第一章 数控机床概述
第一节 数控加工的概念
一、概念：
数字控制(Numerical Control，简称NC)技术是用数字化信息进行控制的自动控制技术。
数控机床：是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的起动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置或计算机，经过译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。
数控加工：根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。
二、产生：1952年美国帕森斯公司（Parsons）和麻省理工学院(MIT)合作研制成功了世界上第一台数控机床，它是一台三坐标数控铣床，用于加工直升飞机叶片轮廓检查用样板。
第二节 数控机床的组成与分类
一、数控机床的组成
数控机床是机 电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。现代数控系统都为计算机数控系统(Computer Numerical Control，简称CNC)。数控机床的基本组成包括加工程序、输入/输出装置、数控装置、伺服系统、辅助控制装置、反馈系统及机床本体。
图一 数控机床的组成
第二节 数控机床的组成与分类
CNC装置(CNC单元)：
CNC装置是数控机床的核心部件。
组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。
1. 操作面板
操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。
组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。
它是数控机床特有的部件。
第二节 数控机床的组成与分类
2. 控制介质与输入输出设备
控制介质 记录零件加工程序的媒介
输入输出设备 CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。
1. 操作面板
操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。
组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。
它是数控机床特有的部件。
表1 控制介质和输入输出设备表












3. 通讯
现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有：
串行通讯（RS-232等串口）、
自动控制专用接口和规范（DNC，MAP等）
网络技术（internet，LAN等）。
第二节 数控机床的组成与分类
4. CNC装置(CNC单元)
CNC装置是数控机床的核心部件。
组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。
第二节 数控机床的组成与分类
伺服单元、驱动装置和测量装置
伺服单元和驱动装置
主轴伺服驱动装置和主轴电机
进给伺服驱动装置和进给电机
测量装置
位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。
作用 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：
进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。
主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）
第二节 数控机床的组成与分类
PLC (Programmable Logic Controller) 、机床I/O电路和装置
PLC：用于控制机床顺序动作，完成与逻辑运算有关的开关量I/O控制，它由硬件和软件组成；
机床I/O电路和装置：实现开关量I/O控制的执行部件，即由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等电器组成的逻辑电路；
功能：
接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应开关动作
接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。
第二节 数控机床的组成与分类
7. 机床
机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。
组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统 工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。
二、数控机床的分类
按用途分类
1、金属切削类数控机床
　　金属切削类数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控镗铣床等。加工中心MC是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。
2、金属成形类数控机床
　　金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机和数控压力机等。
3、数控特种加工机床
　　数控特种加工机床有数控电火花线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光加工机床等。
按运动方式分类
1、点位控制系统
　　这类控制系统只控制工具相对工件从某一加工点移到另一个加工点之间的精确坐标位置。而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且移动过程中不作任何加工。通常采用这一类系统的设备有数控钻床、镗床、冲床等。
2、直线控制系统
　　这类系统不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的移动轨迹是一条直线，且在移动中能以给定的进给速度进行加工。采用此类控制方式的设备有数控车床、数控铣床等。
3、连续控制系统
　　连续控制系统又称为轮廓控制系统或轨迹控制系统。这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个 坐标的运动速度。各坐标的运动按规定的比例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。采用此类控制方式的设备有 数控车床、铣床、加工中心、电加工机床、特种加工机床等。


按控制原理分类
1、开环控制系统
　　这类系统不装备位置检测装置，即无位移的实际值反馈与指令值进行比较修正，因而控制信号的流程是单向的。
工作台



按控制原理分类
2、闭环控制系统
　　这种系统是带有位置检测装置，将位移的实际值反馈回去与指令值比较，用比较后的差值去控制，直至差值消除时才停止修正动作的系统。


按控制原理分类
3、半闭环控制系统
　　这种系统是闭环系统的一种派生。它与闭环系统的不同之处仅在将检测元件装在传动链的旋转部位，它所检测得到的不是工作台的实际位移量，而是与位移量有 关的旋转轴的转角量。因此，其精度比闭环系统稍差，但这种系统结构简单，便于调整，检测元件价格也较低，因而是广泛使用的一种数控系统。


按数控系统类型分类
1、经济型数控系统（又称简易数控系统）
　　这一档次的数控机床仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，具有数码 显示，CRT字符显示功能，机床进给由步进电动机实现开环驱动，控制的轴数和联动轴数在3轴或3轴以下。
2、普及型数控系统（通常称之为全功能数控系统）
　　这类数控系统功能较多，除了具有一般数控系统的功能以外，还具有一定的图形显示功能及面向用户的宏程序功能等，采用的微机系统为16位或32位微处理 机，具有RS-232C通信接口，机床的进给多用交流或直流伺服驱动，一般系统能实现4轴或4轴以下联动控制。
3、高档数控系统
　　采用的微机系统为32位以上微处理机系统，机床的进给大多采用交流伺服驱动，除了具有一般数控系统的功能以外，应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控 制。具有三维动画图形
按数控系统类型分类
功能和宜人的图形用户界面，同时还具有丰富的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现与计算机的联网和通信。
4、基于PC的开放式数控系统
　　用通用微机技术开发数控系统可以得到强有力的硬件与软件支持，这些软件和硬件的技术是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具备了全功能数控系统的所有功能。
第三节 数控机床的控制对象
从数控机床最终要完成的任务看，主要应对以下三方面进行控制：
1、主运动
　　和通用机床一样，主运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的70%-80%，数控车床的主轴旋转运动如图1所示。基本控制要实现主轴的正、反 转和停止，可自动换档及无级调速；对加工中心和一些数控车床还必须具有准停控制和C轴控制功能。
2、进给运动
　　数控机床的进给运动是通过进给伺服系统来实现的，这是数控机床区别于通用机床的重要方面之一。伺服控制的最终目的就是实现对机床工作台或刀具的位置控 制，伺服系统中所采取的一切措施，都是为了保证进给运动的位置精度。图2为数控车床的刀架的Z向进给运动，图3为数控车床的刀架的X向进给运动。
3、输入/输出(I/O)
　　数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运动轨迹进行连续控制外，还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变频控制，主轴的正、 反转及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具自动交换，工件夹紧和放松及分度工作台转位等，图4所示为数控车床的换刀运动。
主运动
X向进给运动
Z向进给运动
换刀运动
第四节 数控机床的工作原理
数控机床加工零件时，首先要将零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入数控装置，经过计算机的处理、运算，按各坐标轴的分量送到相应的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，使各坐标移动若干个最小位移量，并进行反馈控制，使各轴精确走到程序要求的位置，实现刀具与工件的相对运动，完成零件全部轮廓的加工。

第四节 数控机床的工作原理

所谓插补，就是指在被加工轨迹的起点和终点之间，插进若干中间点，然后用已知线型（如直线、圆弧）逼近。通常把数控机床上刀具运动轨迹是直线加工的称为直线插补；刀具运动轨迹是圆弧加工的称为圆弧插补。一般的数控系统都具有直线和圆弧插补，能加工出各象限直线和圆弧。对于复杂功能的数控机床，通过多轴控制、多轴联动实现空间曲线、曲面的加工。



第四节 数控机床的工作原理
数控机床的数字控制功能是由数控系统完成的。数控装置能接受零件图纸加工要求的信息，进行插补运算，实时地向各坐标轴发出速度控制指令。伺服驱动装置能快速响应数控装置发出的指令，驱动机床各坐标轴运动，同时能提供足够的功率和扭矩。伺服系统中常用的驱动装置，根据控制系统的类型不同而不同，开环伺服系统常用步进电动机，闭环伺服系统常采用脉宽调速直流电动机和交流伺服电动机等。检测装置将坐标位移的实际位置检测出来，反馈给数控装置中的比较器与指令位置进行比较，实现偏差控制。伺服系统中常用的检测装置有测量线位移的光栅、磁栅、感应同步器等，测量角位移的旋转变压器、数字脉冲编码器等。可编程控制器PLC, 在数控机床中一般用来对一些逻辑开关量进行控制，如：主轴的启、停，刀具更换、冷却液开关等。


