《數控加工技術》是數控技術應用專業的的核心課程，包含數控車削和數控銑削兩部分，其中數控車削是以GSK980TB數控車床的編程和操作為基礎，數控銑削是以GSK983M數控銑床的編程和操作為基礎。教材按照“任務引領、工作過程導向”的職業教育理念，並參照了有關的職業技能標準和行業職業技能鋻定規範編寫而成的，是一本典型的“項目式”教學教材。

廖聲洋：畢業於四川農業大學，農業電氣化與自動化教育專業。同年在四川省宜賓市南溪職業技術學校參加教育教學工作，工作期間主要從事“數控技術應用”專業的專業課教學（如:《機械制圖》、《極限配合與技術檢測》、《金屬加工》、《數控加工工藝與操作》）和數車理實一體化教學，在本教纔中主要負責數控車削篇的編寫。

數控車削篇
項目一 數控車削編程與操作基礎
任務1 認識數控車床
任務2 認識GSK980TB1操作面板
任務3 數控程序的編輯與校驗
任務4 數控車削的對刀
任務5 數控車削加工工藝分析
項目二 軸類零部件的編程與加工
任務1 簡單階梯軸零件的編程與加工
任務2 帶圓錐面零件的編程與加工
任務3 簡單成形面零件的編程與加工
任務4 大直徑零件的編程與加工
任務5 手柄的編程與加工
任務6 寬槽類零件的編程與加工
任務7 螺紋軸的編程與加工
任務8 彈膛體的編程與加工
項目三 套類零件的編程與加工
任務1 通孔零件的編程與加工
任務2 盲孔零件的編程與加工
任務3 限位螺帽的編程與加工
項目四 綜合零件的編程與加工
任務1 鎖緊絲圈的編程與加工
任務2 釘管的編程與加工
任務3 中級數控車工試題（一）
任務4 中級數控車工試題（二）
任務5 技能競賽試題的編程與加工
數控銑削篇
項目一 數控銑削編程與操作基礎
任務1 認識數控銑床
任務2 認識GSK983M操作面板
任務3 數控銑削刀具的選用
任務4 數控銑削編程基礎（一）
任務5 數控銑削編程基礎（二）
任務6 數控銑床的對刀
項目二 輪廓的編程與加工
任務1 大平面的編程與加工
任務2 臺階面的編程與加工
任務3 外輪廓的編程與加工
任務4 內輪廓的編程與加工
項目三 腔槽類零件的編程與加工
任務1 鍵槽的編程與加工
任務2 凹槽的編程與加工
項目四 孔類零件的編程與加工
任務1 鑽孔的編程與加工
任務2 銑孔的編程與加工
任務3 鉸孔的編程與加工
任務4 鏜孔的編程與加工
任務5 螺紋的編程與加工
項目五 綜合零件的編程與加工
任務1 數控銑工中級試題（一）
任務2 數控銑工中級試題（二）
任務3 數控銑工中級試題（三）
任務4 數控銑工中級模擬試題
附錄
參考文獻

一、數控機床概述
1.數控機床的產生與發展
隨著科學技術的發展，機械產品日趨復雜、精密，更新換代越來越頻繁，社會對機械產品的質量和生產率提出了越來越高的要求。在航空航天、造船、軍工和計算機等工業中，零件精度高、形狀復雜、批量小、經常改動、加工困難、生產效率低、勞動強度大，質量難以保證。加之個性化的需求也使生產類型由大批、大量生產向多品種、小批量生產轉化。為解決上述問題，滿足多品種、小批量、復雜、高精度零件的自動化生產，迫切需要一種靈活、通用、高精度、高效率的“柔性”自動化生產設備——數控機床就是在這種情況下應運而生的。
第一臺數控機床是1952年美國PARSONS公司與麻省理工學院（MIT）合作研制的三坐標數控銑床，它綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密檢測與新型機械結構等多方面的技術成果，可用於加工復雜曲面零件。
數控機床的發展先後經歷了電子管（1952年）、晶體管（1959年）、小規摸集成電路（1965年）、大規模集成電路及小型計算機（1970年）和微處理機或微型機算機（1974年）等五代數控繫統。
2.數控技術的基本概念
數字控制（NumericalControl，NC），它是指用輸入數控裝置的數字化信息來控制機械執行預定的動作，其數字信息包括字母、數字和符號。
用數字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的機床，稱作數控機床。早期的數控機床的NC裝置是由各件件組成隨機邏輯電路，是固定接線的硬件結構，由硬件來實現數控功能，稱作硬件數控，用這種技術實現的數控機床一般稱作NC機床。
計算機數控（Computer Numerical Control，CNC）。是采用微處理器或專用微機的數控繫統，由事先存放在存儲器裡的繫統程序（軟件）來實現邏輯控制，實現部分或全部數控功能，並通過接口與外圍設備進行連接，稱為CNC繫統，這樣的機床一般稱為CNC機床。
二、數控機床的組成與分類
1.數控機床的組成
數控機床一般由輸入輸出裝置、數控裝置、主軸和進給及檢測裝置、伺服驅動和反饋裝置、輔助控制裝置、機床本體等部分組成，如圖1-1-2所示。

