图书在版编目（CIP）数据
UG NX 12中文版机械设计与加工自学手册 / 槐创锋，刘平安编著．-- 北京：人民邮电出版社，2020.9
ISBN 978-7-115-53730-0
Ⅰ．①U… Ⅱ．①槐… ②刘… Ⅲ．①机械设计—计算机辅助设计—应用软件—手册 Ⅳ．①TH122-62
中国版本图书馆CIP数据核字（2020）第053572号
编 著 槐创锋 刘平安
责任编辑 颜景燕
责任印制 王郁 马振武
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 https://www.ptpress.com.cn
北京市艺辉印刷有限公司印刷
开本：787×1092 1/16
印张：22.25
字数：606千字
印数：1 – 2 000册
2020年9月第1版
2020年9月北京第1次印刷
读者服务热线：（010）81055410 印装质量热线：（010）81055316
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本书分为8章，分别介绍了数控编程与加工基础，UG CAM基本操作，UG CAM铣削通用参数，平面铣，轮廓铣，多轴铣，钻孔加工，车削加工等。为了给读者学习机械设计与加工带来更多便利，使读者更快、更熟练地掌握UG NX 12，作者在讲解机械加工基础知识的同时，辅以实例进行说明。
随书电子资源包含全书实例源文件和实例操作过程的视频教学文件，可以帮助读者更加形象直观地学习本书。通过电子资源学习本书内容，读者能够体会UG机械加工的设计理念和技巧，迅速提高机械加工设计能力。
本书主要针对工科专业的在校大中专学生以及各种社会培训机构的学员，可作为自学或课堂授课教材，也可以作为工程技术人员快速入门和提高的教材和参考书。
Unigraphics（简称UG）是EDS公司推出的集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件，是一种先进的计算机辅助设计、分析和制造软件。UG NX 12是NX作为Siemens Product Lifecycle Marlagement Software Inc的核心产品，是一种紧密集成CAID/CAD/CAM/CAE的先进系统，其功能覆盖产品的整个开发过程，是产品生命全周期管理的完整解决方案。从CAD、CAM到CAE，UG都有相应的模块提供支持。UG一直为全球领先的企业提供经过验证的全面解决方案，这些企业包括通用汽车、波音飞机、通用电气、爱立信、松下等多家世界前500强企业。
数控加工技术在我国已经日趋普及，培训需求日益旺盛，各种机械设计与加工教材也不断推出。但真正与当前机械设计与加工应用技术水平相适应的实用培训教材却不多见。为给初学者提供一本适合的学习教材，给具有一定使用经验的用户提供一本适合的参考书和工具书，我们基于自己多年的工作经验以及心得写了这本书。
一、本书内容
本书可作为学习UG NX 12机械设计与加工的初中级教材或自学参考书。考虑到语言的差异，我们以中文用户界面进行描述。在内容上强调实用性，以介绍最基本和最常使用的功能为主。全书共分8章，各章安排以知识点为主线，详细介绍UG机械设计与加工的相关知识，内容与实例相结合，力求培养读者由点到面的设计思想，从而达到融会贯通、举一反三的目的。
第1章为“数控编程与加工基础”，主要介绍了数控加工的原理、方法、一般步骤以及数控加工工艺涉及的相关内容；第2章为“UG CAM基本操作”，介绍了UG加工环境、操作界面和加工流程；第3章为“UG CAM铣削通用参数”，主要讲述了在铣削加工过程中通用的参数，包括几何体的概念和种类、具体的切削模式、切削参数的使用和设置方法、非切削移动的使用和设置参数等内容；第4章为“平面铣”，介绍了平面铣削加工的切削方式及概念，给出了多个加工实例，通过练习实例，可以掌握平面铣的操作过程；第5章为“轮廓铣”，主要介绍了轮廓铣中的型腔铣、深度轮廓铣以及插铣等铣削操作类型；第6章为“多轴铣”，主要介绍多轴铣的基本概念和多种操作类型，涉及内容较多，重点讲述了投影矢量、多轴铣驱动方式、刀轴等多轴铣重要的概念和设置方法；第7章为“钻孔加工”，主要包括循环参数的意义、循环方式的意义、几何体的设置等知识；第8章为“车削加工”，主要介绍了车削操作的创建方法及概念，对粗加工、示教模式、中心线钻孔和螺纹操作等重要的操作都给出了示例。