第五节 数控加工的特点及应用范围
 数控机床的应用范围
零件复杂程度

价值昂贵，不允许报费的关键零件；需要最少周期的急需零件；批量较大精度要求高的零件。
第五节 数控加工的特点及应用范围
 数控机床的特点
1、数控系统取代了通用机床的手工操作，具有充分的柔性，只要重新编制零件程序，更换相应工装，就能加工出新的零件。
2、零件加工精度一致性好，避免了通用机床加工时人为因素的影响。
3、生产周期短，特别适合小批量、单件零件的加工。
4、可加工复杂形状的零件，如二维轮廓或三维轮廓加工。
5、易于调整机床，与其他加工方法相比，所需调整时间较少。
6、 易于建立计算机通信网络。
7、 设备初期投资大。
8、 由于系统本身的复杂性，增加了维修的技术难度和维修费用。

第五节 数控机床机械结构的特点
 对数控机床机械结构的要求
• 提高机床的动、静刚度
• 减少机床的热变形
• 减少运动副的摩擦，提高传动精度
• 提高机床的寿命和精度保持性
• 自动化的机构，宜人的操作性
• 安全防护和宜人的造型

对数控机床机械结构的要求
一. 提高机床的静、动刚度
• 合理选择支承件的结构形式
• 合理的结构布局
• 采用补偿变形的措施
• 合理选用构件的材料
二.减少机床热变形的措施
• 减少机内发热
• 改善散热和隔热条件
• 合理设计机床的结构与布局
• 进行热变形补偿
三. 减少运动副的摩擦
• 采用滚动导轨或静压导轨
• 采用贴塑滑动导轨
• 用滚珠丝杠代替滑动丝杠
• 采用无间隙滚珠丝杠传动和无间隙齿轮传动以提高传动精度

数控机床的主传动系统
• 数控机床的主传动系统概述
主运动系统是指驱动主轴运动的系统，主轴是数控机床上带动刀具和工件旋转，产生切削运动的运动轴，它往往是数控机床上单轴功率消耗最大的运动轴。
• 主传动系统的作用：
① 传递动力，传递切削加工所需要的动力
② 传递运动，传递切削加工所需要的运动；
③ 运动控制，控制主运动运行速度的大小、方向和起停。
与进给伺服系统相比，它具有转速高、传递的功率大等特点，是数控机床的关键部件之一，对它的运动精度、刚度、噪声、温升、热变形都有较高的要求。
• 数控机床的主传动系统要求：
1、动力功率高
由于对高效率的要求日益增长，加之刀具材料和技术的进步，大多数NC机床均要求有足够高的功率来满足高速强力切削。一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kW～250kW之间
2、调速范围宽
除了功率方面的要求外，还应使主轴转速具有足够大的调整范围。调速范围是指最高转速与最低转速之比，即Rn=nmax/nmin
3、控制功能多样化
4、性能要求高

主传动功率
• 机床主传动的功率N可根据切削功率Nc与主运动传动链的总效率η由下式来确定 N=Nc/η
• 数控机床的加工范围一般都比较大，切削功率可以根据有代表性的加工情况，由其主切削力Pz按下式来确定



调速范围宽
• 在主运动系统中调速范围有恒扭矩、恒功率调速范围之分，如图所示，在基本转速(额定转速nc )以下是恒转速调速范围，通过调整电枢电压来实现，在nc以上是恒功率调速，通过调磁调速。而且现在恒功率调速范围尽可能大，以便在尽可能低的速度下，利用其全功率(在低速时往往由于电流的限制，只能进行恒扭矩调速。因为加工一些难加工材料所需求的转速范围相差很大，例如，钛需要低速加工，而铝合金材料却需要高速加工，而采用齿轮变速箱扩大变速范围的方法已不能满足要求。

• 主运动为旋转运动的机床，主轴转速n(r/min)由切削速度v(m/min)和工件或刀具的直径d(mm)来确定
• 对于数控机床，为了适应切削速度和工件（或刀具）直径的变化，主轴的最低和最高转速可根据下式确定

数控机床的主传动变速方式
• 无级变速
• 分段无级变速
• 内置电动机主轴变速（电主轴）
• 有级变速（机械变速）
现代数控机床均采用交流主轴电机及交流变频驱动装置，下图为主轴输出特性曲线




















控制功能多样化

由于NC机床的种类繁多，不同的机床对主轴功能有不同的要求。
• NC车床车螺纹时要求有同步控制功能；

• 加工中心为了能进行自动换刀需要主轴准停功能；

• NC车床和NC磨床在进行端面加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求，要求接触点处的线速度为恒值，需要恒线速切削功能；

• 还有些NC机床有C轴控制功能

性能要求高

对主轴电机的性能要求如下：
• 电机抗过载能力强，要求有较长时间(1～30min)和较大倍数的抗过载能力；
• 在断续负载下，电机转速波动要小；
• 速度响应要快，升降速时间要短；
• 电机温升低，振动和噪音小；
• 可靠性高，寿命长，维护容易；
• 体积小，重量轻，与机床联接容易
普通电机—机械变速系统—主轴部件配置方式

该配置方式是一种传统的配置方式，它能够满足各种切削运动转矩输出的要求，但变速范围不大，由于是有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较复杂，所以现在仅有少数经济型数控机床采用该配置，其他已很少采用。
变频器—交流电机—1～2级机械变速—主轴部件配置方式
特点：
• 变频电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。
• 优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化能力；
• 具有结构简单、安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要求；
• 调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些；
• 主要用于经济型或中低档数控机床上。

变频器—交流电机—1～2级机械变速—主轴部件配置方式

特点：
• 变频电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。
• 优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化能力；
• 具有结构简单、安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要求；
• 调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些；
• 主要用于经济型或中低档数控机床上¡£











交、直流主轴电机 — 主轴部件配置方式

特点：
• 电机经同步齿形带传动主轴
• 电机是性能更好的交、直流主轴电机，变速范围宽，最高转速可达 8000 r/min
• 在传动上能基本能满足目前大多数数控机床的要求，易于实现丰富的控制功能
• 结构简单、安装调试方便，可满足现在中高档数控机床的控制要求
• 对于越来越高的速度的需求， 该配置方式已难以满足
电主轴

• 这种电机由三个基本部分组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。空心轴转子，它既是电机的转子，也是主轴，中间是空心的，用于装夹刀具或工件；带绕组的定子，它和其他电机相似。这种电机构成了较简单的主运动部 件。
• 它不仅可以使转速提高，若在其内应用较先进的轴承（如陶瓷轴承、磁悬浮轴承等）而且可使主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。它的出现大大简化了主运动系统结构，实现了所谓的“零传动”，因而使传动精度大大提高，由于它具有上述特点，在高速数控机床大量采用。
• 在目前也存在着一些缺点，主要是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机的关键问题。

数控机床的主轴部件

• 组成：主轴部件由主轴的支承、安装在主轴上的传动零件及装夹刀具或工件的附件组成。
• 主要作用：①夹持工件或刀具实现切削运动；②传递运动及切削加工所需要的动力。
• 机床对其主轴部件的主要要求有：
　　① 主轴的精度要高。精度包括运动精度(回转精度、轴向窜动)和安装刀具或夹持工件的夹具的定位精度(轴向、径向)。
　　② 部件的结构刚度和抗振性。
　　③ 运转温升不能太高以及较好的热稳定性。
　　④ 部件的耐磨性和精度保持能力。
对数控机床除上述要求外，在机械结构方面还应有：
　　① 刀具的自动夹紧装置。
　　② 主轴的准停装置。
　　③ 主轴孔的清理装置等

