂ）定位基准。在加工中用做定位的基准。使用夹具装夹时，定位基准就是工件上直接

与夹具的定位元件相接触的点、线或面。

（ｃ）测量基准。测量时采用的基准。

（ｄ）装配基准。装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。图１６中主轴箱箱体的Ｄ面和Ｅ面是确定箱体在机床床身上的相对位置的平面，它们就是装配基

准。

８ 数控加工技术与编程

图１６ 主轴箱箱体的设计基准

２定位基准的选择

用未加工的毛坯表面作为定位基准，称为粗基准；用加工过的表面作为定位基准，则称为

精基准。

在选择定位基准时，是从保证工件精度要求出发的，因而分析定位基准选择的顺序就应该

从精基准到粗基准。

（１）精基准的选择

选择精基准时，应能保证加工精度和装夹可靠方便，选取原则如下。

① 基准重合原则

采用设计基准作为定位基准，称为基准重合。为了避免基准不重合而产生的基准不重合

误差，保证加工精度，应遵循基准重合原则。

例如，图１６所示主轴箱箱体，孔Ⅳ轴线在垂直方向的设计基准是底面Ｄ。加工孔Ⅳ时，

采用设计基准作为定位基准，能直接保证尺寸ｙⅣ的精度，即遵循基准重合原则。若如图１７所示用夹具装夹、调整法加工，为了在镗模（镗孔夹具）上布置固定的中间导向支承，提高镗杆

的刚性，需把箱体倒放，采用面Ｆ作为定位基准。此时加工一批主轴箱箱体，由于镗模能直接

保证尺寸Ａ，而设计要求是尺寸Ｂ（Ｂ＝ｙⅣ），两者不同。这样，尺寸Ｂ只能通过控制尺寸Ａ和Ｃ间接保证。控制尺寸Ａ和Ｃ就是控制它们的变化范围。设尺寸Ａ和Ｃ可能的误差变化

范围分别为它们的公差值±ＴＡ／２和±ＴＣ／２，那么在调整好镗杆加工一批主轴箱箱体后，尺

寸Ｂ可能的误差变化范围为

Ｂｍａｘ＝Ｃｍａｘ－ＡｍｉｎＢｍｉｎ＝Ｃｍｉｎ－Ａｍａｘ

将两式相减，则可得到

ＴＢ＝ＴＣ＋ＴＡ上式说明，尺寸Ｂ所产生的误差变化范围是尺寸Ｃ和Ａ的误差变化范围之和。

９第１章 数控加工基础

图１７ 设计基准与定位基准不重合

从上述分析可知，零件图样上原设计要求是尺寸Ｃ和Ｂ，它们是分别单独要求的，彼此无

关。但是，由于加工时定位基准与设计基准不重合，致使尺寸Ｂ的加工误差中引入了一个从

定位基准到设计基准之间的尺寸Ｃ的误差，这个误差称为基准不重合误差。

上面分析的是设计基准与定位基准不重合而产生的基准不重合误差，它是在加工的定位

基准过程中产生的。同样，基准不重合误差也可引申到其他基准不重合场合。例如，装配基准

与设计基准，设计基准与工序基准，工序基准与定位基准，工序基准与测量基准，设计基准与测

量基准等基准不重合时，都会有基准不重合误差。

关于基准不重合误差，应注意以下几点。

（ａ）定位基准与设计基准不重合而产生的不重合误差，只发生在用调整法获得尺寸的情

况下；若用试切法直接保证每个零件尺寸，此时若以工件顶面定位，但它已不在决定刀具相对

于工件位置，Ｆ面也就不再是定位基准，故不存在基准不重合误差。

（ｂ）无论加工、测量、装配都要尽量避免基准不重合误差。基准不重合一般发生在下面两

种情况，一种是不可能或不便于直接得到所要求的尺寸；另一种是在制定零件加工工艺时，要

求基准统一，以便减少夹具的设计和制造工作量。

（ｃ）基准不重合误差不仅是对尺寸关系而言，对于各表面间的位置精度也有类似情况，其

分析方法与上述尺寸关系的分析方法相似。

② 基准统一原则

在工件的加工过程中尽可能采用统一的定位基准，称为基准统一原则，也称基准单一原则

或基准不变原则。

应用统一的定位基准进行各道工序或大部分工序的加工。采用基准统一原则有许多优

点，由于用同一组基准面作为定位基准加工大多数表面，可以避免因基准转换带来的误差；有

利于保证各表面相互位置精度；简化了夹具设计和制造工作，缩短了生产周期。

在自动线加工中，为了减少工件的装夹次数，也必须遵循基准统一原则。

０１ 数控加工技术与编程

若统一的基准面与设计基准不一致，遵循基准统一的原则时，加工面之间的位置精度虽不

如基准重合时那样高，即增加一个由辅助基准到设计基准之间的基准不重合误差，但仍然会比

基准多次转换的精度高，因为多次转换基准会产生多个基准不重合误差。

若采用一次装夹加工多个表面，那么多个表面之间的位置尺寸及精度与定位基准的选择

无关，而取决于加工多个表面的各主轴和刀具间的位置精度。例如，活塞加工时用内止口作为

基准加工所有表面，最后采用基准重合原则，以活塞外圆定位加工活塞销孔，可以保证活塞外

圆和活塞销孔的位置精度。

③ 自为基准原则

当某些表面精加工要求余量小而均匀时，选择加工表面本身作为定位基准称为自为基准

原则。遵循自为基准原则时，不能提高加工面的位置精度，只是提高加工面本身的精度。例

如，图１８所示是在导轨磨床上，以自为基准原则磨削床身导轨。方法是用百分表（或观察磨

削火花）找正工件的导轨面，然后加工导轨面，保证导轨面余量均匀，以满足对导轨面的质量要

求。另外，拉刀、浮动镗刀、浮动绞刀和珩磨等加工孔的方法也都是自为基准的实例。

图１８ 床身导轨面自为基准的实例

④ 互为基准原则

为了使加工的表面间有较高的位置精度，也为了使其加工余量小而均匀，可以采取反复加

工、互为基准的原则。例如，加工精密齿轮时，用高频淬火把齿面淬硬后需进行磨齿。因为齿

面淬硬层较薄，所以要求磨削余量小而均匀。这时应先以齿面为基准磨孔，再以孔为基准磨齿

面，从而保证齿面余量均匀，且孔和齿面都具有较高的位置精度。

⑤ 保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则

所选精基准应能保证工件定位准确、稳定且夹紧可靠。精基准应该是精度较高、表面粗糙

度值较小、支承面积较大的表面，如图１９所示。

（２）粗基准的选择

粗基准选择应能保证加工面与非加工面之间的位置要求并合理分配各加工面的余量，同

时为后续工序提供精基准。具体原则如下。

① 为了保证加工面与非加工面之间的位置要求，应选择非加工面为粗基准。例如，

图１１０所示的毛坯，铸造时孔Ｂ和外圆Ａ有偏心。若采用非加工面（外圆Ａ）为粗基准加工

孔Ｂ，则加工后的孔Ｂ与外圆Ａ 的轴线是同轴的，即壁厚是均匀的，而孔Ｂ的加工余量不均

匀。

当工件上有多个非加工面与加工面之间有位置要求时，应以其中要求较高的非加工面为

１１第１章 数控加工基础

粗基准。

图１９ 锻压机立柱精基准选择

图１１０ 粗基准选择实例

Ａ—外圆 Ｂ—内孔

② 合理分配各加工面的余量。在分配余量时，应考虑以下两点：为了保证各加工面都有

足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准；为了保证重要加工面的余量均匀，应选

择重要加工面为粗基准。如图１１１所示。

图１１１ 阶梯轴加工的粗基准选择

２１ 数控加工技术与编程

③ 粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上（即同一自由度方向上），通常只允许用一

次粗基准，如图１１２所示。否则，按图１１３重复使用粗基准Ｂ加工Ａ，Ｃ两个外圆表面，则必

然使Ａ，Ｃ两个外圆柱产生较大的同轴度误差。

图１１２ 床身加工的粗基准选择 图１１３ 重复使用粗基准实例

④ 选为粗基准的表面应平整光洁，要避开飞边和铸造浇冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保

证定位准确、夹紧可靠。当用夹具装夹时，选择的粗基准面还应使夹具结构简单、操作方便。

精、粗基准选择的原则，都是从不同方面提出的要求。有时，这些要求会出现相互矛盾的

情况，甚至在一条原则内也会存在相互矛盾的情况，这就要求全面辩证地分析，分清主次，解决

主要矛盾。例如，在选择箱体零件的粗基准时，既要保证主轴孔和内腔壁（加工面与非加工面）

的位置要求，又要求主轴孔的余量足够且均匀，或者要求孔系中各孔的余量都足够且均匀，就

会产生相互矛盾的情况。此时，应在保证加工质量的前提下，结合具体生产类型和生产条件，

灵活运用各项原则。当中、小批生产或箱体零件的毛坯精度较低时，常用划线找正装夹，兼顾

各项要求，解决几方面矛盾。

１１５ 工艺路线的拟定

工艺路线的拟定是工艺规程的主干，它的合理与否将直接影响整个零件的机械加工质量、

生产率和经济性。因此，工艺路线的拟定是制定工艺规程的关键性一步，在具体工作中，应在

充分分析研究的基础上提出几个方案，通过比较选择最佳的工艺路线。在拟定工艺路线时，除

正确地确定定位基准外，还需解决如下问题。

１表面加工方法的选择

为了正确选择加工方法，应了解各种加工方法的特点，掌握加工经济精度及经济表面粗糙

度的概念。

（１）加工经济精度和经济表面粗糙度的概念

加工过程中，影响精度的因素很多。每种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度

会有所不同。

加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等

级工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。若延长加工时间，就增加了成本，虽然精度提

高了，但不经济。

经济表面粗糙度的概念与经济精度的概念相同。

３１第１章 数控加工基础

各种加工方法所能达到的经济精度和经济表面粗糙度等级，以及各种典型的表面加工方

法均已制成如表１４所示表格形式，在机械加工的各种手册中都能查到。

表１４ 轴线平行的孔的位置精度（经济精度）

加 工 方 法 工具的定位

两孔轴线间的距离

误差，或从孔轴线到平

面的距离误差

立钻或摇臂钻上

钻孔

立钻或摇臂钻上

镗孔

车床上镗孔

坐标镗床上镗孔

金刚镗床上镗孔

多轴组合机床上

镗孔

用钻模 ０１～０２

按划线 １０～３０

用镗模 ００５～００８

按划线 １０～２０

用带有滑座的角尺 ０１～０３

用光学仪器 ０００４～００１５

— ０００８～００２

用镗模 ００３～００５

加工方法 工具的定位

两孔轴线间的距离

误差，或从孔轴线到平

面的距离误差

卧式铣镗床上镗孔

用镗模 ００５～００８

按定位样板 ００８～０２按定位器的

指示读数 ００４～００６

用量块 ００５～０１

用内径规或用塞尺 ００５～０２５

用程序控制的

坐标装置 ００４～００５

用游标尺 ０２～０４

按划线 ０４～０６

（２）选择加工方法时考虑的因素

① 零件的结构形状和尺寸。例如，加工８ＧＭ精度的圆柱直齿轮，滚齿或插齿都能达到要

求。但对于结构形状为三联齿轮的小齿轮应用插齿加工。

② 生产类型。不同的加工方法和加工方案，采用的设备和刀具不同，生产率和经济性也

不大相同。大批大量生产时，应选用高效率和质量稳定的加工方法。例如，平面和孔可采用拉

削加工，采用组合铣、镗等进行数个表面的同时加工。在单件小批生产中，平面和孔多采用通

用机床、通用工艺装备及常规的加工方法。

由于大批大量生产能选用精密毛坯（例如用粉末冶金制造的油泵齿轮、精锻锥齿轮等），故

可以简化机械加工。毛坯制造直接进入磨削加工。

③ 零件材料的可加工性。硬度很低而韧性较大的金属材料（例如有色金属）用磨削加工

很困难，一般都采用金刚镗或高速精密车削的方法进行加工；而淬火钢、耐热钢因硬度很大，必

须用磨削的方法加工。

④ 现有设备与技术条件。应充分利用现有设备和工艺手段，挖掘企业潜力，发挥工程技

术人员和工人的积极性与创造性。同时，积极应用新工艺和新技术，不断提高工艺水平。

⑤ 特殊要求。例如表面纹路方向的要求，铰削和镗削与拉削的纹路方向不同，则应根据

设计的特殊要求选择相应的加工方法。

２加工顺序的安排

复杂工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，在拟定工艺

路线时，工艺人员要全面地把切削加工、热处理和辅助工序三者一并考虑，分别阐述如下。

（１）机械加工工序的安排原则

① 先加工基准面

选为精基准的表面应安排在起始工序先进行加工，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。

４１ 数控加工技术与编程

② 划分加工阶段

工件的加工质量要求较高时应划分阶段，一般分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。

加工精度和表面质量要求特别高时，还可增加光整加工和超精密加工阶段。

各加工阶段的主要任务如下。

● 粗加工阶段是从毛坯上切除较多余量，所能达到的精度和表面质量都比较低的加工过

程。

● 半精加工阶段是在粗加工阶段和精加工阶段之间进行的切削加工过程。

● 精加工阶段是从工件上切除较少余量，所得精度和表面质量都比较高的加工过程。

● 光整加工阶段是精加工后，从工件上不切除或切除极薄金属层，用以获得很光洁表面或

强化其表面的加工过程。一般不用来提高位置精度。

● 超精密加工阶段是按照超稳定、超微量切除等原则，实现加工尺寸误差和形状误差在

０１ｍｍ以下的加工技术。

当毛坯余量特别大，表面非常粗糙时，在粗加工阶段之前还有荒加工阶段。为了能及时发

现毛坯缺陷，减少运输量，荒加工阶段常在毛坯准备车间进行。

③ 先面后孔

对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔。这是因为平面的轮廓平整，安放

和定位都比较稳定可靠，先加工平面就能以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度。此

外，由于平面先加工好，给平面上的孔加工也带来方便，使刀具的初始切削条件能得到改善。

次要表面可穿插在各阶段间进行加工，次要表面一般加工量都较少，加工比较方便。若次

要表面的加工穿插在各加工阶段之间进行，就能使加工阶段更加明显，又增加了阶段间的间隔

时间，便于工件有足够时间让残余应力重新分布并引起变形，以便在后续工序中纠正其变形。

综上所述，一般机械加工的顺序是：加工精基准→粗加工主要表面→精加工主要表面→光

整加工主要表面→超精密加工主要表面，次要表面的加工穿插在各加工阶段之间进行。

（２）热处理工序的安排

热处理的作用是提高材料的力学性能、改善金属的加工性能，以及消除残余应力。制定工

艺规程时，工艺人员应根据设计和工艺要求全面考虑。

① 最终热处理

最终热处理的目的是提高力学性能，例如调质、淬火、渗碳淬火、液体碳氨共渗和渗氮等，

都属于最终热处理，应安排在精加工前后。对变形较大的热处理，例如渗碳淬火，应安排在精

加工磨削前进行，以便在精加工磨削时纠正热处理产生的变形，调质也应安排在精加工前进

行。对变形较小的热处理如渗氮等，应安排在精加工之后进行。

表面装饰性镀层和发蓝处理，一般都安排在机械加工完成后进行。

② 预备热处理

预备热处理的目的是改善加工性能，为最终热处理作好准备和消除残余应力，例如正火和

时效处理等。它应安排在粗加工前后和需要消除应力处。放在粗加工之前可改善粗加工时材

料的加工性能，并减少车间之间的运输量；放在粗加工之后，有利于粗加工后残余应力的消除。

调质处理能得到组织均匀细致的回火索氏体，有时也作为预备热处理，常安排在粗加工之后。

精度要求较高的精密丝杠和主轴等工件，常需要多次安排时效处理，以消除残余应力，减

少变形。

５１第１章 数控加工基础

（３）辅助工序的安排

辅助工序的种类较多，包括检验、去毛刺、倒棱、清洗、防锈、去磁及平衡等。辅助工序也是

必要的工序，若安排不当或遗漏，将会给后续工序和装配带来困难，影响产品质量，甚至使机器

不能使用。

检验工序更是必不可少的工序。它对保证质量、防止产生废品起到重要作用。除了工序

中自检外，应在下列场合单独安排检验工序。

① 粗加工阶段结束后。

② 重要工序前后。

③ 送往外车间加工的前后，例如热处理工序前后。

④ 全部加工工序完成后。

有些特殊的检验，例如探伤等检查工件内部质量，一般都安排在精加工阶段。密封性检

验、工件的平衡和重量检验，一般都安排在工艺过程的最后进行。

３确定工序集中与分散的原则

工序集中与工序分散，是拟定工艺路线时确定工序数目（或工序内容多少）的两种不同的

原则，与设备类型的选择有密切的关系。

（１）工序集中和工序分散的概念

工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成。每道工序的加工内容较多。工

序集中可采用技术上的措施集中，称为机械集中，例如多刃、多刀和多轴机床、自动机床、数控

机床、加工中心等；也可采用人为的组织措施集中，称为组织集中，例如卧式车床的顺序加工。

工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行。每道工序的加工内容很少，最少

时每道工序仅为一个简单工步。

（２）工序集中和工序分散的特点

① 工序集中的特点

采用高效专用设备及工艺装备，生产率高。工件装夹次数减少，易于保证表面间位置精

度，减少工序间运输量，缩短生产周期工序数目，减少机床数量、操作工人数和生产面积，还可

以简化生产计划和生产组织工作（本特点适用于组织集中）。若采用结构复杂的专用设备及工

艺装备，投资增大，调整和维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费时。

② 工序分散的特点

设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便，工人容易掌握，生产准备工作量少，且易于平

衡工序时间，适应产品更换；可采用最合理的切削用量，减少基本时间。但设备数量多，操作工

人多，占用生产面积大。

（３）工序集中与工序分散的选用

工序集中与工序分散各有利弊，应根据生产类型、现有生产条件、工件结构特点和技术要

求等综合分析后选用。

单件小批量生产宜采用组织集中，以便简化生产组织工作。大批大量生产宜采用较复杂

的机械集中，例如多刀、多轴机床、各种高效组合机床和自动机加工。对一些结构较简单的产

品，例如轴承生产，也可采用分散的原则。成批生产应尽可能采用效率较高的机床，例如转塔

车床、多刀半自动车床、数控机床等，使工序适当集中。

６１ 数控加工技术与编程

对于重型零件，为了减少工件装卸和运输的劳动量，工序应适当集中；对于刚性差且精度

高的精密工件，则工序应适当分散。

目前的发展趋势倾向于工序集中。

４设备与工艺装备的选择

（１）设备的选择

确定了工序集中或工序分散的原则后，基本上也就确定了设备的类型。如果采用机械集

中，则应选用高效自动加工的设备，多刀、多轴机床；若采用组织集中，应选用通用设备；若采用

工序分散，则采用比较简单的加工设备。此外，选择设备时还应做如下考虑。

① 机床精度与工件精度相适应。

② 机床规格与工件的外形尺寸相适应。

③ 与现有加工条件相适应，例如设备负荷的平衡状况等。如果没有现成的设备供选用，

经过方案的技术经济分析后，也可以提出专用设备的设计任务书或改装旧设备。

（２）工艺装备的选择

工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产率和经济性。应根据生产类

型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。

① 夹具的选择

单件小批生产首先采用各种通用夹具和机床附件，例如卡盘、机床用平口虎钳、分度头等。

有组合夹具站的，可采用组合夹具。对于大、中批和大量生产，为提高劳动生产率而采用专用

高效夹具。中、小批生产应用成组技术时，可采用可调夹具和成组夹具。

② 刀具的选择

一般优先采用标准刀具。若采用机械集中，则应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和刀

刃等。刀具的类型、规格和精度等应符合加工要求。

③ 量具的选择

单件小批生产应广泛采用通用量具，例如游标卡尺、百分表和千分尺等。大批大量生产应

采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。

１２ 确定加工余量、工序尺寸和公差

１２１ 确定加工余量

在工序设计中，正确地确定各工序尺寸和公差，对最终达到图纸要求至关重要。本节讨论

同一表面需进行多道工序加工的各工序尺寸和公差的确定。

１加工余量的概念

加工余量是指加工过程中，从加工表面切去金属层的厚度。加工余量又分为工序加工余

量和总加工余量。

工序加工余量是指某一表面，在一道加工中所切除金属层的厚度。它取决于同一表面相

７１第１章 数控加工基础

邻工序前后工序尺寸之差。任何加工方法都会产生尺寸的变化，即各工序加工后的尺寸有误

差。因此，加工余量又有公称余量、最大余量和最小余量之分。

总加工余量是指零件从毛坯到成品的工程中，在某一表面上去除的金属层的总厚度。总

加工余量等于各工序加工余量之和，如图１１４所示，即

Ｚ总 ＝Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋⋯＋Ｚｎ＝∑ｎ

ｉ＝１Ｚｉ （１１）

式中，Ｚ总 为总加工余量，Ｚｉ为第ｉ道工序加工余量，ｎ为该表面加工的工序数。

图１１４ 加工总余量（毛坯余量）与工序余量的关系

加工余量有双边余量和单边余量之分。对于外圆和孔等回转表面，加工余量指双边余量，

其实切除金属层厚度为加工余量的１／２。平面加工余量是单边余量，它等于实际切除金属层

的厚度。

２工序余量与工序尺寸的关系

图１１５为工序余量与工序尺寸及其公差的关系。

图１１５ 工序余量与工序尺寸及其公差的关系

由图可知，对于被包容面，

Ｚｂ＝ａ＋ｂ对于包容面，

８１ 数控加工技术与编程

Ｚｂ＝ｂ－ａ式中，Ｚｂ为本工序余量的公差，称为余量；ａ为上工序基本尺寸；ｂ为本工序的基本尺寸。

对于工序尺寸的公差一般规定为“入体原则”，即对于被包容面的工序尺寸公差取上偏差

为零；对于包容面的尺寸公差取下偏差为零。毛坯公差一般取双向公差。由图１１５可得，

Ｚｂ＝Ｚｂｍｉｎ＋ＴａＺｂｍａｘ＝Ｚｂ＋Ｔｂ

式中，Ｚｂｍｉｎ为本工序最小工序余量，Ｚｂｍａｘ为本工序最大工序余量，Ｔａ为上工序尺寸的公差，Ｔｂ为本工序尺寸的公差。

１２２ 加工余量的影响因素

加工余量对于工件的加工质量和生产率均有较大的影响。加工余量过大，不仅影响机械

加工的劳动量，降低了生产率，而且增加了材料、工具和电力消耗，提高了加工成本。若加工余

量过小，则既不能消除上道工序的各种缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时工件的装夹误

差，造成废品。因此，应当合理地确定加工余量。确定加工余量的基本原则是，在保证加工质

量的前提下，越小越好。

１上工序的各种表面缺陷和误差的因素

图１１６ 表面粗糙度和缺陷层

（１）表面粗糙度和缺陷层。本工序必须把上工序留

下的表面粗糙度Ｒａ全部切除，还必须切除上工序在表

面留下的一层金属组织已遭破坏的缺陷层Ｄａ。如图

１１６所示。

（２）上工序尺寸公差。由图１１５中可知，工序的基

本余量中包括上工序的尺寸公差Ｔａ。

（３）上工序的形位误差（也称空间误差）。形位误差

ρａ是指不由尺寸公差Ｔａ所控制的形位误差。当形位

公差与尺寸公差之间的关系满足独立原则或最大实体原则时，尺寸公差不控制形位公差。此

时，加工余量中应包括上工序的形位误差ρａ。例如图１１７所示小轴，当轴线有直线度误差ω时，须在本工序中改正，因此直径方向上的加工余量应增加２ω。

图１１７ 轴线直线度误差对加工余量的影响

９１第１章 数控加工基础

图１１８ 三爪卡盘装夹误差对

加工余量的影响

２本工序加工时的装夹误差

装夹误差εｂ包括工件的定位误差和夹紧误差。若用

夹具装夹时，还包括夹具在机床上的装夹误差。这些误差

会使工件在加工时的位置发生偏移，所以加工余量还必须

考虑装夹误差的影响。例如，图１１８所示用三爪卡盘夹持

工件磨孔时，由于三爪卡盘定心不准，使工件轴线偏离主轴

旋转轴线ｅ值，造成孔的磨削余量不均匀。为确保上工序

各项误差和缺陷的切除，孔的直径余量应增加２ｅ。

１２３ 确定加工余量的方法

确定加工余量的方法有查表法、经验估计法和分析计算法３种。

（１）查表法

根据各工厂的生产实践经验和实验研究积累的数据，先制作各种表格，再汇编成册。确定

加工余量时，查阅这些手册，结合工厂的实际情况进行修改后确定。目前，我国各工厂都广泛

采用查表法。请参阅《机械加工工艺人员手册》。

（２）经验估计法

根据经验确定加工余量的方法。一般情况下，为防止因余量过小而产生废品，经验估计的

数值总是偏大。此方法常用于单件小批量生产。

（３）分析计算法

根据加工余量的计算公式和一定的实验资料，对影响加工余量的各项因素进行分析，并计

算确定加工余量的方法。这种方法比较合理，但必须有比较全面和可靠的实验资料。目前，只

有材料十分贵重，以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用该方法。

在确定加工余量时，要确定总余量和工序余量。加工总余量与所选择的毛坯制造精度有

关。用查表法确定加工工序余量时，粗加工工序余量不能直接用查表法得到，而是由总余量减

去其他各工序余量得出。

１２４ 确定工序尺寸及其公差

工件上的设计尺寸及其公差是经过各道加工工序后得到的。每道工序的工序尺寸都不相

同，它们是逐渐向设计尺寸接近的。为了最终保证工件的设计要求，需要确定各工序的工序尺

寸及其公差。

工序余量确定后，就可以计算工序尺寸。工序尺寸及其公差的确定，依据工序基准或定位

基准与设计基准是否重合而采用不同的计算方法。

１基准重合时工序尺寸及其公差的计算

这是指工序基准或定位基准与设计基准重合，表面多次加工时，工序尺寸及其公差的计

算。工件上外圆和孔的多工序加工都属于这种情况。计算顺序是，先确定各工序的基本尺寸，

０２ 数控加工技术与编程

再由后往前逐个工序推算。即由工件上的设计尺寸开始，由最后一道工序开始向前推算，直到

毛坯尺寸。工序尺寸的公差，则按各工序的经济精度确定，并按入体原则确定上、下偏差。

【例１１】 某主轴箱箱体的主轴孔，设计要求是 １８０＋００１８－０００７，Ｒａ＝１２５μｍ，加工工艺路线

为粗镗→半精镗→精镗→细镗等４道工序。试确定各工序尺寸及其公差。

解 先根据有关手册及工厂实际经验确定各工序的基本余量，具体数值见表１５中的第

２列；再根据各种加工方法的经济精度表格确定各工序尺寸的公差，具体数值见表中第３列；

然后由最后工序向前逐个计算工序尺寸，具体数值见表中第４列，并得到各工序尺寸及其公差

和Ｒａ。

表１５ 主轴孔各工序尺寸及其公差计算实例

工 序 名 称 工序基本余量 工序的经济精度 工 序 尺 寸 最小极限尺寸 Ｒａ

细镗 ０２ Ｈ６ ＋００２５（ ）０ １７９９９３ １８０＋００１８－０００７ １２５μｍ

精镗 ０６ Ｈ７ ＋００４（ ）０ １７９８ １７９＋００４０ １６μｍ

半精镗 ３２ Ｈ９ ＋０１０（ ）０ １７９２ １７９２＋００１００ ３２μｍ

粗镗 ８ Ｈ１１ ＋０２５（ ）０ １７６ １７６＋０２５０ ６４μｍ

毛坯孔 １６８ １７０＋１－２

２基准不重合时工序尺寸及其公差的计算

工序基准或定位基准与设计基准不重合时候，工序尺寸及其公差的计算比较复杂，需用工

艺尺寸链分析、计算。

１２５ 工艺尺寸链

加工过程中，工件的尺寸在不断的变化，由毛坯尺寸到工序尺寸，最后达到设计要求的尺

寸。这些尺寸之间存在一定的联系，应用尺寸链理论可以揭示其内在联系，掌握它们的变化规

律是合理确定工序尺寸及其公差和计算各种工艺尺寸的基础。因此，本节先介绍尺寸链的一

些基本概念，然后分析工艺尺寸链的应用和计算方法，重点是工序尺寸及其公差的计算。

图１１９ 零件加工过程中的尺寸链

１工艺尺寸链的定义

（１）工艺尺寸链的定义

在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸

形成封闭的尺寸组称为尺寸链，如图１１９（ａ）所示。

（２）工艺尺寸链的组成

组成尺寸链的各个尺寸称为尺寸链的环。图１１９（ｂ）中的尺寸Ａ０，Ａ１，Ａ２都是尺寸链的环。这些环又

可分为下面５类。

１２第１章 数控加工基础

① 封闭环。根据尺寸链的封闭性，最终被间接保证精度的环称为封闭环。图１１９（ｂ）中，

Ａ０是封闭环。

② 组成环。尺寸链中对封闭环有影响的全部环。其中任一环的变化必然引起封闭环的

变动。图１１９（ｂ）中的Ａ１，Ａ２是组成环。组成环又可分为增环和减环。

③ 增环。尺寸链的组成环中，由于该环的变动引起封闭环的同向变动。同向变动是指该

环增大时，封闭环也增大；该环减小时，封闭环也减小。图１１９（ｂ）中的Ａ１是增环。

④ 减环。尺寸链的组成环中，由于该环的变动引起封闭环的反向变动。反向变动是指该

环增大时，封闭环减小；该环减小时，封闭环增大。图１１９（ｂ）中的Ａ２是减环。

⑤ 补偿环。尺寸链中预先选定的某一组成环，可以通过改变其尺寸或位置达到规定要

求。补偿环用于装配尺寸链。

２工艺尺寸链图的作法

为了便于分析和计算工艺尺寸链，应画出工艺尺寸链图。将尺寸链中各相应的环，用尺寸

或符号标注在示意图上（工序上）或单独表示出来，如图１１９（ｂ）所示，此时只需按大致比例依

次画出相应的环，这种尺寸图称为工艺尺寸链图。为了能迅速判别组成环的性质（即判别增、

减环），可在绘制工艺尺寸链图时用首尾相接的单向箭头线顺序表示各环。其中，凡与封闭环

箭头方向相同的环即为增环，与封闭环箭头方向相反的环即为减环。图１１９（ｂ）中，Ａ１与封

闭环Ａ０同向，为增环；Ａ２与封闭环Ａ０箭头反向，即为减环。

３尺寸链的形式

（１）按环的几何特征，可分为长度尺寸链和角度尺寸链。

（２）按其应用场合，可分为装配尺寸链（全部组成环为不同零件的设计尺寸）、工艺尺寸链

（全部组成环为同一零件的工艺尺寸）和零件尺寸链（全部组成环为同一零件的设计尺寸）。设

计尺寸是指零件图上标注的尺寸，工艺尺寸是指工序尺寸、测量尺寸和定位尺寸等。必须注

意，零件图样上的尺寸不能标注成封闭的。

（３）按各环所处的空间位置，可划分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。

尺寸链还可划分为基本尺寸链和派生尺寸链（后者指它的封闭环为另一尺寸链组成环的

尺寸链），标量尺寸链和矢量尺寸链等。

１２６ 尺寸链的基本计算公式

尺寸链的计算，是指计算封闭环与组成环的基本尺寸、公差及极限偏差之间的关系。计算

方法分为极值法和统计（概率）法两类。极值法多用于环数少的尺寸链，统计法多用于环数多

的尺寸链。

（１）尺寸链的极值法计算式

尺寸链的极值法多用于环数少的尺寸链，为方便特列出尺寸链计算符号名称，如表１６所

示。

２２ 数控加工技术与编程

表１６ 尺寸链计算符号名称表

环 名 最大尺寸 基本尺寸 最小尺寸 上 偏 差 下 偏 差 公 差

闭环 Ａ０ｍａｘ Ａ０ Ａ０ｍｉｎ ＥＳ０ ＥＩ０ Ｔ０

增环 Ａｚｍａｘ Ａｚ Ａｚｍｉｎ ＥＳｚ ＥＩｚ Ｔｚ

减环 Ａｊｍａｘ Ａｊ Ａｊｍｉｎ ＥＳｊ ＥＩｊ Ｔｊ

（２）闭环的基本尺寸

根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸等于各组成环的代数和，即

Ａ０＝∑ｍ

ｚ＝１Ａｚ－ ∑

ｎ－１

ｊ＝ｍ＋１Ａｊ （１２）

式中，ｍ 为增环数，Ａｚ为减环数，Ａｊ为减环。

（３）封闭环的极限尺寸

封闭环的最大极限尺寸等于增环最大尺寸之和减去减环最小尺寸之和，即

Ａ０ｍａｘ＝∑ｍ

ｚ＝１Ａｚｍａｘ－ ∑

ｎ－１

ｊ＝ｍ＋１Ａｊｍｉｎ （１３）

Ａ０ｍｉｎ＝∑ｍ

ｚ＝１Ａｚｍｉｎ－ ∑

ｎ－１

ｊ＝ｍ＋１Ａｊｍａｘ （１４）

（４）封闭环的上、下偏差

封闭环的上偏差等于增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和。

由式（１３）减去式（１２）得

ＥＳ０＝∑ｍ

ｚ＝１ＥＳｚ－ ∑

ｎ－１

ｊ＝ｍ＋１ＥＩｊ （１５）

同理可得

ＥＩ０＝∑ｍ

ｚ＝１ＥＩｚ－ ∑

ｎ－１

ｊ＝ｍ＋１ＥＳｊ （１６）

（５）封闭环的公差

封闭环的公差等于封闭环的上偏差减去封闭环的下偏差，即由式（１５）减去式（１６）得

Ｔ０＝∑ｍ

ｚ＝１Ｔｚ＋ ∑

ｎ－１

ｊ＝ｍ＋１Ｔｊ＝∑

ｎ

ｋ＝１Ｔｋ （１７）

１２７ 工艺尺寸链的应用和计算方法

应用工艺尺寸链解决实际问题的关键是找出工艺尺寸之间的内在联系，确定封闭环及组

成环，即建立工艺尺寸链。确定好工艺尺寸链的封闭环及组成环后，即可运用尺寸链的计算公

式进行具体计算。下面由简到繁，通过几个典型的应用实例，分析工艺尺寸链的建立和计算方

法。

１工艺基准与设计基准重合时工艺尺寸链的建立和计算

这种情况就是工序基准、定位基准、测量基准与设计基准重合，表面多次加工时工序尺寸

及其公差的计算。具体计算方法已在确定工序尺寸及其公差中分析过。

３２第１章 数控加工基础

图１２０ 余量为封闭环的

三环尺寸链

如图１２０所示，上工序尺寸Ａ１、本工序尺寸Ａ２和工序基本

余量Ｚ形成三环的工艺尺寸链。尺寸链中，Ａ１在本工序加工前

已经形成；一般情况下，尺寸Ａ２是本工序控制的工序尺寸，因而

它们都是组成环；只有工序尺寸基本余量是最后形成的环，即封

闭环。每个工序基本余量都是一个三环工艺尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链建立后，就可以按照尺寸链的计算公式计算各尺