二、本书配套资源
本书提供了极为丰富的学习配套资源，读者可通过多种方式下载，以便在最短的时间学会并精通这门技术。
1. 配套教学视频
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三、本书编写人员
本书由华东交通大学教材基金资助，华东交通大学的槐创锋、刘平安老师编著，华东交通大学的黄志刚、许玢、沈晓玲、贾雪艳参与了部分章节的编写，其中，槐创锋写了第3～4章，刘平安写了第6章，黄志刚写了第5章，许玢写了第1～2章，沈晓玲写了第7章，贾雪艳写了第8章。胡仁喜、刘昌丽、王敏、李亚莉、杨雪静、卢园、孟培、闫聪聪等也为本书的编写提供了大量帮助，在此向他们表示衷心的感谢！
由于时间仓促，加上编者水平有限，书中存在不足之处在所难免，望广大读者批评指正，如有问题，请发送邮件至yanjingyan@ptpress.com.cn，编者将不胜感激，也欢迎加入三维书屋UG2群（QQ：811016724）交流探讨。
编 者
2019年12月
数控编程与加工技术是目前CAD/CAM系统中最能明显发挥效应的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。
本章将简单介绍数控加工的相关基础知识，包括数控加工的原理、方法、一般步骤，数控编程的基础知识，以及数控加工工艺涉及的相关内容。通过本章的学习，读者将对数控编程与加工有初步的了解。
重点与难点
• 数控机床简介
• 数控编程
• 数控加工工艺
传统工业都是工人手工操作机床进行机械加工，而现代工业已经实现数控加工，就是在对工件材料进行加工前，事先在计算机上编写好程序，再将这些程序输入使用计算机程序控制的机床进行指令性加工，或者直接在这种使用计算机程序控制机床的控制面板上编写指令进行加工。加工的全过程包括走刀、换刀、变速、变向、停车等，都是自动完成的。数控加工是现代化模具制造加工的一种先进手段，当然，数控加工手段并不一定只用于加工模具零件，其用途十分广泛。
一个典型的CAM系统由两个部分组成：一是计算机辅助编程系统；二是数控加工设备。
计算机辅助编程系统的任务是根据工件的几何信息计算出数控加工的轨迹，并编制出数控程序，它由计算机硬件设备和计算机辅助数控编程软件组成。
计算机辅助数控编程软件即是通常所说的CAM软件，它是计算机辅助编程系统的核心，主要功能包括数据输入输出、加工轨迹计算与编辑、工艺参数设置、加工仿真、数控程序后处理和数据管理等。目前常用的CAM软件种类较多，其基本功能大同小异，并在此基础上发展出各自的特色。
数控加工设备的任务是接受数控程序，并按照程序完成各种加工动作。数控加工技术可以应用在几乎所有的加工类型中，如车、铣、刨、镗、磨、钻、拉、切断、插齿、电加工、板材成形和管料成形等。
数控铣床、数控车床、数控线切割机是模具行业中最常用的数控加工设备，其中以数控铣床的应用最为广泛。
机床上的刀具和工件间的相对运动称为表面成形运动，简称成形运动或切削运动。数控加工是指数控机床按照数控程序所确定的轨迹（称为数控刀轨）进行表面成形运动，从而加工出产品的表面形状。图1-1和图1-2分别是一个平面轮廓加工和一个曲面加工的切削示意图。
数控刀轨是由一系列简单的线段连接而成的折线，折线上的结点称为刀位点。刀具的中心点沿着刀轨依次经过每一个刀位点，从而切削出工件的形状。
刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点的运动称为数控机床的插补运动。由于数控机床一般只能以直线或圆弧这两种简单的运动形式完成插补运动，因此数控刀轨只能是由许多直线段和圆弧段将刀位点连接而成的折线。
