广东机电职业技术学院
数控教研室
作为一名数控加工技术人员，不但
要了解数控机床、数控系统的功能，而
且要掌握零件加工工艺的有关知识，否
则，编制出来的程序就不一定能正确、
合理地加工出我们需要的零件来。
第五单元 数控铣削加工工艺
了解数控铣削中要解决的主要工艺问题以
及各种问题的解决方法。掌握数控铣削工艺拟
定的过程、工序的划分方法、工序顺序的安排
和进给路线的确定等工艺知识，对数控铣削工
艺知识有一个系统的了解，并学会对一般数控
铣削零件加工工艺进行分析及制定加工方案。
教学目的：
内容 知识点 学习要求 建议学时
概述
数控铣床的主要加工对象
了解
4
数控铣床的结构及类型
数控铣削加工工件
的装夹与对刀
数控铣床的坐标系统
掌握
数控铣削加工工件的安装
数控铣削加工的对刀与换刀 重点掌握
制定数控铣削加工工艺
选择并确定数控铣削加工的内容
掌握 2零件结构的工艺性分析
零件图形的数学处理
加工工序的划分
重点掌握
2
确定对刀点与换刀点
选择走刀路线
切入切出点
切入切出路径
避免引入反向间隙误差
刀具补偿的设置
顺铣和逆铣的加工
车螺纹的引入和超越距离
避免刀具干涉
数控铣削加工工艺参数的确定 掌握
自动编程加工工艺 掌握 4
典型零件的数控加工工艺 掌握 2
第五单元 数控铣削加工工艺
学习内容与知识点：
数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，
在数控加工中占据了重要地位。世界上首台数
控机床就是一部三坐标铣床，这主要因于铣床
具有 X,Y,Z三轴向可移动的特性，更加灵活，
且可完成较多的加工工序。现在数控铣床已全
面向多轴化发展。目前迅速发展的加工中心和
柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床的基
础上产生的。
数控铣床的主要加工对象
数控铣床的主要加工对象
配轮廓数控装置 —— 平面轮廓（特别是由圆弧和直线形成的形
状）的加工及立体曲面形状的铣削（凸轮、样板、冲模、压模、
铸模）。
数控铣床是用来加工工件的平面、，内外轮廓、孔、攻螺纹等工
序，并可通过两轴联动加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、
三轴或多轴联动来加工空间曲面零件。
配点位、直线数控装置 —— 用同一刀具进行多道工序的直线切
削而且需要进行大余量重切削的工件或用同一刀具又有定位精
度要求的加工。
数控铣床的结构及类型
数控立铣床的结构
数控铣床的结构及类型
中型
大型
卧式
立卧两用式
两轴半控制
三轴控制
多轴控制
小型
立式
按体积分
按 主轴布局
形式 分
按 控制坐标的
联动轴数 分
华
中
X
K
A7
14
02
数
控
立
式
铣
床
数控铣床的结构及类型
华
中
X
K
A7
14
数
控
立
式
铣
床
数控铣床的结构及类型
华
中
ZJ
K
75
32
-A
铣
钻
床
数控铣床的结构及类型
张俊雄定梁龙门铣
数控铣床的结构及类型
数控铣床的坐标系统
机床坐标
系
是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为
机床原点或机床零点。在机床经过设计制造和调
整后这个原点便被确定下来，它是固定的点。
迪卡尔
数控机床采用的是
笛卡尔的直角三坐
标系统, X,Y,Z
三轴之间的关系遵
循右手定则 。 如右
图所示, 右手三指
尽量互成直角, 拇
指指向 X轴正方向
,食指指向 Y轴正
方向, 中指指向 Z
轴正方向 。
Z
Y
X
数控铣床的坐标系统
遵循右手笛卡尔直角坐标系原则
由于数控铣床有立式和卧式之分，
所以机床坐标轴的方向也因其布局的
不同而不同。
数控铣床的坐标系统
立式铣床的坐标系统
数控铣床的坐标系统
立式升降台铣床的
坐标方向为,Z轴垂
直（与主轴轴线重
合），向上为正方向；
面对机床立柱的左右
移动方向为 X轴，将
刀具向右移动（工作
台向左移动）定义为
正方向；根据右手笛
卡尔坐标系的原则，
Y轴应同时与 Z轴和 X
轴垂直，且正方向指
向床身立柱。
卧式升降台
铣床的坐标方向
为,Z轴水平，
且向里为正方向
（面对工作台的
平行移动方向）；
工作台的平行向
左移动方向为 X
轴正方向； Y轴
垂直向上 。
卧式铣床的坐标系统
数控铣床的坐标系统
数控装置通电后通常要进行回参考点操作，
以建立机床坐标系。参考点可以与机床零点重
合，也可以不重合，通过参数来指定机床参考
点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置
也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐
标轴的参考点,CNC就建立起了机床坐标系。
数控铣床的坐标系统
数控铣床的坐标系统
工件坐标系
用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标
系，工件坐标系的原点即为工件零点。
工件零点的位置是任意的，它是由编程人员在编制程
序时根据零件的特点选定的。
考虑到编程的方便性，工件坐标系中各轴的方向应该
与所使用的数控机床的坐标轴方向一致。
工件坐标系
原点
机床坐标系
原点
数控铣床的坐标系统
数控铣削加工工件的安装
数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则,
尽量选择零件上的设计基准作为定位基准
定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容
定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合
必须多次安装时，应遵从基准统一原则
数控铣削加工工件的安装
加工面的安装
数控铣削加工工件的安装
加工内轮廓时的安装
数控铣削加工工件的安装
加工外轮廓时的安装
数控铣削加工工件的安装
不影响进给的装夹示例
数控铣削加工的对刀
对刀方式
标准芯轴和块规对刀
数控铣削加工的对刀
寻边器对刀
对刀方式
数控铣削加工工艺分析
数控铣削加工工艺分析
数控铣削加工的工艺性分析是编程前的重
要工艺准备工作之一，关系到机械加工的效果
和成败，不容忽视。由于数控机床是按照程序
来工作的，因此对零件加工中所有的要求都要
体现在加工中，如加工顺序、加工路线、切削
用量、加工余量、刀具的尺寸及是否需要切削
液等都要预先确定好并编入程序中 。
选择并确定进行数控加工的内容
数控加工内容的选择,