寸及其公差。本尺寸链是直线尺寸链，因而

Ｚ＝Ａ１－Ａ２ （１８）

Ｔｚ＝Ｔ１＋Ｔ２ （１９）

式中，Ｔｚ为余量的公差，Ｔ１为工序尺寸Ａ１的公差，Ｔ２为工序尺

寸Ａ２的公差。

由上两式可知，工序余量的基本值影响工序尺寸的基本尺寸，工序尺寸的公差则影响工序

余量的变化。一般情况，工序尺寸的公差按经济精度选定后，就可以计算最大工序余量和最小

工序余量，并验算工序余量是否过大或过小，以便修改工序余量。

若加工时直接控制的是工序余量而不是工序尺寸，例如靠火花磨削，那么工序余量就成为

组成环。本工序的工序尺寸就是最后形成的封闭环。

２工艺基准与设计基准不重合时工艺尺寸链的建立和计算

为简便起见，设工序基准与定位基准或测量基准重合（一般情况下与生产实际相符合）。

此时，工艺基准与设计基准不重合就变成测量基准和定位基准与设计基准不重合两种情况。

（１）测量基准与设计基准不重合时测量尺寸的换算

① 测量尺寸换算

例如图１２１所示的套筒类零件，设计图样上根据装配要求标注尺寸５０ ０－０１７ｍｍ和

１０ ０－０３６ｍｍ，大孔深度尺寸未注。零件上设计尺寸Ａ１（５０ ０

－０１７ｍｍ）、Ａ２（１０ ０－０３６ｍｍ）和大孔

深度尺寸形成零件尺寸链，如图１２１所示。大孔深度尺寸Ａ０最后形成的封闭环。根据计算

公式可得Ａ０＝４０＋０３６－０１７ｍｍ。

图１２１ 测量尺寸之间的换算

加工时，由于尺寸１０ ０－０３６ｍｍ测量比较困难，改用游标深度卡尺测量大孔深度，因而

１０ ０－０３６ｍｍ就成为图１２１所示工艺尺寸链的封闭环Ａ′０，组成环为Ａ′０＝５０ ０

－０１７ｍｍ和Ａ′２。

４２ 数控加工技术与编程

根据计算公式可得Ａ′２＝４０＋０１９０ 。

比较大孔深度的测量尺寸Ａ′２＝４０＋０１９０ 和原设计尺寸要求Ａ０＝４０＋０３６－０１７ｍｍ可知，由于测

量基准与设计基准不重合，需要进行尺寸换算。换算结果明显提高了对测量尺寸的精度要求，

其公差减少了２×０１７ｍｍ，此值正是另一组成环Ａ１（＝Ａ′１）公差的两倍。

② 假废品分析

对零件进行测量，当Ａ′２的实际尺寸在４０＋０１９０ ｍｍ之间，Ａ′１的实际尺寸在５０ ０－０１７ｍｍ之

间时，Ａ′０必在４０＋０３６－０１７ｍｍ之间，零件为合格产品。

若Ａ′２的实际尺寸超出４０＋０１９０ ｍｍ范围，但仍在原设计要求Ａ０＝４０＋０３６－０１７ｍｍ之间，工序

检验时将认为该零件为不合格品。此时，检验人员将逐个测量另一组成环Ａ′１，再由Ａ′１和Ａ′２的具体值计算出Ａ′０值，并判断零件是否合格。

如果Ａ′２的实际尺寸比换算后允许的最小值（Ａ′２ｍｉｎ＝４０ｍｍ）还小０１７ｍｍ，即Ａ′２ｍｉｎ＝（４０－０１７）＝３９８３ｍｍ，如果Ａ′１也刚巧做到最小，即

Ａ′１ｍｉｎ＝（５０－０１７）＝４９８３ｍｍ则此时Ａ′０的实际尺寸为

Ａ′０＝Ａ′１ｍｉｎ－Ａ′２ｍｉｎ＝４９８３－３９８３＝１０ｍｍ零件为合格品。

同理，当Ａ′２的实际尺寸比换算后允许的最大值（Ａ′２ｍａｘ＝４０１９ｍｍ）还大０１７ｍｍ，即

Ａ′２ｍａｘ＝（４０１９＋０１７）＝４０３６ｍｍ，如果Ａ′１也刚巧做到最大，即Ａ′１ｍａｘ＝５０ｍｍ，则此时Ａ′０的实际尺寸为

Ａ′０＝Ａ′１ｍａｘ－Ａ′２ｍａｘ＝５０－４０３６＝９６４ｍｍ零件仍为合格品。

由此可见，在实际加工中，如果测量基准与设计基准不重合，就要换算测量尺寸；如果零件

换算后的测量尺寸超差，只要其超差量小于或等于另一组成环的公差，则该零件有可能是假废

品，应对其进行复检，逐个测量并计算出零件的实际尺寸，由零件的实际尺寸判断合格与否。

③ 设计工艺装备保证设计尺寸

例如，图１２２所示轴承座零件，设计尺寸为１０ ０－０１５ｍｍ和５０ ０

－０１ｍｍ（尺寸标注在图样上

方）。由于设计尺寸５０ ０－０１ｍｍ在加工时不易测量，如果改测尺寸ｘ，则尺寸１０ｍｍ，５０ｍｍ和

ｘ３个尺寸形成工艺尺寸链，其中尺寸５０ｍｍ是封闭环。由于封闭环的公差已小于组成环

１０ｍｍ的公差，所以必须压缩尺寸１０ｍｍ的公差至１０′１０，使Ｔ５０≥１０′１０＋Ｔｘ。取１０′１０＝００５ｍｍ，并标注为１０ ０

－００５ｍｍ（见图１２２（ａ）零件图样的下方），则通过计算求得ｘ＝６０－００５－０１０ｍｍ。

可见，换算后的尺寸精度高于原设计要求。

在成批和大量生产中，可以设计心轴和卡板进行加工和测量，如图１２２（ｂ）所示。图中的

尺寸５０，８０和ｂ形成了工艺尺寸链，其中５０ ０－０１ｍｍ是封闭环。组成环８０ｍｍ尺寸因是夹具

尺寸，故定为８０ ０－００２ｍｍ，通过计算可得另一组成环ｂ为３０＋００８０ ｍｍ，即卡板的通端和止端尺

寸。

由上述分析可知，因测量基准与设计基准不重合，仍要进行尺寸换算，所不同的是工艺尺

寸链中的组成环用夹具尺寸替代了零件尺寸，从而降低了对测量尺寸的精度要求。但是，该测

量尺寸的精度要求仍然比原设计要求高（由原设计要求的公差０１ｍｍ缩小到００８ｍｍ）。可

５２第１章 数控加工基础

见，最理想的方案是避免测量尺寸的换算。

图１２２ 轴承座的尺寸换算、加工和测量的方法

１—工件 ２—心轴 ３—卡板

（２）定位基准与设计基准不重合时工艺尺寸及其公差的换算

如图１２４所示，设计基准与定位基准不重合时，可以用调整法加工主轴箱体孔的尺寸关

系。此时，孔的设计基准是底面Ｄ，设计尺寸是Ｂ；孔的定位基准是顶面Ｆ，工序尺寸为Ａ。

工序尺寸Ａ及其公差ＴＡ应为何值才能保证设计尺寸Ｂ 及其公差ＴＢ的要求呢？

首先，要建立设计尺寸Ｂ与工序尺寸Ａ之间的工艺尺寸链，然后进行尺寸链计算，确定工

序尺寸Ａ及其公差ＴＡ。

图１２３ 定位基准与设计

基准不重合时工序

尺寸的换算

图１２３所示包含Ａ、Ｂ和Ｃ３个尺寸的工艺尺寸链即为所

求尺寸链。其中，尺寸Ｃ是上工序尺寸，尺寸Ａ是本工序尺寸加

工时控制的尺寸，因此都是组成环，只有设计尺寸Ｂ 才是最后形

成的封闭环。３个尺寸间的公差关系可按尺寸链计算公式确定，

即

ＴＢ＝ＴＡ＋ＴＣ式中，已知设计尺寸公差ＴＢ，因此工序尺寸公差可由设计尺寸的

公差按“反计算”形式分配而得。

综上可知，定位基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公

差的换算方法是，先找出以设计尺寸为封闭环，以工序尺寸为组

成环的工艺尺寸链，再按照尺寸链“反计算”形式分配工序尺寸

公差。

在定位基准选择中分析基准不重合误差，若用工艺尺寸链进行分析会更清晰。基准不重

合误差即设计基准到定位基准之间尺寸的误差。

（３）从待加工的设计基准标注工序尺寸时工序尺寸及其公差的换算

６２ 数控加工技术与编程

从待加工的设计基准标注工序尺寸，因为待加工的设计基准与设计基准两者差一个余量，

所以它仍然是设计基准与定位基准不重合。

【例１２】 图１２４（ａ）所示为轴套零件及其轴向设计尺寸，分别是５００－０３４ｍｍ，１００

－０３０ｍｍ，

１５±０２ｍｍ。加工顺序如下。

图１２４ 轴套的轴向尺寸加工顺序

（１）镗孔及车端面。工序尺寸是Ｌ１，如图１２４（ｂ）所示。

（２）车外圆及端面。工序尺寸为Ｌ２和Ｌ３，如图１２４（ｃ）所示。

（３）钻孔。工序尺寸为Ｌ４，如图１２４（ｄ）所示。

（４）磨外圆及台阶。工序尺寸为Ｌ５，如图１２４（ｅ）所示。

试确定各轴向工序尺寸及其公差。

解 （１）确定基准重合时表面多次加工的工序尺寸及其公差。

工序尺寸Ｌ１和Ｌ２，以及Ｌ３和Ｌ４均属于基准重合时表面多次加工的工序尺寸。其中，最

后工序的尺寸Ｌ２和Ｌ５应满足设计要求，即Ｌ２＝５０ ０－０３４ｍｍ，Ｌ５＝１０ ０

－０３０ｍｍ。对于前工序

的工序尺寸Ｌ１和Ｌ３，应先查出工序余量再计算确定，先查得端面车削余量为１ｍｍ，磨台阶面

余量为０４ｍｍ，因此

Ｌ１＝Ｌ２＋１＝５１ｍｍＬ３＝Ｌ５＋０４＝１０４ｍｍ

工序尺寸公差按经济精度确定。查得Ｔ１＝０４ｍｍ，Ｔ２＝０２ｍｍ，按入体原则标注偏差得：

Ｌ１＝５０ ０－０４ｍｍ，Ｌ３＝１０４ ０

－０２ｍｍ。

（２）确定基准不重合时工序尺寸及其公差。

Ｌ４是从待加工的设计基准标注的工序尺寸。求解步骤如下。

① 建立工艺尺寸链。设计尺寸１５±０２ｍｍ和工序尺寸Ｌ４仅差磨削时的工序余量Ｚ，

因而尺寸１５±０２ｍｍ，Ｌ４与Ｚ形成三环的工艺尺寸链，如图１２５（ａ）所示。其中，设计尺寸

１５±０２ｍｍ是封闭环。另一方面，磨削余量Ｚ又是基准重合时表面两次加工工序尺寸Ｌ３和

Ｌ５的封闭环，３个尺寸形成图１２５（ｂ）所示的工艺尺寸链。把图１２５（ａ）和图１２５（ｂ）两个三

环尺寸链串联成一个四环尺寸链，如图１２５（ｃ）所示。其中，设计尺寸１５±０２ｍｍ是封闭环，

７２第１章 数控加工基础

工序尺寸Ｌ３，Ｌ４和Ｌ５是组成环；Ｌ３和Ｌ４是增环，Ｌ５是减环。

图１２５ 轴套零件轴向尺寸的工艺尺寸链

② 计算（或校验）各工序尺寸及其公差。由封闭环的极值公差公式，按“反计算”形式分配

各组成环公差为

Ｔ０＝ ∑ｎ－１

ｊ＝ｍ＋１ＴＺ

Ｔ０＝０４ｍｍ＝Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５由基准重合、表面多次加工时，求得Ｔ３＝０２ｍｍ，Ｔ５＝０３ｍｍ，代入上式可知，实际加工

误差已超过零件的设计要求。为此，必须压缩有关工序尺寸公差。现定为Ｔ３＝Ｔ５＝０１ｍｍ，

按入体原则求得标注偏差为Ｌ３＝１０４ ０－０１ｍｍ和Ｌ５＝１０ ０

－０１ｍｍ。

通过计算可得Ｌ４＝１４６±０１ｍｍ。

１３ 数控加工工艺设计

数控加工工艺主要是指机械加工工艺，其加工过程是在数控机床上完成的，因而数控加工

工艺有别于一般的机械加工工艺，但其基本理论主流仍然是机械加工工艺。

１３１ 数控加工工艺分析

在数控机床上加工零件时，需要把被加工零件的全部工艺过程、工艺参数等编制成程序，

整个加工过程是自动进行的，因此程序编制前的工艺分析是一项十分重要的工作。

数控加工工艺分析包括下列内容：选择适合数控加工的零件，确定数控加工的内容和数控

加工零件的工艺性分析。

１选择适合数控加工的零件

加入ＷＴＯ以来，随着中国作为世界制造中心地位的日益显现，数控机床在制造业的普及

率不断提高。但并不是所有的零件都适合在数控机床上加工，根据数控加工的特点和国内外

大量应用实践经验，一般可按适应程度将零件分为以下三类。

（１）最适应类

① 形状复杂，加工精度要求高，通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件。

② 具有复杂曲线或曲面轮廓的零件。

③ 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸型腔的壳体或盒型零件。

④ 必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多道工序的零件。

８２ 数控加工技术与编程

对于此类零件，首要考虑的是能否加工出来，只要有可能，应将采用数控加工作为首选方

案，而不要过多地考虑生产率和成本的问题。

（２）较适应类

① 零件价值较高，在通用机床上加工时容易受人为因素（例如工人技术水平高低、情绪波

动等）干扰而影响加工质量，从而造成较大经济损失的零件。

② 在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件。

③ 需要多次更改设计后才能定型的零件。

④ 在通用机床上加工需要进行长时间调整的零件。

⑤ 用通用机床加工时，生产率很低或工人体力劳动强度很大的零件。

此类零件在分析其可加工性的基础上，还应综合考虑生产率和经济效益，一般情况下可以

把它们作为数控加工的主要选择对象。

（３）不适应类

① 生产批量大的零件（不排除其中个别工序采用数控加工）。

② 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。

③ 加工余量极不稳定，而且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零

件。

④ 必须采用特定的工艺装备协调加工的零件。

这类零件采用数控机床加工后，在生产率和经济性等方面一般无明显改善，甚至有可能得

不偿失，一般不应该把此类零件作为数控加工的选择对象。

另外，数控加工零件的选择还应该结合本单位所拥有的数控机床的具体情况选择加工的

对象。

２确定数控加工的内容

在选择并决定对某个零件进行数控加工后，并不是说零件所有的加工内容都采用数控加

工，数控加工可能只是零件加工工序中的一部分。因此，有必要对零件图样进行仔细分析，选

择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。同时，还应结合实际情况，立足于解决难

题、攻克关键、提高生产率和充分发挥数控加工的优势。一般可按下列原则选择数控加工的内

容。

① 通用机床无法加工的内容应作为优先选择的内容。

② 通用机床难加工，质量也难以保证的内容作为重点选择的内容。

③ 通用机床加工效率低、手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存富余能力的基

础上进行选择。

通常情况下，上述加工内容采用数控加工后，产品的质量、生产率与综合经济效益等指标

都会有明显的提高。相比之下，下列加工内容不宜选择采用数控加工。

① 需要在机床进行较长时间调整的加工内容，例如以毛坯的粗基准为定位基准加工第一

个精基准的工序。

② 数控编程取数困难，易于与检验依据发生矛盾的型面、轮廓。

③ 不能在一次安装中完成加工的其他零星加工表面，采用数控机床加工又很麻烦，可采

用通用机床补加工。

９２第１章 数控加工基础

④ 加工余量大而又不均匀的粗加工。

此外，选择数控加工的内容时，还应该考虑生产批量、生产周期、生产成本和工序周转情况

等因素，杜绝把数控机床当做普通机床使用。

３数控加工零件的工艺性分析

在选择并决定数控加工零件及其加工内容后，应对零件的数控加工工艺性进行全面、认

真、仔细的分析。分析的主要内容包括产品的零件图样分析、结构工艺性分析和零件安装方式

的选择等。

（１）零件图分析

首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，清楚各项技术要求对零件

装配质量和使用性能的影响，找出主要和关键技术要求，然后对零件图样进行分析。

① 尺寸标注方法分析

零件图上的尺寸标注应适应数控加工的特点，在数控加工零件图样上应以同一基准标注

尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，又有利于设计基准、工艺基准、测量基

准和编程原点的统一。

② 零件图的完整性与正确性分析

构成零件轮廓的几何元素（点、线、面）的条件（例如相交、相切、垂直和平行等）是数控编程

的重要依据。手工编程时，应依据这些条件计算每一个节点的坐标；自动编程时，则应根据这

些条件对构成零件的所有集合元素进行定义，无论哪一个条件不明确，编程都无法进行。

③ 零件技术要求分析

零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等。这些

条件在保证零件使用性能的前提下，应经济合理。过高的精度和表面粗糙度要求都会使工艺

过程复杂，加工困难且成本提高。

④ 零件材料分析

在满足零件功能的前提下，应选用廉价、切削性能好的材料。而且，材料选择应立足于国

内，不要轻易选用贵重或紧缺的材料。

（２）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满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。

良好的结构工艺性可以使零件加工容易，节省工时和材料；而较差的零件结构工艺性会使加工

困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。

① 零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次

数，使编程方便，提高生产效率。

② 内槽圆角尺寸决定刀具直径，所以内槽圆角半径不应太小。内槽圆角Ｒ≥０２Ｈ（槽

深），通常Ｒ＜０２Ｈ时，可以判定零件在该部位的工艺性不好，如图１２６所示。

③ 铣槽底平面时，槽底圆角半径不要过大。如图１２７所示，铣刀端面刃与铣削平面的最

大接触直径ｄ＝Ｄ－２Ｒ（Ｄ为铣刀直径），当Ｄ 一定时，半径越大，铣刀端面刃铣削平面的面

积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性也越差。当Ｒ大到一定程度时，甚至必须

用球头铣刀加工，这是应该避免的。

④ 应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，则会产生因工件的二

０３ 数控加工技术与编程

次装夹造成加工后两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象。

图１２６ 内槽结构工艺性对比 图１２７ 槽底平面圆弧对

加工工艺的影响

（３）选择合适的零件的安装方式

数控机床加工时，应尽量使零件能够一次安装、完成零件所有待加工面的加工；应合理选

择定位基准和夹紧方式，以减少误差环节；应尽量采用通用夹具或组合夹具，必要时才设计专

用夹具。夹具的设计原理和方法与普通机床所采用的夹具相同，但其结构应简单，便于装卸，

操作灵活。

此外，还应分析所有零件要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证，是否有引起矛

盾的多余尺寸，或影响加工安排的封闭尺寸等。

１３２ 数控加工工艺路线设计

工艺路线的拟定是制定工艺规程的重要内容之一。其主要内容包括：选择各加工表面的

加工方法，划分加工阶段，划分工序，以及安排工序的先后顺序等。

１加工方法的选择

机械零件的结构形状是多种多样的，但它们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面或曲面、成形

面等基本表面组成的，每一种表面都有多种加工方法。具体选择时，应根据零件的加工精度、

表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素，选用相应的加工方法和加工方案。

外圆表面、内孔表面及平面的加工方法见本章第１１５节。

平面轮廓类零件如图１２８所示，其常用的加工方法有数控铣、线切割和磨削等。

对于内平面轮廓，当曲率半径较小时，可采用数控线切割方法加工。若选择铣削的方法，

因铣刀半径受最小曲率半径的限制，直径太小，刚性不足，会产生较大的加工误差。外平面轮

廓可采用数控铣削加工，常用粗铣—精铣方案，也可采用线切割方法加工。对精度及表面粗糙

度要求较高的轮廓表面，在数控铣削加工之后再进行数控磨削加工。数控铣削加工适用于除

淬火钢以外的各种金属；数控线切割加工适用于各种金属；数控磨削加工适用于除有色金属以

１３第１章 数控加工基础

外的各种金属。

图１２８ 平面轮廓类零件

立体曲面加工方法主要是数控铣削，多用球头铣刀，以“行切法”加工。根据曲面形状、刀

具形状及精度要求等，通常采用二轴半联动或三轴半联动方式。对精度和表面粗糙度要求高

的曲面，选用三轴联动的“行切法”加工不能满足要求时，可用模具铣刀，选择４坐标或５坐标

联动加工。

表面加工的方法选择，除了考虑加工质量，零件的结构形状和尺寸，零件的材料和硬度，以

及生产类型外，还应考虑加工的经济性。

２加工阶段和工序的划分

为了保证零件的加工质量和合理地使用设备、人力，零件的加工过程通常按工序性质的不

同可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工４个阶段。

在数控机床上加工零件，工序可以比较集中。在一次装夹中，应尽可能完成全部工序。与

普通机床加工相比，加工工序划分有其独特的特点。数控加工常用的工序划分的方法如下。

（１）按所用刀具划分工序

为了减少换刀次数，缩短空程时间，减少不必要的定位误差，常采用按刀具集中工序的方

法，即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适用于工件的待加工表

面较多，机床连续工作时间过长，加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心常采用这

种方法划分。

（２）按粗精加工划分工序

先粗加工，后精加工。粗加工后工件的变形需要一段时间恢复，最好不要在粗加工之后紧

接着安排精加工。

（３）按装夹次数划分

以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适用于工件的加工内容不多

的工件，加工完成后就能达到待检状态。

（４）按先面后孔的原则划分工序

在工件上既有面加工，又有孔加工时，可先加工面后加工孔，这样可以提高孔的加工精度。

２３ 数控加工技术与编程

１３３ 数控加工工序设计

数控加工工艺路线确定之后，各道工序的加工内容即已基本确定，数控加工工序设计的主

要任务是为每一道工序选择机床、夹具、刀具和量具，确定定位夹紧方案、走刀路线与工步顺

序、加工余量、工序尺寸及其公差、切削用量和工时定额等，为编制加工程序做好充分准备。

１走刀路线和工步顺序的确定

走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹。工步顺序是指同一道工序中

各个表面加工的先后次序，它对零件的加工质量、加工效率和数控加工中的走刀路线有直接的

影响，应根据零件的结构特点和工序的加工要求等合理安排。

工步的划分与安排一般可随走刀路线进行，在确定走刀路线时主要考虑的问题如下。

（１）对于点位加工的数控机床，要考虑尽可能缩短走刀路线，以减少空行程时间，提高加

工效率。

（２）为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排最后一次走刀连续加工。

（３）刀具的进退路线须认真考虑。在数控加工中，对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧

时，应注意安排好刀具的切入和切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕

迹。用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工；当整圆加工完毕

时，不要在切点出直接退刀，应让刀具多运动一段距离，最好是沿切线方向，以免取消刀具补偿

时，刀具与工件表面相碰撞造成工具报废。铣削内圆弧时，应遵循从切向切入原则，最好安排

从圆弧过渡到圆弧的加工路线，以提高内孔表面的加工精度和表面质量。

２定位与夹紧方案的确定

数控机床上应尽量采用组合夹具，必要时可以设计专用夹具。在数控机床上加工工件时，

由于工序集中，往往在一次装夹中就要完成全部工序，因此对夹紧工件时的变形应给予足够的

重视。此外，还应协调工件和机床坐标系的关系。

３刀具的选择

刀具的选择是数控加工工序设计的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接

影响加工质量。选用数控刀具应注意以下方面。

（１）铣削平面时，应采用镶装不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀，一般采用两次走刀，一

次粗铣，一次精铣。连续切削时，粗铣刀直径要小一些，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加

工面的整个宽度。加工余量大且加工面又不均匀时，刀具直径要选得小些，否则在粗加工时会

因接刀刀痕过深而影响加工质量。

（２）高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，建议不要用于加工毛坯面，以免硬化层磨坏刀

具。

（３）硬度要求较高的凹槽加工时，可采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部

分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求为止。

３３第１章 数控加工基础

４机床的选择

当工件表面的加工方法确定之后，机床的种类也就基本上确定了。但是，每一类机床都有

不同的型式，其工艺范围、技术规格、加工精度、生产率和自动化程度都各不相同，应考虑以下

方面。

（１）机床的类型应与工序划分的原则相适应。数控机床或通用机床适用于工序集中的单

件小批量生产；对于大批量生产，则应选择高效自动化机床和多刀、多轴机床。

（２）机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的有关尺寸相适应。即小工件

用小规格的机床加工，大工件用大规格的机床加工。

（３）机床的精度与工序要求的加工精度相适应。粗加工工序应选用精度低的机床；精度

要求高的精加工工序，应选用精度高的机床。注意，机床精度不能过低，也不能过高。机床精

度过低，不能保证加工精度；机床精度过高，会增加零件制造成本。应根据零件加工精度要求

合理选择机床。

５加工余量的选择

数控加工的加工余量等于每个中间工序加工余量的总和。工序间加工余量的选择应遵循

有足够的加工余量，加工方法和设备的刚性，以及工件可能发生的变形。过大的加工余量反而

会由于切削抗力的增加而引起工件变形加大，影响加工精度。还应该考虑工件的尺寸和热处

理引起的变形。在保证加工精度的前提下，应尽量采用最小的加工余量总和，以求缩短加工时

间，降低加工费用。

６切削用量的选择

数控加工切削用量的选择应注意的事项如下。

（１）充分保证刀具能加工完一个工件或保证刀具的耐用度不低于一个工作班，最好也不

低于半个班的工作时间。

（２）在机床刚度允许的情况下，尽可能使切削深度等于工件的加工余量。一般进刀量选

为０２～０５ｍｍ。

（３）对于表面粗糙度和精度要求高的零件，应留有足够的精加工余量。数控机床的精加

工余量可以比普通机床小一些。

（４）主轴转速应根据切削速度选择。Ｖ＝πｄｎ／１０００，其中，ｄ（ｍｍ）为刀具或工件直径；

Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）为切削速度，由刀具耐用度决定；ｎ（ｒ／ｍｉｎ）应根据计算值在机床说明书中选用标

准件。

（５）进给量（进给速度）ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ或ｍｍ／ｒ）一般取２０～５０ｍｍ／ｍｉｎ。当加工精度及表面

粗糙度要求高时，进给量应选择小一些，最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制，并

与脉冲当量有关。用硬质合金刀具高速切削钢件时，进给量不能过小，小于一定限度时实际表

面粗糙度反而加大，这是由于圆弧刃的切削厚度变化所致。

７对刀点与换刀点的选择

对刀点与换刀点的确定是数控加工工艺分析的重要内容之一。对刀点是数控加工的刀具

４３ 数控加工技术与编程

相对零件运动的起点，又称起刀点，也就是程序运行的起点。对刀点选定后，即确定了机床坐

标系与零件坐标系之间的相对位置关系。

刀具在机床上的位置是由刀位点的位置表示的。刀位点是指在加工程序编制中用以表示

刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。不同的刀具，刀位点不同。对于平头立铣刀、端铣

刀类刀具，刀位点为其底面中心；对于钻头，刀位点为钻尖；对于球头铣刀，则为球心；对于车

刀、镗刀类刀具，刀位点为其刀尖。对刀点找正的准确度将直接影响加工的精度，对刀时，应使

刀位点与对刀点一致。

对刀点的选择原则，主要是考虑对刀点在机床上对刀方便，便于观察和检测；编程时便于

数学处理和有利于简化编程。对刀点可选在零件或夹具上。为提高零件的加工精度，减少对

刀误差，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。例如以孔定位的零件，应将孔的中

心作为对刀点；而对车削加工，则通常将对刀点设在工件外端面的中心上。

对数控车床、镗铣床、加工中心等多刀加工的数控机床，在加工过程中需要换刀，故编程时

应考虑不同工序之间的换刀位置（即换刀点）。为了避免换刀时刀具与工具及夹具发生干涉，

换刀点应设在工件外部。

８数控工艺文件的填写

（１）数控加工工序卡片

工序卡片是编制数控加工程序的主要依据，是操作人员配合数控程序进行数控加工的主

要指导性文件。它主要包括：工步顺序、工步内容、各工步所用刀具及切削用量等。

（２）数控加工刀具卡片

刀具卡片是组装刀具和调整刀具的依据，它包括刀具号、刀具名称、刀柄型号、刀具直径和

长度等。

（３）数控加工进给路线图

进给路线（走刀路线）图主要反映加工过程中刀具的运动轨迹，其作用是一方面方便编程

人员编程，另一方面帮助操作人员了解刀具的进给轨迹，以便确定夹紧位置和夹紧元件的高

度。

１４ 成组工艺和ＣＡＰＰ简介

１４１ 成组技术

１基本概念

众所周知，传统的中小批量生产方式存在产量小、生产准备工作量大、生产效率低，以及不

利于生产的协调计划、组织管理等缺陷。为了克服中小批量生产的上述缺陷，人们对这种生产

类型进行了大量的研究。统计分析表明，任何一种机器产品中的组成零件都可以分为专用件、

相似件和标准件三大类。在一般产品中，相似件出现的概率高达６５％～７０％。因此，如果能

充分利用这一特点，就可以将那些看似孤立的零件按相似性原理划分为具有共性特征的一组，

５３第１章 数控加工基础

在加工中以群体为基础集中对待，从而有可能将多品种小批量生产转化为类似大批量生产类

型。利用零件的相似性原理，将零件分类成组，就是成组技术生产的基本出发点。

成组技术（ＧｒｏｕｐＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧＴ）是用科学的方法将企业生产的多种产品、部件和零件，

按照特定的相似性准则（分类系统）分类归组，并在分类的基础上完成产品生产的各个环节，从

而实现产品设计、工艺制造和生产管理的合理化和科学化。以相似产品零件的“叠加批量”取

代原来的单一品种批量，采用近似于大批量生产中的高效工艺、设备及生产组织形式进行生

产，从而提高生产率和经济效益。

随着计算机技术和数控技术的应用与发展，成组技术也已成为计算机辅助工艺规程设计

（ＣＡＰＰ）、柔性制造系统（ＦＭＳ）和计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）的基础。

２成组加工工艺的制定

对零件进行分类成组是实施成组技术的关键。

（１）对零件分类编码

制造企业可以根据具体情况选用合适的系统对零件进行分类编码。编码方法有手工编码

和计算机辅助编码两种。手工编码是根据编码法则，对照零件图用手工方式逐一编出各码位

的代码。显然，手工编码的效率低，劳动强度大，而且容易出错。现在较好的方法是采用计算

机辅助编码，有问答式和菜单式两种方法。利用计算机编码效率高，出错率低，因而能减轻编

码人员的劳动强度，并避免许多人为的编码错误。

对零件分类编码完成后，需根据其结构特征和工艺特征的相似性进行分类成组，目前常用

的划分零件组（族）的方法如下。

① 试检法

试检法是由有经验的工艺师根据零件图样或实际零件及制造过程，直观地凭经验判断零

件的相似性，对零件进行分类成组。这种方法在对零件粗略分类时很有效，例如将零件划分成

回转体类、箱体类、杆件类等，但要对零件进行较细的划分就比较困难。

② 生产流程分析法

这是一种按工艺特征相似性分类的方法。首先根据每种零件的工艺路线卡片列出工艺路

线表，在表上用某一标记表示该零件需在某一机床上加工，然后通过对生产流程的分析、归纳，

整理出具有相似工艺路线的新的工艺路线表，从而方便地得出具有相似工艺路线的零件组，同

时得出加工该零件组的一组机床。生产流程分析法是一种应用很普遍的方法。

③ 编码分类法

这种分类法又细分为特征码位法、码域法和特征位码域法。

我国的ＪＬＢＭ１分类编码系统是由原机械工业部于１９８５年颁布的实施成组技术的指导

性文件（ＪＢ／Ｚ２５１—８５）。ＪＬＢＭ１用１５个码位描述零件信息，系统为混合式结构，名称类别分

为回转体和非回转体两大类，各自为数式结构，各类的第３～９位码分别为链式结构，辅助码也

是链式结构，用于各类零件的描述。

（２）制定成组工艺过程

完成对零件分类成组后，接下去的任务是对不同的加工组制定适合组内各零件的成组工

艺过程。

① 复合零件法

６３ 数控加工技术与编程

又称主样件法，是根据一定的相似零件相似性标准，用编码分组法划分零件设计族，抽出

设计族中的每一个零件的全部功能要素，并将这些要素集中起来，或者从设计族中挑选结构较

复杂的零件为基础，把没有包括进去的其他零件功能要素叠加上去，设计一个假想的零件，也

即复合零件，然后对复合零件标准化，设计实用于全族的通用工艺规程。

② 复合路线法

从分析加工组中各零件的工艺路线入手，从中选出一个工序最多，加工过程安排合理并有

代表性的工艺路线，然后以它为基础，逐个与同组其他零件的工艺路线比较，并把其他特有的

工序按合理的顺序叠加到有代表性的工艺路线上，使之成为一个工序齐全、安排合理、适用于

同组内所有零件的复合工艺路线。

（３）设计成组夹具

成组夹具是推行成组工艺的主要物质基础之一，成组夹具性能的优劣将会影响成组技术

的效果。成组夹具设计是建立在对产品零件进行分析的基础上，分组时应注意对零件的定位

夹紧系统的共性进行充分的研究，以便为成组夹具设计提供依据。一般的做法是，先找出具有

比较典型特征的零件为代表，或人为地描绘出比较典型的代表零件，然后再将代表零件的主要

加工表面加以典型化，或把同组零件的加工表面复合成为代表零件的加工表面，从而把它作为

主要设计对象进行构思。对于成组夹具的有关尺寸，运用统计方法列出范围，作为设计的参

考，在保证可靠的基础上考虑快换、快调的方式方法。

（４）选择机床并确保生产组织形式

成组加工的机床应按工艺路线编制成机床组并做合理布置，机床布置以后，生产组织形式

也就基本确定。成组加工的机床应有良好的精度和刚度，在一定范围内可调，并且生产率高，

调整迅速、方便、准确。值得注意的是，数控机床在成组加工中日益增多，特别是应用零件组的

计算机辅助编程，可以自动编出零件的数控程序，显著提高生产率和加工质量。

１４２ 成组生产的组织形式

成组生产的组织形式有成组单机、成组生产单元、成组生产流水线和柔性制造系统４种。

１成组单机

成组单机加工是把一些工序相同或相似的零件集中在一台机床上加工。它的特点是从毛

坯到产品多数可在同一类型的设备上完成，也可仅完成其中某几道工序的加工。例如转塔车

床、自动车床加工的中小零件，一般属于这种类型。这种组织形式是最初级的形式，最易实现，

但对较复杂的零件需用多台机床完成时，其效果就不显著。值得一提的是，自从出现加工中心

以来，成组单机加工又重新得到重视。

２成组生产单元

成组生产单元是指一组或几组工艺上相似零件的全部工艺过程，由相应的一组机床完成，

该组机床即构成车间的一个封闭的生产单元。其主要特点是由多种类型的机床组成一个封闭

的生产系统，完成一组或多组相似的零件的全部工艺过程，零件不必按批转移工序，减少了工

件在制品数量，缩短了零件的运输路线和时间，提高了设备利用率，并缩短了生产周期等。鉴

７３第１章 数控加工基础

于上述优点，成组生产单元得到了广泛应用。

３成组生产流水线

成组生产流水线是成组技术的较高级组织形式。它与一般流水线的主要区别在于生产线

上流动的不是一种零件，而是多种相似零件。对每一种零件来说，它不一定经过线上的每一台

机床加工，所以它能加工的工件种类较多，工艺适应性较大。

４柔性制造系统

柔性制造系统一般是指用一台主机将各台数控机床连接起来，配以物料流与信息流的自

动控制生产系统。它一方面可以进行自动化生产，另一方面又允许对相似零件组中的不同零

件经过少量调整后实现不同工序的加工。这一组织生产的方式代表着现代制造行业的发展方

向。

成组技术是计算机辅助工艺规程设计（ＣＡＰＰ）的基础之一，在成组技术基础上发展起来的

派生法ＣＡＰＰ设计方法，已成为工艺现代化的一种主要方法。另外，成组技术作为一种生产哲

理，对柔性制造技术和集成制造技术的发展产生了深刻的影响。

１４３ ＣＡＰＰ概述

产品的工艺规程设计是一项需要大量时间和经验的工作。随着产品设计和产品制造中采

用了计算机辅助手段（ＣＡＤ／ＣＡＭ），作为连接产品设计和制造的中间环节，工艺规程设计也必

须实现自动化才能与之适应。计算机技术的发展，为工艺领域中实现工艺设计自动化提供了

可能；而成组技术的实施，则为工艺设计的自动化奠定了技术基础。

通过向计算机输入被加工零件的原始数据、加工条件和加工要求，由计算机自动进行编

码、编程直至最后形成经过优化的工艺规程卡片的过程，称为计算机辅助工艺规程设计

（ＣＡＰＰ）。

ＣＡＰＰ可根据某一给定零件的特点自动生成加工工序，编制工艺卡片。ＣＡＰＰ的实现解决

了工艺过程设计中的多样性问题，减少了工艺师的重复劳动，有利于实现标准化和工艺过程的

优化，保证工艺设计的质量。

ＣＡＰＰ最初的低级形式仅是用于工艺规程的检索和管理，即利用计算机储存已有的单独

工艺，需要时向计算机查询和检索。在成组技术的基础上，ＣＡＰＰ逐步发展成通过修改、编辑

功能，在已有的标准工艺过程的基础上生成新零件的工艺工程的实用技术。

目前的ＣＡＰＰ系统，按照其基本原理和方法可以分为派生法和创成法两种基本类型。

１派生法原理

派生法工艺规程设计是建立在成组技术基础上的，它利用零件的相似性检索已存入计算

机的标准工艺规程，再加上适当的修改、编辑，生成新的工艺规程。派生法工艺规程需要经过

如下两个步骤。

（１）准备阶段

① 对大量零件进行编码，建立零件特征矩阵。其中，第一维数组表示码位，第二维数组表

８３ 数控加工技术与编程

示码值。

② 建立零件族特征矩阵。

③ 制定零件族的标准工艺规程。

④ 将上述零件族的特征矩阵和相应的标准工艺规程一一对应地存入计算机。

（２）使用阶段

① 首先将需要进行工艺规程设计的新零件按照同样的编码系统进行编码，然后将这个代

码输入计算机，通过计算机中的零件族检索程序，找到该零件所属的零件族。

② 调出该零件族的标准工艺规程。

③ 根据零件的特殊要求，修改和编辑这个标准的工艺规程，最后生成该零件独立的工艺

规程。

上述步骤都是通过计算机直接进行的。

２创成法原理

创成法是另一种类型的ＣＡＰＰ。它并不以原有的工艺规程为基础，即计算机中并没有预

先存入“标准工艺规程”，而是在计算机软件系统中收集了大量的工艺数据和加工知识，并在此

基础上建立了一系列决策逻辑，形成了工艺数据库。因此，它可以直接根据输入的图形和加工

信息，模仿工艺人员，应用各种工艺决策逻辑规则，在无人干预的条件下自动生成零件的工艺

规程。

从理论上讲，创成法工艺设计系统是一个完备的、高级的系统，它拥有工艺设计所需要的

全部信息，在其软件系统中包含了全部决策逻辑，因此使用极为方便。但是，由于工艺设计中

所涉及的因素多且复杂，因此开发完全自动生成工艺规程的创成法系统，还存在许多技术上的

困难。

目前，用派生法生成的工艺规程方法已经比较成熟，应用十分广泛，现有的大部分ＣＡＰＰ系统都属于这种类型。所谓半创成式ＣＡＰＰ系统是一种以派生法为主、创成法为辅的，两种方

