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第一章基礎知識
一、 數控技術基本知識：數控技術是柔性製造系統（flexible manufacturing system）、計算機整合製造系統（computer integrated manufacturing system）和工廠自動化（factory automation）的基礎技術之一。
（一） 數控、數控工具機及數控系統的概念
（1） 數控：就是數字控制（nc），是用數位化訊號對工具機的運動及其加工過程進行控制的一種方法。
（2） 數控工具機：是一種裝有程式控制系統的工具機，該系統能夠邏輯地處理具有特定**和其他符號編碼指令規定的程式。
（3） 數控系統：數控工具機裝有的程式控制系統，它能夠邏輯地處理輸入到系統中的具有特定**的程式，並將其解碼，使工具機運動並加工零件。
（二） 數控程式、數控程式設計的概念
（1） 數控程式：輸入數控系統中的、使數控工具機執行乙個確定的加工任務、具有特定**和其他符號編碼的一系列指令，稱為數控程式。
（2） 數控程式設計：生成用數控工具機進行零件加工的數控程式的過程。
二、 數控工具機的組成：數控工具機一般由cnc系統、伺服系統和機械系統三大部分組成。
（一） cnc系統：cnc系統的主要功能包括：多軸聯動、準備功能（g功能）、多種函式的插補運動（包括直線插補、圓弧插補、螺旋線插補等）、可程式設計偏置值的設定、固定迴圈加工、進給功能、主軸功能、刀具功能、各種補償功能、子程式功能、巨集程式功能等。
（二） 伺服系統：用於實現數控工具機的進給伺服控制與主軸伺服控制。它包括進給伺服控制系統與主軸伺服控制系統。
（三） 機械系統：數控工具機的機械系統除包括工具機基礎件以外，還包括主軸部件、進給系統、實現工件迴轉與定位的附件、刀庫與自動換刀裝置、機械手等。
三、 數控工具機的工作方式：以fanuc及siemens系統為例簡要介紹6種工作方式：
（一） 返回參考點方式：數控工具機開機之後，正式工作之前，必須先確定工具機參考點，即確定刀具與工具機原點的相對位置，這樣刀具運動就有了基準點。返回參考點就是數控系統接通電源之後，操作人員使工具機的所有運動座標回到工具機參考點，以後刀具的運動就以工具機參考座標係為基準。
（二） 自動加工（automatic）：數控系統根據程式設計師編制的零件加工程式，自動控制工具機對零件進行加工。在自動加工方式中，記憶體中可以存放多個程式，通過鍵盤可以選擇並輸入需要的程式，然後啟動操作按鈕，數控系統即可按選擇的程式驅動工具機進行自動加工。
（三） 連續點動方式（jog）：即由手動控制工具機，而不是由程式控制工具機運動。該方式主要用於對刀、換刀、安裝工件、測量工件以及對加工刀具進行幾何資料測量。
四．數控工具機的座標系統與原點偏置
（一） 座標系：採用右手直角笛卡兒座標系，基本座標軸為x、y、z，相對於每個坐
標軸的旋轉座標為a、b、c。
（二） 座標軸及其運動方向：數控工具機的座標運動均指刀具相對於工件的運動。
（1） z軸：定義為平行工具機主軸的座標軸，其正方向定義為刀具遠離工作台的運動方向。
（2） x軸：為水平的平行於工件裝夾平面的座標軸，它平行於主要切削方向，由刀具朝工件方向觀測，右手側為正向。
（3） y軸：其正方向則根據x、z的右手法則確定。
（4） 旋轉座標軸a、b、c的正向相應地在x、y、z座標軸正方向上，按右手螺紋前進的方向確定。
（三） 座標原點：在數控程式設計中有四種型別的座標原點
（1） 工具機原點：數控工具機的基準位置，是工具機製造商設定在工具機上的乙個物理
位置，其作用是使工具機與控制系統同步，建立測量工具機運動座標的起始點。
（2） 工具機參考點：與工具機原點相對應的還有乙個工具機參考點，用r表示，它是機
床製造商在工具機上用行程開關設定的乙個物理位置，與工具機原點的相對位置是固定的。一般來講，加工中心的參考點為工具機的自動換刀位置。
（3） 程式原點：也稱為工件原點，用w表示。是指程式設計員在程式設計時定義在工件上
的幾何基準點。程式原點的確定一般用g92（普通數控銑）、g54-g59（加工中心）及g50（數控車）**確定。
（4） 夾原點：裝夾原點常見於帶迴轉（或擺動）工作台的數控工具機或加工中心。其與工具機參考點的偏移量可通過測量，存入cnc系統原點偏置暫存器中，供cnc系統原點偏移計算用。
（四） 程式原點的設定與偏移：現代cnc系統一般都要求工具機進行完回零（zero）操作之後，才能啟動。當工件固定在工具機上之後，程式原點與工具機參考點的偏移量必須通過測量來確定，並將其儲存到g54-g59原點偏移暫存器中。
例1：以g92實現原點偏移：
n1 g90絕對座標程式設計，刀具位於工具機參考點
n2 g92 x6 y6 z10將程式原點定義在（6，6，10）點處
加工第乙個零件
n5 g00 x0 y0快速回到程式原點