工件上的曲线轮廓
已给出数学模型的空间曲面
形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位
通用机床加工时难以测量和控制进给的内外凹槽
选择并确定进行数控加工的内容
数控加工内容的选择,
以尺寸协调的高精度孔或面
能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状
采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻
体力劳动强度的一般加工内容
选择并确定进行数控加工的内容
数控加工内容的选择,
立式数控
铣床
卧式数控
铣床
适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂
的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等 。
适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等 。
多 坐标 联
动的卧式
加工中心
用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等 。
零件结构的工艺性分析
零件结构工艺性分析的主要内容：
审查与分析零件图纸中尺寸标注方法是否适合数控加工；
审查与分析图纸中几何元素的条件是否充分、正确；
审查与分析数控加工零件的结构合理性；
预防零件变形措施：
对于大面积的薄板零件，改进装夹方式，
采用合适的加工顺序和刀具
采用适当的热处理方法
粗、精加工分开及对称去除余量等措施来
减小或消除变形的影响
零件结构的工艺性分析
提高工艺性的措施,
减少薄壁零件或薄板零件
尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸
保证基准统一原则
零件结构的工艺性分析
零件图形的数学处理
编程尺寸确定的步骤：
基本尺寸换算成平均尺寸
保持原重要的几何关系不变并修改一般尺寸
计算未知结点坐标尺寸
编程尺寸的最后形成
数控加工的数值计算是程序编制中一个关键的环节。
工序的划分
在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序
十分集中，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部
工序。
但是零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基
准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，
再装卡到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机
床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使
用寿命，降低数控机床的使用成本。
工序的划分
导轨粗基准的加工
以加工后的
床脚为基准
加工导轨面
以导轨面
为粗基准
加工床脚
工序的划分
数控铣削加工工序的划分
刀具集中分序法
粗、精加工分序法
按加工部位分序法
工序的划分
刀具集中分序法
即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零
件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第
三把刀完成它们可以完成的其它部位。
特点,这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必
要的定位误差。
工序的划分
粗精加工分序法
这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因
素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对
单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，
而后精加工。
注意,粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的
变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工
精度。
工序的划分
按加工部位分序法
即先加工平面、定位面，再加工孔；
先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；
先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位 。
工序的划分
零件材料变形小，加工余量均匀，可以采用刀
具集中分序法，以减少换刀时间和定位误差；
例如：
若零件材料变形较大，加工余量不均匀，且精
度要求较高，则应采用粗精加工分序法。
工序的划分
总之，在数控机床上加工零件，其加工
工序的划分要视加工零件的具体情况具体分
析,许多工序的安排是综合了上述各分序方法
的。
对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件
的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。
对刀点 指通过对刀确定刀具与工件相对位置
的基准点。
确定对刀点与换刀点
确定对刀点与换刀点
刀具与工件原点
Z 轴方向之距离
刀具与工件原点
X 轴方向之距离 刀具与工件原点
Y 轴方向之距离
对刀点的选择原则
便于用数字处理和简化程序编制
在机床上找正容易，加工中便于检查
引起的加工误差小
确定对刀点与换刀点
确定对刀点与换刀点
对刀点与加工原点重合
确定对刀点与换刀点
铣削加工零件
确定对刀点与换刀点
对
刀
点
与
加
工
原
点
重
合
确定对刀点与换刀点
对刀点在几何对称中心
确定对刀点与换刀点
对刀点在加工过程中便于检查
对刀点×
确定对刀点与换刀点
对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零
件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高
时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。