法相结合的ＣＡＰＰ系统。

３ＣＡＰＰ的意义和应用

随着多品种生产在现代制造业中的主导地位的确立，人们越来越认识到工艺规程设计对

企业成功与否所起的关键作用。一个理想的工艺文件应能保证工厂以最低的成本、最有效的

手段制造出已设计好的产品。它至少能完成以下功能：翻译产品的设计信息，合理地选择加工

基准面，合理地安排加工顺序，选择合适的加工机床和工艺装备（夹具、刀具、量具），确定加工

精度，决定合理的切削用量，组合工步，计算每一工序的工时定额，把上述文件整理成工艺文件

等。

由于企业及产品的多样性和复杂性，目前为了完成上述产品工艺设计过程，企业一般都停

留在手工编制工艺规程和工艺文件阶段，使产品的工艺设计存在着不可避免的缺陷。这主要

表现在效率低和工艺规程缺乏一致性等方面。

为了解决上述问题，适应工厂不断开发新产品、尽量缩短工艺准备周期的要求，在生产中

采用ＣＡＰＰ技术是必然的。采用ＣＡＰＰ技术不仅可以提高设计速度，达到优化设计的目的，而

且可以克服加工工艺的不一致性、质量不稳定性等缺点，从而使设计费、材料费、工时费、刀具

９３第１章 数控加工基础

费、管理费、设备费和废品率等得以大幅度的降低；另一方面，还可以缩短生产准备周期，提高

企业活力。因此，ＣＡＰＰ技术给企业带来的效益是相当可观的。

目前，国内外的许多科研机构和工厂已经开发出了许多商业性的ＣＡＰＰ系统。这些

ＣＡＰＰ系统大多用于回转体零件，其次为棱柱形零件和板块类零件，而对非回转体零件则应用

得较少。这主要是由于ＣＡＰＰ所涉及的对象（工艺设计）具有相当的复杂性和模糊性，而且这

些ＣＡＰＰ系统多用于单件小批量生产类型，因为这种生产对用户要求的影响较大，制造任务和

管理工作经常变化，工艺设计需要花费较大的力量，因此使用ＣＡＰＰ的愿望比较迫切。

在ＣＡＰＰ技术的研究和开发中，仍存在许多有待解决的问题。例如，大多数系统的功能和

应用范围小，系统的开发处于低水平的重复阶段，一些最基本的工程问题，例如零件信息的描

述和输入，决策逻辑的汇集，模块化和算法化，各种工程数据库的建立和维护等问题，还没有得

到很好的解决。它们已成为制约ＣＡＰＰ技术发展的因素。探索解决基本工程问题的新途径及

对系统的集成化、智能化研究是目前ＣＡＰＰ技术的发展方向。

１５ 习题

１机械加工工艺过程通常为什么要划分加工阶段？

２何谓工序集中与工序分散？各有何特点？

３什么是加工余量？加工余量、工序尺寸与公差之间有何关系？

０４ 数控加工技术与编程

第２章 数控机床基本知识

２．１ 数控机床的发展

随着科学技术的飞速发展，机械产品日趋复杂，社会对机械产品的质量和生产率提出了越

来越高的要求。在航空、航天、造船、军工和计算机等工业中，零件的精度高、形状复杂、批量

小、经常改动、加工困难、生产效率低且劳动强度大，质量难以保证。机械加工工艺过程的自动

化和智能化是适应上述发展特点的最重要手段。为解决上述问题，一种灵活、通用、高精度、高

效率的“柔性”自动化生产设备———数控机床应运而生。

１．数控机床发展简史

数控机床就是将加工过程所需的各种操作（例如主轴变速、松夹工件、进刀／退刀、开车／停

车、自动开／停冷却液等）和步骤，以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过介质（例如穿

孔纸带、磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理和运算，发出各种

控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需工件。数控机床的诞

生和发展，有效地解决了一系列生产上的矛盾，为单件、小批量精密复杂零件的加工提供了自

动化加工手段。

１９５２年３月，美国Ｐａｒｓｏｎｓ公司和麻省理工学院（ＭＩＴ）合作研制成功了世界上第一台三

坐标数控铣床，可以进行直线插补，用于火箭零件制造。在此之后，其他一些国家如德国、英国

和日本都相继开发、生产及使用数控机床，其中日本发展最快。当今世界著名的数控系统厂家

主要有日本的ＦＡＮＵＣ公司、德国的Ｓｉｅｍｅｎｓ公司、美国的ＡＢ公司、意大利的Ａｂｏｓｚａ公司等。

数控机床最早出现并使用的是数控铣床。１９６０年以后，点位控制的数控机床得到了迅速

发展，点位控制的数控系统比轮廓控制的数控系统简单得多。因此，数控钻床、数控冲床、数控

镗床得到了发展。

１９５９年，美国Ｋｅａｎｅｙ＆Ｔｒｅｃｋｒｅ公司成功开发了具有刀库、刀具交换装置、回转工作台的

数控机床，可以在一次装夹中对工件的多个面进行多工序加工，例如进行钻孔、铰孔、攻螺纹、

镗削、平面铣削等加工。至此，数控机床的新一代类型———加工中心（ＭａｃｈｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ）诞生

了，并成为当今数控机床发展的主流。

１９７４年，微处理器直接应用于数控机床，进一步促进了数控机床的普及、应用和发展。

２０世纪８０年代初，出现了以１台（或２～３台）加工中心或车削中心为主体、配上工件自

动装卸和监控检验装置的所谓柔性制造单元（ＦｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｅｌｌ，ＦＭＣ）。ＦＭＣ可以

集成到柔性制造系统（ＦｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＦＭＳ）或更高级的集成制造系统中使用。

当前，ＦＭＳ正从切削加工向板材冷加工、焊接、装配等领域扩展。ＦＭＣ和ＦＭＳ是实现计算机

集成制造系统（ＣｏｍｐｕｔｅｒＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＣＩＭＳ）的基础。

计算机控制（ＣｏｍｐｕｔｅｒＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ，ＣＮＣ）。现代数控系统是采用微处理器或专用

微机的数控系统，由事先存放在存储器里的应用程序（软件）实现控制逻辑，实现部分或全部数

控功能，并通过接口与外围设备进行联结，称为ＣＮＣ系统，这样的机床一般称为ＣＮＣ机床。

总之，数控机床是数字控制技术与机床相结合的产物。从狭义的方面看，数控一词就是

“数控机床”的代名词；从广义的范围看，数控技术本身在其他行业中有更广泛的应用，称为广

义数字控制。数控机床就是将加工过程的各种机床动作，由数字化的代码表示，通过某种载体

将信息输入数控系统，控制计算机对输入的数据进行处理，从而控制机床的伺服系统或其他执

行元件，使机床加工出所需要的工件，其过程如图２１所示。

图２１ 数控机床的加工过程

２．数控机床的发展趋势

目前，世界各工业发达国家都把机械加工设备的数控化率作为衡量一个国家工业化水平

的重要标志，竞相发展数控技术。许多国家通过制定特殊的产业政策，从产业组织结构、设备

折旧制度、技术攻关和人才培训等方面引导数控技术的发展。近年来，数控机床的发展特点表

现在以下几个方面。

（１）数控系统的硬件走向通用化、模块化和标准化

近年来美国正在开发的ＮＧＣ控制器数控系统是个开放式系统。它可根据不同的功能要

求使用ＰＣ总线或ＶＨＦ总线构成多总线和多ＣＰＵ系统，其基本模块已制作为通用的、标准

的、系列化的产品。数控系统的开发人员可在ＮＧＣ标准规范指导下，采用不同厂家的软、硬

件模块，组成不同档次的数控系统，以适应各类机床的ＣＮＣ控制。

（２）利用计算机的软件资源提高数控系统的性能

随着微型计算机的广泛应用，大量的应用软件极大地丰富了以通用微机为基础的系统控

制功能，一些新技术（例如多媒体技术、容错技术、模糊控制技术、人工智能技术等）逐渐被新一

代数控系统采用，主要如下。

① 人工智能图形会话编程，可进行特征造型和工艺数据库基础上的自动编程。

② 引入故障诊断专家系统，实现完善的自诊断和故障监控功能。

③ 完善的误差补偿功能，包括空间几何误差补偿、零点误差补偿和夹具位置误差补偿。

④ 刀具寿命管理、刀具破损综合检测功能等。

（３）新一代伺服驱动装置上大量采用新技术

① 智能化交流伺服驱动装置。

② 无刷直流伺服电机及驱动系统。

③ 双励磁绕组同步电机及其控制装置。这种电机的矢量控制调速系统比交流电机的调

速系统简单得多，其动、静态特性也优于交流调速系统。

２４ 数控加工技术与编程

２．２ 数控机床的组成和工作原理

２．２．１ 组成

现代计算机数控机床由程序、输入／输出设备、计算机数控装置、可编程控制器、主轴控制

单元及速度控制单元等部分组成。如图２２所示。

图２２ 数控机床的组成

在数控机床上加工零件时，首先根据零件图纸上的零件形状、尺寸和技术要求确定加工工

艺，然后编制出加工程序。程序必须存储在某种介质上，例如磁带或磁盘等。

１．输入／输出装置

存储介质上记载的加工信息需要输入装置输送给机床数控系统，数控系统中存储的零件

加工程序可以通过输出装置传送到存储介质上。输入／输出装置是机床与外部设备的接口，目

前输入输出装置主要有软盘驱动器、ＲＳ２３２Ｃ串行通信口、ＭＤＩ方式等。

２．数控装置

数控装置是数控机床的核心，它接收输入装置送到的数字化信息，经过数控装置的控制软

件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，将各种指令输出给伺服系统，使设备可以按规定

的动作执行。

数控装置一般有专用数控装置和通用数控装置两种类型。

（１）专用数控装置

专用数控装置简称为ＮＣ数控装置，它是根据零件加工功能的要求，采用专用逻辑电路的

方法构成的控制装置。

（２）通用数控装置

通用数控装置简称为ＣＮＣ数控装置，它是由一台小型或微型计算机作为控制硬件，再配

以适当的接口电路构成的数控装置。将预先设计调试好的控制软件存入计算机，以实现数控

３４第２章 数控机床基本知识

机床的控制逻辑和各种控制功能，只要改变控制软件就可以改变控制功能。因此，这种数控装

置的灵活性和通用性很强，现代数控系统大都采用这种数控装置。

３．伺服系统

伺服系统包括伺服驱动电机、各种伺服驱动元件和执行机构等，它是数控系统的执行部

分。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。每一个脉冲信号使

机床移动部件的位移量称为脉冲当量，也称为最小设定单位。常用的脉冲当量为０．００１ｍｍ／

脉冲。每个进给运动的执行部件都由相应的伺服驱动系统控制，整个机床的性能主要取决于

伺服系统。常用的伺服驱动元件有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、电液伺服电机等。

４．检测反馈系统

检测反馈装置的作用是对机床的实际运动速度、方向、位移量及加工状态加以检测，把检

测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算出实际位置与指令位置之间的偏差，并

发出纠正误差指令。测量反馈系统可分为半闭环和闭环两种系统。半闭环系统中，位置检测

主要使用感应同步器、磁栅、光栅、激光测距仪等。

５．机床本体

机床本体是加工运动的实际机械部件，主要包括：主运动部件，进给运动部件（例如工作

台、刀架）和支承部件（例如床身、立柱等），以及冷却、润滑、转位部件（例如夹紧、换刀机械手）

等辅助装置。

２．２．２ 工作原理

在数控机床上，工件加工的全过程是由数字指令控制的，在加工前要用指定的数字代码按

照工件图样编制出程序，制成控制介质，输入数控机床中，使之按指令自动加工工件。其工作

原理如图２３所示。

图２３ 数控机床的工作原理

在数控机床上加工零件经过的步骤如下。

４４ 数控加工技术与编程

１．准备阶段

根据加工零件的图纸，确定有关加工数据（刀具轨迹坐标点、加工的切削量、刀具尺寸等），

根据工艺方案、夹具选用、刀具类型选择等确定有关辅助信息。

２．编程阶段

根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序（程序就是对加工工

艺过程的描述），并填写程序单。

３．准备信息载体

根据已编好的程序单，将程序存放在信息载体（磁带、磁盘等）上，信息载体上存储着加工

零件所需要的全部信息。目前，随着计算机网络技术的发展，可直接由计算机通过网络与机床

数控系统通信。

４．加工阶段

执行程序时，机床ＮＣ系统将程序译码、寄存和运算，向机床伺服机构发出运动指令，以驱

动机床的各运动部件，自动完成对工件的加工。

２．２．３ 加工特点

１．加工精度高且加工质量稳定

数控机床的机械传动系统和机构都有较高的精度、刚度和热稳定性。数控机床的加工精

度不受零件复杂程度的影响，零件的加工精度和质量由机床保证，完全消除了操作者的人为误

差。所以，数控机床的加工精度高，加工误差一般能控制在０．００５～０．０１ｍｍ之内，而且同一

批零件的加工一致性好，加工质量稳定。

２．加工生产效率高

数控机床结构刚性好、功率大，能自动进行切削加工，所以能选择较大的、合理的切削用

量，并自动连续完成整个切削加工过程，能大大缩短机加工时间。目前，数控机床的最高进给

速度可达到１００ｍ／ｍｉｎ以上，最小分辨率达０．０１μｍ。一般来说，数控机床的生产能力约为普

通机床的３倍，甚至更高。数控机床的时间利用率高达９０％，而普通机床仅为３０％～５０％。

３．减轻劳动强度及改善劳动条件

数控机床的加工，除了装卸零件、操作键盘、观察机床运行外，其他机床动作都是按加工程

序要求自动连续地进行的，操作者不需要进行繁重的重复手工操作。所以，它能减轻工人劳动

强度，改善劳动条件。

５４第２章 数控机床基本知识

４．对零件加工的适应性强且灵活性好

数控机床能实现多个坐标轴联动，加工程序可按对加工零件的要求而变换，所以它的适应

性和灵活性很强，可以加工普通机床无法加工的形状复杂的零件。

５．有利于生产管理

数控机床加工时，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化刀、夹、量具和半成品的管

理工作。加工程序用数字信息的标准代码输入，有利于与计算机联结，构成由计算机控制和管

理的生产系统。

２．２．４ 数控机床与普通机床的区别

数控机床在对操作者的要求、加工精度、加工工艺等方面与普通机床有显著的不同，如表

２１所示。

表２１ 数控机床与普通机床的比较

数 控 机 床 普 通 机 床

操作者可在较短的时间内掌握操作和加工技能

加工精度高、质量稳定，较少依赖操作者的技能水平

编制程序花费的时间较多

加工零件复杂程度高，适合多工序加工

易于加工工艺标准化和刀具管理规范化

适于长时间无人操作和加工自动化

适于计算机辅助生产控制

生产率高

要求操作者有长期的实践经验

高质量、高精度的加工要求操作者具有高的技能水平

适合加工形状简单、单一工序的产品

加工过程要求具有直觉和技巧

操作者以自己的方式完成加工，加工方式多样，很难实现标准化

加工的准备环节必不可少的，例如材料的预去除及夹具的制作等

很难提高加工的专门技术，不利于知识系统化和普及

生产率低，质量不稳定

２．３ 数控加工过程控制

２．３．１ 加工零件的控制原理

数控机床通过控制刀具相对工件的运动实现对零件的加工。数控装置按加工程序规定的

运动轨迹要求，将刀具对工件的运动分割成最小的位移量，通过不断地向各坐标轴方向输出脉

冲形式的指令，使刀具沿着各坐标轴移动若干个脉冲当量，实现刀具对工件的相对运动，完成

对零件的加工。

数控装置在控制刀具沿零件轮廓加工时，需要用插补运算，即在规定的加工轮廓起点和终

点之间计算出多个中间点的坐标值，以此控制机床各坐标轴的运动。常用的插补运算方法主

要有脉冲增量插补法和数据采样插补法。脉冲增量插补法主要有逐点比较法和数字积分

（ＤＤＡ）法。逐点比较法是一种由运动偏差产生信息的插补方法，通过不断比较刀具与被加工

零件轮廓之间的相对位置决定刀具的进给，如图２４所示。数字积分法是一种由曲线方程产

６４ 数控加工技术与编程

生运动信息的方法，其基本原理是通过对速度分量进行数字积分确定刀具的位移，使刀具沿着

稳定的轨迹移动。

图２４ 逐点比较法

２．３．２ 数控加工过程中的控制信息流程

数控加工是通过ＣＮＣ装置，根据零件的加工程序控制数控机床自动完成的。进行零件加

工时，先将编写好的零件程序输入ＣＮＣ装置，然后根据输入的程序段插补出理想的轨迹，控制

执行部件，加工出需要的零件。每一个加工程序段的处理经过输入、译码、刀具补偿、进给速度

处理、插补、位置控制等信息转换过程。图２５是直线加工信息转换流程图。

图２５ 直线加工信息转换流程图

２．４ 数控机床分类

数控机床品种繁多，可以根据数控机床的控制运动方式、伺服系统、工艺用途和功能进行

分类。

２．４．１ 按控制运动方式分类

１．点位控制数控机床

点位控制数控机床的数控装置采用控制刀具从某一位置向另一目标点位置移动，对两点

间的移动速度和运动轨迹没有严格要求，但最终能准确到达目标点位置的控制方式。点位控

７４第２章 数控机床基本知识

制的数控机床，其刀具在移动过程中不进行加工，而是进行快速空行程定位运动。点位控制系

统如图２６所示。

采用点位控制的有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等，如图２７所示。

图２６ 点位控制系统 图２７ 数控钻床

２．直线控制数控机车床

这类机床不仅要控制点的准确定位，而且要求刀具（或工作台）以一定的速度沿与坐标轴

平行的方向进行切削加工。直线控制系统如图２８所示。

采用直线控制的有简易数控车床、数控镗床等，如图２９所示。

图２８ 直线控制系统 图２９ 数控车床

３．连续控制数控机床

连续控制系统又称轮廓控制系统，该系统可以对刀具相对于零件的运动轨迹进行连续控制，以

加工出任意斜率的直线、圆弧、抛物线或其他函数关系曲线的零件，轮廓控制系统如图２１０所示。

这类机床能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关控制，使合成的平

面或空间的运动轨迹能够满足零件轮廓的要求。

８４ 数控加工技术与编程

图２１０ 轮廓控制系统

该类机床有数控铣床、加工中心等，如图２１１和图２１２所示。

图２１１ 数控铣床 图２１２ 加工中心

２．４．２ 按伺服系统分类

１．开环控制系统

开环控制系统是指不带反馈的控制系统，即系统没有位置反馈元件，通常用功率步进电机

或电液伺服电机作为执行机构。输入的数据经过数控系统的运算，发出指令脉冲，通过环型分

配器和驱动电路，使步进电机或电液伺服电机转过一个步距角，再经过减速齿轮带动丝杠旋

转，最后转换为工作台的直线移动。如图２１３所示。

在开环控制系统中，机床没有检测和反馈装置，数控装置发出的信号是单向的。同时，它

不能纠正伺服系统的误差，所以这类机床的加工精度不高。但是这类系统结构简单、调试方

便、工作可靠、稳定性好、价格低廉，因此被广泛用于精度要求不太高的经济型数控机床上。

图２１３ 开环控制系统

９４第２章 数控机床基本知识

２．闭环控制系统

闭环控制系统的工作原理是当数控装置发出位移指令脉冲，经电机和机械传动装置使机

床工作台移动时，安装在工作台上的位置检测器就把机械位移变成电压量，反馈到输入端与输

出信号比较，得到的差值经过放大和变换，最后驱动工作台向减少误差的方向移动。

与开环不同的是，闭环控制系统增加了比较电路和反馈装置，可以消除伺服机构中出现的

误差，从而提高了机构精度。因此，它在数控机床，特别是在精度要求高的大型和精密机床上

应用十分广泛。这类机床的特点是精度高、速度快，但调试和维护比较复杂，价格较高。系统

的稳定性是这类机床的主要问题。闭环控制系统如图２１４所示。

图２１４ 闭环控制系统

３．半闭环控制系统

半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上装有角位移测量装置（例如感应同步器和光电编

码器等），通过检测丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控系统中，由于惯性较大

的机床移动部件不包括在检测范围之内，因而称为半闭环控制系统，如图２１５所示。

图２１５ 半闭环控制系统

这类系统的加工精度低于闭环控制系统的加工精度，但其调试比较容易，稳定性也好，在

生产中应用得相当普遍。

２．４．３ 按工艺用途分类

数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，各种类型的数控机床基本上起源于同类型

的普通机床，按工艺用途分类大致如下。

０５ 数控加工技术与编程

● 数控车床（ＮＣＬａｔｈｅ）。

● 数控铣床（ＮＣＭｉｌｌｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ）。

● 加工中心（ＭａｃｈｉｎｅＣｅｎｔｅｒ）。

● 数控钻床（ＮＣＤｒｉｌｌｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控镗床（ＮＣＢｏｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控齿轮加工机床（ＮＣＧｅａｒＨｏｌｌｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控平面磨床（ＮＣＳｕｒｆａｃｅＧｒｉｎｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控外圆磨床（ＮＣＥｘｔｅｒｎａｌＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控轮廓磨床（ＮＣＣｏｎｔｏｕｒＧｒｉｎｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控工具磨床（ＮＣＴｏｏｌＧｒｉｎｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控坐标磨床（ＮＣＪｉｐＧｒｉｎｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控电火花加工机床（ＮＣＤｉｅｓｉｎｋｉｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控线切割机床（ＮＣＷｉｒｅＥｌｅｃｔｒｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控激光加工机床（ＮＣＬａｓｅｒＢｅａｍＭａｃｈｉｎｅ）。

● 数控冲床（ＮＣＰｕｎｃｈｉｎｇＰｒｅｓｓ）。

● 数控超声波加工机床（ＮＣＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＭａｃｈｉｎｅ）。

● 其他，如三坐标测量仪等。

其中，加工中心、数控电火花加工机床、数控激光加工机床等新型加工设备的出现，与传统

上的普通机床有明显差别。随着数控技术的发展，数控机床在多功能、高精度、良好的加工能

力方面会有较大的发展，同时带来了数控机床种类的更新与多样化。

２．４．４ 按数控装置的功能水平分类

１低档数控机床

又称经济型数控机床，一般由单板机和步进电机组成。其功能简单，价格低，其技术指标

为：脉冲当量０．０１～０．００５ｍｍ，快进速度４～１０ｍ／ｍｉｎ，开环步进电机驱动，用数码管或简单

ＣＲＴ显示，主ＣＰＵ一般为８位或１６位。

２中档数控机床

技术指标为：脉冲当量０．００５～０．００１ｍｍ，快进速度１５～２４ｍ／ｍｉｎ，伺服系统为半闭环直

流或交流伺服系统，有较齐全的ＣＲＴ显示，可显示字符和图形，人机对话，自诊断等，主ＣＰＵ一般为１６位或３２位。

３高档数控机床

技术指标为：脉冲当量０．００１～０．０００１ｍｍ，快进速度２４～１００ｍ／ｍｉｎ，伺服系统为闭环的

直流或交流伺服系统，ＣＲＴ显示除具备中档的功能外，还有三维图形显示等，主ＣＰＵ一般为

３２位或６４位。

１５第２章 数控机床基本知识

２．４．５ 数控机床型号编制

１．以机床的通用特性代号表示

根据金属切削机床型号编制方法（ＧＢ／Ｔ１５３７５—９４）的规定，在类代号之后加字母Ｋ，Ｈ表示。其中，Ｋ（读“控”）表示数控，Ｈ表示加工中心（自动换刀，读“换”）。例如，型号ＣＫ６１３０表示数控车床，ＸＫ５０２５表示数控铣床，ＸＨ７１４表示铣削类加工中心；Ｊ用于表示经济型，如

ＣＪＫ６１５３表示经济型数控车床。

２．英文的含义表示

以英文字母的缩写表示。例如，ＶＭＣ４０表示立式加工中心，ＶＭＣ为英文立式加工中心

的缩写；ＦＭＣ１０００表示柔性制造单元的缩写。

３．以企业名称的拼音字母表示

例如，ＺＫ４００表示镇江机床厂生产的数控机床；ＺＨＳＫ６３表示大连组台机床研究所生产

的数控机床。

２．４．６ 常用数控系统简介

１．日本的ＦＡＮＵＣ系统

ＦＡＮＵＣ系统是最成功的ＣＮＣ系统之一，具有高可靠性及完整的质量控制体系，其故障

率低，操作简便，易于故障的诊断和维修，在我国市场的占有率是最高的。ＦＡＮＵＣ现有０Ｄ系

列和０Ｃ系列、Ｐｏｗｅｒｍａｔｅ系列和０ｉ系列。其中，０ＴＤ用于车床，０ＭＤ用于铣床和小型加工

中心。如果仅用于一般的数控车床，订购０ＴＤ系统较为合理；如果需要一些特殊功能，就应

选择０ＴＣ或更高一级的系统；如果用在配置低档的数控车床上，选择Ｐｏｗｅｒｍａｔｅ０较为经

济。

２．德国的Ｓｉｅｍｅｎｓ系统

德国Ｓｉｅｍｅｎｓ公司是欧洲生产数控系统的主要厂家，目前推出的控制系统主要有８４０Ｄ，

８１０Ｄ，８４０Ｃ，８０２Ｓ，８０２Ｃ，８０２Ｄ等。Ｓｉｅｍｅｎｓ系统采用模块化结构设计，经济性好，具有优良的

机床使用性，具有与上一级计算机通信的功能，易于进入柔性制造系统，并且编程简单，操作方

便。

３．法国的ＮＵＭ系统

该系统主要有１０２０，１０４０，１０５０，１０６０系列。ＮＵＭ系统考虑到数控系统与外部的联系方

便，把与外界联系的所有功能模块制作成可插接的小模块，便于用户将来的维护，具体分为轴

模块、光纤处理模块、内存模块、电源模块等。

２５ 数控加工技术与编程

４．美国的ＡｌｌｅｎＢｒａｄｌｅｙ系统

简称ＡＢ系统，该系统主要有８２００，８４００系列。ＡＢ系统采用模块化结构，可扩展性好；

备有特殊的服务软件，可调整机床参数；带有内装的ＰＬＣ。

５．其他系统

目前国内所用的进口系统还有日本的三菱系统、西班牙的Ｆａｇｏｒ系统等。国内系统主要

有北京数控设备厂（ＢＥＳＫ）的ＢＳ系统，沈阳系统，广州系统，华中系统及辽宁精密仪器厂的ＬＪ系统。

２．５ 习题

１数控机床是由哪些部分组成？

２简述在数控机床上加工零件的步骤。

３简述数控机床的特点。

４按伺服系统和控制运动方式，数控机床可分为哪几类？

５简述开环、闭环和半闭环控制系统的区别。

３５第２章 数控机床基本知识

第３章 数控机床的编程基础

３．１ 数控机床的坐标系

在数控机床上加工零件时，在确定的坐标系中才能按规定的程序进行加工。为了便于编

程时描述机床的运动，应简化程序的编制方法并保证同类数控机床的数据具有互换性。ＩＳＯ标准对数控机床的坐标系和运动方向做了统一规定，公布了ＩＳＯ８４１标准。我国机械工业部

于１９８２年颁布了ＪＢ３０５１—８２数字控制机床坐标和运动方向的命名标准，与ＩＳＯ８４１标准等

效，各数控系统程序设计均以此为基础。

１．刀具相对于静止工件而运动的原则

数控机床加工工件时，有的机床是刀具移动，它靠近或远离被固定的工件；有的机床是工

件移动，它靠近或远离刀具。不论哪一种机床，都看做是相对于静止的工件的坐标系，即刀具

移动。这样，在编程时只要依据零件图纸就能够确定机床加工过程。

２．标准坐标系的规定

图３１ 右手直角笛卡儿坐标系

在数控机床中，机床直线运动的坐标轴ｘ、ｙ、ｚ由右手直角笛卡儿坐标系确定。如图３１所示，右

手的大拇指、食指和中指互相正交，大拇指的指向作

为ｘ轴的正方向，食指的指向作为ｙ轴的正方向，中

指的指向作为ｚ轴的正方向。另外，以ｘ，ｙ，ｚ坐标

轴线或以与ｘ，ｙ，ｚ坐标轴线平行的坐标轴线为中心

旋转的坐标轴，分别称为Ａ，Ｂ，Ｃ坐标轴。

Ａ，Ｂ，Ｃ３个坐标轴的正方向根据右旋定律确定。

所谓右旋定律是，当拧紧螺丝时，以右手大拇指指向螺丝的前进方向，其余４指握住螺丝。大拇指的

指向即表示旋转坐标轴的正方向。如图３１所示，当工件运动时，坐标的正方向用ｘ，ｙ，ｚ表示。

３．数控机床运动部件运动方向的规定

机床规定运动部件的运动正方向是增大刀具与工件之间距离的方向。

（１）ｚ轴的运动

产生的切削动力的轴称为ｚ轴。例如，铣床、镗床等机床转动刀具的轴为主轴，而车床和

磨床则以转动工件的轴称为主轴。在标准坐标系中，始终与主轴平行的坐标轴规定为ｚ轴。

（２）ｘ轴的运动

ｘ轴一般平行于工件的装夹表面。例如，像刨床一样刀具和工件都不旋转的情况，规定切

削方向为ｘ轴的正方向；像车床和磨床一样工件旋转的情况，则垂直于工件旋转轴线的方向

规定为ｘ轴的正方向。

（３）ｙ轴的运动

通过上述方法确定了ｚ轴和ｘ轴以后，按右手定律，食指所指的方向即为ｙ轴的方向。

（４）数控机床坐标系原点

按以上规定确定了坐标轴ｘ，ｙ，ｚ和旋转轴Ａ，Ｂ，Ｃ，其坐标原点由机床制造厂商根据具

体情况确定。机床坐标原点也称为机械原点，它是由每次启动机床后，通过回机械原点而定

的，也就是机床坐标轴依次走到机床正方向的一个极限位置。这个极限位置是机床装配完成

后确定的一个固定位置。机床的３个坐标轴到达此位置时就是机床坐标系的原点。

（５）工件坐标系原点

工件坐标系原点的位置是任意设定的，由它在工件装夹完毕后通过对刀确定的。它是相

对于机械原点的另一个坐标系。这个坐标系的原点称为工件原点，或称为编程原点。

（６）绝对值编程和增量值编程

绝对值编程是根据预先设定的工件编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的方法。绝

对值编程时使用地址ｘ，ｙ，ｚ。

增量值编程是根据与前一个位置的坐标值增量表示位置的一种方法。某些数控机床的增

量值编程用地址Ｕ，Ｖ，Ｗ。

３．２ 数控编程的方法和内容

３．２．１ 数控编程方法

数控机床是按照事先编制好的零件加工程序自动地对工件进行加工的高效自动化设备。在数

控编程之前，编程人员首先应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令

格式等。编制程序时，应先对图纸规定的技术要求，零件的几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，确

定加工方法和加工路线，再进行数学计算，以获得刀位数据。然后按数控机床规定的代码和程序格

式，将工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数及辅助功能（换刀、主轴正反转、冷却液开关

等）编制成加工程序并输入数控系统，由数控系统控制数控机床自动进行加工。

数控机床所使用的程序是按一定的格式并以代码的形式编制的，一般称为“加工程序”。

目前，零件的加工程序编制方法主要有以下３种。

１．手工编程

手工编程指利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行

指令编制。这种方式比较简单，也容易掌握，适应性较大，适用于中等复杂程度的程序，以及计

算量不大的零件编程。对机床操作人员来说，必须掌握。

２．自动编程

自动编程指利用通用的微机及专用的自动程序软件，以人机对话方式确定加工对象和加

工条件，自动进行运算和生成指令。对形状简单（轮廓由直线或圆弧组成）的零件，手工编程是

可以满足要求的，但对于曲线轮廓、三维曲面等复杂型面，一般须采用计算机自动编程。目前，

５５第３章 数控机床的编程基础

中小企业普遍采用这种方法编制较复杂的零件加工程序，效率高，可靠性好。专用软件多为在

开放式操作系统环境下，在微机上开发的，成本低、通用性强。

３．ＣＡＤ／ＣＡＭ

利用ＣＡＤ／ＣＡＭ系统可以进行零件的设计、分析和加工编程。该方法适用于制造业中

ＣＡＤ／ＣＡＭ集成系统，目前正被广泛应用。

本书主要介绍手工编程方法。手工编程的一般方法是，分析工件的零件图和技术要求，确

定工艺路线，计算刀具轨迹坐标，用数控代码编制程序，如图３２所示。

图３２ 程序编制的一般步骤

３．２．２ 程序代码

国际标准化组织（ＩＳＯ）在数控技术方面制定了一系列相应的国际标准，各国也根据各自

的实际情况制定了国家标准，这些标准是数控加工编程的基本原则。在数控加工编程中常用

的标准主要如下。

● 数控纸带的规格。

● 数控机床坐标轴和运动方向。

● 数控编程的编码字母。

● 数控编程的程序段格式。

● 数控编程的功能代码。

国际上通用的代码是ＥＩＡ（美国电子工业协会）和ＩＳＯ（国际标准化协会）代码，代码包括数字码

（０～９）、文字码（Ａ～Ｚ）和符号码。目前广泛采用８位单位标准穿孔纸带作为数控系统的控制介质，

纸带的规格如图３３所示。当代码以穿孔纸带为表现形式时，其含义如表３１和表３２所示。

图３３ ８单位标准穿孔纸带

６５ 数控加工技术与编程

表３１ ＩＳＯ编码字符

代 码 孔

８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １代码符号 定 义

〇 〇 。 ０ 数字０

〇 〇 〇 。 〇 １ 数字１

〇 〇 〇 。 〇 ２ 数字２

〇 〇 。 〇 〇 ３ 数字３

〇 〇 〇 。 〇 ４ 数字４

〇 〇 。 〇 〇 ５ 数字５

〇 〇 。 〇 〇 ６ 数字６

〇 〇 〇 。 〇 〇 〇 ７ 数字７

〇 〇 〇 〇 。 ８ 数字８

〇 〇 〇 。 〇 ９ 数字９

〇 。 〇 Ａ 绕着ｘ轴的转角

〇 。 〇 Ｂ 绕着ｙ轴的转角

〇 〇 。 〇 〇 Ｃ 绕着ｚ轴的转角

〇 。 〇 Ｄ 第３进给速度机能

〇 〇 。 〇 〇 Ｅ 第２进给速度机能

〇 〇 。 〇 〇 Ｆ 进给速度机能

〇 。 〇 〇 〇 Ｇ 准备机能

〇 〇 。 Ｈ 永不指定

〇 〇 〇 。 〇 Ｉ 沿ｘ坐标圆弧起点对圆心值

〇 〇 〇 。 〇 Ｊ 沿ｙ坐标圆弧起点对圆心值

〇 〇 。 〇 〇 Ｋ 沿ｚ坐标圆弧起点对圆心值

〇 〇 〇 。 〇 Ｌ 永不指定

〇 〇 。 〇 〇 Ｍ 辅助机能

〇 〇 。 〇 〇 Ｎ 序号

〇 〇 〇 。 〇 〇 〇 Ｏ 不用

〇 〇 。 Ｐ 平行于ｘ轴的第３坐标

〇 〇 〇 。 〇 Ｑ 平行于ｙ轴的第３坐标

〇 〇 〇 。 〇 Ｒ 平行于ｚ轴的第３坐标

〇 〇 。 〇 〇 Ｓ 主轴速度机能

〇 〇 〇 。 〇 Ｔ 刀具机能

〇 〇 。 〇 〇 Ｕ 平行于ｘ轴的第２坐标

〇 〇 。 〇 〇 Ｖ 平行于ｙ轴的第２坐标

〇 〇 〇 。 〇 〇 〇 Ｗ 平行于ｚ轴的第２坐标

〇 〇 〇 〇 。 Ｘ ｘ轴方向的主运动坐标

〇 〇 〇 。 〇 Ｙ ｙ轴方向的主运动坐标

７５第３章 数控机床的编程基础

续表

代 码 孔

８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １代码符号 定 义

〇 〇 〇 。 〇 Ｚ ｚ轴方向的主运动坐标

〇 〇 。 〇 〇 ． 小数点（句号）

〇 〇 。 〇 〇 ＋ 加／正

〇 〇 。 〇 〇 － 减／负

〇 〇 〇 。 〇 乘

〇 〇 〇 。 〇 〇 〇 ／ 省略／除

〇 〇 〇 。 〇 ， 逗号

〇 〇 〇 〇 。 〇 〇 ＝ 等号

〇 〇 。 （ 左圆括号／控制暂停

〇 〇 〇 。 〇 ） 右圆括号／控制恢复

〇 。 〇 ＄ 单元符号

〇 〇 〇 。 〇 ： 对准功能／选择（或计划）倒带停止

〇 。 〇 ＮＬｏｒＬＦ 程序段结束，新行或换行

〇 〇 。 〇 〇 ％ 程序开始

〇 。 Ｏ ＨＴ 制表或分隔符号

〇 〇 。 〇 〇 ＣＲ 滑座返回（仅对打印机适用）

〇 〇 〇 〇 〇 。 〇 〇 〇 ＤＥＬ 注销

〇 〇 。 ＳＰ 空格

〇 〇 。 ＢＳ 反绕（退格）

。 ＮＵＬ 空白纸带

〇 〇 〇 。 〇 ＥＭ 载体终了

表３２ ＥＩＡ编码字符

代 码 孔

８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １代码符号 定 义

〇 。 ０ 数字０

。 〇 １ 数字１

。 〇 ２ 数字２

〇 。 〇 〇 ３ 数字３

。 〇 数字４

〇 。 〇 〇 ５ 数字５

〇 。 〇 〇 ６ 数字６

。 〇 〇 〇 ７ 数字７

〇 。 ８ 数字８

〇 〇 。 〇 ９ 数字９

８５ 数控加工技术与编程

续表

代 码 孔

８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １代码符号 定 义

〇 〇 。 〇 Ａ 绕着ｘ轴的转角

〇 〇 。 〇 Ｂ 绕着ｙ轴的转角

〇 〇 〇 。 〇 〇 Ｃ 绕着ｚ轴的转角

〇 〇 。 〇 Ｄ 第３进给速度机能

〇 〇 〇 。 〇 〇 Ｅ 第２进给速度机能

〇 〇 〇 。 〇 〇 Ｆ 进给速度机能

〇 〇 。 〇 〇 〇 Ｇ 准备机能

〇 〇 〇 。 Ｈ 输入（或引入）

〇 〇 〇 〇 。 〇 Ｉ 不用

〇 〇 。 〇 Ｊ 没有被指定

〇 〇 。 〇 Ｋ 没有被指定

〇 。 〇 〇 Ｌ 不用

〇 〇 。 〇 Ｍ 辅助机能

〇 。 〇 〇 Ｎ 序号

〇 。 〇 〇 Ｏ 不用

〇 〇 。 〇 〇 〇 Ｐ 平行于ｘ轴的第３坐标

〇 〇 〇 。 Ｑ 平行于ｙ轴的第３坐标

〇 〇 。 〇 Ｒ 平行于ｚ轴的第３坐标

〇 〇 。 〇 Ｓ 主轴速度机能

〇 。 〇 〇 Ｔ 刀具机能

〇 〇 。 〇 Ｕ 平行于ｘ轴的第２坐标

〇 。 〇 〇 Ｖ 平行于ｙ轴的第２坐标

〇 。 〇 〇 Ｗ 平行于ｚ轴的第２坐标

〇 〇 。 〇 〇 〇 Ｘ ｘ轴方向的主运动坐标

〇 〇 〇 。 Ｙ ｙ轴方向的主运动坐标

〇 〇 。 〇 Ｚ ｚ轴方向的主运动坐标

〇 〇 〇 。 〇 〇 ． 小数点（句号）

〇 〇 〇 。 ＋ 加

〇 。 － 减

〇 〇 。 〇 乘

〇 〇 。 〇 ／ 省略／除

〇 〇 〇 。 〇 〇 ， 逗号

〇 。 〇 〇 ＝ 等号

〇 〇 。 〇 （ 左圆括号

〇 〇 〇 〇 。 〇 ） 右圆括号

９５第３章 数控机床的编程基础

续表

代 码 孔

８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １代码符号 定 义

〇 〇 〇 。 〇 〇 ＄ 单元符号

〇 〇 。 〇 ： 选择（或计划）倒带停止

〇 。 〇 〇 ＳＴＯＰ（ＥＲ） 纸带倒带停止

〇 〇 〇 。 〇 〇 ＴＡＢ 制表或分隔符号

〇 。 ＣＲ 程序段结束

〇 〇 〇 〇 。 〇 〇 〇 ＤＥＬＥＴＥ 注销

〇 。 ＳＰＡＣＥ 空格

ＥＩＡ代码和ＩＳＯ代码的主要区别在于，ＥＩＡ代码每行孔数为奇数，其第５列为补奇位；

ＩＳＯ代码每行孔数为偶数孔，其第８列为补偶列。补奇或补偶的作用是判别纸带的穿孔是否

有错。

３．２．３ 程序结构

加工程序由若干程序段组成，而程序段由一个或若干个指令字组成，指令字代表某一信息

单元。每个指令字由地址符和数字组成，它代表机床的一个位置或一个动作。每个程序段结

束处应有ＥＯＢ或ＣＲ，表示该程序段结束转入下一个程序段。地址符由字母组成，每一个字

母、数字和符号都称为字符。

表３３给出了常用地址符的含义。

表３３ 常用地址符及其含义

功 能 代 码 备 注

程序号 Ｏ 程序号

程序段序号 Ｎ 顺序号

准备功能 Ｇ 定义运动方式

坐标地址

Ｘ，Ｙ，ＺＡ，Ｂ，Ｃ，Ｕ，Ｖ，Ｗ

ＲＩ，Ｊ，Ｋ

轴向运动指令

附加轴运动指令

圆弧半径

圆心坐标

进给速度 Ｆ 定义进给速度

主轴转速 Ｓ 定义主轴转速

刀具功能 Ｔ 定义刀具号

辅助功能 Ｍ 机床的辅助动作

偏置号 Ｈ，Ｄ 偏置号

子程序号 Ｐ 子程序号

重复次数 Ｌ 子程序的循环次数

参数 Ｐ，Ｑ，Ｒ 固定循环参数

暂停 Ｐ，Ｘ 暂停时间

０６ 数控加工技术与编程

程序段格式是指令字在程序中排列的顺序，不同数控系统具有不同的程序段格式。如果

格式不符合规定，数控系统就会报警、不运行。常见的程序段格式如下。

１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１

Ｎ Ｇ

Ｘ

Ｕ

Ｑ

Ｙ

Ｖ

Ｐ

Ｚ

Ｗ

Ｒ

Ｉ Ｊ Ｋ

ＲＦ Ｓ Ｔ Ｍ ＬＦ

顺序号

准备功能

坐 标 字

进给功能

主轴功能

刀具功能

辅助功能

结束符号

（１）程序段序号

简称顺序号，通常用４位数字表示，即００００９９９９，在数字前还冠有标识符号Ｎ，例如

Ｎ０００１。

（２）准备功能

简称Ｇ功能，它由表示准备功能地址符Ｇ和两位数字所组成，Ｇ功能代号已标准化。

（３）坐标字

由坐标地址符和数字组成，按一定的顺序进行排列，各组数字必须具有作为地址代码的字

母（例如Ｘ，Ｙ等）开头。各坐标轴的地址按下列顺序排列：

Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｑ，Ｒ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ其中，数字的格式和含义如下。例如，

