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第一章 数控加工技术基础 1

第一节 数控加工的工作原理、组成与特点 1

一、数控加工的工作原理 1

二、数控机床的组成 1

三、数控加工的特点 4

第二节 数控设备的加工范围 5

第三节 数控设备的分类 6

第四节 数控机床的坐标系统 10

一、坐标和运动方向命名的原则 10

二、标准坐标系的规定 10

三、坐标计算单位 12

四、机床坐标系 13

五、工件坐标系 13

第五节 数控机床的合理选用 13

一、选用方法及选用步骤 13

二、选用中应注意的事项 13

三、选用数控机床需遵循的原则 14

四、选用要素 16

五、自动换刀装备（ATC）的选择 22

六、自动交换工作台APC 23

七、刀柄和刀具的选择 23

第六节 数控加工的常用术语 24

第七节 数控机床操作指示形象化符号 29

一、数控机床操作指示形象化符号 29

二、数控机床操作指示形象化符号使用要求 31

三、数控机床操作指示形象化符号应用事例 32

第二章 数控机床的组成及控制原理 33

第一节 计算机数控系统 33

一、计算机数控系统的定义及组成 33

二、数控插补 38

三、刀具半径补偿 43

第二节 数控检测装置 45

第三节 数控机床的进给伺服系统 50

一、伺服系统 50

二、直流伺服电动机 51

三、交流伺服电动机 56

四、选用交、直流电动机的注意事项 57

五、步进电动机及其控制系统 58

六、典型伺服电动机 61

第四节 数控机床的主轴驱动及其机械结构 64

一、数控机床主传动系统的参数 64

二、对主传动系统的基本要求 65

三、主传动系统的驱动方式 65

四、主轴部件 66

第五节 数控机床中使用的PLC 69

一、PLC的硬件结构 69

二、PLC的特点 69

三、PLC的分类 69

四、PLC在数控机床中的功能 70

五、PLC的指令 70

六、FANUC PLC梯形图编制的一般规定 78

七、数控机床中的PLC编程步骤 78

第三章 金属切削的基本理论 79

第一节 切削运动与切削用量 79

一、切削运动与工件表面 79

二、切削用量 79

第二节 刀具切削部分的几何角度 80

一、刀具切削部分的组成 80

二、刀具角度及参考系 81

三、刀具工作参考系及刀具角度 83

四、进给运动对刀具工作角度的影响 83

五、刀尖安装高低对工作角度的影响 85

第三节 金属切削过程的基本规律 86

一、金属切削层变形区的划分 86

二、切削变形的变化规律 87

第四节 切削力 88

一、切削力及其分解 88

二、切削合力及其分解 88

三、切削功率的计算 89

四、影响切削力的因素 90

第五节 切削热与切削温度 90

一、切削热的产生和传出 90

二、切削温度的测量 91

三、切削温度的分布 92

四、影响切削温度的主要因素 92

第六节 工件材料的切削加工性 93

一、工件材料切削加工性的概念和衡量指标 93

二、金属材料切削加工性的等级及常用金属材料的切削加工性 94

三、改善切削加工性的途径 95

第七节 刀具几何参数的合理选择 96

一、前角及前刀面形状的选择 96

二、后角及后刀面形状的选择 99

三、主偏角、副偏角和刀尖形式的选择 100

第八节 切削用量的选择 102

一、切削用量的选择方法 102

二、切削速度的确定 105

第九节 切削液的选择 107

一、切削液的作用 107

二、切削液的种类 107

三、切削液的选用 109

第十节 金属切削刀具的刀具材料 110

一、刀具材料应具备的性能 110

二、高速钢 111

三、硬质合金 114

四、涂层刀具 117

五、陶瓷刀具材料 118

六、超硬刀具材料 120

第十一节 刀具的磨损和失效 122

一、刀具磨损的形态 122

二、刀具磨损的原因 123

三、刀具磨损过程及磨钝标准 124

四、刀具的破损 126

五、数控刀具的常见失效形式及其解决方法 126

第十二节 数控加工刀具的种类及特点 129

一、数控加工常用刀具的种类 129

二、数控刀具的特点 129

第十三节 可转位刀片及其代码 130

第十四节 数控刀具刀柄的结构特点（数控工具系统） 136

一、镗铣类数控机床工具系统型号的表示方法 136

二、数控车削工具系统 143

第四章 数控加工中工件的定位与装夹 146

第一节 机床夹具的概述 146

一、机床夹具的组成 146

二、数控机床夹具的分类 146

三、数控机床夹具的作用 147

四、数控机床的夹具要求 148

第二节 工件的定位 148

一、六点定位原理 148

二、完全定位、不完全定位和欠定位 149

三、过定位现象 150

第三节 定位基准的选择原则 150

一、基准及基准分类 150

二、定位基准的选择 151

第四节 常见的定位方式及定位元件 152

一、工件以平面定位 152

二、工件以圆柱孔定位 154

三、工件以外圆柱面定位 155

四、一面两孔组合定位 156

第五节 定位误差 159

一、定位误差 159