对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。
确定对刀点与换刀点
对刀时应使对刀点与刀位点重合。
刀位点 是指确定刀具位置的基准点
如,
平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点
取为球心；钻头为钻尖。
确定对刀点与换刀点
换刀点 应根据工序内容来作安排，为了防止
换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设
在距离零件较远的地方。
走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被
加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确定
非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质
量密切相关。
选择走刀路线
选择走刀路线
确定走刀路线的一般原则
保证零件的加工精度和表面粗糙度
方便数值计算，减少编程工作量
缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间
尽量减少程序段数
切入切出点
切入点 。
切入切出点
切入点选择原则：
粗加工选择曲面内的最高角点作为切入点。
精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点。
总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。
切入切出点
切出点选择原则：
能连续完整的加工曲面。
非加工时间短。
切入切出点
切入点的选择
。
。。
A
B C
应尽量避免在连续几何
图素的中间切入
×
虽然是两几何图素的交
点，但在这里刀具沿切
线方向切出后将影响已
加工表面精度
可沿图形轮廓切向
切入切出，且保证
轮廓封闭
×
√
切入切出路径
在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口
进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当
沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以
应尽量避免沿法向切入工件。
切入切出路径
铣削外圆的切入切出路径
切入切出路径
铣削外轮廓的切入切出路径
当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循
从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好
安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法
沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法
线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点
应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给
过程中要避免停顿。
切入切出路径
铣削内圆的切入切出路径
切入切出路径
铣削内轮廓的切入切出路径
切入切出路径
从尖点切入铣削内轮廓
铣削内轮廓的切入切出路径
以角点作为
切入切出点
铣削内轮廓的切入切出路径
切入切出路径
容易产生过
切现象
切入切出路径
铣削内轮廓的切入切出路径
走圆弧线切入
从直线中间切入
切入切出路径
铣削内轮廓的切入切出路径
切入切出路径
当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，
铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，
切入切出点应尽量选在零件轮廓两几何要素的交
点上，而且进给过程中要避免停顿。
为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的
痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精铣时
的余量，以减小切削力。
避免引入反向误差
数控机床在反向运动时会出现反向间隙，
如果在走刀路线中将反向间隙带入，就会影
响刀具的定位精度，增加工件的定位误差。
⑤
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
①
②
④
③
X
O Y
对刀点
(b)(a)
对刀点
YO
X
③
④
②
①
Ⅲ
Ⅳ
Ⅱ
Ⅰ
避免引入反向误差
避免反向误差的
加工路线
存在反向误差的
加工路线
刀具补偿的设置
在切入工件前应该已经完成刀具半径补
偿，而不能在切入工件时同时进行刀具补偿，
这样会产生过切现象。为此，应在切入工件
前的切向延长线上另找一点，作为完成刀具
半径补偿点,
刀具补偿的设置
切入工件同时补偿 切入工件前补偿
顺铣和逆铣加工
切削加工方式
顺铣
逆铣
在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切
削分力方向相 同
在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的
切削分力方向相反
顺铣和逆铣加工
顺铣和逆铣加工
铣削内沟槽侧面
为保证螺距的准确，应避免在进给机构的
加速和减速过程中切削，所以应有引入距离和
超越距离。
车螺纹的引入和超越距离
车螺纹的引入和超越距离
引入距
离超越距 离
避免刀具干涉
在连续切削的数控机床上，多数是使用立
铣刀且几乎都是用侧刃进行切削，往往会产生
刀具的干涉现象。
为了避免刀具的干涉，一般采用小直径的
铣刀来加工，但在加工时则受力变形而产生的
刀具弯斜量直接影响加工精度
避免刀具干涉
虽然可把刀具的倒锥磨好以减轻刀具的弯斜量，
但也不能最好地解决问题，特别在加工三维曲面更
明显出现加工干涉区或加工盲区。
就加工的可能性而言，在不出现加工干涉区或
加工盲区时，复杂曲面一般可以采用球头铣刀进行
三坐标联动加工；如果工件还存在加工干涉区或加
工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机
床来加工了。