Ｘ５０．Ｘ５０．０ 沿ｘ轴移动５０ｍｍＸ５００００

（４）进给功能Ｆ由进给地址符Ｆ和数字组成，数字表示所选定的进给速度，一般为４位数字码，单位一般

为ｍｍ／ｍｉｎ或ｍｍ／ｒ。

（５）主轴转速功能Ｓ由主轴地址符Ｓ和两位数字组成，数字表示主轴转数，单位为ｒ／ｍｉｎ。

（６）刀具功能Ｔ由地址符Ｔ和数字组成，用于指定刀具的号码。

（７）辅助功能

简称Ｍ功能，由辅助操作地址符Ｍ和两位数字组成。Ｍ功能的代码已标准化，其ＩＳＯ国

际标准见表３１。

（８）程序段结束符号

列在程序段的最后一个有用的字符之后，表示程序段的结束。

需要说明的是，数控机床的指令格式在国际上有很多格式标准规定，并不完全一致。随着数

控机床的发展，不断改进和创新，其系统功能更加强大和使用方便，但在不同数控系统之间，程序

格式上存在一定的差异，因此，具体掌握某一数控机床时应仔细了解其数控系统的编程格式。

１６第３章 数控机床的编程基础

３．２．４ 常用指令含义

以下以ＦＡＮＵＣ系统的常用指令为例，介绍常用的指令。

１．准备功能

准备功能又称Ｇ功能或Ｇ代码，它是使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。Ｇ代码分为模态代码（又称续数代码）和非模态代码。例如，Ｇ０１为模态代码，该代码出现后一直

有效，直到出现同组的另一个代码（例如Ｇ０２）时才失效；Ｇ０４（暂停功能码）为非模态代码，该

代码只有在写有该代码的程序段中才有效；“不指定”代码用于将来修改标准时指定新功能；

“永不指定”代码指的是即使修改标准时，也不指定新的功能。后两类代码可由机床的设计者

根据需要定义新的功能，但必须在机床说明书中说明。表３４给出了Ｇ代码。

表３４ 准备功能Ｇ

代码

代 码

功 能 保 持 到

被 取 消 或 被

同 样 字 母 表

示 的 程 序 指

令所代替

功 能 仅

在 所 出

现 的 程

序 段 内

有作用

功 能 代 码

功 能 保 持 到

被 取 消 或 被

同 样 字 母 表

示 的 程 序 指

令所代替

功 能 仅

在 所 出

现 的 程

序 段 内

有作用

功 能

Ｇ００ ａ 点定位 Ｇ５０ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置０／ －Ｇ０１ ａ 直线插补 Ｇ５１ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置＋／ ０Ｇ０２ ａ 顺时针方向圆弧插补 Ｇ５２ ＃（ｄ） ＃ 刀具位置－／ ０Ｇ０３ ａ 逆时针方向圆弧插补 Ｇ５３ ｆ 直线偏移，注销

Ｇ０４ ａ 暂停 Ｇ５４ ｆ 直线偏移 ｘＧ０５ ＃ ＃ 不指定 Ｇ５５ ｆ 直线偏移 ｙＧ０６ ａ 抛物线插补 Ｇ５６ ｆ 直线偏移 ｚＧ０７ ＃ ＃ 不指定 Ｇ５７ ｆ 直线偏移ｘ ｙＧ０８ 加速 Ｇ５８ ｆ 直线偏移 ｘｚＧ０９ 减速 Ｇ５９ ｆ 直线偏移ｙ ｚ