二、产生定位误差的原因及计算 159

第六节 工件的夹紧 163

一、对夹紧装置的基本要求 163

二、夹紧力的确定 163

三、常见夹紧机构 165

第七节 数控加工中典型夹具简介 166

一、数控车床夹具 167

二、数控铣床夹具 167

三、加工中心夹具 167

四、组合夹具 168

五、组合夹具的特点 169

第五章 数控加工工艺的制定 173

第一节 数控加工工艺特点及工艺的主要内容 173

一、数控加工工艺特点 173

二、数控加工工艺的主要内容 174

第二节 数控加工工艺分析 174

一、选择适合在数控机床上加工的零件，确定数控机床加工内容 174

二、对零件图样进行数控加工工艺分析，明确加工内容及技术要求 175

三、零件的结构工艺性 176

第三节 工艺路线设计 179

一、加工方法选择 179

二、加工阶段划分 181

三、工序的划分 182

第四节 加工顺序的安排 183

一、加工顺序安排 183

二、数控加工工艺与普通工序的衔接 184

三、走刀路线的安排 185

第五节 定位装夹方式、刀具和机床的选择与确定 185

一、确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题 185

二、夹具的选择 185

三、对刀点与换刀点的确定 186

四、刀具的选择 186

五、机床的选择 187

第六节 切削用量的确定 188

第七节 加工余量的选择 194

一、加工余量的定义 194

二、影响加工余量的主要因素 194

三、确定加工余量的方法 195

四、工序尺寸及其公差的确定 200

第八节 工序尺寸及其公差的确定 201

一、工艺尺寸链的概念 201

二、极值法解尺寸链 202

三、统计法（概率法）解直线尺寸链基本计算公式 206

第九节 机械加工精度及表面质量 208

一、机械加工精度及表面质量的含义 208

二、影响加工精度的因素及改善措施 209

三、表面质量对零件使用性能的影响 212

四、影响表面质量的工艺因素 213

五、控制表面质量的工艺途径 215

第十节 数控加工专用技术文件的编写 216

一、数控加工工序卡 216

二、数控加工刀具卡 217

三、数控加工走刀路线图 218

四、数控加工程序单 218

五、数控刀具卡 219

六、数控加工工件安装和原点设定卡片（简称装夹图和零件设定卡） 220

第六章 数控程序编制基础 221

第一节 数控程序的编制 221

一、数控编程的内容 221

二、数控编程方法及步骤 221

第二节 数控机床上的有关点 225

一、机床原点 225

二、机床参考点 226

三、刀架相关点 227

四、装夹原点 227

五、工件坐标系及工件原点 227

六、程序起点 228

七、刀位点 228

八、对刀及对刀的方法 228

九、换刀点 229

第三节 数控程序的结构与格式 230

一、程序结构 230

二、程序段格式 230

三、主程序和子程序 234

第四节 常用数控指令及用法 235

一、常用准备功能指令及用法 235

二、常用辅助功能指令及用法 244

三、其他常用编程指令及应用 246

第五节 数控编程中的数值计算 248

一、数值计算的内容 248

二、基点计算 249

三、非圆曲线的节点计算 259

四、列表曲线的数值计算 268

五、程编误差及其控制 270

第七章 数控车削加工 271

第一节 数控车床简介 271

一、数控车床的功能及结构特点 271

二、数控车床的布局 272

三、数控车床的分类 273

四、数控车床的选择配置与机械结构组成 274

五、数控车床的加工对象 275

第二节 数控车削加工工艺处理 276

一、确定工件的加工部位和具体内容 276

二、零件图工艺分析 276

三、工件原点的选择 277

四、确定工件的装夹方式与设计夹具 277

五、确定加工方案 277

六、数控车削加工工序的划分 278

第三节 数控车床的程序编制 279

一、数控车床的编程特点 279

二、程序的构成 281

三、参考点和坐标系 282

四、尺寸单位和坐标指令方式 282

五、特殊的功能代码 284

六、进给运动指令 286

七、等导程螺纹车削 290

八、刀尖圆弧半径补偿功能 293

九、固定循环 295

第四节 刀具的选择 301

一、数控车刀的类型与选择 301

二、刀具的安装 302

三、对刀点、换刀点的设置 305

第五节 切削用量的选择 306

一、背吃刀量的确定 306

二、主轴转速的确定 306

三、进给速度的确定 307

第六节 典型零件的数控车削加工工艺分析 309

一、轴类零件数控车削加工工艺 309

二、轴套类零件数控车削加工工艺 313

第七节 数控车床的操作 319

一、FANUC系列的操作 319

二、西门子系列的操作 326

三、数控车床的对刀方法 331

第八章 数控铣削加工 333

第一节 数控铣床基础知识 333

一、数控铣加工的主要应用 333

二、数控铣床的主要功能 334

三、数控铣床的分类 335

四、数控铣床的结构 336