数控编程的任务是计算出数控刀轨，并以程序的形式输出到数控机床，其核心内容就是计算出数控刀轨上的刀位点。
在数控加工误差中，与数控编程直接相关的有两个主要部分。
（1）刀轨的插补误差：由于数控刀轨只能由直线和圆弧组成，因此只能近似地拟合理想的加工轨迹，如图1-3所示。
（2）残余高度：在曲面加工中，相邻两条数控刀轨之间会留下未切削区域，如图1-4所示，由此造成的加工误差称为残余高度，它主要影响加工表面的粗糙度。
刀具的表面成形运动通常分为主运动和进给运动。主运动指机床的主轴转动，其运动质量主要影响产品的表面粗糙度。进给运动是主轴相对工件的平动，其传动质量直接关系到机床的加工性能。
进给运动的速度和主轴转速是刀具切削运动的两个主要参数，对加工质量、加工效率有重要的影响。
如前所述，数控编程的核心内容是计算数控刀轨上的刀位点。
数控加工刀位点的计算过程可分为3个阶段。
1. 加工表面的偏置
如图1-5所示，刀位点是刀具中心点的移动位置，它与加工表面存在一定的偏置关系。这种偏置关系取决于刀具的形状和大小。例如，当采用半径为R的球头刀具时，刀轨（刀具中心的移动轨迹）应当在距离加工表面为R的偏置面上，如图1-6所示。由此可见，刀位点计算的前提是，首先根据刀具的类型和尺寸计算出加工表面的偏置面。
2. 刀轨形式的确定
把刀位点在偏置面上的分布形式称为刀轨形式。图1-7和图1-8所示是两种最常见的刀轨形式。其中图1-7所示为行切刀轨，即所有刀位点都分布在一组与刀轴（Z轴）平行的平面内。图1-8所示为等高线刀轨（又称环切刀轨），即所有刀位点都分布在与刀轴（Z轴）垂直的一组平行平面内。
显然，对于这两种刀轨来说，其刀位点分布在加工表面的偏置面与一组平行平面的交线上，这组交线称为理想刀轨，平行平面的间距称为刀轨的行距。也就是说，刀轨形式一旦确定下来，就能够在加工表面的偏置面上以一定行距计算出理想刀轨。
3. 刀位点的计算
如果刀具中心能够完全按照理想刀轨运动的话，其加工精度无疑是最理想的。然而，由于数控机床通常只能完成直线和圆弧线的插补运动，因此只能在理想刀轨上以一定间距计算出刀位点，在刀位点之间做直线或圆弧（图1-3）运动。刀位点的间距称为刀轨的步长，其大小取决于编程允许误差。编程允许误差越大，则刀位点的间距越大；反之越小。
图1-9所示为CNC数控铣床和数控加工中心。
数控机床具有以下主要特点。
1. 高柔性
数控铣床的最大特点是高柔性，即可变性。所谓“柔性”即是灵活、通用、万能，可以适应加工不同形状工件的自动化机床。
数控铣床一般都能完成钻孔、镗孔、铰孔、铣平面、铣斜面、铣槽、铣曲面（凸轮）和攻螺纹等加工，而且一般情况下，可以在一次装夹中完成所需的加工工序。
图1-10所示为齿轮箱，齿轮箱上一般有两个具有较高位置精度要求的孔，孔周围有安装端盖的螺孔。按照传统的加工方法，需要划线、刨（或铣）底面、平磨（或刮削）底面、镗加工（用镗模）、划线（或用钻模）、钻孔和攻螺纹6道工序才能完成。如果用数控铣床加工，只需把工件的基准面A加工好，便可在一次装夹中完成几道工序加工。
更重要的是，如果开发新产品或更改设计需要将齿轮箱上2个孔改为3个孔，8个M6螺孔改为12个M6螺孔，采用传统的加工方法必须重新设计制造镗模和钻模，生产周期长。如果采用数控铣床加工，只需将工件程序指令改变一下（一般只需0.5～1h），即可根据新的图样进行加工。这就是数控机床高柔性带来的特殊优点。
2. 高精度
目前数控装置的脉冲当量（即每轮出一个脉冲后滑板的移动量）一般为0.001mm，高精度的数控系统可达0.0001mm。因此一般情况下，绝对能保证工件的加工精度。另外，数控加工还可避免工人操作所引起的误差，一批加工零件的尺寸统一性特别好，产品质量能得到保证。
3. 高效率
数控机床的高效率主要是由数控机床的高柔性带来的。如数控铣床一般不需要使用专用夹具和工艺装备。在更换工件时，只需调用存储于计算机中的加工程序、装夹工件和调整刀具数据即可，可大大缩短生产周期。更主要的是数控铣床的万能性带来高效率，如一般的数控铣床都具有铣床、镗床和钻床的功能，工序高度集中，提高了劳动生产率，并减少了工件的装夹误差。