Ｇ１０～Ｇ１６ ＃ ＃ 不指定 Ｇ６０ ｈ 准确定位１ （精）

Ｇ１７ ｃ ｘｙ平面选择 Ｇ６１ ｈ 准确定位２ （中）

Ｇ１８ ｃ ｚｘ平面选择 Ｇ６２ ｈ 快速定位（粗）

Ｇ１９ ｃ ｙｚ平面选择 Ｇ６３ 攻丝

Ｇ２０～Ｇ３２ ＃ ＃ 不指定 Ｇ６４～Ｇ６７ ＃ ＃ 不指定

Ｇ３３ ａ 螺纹切削，等螺距 Ｇ６８ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置，内角

Ｇ３４ ａ 螺纹切削，增螺距 Ｇ６９ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置，外角

Ｇ３５ ａ 螺纹切削，减螺距 Ｇ７０～Ｇ７９ ＃ ＃ 不指定

Ｇ３６～Ｇ３９ ＃ ＃ 永不指定 Ｇ８０ ｅ 固定循环注销

Ｇ４０ ｄ 刀具补偿／刀具偏置注销 Ｇ８１～Ｇ８９ ｅ 固定循环

Ｇ４１ ｄ 刀具补偿左 Ｇ９０ ｊ 绝对尺寸

Ｇ４２ ｄ 刀具补偿右 Ｇ９１ ｊ 增量尺寸

Ｇ４３ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置正 Ｇ９２ 预置寄存

Ｇ４４ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置负 Ｇ９３ ｋ 时间倒数，进给率

２６ 数控加工技术与编程

续表

代 码

功 能 保 持 到

被 取 消 或 被

同 样 字 母 表

示 的 程 序 指

令所代替

功 能 仅

在 所 出

现 的 程

序 段 内

有作用

功 能 代 码

功 能 保 持 到

被 取 消 或 被

同 样 字 母 表

示 的 程 序 指

令所代替

功 能 仅

在 所 出

现 的 程

序 段 内

有作用

功 能

Ｇ４５ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置＋／＋ Ｇ９４ ｋ 每分钟进给

Ｇ４６ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置＋／－ Ｇ９５ ｋ 主轴每转进给

Ｇ４７ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置－／－ Ｇ９６ Ｉ 恒线速度

Ｇ４８ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置－／＋ Ｇ９７ Ｉ 每分钟转数（主轴）

Ｇ４９ ＃（ｄ） ＃ 刀具偏置０／＋ Ｇ９８～Ｇ９９ ＃ ＃ 不肯定

注：（１）＃号表示若选作特殊用途必须在程序格式说明中说明。

（２）如果在直线切削控制中没有刀具补偿，则Ｇ４３～Ｇ５２可指定为其他用途。

（３）字母（ｄ）表示可以被同栏中没有括号的字母ｄ所注销或代替，亦可被有括号的字线（ｄ）所注销或代替。

（４）Ｇ４５～Ｇ５２的功能可用于机床上任意两个预定的坐标。

（５）控制机上没有Ｇ５３～Ｇ５９，Ｇ６３功能时，可以指定为其他用途。

（１）绝对坐标指令和相对坐标指令（Ｇ９０，Ｇ９１）

表示运动轴的移动方式。使用绝对坐标指令Ｇ９０，程序中的位移量用刀具的终点坐标表

示；相对坐标指令（Ｇ９０）用刀具运动的增量表示。如图３４所示，刀具从Ａ 点到Ｂ点的移动，

用以上两种方式的编程分别表示如下。

格式 Ｇ９０ Ｘ８０．０ Ｙ１５０．０；

Ｇ９１ Ｘ１２０．０ Ｙ９０．０；

（２）坐标系设定指令（Ｇ９２）

在使用绝对坐标指令编程时，预先要确定工作坐标系，用Ｇ９２可以设定当前工作坐标系，

该坐标系在机床重新开机后消失，如图３５所示。

格式 Ｇ９２ Ｘ Ｙ Ｚ ；

例 Ｇ９２ Ｘ１５０．０Ｙ３００．０Ｚ２００．０；

图３４ 绝对坐标指令和相对坐标指令 图３５ 工件坐标的设定

（３）工作坐标系选取指令（Ｇ５４～Ｇ５９）

一般数控机床可以预先设定６个（Ｇ５４～Ｇ５９）工作坐标系存储在机床存储器内，在机床重

新开机时仍然存在，在程序中可以分别选取其中之一使用。

Ｇ５４用于确定工作坐标系１。

Ｇ５５用于确定工作坐标系２。

３６第３章 数控机床的编程基础

Ｇ５６用于确定工作坐标系３。

Ｇ５７用于确定工作坐标系４。

Ｇ５８用于确定工作坐标系５。

Ｇ５９用于确定工作坐标系６。

这６个坐标系皆以机床原点为参考点，分别以各自与机床原点的偏移量表示，需要提前输

入机床内部，如图３６所示。

（４）平面选择指令（Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ１９）

在３坐标机床上加工时，如果进行圆弧插补，应规定加工所在的平面，用Ｇ代码可以进行

平面选择，如图３７所示。

Ｇ１７ ｘｙ平面

Ｇ１８ ｘｚ平面

Ｇ１９ ｙｚ平面

其中，Ｇ１７在使用时可以省略。

（５）快速定位指令（Ｇ００）

图３６ 工作坐标系的设定 图３７ 平面的选择

刀具从当前位置快速移动到的切削开始前的位置，在切削完了之后快速离开工件。该指

令一般在刀具非加工状态的快速移动时使用，只是快速到位，其运动轨迹因具体的控制系统不

同而异，进给速度Ｆ对Ｇ００指令无效，如图３８所示。

格式 Ｇ００Ｘ Ｙ Ｚ ；

例 Ｇ９０Ｇ００Ｘ４０．０Ｙ２０．０Ｆ１００；

（６）直线插补指令（Ｇ０１）

刀具作两点间的直线运动加工时用该指令，Ｇ０１指令表示刀具从当前位置开始，以给定的

速度（切削速度Ｆ）沿直线移动到规定的位置。

格式 Ｇ０１Ｘ Ｙ Ｚ Ｆ ；

例 Ｇ０１Ｘ４０．０Ｙ２０．０Ｆ１００；如图３９所示。

其中，Ｇ０１和Ｆ指令都是续效指令，即一直有效直到改变为止。

４６ 数控加工技术与编程

图３８ 快速定位 图３９ 直线插补

（７）圆弧插补指令（Ｇ０２，Ｇ０３）

圆弧插补指令，Ｇ０２为顺时针加工，Ｇ０３为逆时针加工。刀具进行圆弧插补时，必须规定

所在平面，然后再确定回转方向，如图３１０所示，沿圆弧在平面（例如ｘｙ平面）的另一坐标轴

的负方向（－ｚ）看去，顺时针方向为Ｇ０２，逆时针方向为Ｇ０３。

格式

Ｇ１７ Ｇ０２ Ｙ Ｙ Ｒ Ｆ ；

Ｇ０３ Ｉ ＪＧ１８ Ｇ０２ Ｘ Ｚ Ｒ Ｆ ；

Ｇ０３ Ｉ ＫＧ１９ Ｇ０２ Ｙ Ｚ Ｒ Ｆ ；

Ｇ０３ Ｊ Ｋ

图３１０ 圆弧顺、逆时针方向

其中，Ｘ，Ｙ，Ｚ表示圆弧终点坐标，也可以用绝对值，也可以用增量值，由Ｇ９０或Ｇ９１指定。Ｉ，

Ｊ，Ｋ分别为圆弧的始点到中心的ｘ，ｙ，ｚ轴方向的增量，见图３１１。

图３１１ 圆弧的始点到中心的ｘ，ｙ，ｚ轴方向的增量

５６第３章 数控机床的编程基础

（８）暂停功能（Ｇ０４）

暂停指令Ｇ０４可使刀具作短时间无进给加工，或机床空运转使加工表面降低表面粗糙度。

格式 Ｇ０４Ｘ１．６或Ｇ０４ Ｐ１６００；

其中，１．６或１６００表示１．６ｓ，Ｇ０４为非续效指令。

（９）自动机床原点返回指令（Ｇ２８）

机床原点是机床各移动轴正向移动的极限位置。例如，刀具交换时常用到ｚ轴参考点的

返回，如图３１２所示。

格式 Ｇ９０Ｇ２８Ｘ５００．０Ｙ３５０．０；

该指令表示刀具经过中间点坐标返回机床原点。

（１０）刀具半径补偿指令

① 刀具半径补偿指令（Ｇ４０，Ｇ４１，Ｇ４２）

在编制轮廓切削加工场合，一般以工件的轮廓尺寸为刀具轨迹编程，这样编制加工程序简单，

即假设刀具中心运动轨迹是沿工件轮廓运动的，而实际的刀具运动轨迹应与工件有一个偏移量（即

刀具半径），如图３１３所示。利用刀具半径补偿功能可以方便地计算出实际刀具中心轨迹，机床可

以自动判断补偿的方向和补偿值，自动计算出实际刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。

图３１２ 刀具移动轨迹 图３１３ 刀具的半径补偿图

Ｇ４０为刀具补偿取消指令，Ｇ４１为刀具左补偿指令，Ｇ４２为刀具右补偿指令。左补偿指令

Ｇ４１是沿着刀具前进的方向观察，刀具偏工件轮廓的左边，而Ｇ４２则偏右边，如图３１４所示。

Ｇ４１和Ｇ４２皆为续效指令。

图３１４ 刀具的补偿方向

６６ 数控加工技术与编程

例 Ｇ９０Ｇ０１Ｇ４１Ｘ１００．０Ｙ１５０．０Ｄ０１；

其中，Ｄ０１为补偿值，需提前输入机床。

② 刀具长度偏置指令（Ｇ４３，Ｇ４４，Ｇ４９）

刀具长度偏置指令用于刀具轴向的补偿，它可以使刀具在ｚ方向上的实际位移量大于或

小于程序的给定值。另外，工件加工时，所选用的刀具长度各异，在沿ｚ轴方向接近工件时，

为了便于统一定位基准，在编程时就使用刀具长度偏置。如图３１５所示。

Ｇ４３为正向偏置指令，Ｇ４４为负向偏置指令，Ｇ４９为偏置取消指令。

偏置方向的规定，不论程序使用绝对坐标指令还是相对坐标指令，刀具沿ｚ轴移动的坐标值，

要考虑由Ｈ代码设定的偏置（刀具长度）。当使用Ｇ４３时，与程序给定移动量的代数值做加法；使用

Ｇ４４时做减法，从而得到实际的移动的终点坐标。Ｇ４３称为正偏置，Ｇ４４称为负偏置。

图３１５ 刀具长度偏置

图３１６ 固定循环

例 Ｏ０００１Ｇ９０Ｇ５４Ｘ０Ｙ０Ｍ０３；

Ｇ４３Ｚ１００．０Ｈ０１；

Ｍ０８；

Ｍ０２；

（１１）固定循环指令（Ｇ７３，Ｇ７４，Ｇ７６，Ｇ８０～Ｇ８９）

在数控加工中，一些典型的加工工序，例如钻孔，一般有快速接

近工件、慢速钻孔、快速回退等固定的动作。又例如在车螺纹时，有

切入、切螺纹、径向退出，再快速返回４个固定动作。将这些典型的、

固定的几个连续动作用一条Ｇ指令来代表，这样只需用单一程序段

的指令即可完成加工，这样的指令称为固定循环指令。对钻孔用循

７６第３章 数控机床的编程基础

环指令，由６个步骤形成，如图３１６所示，具体步骤如下。

① 快速移动到（ｘ，ｙ）坐标。

② 沿ｚ轴快速移动，并达Ｒ点。

③ 切削进给加工。

④ 加工至孔底位置（暂停、主轴停、主轴反转等）。

⑤ 返回参考点Ｒ（快速返回和切削进给返回）。

⑥ 快速返回到起始点。

以下给出几个钻孔循环指令及其说明。

①Ｇ７３指令格式

Ｇ９０ Ｇ９８Ｇ９１ Ｇ９９ Ｇ７３ Ｘ Ｙ Ｒ Ｑ Ｆ ；

图３１７ Ｇ７３指令

这里，Ｇ９０为绝对值编程，Ｇ９１为相对值编程，Ｇ９８返

回起始平面，Ｇ９９为返回参考点Ｒ。Ｑ为每次进给

深度（用增量表示，根据具体情况给定），Ｆ为进给速

度，ｄ为每次的退刀量，如图３１７所示。

②Ｇ７６精镗，指令格式

Ｇ９０ Ｇ９８Ｇ９１ Ｇ９９ Ｇ７６ Ｘ Ｙ Ｚ Ｒ Ｑ Ｐ Ｆ ；

这里，Ｑ为每次进给深度，Ｐ规定在孔底的暂停时间，

用整数表示，以ｍｓ为单位，如图３１８所示。

③Ｇ８１钻孔循环，定点钻指令格式

Ｇ９０ Ｇ９８Ｇ９１ Ｇ９９ Ｇ８１ Ｘ Ｙ Ｒ Ｑ Ｌ Ｆ ；

这里，Ｑ为每次进给深度，Ｌ为重复循环次数，如图３１９所示。

图３１８ Ｇ７６指令 图３１９ Ｇ８１指令

（１２）Ｇ指令的相关规定和含义

常用Ｇ代码功能的进一步说明见表３５。

８６ 数控加工技术与编程

表３５ Ｇ代码说明

组 号 Ｇ代码 初 态 功 能 说 明

ＧＡ

Ｇ００

Ｇ０１

Ｇ０２

Ｇ０３

Ｇ０１

定位（快速进给）

直线插补（切削进给）

圆弧插补（顺时针）

圆弧插补（逆时针）

模态码（续效代码）

ＧＢ Ｇ０４ － 延时 非模态代码

ＧＣ Ｇ２８

Ｇ２９

－ 自动返回参考点（经中间点）（日本机床用）

自动离开参考点（经中间点）（日本机床用）

非模态代码

ＧＤ

Ｇ４０

Ｇ４１

Ｇ４２

Ｇ４０

取消刀具补偿

刀具半径补偿（刀具在工件左侧）

刀具半径补偿（刀具在工件右侧）

模态码（续效代码）

ＧＥ

Ｇ４０

Ｇ４３

Ｇ４４

Ｇ４０

取消刀具补偿

刀具长度偏置（刀具伸长）

刀具长度偏置（刀具缩短）

ＧＦ Ｇ９０

Ｇ９１

Ｇ９０ 绝对值输入

增量值输入

模态码（续效代码）

ＧＧ Ｇ９２ 工件坐标系设定

注：（１）模态代码表示一经被应用，直到出现同组其他任意Ｇ代码时失效，否则保留作用继续有效，而且在以后的程序段

中使用时可省略不写。

（２）在同一程序段中，出现非同组的几个模态代码时，并不影响Ｇ代码的续效。

（３）非模态码只在本程序段有效。

（４）初态表示开机就有的代码。

２．常用辅助功能

辅助功能又称Ｍ功能或Ｍ代码，用于控制机床或系统的开关功能。例如冷却泵开／停、

主轴正转／反转、程序结束等。注意，程序的每一个语句中的Ｍ代码只能出现一次。

下面介绍主要的Ｍ指令。

（１）程序停止指令Ｍ００执行含有Ｍ００指令的语句后，机床自动停止。如果编程者需要在加工中使机床暂停工作

（例如检验工件、调整、排屑等）可以使用Ｍ００指令，重新启动程序后才能继续执行程序。

（２）选择停止指令Ｍ０１执行含有Ｍ０１的语句时，如同Ｍ００一样将使机床暂时停止，但只有在机床控制盘上的

【选择停止】键处在ＮＯ状态时此功能才有效，否则该指令无效。常用于关键尺寸的检验或临

时暂停。

（３）程序结束指令Ｍ０２该指令用于主程序结束后机床的数控单位复位。例如主轴进给、冷却停止，表示加工结

束。注意，该指令并不返回程序起始位置。

（４）主轴正转指令Ｍ０３主轴正转是从主轴＋ｚ方向看（从主轴头向工作台方向看），主轴顺时针方向旋转。

９６第３章 数控机床的编程基础

（５）主轴反转指令Ｍ０４主轴逆时针旋转即反转。当主轴转向开关Ｍ０３指令转换为Ｍ０４指令时，不需要用Ｍ０５

指令先使主轴停转，一般用Ｍ０３指令，因为刀具一般都是右刃切削。使用指令Ｓ可以指定主

轴转速，执行Ｍ０３指令或Ｍ０４指令后，主轴转速并不是立即达到指令Ｓ设定的转速。

（６）主轴停转指令Ｍ０５主轴停转是在该程序段其他指令执行完成后才停止。

（７）换刀指令Ｍ０６Ｍ０６指令常用于加工中心刀库的自动换刀情况。

（８）冷却液开指令Ｍ０７执行Ｍ０７指令后，冷却液、雾状冷却液打开。

（９）冷却液开指令Ｍ０８执行Ｍ０８指令后，液状冷却液打开。

（１０）冷却液关指令Ｍ０９执行Ｍ０９指令后，液状冷却液关闭。

（１１）主轴定向停止指令Ｍ１９主轴准停在预定的角度位置上。

（１２）ｘ轴镜像指令Ｍ２１使ｘ轴运动指令的正负号相反，这时ｘ轴的实际运动是程序指定方向的反方向。

（１３）ｙ轴镜像指令Ｍ２２使ｙ轴运动指令的正负号相反，这时ｙ轴的实际运动是程序指定方向的反方向。

（１４）镜像取消指令Ｍ２３执行Ｍ２３指令后，镜像指令停止执行。

（１５）程序结束指令Ｍ３０与Ｍ０２指令相同，表示主程序结束，区别是Ｍ３０指令执行后程序返回开始状态。

（１６）Ｍ４８取消Ｇ４９指令

（１７）进给速度人工调整的功能取消指令Ｍ４９Ｍ４９指令使机床控制板上进给倍率按钮（ＦｅｅｄＲａｔｅＯｖｅｒｒｉｄｅ）无效，该指令常用于攻丝

（但固定循环如Ｇ７６，Ｇ８４等不用此指令）。

（１８）调用子程序指令Ｍ９８一个程序号以０开始，以Ｍ９９结束的程序称为子程序，子程序是相对于主程序而言的。

当一个零件包括重复图形时，可以把这个图形编成一个子程序存放在存储器中，使用时可以反

复调用。子程序的有效使用可以简化程序并缩短检查时间，子程序调用命令是 Ｍ９８，子程序

可以多重调用，一般可达４重。主程序与子程序关系的结构如图３２０所示。例如，

Ｍ９８ Ｐ Ｌ ；

其中，Ｐ为程序号，Ｌ为调用次数。

０７ 数控加工技术与编程

图３２０ 子程序的调用

（１９）子程序结束指令Ｍ９９子程序应用举例如图３２１所示，编制加工程序。

图３２１

０００１（主程序）；

Ｇ１７Ｇ９１Ｇ００Ｓ２５０Ｍ０３；

Ｍ９８Ｐ１００；

Ｘ６０．０；

Ｍ９８Ｐ１００；

Ｘ６０．０Ｍ０５；

Ｍ３０；

０１００（子程序）

Ｇ４１Ｘ３０．０Ｙ３０．０Ｄ０１；

Ｚ１２５．０；

Ｙ４０．０Ｆ１２０；

Ｘ３０．０；

Ｙ４０．０；

Ｘ４０．０；

Ｇ００Ｚ１２５．０；

Ｇ４０Ｘ２０．０Ｙ４０．０；

Ｍ９９；

（２０）其他Ｍ指令

１７第３章 数控机床的编程基础

表３６给出了其他Ｍ指令。

表３６ 辅助功能Ｍ

代码

代 码

功能开始时间

与程序

段指令

运动同

时开始

在程序

段指令

运动完

成后开

始

功能保

持到被

注销或

被适当

程序指

令代替

功能仅

在所出

现的程

序段内

有作用

功 能 代码

功能开始时间

与程序

段指令

运动同

时开始

在程序

段指令

运动完

成后开

始

功能保

持到被

注销或

被适当

程序指

令代替

功能仅

在所出

现的程

序段内

有作用

功 能

Ｍ００ 程序停止 Ｍ３２～Ｍ３５ ＃ ＃ ＃ ＃

不指定

Ｍ０１ 计划停止 Ｍ３６ ＃ 进给范围

１

Ｍ０２ 程序结束 Ｍ３７ ＃ 进给范围

２

Ｍ０３ 主轴顺时针方向 Ｍ３８ ＃ 主轴速度范围

１

Ｍ０４ 主轴逆时针方向 Ｍ３９ ＃ 主轴速度范围

２

Ｍ０５ 主轴停止 Ｍ４０～Ｍ４５ ＃ ＃ ＃ ＃如有需要作为齿

轮换挡，此处不指定

Ｍ０６ ＃ ＃ 换刀 Ｍ４６～Ｍ４７ ＃ ＃ ＃ ＃

不指定

Ｍ０７ ２号冷却液开 Ｍ４８ 注销

Ｍ４９

Ｍ０８ １号冷却液开 Ｍ４９ ＃

进给率修正旁路

Ｍ０９ 冷却液关 Ｍ５０ ＃ ３

号冷却液开

Ｍ１０ ＃ ＃ 夹紧 Ｍ５１ ＃ ４

号冷却液开

Ｍ１１ ＃ ＃ 松开 Ｍ５２～Ｍ５４ ＃ ＃ ＃ ＃

不指定

Ｍ１２ ＃ ＃ ＃ ＃ 不指定 Ｍ５５ ＃刀具直线位移，位

置

Ｍ１３ 主轴顺时针方向，

冷却液开 Ｍ５６ ＃刀具直线位移，位

置

２

Ｍ１４ 主轴逆时针方向，

冷却液开 Ｍ５７～Ｍ５９ ＃ ＃ ＃ ＃

不指定

Ｍ１５ 正运动 Ｍ６０

更换工件

Ｍ１６ 负运动 Ｍ６１ 工件直线位移，位

置

１

Ｍ１７～Ｍ１８ ＃ ＃ ＃ ＃ 不指定 Ｍ６２ 工件直线位移，位

置

２

Ｍ１９ 主轴定向停止 Ｍ６３～Ｍ７０ ＃ ＃ ＃ ＃

不指定

Ｍ２０～Ｍ２９ ＃ ＃ ＃ ＃ 永不指定 Ｍ７１ 工件角度位移，位

置

１

Ｍ３０ ＃ ＃ 纸带结束 Ｍ７２ 工件角度位移，位

置

２

Ｍ３１ 互锁旁路 Ｍ７３～Ｍ８９ ＃ ＃ ＃ ＃

不指定

Ｍ９０～Ｍ９９ ＃ ＃ ＃ ＃ 永不指定

注：（１）＃号表示如果选作特殊用途，必须在程序说明中说明。

（２）Ｍ９０～Ｍ９９可指定为特殊用途。

２７ 数控加工技术与编程

３．２．５ 数控机床编程步骤

从分析零件图开始到零件加工完毕，整个过程见图３２２。

图３２２ 数控机床的编程步骤

１．分析零件图

首先要能正确分析零件图，确定零件的加工部位，根据零件图的技术要求，分析零件的形

状、基准面、尺寸公差和粗糙度要求，以及加工面的种类、零件的材料、热处理等其他技术要求。

２．数控机床的选择

根据零件形状和加工的内容及范围，确定该零件是否适宜在数控机床上加工，在哪类设备

上加工，确定使用机床的种类。

３．工件的装夹方法

工件的装夹方法将直接影响产品的加工精度和加工效率，必须认真考虑，工件安装尽可能

利用通用夹具，必要时也要设计制造专用夹具。

铣削加工时装夹方法主要考虑的因素如下。

（１）结构设计满足精度要求。

（２）容易定位和夹紧。

（３）易于排屑和清理。

（４）与刀具不干涉。

（５）定位正确。

（６）安装容易。

（７）对切削力要有足够的刚度。

（８）尽量标准化。

３７第３章 数控机床的编程基础

（９）最小的加工制造工作量。

４．加工工艺确定

在该阶段要确定加工的顺序和步骤，一般分为粗加工、半精加工、精加工等阶段。粗加工

一般留１ｍｍ的加工余量，要使机床和刀具在能力允许的范围内用尽可能短的时间完成；半精

加工，一般保留０．１ｍｍ的加工余量；精加工将直接形成产品的最终尺寸精度和表面粗糙度，

对于要求较高的表面应分别进行加工。

５．刀具的选择

对零件加工部位进行工艺分析之后，要确定使用的刀具，粗、精加工所用刀具要分开，所采

用的刀具应能满足加工质量和效率的要求。

６．程序编制

完成以上工作后，就进入关键的阶段———程序的编制。首先进行数学处理，根据零件的几

何尺寸、刀具的加工路线和设定的编程坐标系计算刀具运动轨迹的坐标值。对于加工由圆弧

和直线组成的简单轮廓的零件，只需计算出相邻几何元素的交点或切点坐标值即可。对于较

复杂的零件，计算会很复杂，例如非圆曲线，需用直线段或圆弧段逼近。对于自由曲线、曲面等

加工，要借助计算机辅助编程完成。

７．加工操作

加工程序编制完成以后，在加工以前应进行程序试运行，以便检验程序是否正确，然后操

作机床进行加工。

３．３ 数控车床的操作

数控车床与数控车铣加工中心的操作方法基本相同，数控车铣加工中心是在数控车床的

基础上发展起来的，它增加了铣削加工功能，因此加工范围进一步扩大。对于不同型号的数控

车床，由于机床的结构及操作面板、电器系统的差别，操作方法都会稍有差异，但基本操作方法

相同，本节以ＦＡＮＵＣ０Ｔ系统的数控车床为例，介绍其基本操作方法。

１．操作面板

操作面板上的各种功能键严格分组，通过键与按钮的组合可以执行基本操作，操作者能够

直接控制机床的动作。操作面板的外观见图３２３，按钮功能见表３７。

２．机床按钮和功能介绍

下面按表３７中序号顺序分别介绍机床各按钮的功能。

（１）开电源按钮

机床使用时，首先必须把主电源开关（图３２４）扳到ＯＮ位置，向机床供电，这时机床动力

开关指示灯２１变亮。

４７ 数控加工技术与编程

５７第３章 数控机床的编程基础

表３７

操作按钮

序 号 名 称 序 号 名 称

１ 开电源按钮 １９

冷却液开关

２ 关电源按钮 ２０

尾架套筒开关

３ 循环（程序）启动按钮 ２１

动力开关指示灯

４ 循环（程序）暂停按钮 ２２

程序保护开关

５ 循环（程序）启动指示灯 ２３

主轴齿轮位置指示灯

６ 循环（程序）暂停指示灯 ２４

铣削操作指示灯

７ 紧急停止按钮 ２５

条件信息指示灯

８ 模式选择开关 ２６ 手动数字输入（ＭＤＩ）和显示屏（ＣＲＴ

）

９ 进给模式选择开关 ２７

单步执行开关

１０ 进给速率控制盘（％） ２８

块删除开关

１１ 手动脉冲发生器 ２９ Ｍ０１

（暂停选择）开关

１２ 手动进给操纵柄 ３０

位置记录开关

１３ ｘ，ｚ轴原点回归指示灯 ３１

试运行开关

１４ 主轴转速控制盘 ３２

机床锁定开关

１５ 刀具选择开关 ３３ Ｃ

轴离合器开关

１６ 刀具指定开关 ３４ Ｃ

轴离合器指示灯

１７ 齿轮空挡开关 ３５ Ｃ

轴快速进给按钮

１８ 主轴微调开关 ３６ Ｃ轴零点回归指示灯

（２）关电源按钮

① 按下开电源按钮１，机床ＣＮＣ装置开始通电。

② 在机床完成工作后，必须首先按下关电源按钮，然后再关闭主电源开关。如果按相反

的方式切断电源，机床的ＣＮＣ装置可能会受到损坏。

（３）循环（程序）启动按钮

（４）循环（程序）暂停按钮

循环（程序）启动和暂停按钮如图３２５所示。

图３２４ 电源开关按钮 图３２５ 循环启动和暂停按钮

（５）循环（程序）启动指示灯

（６）循环（程序）暂停指示灯

① 在一定条件下，按下循环启动按钮３，机床可自动运行程序；在自动运行程序时，循环启

６７ 数控加工技术与编程

动指示灯５同时变亮。

② 在自动运行程序时，按下循环暂停按钮４，机床随即处于暂停状态，循环暂停指示灯６同时变亮。

③ 欲在暂停状态时重新启动机床运行程序，只须再按循环启动按钮３即可。

（７）紧急停止按钮

① 在任何情况下，按紧急停止按钮７，机床和ＣＮＣ装置即处于急停状态，与此同时，条件

信息指示灯２５中的急停指示灯变亮，屏幕上出现ＥＭＧ。

② 欲消除此急停状态，顺着按钮７上的ＲＥＳＥＴ方向旋转按钮，使按钮７弹起即可。如图

３２６所示。

（８）模式选择开关

模式选择开关如图３２７所示。

图３２６ 紧急停止按钮 图３２７ 模式选择开关

① 手动进给（ＨＡＮＤＬＥＦＥＥＤ）

在此状态下，把进给模式选择开关９旋转到一个适当的位置（Ｘ１，Ｘ１０，Ｘ１００），旋转手动脉

冲发生器１１即可完成对Ｘ轴和Ｚ轴的手动进给；在铣削状态下，旋转手动脉冲发生器１１可

以完成对Ｃ轴的快速进给。

② 快速进给（ＪＯＧＦＥＥＤ）

在此状态下，把进给模式选择开关９旋转到一个适当的位置（例如２５％，５０％，１００％，

ＪＯＧ），操纵手动进给操纵柄１２即可完成对Ｘ轴和Ｚ轴的快速进给：在铣削状态下，操纵Ｃ轴

快速进给按钮３５可完成对Ｃ轴的快速进给。

③ 零点回归（ＺＥＲＯＲＥＴＵＲＮ）

在此状态，操纵手动进给操纵柄１２可使机床回到Ｘ轴与Ｚ轴的机械原点，到达机械原点

的同时，Ｘ、Ｚ轴原点回归指示灯１３变亮。

④ 手动数据输入（ＭＤＩ）

在此状态下，可以输入单一命令使机床动作，以满足工作需要。

⑤ 自动执行（ＡＵＴＯ）

在此状态下，可自动执行程序。

⑥ 编辑（ＥＤＩＴ）

在此状态下，可以对储存在内存中的程序数据进行编辑。

⑦ 解除（０．Ｔ．ＲＥＬＥＡＳＥ）

在此状态下，可以对由于机床运行时超过Ｘ轴或Ｚ轴限位挡块而使机床报警的情况下，

７７第３章 数控机床的编程基础

用手动进给操纵柄１２向着相反的方向移动Ｘ，Ｚ即可消除此情况。

（ａ）不能在Ｘ轴回归零点之前把Ｚ轴回归零点。

（ｂ）零点回归指示灯会出现图３２８所示情况。

图３２８ 零点回归指示灯

（９）进给模式选择开关

进给模式选择开关见表３８。

表３８ 进给模式

进给模式选择开关９的位置 手动脉冲发生器 １１ 手动进给操纵柄１２ Ｃ轴快速进给按钮３５ Ｇ００速率

ＪＯＧ 无效进给速率可用进给速率

控制盘在０～１５０％范围内调节无效

ＲＡＰＩＤ

ＴＲＡＶＥＲＳＥ（％）

１００ 无效

快进速率

Ｘ轴：８ｍ／ｍｉｎ

Ｚ轴：１２ｍ／ｍｉｎ

快进速率

Ｃ轴：２２．２ｒ／ｍｉｎ

Ｘ轴：８ｍ／ｍｉｎ

Ｚ轴：１２ｍ／ｍｉｎ

Ｃ轴：２２．２ｍ／ｍｉｎ

５０ 无效

快进速率

Ｘ轴：４ｍ／ｍｉｎ

Ｚ轴：６ｍ／ｍｉｎ

快进速率

Ｃ轴：１１．１ｒ／ｍｉｎ

Ｘ轴：４ｍ／ｍｉｎ

Ｚ轴：６ｍ／ｍｉｎ

Ｃ轴：１１．１ｍ／ｍｉｎ

２５ 无效

快进速率

Ｘ轴：２ｍ／ｍｉｎ

Ｚ轴：３ｍ／ｍｉｎ

快进速率

Ｃ轴：５．５５ｒ／ｍｉｎ

Ｘ轴：２ｍ／ｍｉｎ

Ｚ轴：３ｍ／ｍｉｎ

Ｃ轴：５．５５ｍ／ｍｉｎ

ＭＵＬＴＩＰＬＩＥＲ

４００ｍ／ｍｉｎ

Ｘ１

Ｘ１０

Ｘ１００

有效

参照表７３

Ｘ轴：４００ｍ／ｍｉｎ

Ｚ轴：４００ｍ／ｍｉｎ

Ｃ轴：１１．１ｒ／ｍｉｎ

图３２９ 进给速率控制盘

（１０）进给速率控制盘

进给速率控制盘１０可对Ｘ，Ｚ，Ｃ轴的进给速率在０～１５０％的范

围内调节，如图３２９所示。

车削螺纹时，进给速率控制盘１０无效。

（１１）手动脉冲发生器

手动脉冲发生器见图３３０，操作见表３９。

８７ 数控加工技术与编程

表３９ 手动脉冲发生器

进给模式选择开关９的位置

模式选择开关８的位置

Ｘ Ｚ Ｃ

手支脉冲发生器１１的进给单位

Ｘ１ ０．００１ｍｍ／格 ０．００１°／格

Ｘ１０ ０．０１ｍｍ／格 ０．０１°／格

Ｘ１００ ０．１ｍｍ／格 ０．１°／格

（１２）手动进给操纵柄

手动进给操纵柄如图３３１所示。

图３３０ 手动脉冲发生器 图３３１ 手动进给操纵柄

（１３）Ｘ轴和Ｚ轴零点回归指示灯

当把模式选择开关８切换到ＺＥＲＯＲＥＴＵＲＮ状态，把进给模式选择开关９扳到所需位

置，用手动进给操纵柄１２可进行Ｘ轴和Ｚ轴零点回归，同时，Ｘ轴和Ｚ轴零点回归指示灯１３变亮。

（１４）主轴转速控制盘１４机床主轴或铣刀旋转时，通过主轴转速控制盘１４可对主轴或铣刀的转速在６０％～１２０％

范围内进行无级调速，如图３３２所示。

（１５）刀具选择开关

刀具选择开关和刀具指定开关如图３３３所示。

图３３３ 刀具选择和指定开关

（１６）刀具指定开关

当模式选择开关８处于ＪＯＧＦＥＥＤ，ＺＥＲＯＲＥＴＵＲＮ，ＨＡＮＤＬＥＦＥＥＤ３种状态中的任一

种时，把刀具选择开关１５旋转到所需刀具号（１～１２），按刀具指定开关１６，所需刀具即到达工

９７第３章 数控机床的编程基础

作位置。

（１７）齿轮空挡开关

① 当模式选择开关８处于ＪＯＧＦＥＥＤ，ＺＥＲＯＲＥＴＵＲＮ，ＨＡＮＤＬＥＦＥＥＤ３种状态中的

任一种时，按齿轮空挡开关１７，主轴齿轮即可切换到空挡位置，如图３３４所示。

② 在ＭＤＩ状态下执行Ｍ４０或Ｍ４１指令，可以把空挡齿轮重新合上。

（１８）主轴微调开关

当模式选择开关８处于ＪＯＧＦＥＥＤ，ＺＥＲＯＲＥＴＵＲＮ和ＨＡＮＤＬＥＦＥＥＤ３种状态中的任

一种时，按主轴微调开关１８即可对主轴进行微调，如图３３５所示。

（１９）冷却液开关

冷却液开关如图３３６。

①ＣＯＯＬＡＮＴＯＮ。当把冷却液开关扳到此位置时，冷却液通过刀架上的冷却管流出。

② ＭＣＯＤＥ。当把冷却液开关扳到此位置时，冷却液的开启由程序中的Ｍ０８和Ｍ０９指

令控制。

③ＯＦＦ。当把冷却液开关扳到此位置时，无冷却液。

（２０）尾座套筒开关

此开关可以控制尾座套筒向前（ＦＯＲＷＡＲＤ）和向后（ＢＡＣＫ）移动，如图３３７所示。

图３３４ 齿轮空挡开关 图３３５ 主轴微调开关 图３３６ 冷却液开关 图３３７ 尾座套筒开关

（２１）动力开关指示灯

动力开关指示灯见图３３８中的２１。

（２２）程序保护开关

程序保护开关２２见图３３８。

① 当此开关处于ＯＮ位置时，且模式选择开关８处于ＥＤＩＴ状态时，不能对ＮＣ程序进行

编辑。

② 当此开关处于ＯＦＦ位置时，且模式选择开关８处于ＥＤＩＴ状态时，可对ＮＣ程序进行

编辑。

（２３）主轴齿轮位置指示灯

主轴齿轮位置指示灯见图３３８。

①当齿轮处于Ｍ４０或Ｍ４１状态时，主轴齿轮位置指示灯２３中的ＬＯＷ指示灯或ＨＩＧＨ指示灯变亮。

② 当主轴齿轮位置指示灯中的ＮＥＵＴＲＡＬ指示灯变亮时，说明主轴齿轮处于空挡位置。

（２４）铣削操作指示灯

当Ｃ轴离合器合上时，铣削操作指示灯２４变亮，见图３３８。

（２５）条件信息指示灯

０８ 数控加工技术与编程

①ＳＴＡＲＴＣＯＮＤＩＴＩＯＮ。ＳＴＡＲＴＣＯＮＤＩＴＩＯＮ指示灯变亮时，主轴或铣刀即可运转。

②ＥＲＲＯＲ。ＥＲＲＯＲ指示灯变亮时，说明发生了操作错误，且未消除。

③ＥＭＥＲＧＥＮＣＹ。指示变亮时，说明使用了急停按钮７，找出原因并消除此状态。

图３３８ 指示灯面板

（２６）ＭＤＩ和ＣＲＴ面板

ＭＤＩ和ＣＲＴ面板如图３３９所示。

图３３９ ＭＤＩ和ＣＲＴ面板

１８第３章 数控机床的编程基础

（２７）单步执行开关

单步执行开关如图３４０所示。

① 单步执行开关２７扳到ＳＩＮＧＬＥＢＬＯＯＫ位置时，按一次循环启动按钮３，机床执行一条语句

的动作，执行完毕后停止；再按一次循环启动按钮３，又执行下一条语句的动作，依此类推。

② 当单步执行开关２７扳到ＯＦＦ位置时，按循环启动按扭３，机床将连续地自动执行整个

ＮＣ程序。

（２８）块删除开关

块删除开关如图３４１所示。

① 块删除开关２８切换到ＢＬＯＣＫＤＥＬＥＴＥ位置时，程序中带有符号“／”的命令语句都将

被删除，此条语句无效。

② 当把块删除开关２８切换到ＯＦＦ位置时，程序中所有命令语句都将被执行。

（２９）Ｍ０１（暂停选择）开关

Ｍ０１开关如图３４２所示。

① Ｍ０１开关扳到ＯＮ时，在程序执行到Ｍ０１指令时，机床暂停执行程序，再按循环启动

按钮３，机床又继续执行程序。

② Ｍ０１开关扳到ＯＦＦ时，在程序执行到Ｍ０１指令时，机床不停止，而是继续自动运行程序。

（３０）位置记录开关

图３４０ 单步执行开关 图３４１ 块删除开关 图３４２ Ｍ０１开关

位置记录开关如图３４３所示。详细用法见操作步骤部分。

（３１）试运行开关

在ＭＤＩ和ＡＵＴＯ状态下运转机床时，如果试运行开关３１扳到ＤＲＹＲＵＮ位置，程序中

给定的进给速度Ｆ值无效，实际进给速度参照表３８。试运行开关见图３４４。

（３２）机床锁定开关

把机床锁定开关３２扳到ＭＡＣＨＩＮＥＬＯＣＫ位置时，可以在机床不动的情况下试运行程

序，ＣＲＴ上将显示程序中坐标值的变化。机床锁定开关见图３４５。

（３３）Ｃ轴离合器开关

Ｃ轴离合器开关见图３４６。

图３４３ 位置记录开关 图３４４ 试运行开关 图３４５ 机床锁定开关 图３４６ Ｃ轴离合器开关

２８ 数控加工技术与编程

（３４）Ｃ轴离合器指示灯

①Ｃ轴离合器开关的使用方法如图３４７（ａ）所示。

② 手动Ｃ轴零点回归方法如图３４７（ｂ）所示。

③ 在Ｃ轴零点回归之前，Ｃ轴离合器不能脱开。

图３４７ Ｃ轴离合器使用方法

（３５）Ｃ轴快速进给按钮

Ｃ轴快速进给按钮如图３４８所示，其使用说明见表３１０。

表３１０ Ｃ轴快速进给按钮说明

模式选择开关８的位置 Ｃ轴快速进给按钮３５ Ｃ轴零点回归指示灯３６

模式选

择开关

ＨＡＮＤＬＥＦＥＥＤ 无效 灭

ＪＯＧＦＥＥＤ按住Ｃ轴快速进给按钮３５，Ｃ轴旋转，旋转速度受进给模

式选择开关９控制，旋转方向受＋Ｃ和－Ｃ方向控制灭

ＺＥＲＯＲＥＴＵＲＮ按住Ｃ轴快速进给按钮３５，使Ｃ轴回归零点，Ｃ轴的旋转

速度受进给模式选择开关９控制亮

（３６）Ｃ轴零点回归指示灯

Ｃ轴零点回归指示灯见图３４９。

图３４８ Ｃ轴快速进给按钮 图３４９ Ｃ轴零点回归指示灯

３．操作步骤

（１）打开电源

首先打开压缩空气开关和机床的主电源，按操作面板上的开电源按钮ｌ，显示屏上出现Ｘ，

Ｚ，Ｃ坐标值，确认ＮＯＴＲＥＡＤＹ消失。

（２）机械原点回归

３８第３章 数控机床的编程基础

亦称机床回零。打开机床以后首先进行机械原点回归，机械原点回归操作有以下３种情况。

① 刀架在机床机械原点位置，但原点回归指示灯不亮。

● 将模式选择开关选择为手动模式。

● 将进给模式选择开关选择为×１，×１０，×１００。

● 用手动脉冲发生器将刀架沿Ｘ轴和Ｚ轴负方向移动小段距离，约２０ｍｍ。

● 将模式选择开关选择为原点回归模式，进给模式开关为２５％，５０％或１００％。

● 操作手动进给操作柄１２沿Ｘ，Ｚ轴正方向回机械原点，直至回零指示灯变亮。

② 刀架远离机床机械原点。

● 将模式选择开关选择选为原点回归。

● 将进给模式开关选为２５％，５０％或１００％。

● 用手动进给操作柄将刀架先沿Ｘ轴，后沿Ｚ轴的正方向回归机床机械原点，直至两轴原

点回零指示灯变亮。

③ 刀架台超出机床限定行程的位置，因超行程出现警报从ＡＬＡＲＭ时。

● 用手动进给操纵柄将刀架沿负方向移动约２０ｍｍ。

● 按ＲＥＳＥＴ键使ＡＬＡＲＭ消失。

● 重复②的操作，完成机械原点回归。

（３）ＭＤＩ数据手动输入

① 将模式开关置于ＭＤＩ状态。

② 按ＰＲＧＲＭ键，打开单程序句输入界面。

③ 当界面左上角没有ＭＤＩ标志时按ＰＡＧＥ↓键，直至出现ＭＤＩ标志。

④ 输入数据。

【例１】 主轴正转５００ｒ／ｍｉｎ。

依次输入０９７ＩＮＰＵＴＳ５００ＩＮＰＵＴ Ｍ０４ＩＮＰＵＴ。

【例２】 Ｚ轴以０．１ｍｍ／ｒ的速度负方向移动２０ｍｍ。

依次输入Ｇ０１ＩＮＰＵＴＧ９９ＩＮＰＵＴＦ０．１ＩＮＰＵＴｗ２０．０ＩＮＰＵＴ。

【例３】 机械原点自动回归。

依次输入Ｇ２８ＩＮＰＵＴ Ｕ０ＩＮＰＵＴ Ｗ０ＩＮＰＵＴ。

【例４】 自动调用３号刀具。

依次输入Ｔ０３０３ＩＮＰＵＴ。

在输入过程中，如果输错须重新输入，按ＲＥＳＥＴ键则上面的输入全部消失，从开始输入。

如果需要取消其中某一输错的字，请按ＣＡＮ键即可。

⑤ 按程序启动键ＳＴＡＲＴ或ＯＵＰＵＴ键，即可运行。

⑥ 如需停止运行，按ＳＴＯＰ键暂停或按ＲＥＳＥＴ键取消。

（４）输入程序

将下列程序输入系统内存。

Ｏ０１００；

Ｎ１；

Ｇ５０Ｓ３０００；

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ１５００Ｔ０１０１Ｍ０４Ｆ０．１５；

４８ 数控加工技术与编程

Ｚ１．０；

／Ｇ０１Ｘ５０．０Ｆ０．２；

Ｇ０１Ｚ２０．０Ｆ０．１５；

０００Ｘ５２．０Ｚ１．０；

Ｍ３０；

① 将模式开关选为ＥＤＩＴ（编辑）状态。

② 按ＰＲＧＲＭ键打开ＰＲＯＧＲＡＭ界面。

③ 将程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

④ 在ＮＣ操作面板上依次输入下面内容。

Ｏ０１００ＥＯＢ

Ｎ１ＥＯＢ

Ｇ５０Ｓ３０００ＥＯＢ

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ１５００Ｔ０１０１Ｍ０４Ｆ０．１５ＥＯＢ

Ｚ１．０ＥＯＢ／Ｇ０１Ｘ５０．０Ｆ０．２ＥＯＢ

Ｇ０１Ｚ２０．０Ｆ０．１５ＥＯＢ

Ｇ００Ｘ５２．０Ｚ１．０ＥＯＢ⋯

Ｍ３０ＥＯＢ

直至输完所有程序句。

注 ＥＯＢ（ＥｎｄＯｆＢｌｏｃｋ）意为程序句结束。

⑤ 将程序保护开关置为ＯＮ（有效），以保护所输入的程序。

⑥ 按ＲＥＳＥＴ键，光标返回程序的起始位置。

注 ＡＬＡＲＭ Ｐ／Ｓ ７０ 表示内存容量已满，应删除无用的程序。

ＡＬＡＲＭ Ｐ／Ｓ ７３ 表示当前输入的程序号内存中已存在，改变输入的程序号或删

除原程序号及其程序内容即可。

（５）寻找程序

① 将模式选择开关选为ＥＤＩＴ（编辑）。

② 按ＰＲＧＲＭ键，打开ＰＲＯＧＲＡＭ的工作界面。

③ 输入想调出的程序的程序号（例如Ｏ１５１５）。

④ 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

⑤ 按ＣＵＲＳＯＲ↓键，即可调出。

（６）编辑程序

编辑程序必须在下面的状态下进行。

● 将模式选择开关选为ＥＤＩＴ（编辑）。

● 按ＰＲＧＲＭ键打开ＰＲＯＧＲＡＭ工作界面。

● 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

① 返回当前程序起始语句的方法。

５８第３章 数控机床的编程基础

按ＲＥＳＥＴ键，光标回到程序的最前端，例如Ｏ０１００。

② 寻找局部程序序号，例如Ｎ３。

● 按ＲＥＳＥＴ键，光标回到程序号所在位置，例如Ｏ０００１。

● 输入想调出的局部程序序号，例如Ｎ３。

● 按ＣＵＲＳＯＲ↓键，光标即移到Ｎ３所在位置。

③ 字及其他地址的寻找，例如Ｘ５０．０或Ｆ０．１。

● 输入所需调出的字（Ｘ５０．０）或命令符（Ｆ０．１）。

● 以当前光标位置为准，向前面程序寻找，按ＣＵＲＳＯＲ↑键；向后面程序寻找，按ＣＵＲＳＯＲ↓键，光标出现在所搜寻的字或命令符第一次出现的位置。

● 找不到要寻找的字或命令时，屏幕上会出现ＡＬＡＲＭ Ｐ／Ｓ ７１号警报。

④ 字的修改。

例如，将Ｚ１．０改为Ｚ１．５。

● 将光标移到Ｚ１．０位置。

● 输入改变后的字Ｚ１．５。

● 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

● 按ＡＬＴＥＲ键，即已更替。

● 程序保护开关置为ＯＮ（有效）。

⑤ 删除字。

例如，Ｇ００Ｇ９７Ｇ９９Ｘ３０．０Ｓ１５００Ｔ０１０１Ｍ０４Ｆ０．１；删除其中的字Ｘ３０．０。

● 将光标移至该行的Ｘ３０．０的位置。

● 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

● 按ＣＡＮ键，即删除Ｘ３０．０字，光标将自动移到Ｓ１５００位置。

● 程序保护回置为ＯＮ（有效）。

⑥ 删除一个程序段。

例如，００１００；

Ｎ１：

Ｇ５０Ｓ３０００；←删除该程序段

Ｇ００Ｇ９７Ｇ９９Ｓ１５００Ｔ０１０１Ｍ０４Ｆ０．１５；

● 将光标移至要删除程序段的第一个字Ｇ５０的位置。

● 按ＥＯＢ键。

● 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

● 按ＤＥＬＥＴ键，即删除整个程序段。

● 程序保护开关回置为ＯＮ（有效）。

⑦ 插入字。

例如，Ｇ００Ｇ９７Ｇ９９Ｓ１５００Ｔ０１０１Ｍ０４Ｆ０．１５；

在上面语句中加入Ｇ４０，改为

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ１５００Ｔ０１０１Ｍ０４Ｆ０．１５；

● 将光标移动至要插入字的前一个字的位置Ｇ００。

● 输入要插入的字Ｇ４０。

６８ 数控加工技术与编程

● 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

● 按ＩＮＳＲＴ键出现

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ１５００Ｔ０１０１Ｍ０４Ｆ０．１５；

● 程序保护开关回置ＯＮ（有效）。

ＥＯＢ也是一个字，也可以插入程序段中。

⑧ 删除程序，例如０１２３４。

● 模式选择开关选择ＥＤＩＴ状态。

● 按ＰＲＧＲＭ键。

● 输入要删除的程序号（例如０１２３４）。

● 确认是否为要删除的程序。

● 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

● 按ＤＥＬＥＴ键，该程序即被删除。

⑨ 显示程序内存使用量。

● 模式选择开关选择ＥＤＩＴ状态。

● 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

● 按ＰＲＧＲＭ键打开如下界面（图３５０）。

ＰＲＯＧＲＡＭ Ｏ００５０ Ｎ００５０ＳＹＳＴＥＭ ＥＤＩＴＩＯＮ Ｄ２５２ＰＲＯＧＲＡＭＮＯＵＳＥＤ：５ ＦＲＥＥ：５８ＭＥＭＯＲＹＡＲＥＡＵＳＥＤ：７４２４ ＦＲＥＥ：７６７

ＰＲＯＧＲＡＭＬＩＢＲＡＲＹＬＩＳＴＯ０００１Ｏ０００２

·

·

·

ＡＤＲＳ Ｓ０ＴＥＤＩＴ

图３５０ 显示内存使用

ＰＲＯＧＲＡＭＮＯＵＳＥＤ：已经输入的程序个数（子程序也是一个程序）。

ＦＲＥＥ：可以继续插入的程序个数。

ＭＥＭＯＲＹＡＲＥＡＵＳＥＤ：输入的程序所占内存容量（用数字表示）。

ＦＲＥＥ：剩余内存容量（用数字表示）。

ＰＲＯＧＲＡＭＬＩＢＲＡＲＹ：所有内存程序号显示。

● 按ＰＡＧＥ↑或↓键可进行翻页。

●按ＲＥＳＥＴ键，出现原来的程序界面。

（７）输入／输出程序。

① 程序的输入。

● 连接输入／输出设备。

７８第３章 数控机床的编程基础

● 模式选择开关选择为ＥＤＩＴ。

● 按ＰＲＧＲＭ键。

● 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

● 输入程序号，按ＩＮＰＵＴ键。例如，Ｏ０２００按键ＩＮＰＵＴ。

② 程序的输出。

● 连接输入／输出设备。

● 模式选择开关选择为ＥＤＩＴ。

● 按ＰＲＧＲＭ键。

● 程序保护开关置为ＯＦＦ（无效）。

● 键入程序号，按ＯＵＰＵＴ键。

例００２００ 按ＯＵＰＵＴ键。

（８）刀具补偿（刀具的几何补偿和磨损补偿）

① 刀具的几何补偿方法。

● 手动使Ｘ，Ｚ轴回归机械原点，确认原点回归指示灯亮。

● 模式选择开关选择为手动进给、快速进给、原点复归几种状态之一。

● 放下对刀仪（主轴上方）确定其合理位置后，打开界面如图３５１所示。

ＯＦＦＳＥＴ／ＧＥＯＭＥＴＲＹ Ｏ０００１ Ｎ０００１

ＮＯ Ｘ Ｚ Ｒ Ｔ

Ｇ０１ －４００．００ －３００．００ ０ ０

Ｇ０２ －３６２．０６ －２６６．１５ ０．８ ３

⋯

Ｇ０８

ＡＣＴＵＡＬＰＯＳＩＴＩＯＮ （ＲＥＬＡＴＩＶＥ）

Ｕ ０．００ Ｗ０．００

Ｈ ０．０００

ＡＤＲＳ Ｓ０Ｔ

ＥＤＩＴ

图３５１ 刀具几何补偿

按ＰＡＧＥ↓键可以翻页，可以进行１６把刀具的几何补偿。

● 刀具选择开关选择所需刀具，按下刀具指定开关（ｉｎｄｅｘ）即可调出刀具（例如调用Ｔ０２０２刀具，选择开关手动选择刀具０２号）。

● 刀盘应有足够的换刀旋转空间，夹盘、工件、尾座顶尖、刀架之间不要发生干涉现象。

● 移动光标至与之对应的刀具的几何补偿号，例如Ｇ０２。

● 手动移动Ｘ，Ｚ轴，使刀具的刀头分别接触对刀仪的Ｘ向和Ｚ向，当机床发出接触的声

音后再移开。

● 对其他所需用的刀具按上两个步骤进行刀具几何补偿，然后移开刀架回归至机械原点，

８８ 数控加工技术与编程

将对刀仪放回原处。

● 确认各刀具的刀尖圆弧半径Ｒ（通常为０．４、０．８、１．２），并输入给数据库中相对应的刀具

补偿号。

● 确认刀具的刀尖圆弧假想位置编号（例如车外圆用左偏刀为Ｔ３），确认方法见第４章，

并输入给刀具数据库中相对应的刀具补偿号。

② 刀具的磨损补偿方法。

● 按ＯＦＦＳＥＴ键后按ＰＡＧＥ↓，打开界面如图３５２所示。

ＯＦＦＳＥＴ／ＷＥＡＲ Ｏ０００１ Ｎ０００１

ＮＯ Ｘ Ｚ Ｒ Ｔ

Ｗ０１ ０．００ ０．００ ０ ０

Ｗ０２ －０．０３ －０．０５ ０ ０

⋯

Ｗ０８

ＡＣＴＵＡＬ ＰＯＳＩＴＩＯＮ （ＲＥＬＡＴＩＶＥ）

Ｕ０．０００ Ｗ０．０００

Ｈ０．０００

ＡＤＲＳ Ｓ０Ｔ

ＺＲＮ

图３５２ 刀具磨损补偿

● 将光标移至所需进行磨损补偿的刀具补偿号位置。

例如，测量用Ｔ０２０２刀具加工工件的外围直径为 ４５．０３ｍｍ，长度为２０．０５ｍｍ，而规定直径

应为４５ｍｍ，长度应为２０ｍｍ。实测值直径比要求值大０．０３ｍｍ，长度大０．０５ｍｍ，需要进行磨

损补偿。方法是，将光标移至Ｗ０２，键入Ｕ０．０３后按ＩＮＰＵＴ键，键入Ｗ０．０５后按ＩＮＰＵＴ键，Ｘ值变为在以前值的基础上加－０．０３ｍｍ；Ｚ值变为在以前值的基础上加－０．０５ｍｍ。

●Ｚ轴方向的磨损补偿与Ｘ轴方向的磨损补偿方法相同，只是Ｘ轴方向以直径方式计算

值。

输入数据的命令符为 Ｘ轴： Ｕ （数值）ＩＮＰＵＴ

Ｚ轴： Ｗ （数值）ＩＮＰＵＴ

Ｃ轴： Ｒ （数值）ＩＮＰＵＴ再进行负方向补偿时数值前加负号。

（９）对程序零点（工作零点）

① 手动或自动使Ｘ，Ｚ轴回归机械原点。

② 安装工件在主轴的适当位置，并使主轴旋转。

在模式开关ＭＤＩ状态下输入Ｇ９７（９６）ＳＭ０３（Ｍ０４），按ＯＵＴＰＵＴ键或ＣＹＣＬＥＳＴＡＲＴ按钮启动主轴旋转后，再按ＣＹＣＬＥＳＴＯＰ暂停。

③ 刀具选择开关选择２号刀具（２号刀为基准刀），并予调用。

④ 模式选择开关选择为手动进给、机动快速进给、零点回归３种状态之一。

９８第３章 数控机床的编程基础

⑤ 提起Ｚ轴功能测量控钮Ｚ－ＡＸＩＳＳＨＩＦＴＭＥＡＳＵＲＥ，出现界面如图３５３所示。

⑥ 手动移动刀架的Ｘ，Ｚ轴，使２号刀具接近工件Ｚ向的右端面，如图３５４所示。

ＷＯＲＫＳＨＩＦＴ Ｏ０００１ Ｎ０００１

（ＳＨＩＦＴＶＡＬＵＥ） （ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ）

Ｘ ０．０００ Ｘ０．０００

Ｚ －１５．０３１ Ｚ０．０００

Ｃ ０．０００ Ｃ０．０００

ＡＣＴＵＡＬ ＰＯＳＩＴＩＯＮ （ＲＥＬＡＴＩＶＥ）

Ｕ ０．０００ Ｗ ０．０００

Ｈ ０．０００

ＡＤＲＳ Ｓ０Ｔ

ＺＲＮ ＷＳＦＴ（闪动）

图３５３ ＷＯＲＫＳＨＩＦＴ界面 图３５４ 设置程序零点

⑦ 基准刀试切削工件端面。按下ＰＯＳＩＴＩＯＮＲＥＣＯＲＤＥＲ按钮，控制系统会自动记录刀

具切削点在工作坐标系中Ｚ向的位置，其数值显示在ＷＯＲＫＳＨＩＦＴ工作界面上。

⑧Ｘ轴不需进行对刀，因为工件的旋转中心是固定不变的，在刀具进行几何补偿时已经

设定。

（１０）程序的执行

① 手动或自动回归机械原点。

② 模式开关处于ＥＤＩＴ状态，调出所需程序并进行检查、修改，确认完全正确后按ＲＥＳＥＴ键使光标移至程序最前端。

③ 模式开关置于ＡＵＴＯ状态。

按ＰＲＧＲＭ键，并按ＰＡＧＥ↑键，打开ＰＲＯＧＲＡＭＣＨＥＣＫ界面，如图３５５所示。

ＰＲＯＧＲＡＭＣＨＥＣＫ Ｏ０００１ Ｎ０００１Ｏ０００１：

Ｎ１：

Ｇ５０Ｓ１５００；

Ｇ０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ１０００Ｔ０２０２Ｆ０．１２Ｍ０．４（ＲＥＬＡＴＩＶＥ） （ＤＩＳＴＡＮＣＥＴＯＤＯ） （Ｇ）

Ｕ１２５．３０ Ｘ０．０００ Ｇ００Ｇ９９ Ｇ２５Ｗ５６．２５０ Ｚ０．０００ Ｇ９７Ｇ２１ Ｇ２２Ｃ０．０００ Ｃ０．０００ Ｇ６９ Ｇ４０Ｆ ＳＭ Ｔ ＳＡＣＴ ０ＡＤＲＳ Ｓ０Ｔ

ＡＵＴＯ

图３５５ ＰＲＯＧＲＡＭＣＨＥＣＫ界面

０９ 数控加工技术与编程

● 将快速进给开关置为不同倍率２５％，５０％或１００％，此进给速度为程序运行中Ｇ００速

度，Ｘ轴的最快速度为８０ｍｍ／ｍｉｎ，Ｚ轴的最快速度为１２０００ｍｍ／ｍｉｎ。

● 将ＳＩＮＧＬＥＢＬＯＣＫ置为有效或无效。

● 刀具进给速率控制盘和主轴转速控制盘选择为适当的倍率。

④ 按循环启动ＣＹＣＬＥＳＴＡＲＴ按钮，程序即开始运行。运行时，可以调节进给速率开关

以调节进给速度，当旋钮调节至０％时进给停止，主轴转速可以在设定值的５０％～１２０％中进

行无级变速。图３５５界面中的ＤＩＳＴＡＮＣＥＴＯＤＯ可以比较程序运行过程中程序设定值与

刀具的当前位置。刀具的实际走刀量、转速及设置的走刀量、转速在该界面中均有显示。

⑤ 程序执行完毕后，Ｘ轴和Ｚ轴均将自动回归机械原点。

⑥ 工件加工结束，测量、检验合格后卸下工件。

３．４ 习题

１数控机床的标准坐标系是如何规定的？

２简述数控机床的程序编制步骤。

３简述程序结构的组成部分。

４在数控机床上装夹工件需要考虑哪些因素？

１９第３章 数控机床的编程基础

第４章 数控车床编程

４１ 数控车床概述

数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘套类等回转体零

件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并可进行切

槽、钻、扩、铰孔等工作。近年来研制出的数控车削中心，可以在一次装夹中完成更多加工工

序，提高了加工质量和生产效率，因此更适宜复杂形状的回转体零件加工。

４１１ 组成

１机械结构

从机械结构上看，数控车床还没有脱离普通车床的结构形式，即由床身、主轴箱、刀架进给

系统，液压、冷却、润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有

传统的走刀箱、溜板箱和挂轮架，直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具实现运动，因

而大大简化了进给系统的结构。由于要实现ＣＮＣ，因此数控车床应有ＣＮＣ装置、电器控制柜

和ＣＲＴ操作面板。图４１给出了数控车床的构成部分及其名称。

图４１ 数控车床的构成

（１）主轴箱

图４２为数控车床主轴箱的构造，主轴伺服电机的旋转通过皮带轮传送到主轴箱内的变

速齿轮，以此确定主轴的特定转速。在主轴箱的前面装有夹紧卡盘，可以装夹工件。

图４２ 数控车床主轴箱的构造

（２）主轴伺服电机

主轴伺服电机有交流伺服电机和直流伺服电机之分。直流伺服电机可靠性高，容易在宽

范围内控制转矩和速度，因此被广泛使用。然而，近年来小型、高速度、更可靠的交流伺服电机

作为电机控制技术的发展成果越来越多地被人们利用。

（３）夹紧装置

该装置通过液压自动控制卡爪的开／合，在简量型数控车床上无此装置。

（４）往复拖板

在往复拖板上装有刀架，刀具可以通过拖板实现主轴的方向定位和移动，从而与ｚ轴伺

服电机共同完成长度方向的切削。

（５）刀架

此装置可以固定刀具和牵引刀具，使刀具在与主轴垂直方向上定位，并与ｚ轴伺服电机

共同完成截面方向的切削，刀架结构如图４３所示。

（６）控制面板

控制面板包括ＣＲＴ操作面板（执行ＮＣ数据的输入／输出）和机床操作面板（执行机床的

手动操作）。

２数控系统

数控车床的数控系统是由ＣＮＣ装置、输入／输出设备、可编程控制器（ＰＬＣ）、主轴驱动装

置和进给驱动装置，以及位置测量系统等几部分组成，如图４４所示。

数控车床通过ＣＮＣ装置控制机床主轴转速、各进给轴的进给速度，以及实现其他辅助功

能。

３９第４章 数控车床编程

图４３ 刀架结构

图４４ ＣＮＣ系统构成

４１２ 特点

１传动链短

数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电机驱动。伺服电机直接与丝杠联结带动

刀架运动，伺服电机与丝杠也可以按控制指令无级变速，它与主轴之间无须再用多级齿轮副进

行变速。随着电机宽调速技术的发展，目标是取消变速齿轮副，目前还要通过一级齿轮副变几

个转速范围。因此，床头箱内的结构比传统车床简单得多。

２刚性高

与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。

３轻拖动

刀架移动一般采用滚珠丝杠副，为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用

油雾自动润滑。

４９ 数控加工技术与编程

为了提高数控车床导轨的耐磨性，一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较

长，也可以延长使用寿命。另外，数控车床还具有加工冷却充分、防护严密等结构特点，自动运

转时都处于全封闭或半封闭状态。多功能数控车床一般还配有自动排屑装置。

４１３ 分类

数控车床品种繁多，按数控系统功能和机械构成可分为简易数控车床（经济型数控车床）、

多功能数控车床和数控车削中心。

１简易数控车床

经济型数控车床，是低档次数控车床，一般用单板机或单片机进行控制，机械部分是在普

通车床的基础上改进设计的。

２多功能数控车床

也称全功能型数控车床，由专门的数控系统控制，具备数控车床的各种结构特点。

３数控车削中心

在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴，可以进行铣削、钻削、攻螺纹等多种加工。

４１４ ＣＪＫ６１５３的主要技术规格

下面以ＣＪＫ６１５３为例，介绍数控车床的主要规格。

床身最大工件回转直径为 ５３０ｍｍ，滑板最大工件回转直径为 ２８０ｍｍ，机床顶尖距１０００ｍｍ，刀架最大ｘ向行程为２６０ｍｍ，刀架最大ｚ向行程为１０００ｍｍ。手动４级变频调速２５～２０００ｒ／ｍｉｎ。

４１５ ＣＪＫ６１５３的润滑和冷却

该机床的润滑分为床头箱的润滑及其他部件的润滑两个部分。有齿轮变速的床头箱均采

用油润滑，由摆线泵进行强迫润滑，摆线泵吸油时，先通过精制过滤器，再经过磁性滤清器后送

到各润滑部件或经分油器对主轴轴承及所有其他运转零件进行强迫润滑和喷油润滑。机床上

其他部件的润滑，例如尾架、道轨及丝杠螺母等均采用油润滑，采用间歇润滑泵对ｘ轴、ｚ轴

的各导轨润滑面及滚珠丝杠螺母、尾架套筒外圆等部位进行自动间歇式润滑。在呈透明状态

的油箱内有液位报警开关，当箱内油液低于规定值时，机床会发出润滑报警。该机床冷却系统

采用泵冷却。冷却装置的日常维修主要是冷却水的补给更换和过滤器的清洗。在冷却箱内未

灌入冷却液前，严禁启动冷却泵，以免冷却泵烧坏。当冷却水减少时，应及时补给。冷却水发

生污染变质时，应全部更换，冷却液应注意选择防锈性能好的，以免机床生锈。

５９第４章 数控车床编程

４２ 数控车床的编程方法

学习数控车床编程，必须了解数控车床的操作要点，现有教材大多没有将数控车床的操作

与编程作为一个整体来讲述。

４２１ 坐标系和运动方向

１机床坐标系和运动方向

数控车床的坐标系以径向为ｘ轴方向，纵向为ｚ轴方向，指向主轴箱的方向为ｚ轴的负

方向，指向尾架方向为ｚ轴的正方向，而ｘ轴是以操作者面向的方向为ｘ轴正方向。因此，根

据右手法则，ｙ轴的正方向指向地面（编程中不涉及ｙ坐标）。图４５所示为数控车床的坐标系。

图４５ 数控车床坐标系

对于ｘ坐标和ｚ坐标指令，按绝对坐标编程时使用代码Ｘ和Ｚ，按增量坐标（相对坐标）编

程时使用代码Ｕ和Ｗ。

２机床坐标系的设定

机械原点（或称机床原点）是由数控车床的结构决定的，与程序原点是两个不同的概念，将

机床的机械原点设定以后，它就是一个固定的坐标点。每次操作数控车床时，启动机床之后必

须首先进行原点复归操作，使刀架返回机床的机械原点。下面以ＣＪＫ６１５３车床为例说明。

（１）ｘ轴机械原点

ｘ轴的机械原点被设定在刀盘中心距离主轴中心５００ｍｍ的位置。ｘ轴极限开关在刀架

上，当刀架返回ｘ轴的机械原点时，挡块就会触到横向滑板，如图４６所示。

（２）ｚ轴机械原点

ｚ轴的机械原点可以通过改变挡块的安装位置改变，ｚ轴机械原点挡块可以被安装在Ａ，

Ｂ，Ｃ，Ｄ４个不同的位置上，同时，ｚ轴正方向的急停挡块也随之移动，如图４７所示。

６９ 数控加工技术与编程

图４６ ｘ轴机械原点

图４７ ｚ轴机械原点

３工件坐标系的设定

程序原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时刀具相对于工件运动的起点，所以也称

为对刀点。

在编程数控车削程序时，首先要确定作为基准的程序原点。对于某一加工工件，程序原点

７９第４章 数控车床编程

的设定通常是将主轴中心设为ｘ轴方向的原点，将加工工件精切后的右端面或精切后的夹紧

定位面设定为ｚ轴方向的原点，如图４８所示。

图４８ 程序原点

４２２ 设定机床坐标系

机床坐标系是机床固有的坐标系，是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基

础。机床坐标系在出厂前已经调整好，一般不允许随意变动。参考点也是机床上的一个固定

不变的极限点，其位置由机械挡块或行程开关确定。通过回机械零点可以确认机床坐标系。

回机械零点前应先开机，数控车床开机前先要熟悉数控车床的面板。面板的形式与数控系统

密切相关。数控车床的开机有难有易。对于配国产系统的车床，开机大都比较简单，一般打开

电源后直接启动数控系统即可。开机后，通过回零使工作台回到机床原点（或参考点，该点为

与机床原点有一固定距离的点）。数控车床的回零（回参考点）步骤是，开关置于“回零”位置；

按手动轴进给方向键＋Ｘ、＋Ｚ至回零指示灯亮。开机后必须先回零（回参考点），若不作此项

工作，则螺距误差补偿、背隙补偿等功能将无法实现。机床机械原点的设定与编程中的Ｇ５４指令直接相关。

４２３ 设定工件坐标系

工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称编程坐标系，该坐标系是人为设定的。建立工件

坐标系是数控车床加工前必不可少的一步。不同的系统，其方法各不相同。

１西门子８０２Ｓ系统工件坐标系的建立方法

（１）转动刀架至基准刀（例如１号刀）。

（２）在ＭＤＡ状态下，输入Ｔ１Ｄ０，使刀补为０。

（３）机床回参考点。

（４）用试切法确定工件坐标原点。先切削试件的端面，ｚ方向不动。若该点即为ｚ方向

８９ 数控加工技术与编程

原点，则在参数下的零点偏置于目录的Ｇ５４中，输入该点的ｚ向机械坐标值Ａ的负值，即Ｚ＝－Ａ。若ｚ向原点在端面的左边ｌ处，则在Ｇ５４中输入Ｚ＝－（Ａ＋ｌ），回车即可。同理，试切