进给传动系统装置
• 概述
进给系统机械传动结构是进给伺服系统的重要组成部分，它是实现成形加工运动所需的运动及动力的执行机构。它主要由传动机构、运动变换机构、导向机构、执行件组成。如下图所示。其中常用的传动机构有传动齿轮和同步带； 运动变换机构有丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等；导向机构有滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承等。
• 数控机床对进给运动的要求
减少摩擦阻力
提高传动精度和刚度
消除传动间隙
减小运动件的惯量

进给传动系统装置
• 对进给传动系统装置的要求：
由于机械传动结构的刚性、制造精度、摩擦阻尼特性等，对执行件运动特性和运动精度有重要影响，因此进给伺服系统对机械传动机构提出了较高的要求，主要有：
①摩擦力小，尤其是动静摩擦系数之差要小，故广泛采用如滚动摩擦等摩擦力较小的传动件及导轨；
②传动精度和刚度要高，要求消除传动间隙，并进行适当的预紧。以增加传动系统刚度；
③运动惯量要小，尽可能减小运动部件质量，以提高响应速度。

进给传动系统装置
• 齿轮传动及齿轮消隙
　齿轮传动在伺服进给系统中的作用是：改变运动方向、降速、增大扭矩、适应不同丝杠螺距和不同脉冲当量的配比等。当在伺服电机和丝杠之间安装齿轮（直齿、斜齿、锥齿等）时，必然产生齿侧间隙，造成反向运动的死区，必须设法消除。目前消除齿侧间隙普遍采用双片齿轮结构。
键联接消隙
• 当齿轮与轴联接时，键两侧的间隙也必须设法消除。

联轴节
　由于伺服电机性能的提高，目前许多场合都采用伺服电机与丝杠直接相联，由于伺服系统对传动精度要求较高，因而对联轴节也提出了较高的要求，主要有无间隙、传动中弹性变形小、高速传动平稳、稳定可靠等。图是较典型的联轴节的结构形式。
　　滚珠丝杠螺母副
• 丝杠螺母副是运动变换机构，其功用是将旋转运动变换成直线运动。按丝杠与螺母的摩擦性质分类：①滑动丝杠螺母副，主要用于旧机床的数控化改造、经济型数控机床等；② 滚珠丝杠螺母副，广泛用于中、高档数控机床；③ 静压丝杠螺母副，主要用于高精度数控机床、重型机床。
• 工作原理
　　　丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。

滚珠丝杠螺母副
• 滚珠循环方式
　　　滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式常用的有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称内循环。滚珠丝杠螺母副的每个循环称为一列，每个导程称为一圈。
• 外循环
　　这种结构是在螺母体上轴向相隔2.5圈或3.5圈螺纹处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再用弧形铜管插入进口和出口内，形成滚珠返回通道，由弯管的端部来引导滚珠；这种弯管由两半合成，采用冲压件，工艺性好。
　　外循环方式制造工艺简单、应用广泛，但螺母径向尺寸较大，因用弯管端部作挡珠器，故刚性差、易磨损，噪音较大。外循环的工作圈数是2.5圈或3.5圈 ，1～2列。

滚珠丝杠螺母副
• 内循环
　 图为滚珠内循环方式，它采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽，反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键定位，以保持对准螺纹滚道方向。在一个螺母上沿螺纹周向错开120°，轴向错开 （t为导程），装三个反向器，形成三圈滚珠循环。内循环螺母结构紧凑，定位可靠，刚性好，不易磨损，反回滚道短，不易产生滚珠堵塞，摩擦损失小。缺点是结构复杂、制造较困难。 内循环的工作圈数是3列。

滚珠丝杠螺母副
• 滚珠丝杠螺母副的特点

1。传动效率高达85%～98%，是普通滑动丝杠的2～4倍，
　2。摩擦阻力小:静摩擦阻力及动静摩擦阻力差值小，采用它是提高进给系统灵敏度、定位精度和防止爬行的有效措施之一；
　3。传动精度高，可消除传动间隙，实现无间隙传动；
　4。由于效率高，无自锁能力，故对于垂直使用的情况，应增加自锁装置。

滚珠丝杠副的选用
• 选用要点
　　应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠副的精度，根据机床的载荷来选定丝杠的直径，并且要验算丝杠扭转刚度、压曲刚度、临界转速与工作寿命等。
• 精度等级的选择
　　滚珠丝杠副的精度将直接影响数控机床各坐标轴的定位精度。普通精度的数控机床，一般可选用D级，精密级数控机床选用C级精度的滚珠丝杠副。丝杠精度中的导程误差对机床定位精度影响最明显。而丝杠在运转中由于温升引起的丝杠伸长，将直接影响机床的定位精度。通常需要计算出丝杠由于温升产生的伸长量，该伸长量称为丝杠的方向目标。用户在定购滚珠丝杠时，必须给出滚珠丝杠的方向目标值。

滚珠丝杠副的选用
• 结构尺寸的选择
　　滚珠丝杠副的结构尺寸主要有：丝杠的名义直径D0、螺距t、长度L、滚珠直径d0等，尤其是名义直径与刚度直接相关，直径大、承载能力和刚度越大，但直径大转动惯量也随之增加，使系统的灵敏度降低。所以，一般是在兼顾二者的情况下选取最佳直径。
• 有关资料推荐：
• 名义直径D0对于小型加工中心采用32、40（mm），中型加工中心选用40、50(mm)，大型加工中心采用50、63(mm)的滚珠丝杠，但通常应大于L/30--L/35；
• 螺距t： t越小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高，但传动效率低，承载能力低，应折中考虑；
• 丝杆长度L：一般为工作行程+螺母长度+（5～10）；滚珠直径d0越大，承载能力越高，尽量取大值。一般取d0 =0.6t；
• 滚珠的工作圈数、列数和工作滚珠总数对丝杆工作特性影响较大；当前面三项确定后，后两项也确定了，一般不用用户考虑。
滚珠丝杠副的选用
• 验算
　　当有关结构参数选定后，还应根据有关规范进行扭转刚度、临界转速和寿命的验算校核：
• 刚度验算
　　丝杠属细长杆，受扭矩会引起扭转变形，从而“吃掉”若干输入的位置指令，致使执行间的输出不到位，这些被“吃掉”的输入称为失动量。刚度验算就是校验丝杠在额定轴向（扭转）载荷作用下，执行件的失动量。失动量的计算方法如下：　　　

滚珠丝杠副的选用
• 临界转速验算
　　对于数控机床来说，滚珠丝杠的最高转速是指快速移动时的转速。因此，只要此时的转速不超过临界转速就可以了。应校核丝杠轴的转速与丝杠自身的自振频率是否接近，如果很接近，会导致强迫共振，影响机床正常工作。应根据有关计算公式进行的校核。
• 寿命验算
　　滚珠丝杠副的寿命，主要是指疲劳寿命。在工程计算中，采用"额定疲劳寿命"这一概念，它指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杠，在相同条件下回转时，其中90%不发生疲劳剥落的情况下运转的总转数。也可用总回转时间或总走行距离来表示。可根据有关经验公式校核，应保证总时间寿命Lt≥20 000(h)。如果不能满足这一条件，而且轴向载荷已由工作要求所决定不能减小，则只有选取直径较大，即额定动载荷较大的丝杠，以保证
　　　Lt≥20000(h)。　
滚珠丝杠的支承结构
• 　　滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要来自于卧式丝杠的自重。由于滚珠丝杠的轴向刚度对位移精度的影响很大，因此，如何从利用支撑结构来提高滚珠丝杆的轴向刚度是至关重要的。
　　美国CINCINNATI 10HC卧式加工中心的Z坐标（立柱水平方向移动）的滚珠丝杠支承采用一端固定，一端自由的结构形式如图5-19（a），固定端采用四个接触角为60°的推力角接触球轴承，两个同向、面对面安装，加上预紧，轴向刚度和承载能力都很高。该固定端连同伺服电机都安装在支架2上。丝杠的另一端自由悬伸，滚珠丝杠螺母4固定在底座3上。可视为一种辅助支承。工作时，伺服电机12带动滚珠丝杠5旋转，并推动支架和重达5吨的立柱1（包括主轴箱和刀库）沿Z 方向运动。