另外，数控铣床的主轴转速和进给量都是无级变速的，因此有利于选择最佳切削用量。数控铣床都有快进、快退、快速定位功能，可大大减少机动时间。
据统计，采用数控铣床比普通铣床可提高生产率3～5倍。对于复杂的成形面加工，生产效率可提高十几倍甚至几十倍。
4. 减轻劳动强度
数控铣床对零件加工是按事先编好的程序自动完成的。操作者除操作键盘、装卸工件和中间测量及观察机床运行外，不需要进行繁重的重复性手工操作，可大大减轻劳动强度。
1. 主机
主机是数控机床的主体，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件，是用于完成各种切削加工的机械部件。
2. 数控装置
数控装置是数控机床的核心，包括硬件（印制电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
3. 驱动装置
驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电动机及进给电动机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。
4. 辅助装置
辅助装置指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
5. 编程及其他附属设备
可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。
1. 按加工路线分类
数控机床按刀具与工件相对运动的方式，可以分为点位控制机床、直线控制机床和轮廓控制机床，如图1-11所示。
（1）点位控制：点位控制方式就是刀具与工件相对运动时，只控制从一点运动到另一点的准确性，而不考虑两点之间的运动路径和方向，如图1-11（a）所示。这种控制方式多应用于数控钻床、数控冲床、数控坐标镗床和数控点焊机等。
（2）直线控制：直线控制方式就是刀具与工件相对运动时，除控制从起点到终点的准确定位外，还要保证平行坐标轴的直线切削运动。由于只做平行坐标轴的直线进给运动，因此不能加工复杂的工件轮廓，如图1-11（b）所示。这种控制方式用于简易数控车床、数控铣床、数控磨床。
（3）轮廓控制：轮廓控制就是刀具与工件相对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运动同时进行控制（多坐标联动），刀具的运动轨迹可为空间曲线，因此可以加工平面曲线轮廓或空间曲面轮廓，如图1-11（c）所示。在模具行业中，这类机床应用得较多，如三坐标以上的数控铣或加工中心。采用这类控制方式的数控机床有数控车床、数控铣床、数控磨床和加工中心等。
2. 按伺服系统控制方式分类
（1）开环控制机床：价格低廉，但精度及稳定性差。
（2）半闭环控制数控机床：精度及稳定性较高，价格适中，应用普及。
（3）闭环控制数控机床：精度高，但稳定性难以控制，价格高。
3. 按联动坐标轴数分类
（1）两轴联动数控机床：X、Y、Z三轴中任意两轴做插补联动，第三轴做单独的周期进刀，常称2.5轴联动。如图1-12所示，将X向分成若干段，圆头铣刀沿YZ面所截的曲线进行铣削，每一段加工完后进给ΔX，再加工另一相邻曲线，如此依次切削，即可加工出整个曲面，故称为行切法。根据表面粗糙度及刀头不干涉相邻表面的原则选择ΔX。行切法加工所用的刀具通常是球头铣刀（即指状铣刀）。用这种刀具加工曲面，不易干涉相邻表面，计算比较简单。球头铣刀的刀头半径应选得大一些，有利于提高加工光洁度、增加刀具刚度、散热等。但刀头半径应小于曲面的最小曲率半径。
用球头铣刀加工曲面时，总是用刀心轨迹的数据进行编程。图1-13所示为二轴联动三坐标行切法加工的刀心轨迹与切削点轨迹示意图。ABCD为被加工曲面，P平面为平行于YZ作表面的一个平行面，其刀心轨迹O1O2为曲面ABCD的等距面IJKL与行切面Pyz的交线，显然，O1O2是一条平面曲线。在这种情况下，曲面的曲率变化时，会导致球头铣刀与曲面切削点的位置随之改变，而切削点的连线ab是一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。由于2.5轴坐标加工的刀心轨迹为平面曲线，故编程计算较为简单，数控逻辑装置也不复杂，常用于曲率变化不大以及精度要求不高的粗加工。