外圆，ｘ方向不动，ｚ方向退刀，记下ｘ方向的机床坐标Ａ，量直径，得到半径Ｒ，在Ｇ５４的Ｘ中输入Ｘ＝－（Ａ＋Ｒ），按回车键即可。

２广数ＧＳＫ９８０Ｔ系统工件坐标系的建立方法

（１）手动方式，试切端面。

（２）ｚ轴不动的情况下，沿ｘ轴退刀，且停止主轴旋转。

（３）测量端面与工件坐标系零点间的距离Ｚ，然后在录入方式下输入Ｇ５０Ｚ，运行该句即

可。

（４）同理，用手动方式车外圆，在ｘ轴不动的情况下沿ｚ轴退刀，且停止主轴旋转，测量工

件直径Ｘ，在录入方式下输入Ｇ５０Ｘ，运行该句即可。

３广数ＧＳＫ９２８ＴＣ工件坐标系的建立方法

（１）车外圆，沿ｚ向退刀，测得直径，按ＩｎｐｕｔＸ输入直径值，按回车键即可。

（２）车端面，沿ｘ向退刀，测得端面与工件坐标系原点间的距离，按ＩｎｐｕｔＺ输入该距离

值，按回车键即可。

４２４ 确定基准刀在工件坐标系中的位置

确定了工件坐标系后，可用Ｇ５０指令确定第一把刀（基准刀）在工件坐标系中的位置。

４２５ 确定其他刀在工件坐标系中的位置

加工一个零件常需要几把不同的刀具，由于刀具安装和刀具本身的偏差，每把刀转到切削

位置时，其刀尖所处位置并不重合，为使用户在编程时无需考虑刀具间的偏差，需确定其他刀

在工件坐标系中的位置，这就需要通过对刀来实现。不同的系统，其对刀方法各不相同。

１西门子８０２Ｓ系统的对刀方法

（１）选用某一把刀为基准刀，按参数键和刀具补偿按钮，再按新刀具按钮，输入基准刀的

刀号和刀沿（补）号。例如，基准刀为１号刀，选用１号刀沿（补），则刀具为Ｔ１Ｄ１。

（２）调用对刀窗口，用基准刀车外圆，ｚ向退刀，在对刀窗口的ｘ轴零偏处输入０（因是基

准刀），按计算键后确认。

（３）调用其他各把刀具，确定刀号和刀沿（补）号，车外圆输入直径，车端面；输入台阶深度

的负值；计算、确定即可。

２广数ＧＳＫ９８０Ｔ系统的对刀方法

（１）用基准刀试切工件，设定基准坐标系。试切端面ｘ向退刀，进入录入方式，按程序按

钮。输入Ｇ５０Ｚ０，即把该端面作为ｚ向基准面；然后按设置键，设置偏置号（基准刀＋１００），输

９９第４章 数控车床编程

入Ｚ＝０，试切外圆，ｚ向退刀，测得外圆直径 ，进入录入方式，按程序按钮。输入Ｇ５０Ｘ，再按

设置键，设置偏号，基准刀偏置号＋１００，Ｘ＝ 。

（２）调用其他各把刀具，车外圆，ｚ向退刀。测得外圆直径，将所测得的值 设到一偏置号

中，该偏置为刀号＋１００，如果刀号为２，则偏置号为２０２，在此处输入Ｘ＝ 。同理，车台阶，ｘ向退刀，测得台阶深度ｌ，在偏置号处输入Ｚ＝－ｌ。

３广数ＧＳＫ９２８ＴＣ系统的对刀方法

（１）用基准刀试切工件，用ＩＮＰＵＴ建立对刀坐标系，该坐标系的ｚ向原点，一般设在工

件的右端，即把试切的端面作为ｚ向零点。

（２）调用其他各刀，例如２号刀，用Ｔ２０调用，然后试切外圆Ｚ向退刀，测得直径 ，然后

按Ｉ键；输入 ；试切台阶，ｘ向退刀，测得台阶深度为ｌ，然后按Ｋ键，输入－ｌ，刀补即设置完

毕。

４２６ 直径或半径尺寸编程

被加工零件的径向尺寸在图纸标注和加工测量时，一般用直径值表示，所以采用直径尺寸

编程更为方便。

４２７ 编程基本知识

１程序段的构成

Ｎ Ｇ Ｘ（Ｕ） Ｚ（Ｗ） Ｆ Ｍ Ｓ Ｔ ；

其中，（１）Ｎ４代表第４个程序段。

（２）Ｘ（Ｕ）±４３，坐标可以用正负小数表示，小数点以前４位数，小数点以后３位数。

（３）Ｆ３４，进给速度可以用小数表示，小数点以后３位数，小数点以前４位数。

（４）小数点输入的情况，用小数点形式输入的数据有特殊意义。

例如，Ｘ３，数据表示３ｍｍＸ３，数据表示０００３ｍｍＸ１３２，数据表示１３２ｍｍ

此外，４３２ｍｍ的表示方法可以是Ｘ４３２或Ｘ４３２０。

（５）等效的表示方法如下。

Ｎ ００１２ Ｇ００ Ｍ０８ Ｘ００１２３４０；

Ｎ １２ Ｇ０ Ｍ８ Ｘ１２３４；

２数控车床编程指令的种类和意义

数控车床编程指令的符号和意义与加工中心相比稍有不同，详见表４１。

００１ 数控加工技术与编程

表４１ 数控机床编程指令的种类和意义

机 能 指 令 符 号 意 义

程序号码 Ｏ（ＥＩＡ） 数控程序的编号

程序段序号 Ｎ 程序段序号

准备功能 Ｇ 指定数控机床的运动方式

Ｘ，Ｚ，Ｕ，Ｗ 在各个坐标轴上的移动指令

Ｒ 圆弧半径、倒圆角

Ｃ 倒角量

Ｉ，Ｋ 圆弧中心的坐标

进给功能 Ｆ 指定进给速度、指定螺纹的螺距

主轴功能 Ｓ 指定主轴的回转速度

工具功能 Ｔ 指定刀具编号，指定刀具补偿编号

辅助功能 Ｍ 指定辅助机能的开关控制

Ｐ，Ｕ，Ｘ 停刀的时间

指定程序号 Ｐ 指定程序执行的编号

指定程序段序号 Ｐ，Ｑ 指定程序开始执行和返回的程序段序号

Ｐ 子程序的重复操作次数

３程序的构成

在数控装置中，程序的记录是根据程序号来辨别的，调用某个程序可以通过程序号调出，

编辑程序也要首先调出程序号。

程序编号的结构为：

程序编号可采用下列方式：

Ｏ３；

Ｏ０３；

Ｏ１０３；

Ｏ１００３；

Ｏ１２３４；

在程序编号的后面可以注上程序的名字并用括号括起。程序名可用１６位字符表示，要求有利

于理解。程序编号要单独使用一个程序段。

４程序段顺序号

为了区分和识别程序段，可以在程序段的前面加上顺序号

顺序号能够代表程序段执行的先后，也可以是特定程序段的代号，某个程序段可以有顺序号，

也可以没有，加工时不以顺序号的大小为各个程序段排序。

１０１第４章 数控车床编程

４２８ 一般编程方法

１快速点定位指令（Ｇ００）

Ｇ００指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹，不需

要特别指定进给速度。

输入格式 Ｇ００ＩＰ ；

其中，（１）ＩＰ为目标点的坐标，可以用Ｘ，Ｚ，Ｃ，Ｕ，Ｗ或Ｈ表示（下文同）。

（２）Ｘ（Ｕ）坐标按直径值输入。

（３）分号“；”表示一个程序段的结束。

Ｇ００指令快速进刀如图４９所示。

图４９ Ｇ００快速进刀

２直线插补指令（Ｇ０１）

Ｇ０１指令用于直线或斜线运动。它可使数控车床沿ｘ轴、ｚ轴方向执行单轴运动，也可

以沿ｘ，ｚ平面内任意斜率的直线运动。

输入格式 Ｇ０１ＩＰ Ｆ ；

其中，Ｆ为进给速度。

【示例】 外圆柱切削。

程序为

ＧＯ１Ｘ６００Ｚ８００Ｆ０３；

或

Ｇ０１Ｕ０Ｗ８００Ｆ０３；

（１）Ｘ，Ｕ指令可以省略；

２０１ 数控加工技术与编程

（２）Ｘ，Ｚ指令与Ｕ，Ｗ指令可以在一个程序段内混用，程序可以写为

Ｇ０１Ｕ０Ｚ８００Ｆ０３；

或

Ｇ０１Ｘ６００Ｗ８００Ｆ０３；

Ｇ０１指令切外圆柱如图４１０所示。

【示例】 外圆锥切削。

程序为

Ｇ０１Ｘ８００Ｚ８００Ｆ０３；

或

Ｇ０１Ｕ２００Ｗ８００Ｆ０３；

Ｇ０１指令切外圆锥如图４１１所示。

图４１０ Ｇ０１指令切外圆柱 图４１１ Ｇ０１指令切外圆锥

３圆弧插补指令（Ｇ０２，Ｇ０３）

该指令能使刀具沿着圆弧运动，切出圆弧轮廓。Ｇ０２为顺时针圆弧插补指令，Ｇ０３为逆时

针圆弧插补指令，表４２列出了Ｇ０２、Ｇ０３程序段中各地址代码含义。

输入格式 Ｇ０２Ｘ Ｚ Ｉ Ｋ Ｆ ； 或 Ｇ０２Ｘ Ｚ Ｒ Ｆ ；

Ｇ０３Ｘ Ｚ Ｉ Ｋ Ｆ ； 或 Ｇ０３Ｘ Ｚ Ｒ Ｆ ；

表４２ Ｇ０２和Ｇ０３指令程序段的含义

考虑的因素 指 令 含 义

１ 回转方向Ｇ０２ 刀具轨迹顺时针回转

Ｇ０３ 刀具轨迹逆时针回转

２ 终点位置 Ｘ，Ｚ（Ｕ，Ｗ） 加工坐标系中圆弧终点的Ｘ，Ｚ（Ｕ，Ｗ）值

３

从圆弧起点到圆弧中

心的距离 Ｉ，Ｋ从圆弧起点到圆心的距离

（通常用半径Ｒ指定）

圆弧半径 Ｒ 指圆弧的半径，取小于１８０的圆弧部分

３０１第４章 数控车床编程

执行圆弧插补需要注意的事项如下。

（１）Ｉ，Ｋ（圆弧中心）指令也可以用半径指定；当Ｉ，Ｋ值均为零时，该代码可以省略。

（２）圆弧在多个象限时，该指令可以连续执行。

（３）在圆弧插补程序段内不能有刀具功能（Ｔ）的指令。

（４）进给功能Ｆ指令指定切削进给速度，并且进给速度Ｆ控制沿圆弧方向的线速度。

（５）使用圆弧半径Ｒ值时，指定小于１８０°。

（６）指定比始点到终点的距离的５０％还小的Ｒ值时，按１８０°圆弧计算。

（７）当Ｉ，Ｋ和Ｒ指令同时被指定时，Ｒ指令优先，Ｉ和Ｋ值无效。

（８）仅用增量坐标Ｕ，Ｗ也可以。

４螺纹切削指令（Ｇ３３）

Ｇ３３指令能够切削圆柱螺纹、圆锥螺纹和端面螺纹。

输入格式 Ｇ３３ ＩＰ Ｆ ；

其中，Ｆ 为螺纹的螺距。Ｇ３３指令如图４１２和图４１３所示。

图４１２ Ｇ３３圆柱螺纹切削

图４１３ Ｇ３３圆锥螺纹切削

５每转进给量指令（Ｇ９９）和每分钟进给量指令（Ｇ９８）

指定进给功能的指令方法有每转进给量指令和每分钟进给量指令两种。

４０１ 数控加工技术与编程

（１）每转进给量指令（Ｇ９９）

输入格式 Ｇ９９ （Ｆ ）；

主轴每转进给量（主轴速度单位为ｍｍ／ｒ）

Ｇ９９指令如图４１４所示。

图４１４ 每转进给量指令Ｇ９９

（２）每分钟进给量指令（Ｇ９８）

输入格式 Ｇ９９ （Ｆ ）；

每分钟进给量（主轴速度单位为ｍｍ／ｍｉｎ）

Ｇ９８指令如图４１５所示。

图４１５ 每分钟进给量指令Ｇ９８

６暂停指令（Ｇ０４）

暂停指令可以使刀具进行短时间（几秒钟）无进给光整加工，主要用于车削环槽、盲孔及自

动加工螺纹等场合。暂停指令如图４１６所示。

输入格式 Ｇ０４Ｕ ；

Ｇ０４Ｐ ；

（Ｇ９９）Ｇ０４Ｕ（Ｐ） ； 指令暂停进刀的主轴回转数

（Ｇ９８）Ｇ０４Ｕ（Ｐ） ； 指令暂停进刀的时间

（１）在Ｇ９８进给模式中，指令中输入的时间即为停止进给时间。

５０１第４章 数控车床编程

图４１６ 暂停指令Ｇ０４

（２）在暂停指令同一语句段内不能指令进给速度。

（３）使用Ｐ形式输入时，不能用小数点输入。

（４）在没有出现Ｇ９８时，数控车床程序默认Ｇ９９进给方式，进给形式为

（Ｇ９９）Ｇ０４１０； 主轴转一转后执行下一个程序段

（Ｇ９８）Ｇ０４１０； 一秒钟之后执行下一个程序段

７自动回原点指令（Ｇ２８）

Ｇ２８指令使刀具自动返回机械原点或经过某一中间位置，再回机械原点，如图４１７所示。

图４１７ 经过中间点返回机械原点

输入格式 Ｇ２８ Ｘ（Ｕ） Ｚ（Ｗ） Ｔ００；

中间点的坐标

（１）Ｔ００表示刀具复位。

（２）Ｘ（Ｕ）指令必须按直径值输入。

（３）该指令用快速进给方式。

６０１ 数控加工技术与编程

８工作坐标系设定指令（Ｇ５０）

Ｇ５０指令以程序原点为工作坐标系的中心（原点），指定刀具出发点的坐标值，如图４１８所示。

图４１８ 设定工作坐标系指令Ｇ５０

输入格式 Ｇ５０ Ｘ Ｚ ；

刀具出发点

（１）设定工作坐标系之后，刀具的出发点到程序原点之间的距离就是一个确定的绝对坐

标值。与刀具从机械原点出发相比，可以提高生产效率。

（２）刀具出发点的坐标以参考刀具（外径、端面精加工车刀）的刀尖位置设定。

（３）确认在刀具出发点换刀时，刀具、刀库与工件和夹具之间没有干涉。

（４）在加工工件时，还需测量机械原点与刀具出发点之间的距离（αｘ，αｚ），以及其他刀具

与参考刀具刀尖位置间的距离。

９主轴功能指令（Ｓ指令）和主轴转速控制指令（Ｇ９６，Ｇ９７，Ｇ５０）

（１）主轴功能指令（Ｓ）

Ｓ指令用于设定主轴转数。

① 主轴最高转速的设定（Ｇ５０）

（Ｇ５０） Ｓ ；

主轴最高转速

② 直接设定主轴转数指令（Ｇ９７）

主轴速度用转数设定，单位为ｒ／ｍｉｎ。

（Ｇ９７） Ｓ （Ｍ３８ Ｍ３９）；

７０１第４章 数控车床编程

取消主轴线速度 设定主轴转数（ｒ／ｍｉｎ）

恒定功能 指令范围为０～９９９９

③ 设定主轴线速度恒定指令（Ｇ９６）

主轴速度用线速度（ｍ／ｍｉｎ）值输入，并且主轴线速度恒定。

（Ｇ９６） Ｓ （Ｍ３８ Ｍ３９）；

主轴线速度恒定 设定主轴线速度，即切削速度（ｍ／ｍｉｎ）

式中指令说明如下。

●Ｇ９６（控制线速度恒定指令）。当工件直径变化时，主轴每分钟转数也随之变化，这样就

可以保证切削速度不变，从而提高了切削质量。

● 主轴转速连续变化，Ｍ３８设定主轴在低速范围变化（粗加工），Ｍ３９设定主轴在高速范

围变化（精加工）。

１０刀具功能指令（Ｔ指令）

Ｔ指令用于指定刀具及刀具补偿，地址符号为Ｔ。

输入格式

（１）刀具序号可以与刀盘上的刀位号相对应。

（２）刀具补偿包括形状补偿和磨损补偿。

（３）刀具序号和刀具补偿号不必相同，但为了方便起见，通常使它们一致。

取消刀具补偿的Ｔ指令格式为

Ｔ 或Ｔ ００

１１进给功能指令（Ｆ指令）

Ｆ指令指定刀具的进给速度，有如下３种形式。

（１）每转进给量（ｍｍ／ｒ），如图４１９所示。

（Ｇ９９） Ｆ ；

主轴每转刀具进给量

小数点输入指令范围为００００１～５００００００（ｍｍ／ｒ）（２）每分钟进给量（ｍｍ／ｍｉｎ），如图４２０所示。

（Ｇ９８） Ｆ ；

每分钟刀具进给量

８０１ 数控加工技术与编程

指定范围：１～１５０００（ｍｍ／ｍｉｎ）

（３）螺纹切削进给速度（ｍｍ／ｒ），如图４２１所示。

Ｇ３２Ｇ７６ ＩＰ Ｆ ；

Ｇ９２指定螺纹的螺距

指令范围为００００１～５００００００（ｍｍ／ｒ）

① 每次进给量切螺纹时，快速进给速度没有指定界限。

② 接入电源时，系统默认Ｇ９９模式（每转进给量）。

图４１９ 每转进给量 图４２０ 每分钟进给量 图４２１ 螺纹切削

１２辅助功能指令（Ｍ指令）

Ｍ指令用于设定各种辅助动作及其状态。表４３给出了数控车床和车铣中心的辅助

功能。

表４３ 数控车床和车铣中心的辅助功能

Ｍ 代 码 功 能

００ 程序停止

０１ 计划停止

０２ 程序结束

０３ 主轴顺时针转／旋转刀具顺时针转

０４ 主轴逆时针转／旋转刀具逆时针转

０５ 主轴停止／旋转刀具停止

０８ 冷却液开

０９ 冷却液关

１０ 夹盘紧

１１ 夹盘松

１９ 夹头自动归位

Ｍ 代 码 功 能

２０ 空气开

３０ 纸带结束

３２ 尾顶尖进给

３３ 尾顶尖后退

４０ 低速齿轮

４１ 高速齿轮

４６ 自动门开（选择）

４７ 自动门关（选择）

４８ 有螺纹导角（螺纹加工）

４９ 无螺纹导角（螺纹加工）

５２ 主轴（Ｃ轴）锁紧（用于车削中心）

９０１第４章 数控车床编程

续表

Ｍ 代 码 功 能

５３ 主轴（Ｃ轴）松开（用于车削中心）

５４ Ｃ轴离合器合上（用于车削中心）

５５ Ｃ轴离合器打开（用于车削中心）

８２ 尾架体进给

Ｍ 代 码 功 能

８３ 尾架体后退

９８ 调用子程序

９９ 子程序结束

１３刀具半径补偿功能指令（Ｇ４０，Ｇ４１，Ｇ４２）

大多数全功能的数控机床都具备刀具半径（或直径）自动补偿功能（以下简称刀具半径补

偿功能），因此只要按工件轮廓尺寸编程，再通过系统补偿一个刀具半径值即可。

（１）刀尖半径和假想刀尖概念

① 刀尖半径。即车刀刀尖部分为一圆弧，构成假想圆的半径值。一般，车刀均有刀尖半

径，用于车外圆或端面时，刀尖圆弧大小并不起作用，但用于车倒角、锥面或圆弧时则会影响精

度，因此在编制数控车削程序时，必须给予考虑。

② 假想刀尖。所谓假想刀尖如图４２２（ｂ）所示，Ｐ点为该刀具的假想刀尖，相当于（ａ）尖

头刀的刀尖点。假想刀尖实际上不存在。

图４２２ 刀尖半径和假想刀尖

刀尖半径Ｒ的变化会造成过切削或欠切削现象。

用手工方法计算刀尖半径补偿值时，必须在编程时将补偿量加入程序中，一旦刀尖半径值

变化，就需要改动程序，这样编程很烦琐。刀尖半径Ｒ补偿功能可以利用数控装置自动计算

补偿值，生成刀具路径。下面讨论刀尖半径自动补偿的方法。

（２）刀尖半径补偿模式的设定（Ｇ４０，Ｇ４１，Ｇ４２指令）

①Ｇ４０（解除刀具半径补偿）。解除刀具半径补偿，应写在程序开始的第一个程序段和取

消刀具半径补偿的程序段，取消Ｇ４１，Ｇ４２指令。

②Ｇ４１（左偏刀具半径补偿）。面朝向与编程路径一致的方向，刀具在工件的左侧，则用该

指令补偿。

③Ｇ４２（右偏刀具半径补偿）。面朝向与编程路径一致的方向，刀具在工件的右侧，则用该

０１１ 数控加工技术与编程

指令补偿。

图４２３ Ｇ４１和Ｇ４２指令

图４２３为切削过程中经过刀尖半径补偿和未经刀尖半径补偿

时，假想刀尖的位置。

（３）刀尖半径补偿注意事项

①Ｇ４１，Ｇ４２指令不能与圆弧切削指令写在同一个程序段，可以

与Ｇ００和Ｇ０１指令写在同一个程序段内，在这个程序段的下一程序

段始点位置，与程序中刀具路径垂直方向线过刀尖圆心。

② 必须用Ｇ４０指令取消刀尖半径补偿，在指令Ｇ４０程序段的前

一个程序段的终点位置，与程序中刀具路径垂直的方向线过刀尖圆心。

③ 在使用Ｇ４１或Ｇ４２指令模式中，不允许有两个连续的非移动指令，否则刀具在前面程

序终点的垂直位置停止，且产生过切或欠切现象。

１４单一固定循环指令（Ｇ９０，Ｇ９２，Ｇ９４）

外径、内径、端面、螺纹切削的粗加工，刀具要常常反复地执行相同的动作，才能切到工件

要求的尺寸，这时在一个程序中常常需要写入很多的程序段，为了简化程序，数控装置可以用

一个程序段指定刀具进行反复切削，这就是固定循环功能。

（１）外径、内径切削循环（Ｇ９０）

切削圆柱面

输入格式 Ｇ９０Ｘ（Ｕ） Ｚ（Ｗ） （Ｆ ）；

外径、内径切削终点坐标

图４２４ Ｇ９０指令循环动作

【示例】 用Ｇ９０指令编程，如图４２４所示。

Ｇ９６Ｓ１２０Ｔ０１０１（Ｍ３９）；

Ｇ５０Ｘ１５００Ｚ２０００Ｍ０８；

Ｇ００Ｘ９４０Ｚ１００Ｔ０１０１Ｍ０３；

Ｚ２０； 循环起点

Ｇ９０模式Ｇ９０Ｘ８００Ｚ４９８Ｆ０２５；

Ｘ７００；

Ｘ６０４；

Ｇ００Ｘ１５００Ｚ２０００Ｔ００００；

Ｍ０１；

② 切削圆锥面

输入格式 Ｇ９０Ｘ（Ｕ） Ｚ（Ｗ） Ｒ （Ｆ ）；

外径、内径切削终点坐标 锥面径向尺寸

Ｇ９０指令切削锥面循环动作如图４２５所示。（２）端面切削循环指令（Ｇ９４）

① 切削直端面

１１１第４章 数控车床编程

图４２５ Ｇ９０指令切削锥面循环动作

输入格式 Ｇ９４Ｘ（Ｕ） Ｚ（Ｗ） （Ｆ） ；

端面切削终点坐标

切削直端面如图４２６所示。

图４２６ 锥面方向

Ｇ００Ｘ８４０Ｚ２０； 循环起点

Ｇ９０模式 Ｇ９４Ｘ３０４Ｚ５０Ｆ０２；

Ｚ１００；

Ｚ１４８；

Ｇ００Ｘ１５００Ｚ２０００；

Ｍ０１；

② 切削锥度端面

输入格式 Ｇ９４Ｘ（Ｕ） Ｚ（Ｗ） Ｋ （Ｆ） ；

端面切削终点坐标 锥面轴向尺寸

切削锥度端面如图４２７所示。

２１１ 数控加工技术与编程

图４２７ Ｇ９４循环动作

（３）螺纹切削循环指令（Ｇ９２）

输入格式

【示例】 用Ｇ９２模式编程。

Ｇ００Ｘ４００Ｚ５０Ｍ４８； 循环起点

Ｇ９０模式 Ｇ９２Ｘ２９３Ｚ４２０Ｆ２０；

Ｘ２８８；

Ｘ２８４２；

Ｘ２８１８；

Ｘ２７９８；

Ｘ２７８２；

Ｘ２７７２；

Ｘ２７６２；

Ｇ００Ｘ１５００Ｚ２０００；

１５复合固定循环（Ｇ７０～Ｇ７３）

现代数控车床培植不同的数控系统，定义了一些具有特殊功能的固定循环切削指令，日本

ＦＡＮＵＣ０Ｔ／１５Ｔ系统定义了Ｇ７０～Ｇ７６各种形式的复合固定循环指令，下面介绍几种指令的

使用方法。

（１）外径、内径粗加工循环指令（Ｇ７１）

３１１第４章 数控车床编程

Ｇ７１指令将工件切削至精加工之前的尺寸，精加工前的形状和粗加工的刀具路径由系统

根据精加工尺寸自动设定。

在Ｇ７１指令程序段内应指定精加工工件的程序段的顺序号、精加工余量、粗加工每次切

深、Ｆ功能、Ｓ功能、Ｔ功能等，刀具循环路径如图４２８所示。

图４２８ Ｇ７１指令刀具循环路径

输入格式 Ｇ７１ＰｎｓＱｎｆＵΔｕＷΔｗＤΔｄ（Ｆ Ｓ Ｔ ）；

其中，ｎｓ为精加工程序第一个程序段的序号，ｎｆ为精加工程序最后一个程序段的序号，Δｕ为

ｘ轴方向精加工余量（直径值），Δｗ为ｚ轴方向精加工余量，Δｄ为精加工每次切深。

（２）端面粗加工循环指令（Ｇ７２）

Ｇ７２指令与Ｇ７１指令类似，不同之处就是刀具路径是按径向方向循环的，输入格式同Ｇ７１指令，刀具循环路径如图４２９所示。

图４２９ Ｇ７２指令刀具循环路径

输入格式 Ｇ７２ＰｎｓＱｎｆＵΔｕＷΔｗＤΔｄ（Ｆ Ｓ Ｔ ）；

其中，ｎｓ为精加工程序第一个程序段的序号，ｎｆ为精加工程序最后一个程序段的序号，Δｕ为

ｘ轴方向精加工余量（直径值），Δｗ为ｚ轴方向精加工余量，Δｄ为粗加工每次切深。

（３）闭合车削循环指令（Ｇ７３）

Ｇ７３指令与Ｇ７２，Ｇ７１指令相同，只是刀具路径是按工件精加工轮廓进行的，刀具循环路

径如图４３０所示。例如，如果铸件、锻件等工件毛坯已经具备了简单的零件轮廓，这时粗加工

使用Ｇ７３循环指令可以省时，提高功效。

４１１ 数控加工技术与编程

图４３０ Ｇ７３指令刀具循环路径

输入格式 Ｇ７３ＰｎｓＱｎｆＩΔｉＫΔｋＵΔｕＷΔｗＤΔｄ（Ｆ Ｓ Ｔ ）；

其中，ｎｓ为精加工程序第一程序段的序号，ｎｆ为精加工程序最后一个程序段的序号，Δｉ为ｘ方向的退出距离和方向，Δｋ为ｚ轴方向退出距离和方向，Δｕ为ｘ轴方向精加工余量，Δｗ为

ｚ轴方向精加工余量，Δｄ为粗加工每次切深。

（４）精加工循环指令（Ｇ７０）

执行Ｇ７１，Ｇ７２，Ｇ７３粗加工循环指令以后的精加工循环，在Ｇ７０指令程序段内应指令精

加工程序第一个程序的程序号和精加工程序最后一个程序的程序号。

输入格式 Ｇ７０ＰｎｓＱｎｆ；

其中，ｎｓ为精加工程序第一个程序段序号；ｎｆ为精加工程序最后一个程序号。

【示例】 用Ｇ７０，Ｇ７１指令编程（图４３１）。

图４３１ Ｇ７０，Ｇ７１程序示例

５１１第４章 数控车床编程

４３ 典型零件的数控车床编程实例

４３１ 实例１

编制工件的数控加工程序如图４３２所示，要求切断，１＃外圆刀，２＃切槽刀，切槽刀宽度

为４ｍｍ，毛坯直径为３２ｍｍ。

图４３２

（１）首先根据图纸要求按先主后次的加工原则，确定工艺路线。

① 粗加工外圆与端面。

② 精加工外圆与端面。

③ 切断。

（２）选择刀具，对刀，确定工件原点。

根据加工要求，需选用２把刀具，Ｔ０１号刀车外圆与端面，Ｔ０２号刀切断。用碰刀法对刀

以确定工件原点，此例中工件原点位于最左面。

（３）确定切削用量。

① 加工外圆与端面，主轴转速为６３０ｒ／ｍｉｎ，进给速度为１５０ｍｍ／ｍｉｎ。

② 切断，主轴转速为３１５ｒ／ｍｉｎ，进给速度为１５０ｍｍ／ｍｉｎ。

（４）编制加工程序

Ｎ１０Ｇ５０Ｘ５０Ｚ１５０； 确定起刀点

Ｎ２０Ｍ０３Ｓ６３０； 主轴正转

Ｎ３０Ｔ１１； 选用１号刀，１号刀补

Ｎ４０Ｇ００Ｘ３５Ｚ５７５； 准备加工右端面

Ｎ５０Ｇ０１Ｘ１Ｆ１５０； 加工右端面

Ｎ６０Ｇ００Ｘ３２Ｚ６０； 准备开始进行外圆循环

Ｎ７０Ｇ９０Ｘ２８Ｚ２０Ｆ１５０； 开始进行外圆循环

Ｎ８０Ｘ２６；

Ｎ９０Ｘ２４；

６１１ 数控加工技术与编程

Ｎ１００Ｘ２２；

Ｎ１１０Ｘ２１； ２０圆先车削至２１Ｎ１２０Ｇ０１Ｘ０Ｚ５７５Ｆ１５０； 结束外圆循环并定位至半圆Ｒ７５的起切点

Ｎ１３０Ｇ０２Ｘ１５Ｚ５０Ｉ０Ｋ７５Ｆ１５０； 车削半圆Ｒ７５Ｎ１４０Ｇ０１Ｘ１５Ｚ４２Ｆ１５０； 车削１５圆

Ｎ１５０Ｘ１６； 倒角起点

Ｎ１６０Ｘ２０Ｚ４０； 倒角

Ｎ１７０Ｚ２０； 车削２０圆

Ｎ１８０Ｇ０３Ｘ３０Ｚ１５Ｉ１０Ｋ０Ｆ１５０； 车削圆弧Ｒ５Ｎ１９０Ｇ０１Ｘ３０Ｚ２Ｆ１５０； 车削３０圆

Ｎ２００Ｘ２６Ｚ０； 倒角

Ｎ２１０Ｇ０Ｘ５０Ｚ１５０； 回起刀点

Ｎ２２０Ｔ１０； 取消１号刀补

Ｎ２３０Ｔ２２； 换２号刀

Ｎ２３５Ｍ０３Ｓ３１５；

Ｎ２４０Ｇ０Ｘ３３Ｚ４； 定位至切断点

Ｎ２５０Ｇ０１Ｘ１Ｆ１５０； 切断

Ｎ２６０Ｇ０Ｘ５０Ｚ１５０； 回起刀点

Ｎ２７０Ｔ２０； 取消２号刀补

Ｎ２８０Ｍ０５； 主轴停止

Ｎ２９０Ｍ０２； 程序结束

４３２ 实例２

编制工件的数控加工程序如图４３３所示，不要求切断，１＃外圆刀，２＃螺纹刀，３＃切槽

刀，切槽刀宽度为４ｍｍ，毛坯直径为３２ｍｍ。

图４３３

（１）首先根据图纸要求按先主后次的加工原则，确定工艺路线。

① 加工工件的外圆与端面。

② 切槽。

７１１第４章 数控车床编程

③ 车螺纹。

（２）选择刀具，对刀，确定工件原点。

根据加工要求需选用３把刀具，Ｔ０１号刀车外圆与端面，Ｔ０２号刀车螺纹，Ｔ０３号刀切槽。

用碰刀法对刀以确定工件原点，此例中工件原点位于最左面。

（３）确定切削用量。

① 加工外圆与端面，主轴转速６３０ｒ／ｍｉｎ，进给速度１５０ｍｍ／ｍｉｎ。

② 切断，主轴转速３１５ｒ／ｍｉｎ，进给速度１５０ｍｍ／ｍｉｎ。

③ 车螺纹，主轴转速２００ｒ／ｍｉｎ，进给速度２００ｍｍ／ｍｉｎ。

（４）编制加工程序。

Ｎ１０Ｇ５０Ｘ５０Ｚ１５０； 确定起刀点

Ｎ２０Ｍ０３Ｓ６３０； 主轴正转

Ｎ３０Ｔ１１； 选用１号刀，１号刀补

Ｎ４０Ｇ００Ｘ３３Ｚ６０； 准备加工右端面

Ｎ５０Ｇ０１Ｘ１Ｆ１５０； 加工右端面

Ｎ６０Ｇ００Ｘ３１Ｚ６２； 准备进行外圆循环

Ｎ７０Ｇ９０Ｘ２８Ｚ２０Ｆ１５０； 开始进行外圆循环

Ｎ８０Ｘ２６；

Ｎ９０Ｘ２４；

Ｎ１００Ｘ２２；

Ｎ１１０Ｘ２１； ２０圆先车削至２１Ｎ１２０Ｇ００Ｚ６０； 准备车倒角

Ｎ１３０Ｇ０１Ｘ１８Ｆ１５０； 定位至倒角起点

Ｎ１４０Ｇ０１Ｘ２０Ｚ５９； 倒角

Ｎ１５０Ｚ２０； 车削２０圆

Ｎ１６０Ｇ０３Ｘ３０Ｚ１５Ｉ１０Ｋ０； 车削圆弧Ｒ５Ｎ１７０Ｇ０１Ｘ３０Ｚ０； 车削３０圆

Ｎ１８０Ｇ００Ｘ５０Ｚ１５０； 回起刀点

Ｎ１９０Ｔ１０； 取消１号刀补

Ｎ２００Ｔ３３； 换３号刀

Ｎ２０５Ｍ０３Ｓ３１５；

Ｎ２１０Ｇ００Ｘ２２Ｚ４０； 定位至切槽点

Ｎ２２０Ｇ０１Ｘ１８Ｆ６０； 切槽

Ｎ２３０Ｇ０４Ｄ５； 停顿５秒钟

Ｎ２４０Ｇ００Ｘ５０； 回起刀点

Ｎ２５０Ｚ１５０；

Ｎ２６０Ｔ３０； 取消３号刀补

Ｎ２７０Ｔ２２； 换２号刀

Ｎ２８０Ｇ００Ｘ２０Ｚ６２； 定位至螺纹起切点

Ｎ２８５Ｍ０３Ｓ２００；

Ｎ２９０Ｇ９２Ｘ１９５Ｚ４２Ｐ１５； 螺纹循环开始

Ｎ３００Ｘ１９；

８１１ 数控加工技术与编程

Ｎ３１０Ｘ１８５；

Ｎ３２０Ｘ１７３；

Ｎ３３０Ｇ００Ｘ５０Ｚ１５０； 回起刀点

Ｎ３４０Ｔ２０； 取消２号刀补

Ｎ３５０Ｍ０５； 主轴停止

Ｎ３６０Ｍ０２； 程序结束

４３３ 实例３

加工零件如图４３４所示。毛坯为 ４２ｍｍ的棒料，从右端轴向走刀切削，粗加工每次进给

深度１５ｍｍ，进给量为０１５ｍｍ／ｒ，精加工余量ｘ向０５ｍｍ，ｚ向０１ｍｍ，切槽刀刃宽为

４ｍｍ。工件程序原点如图４３４所示。

图４３４

程序 说明

Ｏ０００１； 程序号

Ｍ４１； 主轴高速挡

Ｇ５０Ｓ１５００； 最高转速１５００ｒ／ｍｉｎＮ１； 工序１ 外圆粗加工

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ６００Ｔ０２０２Ｍ０４Ｆ０１５； 主轴转速６００ｒ／ｍｉｎ，走刀量