立铣刀
工件
弯斜量 曲面工件
立铣刀
干涉区
·
立铣刀
工件
加工盲区
·
·
避免刀具干涉
a b c
刀具干涉实例
数控铣削加工工艺
参数的确定
步长 逼近误差 行距 切削速度 主轴转速
数控加工工艺参数
自动编程加工工艺
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
外形
轮廓
封闭
轮廓
中的
区域
和岛
二维
型腔 孔
二维
字符
两坐标加工的对象
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
R
Y
粗加工刀位多边形 精加工刀位多边形
内槽轮廓
二维型腔的加工
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
二维型腔的加工
二维型腔 的 切削方式
行切法
环切法
以一定角度方向进行平行走刀加工
走刀轨迹是沿型腔边界走环形等距线
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
行切加工方式
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
环切加工方式
曲面
区域
加工
曲面
型腔
加工
多曲
面连
续加
工
曲面
间过
渡区
域加
工
裁减
曲面
加工
主要加工对象
多坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
多坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
(b )(a )
图8- 7
Z
X
Y
O O
Y
X
Z
O
Y
X
Z
(C )
直纹面的加工刀具轨迹
多坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
参数
线法
截平
面法
回转
截面
法
投影
法
常用的刀具轨迹
生成方法
参数线法加工
参数线法的基本思想是：任何一个曲面都可以
写成参数方程 [x,y,z]=[fx(u,v),fy(u,v),fz(u,v)]
的形式。当 u或 v中某一个为常数时，形成空间的一
条曲线。
参数线法计算简单，速度快，是曲面数控加工
编程系统主要采用的方法，但当加工曲面的参数线
不均匀时会造成刀具轨迹也不均匀，加工效率不高。
截面法加工
截面法加工的基本思想是：采用一组截面（可
以是平面、也可以是回转柱面）去截取加工表面，
截出一系列交线，将来刀具与加工表面的切触点就
沿着这些交线运动，通过一定方法将这些交线连接
在一起，就形成最终的刀具轨迹。
截面法主要适用于曲面参数线分布不太均匀及
由多个曲面形成的组合曲面的加工。
截面法加工
投影法加工
投影法的基本思路是将一组事先定义好的
曲线（也称导动曲线）或轨迹投影到曲面上，
然后将投影曲线作为刀触点轨迹，从而生成曲
面的加工轨迹。
投影法常用来处理其它方法难以获得满意
效果的组合曲面和曲面型腔的加工。
投影法加工
投影法加工
对于很多复杂曲面零件及模具而言，刀具轨
迹计算完成后，都需要对刀具轨迹进行编辑与修
改。这是因为：在零件模型的构造过程中，往往
处于某种考虑对待加工表面及约束面进行延伸并
构造辅助面，从而使生成的刀具轨迹超出加工表
面范围需要进行裁剪和编辑；由于生成的曲面不
光滑，使刀位点出现异常，需对刀位点进行修改；
采用的走刀方式经检验不合理，需改变走刀方式
等等，都需进行刀具轨迹的编辑。
刀具轨迹编辑
刀位轨迹编辑一般包括刀位点、切削段、切
削行、切削块的删除、拷贝、粘贴、插入、移动、
延伸、修剪、几何变换，刀位点的匀化，走刀方
式变化时刀具轨迹的重新编排以及刀具轨迹的加
载与存储等。
刀具轨迹编辑
刀具轨迹编辑
刀具轨迹的平移
刀具轨迹编辑
刀具轨迹的缩放
刀具轨迹编辑
刀具轨迹的旋转
典型零件的数控加工工艺
毛坯为 120㎜× 60㎜× 10㎜板材,5㎜深的外轮廓已粗
加工过，周边留 2㎜余量，要求加工出如图所示的外轮廓
及 φ 20㎜ 的孔。工件材料为铝。
典型零件的数控加工工艺
确定工艺方案及加工路线
以底面为定位基准，两侧用压板压紧，固定于铣床工作台上
工步顺序,钻孔 φ 20㎜
按 O’ABCDEFG线路铣削轮廓。
选择机床设备
典型零件的数控加工工艺
根据零件图样要求，选用经济型数控铣床
即可达到要求。故选用华中 Ⅰ 型（ ZJK7532A型）
数控钻铣床。
选择刀具
典型零件的数控加工工艺
采用 φ 20㎜ 的钻头，定义为 T02,φ 5㎜ 的平底
立铣刀，定义为 T01,并把该刀具的直径输入刀具
参数表中。
由于华中 Ⅰ 型数控钻铣床没有自动换刀功能，
按照零件加工要求，只能手动换刀。
确定切削用量
典型零件的数控加工工艺
切削用量的具体数值应根据该机床性能、相
关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。
确定工件坐标系和对刀点
典型零件的数控加工工艺
在 XOY平面内确定以 0点为工件原点,Z方向以工件
表面为工件原点，建立工件坐标系，如图所示。
采用手动对刀方法把 0点作为对刀点。
编写程序
典型零件的数控加工工艺
N0010 G92 X5 Y5 Z5
N0020 G91
N0030 G17 G00 X40 Y30
N0040 G98 G81 X40 Y30 Z-5 R15 F150
N0050 G00 X5 Y5 Z50
N0060 M05
N0070 M02
1、加工 φ 20㎜ 孔程序 (手工安装好 φ 20㎜ 钻头 )
设置对刀点
相对坐标编程
在 XOY平面内加工
钻孔循环
抬刀
主轴停转
程序结束
编写程序
典型零件的数控加工工艺
N0010 G92 X5 Y5 Z50
N0020 G90 G41 G00 X-20 Y-10 Z-5 D01
N0030 G01 X5 Y-10 F150
N0040 G01 Y35 F150
N0050 G91
N0060 G01 X10 Y10 F150
N0070 G01 X11.8 Y0
N0080 G02 X30.5 Y-5 R20
N0090 G03 X17.3 Y-10 R20
N0100 G01 X10.4 Y0
N0110 G03 X0 Y-25
N0120 G01 X-90 Y0
N0130 G90 G00 X5 Y5 Z10
N0140 G40
N0150 M05
N0160 M30
2,铣轮廓程序 (手工安装好 ф5㎜ 立铣刀,不考虑刀具长度补偿 )
数控铣削加工实例