（2）三轴联动数控机床：X、Y、Z三轴可同时插补联动。用三坐标联动加工曲面时，通常也用行切方法。如图1-14所示，三轴联动的数控刀轨可以是平面曲线或者空间曲线。三坐标联动加工常用于复杂曲面的精确加工（如精密锻模）。但编程计算较为复杂，所用的数控装置还必须具备三轴联动功能。
（3）四轴联动数控机床：除X、Y、Z三轴平动之外，还有工作台或者刀具的转动。如图1-15所示，侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用球头铣刀按行切法加工时，不但生产率低，而且表面粗糙度差。为此，采用圆柱铣刀周边切削，并用四坐标铣床加工，即除三个直角坐标运动外，为保证刀具与工件形面在全长始终贴合，刀具还应绕O1（或O2）做摆角联动。由于摆角运动，导致直角坐标系（图1-15中Y）需做附加运动，其编程计算较为复杂。
（4）五轴联动数控机床：除X、Y、Z三轴的平动外，还有刀具旋转、工作台的旋转。螺旋桨是五坐标加工的典型零件之一，其叶片形状及加工原理如图1-16所示。在半径为Ri的圆柱面上与叶面的交线AB为螺旋线的一部分，螺旋角为ϕi，叶片的径向叶形线（轴向剖面）EF的倾角α为后倾角。螺旋线AB用极坐标加工方法并以折线段逼近。逼近线段mn是由C坐标旋转Δθ与Z坐标位移ΔZ的合成。当AB加工完后，刀具径向位移ΔX（改变Ri），再加工相邻的另一条叶形线，依次逐一加工，即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大，所以常用端面铣刀加工，以提高生产率并简化程序。因此，为保证铣刀端面始终与曲面贴合，铣刀还应做坐标A和坐标B形成的摆角运动，在摆角的同时，还应做直角坐标的附加运动，以保证铣刀端面中心始终处于编程值位置上，所以需要Z、C、X、A、B五坐标加工。这种加工的编程计算相当复杂。
图1-17所示为利用五轴联动铣床加工曲面形状零件。
（5）加工中心：它是在数控铣床上配置刀库，其中存放着不同数量的各种刀具或检具，在加工过程中由程序自动选用和更换，从而将铣削、镗削、钻削、攻螺纹等功能集中在一台设备上完成，使其具有多种工艺手段。
4. 按加工方式分类
按切削方式不同，可分为数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床等。
有些数控机床具有两种以上切削功能，例如以车削为主兼顾铣、钻削的车削中心；具有铣、镗、钻削功能，带刀库和自动换刀装置的镗铣加工中心（简称加工中心）。
另外，还有数控电火花线切割、数控电火花成形、数控激光加工、等离子弧切割、火焰切割、数控板材成形、数控冲床、数控剪床、数控液压机等各种功能和不同种类的数控加工机床。
5. 按数控装置的类型分类
（1）硬件数控：早期的数控装置基本上都属于硬件数控（NC）类型，主要由固化的数字逻辑电路处理数字信息，于20世纪60年代投入使用。由于其功能少、线路复杂和可靠性低等缺点已经淘汰，因而这种分类没有实际意义。
（2）计算机数控：指用计算机处理数字信息的计算机数控（CNC）系统，于20世纪70年代初期投入使用。随着微电子技术的迅速发展，微处理器的功能越来越强，价格越来越低，现在数控系统的主流是微机数控系统（MNC）。根据数控系统微处理器（CPU）的多少，可分为单微处理器数控系统和多微处理器数控系统。
6. 按数控系统的功能水平分类
数控系统一般分为高级型、普及型和经济型三个档次。数控系统并没有确切的档次界限，其参考评价指标包括CPU性能、分辨率、进给速度、联动轴数、伺服水平、通信功能和人机对话界面等。
（1）高级型数控系统：该档次的数控系统采用32位或更高性能的CPU，联动轴数在五轴以上，分辨率≤0.1μm，进给速度≥24m/min（分辨率为1μm时）或进给速度≥10m/min（分辨率为0.1μm时），采用数字化交流伺服驱动，具有MAP高性能通信接口，具备联网功能，有三维动态图形显示功能。