滚珠丝杠的制动
　 滚珠丝杠副的传动效率高但不能自锁，用在垂直传动或高速大惯量场合时需要制动装置。目前常见的有机械式和电气式两种。
　　电气方式制动是采用电磁制动器，而且这种制动器就做在电机内部。
滚珠丝杠螺母副
• 滚珠丝杠螺母副的安装
一般要求
　　滚珠丝杠螺母副在安装时首先应满足以下要求：
①滚珠丝杠螺母副相对工作台不能有轴向窜动；
② 螺母座孔中心应与丝杠安装轴线同心；
③滚珠丝杠螺母副中心线应平行于相应的导轨;
④能方便地进行间隙调整、预紧和预拉伸。
　
• 预紧 　
　　　滚珠丝杠螺母副的预紧是使两个螺母产生轴向位移（相离或靠近），以消除它们之间的间隙并施加预紧力，预紧目的是消除运动间隙,提高运动精度及传动刚度。
滚珠丝杠副的轴向间隙的消除和预紧
• 轴向间隙：指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间最大轴向窜动。除了结构本身的游隙之外，还包括在施加轴向载荷之后弹性变形所造成的窜动。

• 预紧消隙的方法：
1 修磨垫片厚度
2 用锁紧螺母消隙
3 齿差式调整
双螺母消隙
特点：调整方便，不能精确调整
修磨垫片消隙
齿差式调整
螺距P
左螺母齿数Z1
右螺母齿数Z2
同向各转一个齿调整量为：
△=P（1/Z1-1/Z2）

特点：能精确调整间隙
数控机床的导轨
• 对数控机床导轨的要求：
摩擦系数小、运动平稳、噪声低、传动灵活、精度高

• 常用导轨类型：
滚动导轨：滚动导轨块
直线滚动导轨
静压导轨：
滑动导轨：贴塑导轨

数控机床的导轨
• 直线滚动导轨
数控机床的导轨
• 贴塑导轨：
数控机床的导轨
• 静压导轨
第四节 刀具、刀库及自动换刀装置
• 数控机床对刀具的要求
• 数控机床所用刀具的材料及其选择
• 数控机床用刀具类型
• 自动换刀系统的组成原理
• 刀库与刀具管理
• 刀具交换装置

数控机床对刀具的要求
• 适应高速切削要求。高速度、大进给是数控加工的特点，数控机床的刀具必须具有良好的切削性能。
• 高的可靠性
• 较高的尺寸耐用度。刀具在两次调整之间所能加工出合格零件的数量，称为刀具的尺寸耐用度。
• 高精度。为适应数控机床加工的高精度和自动换刀的要求，刀具及其装夹结构也必须有很高的精度，以保证它在机床上的安装精度和重复定位精度。
• 可靠的断屑及排屑措施
• 刀具的调整、更换方便、快速而且精确
• 符合标准化、模块化、通用化及复合化
数控机床刀具材料的性能、种类
刀具材料的性能
• 较高的硬度和耐磨性。刀具切削部分的硬度必须高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高耐磨性就越好。
• 足够的强度和韧性。以抵抗切削过程中的冲击和振动
• 较高的耐热性。是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性和强度及韧性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要标志
• 较好的导热性
刀具材料的种类
• 高速钢：通用型高速钢、高性能高速钢、粉末冶金高速钢
• 硬质合金：硬质合金的硬度和耐磨性都很高，其切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍；但抗弯强度和冲击韧性较差。
• 涂层刀具：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物。
• 陶瓷刀具：陶瓷刀具材料是在陶瓷基体上重添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并按一定生产工艺制成的。它具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和化学稳定性等独特的优越性，在高速切削范围以及加工某些难加工材料，特别是加热切削法方面，包括涂层刀具在内的任何高速钢和硬质合金刀具都无法与之相比。
数控车床所用刀具

数控镗铣床所用刀具
自动换刀装置
• 概述

自动换刀系统应该满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，刀具储存数量足够，结构紧凑，便于制造、维修、调整，应有防屑、防尘装置，布局应合理等要求。同时也应具有较好的刚性，冲击、振动及噪声小，运转安全可靠等特点。

• 组成：自动换刀系统由刀库、选刀机构、刀具交换机构(如机械手)、刀具在主轴上的自动装卸机构等部分组成。


换刀方式：分为两大类
由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换。
用这种形式交换刀具时，主轴上用过的刀具送回刀库和从刀库中取出新刀，这两个动作不能同时进行，选刀和换刀由数控定位系统来完成，因此换刀时间长，换刀动作也较多。
由机械手进行刀具交换。
由于刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式。
刀具必须装在标准的刀柄内，我国TSG刀具系统规定了刀柄标准，有直柄及7∶24锥度的锥柄两类。分别用于圆柱形主轴孔及圆锥形主轴孔。刀具的轴向尺寸和径向尺寸应先在调刀仪上调整好，才可装入刀库中。丝锥、铰刀要先装在浮动夹具内，再装入标准刀柄内。圆柱形刀柄在使用时需在轴向和径向夹紧，因而主轴结构复杂，圆柱柄安装精度高，但磨损后不能自动补偿。
而锥柄稍有磨损也不会过分影响刀具的安装精度。在换刀过程中，由于机械手抓住刀柄要作快速回转，拔、插刀具的动作，还要保证刀柄键槽的角度位置对准主轴上的驱动键。因此，机械手的夹持部分要十分可靠，并保证有适当的夹紧力，其活动爪要有锁紧装置，以防止刀具在换刀过程中转动或脱落。
柄式夹持：
刀柄前端有V形槽，供机械手夹持用，目前我国数控机床较多采用这种夹持方式。
法兰盘式夹持
法兰盘式夹持，也称径向夹持或碟式夹持，刀柄的前端有供机械手夹持用的法兰盘，到另一个辅助机械手上去，法兰盘式夹持方式、换刀动作较多，不如柄式夹持方式应用广泛。
刀臂式换刀动作流程
刀库和刀具管理
刀库类型：数控机床上普遍采用盘式刀库和链式刀库。密集型的鼓刀库或格子式刀库虽然占地面积小，但由于结构的限制，很少用于单机加工中心。密集型的固定刀库目前多用于FMS中的集中供刀系统。
盘式刀库：盘式刀库一般用于刀具容量较少的刀库
链式刀库：一般刀具数量在30～120把时，多采用链式刀库
自动换刀的选刀方式
• 顺序选刀
将刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。
特点：不需要刀具识别装置，驱动控制也较简单，工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同的工序中不能重复使用，为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量，这就降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。这种方式现在已很少采用。
• 刀具编码方式：采用特殊的刀柄结构，对每把刀进行编码
• 刀座编码方式：永久性编码、临时性编码（钥匙编码）方式
• 任意选刀：软件选刀
软件选刀方式