n6 g92 x16 y6 z5將程式原點定義在（16，6，5）點處
加工第二個零件
n8 g00 x0 y0快速回到程式原點
例2：以g54—g59實現原點偏移：
首先進行測量確定原點偏移量，然後在原點偏移暫存器中輸入測量值：
g54：x-10 y-5 z6； g55：x-20 y5 z-30 ； g56 x-40 y30 z10
n1 g90g54 加工第乙個零件
n3 g55加工第二個零件
n6 g56加工第三個零件
注意：在加工深度的確定上，可以通過修改原點偏置暫存器中z座標數值，來進行不同深度的加工，而無需修改程式。
五. 絕對座標程式設計與增量座標程式設計
（1） 絕對座標程式設計：刀具運動過程中所有的刀具位置座標以乙個固定的程式原點為基準，即刀具的運動位置座標是指刀具相對於程式原點的座標，在程式中用g90指
定，在西門子840d系統中，也可以用ac（ ）指令來確定，例如：
n10 g0g17g54x=ac（10）y=ac（40）
n20 g0g90x50 y60
（2） 增量座標程式設計：刀具運動的位置座標是指刀具從當前位置到下乙個位置之間的增量 ，在程式中用g91指定，在西門子840d系統中，也可以用ic（ ）指令來確定，例如：
n10 g0g17g54x=ac（10）y=ac（40）
n20 g0x=ic（50 ）y=ic（60）
n30 g91x30 y20
需要注意的是：絕對座標程式設計與增量座標程式設計在程式中是可以混合使用的，g90是系統預設的，而g91指令則不是系統預設的，只要輸入g91**，增量座標就一直起作用，除非用用g90**將其取消。
六、數控加工的刀具半徑補償
（一）銑削加工刀具半徑補償
（1） 刀具半徑補償的目的：刀具半徑補償概念的引入，確保程式設計時只需按工件實際輪廓進行程式設計，消除刀具半徑對程式設計的影響並簡化程式設計，而刀具的中心軌跡則由系統自動計算。
（2） 刀具半徑補償的建立：銑削加工刀具半徑補償分為刀具半徑左補償與刀具半徑右補償，分別用g41與g42**建立，並用非零的d##號碼選擇正確的刀具半徑偏置暫存器號。刀具半徑補償功能只能在g00指令或g01指令中建立，並用g40**在g00指令或g01指令中取消。
g41：刀具半徑左補償：沿刀具前進方向，刀具中心軌跡位於加工零件左側。
g42：刀具半徑右補償：沿刀具前進方向，刀具中心軌跡位於加工零件右側。
注：刀具半徑補償的建立，與刀具前進方向有關。
例子：n10 g90g92 x-10 y5定義程式原點，起刀點（10，-5）
n15 g17g01g41x0y0d1s30m03f100 ：建立刀具半徑左補償，刀具半徑偏置暫存器號為d1
定義零件輪廓
n30 g01g40x-10y5取消刀具半徑補償，返回程式原點
（3） 刀具半徑補償功能的應用：
1 刀具因磨損、重磨、換刀而引起刀具直徑改變後，不必修改程式，只需在刀具半徑偏置暫存器中輸入變化後刀具直徑，既方便又快捷。
2 同一程式、同一尺寸的刀具，利用刀具半徑補償，可以進行粗、精加工。通過在刀具半徑偏置暫存器中設定不同的數值可以進行粗、精加工。
（二） 車削加工刀尖半徑補償：對於車削數控加工，由於車刀的刀尖通常是一段半徑很小的圓弧，而假設的刀尖點並不是刀刃圓弧上的一點，因此在車削錐面、倒角、圓弧時，可能會造成切削加工不足或切削過量。
在進行車削時，必須將假設的刀尖點的路徑做適當的修正，使之切削加工出來的工件能獲得正確尺寸，這種修正方法稱為刀尖半徑補償（tool nose radius compensation，簡稱tnrc）,車削加工刀尖半徑補償也分為左補償和右補償。採
用刀尖半徑補償時，刀具運動軌跡指的不是刀尖，而是刀尖上刀刃圓弧的中心位置，這在程式原點設定時就需要考慮。
七、刀具長度補償：刀具長度補償功能使刀具垂直於走刀平面偏移乙個刀具長度修正
值，確保程式設計與刀具長度尺寸無關。刀具長度補償一般對於兩座標及三座標聯動
是有效的，而對於四座標、五座標聯動的數控加工則無效。
對於數控銑床，刀具長度補償指令由g43和g44實現，g43為刀具長度正補償，
g44為刀具長度負補償，分別表示離開工件及趨向工件的補償，使用非零的hnn
**選擇正確的刀具長度偏置暫存器，取消刀具長度補償用g49指令。
舉例：在刀具長度偏置暫存器h01中存放刀具長度值為12mm，執行如下語句：
n10 g01 g43 z-15 h01： 表明刀具端麵實際運動到：z=（-15+12）=-3mm處
n20 g01 g44 z-15 h01： 表明刀具端麵實際運動到：z=（-15-12）=-27mm處
因此，在程式命令方式下，可以通過修改刀具長度偏置暫存器中的值而達到控制
切削深度的目的，而無須修改零件加工程式。
（一）常見程式設計指令
（1） 快速定位指令g00：刀具以點位控制方式從當前所在位置快速移動到指令給定的目標位置。該指令只用於快速定位，不能用於加工。
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