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数控教研室
作为一名数控加工技术人员，不但
要了解数控机床、数控系统的功能，而
且要掌握零件加工工艺的有关知识，否
则，编制出来的程序就不一定能正确、
合理地加工出我们需要的零件来。
第五单元 数控铣削加工工艺
了解数控铣削中要解决的主要工艺问题以
及各种问题的解决方法。掌握数控铣削工艺拟
定的过程、工序的划分方法、工序顺序的安排
和进给路线的确定等工艺知识，对数控铣削工
艺知识有一个系统的了解，并学会对一般数控
铣削零件加工工艺进行分析及制定加工方案。
教学目的：
内容 知识点 学习要求 建议学时
概述
数控铣床的主要加工对象
了解
4
数控铣床的结构及类型
数控铣削加工工件
的装夹与对刀
数控铣床的坐标系统
掌握
数控铣削加工工件的安装
数控铣削加工的对刀与换刀 重点掌握
制定数控铣削加工工艺
选择并确定数控铣削加工的内容
掌握 2零件结构的工艺性分析
零件图形的数学处理
加工工序的划分
重点掌握
2
确定对刀点与换刀点
选择走刀路线
切入切出点
切入切出路径
避免引入反向间隙误差
刀具补偿的设置
顺铣和逆铣的加工
车螺纹的引入和超越距离
避免刀具干涉
数控铣削加工工艺参数的确定 掌握
自动编程加工工艺 掌握 4
典型零件的数控加工工艺 掌握 2
第五单元 数控铣削加工工艺
学习内容与知识点：
数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，
在数控加工中占据了重要地位。世界上首台数
控机床就是一部三坐标铣床，这主要因于铣床
具有 X,Y,Z三轴向可移动的特性，更加灵活，
且可完成较多的加工工序。现在数控铣床已全
面向多轴化发展。目前迅速发展的加工中心和
柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床的基
础上产生的。
数控铣床的主要加工对象
数控铣床的主要加工对象
配轮廓数控装置 —— 平面轮廓（特别是由圆弧和直线形成的形
状）的加工及立体曲面形状的铣削（凸轮、样板、冲模、压模、
铸模）。
数控铣床是用来加工工件的平面、，内外轮廓、孔、攻螺纹等工
序，并可通过两轴联动加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、
三轴或多轴联动来加工空间曲面零件。
配点位、直线数控装置 —— 用同一刀具进行多道工序的直线切
削而且需要进行大余量重切削的工件或用同一刀具又有定位精
度要求的加工。
数控铣床的结构及类型
数控立铣床的结构
数控铣床的结构及类型
中型
大型
卧式
立卧两用式
两轴半控制
三轴控制
多轴控制
小型
立式
按体积分
按 主轴布局
形式 分
按 控制坐标的
联动轴数 分
华
中
X
K
A7
14
02
数
控
立
式
铣
床
数控铣床的结构及类型
华
中
X
K
A7
14
数
控
立
式
铣
床
数控铣床的结构及类型
华
中
ZJ
K
75
32
-A
铣
钻
床
数控铣床的结构及类型
张俊雄定梁龙门铣
数控铣床的结构及类型
数控铣床的坐标系统
机床坐标
系
是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为
机床原点或机床零点。在机床经过设计制造和调
整后这个原点便被确定下来，它是固定的点。
迪卡尔
数控机床采用的是
笛卡尔的直角三坐
标系统, X,Y,Z
三轴之间的关系遵
循右手定则 。 如右
图所示, 右手三指
尽量互成直角, 拇
指指向 X轴正方向
,食指指向 Y轴正
方向, 中指指向 Z
轴正方向 。
Z
Y
X
数控铣床的坐标系统
遵循右手笛卡尔直角坐标系原则
由于数控铣床有立式和卧式之分，
所以机床坐标轴的方向也因其布局的
不同而不同。
数控铣床的坐标系统
立式铣床的坐标系统
数控铣床的坐标系统
立式升降台铣床的
坐标方向为,Z轴垂
直（与主轴轴线重
合），向上为正方向；
面对机床立柱的左右
移动方向为 X轴，将
刀具向右移动（工作
台向左移动）定义为
正方向；根据右手笛
卡尔坐标系的原则，
Y轴应同时与 Z轴和 X
轴垂直，且正方向指
向床身立柱。
卧式升降台
铣床的坐标方向
为,Z轴水平，
且向里为正方向
（面对工作台的
平行移动方向）；
工作台的平行向
左移动方向为 X
轴正方向； Y轴
垂直向上 。
卧式铣床的坐标系统
数控铣床的坐标系统
数控装置通电后通常要进行回参考点操作，
以建立机床坐标系。参考点可以与机床零点重
合，也可以不重合，通过参数来指定机床参考
点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置
也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐
标轴的参考点,CNC就建立起了机床坐标系。
数控铣床的坐标系统
数控铣床的坐标系统
工件坐标系
用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标
系，工件坐标系的原点即为工件零点。
工件零点的位置是任意的，它是由编程人员在编制程
序时根据零件的特点选定的。
考虑到编程的方便性，工件坐标系中各轴的方向应该
与所使用的数控机床的坐标轴方向一致。
工件坐标系
原点
机床坐标系
原点
数控铣床的坐标系统
数控铣削加工工件的安装
数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则,
尽量选择零件上的设计基准作为定位基准
定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容
定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合
必须多次安装时，应遵从基准统一原则
数控铣削加工工件的安装
加工面的安装
数控铣削加工工件的安装
加工内轮廓时的安装
数控铣削加工工件的安装
加工外轮廓时的安装
数控铣削加工工件的安装
不影响进给的装夹示例
数控铣削加工的对刀
对刀方式
标准芯轴和块规对刀
数控铣削加工的对刀
寻边器对刀
对刀方式
数控铣削加工工艺分析
数控铣削加工工艺分析
数控铣削加工的工艺性分析是编程前的重
要工艺准备工作之一，关系到机械加工的效果
和成败，不容忽视。由于数控机床是按照程序
来工作的，因此对零件加工中所有的要求都要
体现在加工中，如加工顺序、加工路线、切削
用量、加工余量、刀具的尺寸及是否需要切削
