数控编程从入门到精通

写在前面——初学者如何从入门到精通

天下事有难易乎？为之，则难者亦易矣；不为，则易者亦难矣。人之为学有难易乎？学之，则难者亦易矣；不学，则易者亦难矣。因此，本书以实际生产为目标，从学习者的角度出发，从数控机床的结构讲起，以分析为主导，以思路为铺垫，用大量通俗易懂的表格和语言，使学习者能够达到自己会分析、会操作、会处理的效果，以期对后面的数控编程能够学会贯通、灵活运用。

本书以“入门概述 理论知识 精讲表格 加工实例 经验总结”的方式逐步深入地引领读者学习数控机床的概念和编程的方法，结构紧凑、特点鲜明，编写力求理论表述简洁易懂、步骤清晰明了、便于掌握应用。

本书具有以下几方面的特色。

◆开创性的课程讲解

本课程不以传统的数控机床结构为依托，一切的实例操作、要点讲解都以加工为目的，不再做知识点的简单铺陈，重点阐述实际加工中所能遇见的重点、难点。在刀具、加工方法、后处理的配合上独具特色，直接面向加工。

◆环环相扣的学习过程

针对数控机床和编程的特点，本书提出了“1 1 1 1 1”的学习方式，即“入门概述 理论知识 精讲表格 加工实例 经验总结”的过程，引领读者逐步深入地学习数控机床和编程的方法及要领，图文并茂，变枯燥的过程为有趣的探索。

◆简明扼要的知识提炼

在数控编程章节中，以编程为主，用大量的案例操作对编程涉及的知识点进行提炼，简明直观地讲解了数控车削和数控铣削的重要知识点，有针对性地描述了编程的工作性能和加工特点，并结合实例对数控编程的流程、方法做了详细的阐述。

◆循序渐进的内容编排

数控编程的学习不是一蹴而就的，也不能按照其软件结构生拆开来讲解。编者结合多年的教学和实践，推荐本书的学习顺序是：按照本书编写的顺序，由浅入深、逐层进化地学习。编者从平面铣、曲面铣的加工到后处理的应用，对每一个重要的加工方法讲解其原理、处理方法、注意事项，并有专门的实例分析和经验总结。相信只要按照书中的编写顺序进行编程的学习，定可事半功倍地达到学习目的。

◆独具特色的视频精讲

针对数控编程的重头戏——数控车床编程，笔者录制了课堂授业的全套近4G的视频，将指令讲解与实例分析相结合、理解思路与开拓思维相交融，配合本书第7章 FANUC数控车床编程的内容，相信假以时日，读者定可融会贯通，得学习之要点、领编程之精华。

其后，针对数控自动编程，在第13章讲解的UG NX11.0数控自动编程软件，也录制有从平面加工到曲面加工，再到数控零件以及模具零件加工的整套视频精讲。使读者通过对本章学习，达到对机编程序的入门和深入理解，可以应对实际加工的一般工件、复杂形状的曲面、型腔以及模具进行自动加工编程，为数控编程的学习做好更进一步的保障和升华。

◆详细深入的经验总结

在学习编程的过程中，每一个入门实例和加工实例之后都有详细的经验总结，读者需要好好掌握与领会。本书的特点即是在每个实例后都进行了经验总结，详细叙述了笔者对数控编程的经验、心得以及对编程的建议，使读者更好地将学习的内容巩固吸收，对实际的加工实践过程有一个质的认识和提高。

所谓“不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海；骐骥一跃，不能十步；驽马十驾，功在不舍；锲而舍之，朽木不折；锲而不舍，金石可镂。”学习者需要放正心态，一步一步地踏实学习，巩固成果，才能使新的知识为我所用，也希冀读者采得百花成蜜后，品得辛苦之中甜。