ATC（自动换刀）控制和刀号数据表
刀具识别与换刀
1。刀具在刀库中任意放置，刀具编号可任意设定
2。刀具表中刀具号与刀套号的对应关系应始终与刀具在刀库中的实际位置对应
3。计算机通过查刀具表识别刀具
4。换刀时，通过软件修改刀具表，使相应刀具表中的刀号与交换后的刀号一致。

刀具交换装置的形式　
• 回转刀架换刀
回转刀架换刀装置，常用于数控车床。可设计成四方、六方刀架或圆盘式轴向装刀刀架，并相应地安装四把、六把或更多的刀具。
换刀流程如下：
• 更换主轴换刀
• 更换主轴箱换刀
• 更换刀库换刀
• 带刀库的自动换刀系统
更换主轴换刀
特点：结构复杂，主轴刚性差，适应切削力不大的场合。
更换主轴箱换刀
更换刀库换刀
带刀库的自动换刀系统
这类换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换机构及刀具在主轴上的自动装卸机构等四部分组成，应用最广泛。
刀库可装在机床的工作台上、立柱上或主轴箱上，也可作为一个独立部件装在机床之外。
特点：带刀库的自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂。换刀时，根据选刀指令先在刀库上选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换。这种换刀装置和转塔主轴头相比，由于机床主轴箱内只有一根主轴，在结构上可以增强主轴的刚性，有利于精密加工和重切削加工；可采用大容量的刀库，以实现复杂零件的多工序加工，从而提高了机床的适应性和加工效率。但换刀过程的动作较多，换刀时间较长。　
1。刀库装在工作台上
2。刀库装在立柱上
工件上某一工序加工完，主轴准停，主轴箱返回换刀点准备换刀，刀库上的“新刀”按预定指令转到换刀位置上。
这种换刀装置换刀时间较短，刀库可储存较多的刀具，适用于加工较复杂的工件。
3。刀库装在主轴箱上
为刀库2装在主轴箱上方，刀库中刀具轴线与机床主轴轴线相差90°，不能用一个机械手1直接换刀。需通过刀具回转机构3先将刀具翻转90°，使其轴线与主轴轴线平行，再由机械手一端卡爪抓取回转机构上的刀具，另一端卡爪抓取主轴4上的刀具5，实现刀具的相互交换，从主轴上卸下的刀具只能由机械手送至刀具的回转机构中，然后反转90°送回刀库。
4。刀库独立装在机床之外
刀库的容量大、刀具较重或机床总体布局等原因，刀库也可作为一个独立部件，装在机床之外。链式刀库置于机床左侧，通过机械手实现刀具的交换。
　　　　　　　
刀库远离机床
这种换刀系统常常要附加运输装置，来完成刀库与主轴之间刀具的运输。机床左侧的链式刀库由四排刀链组成，双臂式交叉机械手要在四排刀链的任一排刀链上选择所需的刀具，所以机械手必需上下移动，并可停在四个换刀位置上取刀。为了能在刀库及主轴上装卸刀具，机械手回转架可回转180°，装刀手与卸刀手还必沿本身导轨作直线往复运动，以装卸刀具。
数控机床的性能指标
1.精度指标
定位精度、重复定位精度、分辨率、脉冲当量等
2.坐标轴指标
可控轴数 、联动轴数
3.运动性能指标
主轴转速、进给速度 、行程 、换刀时间等
4.加工能力指标
每分钟最大金属切除率
数控机床结构性能与布局特点
一、对数控机床结构的基本要求
1.数控机床应具有更高的静、动刚度
（1）提高静刚度的措施
1）基础大件采用封闭整体箱形结构
2）合理布置加强筋
3）提高部件之间的接触刚度。
2）提高动刚度的措施
1）改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）
2）床身表面喷涂阻尼涂层
3）充分利用结合面的摩擦阻尼
4）采用新材料，提高抗震性
2.数控机床应有更小的热变形
控制热变形的措施：对机床热源进行强制冷却，采用热对称结构。
4. 主轴的润滑、冷却方式
（1）主轴轴承润滑方式：油脂润滑、油液循环润滑、油雾润滑、油气润滑
（2）主轴冷却方式：减少轴承及切割磁力线发热，有效地排除已产生的热量
四、进给运动传动部件
1.滚珠丝杠螺母副
1）工作原理
2）作用：将回转运动转换为直线运动
3）特点：传动效率高，摩擦力小，寿命长，经预紧后可消除轴向间隙，无反向空行程，成本高，不能自锁，尺寸不能太大。
4）用途：各类中小型数控机床的直线进给
3.导轨
导轨是进给系统的重要环节，是机床基本结构的要素之一。机床加工精度和使用寿命很大程度上取决于机床导轨的质量。
对导轨的要求：高的导向精度、良好的精度保持性、良好的摩擦特性、运动平稳、高灵敏度、寿命长。
1）滑动导轨
摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、工艺性好、速度较低。
2）滚动导轨
摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、防护要求较高。
检测装置
一、检测装置作用
检测装置是把位移和速度测量信号作为反馈信号，并将反馈信号转换成数字信号送回计算机与脉冲指令信号进行比较，以控制驱动元件正确运转。检测装置的精度直接影响数控机床的定位精度和加工精度。
二、对检测装置的要求
高的可靠性和抗干扰能力，满足机床加工精度和加工速度的要求，使用维护方便，成本低。
三、检测装置的分类

