数控加工理论与编程技术
第一节、数控机床的基本概念 1.1、数控机床分类
数控机床的种类、型号繁多，按机床的运动方式进行分类，现代数控机床可分为点位控制（Position Control）、二维轮廓控制（2D Contour Control）和三维轮廓控制（3D Contour Control）数控机床三大类。
点位控制数控机床的数控装置只能控制刀具从一个位置精确地移动到另一个位置，在移动过程中不作任何加工。这类机床有数控钻床、数控镗床、数控冲孔机床等。
二维轮廓控制数控机床的数控系统能同时对两个坐标轴进行连续轨迹控制，加工时不仅要控制刀具运动的起点和终点，而且要控制整个加工过程中的走刀路线和速度。二维轮廓控制数控机床也称为两坐标联动数控机床。
三维轮廓控制数控机床的数控系统能同时对三个或三个以上的坐标轴进行连续轨迹控制。三维轮廓控制数控机床又可进一步分为三坐标联动、四坐标联动和五坐标联动数控机床。
1.2、数控加工及数控编程
数控加工（NC Machining）——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（简称为数控程序），输入数控系统，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。
数控程序（NC Program）——输入NC或CNC机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。
数控编程（NC Programming）——生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程，称为数控编程。 第二节、数控机床的坐标系统
数控机床的坐标系统，包括坐标系、坐标原点和运动方向，对于数控加工及编程，是一个十分重要的概念。每一个数控编程员和数控机床的操作者，都必须对数控机床的坐标系统有一个完整且正确的理解，否则，程序编制将发生混乱，操作时更会发生事故。 2.1、坐标系
数控机床的坐标系采用右手直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。
2.2、坐标轴及其运动方向
不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，数控机床的坐标运动指的是刀具相对静止的工件坐标系的运动。
（由图1-5、1-6说明）ISO对数控机床的坐标轴及其运动方向均有一定的规定：Z轴定义为平行于机床主轴的坐标轴，如果机床有一系列主轴，则选尽可能垂直于工件装夹面的主要轴为Z轴，其正方向定义为从工作台到刀具夹持的方向，即刀具远离工作台的运动方向；X轴作为水平的，平行于工件装夹平面的坐标轴，它平行于主要的切削方向，且以此方向为主方向；Y轴的运动方向则根据X轴和Z轴按右手法则确定。旋转坐标轴A、B、C相应地在X、Y、Z坐标轴正方向上，按右手螺纹前进方向来确定。 2.3、坐标原点
机床原点——现代数控机床一般都有一个基准位置（set location），称为机床原点（machine origin 或home position）或机床绝对原点（machine absolute origin），是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。
机床参考点——与机床原点相对应的还有一个机床参考点（reference point），它也是机床上的一个固定点，一般不同于机
床原点。一般来说，加工中心的参考点为机床的自动换刀位置。
程序原点——对于数控编程和数控加工来说，还有一个重要的原点就是程序原点（program origin），是编程人员在数控编程过程中定义在工件上的几何基准点，有时也称为工件原点（part origin）。程序原点一般用G92或G54~G59（对于数控镗铣床）和G50（对于数控车床）指定。
装夹原点——除了上述三个基本原点以外，有的机床还有一个重要的原点，即装夹原点（fixture origin）。装夹原点常见于带回转（或摆动）工作台的数控机床或加工中心，一般是机床工作台上的一个固定点，比如回转中心，与机床参考点的偏移量可通过测量存入CNC系统的原点偏移寄存器（origin offset register）中，供CNC系统原点偏移计算用。 2.4、原点偏移
（由图1-8说明）现代CNC系统一般都要求机床在回零操作，即使机床回到机床原点或机床参考点之后，通过手动或程序命令（比如G92X0 Y0 Z0）初始化控制系统后，才能启动。机床参考点和机床原点之间的偏移值存放在机床常数中。初始化控制系统是指设置机床运动坐标X，Y，Z，A，B等的显示为零。
对于程序员而言，一般只要知道工件上的程序原点就够了，与机床原点、机床参考点及装夹原点无关，也与所选用的数控机床型号无关。但对于机床操作者来说，必须十分清楚所选用的数控机床上上述各原点及其之间的偏移关系。数控机床的原点偏移，实质上是机床参考点向编程员定义在工件上的程序原点的偏移。
2.5、绝对坐标编程及增量坐标编程
数控系统的位置/运动控制指令可采用两种编程坐标系统进行编程，即绝对坐标编程（absolute programming）和增量坐标编程（incremental programming）。
绝对坐标编程——在程序中用G90指定，刀具运动过程中所有的刀具位置坐标是以一个固定的编程原点为基准给出的，即刀具运动的指令数值（刀具运动的位置坐标），与某一固定的编程原点之间的距离给出的。
增量坐标编程——在程序中用G91指定，刀具运动的指令数值是按刀具当前所在位置到下一个位置之间的增量给出的。 第三节、现代数控机床的刀具补偿
为了简化零件的数控加工编程，使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关，CNC系统一般都具有刀具长度和刀具半径补偿功能。前者可使刀具垂直于走刀平面（比如XY平面，由G17
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