后本书编写之中得到内子徐小红女士的极大支持和帮助，在此表示感谢。另，鄙人水平之所限，书中若有舛误之处，实乃抱歉，还请批评指正。

刘蔡保

二零一八年九月

上册入门篇

第1章 数控机床概述/2

1.1数控机床的概念2

1.1.1数控机床和数控技术2

1.1.2数控技术的构成3

1.1.3数控技术的应用领域3

1.2数控机床的组成及工作原理5

1.2.1数控机床的组成5

1.2.2数控机床工作过程7

1.3数控机床的特点及分类7

1.3.1数控机床的特点7

1.3.2数控机床的分类8

1.3.3常用的数控机床11

1.4数控机床的发展和未来趋势13

1.4.1数控机床发展13

1.4.2我国数控机床的发展14

1.4.3数控机床未来发展的趋势15

1.5数控机床的安全生产和人员安排17

1.5.1数控机床安全生产的要求17

1.5.2数控机床生产的岗位责任制17

1.5.3数控加工中人员分工18

1.5.4数控加工对不同人员的要求19

第2章数控系统/20

2.1数控系统的概念20

2.1.1数控系统的总体结构20

2.1.2数控系统的功能21

2.2数控系统的硬件22

2.2.1单微处理器和多微处理器结构的数控装置22

2.2.2单微处理器结构系统23

2.2.3多微处理器结构系统24

2.2.4多微处理器的CNC装置各模块之间的结构25

2.3数控系统的软件25

2.3.1数控系统软件的基本任务25

2.3.2数控系统控制软件的结构27

2.4数控系统的插补原理28

2.4.1插补的基本概念28

2.4.2插补运算的方法29

第3章数控伺服/31

3.1伺服系统的概念31

3.1.1伺服系统的分类31

3.1.2数控机床对伺服系统的基本要求34

3.1.3伺服电动机的选用原则35

3.2进给伺服系统的驱动元件36

3.2.1步进电动机及其驱动36

3.2.2直流伺服电动机及速度控制单元42

3.2.3交流伺服电动机及速度控制单元45

3.3进给伺服系统的检测元件47

3.3.1概述47

3.3.2脉冲编码器47

3.3.3光栅48

3.3.4感应同步器51

3.3.5旋转变压器53

3.4主轴驱动54

3.4.1主轴驱动的概述54

3.4.2主轴驱动的功能要求55

3.5位置控制56

3.5.1数字脉冲比较伺服系统56

3.5.2相位比较伺服系统58

3.5.3幅值比较伺服系统59

3.6直线电动机进给系统59

3.6.1直线电动机概述59

3.6.2直线电动机与机床进给系统的优缺点比较 61

3.6.3直线电动机的优点61

3.6.4直线电动机在数控机床中的应用62

第4章 数控机床机械结构/63

4.1数控机床结构的组成、特点及要求63

4.1.1数控机床机械结构的组成63

4.1.2数控机床的结构特点和要求65

4.2数控机床的进给运动及传动机构66

4.2.1数控机床对进给系统机械部分的要求67

4.2.2进给传动系统的典型结构67

4.2.3导轨67

4.2.4滚珠丝杠螺母副71

4.2.5齿轮传动装置及齿轮间隙的消除73

4.3数控机床的主传动及主轴部件74

4.3.1数控机床的主传动74

4.3.2数控机床的主传动装置75

4.3.3主轴部件结构77

4.3.4数控机床主传动系统及主轴部件结构实例81

4.4自动换刀机构84

4.4.1自动换刀装置的类型84

4.4.2刀库88

4.4.3刀具交换装置91

第5章 FANUC数控机床系统的编程与操作/93

5.1FANUC 0i系列标准数控车床系统的操作93

5.1.1操作界面简介93

5.1.2FANUC 0i 标准系统的操作96

5.1.3零件编程加工的操作步骤99

5.2FANUC 0i Mate-TC数控车床系统的操作106

5.2.1操作界面简介106

5.2.2零件编程加工的操作步骤108

5.3FANUC 0i系列标准数控加工中心系统的操作115

5.3.1操作界面简介115

5.3.2零件编程加工的操作步骤119

第6章 数控车削加工工艺分析/124

6.1数控车削（车削中心）加工工艺124

6.1.1数控车床的主要加工对象124

6.1.2数控车削加工零件工艺性分析124