圖1-1-2數控機床的組成
（1）輸入輸出裝置。輸入裝置的作用是將記錄在信息載體（如磁盤）上的數控加工程序和各種參數、數據通過輸入設備送到數控裝置，輸入方式有磁盤、鍵盤（MDI）、手搖脈衝發生器等。
輸出裝置的作用是使數控繫統通過顯示器為操作人員提供必要的信息。各種類型數控機床中最直觀的輸出裝置是顯示器，顯示器有CRT顯示器或彩色液晶顯示器兩種。
（2）數控裝置。數控裝置是一種專用計算機，一般由中央處理器（CPU）、存儲器、總線和輸入輸出接口等構成。數控裝置是整個數控機床數控繫統的核心，決定了機床數控繫統功能的強弱。
（3）伺服驅動及檢測裝置。伺服驅動及檢測裝置是數控機床的關鍵部分，它影響數控機床的動態特性和輪廓加工精度。伺服繫統包括、伺服驅動裝置（或執行機構）等，是數控繫統的執行部分。其作用是把來自數控裝置的脈衝信號轉換成機床移動部件的運動。
（4）可編程控制器及電氣控制裝置。可編程控制器與數控裝置協調配合共同完成數控機床的控制，其中數控裝置主要完成與數字運算和管理等有關的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、位置伺服控制等。它接收計算機數控裝置的控制代碼M（輔助功能）、S（主軸轉速）、T（選刀、換刀）等順序動作信息，對順序動作信息進行譯碼，轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開關等一些輔助動作。它還接收來自機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分指令送往數控裝置用於加工過程的控制。
（5）檢測反饋繫統。檢測反饋繫統的作用是對機床的實際運動速度、方向、位移量以及加工狀態加以檢測，把檢測結果轉化為電信號反饋給數控裝置，通過比較，計算出實際位置與指令位置之間的偏差，並發出糾正誤差指令。檢測反饋繫統可分為半閉環和閉環兩種。半閉環繫統中，位置檢測主要使用感應同步器、磁柵、光柵、激光測距儀等。
（6）機床本體。機床本體包括機床的主運動部件、進給運動部件、執行部件和底座、立柱、刀架、工作臺等基礎部件。
2.數控機床的分類
（1）數控機床的種類較多見表1.3。
3.數控車床的分類
數控車床隻是數控機床中的一種，主要用於車削加工對各種形狀不同的軸類或盤類回轉表面。在數控車床上（圖1-1-3所示）可以進行鑽中心孔、鑽孔、鏜孔、鉸孔、車端面、切槽、車螺紋、滾花、車錐面、車成形面、攻螺紋以及高精度的曲面及端面螺紋等的加工。

圖1-1-3數控車削加工的基本內容
（1）按數控繫統的功能分類。
1）經濟型數控車床。一般采用步進電動機驅動的開環伺服繫統。
2）全功能型數控車床。全功能型數控車床，一般采用閉環或半閉環控制繫統，可以
進行多個坐標軸的控制，具有高剛度、高精度、高效率等特點。
3）車削中心。車削中心是一種復合加工機床，工件在一次裝夾後，它不但能完成對回轉型面的加工，還能完成回轉零件上個各表面加工，如圓柱面或端面上銑槽或平面等。如圖1-1-4所示為雙主軸、雙刀架工序集約型復合式車削中心，圖1-1-5為在車削中心上銑削零件。

