《数控编程技术》第2版 练习与思考题及答案
练习与思考题1
（见书64页）
1-1 什么是数控编程？简述数控机床加工程序编制的一般过程。
参考答案：
程序编制：是将零件的工艺过程、工艺参数、刀具位移量与方向以及其它辅助动作（换刀、冷却、夹紧等），按运动顺序和所用数控机床规定的指令代码及程序格式编成加工程序单（相当于普通机床加工的工艺过程卡），再将程序单中的全部内容记录在控制介质上（如穿孔带，磁带等）然后输给数控装置，从而指挥数控机床加工。这种从零件图纸到制成控制介质的过程为数控加工的程序编制。
数控机床加工程序编制的一般过程：分析零件图样、确定工艺过程、数学处理、编写加工程序单、制备控制介质、程序校验和首件试切。
1-2 零件加工程序的输入方式有哪些？
参考答案：穿孔纸带；磁盘；磁带；手工输入。
1-3 数控程序段格式有哪几种？
参考答案：在数控机床的发展过程中，主要有三种格式，即固定顺序程序段格式、使用分隔符的程序段格式和字地址程序段格式。
1-4 数控机床加工程序的编制方法有哪些？它们分别适用什么场合？
参考答案：程序编制的方法有两种：手工编程和自动编程。 手工编程:被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。 自动编程:1）形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线表面的零件；2）零件几何元素虽不复杂，但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）和计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）等；3）在不具备刀具半径自动补偿功能的机床上要进行轮廓铣削时，编程要按刀具中心轨迹进行，如果用手工编程，计算相当繁琐，出错率高，有时甚至不能编出加工程序，此时必须用自动编程的方法来编制零件的加工程序；4）联动轴数超过两轴以上的加工程序的编制。
1-5 如何确定数控能够机床的坐标系和运动方向？
参考答案：
由于数控机床的运动轴分为平动轴和转动轴，而且各轴的运动，有的是使刀具产生
运动，有的则是使工件产生运动。鉴于以上两方面情况，标准规定编程时确定数控机床坐标系和运动方向的两个前提：
1）不论机床在实际加工时是工件运动还是刀具运动，在确定编程坐标时，一般看作工件相对静止，刀具产生运动，即假定刀具相对于静止的工件运动。
2）标准中规定，机床某一运动的正方向，是指增大工件和刀具之间距离的方向。 数控机床上的标准坐标系统一规定采用右手直角笛卡尔坐标系，坐标系3个坐标轴x、y、z及其正方向用右手定则判断，大拇指的方向为x轴的正方向，食指为y轴的正方向，中指为z轴的正方向。
1-6 工件原点、对刀点的选用原则是什么？
参考答案：
工件原点的一般选用原则：
1）工件原点选在工件图样的尺寸基准上。这样可以直接用图样标注的尺寸作为编程点的坐标值，减少计算工作量。
2）能使工件方便地装夹、测量和检验。
3）工件原点尽量选在尺寸精度较高、表面粗糙度值低的工件表面上。这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。
4）对于有对称形状的几何零件，工件原点最好选在对称中心上。 对刀点的选定原则：
1)选定的对刀点位置，应使程序编制简单。
2)为方便加工，对刀点应选择在机床上找正容易、便于确定零件加工原点的位置。 3)对刀点应选在加工过程中检查方便、可靠的位置。
4)对刀点的选择应有利于提高加工精度，引起的加工误差小。 对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上，但是必须与零件的定位基准有一定的坐标尺寸联系，才能确定机床坐标系与零件坐标系的相互关系。对刀点往往就选择在零件的加工原点。
1-7 工艺指令有哪两类，各应用在哪些场合？