液等都要预先确定好并编入程序中 。
选择并确定进行数控加工的内容
数控加工内容的选择,
工件上的曲线轮廓
已给出数学模型的空间曲面
形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位
通用机床加工时难以测量和控制进给的内外凹槽
选择并确定进行数控加工的内容
数控加工内容的选择,
以尺寸协调的高精度孔或面
能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状
采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻
体力劳动强度的一般加工内容
选择并确定进行数控加工的内容
数控加工内容的选择,
立式数控
铣床
卧式数控
铣床
适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂
的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等 。
适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等 。
多 坐标 联
动的卧式
加工中心
用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等 。
零件结构的工艺性分析
零件结构工艺性分析的主要内容：
审查与分析零件图纸中尺寸标注方法是否适合数控加工；
审查与分析图纸中几何元素的条件是否充分、正确；
审查与分析数控加工零件的结构合理性；
预防零件变形措施：
对于大面积的薄板零件，改进装夹方式，
采用合适的加工顺序和刀具
采用适当的热处理方法
粗、精加工分开及对称去除余量等措施来
减小或消除变形的影响
零件结构的工艺性分析
提高工艺性的措施,
减少薄壁零件或薄板零件
尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸
保证基准统一原则
零件结构的工艺性分析
零件图形的数学处理
编程尺寸确定的步骤：
基本尺寸换算成平均尺寸
保持原重要的几何关系不变并修改一般尺寸
计算未知结点坐标尺寸
编程尺寸的最后形成
数控加工的数值计算是程序编制中一个关键的环节。
工序的划分
在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序
十分集中，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部
工序。
但是零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基
准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，
再装卡到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机
床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使
用寿命，降低数控机床的使用成本。
工序的划分
导轨粗基准的加工
以加工后的
床脚为基准
加工导轨面
以导轨面
为粗基准
加工床脚
工序的划分
数控铣削加工工序的划分
刀具集中分序法
粗、精加工分序法
按加工部位分序法
工序的划分
刀具集中分序法
即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零
件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第
三把刀完成它们可以完成的其它部位。
特点,这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必
要的定位误差。
工序的划分
粗精加工分序法
这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因
素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对
单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，
而后精加工。
注意,粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的
变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工
精度。
工序的划分
按加工部位分序法
即先加工平面、定位面，再加工孔；
先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；
先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位 。
工序的划分
零件材料变形小，加工余量均匀，可以采用刀
具集中分序法，以减少换刀时间和定位误差；
例如：
若零件材料变形较大，加工余量不均匀，且精
度要求较高，则应采用粗精加工分序法。
工序的划分
总之，在数控机床上加工零件，其加工
工序的划分要视加工零件的具体情况具体分
析,许多工序的安排是综合了上述各分序方法
的。
对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件
的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。
对刀点 指通过对刀确定刀具与工件相对位置
的基准点。
确定对刀点与换刀点
确定对刀点与换刀点
刀具与工件原点
Z 轴方向之距离
刀具与工件原点
X 轴方向之距离 刀具与工件原点
Y 轴方向之距离
对刀点的选择原则
便于用数字处理和简化程序编制
在机床上找正容易，加工中便于检查
引起的加工误差小
确定对刀点与换刀点
确定对刀点与换刀点
对刀点与加工原点重合
确定对刀点与换刀点
铣削加工零件
确定对刀点与换刀点
对
刀
点
与
加
工
原
点
重
合
确定对刀点与换刀点
对刀点在几何对称中心
确定对刀点与换刀点
对刀点在加工过程中便于检查
对刀点×
确定对刀点与换刀点
对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零
件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高