圖1-2-4車削中心 圖1-1-5車削中心加工零件
4）FMC車床。FMC（Flexible Manufacturing Cell）車床實際上是一個由數控車床、機器人等構成的柔性。它能實現工件搬運、裝卸的自動化和加工調整準備的自動化。
（2） 按主軸的配置形式分類。
1）臥式數控車床。即主軸軸線處於水平位置的數控車床如圖1-1-6所示。
2）立式數控車床。即主軸軸線處於垂直位置的數控車床如圖1-1-7所示。

圖1-1-6臥式數控車床 圖 1-1-7 立式數控車床
此外，還有具有兩根主軸的車床，稱為雙軸臥式數控車床或雙軸立式數控車床。
（3）按數控繫統控制的軸數分類。
1）兩軸控制的數控車床。機床上隻有一個回轉刀架，可實現兩坐標軸控制。
2）四軸控制的數控車床。機床上有兩個獨立的回轉刀架，可實現四軸控制。
（4）其他分類方法
按加工零件的基本類型分為卡盤式數控車床、頂尖式數控車床；按數控繫統的不同控制方式分為直線控制數控車床、輪廓控制數控車床等；按性能可分為多主軸車床、雙主軸車床、縱切式車床、刀塔式車床、排刀式車床等；按刀架數量可分為單刀架數控車床和雙刀架數控車床。
4.數控車床的組成以及布局
（1）數控車床的組成
數控車床與普通車床相比，其結構上仍然是由床身、主軸箱、刀架、進給傳動繫統、液壓、冷卻、潤滑繫統等部分組成。但數控車床的進給繫統與普通車床的進給繫統在結構上存在著本質上的差別。數控車床是采用伺服電機經滾珠絲杆，傳到滑板和刀架，實現縱向（Z向）和橫向（X向）進給運動。因此，數控車床進給傳動繫統的結構大為簡化。
（2）數控車床的布局
數控車床的主軸、尾座等部件相對於床身的布局形式與普通車床基本一致，而刀架和導軌的布局形式發生了根本的變化，這是因為其直接影響數控車床的使用性能及機床的結構和外觀所致。
1）床身和導軌的布局
數控車床的床身導軌與水平面的相對位置有多種形式，如下圖1-1-8所示，它有4種布局形式，圖1-1-8（a）為水平床身；圖1-1-8（b）為斜床身；圖1-1-8（c）為平床身斜滑板；圖1-1-8（d）為立床身。