（2）普及型数控系统：该档次的数控系统采用16位或更高性能的CPU，联动轴数在五轴以下，分辨率在1μm以内，进给速度≤24m/min，可采用交、直流伺服驱动，具有RS-232或DNC通信接口，有CRT字符显示和平面线性图形显示功能。
（3）经济型数控系统：该档次的数控系统采用8位CPU或单片机控制，联动轴数在3轴以下，分辨率为0.01mm，进给速度为6～8m/min，采用步进电动机驱动，具有简单的RS-232通信接口，用数码管或简单的CRT字符显示。
根据被加工零件的图样和技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制成加工程序文件，这个过程称为零件数控加工程序编制，简称数控编程。数控编程可以分为两类：一类是手工编程；另一类是自动编程。
手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图样分析、工艺决策、确定加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。对于点位加工或几何形状不太复杂的轮廓加工，几何计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。如简单阶梯轴的车削加工，一般不需要复杂的坐标计算，往往可以由技术人员根据工序图样数据，直接编写数控加工程序。但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，数值计算则相当烦琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。
自动编程是采用计算机辅助数控编程技术实现的，需要一套专门的数控编程软件，现代数控编程软件主要分为以批处理命令方式为主的各种类型的语言编程系统和交互式CAD/CAM集成化编程系统。
APT是一种自动编程工具（Automatically Programmed Tool）的简称，是对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的一种语言。在编程时编程人员依据零件图样，以APT语言的形式表达出加工的全部内容，再把用APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经APT语言编程系统编译产生刀位文件（CLDATA file），通过后置处理，生成数控系统能接受的零件数控加工程序的过程，称为APT语言自动编程。
采用APT语言自动编程时，计算机（或编程机）代替程序编制人员完成了烦琐的数值计算工作，并省去了编写程序单的工作量，因而可将编程效率提高数倍到数十倍，同时解决了手工编程中许多无法解决的复杂零件的编程问题。
交互式CAD/CAM集成系统自动编程是现代CAD/CAM集成系统中常用的方法，在编程时，编程人员首先利用计算机辅助设计（CAD）或自动编程软件本身的零件造型功能，构建出零件几何形状，然后对零件图样进行工艺分析，确定加工方案，其后还需利用软件的计算机辅助制造（CAM）功能，完成工艺方案的制定、切削用量的选择、刀具及其参数的设定，自动计算并生成刀位轨迹文件，利用后置处理功能生成指定数控系统用的加工程序。因此我们把这种自动编程方式称为图形交互式自动编程。这种自动编程系统是一种CAD与CAM高度结合的自动编程系统。
集成化数控编程的主要特点：零件的几何形状可在零件设计阶段采用CAD/CAM集成系统的几何设计模块在图形交互方式下进行定义、显示和修改，最终得到零件的几何模型。编程操作都是在屏幕菜单及命令驱动等图形交互方式下完成的，具有形象、直观和高效等优点。
正确的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床能安全、可靠、高效地工作。数控加工程序的编制过程是一个比较复杂的工艺决策过程。一般来说，数控编程过程主要包括分析零件图样、工艺处理、数学处理、编写程序单、输入数控程序及程序检验，计算机辅助数控编程的一般步骤如图1-18所示。