０１５ｍｍ／ｒ，刀具号Ｔ０２Ｘ４４０Ｚ１０； 外圆粗车循环点

Ｇ７１Ｕ１５Ｒ０５； 外圆粗车纵向循环指令，每次吃刀深度１５ｍｍ，

退刀量０５ｍｍＧ７１Ｐ１０Ｑ１１Ｕ０５Ｗ０１； ｘ向精加工余量为０５ｍｍ，ｚ向精加工余量０１ｍｍＮ１０Ｇ０Ｇ４２Ｘ０； 工件轮廓程序起点序号（Ｎ１０），刀具以Ｇ０速度至

Ｘ０，进行右刀补

Ｇ０１Ｚ０； 进刀至Ｚ０Ｘ２００Ｋ１０； 切削端面，倒角１×４５°Ｚ２００； 切削２０外圆，长２０ｍｍＸ３００Ｋ１０； 切削端面，倒角１×４５°Ｚ５００； 切削３０外圆至５０ｍｍ

９１１第４章 数控车床编程

Ｘ４００Ｋ１０； 切削端面，倒角１×４５°Ｚ８４０； 切削４０外圆至８４ｍｍＮ１１Ｇ０１Ｇ４０Ｘ４３０； 工件轮廓程序结束序号（Ｎ１１），刀具至４３，取消

刀补

Ｇ２８Ｕ０Ｗ０Ｔ０Ｍ０５； ｘ向、ｚ向自动回归机械原点

Ｎ２； 工序２ 外圆精车

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ１０００Ｔ０４０４Ｍ０４Ｆ００８； 主轴转速１０００ｒ／ｍｉｎ，走刀量

００８ｍｍ／ｒ，刀具号Ｔ０４Ｘ４４０Ｚ１０； 外圆精车循环点

Ｇ７０Ｐ１０Ｑ１１； 精车外圆指令，执行（Ｎ１０）至（Ｎ１１）程序段

Ｇ２８Ｕ０Ｗ０Ｔ０Ｍ０５； 刀具自动回归机械原点

Ｎ３； 工序３ 切断

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ３００Ｔ０６０６Ｍ０４Ｆ００５； 主轴转速３００ｒ／ｍｉｎ，走刀量

００５ｍｍ／ｒ，刀具号Ｔ０６Ｘ４２０Ｚ８４０； 切断刀循环点

Ｇ７５Ｒ０５； 切断循环加工指令，Ｒ０５指切削时的每次退刀量

Ｇ７５Ｘ０Ｐ２０００； Ｘ０为刀具切削终点坐标值，Ｐ２０００为每次切削深

度为２０００μｍＧ００Ｘ１０００；

Ｇ２８Ｕ０Ｗ０Ｔ０Ｍ０５； ｘ向、ｚ向自动回归机械原点

Ｍ３０； 程序结束

４３４ 实例４

图４３５

加工零件如图４３５所示。毛坯为 ６０ｍｍ×９５ｍｍ棒料，从右端至左端轴向走刀切削，粗加工每次进给深

度２０ｍｍ，进 给 量 为０２５ｍｍ／ｒ，精 加 工 余 量ｘ 向

０４ｍｍ，ｚ向０１ｍｍ，切槽刀刃宽４ｍｍ。工件程序原

点如图４３５所示。

程序 说明

Ｏ０００２；

Ｍ４１；

Ｇ５０Ｓ１５００；

Ｎ１； 工序１ 端面车削

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ４００Ｔ０１０１Ｍ０４Ｆ０１；

Ｘ６２０Ｚ１５；

Ｇ９６Ｓ１２０； 切换工件速度，转速为５００ｒ／ｍｉｎＧ０１Ｘ０；

Ｇ００Ｘ６２０Ｚ１５；

Ｚ０；

Ｇ０１Ｘ０；

０２１ 数控加工技术与编程

Ｇ００Ｇ９７Ｓ５００Ｚ５００；

Ｇ２８Ｕ０Ｗ０Ｔ０Ｍ０５；

Ｎ２； 工序２ 外圆粗车

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ４００Ｔ０２０２Ｍ０４Ｆ０２５；

Ｘ６７０Ｚ１０； 刀具定位至粗车循环点

Ｇ７１Ｕ２０Ｒ０５；

Ｇ７１Ｐ１０Ｑ１１Ｕ０４Ｗ０１；

Ｎ１０Ｇ００Ｇ４２Ｘ０；

Ｇ０１Ｚ０；

Ｇ０３Ｘ２００Ｚ１００Ｒ１００；

Ｇ０１Ｚ１５０；

Ｘ３００；

Ｚ４６０Ｒ３０；

Ｘ４００；

Ｚ６６０；

Ｘ６１０；

Ｎ１１Ｇ０１Ｇ４０Ｘ６５０；

Ｇ２８Ｕ０Ｗ０Ｔ０Ｍ０５；

Ｎ３； 工序３ 外圆精车

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ６００Ｔ０４０４Ｍ０４Ｆ０１；

Ｘ６７０Ｚ１０；

Ｇ９６Ｓ１５０；

Ｇ７０Ｐ１０Ｑ１１；

Ｇ００Ｇ９７Ｓ６００Ｘ１０００；

Ｇ２８Ｕ０Ｗ０Ｔ０Ｍ０５；

Ｎ４； 工序４ 外圆精车

Ｇ００Ｇ４０Ｇ９７Ｇ９９Ｓ３００Ｔ０６０６Ｍ０４Ｆ００５；

Ｘ３１０Ｚ２９０；

Ｇ０１Ｘ２６０； 进刀时进给量为００５ｍｍ／ｒＧ０１Ｘ３１０Ｆ０２； 退刀时进给量为０２ｍｍ／ｒＧ００Ｚ３３０；

Ｇ０１Ｘ２６０Ｆ００５；

Ｇ０１Ｘ３１０Ｆ０２；

Ｇ００Ｚ３４０；

Ｇ０１Ｘ２６０Ｆ００５；

Ｇ０１Ｘ３１０Ｆ０２；

Ｇ２８Ｕ０Ｗ０Ｔ０Ｍ０５；

Ｍ３０； 程序结束

４３５ 实例５

编制工件的数控加工程序如图４３６所示，工艺路线、切削用量等与实例４类似。刀具选

１２１第４章 数控车床编程

择为Ｔ１１：９０°外圆车刀，Ｔ２２：６９°螺纹车刀，Ｔ３３：宽３６ｍｍ切断刀。

图４３６

加工程序如下。

（１）先加工 ２５宽１５的槽，所以原点为前端与轴心线交点。

Ｇ５０Ｘ４０Ｚ５０；

Ｍ０３Ｓ１５００；

Ｔ１１；

Ｇ００Ｘ３６Ｚ０；

Ｇ０１Ｘ０Ｆ８０；

Ｇ００Ｘ３４Ｚ２；

Ｇ０１Ｚ３８Ｆ８０；

Ｇ００Ｘ４０Ｚ５０；

Ｔ１０；

Ｔ２２；

Ｇ００Ｘ３５Ｚ１５０；

Ｇ７５Ｘ２５５Ｚ２３５Ｉ３Ｋ１Ｅ３５Ｆ１００；

Ｇ００Ｚ１２６Ｘ３４５；

Ｇ０１Ｘ３４Ｆ８０；

Ｘ３２Ｚ１３６；

Ｘ２８；

Ｇ０３Ｘ２５Ｚ１５１Ｒ１５；

Ｇ０１Ｚ２０；

Ｇ００Ｘ３５；

Ｚ２６；

Ｇ０１Ｘ３４Ｆ８０；

Ｘ３２Ｚ２５；

Ｘ２８；

２２１ 数控加工技术与编程

Ｇ０２Ｘ２５Ｚ２３５Ｒ１５；

Ｇ０１Ｚ１６；

Ｇ００Ｘ４０；

Ｚ５０；

Ｔ２０；

Ｍ０５Ｍ０２；

（２）加工球和螺纹。

Ｇ５０Ｘ５０Ｚ５０；

Ｍ０３Ｓ１５００；

Ｔ１１；

Ｇ００Ｘ３６Ｚ０；

Ｇ０１Ｘ０Ｆ８０；

Ｇ００Ｘ３６Ｚ２；

Ｇ９０Ｘ３３Ｚ３０Ｆ２００；

Ｘ３０；

Ｘ２７；

Ｘ２４；

Ｘ２２５；

Ｇ００Ｘ３５Ｚ２９；

Ｇ９０Ｘ３３Ｚ６０Ｆ２００；

Ｘ３０；

Ｘ２８；

Ｇ００Ｘ３２Ｚ５９；

Ｇ０１Ｘ３５Ｚ７０Ｆ１５０；

Ｇ００Ｚ５９；

Ｘ２８５；

Ｇ０１Ｘ３４５Ｚ７０Ｆ１５０；

Ｇ００Ｘ５０Ｚ５０；

Ｔ１０；

Ｔ３３；

Ｇ００Ｘ２３Ｚ２８６；

Ｇ０１Ｘ１６Ｆ８０；

Ｇ００Ｘ２３；

Ｚ３０；

Ｇ０１Ｘ１６Ｆ８０；

Ｇ００Ｘ５０；

Ｚ５０；

Ｔ３０；

Ｔ２２；

Ｇ００Ｘ１８Ｚ４；

Ｇ０１Ｚ０Ｆ８０；

３２１第４章 数控车床编程

Ｘ２２Ｚ２；

Ｚ２３；

Ｘ１８Ｚ２５；

Ｘ１６Ｚ３０；

Ｇ０２Ｘ２２７３Ｚ４８１７Ｒ１５；

Ｇ０３Ｘ３４Ｚ７０Ｒ２０；

Ｇ００Ｘ５０；

Ｚ２０；

Ｇ９２Ｘ２１Ｚ２８Ｐ１５；

Ｘ２０；

Ｘ１９３；

Ｇ００Ｘ５０Ｚ５０；

Ｔ２０；

Ｍ０５；

Ｍ０２；

４３６ 实例６

编制工件的数控加工程序如图４３７所示，工艺路线、切削用量等与实例５类似。

图４３７

加工程序如下。

（１）先加工 ４８外圆及斜锥孔。

Ｇ５０Ｘ６０Ｚ５０；

Ｍ０３Ｓ１５００；

Ｔ１１（外圆刀）；

Ｇ００Ｘ２４Ｚ２；

４２１ 数控加工技术与编程

Ｇ０１Ｚ０Ｆ８０；

Ｘ４４；

Ｘ４９Ｚ２５；

Ｚ３０；

Ｇ００Ｘ５０Ｚ２；

Ｘ４８；

Ｇ０１Ｚ３０Ｆ８０；

Ｔ１０；

Ｔ２２（内孔刀）；

Ｇ００Ｘ２６Ｚ２；

Ｇ９０Ｘ２０Ｚ２５Ｒ１４Ｆ１２０；

Ｘ２３；

Ｘ２５；

Ｇ００Ｘ４０；

Ｇ０１Ｚ０；

Ｘ２６Ｚ３０；

Ｇ００Ｘ２４；

Ｚ５０；

Ｔ２０；

Ｍ０５；

Ｍ０２；

（２）后加工Ｍ４５×１５和 ２６内孔。

Ｇ５０Ｘ６０Ｚ５０；

Ｍ０３Ｓ１５００；

Ｔ１１；

Ｇ００Ｘ５２Ｚ２；

Ｇ９０Ｘ４９Ｚ５０Ｆ１２０；

Ｘ４７；

Ｘ４５；

Ｇ００Ｘ２４Ｚ０；

Ｇ０１Ｘ４１Ｆ８０；

Ｘ４５Ｚ２；

Ｚ５０；

Ｘ４７；

Ｘ４８Ｚ５０５；

Ｇ００Ｘ６０Ｚ５０；

Ｔ１０；

Ｔ３３（螺纹刀）；

Ｍ０３Ｓ１０００；

Ｇ００Ｘ４６Ｚ３５；

Ｇ０１Ｘ４３Ｆ８０；

Ｚ３８；

５２１第４章 数控车床编程

Ｇ００Ｘ４８；

Ｚ２；

Ｇ９２Ｘ４３Ｚ３６Ｐ１５；

Ｘ４２；

Ｘ４１；

Ｘ４０２；

Ｇ００Ｘ６０Ｚ５０；

Ｔ３０；

Ｔ２２；

Ｇ００Ｘ３８Ｚ１；

Ｇ０１Ｘ２５Ｚ１０２；

Ｇ００Ｚ１；

Ｘ３８７３；

Ｇ０１Ｚ０Ｆ８０；

Ｇ０２Ｘ２６Ｅ１０２Ｒ２０；

Ｇ０１Ｚ４６；

Ｇ００Ｘ２４；

Ｚ５０；

Ｘ６０；

Ｔ３０；

Ｍ０５；

Ｍ０２；

４３７ 实例７

编制图４３８所示工件的数控加工程序，工艺路线、切削用量等与上例类似。

加工程序如下。

（１）先加工 ４９外径和 ３０内孔。

Ｇ５０Ｘ６０Ｚ５０；

Ｍ０３Ｓ１５００；

Ｔ１１（９０°外圆刀）；

Ｇ００Ｘ５２Ｚ０；

Ｇ０１Ｘ２４Ｆ８０；

Ｇ００Ｘ４９Ｚ２；

Ｇ０１Ｚ２５Ｆ１２０；

Ｇ００Ｘ６０Ｚ５０；

Ｔ１０；

Ｔ２２（镗刀）；

Ｇ００Ｘ３０Ｚ２；

Ｇ０１Ｚ１５Ｆ８０；

Ｘ２８；

Ｘ２６Ｚ１６；

６２１ 数控加工技术与编程

图４３８

Ｚ２６；

Ｘ６０Ｚ５０；

Ｔ２０；

Ｍ０５；

Ｍ０２；

（２）加工Ｍ４５×１５和 ２８内孔。

Ｇ５０Ｘ６０Ｚ５０；

Ｍ０３Ｓ１５００；

Ｔ１１（９０°外圆刀）；

Ｇ００Ｘ５２Ｚ２；

Ｇ９０Ｘ５０Ｚ３３Ｆ１２０；

Ｘ４８；

Ｘ４６；

Ｇ００Ｘ２４；

Ｚ０；

Ｇ０１Ｘ３０Ｆ８０；

Ｇ０２Ｘ４３Ｚ６５Ｒ６５；

Ｇ０１Ｘ４５Ｚ７５；

Ｚ３３；

Ｇ０３Ｘ４９Ｚ３５Ｒ２；

Ｇ００Ｘ６０；

Ｚ５０；

Ｔ１０；

Ｔ２２；

７２１第４章 数控车床编程

Ｇ００Ｘ３２Ｚ１；

Ｇ０１Ｘ２８Ｚ１Ｆ８０；

Ｚ３０；

Ｘ２４Ｚ３２；

Ｇ００Ｚ５０；

Ｘ６０；

Ｔ２０；

（３）车螺纹。

Ｔ３３Ｍ０５Ｓ２Ｇ００Ｘ４６Ｚ０Ｇ９２Ｘ４５Ｚ２５Ｐ１５Ｉ４８Ｋ３

Ｘ４３５Ｘ４２Ｘ４１Ｘ４０２

Ｇ００Ｘ６０Ｚ５０Ｍ０５Ｍ０２

４４ 习题

１编写零件的加工程序如图４３９所示，并进行加工，根据加工要求选用３把车刀，１号刀

车外圆，２号刀切槽，３号刀车螺纹。要求正确选择换刀点，以避免换刀时机床与工件、夹具发

图４３９

８２１ 数控加工技术与编程

生碰撞。换刀点选为Ａ（２００，３５０）点。切削用量为：主轴速度（ｒ／ｍｉｎ），在车外圆、车槽、车螺纹

时分别为６３０，３１５，２００；进给速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ），在车外圆、车槽、车螺纹时分别为１５０，１６０，