圖1-1-8數控車床的布局形式
①水平床身。水平床身配置水平滑板和刀架，工藝性好，一般用於大型數控車床或小型精密數控車床。但水平床身排屑困難，刀架水平放置加大了機床寬度方向的結構尺寸。
②斜床身。斜床身配置斜滑板，這種結構的導軌傾斜角度多采用45°和60°。整體床身剛性好、排屑方便。
③平床身斜滑板。 水平床身配置傾斜放置的滑板，這種結構一方面具有工藝性好的特點，另一方面機床寬度方向尺寸較小，排屑方便。一般被中小型數控車床采用。
④立床身。立床身配置90°的滑板，即導軌傾斜角度為90°的滑板結構稱為立床身。
由於水平床身配置傾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局，具有排屑容易，便於安裝自動排屑器；操作方便，易於安裝機械手，以實現單機自動化；機床外觀簡潔、美觀，占地面積小，容易實現封閉式防護等特點，所以中小型數控車床普遍采用這兩種形式。
（2）刀架的布局
刀架作為數控車床的重要部件之一，它對機床整體布局及工作性能影響很大。數控車床的刀架分為轉塔式和排刀式刀架兩大類。
轉塔式刀架是普遍采用的刀架形式，它通過轉塔頭的旋轉、分度、定位來實現機床的自動換刀工作。轉塔式回轉刀架有兩種形式，一種主要用於加工盤類零件，其回轉軸線垂直於主軸；另一種主要用於加工盤類零件和軸類零件，其回轉軸線與主軸平行。兩坐標聯動數控車床，一般采用6～12工位轉塔式刀架。
排刀式刀架主要用於小型數控車床，適用於短軸或套類零件加工。
5.數控加工的特點
數控機床加工與傳統機床加工相比，具有以下特點。
（1）數控加工的優點
1)自動化程度高。
2)加工精度高，質量穩定。
3)生產效率高。
4)適應性強。
5)便於實現計算機輔助設計與計算機輔助制造。
（2）數控加工的缺點
1)加工成本一般較高。
2)隻適宜於多品種小批量或中批量生產。
3)加工過程中難以調整。
4)維修困難。
6.數控技術的發展趨勢
（1）高速化 高速化即高轉速、高進給速度、高運算速度和高換刀速度。采用高速的32位以上的微處理器，可提高數控繫統的分辨率及實現連續小程序段的高速、高精加工。日本產的FANUC15繫統開發出64位CPU繫統，能達到最小移動單位0.1um時，最大進給速度為100m/min，換刀速度1s。
（2）高精度化 數控機床精度的要求現在已經不局限於靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償越來越獲得重視。當前，在機械加工高精度的要求下，世界各工業強國已經不能滿足於精密加工了，而是把超精密加工作為數控機床的未來發展方向，其精度已經從微米級發展到亞微米級，甚至納米級。
（3）高可靠性 數控機床的可靠性是產品質量關鍵性指標,數控機床能否發揮其高精度、高性能、高效率並獲得良好效益,關鍵取決於可靠性。隨著復合功能的增多和密集型技術的引入，故障隱患增多，先進功能和性能不穩定，先進性失去意義。數控機床的可靠性由指標MTBF衡量,MTBF即Mean time between failures，平均故障間隔時間。MTBF值越高，數控機床的可靠性越高。
（4）功能復合化 以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工, 正朝著多軸、多繫列控制功能方向發展。在工藝復合性和多軸化這方面最典型的機種是加工中心和車削中心,加工中心是數控機床向工藝及功能集成化方面發展的產物。目前數控繫統世界主流的依然是五軸聯動式，少數數控繫統向更多軸數發展，西門子880繫統控制軸數可達24軸。
（5）控制智能化 隨著人工智能技術的發展，為了滿足制造業生產柔性化、制造自動化的發展需求，數控機床的智能化程度在不斷提高，具體體現在：加工過程自適應控制技術、加工參數的智能優化與選擇、智能故障自診斷與自修復技術。
三、數控車床安全操作規程
1.工作前必須穿戴好勞動保護用品，女工戴好工作帽，禁止穿涼鞋、拖鞋。高速切削時戴好防護眼鏡，不準戴手套，不準吸煙，不準與他人交談，精神要集中。
2.刀具、量具、輔助工具，放置在合適的位置，工件裝夾後將卡盤板子取下。
3.切削前必須夾緊刀具、工件，加工時要關閉機床防護門，加工過程中不能隨意打開，操作中觀察工件時，站位要適當。
4.換刀時，刀架應遠離卡盤和工件。在手動移動托板或對刀過程中，在刀尖接近工件時，進給速度不能太大，且一定注意按位移鍵時不要按下了換刀鍵。
5.自動加工之前，必須通過程序模擬或經過指導老師檢查，纔能自動運行加工。
6.不得隨意刪除機內的程序，且不能隨意調出程序進行自動加工。
7.加工時，不得用手清除切屑，可用鐵鉤清理，發現鐵屑纏繞工件時，應停車清理。
8.機床隻能單人操作，加工時，決不能把頭伸向刀架附近觀察，以防發生事故。
9.工件轉動時，嚴禁測量工件、清洗機床、用手去摸工件，更不能用手制動主軸頭。
10.使用活頂尖時要經常檢查頂尖轉動是否正常，發現問題立即停車檢查，尾座不用時，要放遠一些，以免踫手；
11.關機之前，應將溜板停在X軸、Z軸的中央區域。
【拓展與練習】
1.簡述數控機床的組成有哪些？
2.簡述數控機床和數控車床的分類？
3.簡述數控加工的特點有哪些？
4.數控車床的安全操作規範有哪些？