参考答案：
准备性工艺指令——G指令。这类指令是在数控系统插补运算之前或进行加工之前需要预先规定，为插补运算或某种加工方式作好准备的工艺指令，如刀具沿哪个坐标平面运动，是直线插补还是圆弧插补，是在直角坐标系下还是在极坐标系下等。
辅助性工艺指令——M指令。这类指令与数控系统插补运算无关，而是根据操作机床的需要予以规定的工艺指令。常用来指令数控机床辅助装置的接通和断开（即开关动作），表示机床各种辅助动作及其状态，如主轴的起停、计划中停、主轴定向等。
1-8 G04指令用在那些场合？
参考答案：
暂停指令用在下述情况：
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①镗孔完毕后要退刀时，为了避免在已加工孔面上留下退刀螺旋状刀痕而提高内表面粗糙度，影响孔面质量，一般应使主轴停止转动，并暂停1～3s，待主轴完全停转后再退出镗刀。
②对锪不通孔作深度控制时，在刀具进给到规定的深度后，最好用暂停指令停止进刀1～2s，待主轴转1转以上后退刀，以使孔底平整。
③横向车削（如退刀槽等）时，用暂停指令来使主轴至少转过1转以后再退刀。 ④在车床上倒角或打顶尖孔时，为使倒角表面和顶尖孔锥面平整，也用暂停指令。 ⑤在棱角加工时，为了保证棱角尖锐，使用暂停指令。
⑥丝锥攻螺纹时，如果刀具夹头本身带有自动正、反转机构，则用暂停指令，以暂停时间代替指定的进给距离，待攻螺纹完毕丝锥退出工件后，再恢复机床的动作指令。
1-9 什么是刀具补偿，包括哪些内容？
参考答案：
（1）刀具半径补偿指令：在轮廓加工中，由于刀具具有一定的半径，所以在加工时刀具中心轨迹与被加工工件的轮廓不重合。只有与被加工轮廓偏置一个刀具半径值R的距离，才能加工出与图样上一致的零件轮廓。这种偏置功能叫做刀具半径补偿。
（2）刀具长度补偿指令——G43、G44、G49
刀具长度补偿指令一般用于刀具轴向（z方向）的补偿。当所选用的刀具长度不同或者需进行刀具轴向进刀补偿时，需使用该指令。它可以使刀具在z方向上的实际位移量大于或小于程序给定值，即实际位移量=程序给定值±补偿值。
1-10 什么是固定循环指令，通常有哪些固定循环指令？
参考答案：
用数控机床加工零件，在某些典型的工艺加工中，如钻孔，一般由快速趋近工件、慢速钻孔、快速退回三个连续动作完成。将这些典型的、固定的几个连续动作，用一个G代码来表示，编制成一连串的顺序程序，预先存放在存储器中，做为固定循环指令使用，将简化程序。在FANUC系统的数控机床中，设置了很多典型加工的固定循环指令，如G81——钻孔指令；G84——攻螺纹指令；G85——铰孔指令。
固定循环程序句格式一般先给出固定循环G指令，再输入工艺参数、尺寸参数，如G81X__Y__Z__R__F__S__；
其中，X、Y为钻孔位置的坐标值；Z为钻孔深度；R为参考点位置；F为进给速度；S为主轴转速。
常用G80～G89作为固定循环指令。在有些CNC车床中，常用G33～G35与G70～G79作为固定循环指令。
1-11 什么叫基点？什么叫节点？它们在零件轮廓上的数目如何确定？
参考答案：基点：相邻两几何元素（直线、圆弧、二次方程曲线）的交点或切点。如两直线间的交点、直线与圆弧或圆弧与圆弧间的交点或切点、圆弧与二次曲线的交点或切点等。相邻基点间只能是一个几何元素。对于由直线与直线或直线与圆弧构成的平
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面轮廓零件，由于目前一般机床数控系统都具有直线、圆弧插补功能，故数值计算比较简单。
将组成零件轮廓曲线，按数控系统插补功能的要求，在满足允许的编程误差的条件下进行分割，即用若干直线段或圆弧来逼近给定的曲线，逼近线段的交点或切点称为节点。编写程序时，应按节点划分程序段。逼近线段的近似区间愈大，则节点数目愈少，相应的程序段数目也会减少，但逼近线段的误差δ应小于或等于编程允许误差δ允，即δ≤δ允。考虑到工艺系统及计算误差的影响，δ允一般取零件公差的1/5～1/10。