第二节 数控铣床的程序编制 338

一、数控指令系统 338

二、数控铣床的坐标系统 340

三、数控铣床基本指令 341

四、数控铣床循环指令 351

五、子程序 357

第三节 数控铣加工工艺设计 359

一、选择并确定数控铣加工部位及工序内容 359

二、零件图的工艺性分析 359

三、工序的划分 361

四、加工顺序的安排 361

五、确定零件的加工方案 361

六、工件的定位与数控铣床的夹具 363

七、数控铣刀的选择 364

八、走刀路线的选择 371

九、切削用量的确定 373

十、顺铣与逆铣 376

第九章 加工中心技术 377

第一节 加工中心简介 377

一、加工中心的基本概念 377

二、加工中心的分类 377

三、加工中心的结构组成 379

四、加工中心的刀库种类及换刀形式 380

五、加工中心的特点 383

六、加工中心的主要加工对象 384

第二节 加工中心的型号及技术参数 384

第三节 加工中心工艺方案的制订 387

一、加工中心加工内容的选择 387

二、加工中心加工工艺分析 387

三、加工中心工艺路线拟定 388

四、加工中心加工工序的设计 391

五、典型零件的加工工艺分析 397

第四节 加工中心的编程基础 400

一、加工中心坐标系统 400

二、准备功能 401

三、辅助功能 402

四、主轴和刀具 402

五、应用实例 403

第五节 固定循环 404

一、固定循环动作 404

二、FANUC系统固定循环指令 405

三、SIEMENS系统固定循环指令 410

第六节 宏程序 416

一、基本概念 416

二、FANUC系统宏指令编程 417

三、SIEMENS系统宏程序应用 421

第十章 数控特种加工 424

第一节 电火花成型加工机床 424

一、电火花成型加工的基本原理与装置 424

二、电火花成型加工机床组成 426

三、电火花成型加工方法 429

四、模具穿孔的加工方法 431

五、凹模模坯准备工序 433

六、工作液的强迫循环 433

七、数控电火花成型加工的一般工艺规律 434

八、数控电火花成型加工工艺过程 440

第二节 电火花线切割技术 441

一、线切割加工的原理 441

二、线切割加工的特点 442

三、线切割加工的应用 443

四、线切割机床 443

五、线切割加工工艺 453

第三节 线切割加工编程 456

一、3B程序格式及其编写方法 456

二、线切割常用的ISO代码编程 460

第十一章 数控机床加工的常见问题 468

第一节 数控机床的设备管理与维修 468

一、数控机床故障周期特点 468

二、数控机床故障诊断与维护对人员的要求 469

三、数控机床维护——点检 469

四、数控系统日常维护 471

五、数控控制系统故障诊断方法 472

六、数控机床机械故障诊断的方法 474

第二节 数控机床的选择 480

一、选用依据 480

二、选用内容 481

三、购置订货时应注意的问题 483

第三节 数控机床的安装与调试 483

一、数控机床的运输与安装 483

二、数控机床的调试 484

第四节 数控机床的检测、验收 486

一、数控机床的开箱检查 487

二、精度检验 487

三、机床性能及数控功能检验 493

四、数控系统的验收 495

五、数控机床的设备管理 496

第十二章 柔性制造单元（FMC），柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS） 498

第一节 当前生产的特点 498

第二节 成组技术原理 498

一、零件分类编码系统 499

二、零件分类成组常用的方法 502

第三节 成组技术在数控加工中的应用 503

一、编制成组工艺 503

二、成组生产的组织形式 504

三、成组技术在车间设备布置中的应用 505

第四节 计算机辅助工艺规程设计（CAPP） 506

一、国内外CAPP的发展概况 506

二、CAPP的效益 507

三、CAPP系统的分类 507

四、CAPP的功能 508

五、CAPP系统发展趋势 508

六、派生式CAPP系统 509

七、创成式CAPP系统 511

八、CAPP专家系统简介 514

第五节 柔性制造单元（FMC） 517

一、柔性制造单元的基本功能 518

二、柔性制造单元的基本组成 518

三、柔性制造单元的基本形式 518

四、柔性制造单元的应用 519

第六节 柔性制造系统（FMS） 520

一、柔性制造系统的类型 521

二、柔性制造系统的基本特点 521

三、柔性制造系统的柔性 521

四、柔性制造系统的加工系统 522

五、柔性制造系统的物流系统 532

六、柔性制造系统的控制和管理系统 536

七、柔性制造系统的优点 537

第七节 计算机集成制造系统（CIMS） 537

一、计算机集成制造系统的体系结构 538

二、计算机集成制造系统的分类 538

三、计算机集成制造系统的效益评价 538

四、计算机集成制造系统的技术构成简介 539

五、现代集成制造技术未来发展趋势 539

参考文献 543