１５０。

２试述所用数控车床的基本结果及所用的数控系统种类、特点。

３试述数控车床的开机步骤，为什么要回参考点？

４简述数控车床加工的对刀方法。

５数控车床加工顺、逆圆弧应如何判定？

９２１第４章 数控车床编程

第５章 数控铣床编程

５１ 数控铣床概述

５１１ 组成

下面以ＸＫ５０２５型数控铣床为例介绍数控铣床的组成。

ＸＫ５０２５型数控铣床是典型的数控铣床，由机械、电气和数控三大部分组成。

１机械部分

机械部分又分为６个部分，即床身、铣头、工作台、横向进给部件、升降台、冷却和润滑

部分。

（１）床身

内部布筋合理，具有良好的刚性，底座上设有４个调节螺栓，便于机床调整，冷却液和储液

池设在机床内部。

（２）铣头

由有级变速箱和铣头两个部件组成。铣头主轴支承在高精度轴承上，保证主轴具有高回

转精度和良好的刚性；主轴装有快速换刀螺母，前端锥孔采用ＩＳＯ３０＃锥度。主轴采用机械无

级变速，调节范围宽、传动平稳、操作方便。刹车机构能使主轴迅速制动，节省辅助时间。刹车

时，通过制动手柄撑开止动环使主轴立即制动。启动主电机时，应注意松开主轴制动手柄。铣

头部件还装有伺服电机、内齿带轮、滚珠丝杆副和主轴套筒，形成垂直向（ｚ向）进给传动链，使

主轴作垂直方向的直线运动。

（３）工作台

与床鞍支承在升降台较宽的水平导轨上，工作台的纵向进给是由安装在工作台右端的伺

服电机驱动的。通过内齿带轮带动精密滚珠丝杠副，使工作台获得纵向进给。工作台左端装

有手轮和刻度盘，以便手动操作进给。床鞍的导轨面均采用ＴｕｒｃｔｔｅＢ贴塑面，提高了导轨的

耐磨性，运动的平稳性和精度的保持性，消除了低速爬行现象。

（４）横向进给

在升降台前方装有交流伺服电机，驱动床鞍作横向进给运动，工作原理与工作台纵向进给

相同。另外，在横向滚珠丝杠前端还装有进给手轮，可以实现手动进给。

（５）升降台

在其左侧装有锁紧手柄，轴的前端装有长手柄可带动锥齿轮和升降台丝杠旋转，从而获得

升降台的升降运动。

（６）冷却和润滑

冷却部分由冷却泵、出水管、回水管、开关及喷嘴等组成。冷却泵安装在机床底座的内腔

里，将冷却液从底座内储液池抽至出水管，再经喷嘴喷出，对切削区进行冷却。润滑部分采用

手动润滑方式，用手动润滑油泵，通过分油器对主轴套筒、导轨采用滚珠丝杠进行润滑，以提高

机床的使用寿命。

２电气部分

电气部分又分为强电和弱电两部分。强电部分控制主轴、冷却泵和润滑。弱电部分控制

伺服单元，进而控制伺服电机和编码器。本机床采用三相３８０Ｖ交流电源供电，空气开关控制

机床总电源的通断。同时，该空气开关的通断还受到钥匙开关和开门断电开关的保护控制，使

机床只有在钥匙打开和电气箱关闭的情况下才能通电。本机床用变频器控制主轴电机，主轴

的转速由两部分控制组合而成，一部分是变频器对转速进行无级调速，另一部分是机械手柄和

带轮有级调速。

３数控部分

ＸＫ５０２５的数控部分采用ＦＡＮＵＣ０ＭＤ系统。该系统在控制电路中采用３２位高速微处

理器和大规模集成电路、半导体存储器，实现了高速度、高可靠性要求。ＣＮＣ主印刷板、电源

板、输入／输出接口板全部安装在一块基板上，与机床的强电箱易于组合。系统内还配有强力

ＰＭＣ，实现了机械加工的高速化及机床方面强电路的简化。在ＣＲＴ上可编辑和显示梯形图，

便于监视和维修。

５１２ 主要技术规格

工作台行程（Ｘ×Ｙ×Ｚ）为６８０ｍｍ×３５０ｍｍ×４００ｍｍ。

工作台允许最大承载为２５０ｋｇ；主轴转速范围为６５～４７５０ｒ／ｍｉｎ；进给速度为０～０３５ｍ／ｍｉｎ。

电机总容量为１１ｋＷ；脉冲当量为０００１ｍｍ；定位精度为±００１３ｍｍ／３００ｍｍ，重复定位精度

为±０００５ｍｍ。

５２ 编程方法

学好数控铣床编程，必须了解数控铣床的操作要点。

５２１ 设定机床坐标系

数控铣床的机床坐标系的确定方法与数控车床相似，但数控铣床有ｘ，ｙ，ｚ３轴。通过回

机械零点确认机床坐标系。开机后，通过回零，使工作台回到机床原点（或参考点，该点为与机

床原点有一固定距离的点）。数控铣床的回零（回参考点）步骤为：将开关置于【回零】位置，按

手动轴进给方向键＋Ｘ，＋Ｙ，＋Ｚ至回零指示灯亮。机床机械原点设定与编程中的Ｇ５４指令

直接有关。

１３１第５章 数控铣床编程

５２２ 设定工件坐标系

工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称编程坐标系，该坐标系是人为设定的。建立工件

坐标系是数控铣床加工前必不可少的一步。数控铣床通过对刀建立工件坐标系。数控铣床的

对刀主要采用下面两种方法。

（１）随机对刀法。适用于多品种、小批量产品。该方法采用Ｇ９２指令对刀，用Ｇ９２指令

设定起刀点与编程原点的坐标关系，从而建立了工件坐标系。

（２）固定对刀法。适用于单品种、大批量产品。该法采用Ｇ５４指令对刀，用Ｇ５４指令设

定数控铣床编程原点机床原点的坐标关系（需从面板上输入相关数据），从而建立了工件坐标

系，Ｇ５４值可用Ｇ５９指令取消。

５２３ 坐标轴方向

数控铣床上的坐标系采用右手直角笛卡儿坐标系。各坐标轴的方向为

对运动方向的规定是，铣床某一部件运动的正方向，是增大工件与刀具之间距离的方向。

５２４ 绝对坐标和增量坐标

Ｇ９０表示用绝对坐标方式编程，Ｇ９１表示用相对坐标方式编程。

５２５ 一般编程方法

１快速定位

格式 Ｇ００ＸＹＺ快速定位到指定点（比数控车床多一个轴）。

２直线插补

格式 Ｇ０１ＸＹＺＦＸ，Ｙ，Ｚ为目标点坐标，Ｆ为进给速度，单位为ｍｍ／ｍｉｎ（用Ｇ９４或Ｇ９８指定）或ｍｍ／ｒ（用

Ｇ９５或Ｇ９９指定）。

３平面选择

Ｇ１７指令表示ｘｙ平面，Ｇ１８指令表示ｘｚ平面，Ｇ１９指令表示ｙｚ平面。平面选择指令与

２３１ 数控加工技术与编程

圆弧插补有关。

４圆弧插补

格式 Ｇ０２（０３） Ｘ Ｙ Ｉ Ｊ Ｆ该指令用于ｘｙ平面的圆弧插补。Ｘ，Ｙ为圆弧终点坐标，Ｉ，Ｊ为圆心相对于起点的坐标，Ｆ

为进给速度。

格式 Ｇ０２（０３） Ｘ Ｚ Ｉ Ｋ Ｆ该指令用于ｘｚ平面的圆弧插补。

格式 Ｇ０２（０３） Ｙ Ｚ Ｊ Ｋ Ｆ该指令用于ｙｚ平面的圆弧插补。

５２６ 循环

数控铣床的循环指令主要有Ｇ７３，Ｇ７４，Ｇ７６，Ｇ８０～Ｇ８９，主要用于孔加工，包括钻孔、镗

孔、攻螺纹等。使用一个程序段就可以完成一个孔加工的全部动作。如果孔加工的动作无须

变更，则程序中所有模态的数据可以不写，因此可以大大简化编程。

５２７ 刀具补偿

Ｇ４１指令为刀具左偏置，Ｇ４２指令为刀具右偏置，Ｇ４０为取消刀具半径补偿。

刀具半径补偿的过程如下。

（１）刀补的建立。刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的

过程。

（２）刀补的进行。执行Ｇ４１，Ｇ４２指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏

置量。

（３）刀补的取消。刀具离开工件，刀具中心轨迹过渡到与编程重合的过程。

Ｇ４０指令必须与Ｇ４１指令和Ｇ４２指令成对使用。当指令的圆弧半径小于刀具半径时，若

进行内侧偏置则会产生过切。另外，刀具半径补偿后的刀具中心轨迹与编程轨迹的方向相反

时也会产生过切，应注意避免。

５２８ 子程序

程序中有固定的、顺序变化重复的模式时，可将其作为子程序存放，使程序简单化。Ｍ９８为子程序调用指令，Ｍ９９为子程序结束指令。子程序调用格式为

Ｍ９８Ｐ××× ××××

Ｐ后面的前３位为重复调用次数，省略时为调用１次，后４位为子程序。

３３１第５章 数控铣床编程

５２９ 与编程有关的操作方法

下面以ＦＡＮＵＣ系统为例进行讨论。

１程序的调用

（１）选择编辑方式，单击ＰＲＧＲＭ按钮。

（２）键入地址Ｏ及要检索的程序号。

（３）按ＣＵＲＳＯＲ↓键，此时在ＣＲＴ画面的右上方显示已检索的程序号。单击ＬＩＢ字母

相对应的下方空白键即可查找已有程序。

２程序的编写

（１）选择编辑方式，单击ＰＲＧＲＭ按钮。

（２）输入新程序名，如Ｏ００１，按ＩＮＳＲＴ键。换行则输入ＥＯＢ后按ＩＮＳＲＴ键，此时自动

显示语句号字。

（３）输入程序段，换行。

（４）修改已输入程序，光标用ＣＵＲＳＯＲ键移至欲修改处，输入新内容，按ＡＬＴＥＲ键

即可。

（５）程序结束后，按ＲＥＳＥＴ键复位，检查后即可运行。

３程序的删除

（１）删除整个程序。在标记方式，单击ＰＲＧＲＭ按钮，假如程序名，按ＤＥＬＥＴＥ键即可。

（２）删除已输入的程序语句，用ＤＥＬＥＴＥ键。

（３）删除未输入的程序语句，用ＣＡＮ键。

４程序的运行

（１）正常运转，按【循环启动】按钮，铣床自动运转。

（２）按【进给保持】按钮，使自动运转暂时停止。

（３）按【跳步】按钮，程序中有斜杠“／”的程序段将不执行。

（４）按【单段】按钮，机床处于单段运行状态，每按一次【循环启动】按钮，只执行一段程

序段。

（５）按【空运行】按钮，此时机床在空运行状态下快速运行。

（６）按【锁定】按钮，机床停止移动，但位置坐标的显示与机床移动时相同，Ｍ，Ｓ和Ｔ功能

仍有效。该按钮主要用于程序检测。

（７）按【选择停】按钮，执行含有Ｍ０１的程序段后，自动运转停止。

（８）按【急停】按钮，机床移动瞬间停止。

（９）使用【进给速度修调】开关可选择程序指定的进给速度的百分数，按照刻度可实现０～１５０％的倍率修调。

４３１ 数控加工技术与编程

５程序的传输

（１）数控铣床与微机可通过ＲＳ２３２接口进行传输。

（２）传输前数控铣床必须先做好准备。即在编辑方式中单击ＰＲＧＲＭ按钮，输入程序名，

按ＩＮＰＵＴ按钮，屏幕右下角出现闪动的“标头ＳＫ”字样。

（３）本书采用Ｑｍｏｄｅｍ软件，其使用步骤如下。

打开Ｑｍｏｄｅｍ后，按ＡＬＴ＋Ｐ键，选择参数；按ＡＬＴ＋Ｋ键，选择接口；按ＰａｇｅＵｐ键，选

择系统，最后输入待传程序的文件名和路径，即可传输。

５３ 典型零件的数控铣床编程实例

５３１ 实例１

编制图５１中矩形的内轮廓，圆的外轮廓数控加工程序，要求使用刀补，铣刀直径为

１０ｍｍ，一次下刀８ｍｍ。

图５１

（１）首先根据图纸要求按先主后次的加工原则确定工艺路线。

① 下刀。

② 加工矩形的内轮廓。

③ 加工圆的外轮廓，提刀。

（２）选择刀具，对刀，确定工件原点。

根据加工要求需选用１把键槽铣刀，直径为１０ｍｍ，刀补在面板上输入。用随机对刀法确

定工件原点。

（３）确定切削用量。主轴转速为１０００ｒ／ｍｉｎ，进给速度为１５０ｍｍ／ｍｉｎ。

（４）编制加工程序如下。

５３１第５章 数控铣床编程

Ｎ１０Ｇ９２Ｘ０Ｙ０Ｚ４０； 确定工件原点，此时工件原点在刀位点下方４０ｍｍ处

Ｎ２０Ｍ０３Ｓ１０００； 主轴正转

Ｎ３０Ｇ００Ｘ５０Ｙ５０； 快移至刀补起点

Ｎ４０Ｇ４２Ｇ０１Ｘ２５Ｙ０Ｄ０１Ｆ１５０； 建立右刀补并至起刀点

Ｎ５０Ｇ０１Ｚ８； 下刀

Ｎ６０Ｙ１５； 开始加工内轮廓

Ｎ７０Ｇ０２Ｘ１５Ｙ２５Ｒ１０；

Ｎ８０Ｇ０１Ｘ１５；

Ｎ９０Ｇ０２Ｘ２５Ｙ１５Ｒ１０；

Ｎ１００Ｇ０１Ｙ１５；

Ｎ１１０Ｇ０２Ｘ１５Ｙ２５Ｒ１０；

Ｎ１２０Ｇ０１Ｘ１５；

Ｎ１３０Ｇ０２Ｘ２５Ｙ１５Ｒ１０；

Ｎ１４０Ｇ０１Ｙ０； 内轮廓加工结束，定位至外轮廓加工过渡圆起点

Ｎ１５０Ｇ０２Ｘ１０Ｙ０Ｒ７５； 走外轮廓加工过渡圆，使外轮廓进刀时圆滑过渡

Ｎ１６０Ｇ０３Ｉ１０； 加工外轮廓

Ｎ１７０Ｇ０２Ｘ２５Ｙ０Ｒ７５； 走外轮廓加工过渡圆，使外轮廓退刀时圆滑过渡

Ｎ１８０Ｇ０１Ｚ２０； 抬刀

Ｎ１９０Ｇ４０Ｇ００Ｘ０Ｙ０Ｄ０１； 取消刀补并回工件原点

Ｎ２００Ｍ３０；

５３２ 实例２

铣如图５１所示的型腔，深度为１２ｍｍ，要求使用子程序，铣刀直径为１０ｍｍ，一次下刀

２ｍｍ。

（１）工艺路线、刀具、对刀方法及切削用量与编程实例１相似。

（２）编制加工程序如下。

① 主程序Ｏ０１

Ｎ１０Ｇ９２Ｘ０Ｙ０Ｚ４０； 确定工件原点，此时工件原点在刀位点下方４０ｍｍ处；

Ｎ２０Ｍ０３Ｓ１０００； 主轴正转

Ｎ３０Ｇ００Ｘ５０Ｙ５０； 快移至刀补起点

Ｎ４０Ｇ４２Ｇ０１Ｘ２５Ｙ０Ｄ０１Ｆ１５０； 建立右刀补并至起刀点

Ｎ５０Ｇ０１Ｚ２； 第１次下刀

Ｎ６０Ｍ９８Ｐ０２； 调用子程序Ｏ０２开始第１层型腔加工

Ｎ７０Ｇ０１Ｚ４； 第２次下刀

Ｎ８０Ｍ９８Ｐ０２； 调用子程序Ｏ０２开始第２层型腔加工

Ｎ９０Ｇ０１Ｚ６； 第３次下刀

Ｎ１００Ｍ９８Ｐ０２； 调用子程序Ｏ０２开始第３层型腔加工

Ｎ１１０Ｇ０１Ｚ８； 第４次下刀

Ｎ１２０Ｍ９８Ｐ０２； 调用子程序Ｏ０２开始第４层型腔加工

Ｎ１３０Ｇ０１Ｚ１０； 第５次下刀

６３１ 数控加工技术与编程

Ｎ１４０Ｍ９８Ｐ０２； 调用子程序Ｏ０２开始第５层型腔加工

Ｎ１５０Ｇ０１Ｚ１２； 第６次下刀

Ｎ１６０Ｍ９８Ｐ０２； 调用子程序Ｏ０２开始第６层型腔加工

Ｎ１７０Ｇ００Ｚ４０； 抬刀

Ｎ１８０Ｇ４０Ｇ００Ｘ０Ｙ０Ｄ０１； 取消刀补并回工件原点

Ｎ１９０Ｍ３０；

② 子程序Ｏ０２

Ｎ１０Ｇ０１Ｙ１５； 开始加工内轮廓

Ｎ２０Ｇ０２Ｘ１５Ｙ２５Ｒ１０；

Ｎ３０Ｇ０１Ｘ１５；

Ｎ４０Ｇ０２Ｘ２５Ｙ１５Ｒ１０；

Ｎ５０Ｇ０１Ｙ１５；

Ｎ６０Ｇ０２Ｘ１５Ｙ２５Ｒ１０；

Ｎ７０Ｇ０１Ｘ１５；

Ｎ８０Ｇ０２Ｘ２５Ｙ１５Ｒ１０；

Ｎ９０Ｇ０１Ｙ０； 开始加工外轮廓

Ｎ１００Ｇ０２Ｘ１０Ｙ０Ｒ７５；

Ｎ１１０Ｇ０３Ｉ１０；

Ｎ１２０Ｇ０２Ｘ２５Ｙ０Ｒ７５；

Ｎ１３０Ｍ９９； 回主程序

５３３ 实例３

用立铣刀铣一个２００ｍｍ×２００ｍｍ的平面，深度３ｍｍ，要求使用子程序，铣刀直径为１２ｍｍ。

（１）工艺路线采用下刀后多次调用子程序的方法，对刀方法及切削用量与上例相似。

（２）编制加工程序如下。

① 主程序Ｏ０１

Ｎ１０Ｇ９２Ｘ０Ｙ０Ｚ４０； 确定工件原点，此时工件原点在刀位点下方４０ｍｍ处，同时位于左上角

Ｎ２０Ｍ０３Ｓ１０００； 主轴正转

Ｎ３０Ｇ０１Ｚ３Ｆ１５０； 下刀

Ｎ４０Ｍ９８Ｐ１００２； 调用１０次子程序Ｏ０２（次数根据铣刀直径和工件宽度计算得出）

Ｎ５０Ｇ０１Ｚ４０； 抬刀

Ｎ６０Ｇ０Ｘ０Ｙ０； 回工件原点

Ｎ７０Ｍ３０； 程序结束

② 子程序Ｏ０２

Ｎ１０Ｇ０１Ｙ２１０； 子程序开始

Ｎ２０Ｇ９１Ｇ０１Ｘ１０；

Ｎ３０Ｇ９０Ｇ０１Ｙ０；

Ｎ４０Ｇ９１Ｇ０１Ｘ１０；

７３１第５章 数控铣床编程

Ｎ５０Ｇ９０；

Ｎ６０Ｍ９９； 回主程序，注意相对编程与绝对编程的转换

５３４ 实例４

（１）零件如图５２所示，ｚ向程序原点位于工件上表面，ｘ向、ｙ向程序原点位于工件左下

角Ｏ点。

（２）刀具选用直径为１６ｍｍ的立铣刀。

（３）安全面高度为２０ｍｍ。

图５２

（４）编制此零件的加工程序。

（５）加工程序如下。

Ｎ０１０ Ｇ９２Ｘ０Ｙ０Ｚ２０； 建立工件坐标系

Ｎ０２０ Ｍ０３Ｓ８００；

Ｎ０３０ Ｇ００Ｇ１Ｘ２０Ｙ７Ｄ０１； 建立左刀补

Ｎ０４０ Ｇ０１Ｚ５Ｆ２５０Ｍ０８； 下刀

Ｎ０５０ Ｘ６Ｙ２１； 切斜角

Ｎ０６０ Ｙ７７；

８３１ 数控加工技术与编程

Ｎ０７０ Ｇ０２Ｘ２４Ｙ９５Ｒ１８； 加工Ｒ１８圆弧

Ｎ０８０ Ｇ０１Ｘ４２１６８；

Ｎ０９０ Ｇ０３Ｘ８９８１２Ｙ９５Ｒ３６； 加工Ｒ３６圆弧

Ｎ１００ Ｘ９４；

Ｎ１１０ Ｙ２５；

Ｎ１２０ Ｇ０３Ｘ７６Ｙ７Ｒ１８； 加工Ｒ１８圆弧

Ｎ１３０ Ｇ０１Ｘ２０Ｎ１４０ Ｇ０１Ｚ２０； 退回安全高度

Ｎ１５０ Ｇ００Ｇ４０Ｘ０Ｙ０； 取消刀补

Ｎ１６０ Ｍ３０； 程序结束

５３５ 实例５

（１）零件如图５３所示，ｚ向程序原点位于上表面，ｘ向和ｙ向程序原点位于工件左下角

Ｏ点。

图５３

９３１第５章 数控铣床编程

（２）刀具选用直径 ６ｍｍ，１８ｍｍ和 ２２ｍｍ的立铣刀。

（３）安全面高度为２０ｍｍ。

（４）编制此零件的加工程序。

（５）加工程序如下。

Ｎ０１０Ｇ９２Ｘ０Ｙ０Ｚ２０；

Ｎ０２０Ｍ０６Ｔ０１； 换直径１８铣刀

Ｎ０３０Ｇ０Ｇ９０Ｘ７１１２９Ｙ１２８６Ｍ０３Ｓ８００；

Ｎ０４０Ｇ４３Ｈ０１Ｚ５； １号刀，长度补偿

Ｎ０５０Ｚ２５４；

Ｎ０６０Ｇ１Ｚ００Ｆ２５０Ｍ０８；

Ｎ０７０Ｇ４１Ｘ６９８９５Ｙ３４６Ｄ０１； １号刀，左偏刀具补偿

Ｎ０８０Ｇ３Ｘ６４５Ｙ６Ｉ５３９５Ｊ４４６； 切入

Ｎ０９０Ｇ１Ｘ６２；

Ｎ１００Ｘ４５；

Ｎ１１０Ｇ２Ｘ３５Ｙ１６Ｉ００Ｊ１０； Ｒ１０圆弧

Ｎ１２０Ｇ１Ｙ２０；

Ｎ１３０Ｇ３Ｘ２５Ｙ３０Ｉ１０Ｊ００； Ｒ１０圆弧

Ｎ１４０Ｇ１Ｘ１１；

Ｎ１５０Ｘ６Ｙ４０；

Ｎ１６０Ｙ６０；

Ｎ１７０Ｘ１１Ｙ７０；

Ｎ１８０Ｘ２５；

Ｎ１９０Ｇ３Ｘ３５Ｙ８０Ｉ００Ｊ１０； Ｒ１０圆弧

Ｎ２００Ｇ１Ｙ８４；

Ｎ２１０Ｇ２Ｘ４５Ｙ９４Ｉ１０Ｊ００； Ｒ１０圆弧

Ｎ２２０Ｇ１Ｘ７９；

Ｎ２３０Ｇ２Ｘ９４Ｙ７９Ｉ００Ｊ１５； Ｒ１５圆弧

Ｎ２４０Ｇ１Ｙ２１；

Ｎ２５０Ｇ２Ｘ７９Ｙ６Ｉ１５Ｊ００； Ｒ１５圆弧

Ｎ２６０Ｇ１Ｘ５９５；

Ｎ２７０Ｇ３Ｘ５４１０５Ｙ３４６Ｉ００Ｊ７；

Ｎ２８０Ｇ４０Ｇ１Ｘ５２８７１Ｙ１２８６；

Ｎ２９０Ｇ０Ｚ５Ｍ０５；

Ｎ３００Ｚ２０；

Ｎ３１０Ｍ０６Ｔ０２； 换直径２２铣刀

Ｎ３２０Ｘ７７２８６Ｙ５２３７１Ｍ０３；

Ｎ３３０Ｇ４３Ｈ０２Ｚ５； ２号刀，长度补偿

Ｎ３４０Ｚ２５４；

Ｎ３５０Ｇ１Ｚ００Ｆ２５０；

Ｎ３６０Ｇ４１Ｘ７９４６Ｙ５３６０５Ｄ０２； ２号刀，左偏刀具补偿

Ｎ３７０Ｇ３Ｘ８２Ｙ５９Ｉ４４６Ｊ５３９５Ｓ６００；

Ｎ３８０Ｇ１Ｙ６１５；

０４１ 数控加工技术与编程

Ｎ３９０Ｙ７３；

Ｎ４００Ｇ３Ｘ７０Ｙ８５Ｉ１２Ｊ００； Ｒ１２圆弧

Ｎ４１０Ｇ１Ｘ５４；

Ｎ４２０Ｇ３Ｘ４２Ｙ７３Ｉ００Ｊ１２； Ｒ１２圆弧

Ｎ４３０Ｇ１Ｙ２７；

Ｎ４４０Ｇ３Ｘ５４Ｙ１５Ｉ１２Ｊ００； Ｒ１２圆弧

Ｎ４５０Ｇ１Ｘ７０；

Ｎ４６０Ｇ３Ｘ８２Ｙ２７Ｉ００Ｊ１２； Ｒ１２圆弧

Ｎ４７０Ｇ１Ｙ６４；

Ｎ４８０Ｇ３Ｘ７９４６Ｙ６９３９５Ｉ７Ｊ００； 退刀

Ｎ４９０Ｇ４０Ｇ１Ｘ７７２８６Ｙ７０６２９；

Ｎ５００Ｇ０Ｚ５；

Ｎ５１０Ｘ７８５５７Ｙ４７９８９；

Ｎ５２０Ｚ５Ｍ０５；

Ｎ５３０Ｚ２０；

Ｎ５４０Ｍ０６Ｔ０３； 换直径６铣刀

Ｎ５５０Ｇ４３Ｚ５Ｈ０３Ｍ０３Ｓ１０００； ３号刀，长度补偿

Ｎ５６０Ｚ２４６；

Ｎ５７０Ｇ１Ｚ５Ｆ２５０；

Ｎ５８０Ｇ４１Ｘ７９２２２Ｙ５０３９９Ｄ０３； ３号刀，左偏刀具补偿

Ｎ５９０Ｇ３Ｘ７７２０３Ｙ５６０１Ｉ６９６９Ｊ６６２；

Ｎ６００Ｇ１Ｘ７５４３５Ｙ５７７７８；

Ｎ６１０Ｘ６７６５７Ｙ６５５５６；

Ｎ６２０Ｇ３Ｘ５６３４３Ｉ５６５７Ｊ５６５７； Ｒ８圆弧

Ｎ６３０Ｇ１Ｘ４６４４４Ｙ５５６５７；

Ｎ６４０Ｇ３Ｙ４４３４３Ｉ５６５７Ｊ５６５７； Ｒ８圆弧

Ｎ６５０Ｇ１Ｘ５６３４３Ｙ３４４４４；

Ｎ６６０Ｇ３Ｘ６７６５７Ｉ５６５７Ｊ５６５７； Ｒ８圆弧

Ｎ６７０Ｇ１Ｘ８３２１３Ｙ５０；

Ｎ６８０Ｘ７３６６７Ｙ５９５４６；

Ｎ６９０Ｇ３Ｘ６８０５６Ｙ６１５６５Ｉ４９４９Ｊ４９５；

Ｎ７００Ｇ４０Ｇ１Ｘ６５６４６Ｙ６０９；

Ｎ７１０Ｇ０Ｚ５；

Ｎ７２０Ｇ００Ｚ２０；

Ｎ７３０Ｍ０５；

Ｎ７４０Ｘ０Ｙ０；

Ｎ７５０Ｍ３０；

５４ 习题

１编写如图５４所示盖板零件外形轮廓的加工程序，并进行加工。铣削时以底面定位。

２试述所用数控铣床的基本结构，所用的数控系统种类、特点。

１４１第５章 数控铣床编程

图５４

３试述数控铣床程序的编辑方法，数控铣床的程序如何传输？

４数控铣床的对刀方法主要有哪几种，其适用范围如何？

５如何在数控铣床加工中设置刀具补偿？

２４１ 数控加工技术与编程

第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

６１ 软件概述

ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ为一套独立的３Ｄ加工软件，依据所输入之３ＤＣＡＤ模型快速产生完全不过

切的刀具路径。３Ｄ模型可为曲面模型或实体模型架构，经由ＩＧＥＳ，ＳＴＬ，直接接口（例如ＰｒｏＥ，ＵＧ，ＣＡＴＩＡ）等或由ＰｏｗｅｒＳＨＡＰＥ直接输出。利用ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ的简易接口结构，可以给使

用者提供强而有力的加工模式组合，以及一系列进阶所使用的路径编辑功能以方便加工。

ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ在使用上如有任何问题可以查看线上说明（ＯｎＬｉｎｅＨｅｌｐ）———Ｆ１键，即可快

速查询ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ的使用功能及其方法。

每一次ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ版本更新，在软件的线上说明都会有一个新增功能（Ｗｈａｔ’ｓＮｅｗ），所

有新的功能都在这个新的说明上面，并且解释其用法。另外，它还提供了未来发展的功能预

告。

６２ 工作环境

１系统环境运行

（１）用鼠标双击桌面上的ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ图标，如图６１所示，打开ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ窗口，如图

６２所示。

图６１ ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ图标

（２）菜单栏如图６３所示。

（３）单击菜单名可以显示该菜单包含的菜单项，带有 图标说明该项还附有子菜单项，

如图６４所示。

图６２ ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ窗口

图６３ 菜单栏

图６４ 菜单及其子菜单

（４）ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ将常使用的功能以图形按钮方式显示，如图６５所示。每一个按钮皆以

近似功能特性之图形显示。若将鼠标移动至任一按钮数秒即可动态显示此按钮之功能说明。

图６５ 按钮之功能说明

４４１ 数控加工技术与编程

２转换模型视角

（１）【检视工具列】在屏幕的右边，单击【检视】→【工具列】命令即可打开该工具栏，单击按

钮 即可关闭工具栏。

【检视工具列】中，视角转换可以单击左边的按钮直接依照各个轴向转换，并且可以按等角

的方式查看模型，如图６６所示。

图６６ 【检视工具列】

（２）视角的方向可以单击下列按钮，按主要轴向及等角的轴向视图作转换，如图６７所

示。

图６７ 视角主要轴向与等角视图按钮

（３）如果需要显示全部模型，可以使用放大到全窗口按钮，也可以使用放大或缩小按钮制

作缩放模型查看，如图６８所示。

图６８ 显示模型按钮

单击按钮 ，能够对某一区域作局部放大。

单击上一个视角按钮 ，可以转换到前一个视角。

单击更新显示 按钮，可以去除屏幕上不必要的残影。

线架构、着色的颜色可以由其下拉菜单中的【显示】→【模型选项】中设定。下拉菜单中的

选项说明如下。

倒勾着色分析（Ｄｒａｆｔａｎｇｌｅ）按钮 用于内定以红色状态显示倒勾状态。

清角区域着色分析（Ｍｉｎｉｍｕｍｒａｄｉｕｓ）按钮 用于以颜色显示最小的Ｒ角。

多曲面着色按钮 用于以线架构的颜色产生。

模型着色（Ｓｈａｄｅｄｖｉｅｗ）按钮 用于以着色产生图面。

线架构（Ｗｉｒｅｖｉｅｗ）按钮 用于以线架构显示图面。

３鼠标的操作

（１）ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ可由鼠标的３键进行不同的操作，如图６９所示。

５４１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

（ａ）左键操作

（ｂ）中键操作

图６９ 鼠标操作

单击【选取工具】→【选项】→【检视】→【动态旋转】命令，打开选项选单，如图６１０所示。

图６１０ 选项选单

① 放大和缩小。同时按下Ｃｔｒｌ键和鼠标中键，上下移动鼠标即可放大或缩小视图。

② 平移模型。同时按下Ｓｈｉｆｔ键和鼠标中键，移动鼠标即可将模型按鼠标移动方向平移。

③ 方框放大。同时按下Ｃｔｒｌ和Ｓｈｉｆｔ键及鼠标中键，画出一个方框，可以放大方框所包含

的区域。

④ 旋转模型。按下鼠标中键，移动鼠标，屏幕上出现一跟踪球，模型可绕跟踪球中心旋转。

⑤ 动态旋转。动态旋转查看并快速释放鼠标键即可进行动态旋转检视。移动鼠标键的

速度越快，旋转速度就越快。此功能的内定值为关。

单击鼠标右键，弹出功能菜单，如图６１１所示。

图６１１ 鼠标右键操作

６４１ 数控加工技术与编程

（２）范例１下面由此范例介绍ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ的观察模型的操作方式。

① 打开【开启范例】对话框选取档案，如图６１２所示。

图６１２ 【开启范例】对话框

② 选取ｐｈｏｎｅ．ｄｇｋ模型，单击【开启】按钮，模型显示如图６１３所示。

③ 这个ｐｈｏｎｅｄｇｋ模型将显示在屏幕上，这时可以选取窗口适度化，模型将适度化在屏

幕上。

④ 选取窗口适度化按钮 ，如图６１４所示。

图６１３ ｐｈｏｎｅ．ｄｇｋ模型 图６１４ ｐｈｏｎｅ．ｄｇｋ模型窗口适度化

⑤ 单击ＩＳＯ１视角按钮 ，选取着色按钮 ，如图６１５所示。

７４１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

图６１５ ＩＳＯ１视角着色显示

⑥ 这时，线架构与着色将一起显示在屏幕上。

⑦ 单击线架构图形按钮 ，线架构将暂时隐藏，如图６１６所示。

图６１６ 隐藏线架构

４ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ对象管理区

ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ对象管理区位于屏幕的左边。如图６１７所示。

图６１７ ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ对象管理区

８４１ 数控加工技术与编程

对象管理区共有４个选项卡，可以快速有效地管理路径、参考线、特征、工作坐标、群组和

宏。

在第１个选项卡中，可以快速查看、对象属性；在第２个选项卡中，可以利用其多重选取的

特性快速更改多个对象的属性，如图６１８所示。

图６１８ 对象管理区第２个选项卡

第３个选项卡中可以管理ＯＬＥ对象，而第４个选项卡是Ｈｅｌｐ浏览区，可以提供实时协助。

６３ 基本设定

产生路径之前需要设定：输入模型到ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ，观察模型，素材，刀具，切削速度及主轴

转速，安全高度及提刀高度，刀具起始点。

１输入模型到ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ

（１）打开【开启范例】对话框，选择范例ｃｈａｍｂｅｒ．ｔｒｉ。

在【档案类型】里有不同的扩展名，可以选择所需格式，如图６１９所示。

（２）选中ｃｈａｍｂｅｒ．ｔｒｉ后单击【开启】按钮，模型将显示在ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ屏幕上，如图６２０所示。

２显示模型

选择Ｃｔｒｌ＋１视角ＩｓｏｍｅｔｒｉｃＶｉｅｗ，如图６２１所示。

３定义素材

下面介绍未加工时工件尺寸的选取。

（１）单击素材图形按钮 ，打开【素材设定选单】对话框，如图６２２所示。在对话框中可

以自由定义ＸＹＺ的值，可以在数值框中输入数值，也可以依模型的最大／最小值，依边界的大

９４１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

小，依３Ｄ模型产生素材形状。

图６１９ 范例ｃｈａｍｂｅｒ．ｔｒｉ

图６２０ ｃｈａｍｂｅｒ．ｔｒｉ模型显示 图６２１ 视角ＩｓｏｍｅｔｒｉｃＶｉｅｗ

（２）在【依．．．定义】下拉列表框中选择“最小／最大值”，单击【计算】按钮后，单击【接受】按

钮后。

素材将依模型的最大／最小值范围产生，素材颜色为蓝色，如图６２３所示。

４定义刀具

计算路径时，可以使用刀具大小来计算，产生路径，刀具设定方式在图标按钮 中，单击下

拉按钮，会出现一排刀具如图６２４所示，有各种形式的刀具，例如端铣刀，球刀，圆鼻刀等单击

某一刀具按钮，打开其选单，即可进行设置。

（１）选择球刀，设直径为８ｍｍ，长度为５０ｍｍ，名称为Ｒ４，如图６２４所示。

（２）单击【接受】按钮，刀具将显示在界面上，如图６２５所示。

０５１ 数控加工技术与编程

图６２２ 【素材设定选单】对话框 图６２３ 素材显示

图６２４ 刀具及其选单

１５１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

（３）在对象管理区将出现刀具图形按钮，如图６２６所示。

图６２５ 刀具显示 图６２６ 对象管理区刀具图形按钮

可以同时建立很多刀具，使用时只要作动一把刀具即可。

我们再建立一把直径为１０ｍｍ端铣刀。在刀具图标 上单 击 鼠 标 右 键，在 弹 出 的【刀

具】菜单中单击【端铣刀】选项，打开【端铣刀选单】对话框，如图６２７所示。同时，在对象管理

区将出现另一把刀具图形按钮，如图６２８所示。

图６２７ 端铣刀的设置

５进给率

在建立刀具路径时应设定进给率。单击进给率（Ｆｅｅｄｒａｔｅｓ）按钮 ，打开【进给率选单】

对话框，如图６２９所示。对话框中，缓降速度（Ｐｌｕｎｇｅ）指的是刀具ｚ轴移动到切削高度这段

距离的速度，以避免快速插刀。切削速率（Ｃｕｔｔｉｎｇ）指的是加工时刀具行进的速度。主轴转速

（Ｓｐｉｎｄｌｅｓｐｅｅｄ）指的是主轴转动的速度。

２５１ 数控加工技术与编程

图６２８ 端铣刀刀具图形按钮 图６２９ 【进给率选单】对话框

６提刀高度（Ｒａｐｉｄｍｏｖｅｈｅｉｇｈｔｓ）

设定提刀高度的目的是控制ｚ轴安全提刀的距离，如图６３０所示。注意，上方的绝对高

度是第一次下刀的高度。安全高度（Ｓａｆｅｈｅｉｇｈｔ）是刀具在提刀时的绝对安全高度。起始高度

（Ｓｔａｒｔｈｅｉｇｈｔ）则是定义缓降下刀的安全距离，当选择绝对值时，刀具的提刀高度都在素材以上

的安全高度。

一般内定值都在素材高度以上５ｍｍ才是起始高度，再加上５ｍｍ才是安全高度，如图

６３１所示。

图６３０ 提刀高度选单

下方的选项增量高度只用于粗加工。

绝对值是指每次提刀都提到素材以上，并由素材上方缓降下至切削位置。

增量值是指每次提刀都到素材以上，并快速移动到加工模面的起始高位置缓降下刀。

相对值是指每次提刀都提到下面的安全高＋起始高度（粉红线段为Ｇ０１移动），然后缓降

３５１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

下刀，计算机会自动检查模型不会产生过切移动。

图６３１ 安全高度和起始高度

设定之后单击【接受】按钮即可。

７刀具起始点

刀具在切削之前应先定义刀具的起始位置。单击刀具起始点（ＴｏｏｌＤａｔｕｍ）按钮 ， 打

开【刀具起始点选单】对话框，将【模式】设定为自动侦测或手动修改，如图６３２所示。下面分

别介绍。

图６３２ 【刀具起始点选单】对话框

（１）【模式】下拉列表

●“自动”（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ）———系统内定为自动，会自动设于素材中心最高处加一增量值。

●“固定”（Ｆｉｘｅｄ）———可手动修改为整数或更安全高度。

（１）【位置】选项区

【位置】（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）选项还用于设定起始点的参数。下面介绍【起始点】下拉列表中的选项

功能。

●“素材中心安全高”（ＢｌｏｃｋＣｅｎｔｒｅＳａｆｅＺ）———起始点位于素材中心上方，如图６３３所

示。

４５１ 数控加工技术与编程

●“第一点安全高”（ＦｉｒｓｔＰｏｉｎｔＳａｆｅＺ）———起始点位于路径第一个下刀位置的安全高上，

如图６３４所示。

●“第一点”（ＦｉｒｓｔＰｏｉｎｔ）———起始点位于路径第一个下刀位置的缓降高度上，如图６３５所示。

图６３３ “素材中心安全高”选项 图６３４ “第一点安全高”选项 图６３５ 第一点

●“绝对值”（Ａｂｓｏｌｕｔｅ）———使用者可任意输入起始点位置，当然若干涉则对象管理区会出

现警告图标。

例如，我们可以设定起始点为Ｘ５０，Ｙ５０和Ｚ５０，单击【接受】按钮即可。

６４ 量测

在开始制作路径程序之前，有时需要先了解模型的部分尺寸，例如Ｒ角尺寸或两点距离

等，以便顺利设定加工时之相关参数。

例如，在粗加工设定前必须先知道欲加工区域之尺寸，如此就可作为刀具尺寸设定之参

考；又如当在制作清角精加工前，必须知道模型之圆角尺寸，如此就可事先预知需使用之最小

刀具尺寸等。

１直线量测

此方法用于量测两点之坐标位置和直线距离等，显示两点间之相关数值。下面将说明如

何操作此功能选项。

（１）选择【档案】→【全部删除】命令。

（２）由【档案】菜单的范例中读取ｐｏｗｅｒｄｒｉｌｌ．ｄｇｋ，显示如图６３６所示。在图上可以利用检

视工具列中的视角功能局部放大图形左下角，显示如图６３７所示。

注意，ＣＮＣ的机台必须以轴的平面作为基准。

利用量测功能可以求得上图所指示之平面Ｚ高度，以作为加工设定之用。

单击【图形功能】框中的量测模型按钮 ，打开量测模型对话框，如图６３８所示。

该对话框包括２个选项卡：【直线】和【圆弧】选项卡，按所需设置即可。

（３）单击对话框中的【直线】按钮。

用鼠标左键拖曳，单击如下图之角落点位置，如图６３９所示。

５５１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

图６３９ 利用鼠标左键拖曳

（４）对话框中将显示上面单击之角落点之相关尺寸，如图６４０所示。

图６４０ 角落点测量尺寸

所选取的第一点称为定位点，其坐标显示在数值框中，此点的Ｚ坐标值为１００。要产生

预留为１ｍｍ的区域清除刀具路径，可插入值为１１００的Ｚ高度。

放大查看如图６４１所示区域，测量间隙以决定可以使用的最大刀具直径。

单击选取量测模型按钮，开始新的直线量测，否则测量将以前面所测量的点为定位点。

选取圆倒角与底部平面的相交点，如图６４２所示。

图６４１ 最大刀具直径 图６４２ 选取圆倒角与底部平面的相交点

７５１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

下面选取对面的肩底部，选取方式如图６４３所示。

图６４３ 选取对面的肩底部

于是，屏幕上出现一条直线将这两个点连接在一起，与此直线有关的信息也同时显示在数

值框中（具体的数值可能因为所选取的点的位置的不同而有所不同）。

此处的距离（约为２１ｍｍ）是可用于此区域加工的端铣刀的最大直径。

２圆弧测量

（１）在如图６４４所示区域，通过在圆弧或圆圈上拾取３个点的资料可以测量圆弧。

图６４４ 圆弧测量

８５１ 数控加工技术与编程

（２）量测此圆倒角的圆倒角半径，以决定可使用的球刀或圆鼻刀的刀尖圆角半径。

（３）单击量测模型中的圆弧，开启圆弧量测功能。

（４）为圆倒角选取起始点、中间点和结束点，如图６４５所示。

图６４５ 选取起始点、中间点和结束点

（５）屏幕上出现一个通过此３点的圆，如图６４６所示。

图６４６ 通过此３点的圆

（６）如图６４７所示，测量模型数值框中显示出此圆的详细信息。

可以看出，半径值约为５ｍｍ，因此可使用一直径为１０ｍｍ的球刀加工此倒圆角区域。

９５１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

图６４９ ｃｏｗｌｉｎｇｄｇｋ的视角选择

图６５０ 模型属性

例如，单击“模型”左边的符号“＋”，选中ｃｏｗｌｉｎｇ，单击鼠标右键，弹出快捷菜单，单击【编

辑】→【移动】→Ｘ命令，如图６５１所示。

图６５１ ｃｏｗｌｉｎｇ模型选择编辑

１６１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

图６５５ 模型显示

（３）缩放模型

模型可以沿坐标原点放大或缩小。

① 在对象管理区，选择ｃｏｗｌｉｎｇ→【编辑】→【比例】→Ｘ命令，如图６５６所示。

图６５６ 缩放模型菜单

② 在打开的【比例缩放系数】对话框中输入２，如图６５７所示。模型则向Ｘ轴方向放大２倍，如图６５８所示。

③ 继续选择所有轴向缩放比例，输入０５，显示如图６５９。

（４）镜射模型

３６１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

图６５７ 【比例缩放系数】对话框 图６５８ 放大模型显示

图６５９ 模型全部沿轴向缩小０５倍

沿不同轴向镜射模型的方法与上述相同。

（５）储存模型

完成模型的移动和旋转之后，输出模型可以储存起来。单击【档案】→【储存专案】即可，如

图６６０所示。

图６６０ 储存模型菜单

２工作坐标

按照工作坐标（Ｗｏｒｋｐｌａｎｅｓ）可作为ＮＣ程序的资料基准，也可作为模型的一个准确的基

４６１ 数控加工技术与编程

准点，它可以作为旋转、镜射等的基准位置。

（１）建立新坐标

工作坐标可由ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ建立，方法是选择对象管理区的工作坐标，单击鼠标右键，弹

出快捷菜单，如图６６１所示。

图６６１ 建立新坐标的快捷菜单

单击【作动】选项将此工作坐标设定为开启使用。

当工作坐标设定为作用中时，屏幕将以红色且大图形显示，此后建立的刀具路径及编辑操

作将以此为基准，其中亦包括素材和刀具等。

工作坐标的编辑，例如移动、旋转等可在对象管理目录中编辑，方法类似于前面所述之模

型移动。

（２）范例

下面以实例说明如何建立新的坐标，编辑坐标轴方向达到所需位置。

① 选择【档案】→【删除全部】命令。

② 开启模型，选择【档案】→【范例】→ｈａｎｄｓｅｔ．ｔｒｉ，如图６６２所示。

图６６２ ｈａｎｄｓｅｔ．ｔｒｉ模型

５６１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

（１）平行（Ｒａｓｔｅｒ）以平行线之方式加工模型轮廓和素材间材料，如图６６５所示。

（２）环绕（Ｏｆｆｓｅｔ）以等距补正方式移动刀间距切削模型轮廓和素材间材料，如图６６６所示。

图６６５ 平行方式 图６６６ 环绕方式

（３）外形单刀（Ｐｒｏｆｉｌｅ）

只沿模型轮廓加工，如图６６７所示。

这３种加工方式皆具有相同之参数，例如公差、预留量、口袋加工及切削方向等。

● 切削方向（Ｃｕｔｔｅｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ）———此参数提供了指定加工时之切削方向，包括有顺铣

（Ｃｌｉｍｂ）、逆铣（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）及双向（Ａｎｙ）等，ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ将依所指定的方式自动判断

模型加工之顺逆铣削方向。

● 口袋加工（ＰｏｃｋｅｔＭａｃｈｉｎｅ）———此参数作用于设定粗加工之加工顺序为依层加工或依

区域加工。若此参数选项为ＯＮ（√），即依区域加工；反之，则依层加工。

２范例

采用环绕粗加工方式。

（１）删除所有模型。

（２）开启模型ｈａｎｄｌｅｔｒｉ，如图６６８所示。

图６６７ 外形单刀方式 图６６８ ｈａｎｄｌｅ．ｔｒｉ模型

（３）定义素材依最大／最小值，并且Ｘ、Ｙ增量为１５。

（４）定义１０ｍｍ端铣刀。

７６１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

（５）设定提刀高度（按钮为 ），重设安全高度。

（６）定义刀具起始点（按钮为 ），依素材中心重设。

（７）建立模型平面。在对象管理区选择“模型”，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择

【平面】→【依素材】命令，如图６６９所示，选取素材。

图６６９ 建立模型平面菜单

（８）在【输入平面的Ｚ轴高度】对话框中输入０，单击对勾按钮，显示素材模型如图６７０所示。

图６７０ 素材模型

（９）单击粗加工按钮，打开【粗加工选单】对话框，设定参数，如图６７１所示。

图６７１ 【粗加工选单】对话框

８６１ 数控加工技术与编程

（１０）单击按钮 ，设定Ｚ轴高度依平面计算，再单击【关闭】按钮，如图６７２所示。

图６７２ 【粗加工Ｚ切层选单】对话框

（１１）在【粗加工选单】对话框中单击【应用】按钮执行，路径依模型与素材的形状产生，如

图６７３所示。

图６７３ 粗加工刀具路径

（１２）在【粗加工选单】对话框中，可以改变【方式】中“环绕”选项，如图６７４所示。单击

【选项】按钮，可以修改【类型】中的“模型”，单击【接受】按钮，如图６７５所示。

图６７４ 加工方式选单

９６１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

（１３）在【粗加工选单】对话框中单击【应用】按钮执行，路径依模型的形状产生，如图６７６所示。

图６７５ 环绕类型选单 图６７６ 刀具路径

６７ ２Ｄ特征加工

在ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ中，２Ｄ特征加工方式是以２Ｄ线架构建立３Ｄ特征，再进行刀具路径的运

算。操作步骤如下。

（１）特征。由２Ｄ线架构建立特征。特征的种类分为口袋、中心线、凸岛加工、孔、口袋圆

弧、外形圆弧。

（２）加工。建立好特征之后，使用粗加工选单进行２Ｄ粗加工、精加工，以及决定其加工方

式。

（３）钻孔。建立孔的特征后，直接用钻孔选单进行钻孔加工。

１特征

这里有６种不同的特征，其产生方式如同堆积木，以２Ｄ的线架构往上或往下延展。各种

特征的解释如下。

（１）口袋加工。特征选取口袋时，刀具路径将只做特征内部加工或只对特征外部加工。

（２）中心线加工。当参考线不是封闭线段时，可以使用轮廓切削，以此建立特征，路径将

只沿轮廓铣削。

（３）凸岛加工。特征选取外形加工时，刀具路径将只限于特征外部。

（４）孔。此特征用于建立钻孔，使用此类型时，选单下的选用将显示画面，即按点，或圆

弧，或本身的孔来建立特征。

（５）口袋圆弧。操作方式与孔相同，不同的是它不是钻孔用，其刀具路径沿圆的特征往

内。

（６）外形圆弧。刀具路径沿圆的特征外。

２范例

做２Ｄ特征加工，应先依图面数值建立特征，再依特征进行加工，如图６７７所示。

０７１ 数控加工技术与编程

图６７７ ２Ｄ特征加工图纸

（１）所有图素重设参数。

（２）开启【２Ｄ范例】→２Ｄ ｉｎｓｅｒｔ．ｄｇｋ，如图６７８所示。

图６７８ ２Ｄ范例

（３）建立一个新的特征目录“１”，如图６７９所示。

（４）开始建立特征，光标移到特征目录“１”，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【编

辑】→【建立特征】命令，如图６８０所示。

（５）打开【特征选单】对话框，如图６８１所示。在【类型】下拉列表框中选择“口袋”，定义

顶部为３５，定义底部为１０，用鼠标选中第二个矩形，该矩形的颜色变为黄色。

（６）单击【执行】按钮，显示特征如图６８２所示。

１７１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

图６７９ 新的特征目录１菜单

图６８０ 建立特征１

图６８１ 【特征选单】对话框 图６８２ 特征执行显示

２７１ 数控加工技术与编程

（７）继续建立特征，在【类型】下拉列表框中选取“凸岛加工”，参数如图６８３所示。

（８）鼠标选取最小的矩形，矩形颜色变黄色。

（９）单击【执行】按钮，特征如图６８４所示。

图６８３ “凸岛加工”特征选单 图６８４ 特征执行显示

（１０）继续建立特征，在【类型】下拉列表框中选取“孔”，参数如图６８５所示。

（１１）选取图中４个圆，孔颜色变为黄色。

（１２）单击【执行】按钮，特征如图６８６所示。

图６８５ 孔特征选单 图６８６ 特征执行显示

（１３）以上所有特征全部建立完成，目录如图６８７所示。

（１４）储存项目２Ｄ Ｉｎｓｅｒｔｓ到Ｃ：＼Ｔｅｍｐ。

（１５）删除所有图素，开启项目２Ｄ Ｉｎｓｅｒｔｓ。

３２Ｄ特征加工

（１）用鼠标左键选择口袋和凸岛加工的特征，如图６８８所示。

（２）自订一把圆鼻刀外径为１２ｍｍ，圆鼻半径为３ｍｍ。

３７１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

图６８７ 所有特征显示菜单

图６８８ 特征加工显示菜单

（３）设定刀具起始点为Ｘ：０；Ｙ：０；Ｚ：５０。

（４）在提刀高度选单中设定安全高度为５０，起始高度为４５。

（５）设定素材大小依右边数字输入：

Ｘ： －５０ Ｘ： ５０Ｙ： －５０ Ｙ：５０Ｚ： ０ Ｚ： ３５

（６）单击粗加工按钮 ，并且选取切层断面建立 参数。

（７）选取如图６８９所示，建立特征。

（８）在【依．．．定义】下拉列表框中选取“每层下刀”为３ｍｍ，如图６９０所示。

（９）单击【执行】按钮，然后接受离开画面。

（１０）设定参数如图６９１所示，单击【执行】按钮。

（１１）刀具路径如图６９２所示。

４７１ 数控加工技术与编程

图６８９ 特征建立选单 图６９０ Ｚ切层选单

图６９１ 粗加工选单设置 图６９２ 粗加工刀具路径

（１２）更改刀具路径名称为ｐｏｃｋｅｔ１。

４钻孔

钻孔循环由孔特征定义，如果使用的模型格式为ＤＧＫ或ＩＥＧＳ，则可由钻孔选单中的自

动定义孔功能直接对孔定义特征，而不必自行定义。

（１）自订一把外径１０ｍｍ钻头。

（２）单击钻孔按钮 ，打开【钻孔选单】对话框，如图６９３所示。

（３）在【选取孔】下拉列表中选取所有１０ｍｍ的孔，如图６９４所示。

５７１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

图６９３ 【钻孔选单】对话框 图６９４ 孔特征选取

（４）选取【循环类型】和【运行】选项，参数如图６９５所示。

（５）单击【执行】按钮，并更改名称为ｄｒｉｌｌ２，如图６９６所示。

图６９５ 钻孔循环类型选取 图６９６ 执行结果

（６）储存项目。

（７）定义钻孔顺序。

利用钻孔顺序选单可以快速决定钻孔顺序，如图６９７所示。

（１）在【钻孔选单】对话框中选择【顺序】选项卡，如图６９７所示。

６７１ 数控加工技术与编程

（２）选取沿Ｘ轴方向循环，单击【执行】按钮，新的刀具路径产生如图６９８所示。

图６９７ 钻孔顺序选单 图６９８ 新的刀具路径

６８ 精加工

所有精加工的指令全部在图形按钮 里，单击该按钮即打开【精加工类型】对话框，如图

６９９所示。

图６９９ 【精加工类型】对话框

单击【方式】的倒三角形按钮，会出现所有精加工指令，如图６１００所示。可以分别选取不

同的加工方式完成所需路径。

图６１００ 精加工方式选单

７７１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

在过去的版本中，刀具、公差和预留量是分开设定的，应预先设定好才能进入精加工选项

执行路径。现在的版本则可以在精加工画面中设定，如图６１０１所示。

图６１０１ 刀具、公差和预留量选单

各功能分别如下。

（１）Ｚ轴投影精加工，包含平行、放射状、螺旋状和参考线。

（２）３Ｄ等距精加工。

（３）等高精加工，包含等高精加工和最佳化等高精加工。

（４）清角，包含单刀清角、ＭｕｌｔｉＰｅｎｃｉｌ、插铣清角、沿外形清角和自动清角。

（５）多轴投影，包含点投影、线投影和面投影。

（６）外形单刀加工。

（７）旋转加工。

下面介绍３Ｄ等距精加工。

所谓３Ｄ等距加工，乃将指定之边界轮廓投影至曲面模型上，并依所设定之加工刀间距以３轴等距之方式产生一精修刀具路径。由于此加工方式所计算为３Ｄ轴向计算刀间距，故无论平坦

或陡峭区域皆可得到最佳之精加工路径。此功能还提供了“刀痕高度计算”按钮，用于设定刀间

距，系统将自动依“公差”为留痕高、计算出所需之刀间距，以确保精加工之品质及缩短加工时间。

●【方式】———在【方式】下拉列表中选取“３Ｄ”等距，如图６１０２所示。

图６１０２ 精加工３Ｄ等距选单

８７１ 数控加工技术与编程

●【螺旋状】———路径依螺纹的形状产生路径，减少提刀的次数。

●【使用最大刀数】———限定路径的刀数。

●【使用参考线】———依参考线的形状产生路径。

●【参考线起始端】———包含参考线为刀具起始的线段。

●【方向】———可控制顺逆铣。

１３Ｄ等距范例

（１）删除全部。在空白区单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选取【全部删除】命令，并且

在【工具】菜单中选取【重设选单参数】选项，回到原始状态，如图６１０３所示。

图６１０３ 参数设置菜单

（２）单击【档案】→【范例】→ｃｏｗｌｉｎｇ．ｄｇｋ命令，显示如图６１０４所示。

图６１０４ ｃｏｗｌｉｎｇ．ｄｇｋ模型

（３）设定刀具直径为１２ｍｍ，球刀。

（４）加工素材依模型之最大／最小值设定。

（５）刀间距为１ｍｍ，如图６１０５所示。

（６）单击【执行】按钮执行路径，并单击【接受】按钮，如图６１０６所示。

（７）螺旋状打勾，再单击【执行】按钮，显示如图６１０７所示。

９７１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

图６１０５ 刀间距设置选单

图６１０６ 刀具路径显示

图６１０７ 螺旋状刀路

２３Ｄ等距精加工范例练习

（１）删除所有图素，并删除所有刀具路径。

（２）开启新的模型，单击【档案】→【范例】→ｐｈｏｎｅ．ｄｇｋ。

（３）定义素材依最大／最小值计算，如图６１０８所示。

（４）定义刀具直径为１０ｍｍ，球刀。

（５）进入精加工方式，选取３ｄ等距精加工，边界依素材，并设定预留量为０，公差为０１，

刀间距为１ｍｍ。

（６）单击【执行】按钮，再单击【接受】按钮，结果如图６１０９所示。

０８１ 数控加工技术与编程

路径依边界形状慢慢算出如上刀具路径。

图６１０８ ｐｈｏｎｅ．ｄｇｋ模型

图６１０９ 刀路显示

１８１第６章 ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件及其应用

参 考 文 献

１郑修本．机械制造工艺学．北京：机械工业出版社，１９９９２徐宏海．数控加工工艺．北京：化学工业出版社，２００４３方沂．数控机床编程与操作．北京：国防工业出版社，１９９９４唐宗军．机械制造基础．北京：机械工业出版社，１９９７５王季琨，沈中伟，刘锡珍．机械制造工艺学．天津：天津大学出版社，１９９８６单岩，王卫兵．实用数控编程技术与应用实例．北京：机械工业出版社，２００３７倪森寿．机械制造工艺与装备．北京：化学工业出版社，２００３