感应同步器
直线型检测装置 光 栅
磁 栅


旋转变压器
旋转型检测装置 脉冲编码器
测速发电机

自动换刀装置（ATC）
一、自动换刀装置作用
自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。
二、对自动换刀装置的要求
换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具容量，体积小，稳定可靠。
三、换刀方式
回转刀架换刀
更换主轴头换刀
机械手换刀
使用刀库的换刀
刀库与主轴相对运动换刀
四、刀具交换装置
五、刀库
1.刀库容量 10-40
塔式
2.类型 盘式
链式
3.选刀方式 ：顺序选刀
任意选刀
数控机床床身
一、数控机床床身作用
支承机床的零部件并保证这些零部件在加工过程中占有的准确位置。
二、对床身的要求
刚性高、抗振性好、热变形小、易于安装调整。
三、数控机床床身类型
1.铸铁
2.人造大理石
3.钢板焊接
二、刀具系统要求
1.刀片或刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化
2.刀片或刀具材料及切削参数与被加工工件材料之间的匹配
3.刀片或刀具耐用度及其经济寿命指标的合理性
4.刀片或刀柄的定位基准的优化
5.刀片或刀柄对机床主轴的相对位置精度的要求
6.刀片或刀柄的转位、拆装的重复精度的要求
7.刀柄强度、刚性和耐磨性的要求
8.刀柄或工具系统的装机重量限度的要求
9.刀片或刀柄切入位置和方向的要求
10.刀片或刀柄的通用化、规格化、系列化
11.整个工具系统和自动换刀系统的优化
三、刀具系统内容
1.标准
中国：GB10944-89
国际：ISO7388-83
美国：ANSI/ASME B5.50-1985
日本：MAS403-1982
德国：DIN69871-1988
四、数控刀具结构与刀具材料
1.刀具结构
1）整体式
2）机夹式
3）内冷式
4）抗振式
5）特殊型式
2.刀具材料
1）高速钢
2）硬质合金
3）陶瓷
4）立方氮化硼
5）金刚石
夹具及附件
数控机床上常用的夹具及附件有：机用虎钳、
平口虎钳、液压虎钳、卡盘、对刀仪等。
插补功能
CNC装置是通过软件进行插补计算，连续控制时实时性很强，计算速度很难满足数控机床对进给速度和分辨率的要求。因此实际的CNC装置插补功能被分为粗插补和精插补。
进行轮廓加工的零件的形状，大部分是直线和圆弧构成，有的是由更复杂的曲线构成，因此有直线插补、圆弧插补、抛物线插补、极坐标插补、螺旋线插补、样条曲线插补等。
插补器按数学模型来分类，可分为一次插补器、二次插补器及高次曲线插补器等，大多数数控系统都具有直线插补器和圆弧插补器。根据插补所采用的原理和计算方法的不同，目前应用的插补方法分为两类：脉冲增量插补和数字增量插补。
1.脉冲增量插补
脉冲增量插补又称基准脉冲插补，其特点是每次插补结束在一个轴上仅产生单个的行程增量，以一个脉冲的方式输出，实现一个脉冲当量的位移。在数控机床中，一个脉冲所对应的坐标轴的移动量称为脉冲当量。这类插补的实现方法比较简单，通常只用加法和移位即可完成插补，故其易用硬件实现，且运算速度很快，目前也有用软件来完成这类算法的。脉冲增量插补适用于以步进电机为驱动装置的开环数控系统。脉冲增量插补在计算过程中不断向各个坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱动坐标轴的步进电机运动。常用的脉冲增量插补算法有逐点比较法和数字积分法，这些插补算法最初用于硬线NC数控中，在CNC系统中常用软件来实现。
2.数字增量插补
数字增量插补又称数据采样插补，其特点是插补运算分两步完成。第一步是粗插补，即在给定起点和终点的曲线之间插入若干个点，用若干条微小直线段来逼近给定曲线，每一微小直线段的长度相等，且与给定的进给速度有关。粗插补在每个插补周期中计算一次，因此，每一微小直线段的长度即进给量f与进给速度F和插补周期T有关，即f=FT。粗插补的特点是把给定的一条曲线用一组直线段来逼近。第二步是精插补，它是在粗插补时算出的每一条微小直线段上再做“数据点的密化”工作，这一步相当于对直线的脉冲增量插补。粗、精二次插补的方法，适用于以直流或交流伺服电机为驱动的闭环或半闭环位置采样控制系统，它能满足控制速度和精度的要求。常用的数字增量插补有时间分割法和扩展数字积分法等。
逐点比较法直线插补算法：
⑴判别函数及判别条件
如图所示，对XY平面第一象限直线段进行插补。直线段起点位于坐标原点O，终点位于A（Xe,Ye）。设点P（Xi，Yi）为任一动点。
若P点在直线OA上，则：
XeYi – XiYe = 0
若P点在直线OA上方，则：
XeYi – XiYe > 0
若P点在直线OA下方，则：
XeYi – XiYe < 0
定义F= XeYi – XiYe偏差函数，则可得到如下结论：
当F=0时，加工点P落在直线上；
当F>0时，加工点P落在直线上方；
当F<0时，加工点P落在直线下方；
⑵进给方向判别
①当F>0时，应该向+X方向发一脉冲，使刀具向+X方向前进一步，以接近该直线。
②当F<0时，应该向+Y方向发一脉冲，使刀具向+Y方向前进一步，以接近该直线。
③当F=0时，既可以向+X方向发一脉冲，也可以向+Y方向前进一步。但通常将F=0和F>0做同样的处理，既都向+X方向发一脉冲。
⑶迭代法偏差函数F的推导
为了减少计算量，通常采用迭代法计算偏差函数F:即每走一步，新加工点的偏差用前一点的偏差递推出来。
①F≥0时，应向+X发出一进给脉冲，刀具从现加工点（Xi,Yi）向+X方向前进一步，达到新加工点（Xi+1,Yi），则新加工点的偏差值为：
Fi+1,i= XeYi – Xi+1Ye= XeYi – (Xi+1)Ye
= XeYi – XiYe - Ye
=F – Ye
②F<0时，应向+Y发出一进给脉冲，刀具从现加工点（Xi,Yi）向+Y方向前进一步，达到新加工点（Xi+1,Yi），则新加工点的偏差值为：
Fi+1,i= XeYi+1 – XiYe= Xe(Yi+1) – XiYe
= XeYi – XiYe +Xe
=F + Xe
例题：设欲加工的直线位于XY平面的第一象限，直线的起点坐标为坐标原点，终点坐标为Xe=5，Ye=3。试用逐点比较法对该段直线进行插补，并画出插补轨迹。
解 插补过程运算过程如下表所示，表中Xe，Ye是直线终点坐标，n为总步数，n= Xe + Ye =8。

脉冲个数 偏差判别 进给方向 偏差计算 终点判别
0 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü 䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü F0=0,Xe=5,Ye=3 n=8
1 F0=0 +X F1=F0-Ye=-3 7
2 F1= -3<0 +Y F2=F1+Xe=2 6
3 F2=2>0 +X F3=F2-Ye=-1 5
4 F3= -1<0 +Y F4=F3+Xe=4 4
5 F4=4>0 +X F5=F4-Ye=1 3
6 F5=1>0 +X F6=F5-Ye=-2 2
7 F6= -2<0 +Y F7=F6+Xe=3 1
8 F7=3>0 +X F8=F7-Ye=0 0 到达终点

逐点比较法直线插补轨迹
逐点比较法圆弧插补算法：
1) 偏差判别
如图所示,设加工半径为R的第一象限逆时针圆弧AB，将坐标原点定在圆心上，A(x0,y0)为圆弧起点，B(xe,ye)为圆弧终点，Pi(xi,yi)为加工动点。若P点在圆圆弧上，则


定义偏差函数Fi为




弧上，则










2) 坐标进给
把Fi=0和Fi>0合在一起考虑，当Fi≥0时，向－x方向进给一步；当Fi<0时，向+y方向进给一步。
3) 偏差计算
若Fi≥0，向－x方向进给一步，加工点由Pi(xi,yi)移动到Pi+1(xi+1,yi)，则新加工点Pi+1的偏差为
xi+1=xi－1 Fi+1=Fi－2xi+1
若Fi<0，向+y方向进给一步，则新加工点Pi+1的偏差为
yi+1=yi+1 Fi+1=Fi+2yi+1
4) 终点判别
①用x,y应进给的总步数之和Σ，每进给一步，进行Σ－1，直至Σ=0停止插补。
②分别判断各坐标轴的进给步数：Σx=xe－x0,Σy=ye－y0。向坐标轴进给一步，相应的进给步数Σ－1，直至Σx=0,Σy=0时停止插补。


例题：设欲加工第一象限逆时针圆弧AB，起点A(5,0),终点B(0,5) 。试写出插补计算过程并绘制插补轨迹。

逐点比较法圆弧插补轨迹
数字积分法（DDA）直线插补算法：
数字积分法又称数字微分分析器（Digital Differential Analyzer，简称DDA），采用DDA法进行插补，具有运算速度快，逻辑功能强，脉冲分配均匀等特点，可以实现一次、二次甚至高次曲线的插补，适合于多坐标联动控制。只要输入很少的几个数据，就能加工出直线、圆弧等比较复杂的曲线轨迹，精度也能满足要求。一般CNC数控系统常使用这种插补方法，因此DDA法在数控系统中获得了相当广泛的应用。
直线差补基本原理：

对于平面直线进行插补，如图所示的直线OE，起点在原点，终点坐标为（xe,ye）,令v表示动点移动速度，vx,vy分别表示动点在X轴和Y轴方向的分速度，根据积分公式，在x轴、y轴方向上的微小位移增量∆x,∆y应为：


直线差补基本原理：

设累加器为n位，容量为2n（最大存数为2n－1），取K=1/2n，当x，y计数满2n时必然发生溢出。如果将xe累加m次以后X的积分值应为：




该数的整数部分表示溢出的脉冲数，余数部分存放在累加器中。这种关系式还可以表示为：
积分值=溢出脉冲数+余数
当两个坐标方向X，Y同时插补时，用溢出脉冲控制机床进给就可以加工出所需要的直线。当插补迭代次数m=2n时，两坐标x，y同时到达终点xe和ye。