6.1.3数控车削加工工艺方案的拟定127

6.1.4数控车削加工工序划分原则和方法129

6.2数控车床常用的工装夹具130

6.2.1数控车床加工夹具要求130

6.2.2常用数控车床工装夹具131

6.3数控车床刀具133

6.3.1数控车床切削对刀具的要求133

6.3.2数控车床刀具的类型134

6.3.3数控车床常用的刀具结构形式136

6.3.4焊接式车刀136

6.3.5机夹可转位车刀137

6.3.6机夹可转位车刀的选用138

6.3.7数控车床刀具材料139

6.3.8数控车刀的类型及选择142

6.4数控刀具的切削用量选择143

6.4.1切削用量的选择原则143

6.4.2切削用量各要素的选择方法144

6.4.3基本切削用相关表145

6.5切削液147

6.5.1切削液的分类147

6.5.2切削液的作用与性能148

6.5.3切削液的选取149

6.5.4切削液在使用中出现的问题及其对策150

6.6数控车削工艺文件的编制151

6.6.1工艺文件的编制原则和编制要求151

6.6.2工艺文件填写（工艺卡片）152

第7章 FANUC数控车床编程/155

7.1数控机床编程的知识点155

7.1.1数控编程步骤155

7.1.2数控车床的坐标系和点155

7.1.3进给速度157

7.1.4常用的辅助功能157

7.1.5编程指令全表158

7.1.6相关的数学计算159

7.2坐标点的寻找159

7.3快速定位G00160

7.3.1指令功能160

7.3.2指令格式160

7.4直线G01160

7.4.1指令功能160

7.4.2指令格式160

7.4.3编程实例160

7.4.4完整程序的编制161

7.4.5倒角的切入162

7.4.6倒角的练习162

7.4.7倒角编程实例163

7.4.8练习题163

7.5圆弧G02/03164

7.5.1指令功能164

7.5.2指令格式164

7.5.3圆弧顺逆的判断164

7.5.4编程实例165

7.5.5前端为球形的圆弧编程165

7.5.6编程实例166

7.5.7练习题167

7.6复合形状粗车循环G73167

7.6.1指令功能167

7.6.2指令格式168

7.6.3编程实例168

7.6.4中间带有凹陷部分的工件169

7.6.5头部有倒角的工件169

7.6.6头部有倒角的工件的编程实例170

7.6.7头部为球形的工件171

7.6.8头部为球形的工件编程实例171

7.6.9练习题172

7.7螺纹切削G32173

7.7.1螺纹的牙深的计算和吃刀量的给定173

7.7.2螺纹切削G32174

7.7.3格式174

7.7.4编程实例174

7.7.5练习题176

7.8简单螺纹循环G92176

7.8.1指令功能176

7.8.2指令格式176

7.8.3编程实例177

7.8.4练习题178

7.9G71外径粗车循环179

7.9.1指令功能179

7.9.2指令格式179

7.9.3编程实例180

7.9.4练习题180

7.10G72端面粗车循环181

7.10.1指令功能181

7.10.2指令格式181

7.10.3编程实例182

7.10.4内轮廓加工循环（内孔加工、内圆加工）183

7.10.5车削内孔时刀的选用和切削用量的选择184

7.10.6内轮廓编程实例185

7.10.7练习题185

7.11G76螺纹切削循环186

7.11.1程序功能186

7.11.2程序格式187

7.11.3编程实例187

7.11.4练习题188

7.12切槽循环G75189

7.12.1指令功能189

7.12.2指令格式189

7.12.3编程实例一189

7.12.4编程实例二190

7.12.5练习题191

7.13镗孔循环G74192

7.13.1程序功能192

7.13.2程序格式192

7.13.3编程实例193

7.13.4练习题194

7.14锥度螺纹194

7.14.1锥度螺纹概述194

7.14.2编程实例195

7.14.3练习题196

7.15多头螺纹197

7.15.1多头螺纹概述197