1-12 如何确定刀具的刀位点？
参考答案：刀位点是标志刀具所处不同位置的坐标点，不同类型的刀具刀位点不同，数控系统就是从对刀点开始控制刀位点运动，并由刀具的切削分别加工出不同要求的零件轮廓。对于平面轮廓的加工，车削加工时，可以用车刀的假想刀尖点作为刀位点，也可以用刀尖圆弧半径的圆心作为刀位点。铣削加工时，是用平底立铣刀的刀底中心作为刀位点。
1-13 直线逼近非圆曲线的方法有哪几种，简述其基本原理。
参考答案：用直线段逼近非圆曲线，目前常用的计算方法有等间距法、等程序段法和等误差法几种。
1. 等间距法基本原理：等间距法就是将某一坐标轴划分成相等的间距。如图3-35所示，沿X轴方向取△X为等间距长，根据已知曲线的方程y=f（x），可由xi求得yi，
xi?1?xi??x，yi?1?f(xi??x)。如此求得一系列点就是节点。
2. 等程序段法基本原理：等程序段法就是使每个程序段的线段长度相等。如图3-36所示，由于零件轮廓曲线y=f（x）的曲率各处不等，因此首先求出该曲线的最小曲率半径Rmin，由Rmin及δ允确定允许的步长l，然后从曲线起点α开始，按等步长l依次截取曲线，得b、c、d…点，则ab=bc=…=l即为所求各直线段。
3. 等误差法基本原理：设所求零件的轮廓方程为y=f（x），如图3-37所示，首先求出曲线起点α的坐标（xα，yα），以点α为圆心，以δ允为半径作圆，与该圆和已知曲线公切的直线，切点分别为P（xP，yP），T（xT，yT），求出此切线的斜率；过点α作PT的平行线交曲线于b点，再以b点为起点用上法求出c点，依次进行，这样即可求出曲线上的所有节点。由于两平行线间距离恒为δ允，因此，任意相邻两节点间的逼近误差为等误差。
4. 伸缩步长法基本原理：设给定的平面轮廓曲线可用y=f（x）表达其函数关系，如图3-38所示。曲线起点处的X方向坐标xA及终点处X向坐标xE均为已知，并给出了编程允差δ允（此处用E表示）。节点计算的过程是从A点开始逐步进行的，即从曲线的起点开始，在X方向上根据初定的步长，求出下一个节点B，并由编程允差条件，逐步缩短步长，调整B点的位置，直到满足δ≤δ允的条件，这样就确定了一个新的节点B。以后又以B点为起点，并将A、B点间在X方向上的步长，伸长若干倍，得到一新的节点C。重复前面过程，逐步缩小步长，直到C点也满足编程允差要求。重复以
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上的步骤，就能求出所有节点坐标数据。由于每计算一个新节点时，先使步长伸长以增大误差，然后再逐步缩短步长，使其进入编程允许误差的范围，故名为伸缩步长法。
1-14 根据加工零件图样选定的编制零件程序的原点是___B ___。 A .机床原点 B.编程原点 C .加工原点 D.刀具原点
1-15 通过当前的刀位点来设定加工坐标系的原点，不产生机床运动的指令是__ D __。 A.G54 B.G53 C.G55 D.G92
1-16 撤消刀具长度补偿指令是____ D __。 A.G40 B.G41 C.G43 D.G49
1-17 试编制如题图1-1所示的零件程序。
题图1-1
参考答案： O0002 N10 G92 X0. Y0. Z100. N15 G00 G41 X-50. Y30. D01 M03 S200 N20 G43 Z0. H01 N25 G01 X-12.5 F100 N30 G03 X12.5 Y30. R12.5 N35 G01 X25. N40 X50. Y17.5 N50 Y-17.5 N60 X2.5 Y-30. N65 X12.5 N70 G03 X-12.5 Y-30. R12.5 N75 G01 X-25. 4
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