例题：插补第一象限直线OA，起点为O(0,0)，终点为A(5,3)。取被积函数寄存器分别为Jvx、Jvy，余数寄存器分别为JRx、JRy，终点计数器为JE，均为三位二进制寄存器。试写出插补计算过程并绘制插补轨迹。

DDA法直线插补轨迹

例题：设欲加工第一象限逆时针圆弧AB，起点A(5,0),终点B(0,5) 。试写出插补计算过程并绘制插补轨迹。






















第六节 数控机床的发展趋势
1、 从NC到CNC
当前全功能数控系统的特点有：
（1） 选用高速微处理器
（2） 配置高速、功能强的可编程控制器（PLC）
（3） CRT图形显示、人机对话功能及自诊断功能
（4） 具有多种监控、检测及补偿功能
（5） CNC的智能化
（6） 通信功能
（7） 标准化、通用化和模块化
（8） 开放性
（9） 高可靠性
2、 数控伺服系统的发展
（1）全数字式控制系统
（2）采用高分辨力的位置检测装置
（3）软件补偿
第六节 数控机床的发展趋势
（4）前馈控制
（5）机械静、动摩擦的非线性控制技术
3、以数控机床为基础的自动化生产系统
（1）计算机直接数控系统（DNC）
　　计算机直接数控系统用一台通用计算机直接控制和管理一群数控设备进行零件加工或装配的系统。
（2）柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）
　　柔性制造单元是由加工中心（MC）与工件自动交换装置（APC）组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能，如工件尺寸测量补偿、刀具损坏和寿命监控等。
　　柔性制造系统是在DNC基础上发展起来的一种高度自动化加工生产线，由数控机床、物料和工具自动搬运设备、产品零件自动传输设备、自动检测和试验设备等组成。
（3）计算机集成制造系统（CIMS）
第二章 数控加工工艺
数控加工的过程
数控加工工艺的概念
数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。
数控加工工艺过程
数控加工工艺过程是利用切削刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。
数控加工工艺设计的主要内容
数控加工工艺与普通加工工艺的区别及特点
由于数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费用高等特点。在数控加工工艺上也与普通加工工艺具有一定的差异。



数控加工与工艺技术的新发展
随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络化等方向发展。整体数控加工技术向着CIMS（计算机集成制造系统）方向发展。
高速切削
高速加工技术是自上个世纪80年代发展起来的一项高新技术，其研究应用的一个重要目标是缩短加工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品的高精度和高质量。由于不同加工工艺和工件材料有不同的切削速度范围，因而很难就高速加工给出一个确切的定义。目前，一般的理解为切削速度达到普通加工切削速度的5～10倍即可认为是高速加工。

高速加工与传统的数控加工方法相比没有什么本质的区别，两者牵涉到同样的工艺参数，但其加工效果相对于传统的数控加工有着无可比拟的优越性：

目前，高速加工涉及到的新技术主要有：

高速加工作为一种新的技术，其优点是显而易见的，它给传统的数控加工带来了一种革命性的变化，但是，目前既便是在加工机床水平先进的瑞士、德国、日本、美国，对这一崭新技术的研究也还处在不断的摸索研究中。有许多问题有待于解决：如高速机床的动态、热态特性；刀具材料、几何角度和耐用度问题；机床与刀具间的接口技术（刀具的公平衡、扭矩传输）；冷却润滑液的选择；CAD/CAM的程序后处理问题；高速加工时刀具轨迹的优化问题等等。国内在这一方面的研究采尚处于起步阶段，要赶上并尽快缩小与国外同行业间的差距，还有许多路要走。

高精加工是高速加工技术与数控机床的广泛应用结果。以前汽车零件的加工精度要求在0.01mm数量级，现在随着计算机硬盘、高精度液压轴承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.1μm ，加工精度进入了亚微米世界。

机床的复合化加工是通过增加机床的功能，减少工件加工过程中的多次装夹、重新定位、对刀等辅助工艺时间，来提高机床利用率。

数控技术智能化程度不断提高，体现在以下几个方面：

智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体。
智能制造技术 包括专家系统、模糊推理和人工神经网络三大部分。
网络功能正逐渐成为现代数控机床、数控系统的特征之一。诸如现代数控机床的远程故障诊断、远程状态监控、远程加工信息共享、远程操作（危险环境的加工）、远程培训等都是以网络功能为基础的。

现代意义上的快速成型技术始于70年代末期出现的立体光刻技术（SLA）,它是汹涌而来的数字化浪潮在加工领域中不可避免的延拓：连续的曲面被离散成用STL文件表达的三角面片，零件在加工方向上被离散成若干层。这种离散化使得任意复杂的零件原型都可以加工出来，加工过程也大大简化了。

快速原型的英文缩写为RP，在RP出现的初期，其用途主要是加工产品原型，随着成型工艺、材料的进步以及快速制模技术的发展，RP已发展成能直接或间接制造功能零件和模具的快速成型制造,奠定了在制造业中的位置,并且形成了一个不断扩大的RP/RT市场。据Wholers Associates 的统计，全球RP设备已有近7000台，分布在58个国家。
RP技术发展到今天已有20余年的历史，新的快速成型工艺不断产生、功能不断完善、精度不断提高、成型速度不断提高。
从RP/RT技术的现状来看，未来几年的主要发展趋势如下：
经自动化工厂“通信网络”连接的各个子系统，可构成一个有机联系的整体，即自动化工厂。计算机集成制造反映了制造系统的这一新发展。计算机集成制造系统则是技术上的具体实现，他能为现代制造企业追求在激烈变化中、动态市场条件下，具有快速灵活响应的竞争优势提供所要求的战略性系统技术
计算机集成制造系统主要由设计与工艺模块、制造模块、管理信息模块和存储运输模块构成 。
存储运输模块的主要功能有仓库管理、自动搬运等。
CIMS集成的三个阶段：

数控加工工艺设计
在进行数控加工工艺设计时，一般进行以下几方面的工作：
• 数控加工工艺内容的选择；
• 数控加工工艺性分析；
• 数控加工工艺路线的设计。
以下从这几个方面进行说明。

数控加工工艺内容的选择
对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加 工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难 题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。
在选择时，一般可按下列顺序考虑：
（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；
（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；
（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。
一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：
（1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；
（2）加工部位分散，要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；
（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。
　　此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。

数控加工工艺分析
被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。
1。尺寸标注应符合数控加工的特点
　　在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。
2。几何要素的条件应完整、准确
　　在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编 程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚， 如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一定要仔细，发现问题及时与设计人员联系。
3。定位基准可靠
　　在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。
4。统一几何类型或尺寸
　　零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型或尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。
数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是 几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与普通加工工艺 衔接好。工艺流程如图1所示。
数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题：
1。工序的划分
　　根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：
（1）以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的工件，加工完后就能达到待检状态。
数控加工工艺路线的设计
（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些工件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是 内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容 不能太多。
（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。
（4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。
（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。
（4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。
2。顺序的安排
　　顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：
（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；
（2）先进行内腔加工，后进行外形加工；
（3）以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；
3。数控加工工艺与普通工序的衔接
　　数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序 各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样 才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。