时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。
对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。
确定对刀点与换刀点
对刀时应使对刀点与刀位点重合。
刀位点 是指确定刀具位置的基准点
如,
平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点
取为球心；钻头为钻尖。
确定对刀点与换刀点
换刀点 应根据工序内容来作安排，为了防止
换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设
在距离零件较远的地方。
走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被
加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确定
非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质
量密切相关。
选择走刀路线
选择走刀路线
确定走刀路线的一般原则
保证零件的加工精度和表面粗糙度
方便数值计算，减少编程工作量
缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间
尽量减少程序段数
切入切出点
切入点 。
切入切出点
切入点选择原则：
粗加工选择曲面内的最高角点作为切入点。
精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点。
总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。
切入切出点
切出点选择原则：
能连续完整的加工曲面。
非加工时间短。
切入切出点
切入点的选择
。
。。
A
B C
应尽量避免在连续几何
图素的中间切入
×
虽然是两几何图素的交
点，但在这里刀具沿切
线方向切出后将影响已
加工表面精度
可沿图形轮廓切向
切入切出，且保证
轮廓封闭
×
√
切入切出路径
在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口
进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当
沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以
应尽量避免沿法向切入工件。
切入切出路径
铣削外圆的切入切出路径
切入切出路径
铣削外轮廓的切入切出路径
当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循
从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好
安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法
沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法
线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点
应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给
过程中要避免停顿。
切入切出路径
铣削内圆的切入切出路径
切入切出路径
铣削内轮廓的切入切出路径
切入切出路径
从尖点切入铣削内轮廓
铣削内轮廓的切入切出路径
以角点作为
切入切出点
铣削内轮廓的切入切出路径
切入切出路径
容易产生过
切现象
切入切出路径
铣削内轮廓的切入切出路径
走圆弧线切入
从直线中间切入
切入切出路径
铣削内轮廓的切入切出路径
切入切出路径
当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，
铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，
切入切出点应尽量选在零件轮廓两几何要素的交
点上，而且进给过程中要避免停顿。
为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的
痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精铣时
的余量，以减小切削力。
避免引入反向误差
数控机床在反向运动时会出现反向间隙，
如果在走刀路线中将反向间隙带入，就会影
响刀具的定位精度，增加工件的定位误差。
⑤
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
①
②
④
③
X
O Y
对刀点
(b)(a)
对刀点
YO
X
③
④
②
①
Ⅲ
Ⅳ
Ⅱ
Ⅰ
避免引入反向误差
避免反向误差的
加工路线
存在反向误差的
加工路线
刀具补偿的设置
在切入工件前应该已经完成刀具半径补
偿，而不能在切入工件时同时进行刀具补偿，
这样会产生过切现象。为此，应在切入工件
前的切向延长线上另找一点，作为完成刀具
半径补偿点,
刀具补偿的设置
切入工件同时补偿 切入工件前补偿
顺铣和逆铣加工
切削加工方式
顺铣
逆铣
在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切
削分力方向相 同
在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的
切削分力方向相反
顺铣和逆铣加工
顺铣和逆铣加工
铣削内沟槽侧面
为保证螺距的准确，应避免在进给机构的
加速和减速过程中切削，所以应有引入距离和
超越距离。
车螺纹的引入和超越距离
车螺纹的引入和超越距离
引入距
离超越距 离
避免刀具干涉
在连续切削的数控机床上，多数是使用立
铣刀且几乎都是用侧刃进行切削，往往会产生
刀具的干涉现象。
为了避免刀具的干涉，一般采用小直径的
铣刀来加工，但在加工时则受力变形而产生的
刀具弯斜量直接影响加工精度
避免刀具干涉
虽然可把刀具的倒锥磨好以减轻刀具的弯斜量，
但也不能最好地解决问题，特别在加工三维曲面更
明显出现加工干涉区或加工盲区。
就加工的可能性而言，在不出现加工干涉区或
加工盲区时，复杂曲面一般可以采用球头铣刀进行
三坐标联动加工；如果工件还存在加工干涉区或加
工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机