数控加工工艺设计方法
在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序的设计。数控加工工序的设计主要包括如下内容：
• 确定走刀路线和加工顺序；
• 确定定位和夹紧方案；
• 确定刀具与工件的相对位置；
• 确定切削用量。
　　以下从几个方面进行说明。
确定走刀路线和安排加工顺序
数控工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来，为编制加工程序作好准备。
　　走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点：
1．寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率
　　如加工图1a所示零件上的孔系。b图的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用c图的走刀路线，则可节省定位时间近一倍。
2．为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来
　　如图2a为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度， 而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用b图的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图2c也是一种较好的走刀路线 方式。
3．考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线
　　刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕，如图3所示。
4．选择使工件在加工后变形小的路线
　　对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。
5．先安排对工件刚性破坏较小的工步。
确定走刀路线和安排加工顺序
常用数控加工方法
• 平面孔系零件的加工方法
　　这类零件的孔通常都有形状精度和位置精度（由数控机床保证）、尺寸精度（由刀具尺寸和数数控机床精度保证）的要求较高的零件，采用数控钻床或数控铣床、加工中心中的镗削功能加工。
• 旋转体类零件的加工方法
　　对旋转体类零件采用数控车床或数控磨床加工。在车削零件时，毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在规划其加工方案时，应重点考虑合理选择粗车的加工线路。
• 对较难加工部位，要特别注意选择合理的加工方案，例如陀螺转子，其全部表面均采用数控车床加工，通常是先加工左边部分，再掉头加工右边部分。
• 平面轮廓零件的加工方法：
　　这类零件常用铣床加工。在编程时则应注意，为保证加工平滑，在加工线路中应增加切入和切出程序段，若加工的轮廓曲线是数控机床所不具备插补功能的曲线时，则应先采用数控机床所具备的插补线型（直线、圆弧）去逼近该零件的轮廓。
常用数控加工方法
• 空间轮廓表面的加工方法
　 空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法：
　 三轴两联动加工——“行切法”。
　　以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给。这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一 些，以提高零件表面光洁度。 该方法加工的表面光洁度较差。
常用数控加工方法
• 三轴联动加工
　　　因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编程计算复杂，宜采用自动编程。
常用数控加工方法
• 四轴联动加工方法
　　由于摆动运动，则需直线移动座标进行补偿，即可能进行X、Y、Z 三个方向的补偿，所以需四轴联动。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。
常用数控加工方法
• 五轴联动加工：

　　螺旋桨是典型零件，一般采用端铣刀加工，为了保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角相对应的摆动运动。并且还要作相应的附加补偿运动（摆动中与铣刀的刀位点不重合）。
　　综上所述，叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，这种编程只能采用自动编程系统。

数控加工的工艺特点
• 升降速曲线
• 注意：在升降速的过渡过程，伺服系统的刚度较差，当对运动距离要求严格时，此时刀具就不能接触工件进行切削
工艺上应注意的几个问题
• 刀具引入、退出距离：2~10mm
• 加工螺纹时引入距离：3P（P-螺距），退出距离：2P
• 铣削轮廓时应切向切入，切向切出，避免法向切入法向切出
• 设计合理的切入、切出辅助轮廓
• 选择合理的加工路径以减少空行程，如：行切、环切、先行切再环切等
圆孔铣削过渡圆弧切入切出
定位基准的选择原则
为装夹方便或实现基准统一，人为制造的一种定位基准。
常用定位元件及定位方式
定位误差的概念
误差产生原因：基准不重合误差△B与 基准位移误差△Y。
确定定位和夹紧方案
在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：
（1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；
（2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；
（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；
（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。
确定定位和夹紧方案
数控刀具的种类
数控刀具的要求与特点
刀具尤其是刀片的选择是保证加工质量提高加工效率的重要环节。

数控刀具的材料
刀具的选择是根据零件的材料种类、硬度、以及加工表面粗糙度要求和加工余量的已知条件来决定刀片的几何结构（如刀尖圆角）、进合量、切削速度和刀片牌号。

刀具可靠性分析
数控刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。选取刀具时，要使刀具的尺寸和形状相适应。
刀具选择应考虑的主要因素有：
如操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。

确定刀具与工件的相对位置
对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现 的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀 点往往就是零件的加工原点。对刀点的选择原则如下：
（1）所选的对刀点应使程序编制简单；
（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；
（3）对刀点的位置应在加工时检验方便、可靠；
（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。
　　
例如，加工图1所示零件时，当按照图示路线来编制数控加工程序时，选择夹具定位元件圆柱销的中心线与定位平面A的交点作为加工的对刀点。显然，这里的对刀点也恰好是加工原点。

在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。每把刀 具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。“刀位点”是指刀具的定位基准点。如图2所示，圆柱铣刀的刀位点是 刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。各类数控机床的对刀方法是不 完全一样的，这一内容将结合各类机床分别讨论。
换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。

确定刀具与工件的相对位置
确定切削用量
对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。
　　编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要 充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。
背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比普通机床加工的余量小一些。
编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。
表1为车削加工时的选择切削条件的参考数据：


被切削材料名称 轻切削
切深0.5～10.mm
进给量
0.05～0.3mm/r 一般切削
切深1～4mm
进给量
0.2～0.5mm/r 重切削
切深5～12mm
进给量
0.4～0.8mm/r
优质碳素结构钢 10# 100～250 150～250 80～220
45# 60～230 70～220 80～180
合金钢 σb≤750MPa 100～220 100～230 70～220
σb>750MPa 70～220 80～220 80～200

确定切削用量
填写数控加工技术文件

填写数控加填写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些技术文件既是数控加工的依据、产品验收的依据，也是操作者遵守、执行的规程。技术文件是对数控加工的具体说明，目的是让操作者更明确加工程序的内容、装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其它问题。
数控加工技术文件主要有：数控编程任务书、工件安装和原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片等。以下提供了常用文件格式，文件格式可根据企业实际情况自行设计。
1。数控编程任务书
　　它阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求和工序说明以及数控加工前应保证的加工余量。它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一，详见表1。
工技术文件
表1　数控编程任务书

填写数控加工技术文件
2。数控加工工件安装和加工原点设定卡片（简称装夹图和零件设定卡）
　　它应表示出数控加工原点、定位方法和夹紧方法，并应注明加工原点设定位置和坐标方向，使用的夹具名称和编号等，详见表2。
3。数控加工工序卡片
　　数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不同的是：工序草图中应注明编程原点与对刀点，要进行简要编程说明（如：所用机床型号、程序介质、 程序编号、刀具半径补偿、镜向对称加工方式等）及切削参数（即程序编入的主轴转速、进给速度、最大背吃刀量或宽度等）的选择，详见表3。
4。数控加工走刀路线图
　　在数控加工中，常常要注意并防止刀具在运动过程中与夹具或工件发生意外碰撞，为此必须设法告诉操作者关于编程中的刀具运动路线（如：从哪里下刀、在哪 里抬刀、哪里是斜下刀等）。为简化走刀路线图，一般可采用统一约定的符号来表示。不同的机床可以采用不同的图例与格式，表4为一种常用格式。
5。数控刀具卡片
　　数控加工时要求刀具十分严格，一般要在机外对刀仪上预先调整刀具直径和长度。刀具卡反映刀具编号、刀具结构、尾柄规格、组合件名称代号、刀片型号和材料等。它是组装刀具和调整刀具的依据，详见表5。

不同的机床或不同的加工目的可能会需要不同形式的数控加工专用技术文件。在工作中，可根据具体情况设计文件格式。
阅读零件图纸：
充分了解图纸的技术要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工件的材料、硬度、加工性能以及工件数量等；
工艺分析：
根据零件图纸的要求进行工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析、材料和设计精度合理性分析、大致工艺步骤等；
制定工艺：
根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息——如：加工工艺路线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡；
数控编程：
根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码及程序格式进行数控编程；
程序传输：
将编写好的程序通过传输接口，输入到数控机床的数控装置中。调整好机床并调用该程序后，就可以加工出符合图纸要求的零件。