床来加工了。
立铣刀
工件
弯斜量 曲面工件
立铣刀
干涉区
·
立铣刀
工件
加工盲区
·
·
避免刀具干涉
a b c
刀具干涉实例
数控铣削加工工艺
参数的确定
步长 逼近误差 行距 切削速度 主轴转速
数控加工工艺参数
自动编程加工工艺
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
外形
轮廓
封闭
轮廓
中的
区域
和岛
二维
型腔 孔
二维
字符
两坐标加工的对象
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
R
Y
粗加工刀位多边形 精加工刀位多边形
内槽轮廓
二维型腔的加工
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
二维型腔的加工
二维型腔 的 切削方式
行切法
环切法
以一定角度方向进行平行走刀加工
走刀轨迹是沿型腔边界走环形等距线
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
行切加工方式
两坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
环切加工方式
曲面
区域
加工
曲面
型腔
加工
多曲
面连
续加
工
曲面
间过
渡区
域加
工
裁减
曲面
加工
主要加工对象
多坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
多坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
(b )(a )
图8- 7
Z
X
Y
O O
Y
X
Z
O
Y
X
Z
(C )
直纹面的加工刀具轨迹
多坐标数控铣削加工
刀具轨迹生成
参数
线法
截平
面法
回转
截面
法
投影
法
常用的刀具轨迹
生成方法
参数线法加工
参数线法的基本思想是：任何一个曲面都可以
写成参数方程 [x,y,z]=[fx(u,v),fy(u,v),fz(u,v)]
的形式。当 u或 v中某一个为常数时，形成空间的一
条曲线。
参数线法计算简单，速度快，是曲面数控加工
编程系统主要采用的方法，但当加工曲面的参数线
不均匀时会造成刀具轨迹也不均匀，加工效率不高。
截面法加工
截面法加工的基本思想是：采用一组截面（可
以是平面、也可以是回转柱面）去截取加工表面，
截出一系列交线，将来刀具与加工表面的切触点就
沿着这些交线运动，通过一定方法将这些交线连接
在一起，就形成最终的刀具轨迹。
截面法主要适用于曲面参数线分布不太均匀及
由多个曲面形成的组合曲面的加工。
截面法加工
投影法加工
投影法的基本思路是将一组事先定义好的
曲线（也称导动曲线）或轨迹投影到曲面上，
然后将投影曲线作为刀触点轨迹，从而生成曲
面的加工轨迹。
投影法常用来处理其它方法难以获得满意
效果的组合曲面和曲面型腔的加工。
投影法加工
投影法加工
对于很多复杂曲面零件及模具而言，刀具轨
迹计算完成后，都需要对刀具轨迹进行编辑与修
改。这是因为：在零件模型的构造过程中，往往
处于某种考虑对待加工表面及约束面进行延伸并
构造辅助面，从而使生成的刀具轨迹超出加工表
面范围需要进行裁剪和编辑；由于生成的曲面不
光滑，使刀位点出现异常，需对刀位点进行修改；
采用的走刀方式经检验不合理，需改变走刀方式
等等，都需进行刀具轨迹的编辑。
刀具轨迹编辑
刀位轨迹编辑一般包括刀位点、切削段、切
削行、切削块的删除、拷贝、粘贴、插入、移动、
延伸、修剪、几何变换，刀位点的匀化，走刀方
式变化时刀具轨迹的重新编排以及刀具轨迹的加
载与存储等。
刀具轨迹编辑
刀具轨迹编辑
刀具轨迹的平移
刀具轨迹编辑
刀具轨迹的缩放
刀具轨迹编辑
刀具轨迹的旋转
典型零件的数控加工工艺
毛坯为 120㎜× 60㎜× 10㎜板材,5㎜深的外轮廓已粗
加工过，周边留 2㎜余量，要求加工出如图所示的外轮廓
及 φ 20㎜ 的孔。工件材料为铝。
典型零件的数控加工工艺
确定工艺方案及加工路线
以底面为定位基准，两侧用压板压紧，固定于铣床工作台上
工步顺序,钻孔 φ 20㎜
按 O’ABCDEFG线路铣削轮廓。
选择机床设备
典型零件的数控加工工艺
根据零件图样要求，选用经济型数控铣床
即可达到要求。故选用华中 Ⅰ 型（ ZJK7532A型）
数控钻铣床。
选择刀具
典型零件的数控加工工艺
采用 φ 20㎜ 的钻头，定义为 T02,φ 5㎜ 的平底
立铣刀，定义为 T01,并把该刀具的直径输入刀具
参数表中。
由于华中 Ⅰ 型数控钻铣床没有自动换刀功能，
按照零件加工要求，只能手动换刀。
确定切削用量
典型零件的数控加工工艺
切削用量的具体数值应根据该机床性能、相
关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。
确定工件坐标系和对刀点
典型零件的数控加工工艺
在 XOY平面内确定以 0点为工件原点,Z方向以工件
表面为工件原点，建立工件坐标系，如图所示。
采用手动对刀方法把 0点作为对刀点。
编写程序
典型零件的数控加工工艺
N0010 G92 X5 Y5 Z5
N0020 G91
N0030 G17 G00 X40 Y30
N0040 G98 G81 X40 Y30 Z-5 R15 F150
N0050 G00 X5 Y5 Z50
N0060 M05
N0070 M02
1、加工 φ 20㎜ 孔程序 (手工安装好 φ 20㎜ 钻头 )
设置对刀点
相对坐标编程
在 XOY平面内加工
钻孔循环
抬刀
主轴停转
程序结束
编写程序
典型零件的数控加工工艺
N0010 G92 X5 Y5 Z50
N0020 G90 G41 G00 X-20 Y-10 Z-5 D01
N0030 G01 X5 Y-10 F150
N0040 G01 Y35 F150
N0050 G91
N0060 G01 X10 Y10 F150
N0070 G01 X11.8 Y0
N0080 G02 X30.5 Y-5 R20
N0090 G03 X17.3 Y-10 R20
N0100 G01 X10.4 Y0
N0110 G03 X0 Y-25
N0120 G01 X-90 Y0
N0130 G90 G00 X5 Y5 Z10
N0140 G40
N0150 M05
N0160 M30
2,铣轮廓程序 (手工安装好 ф5㎜ 立铣刀,不考虑刀具长度补偿 )
数控铣削加工实例
（单击观看录像）