数控加工编程主要包含以下几个步骤：
1. 加工工艺决策
在数控编程之前，编程人员应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令格式等。根据零件形状尺寸及技术要求，分析零件的加工工艺，选定合适的机床、刀具与夹具，确定合理的零件加工工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数，这些工作与普通机床加工零件时的编制工艺规程基本是相同的。
（1）确定加工方案：此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功能。
（2）工夹具的设计和选择：应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系之间的尺寸关系。
（3）选择合理的走刀路线：合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的，应考虑以下几个方面。
（4）选择合理的刀具：根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其他与加工有关的因素来选择刀具，包括刀具的结构类型、材料牌号、几何参数。
（5）确定合理的切削用量：在工艺处理中必须正确确定切削用量。
2. 刀位轨迹计算
在编写NC程序时，根据零件形状尺寸、加工工艺路线的要求和定义的走刀路径，在适当的工件坐标系上计算零件与刀具相对运动的轨迹的坐标值，以获得刀位数据，诸如几何元素的起点、终点和圆弧的圆心、几何元素的交点或切点等坐标值，有时还需要根据这些数据计算刀具中心轨迹的坐标值，并按数控系统最小设定单位（如0.001mm）将上述坐标值转换成相应的数字量，作为编程的参数。
在计算刀具加工轨迹前，正确选择编程原点和工件坐标系是极其重要的。工件坐标系是指在数控编程时，在工件上确定的基准坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。工件坐标系的选择原则如下。
3. 编制或生成加工程序清单
根据制定的加工路线、刀具运动轨迹、切削用量、刀具号码、刀具补偿要求及辅助动作，按照机床数控系统使用的指令代码及程序格式的要求，编写或生成零件加工程序清单，并需要进行初步的人工检查，以及进行反复修改。
4. 程序输入
在早期的数控机床上都配备光电读带机，作为加工程序输入设备，因此，对于大型的加工程序，可以制作加工程序纸带，作为控制信息介质。近年来，许多数控机床都采用磁盘、计算机通信技术等各种与计算机通用的程序输入方式，实现加工程序的输入，因此，只需要在普通计算机上输入编辑好的加工程序，就可以直接传送到数控机床的数控系统中。当程序较简单时，也可以通过键盘人工直接输入数控系统中。
5. 数控加工程序正确性校验
通常所编制的加工程序必须经过进一步的校验和试切削才能用于正式加工。当发现错误时，应分析错误的性质及其产生的原因，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图样规定的精度要求为止。
由于数控加工自动化程度高、质量稳定、可多坐标联动、便于工序集中、操作技术要求高等特点均比较突出，同时价格比较昂贵，加工方法、加工对象选择不当往往会造成较大损失。为了既能充分发挥出数控加工的优点，又能达到较好的经济效益，在选择加工方法和对象时要特别慎重，甚至有时还要在基本不改变工件原有性能的前提下，对其形状、尺寸、结构等做适应数控加工的修改。
一般情况下，在选择和决定数控加工内容的过程中，有关工艺人员必须对零件图或零件模型做足够具体与充分的工艺性分析。在进行数控加工的工艺性分析时，编程人员应根据所掌握的数控加工的基本特点及所用数控机床的功能和实际工作经验，力求把前期准备工作做得更仔细、更扎实一些，以便为下面要进行的工作铺平道路，减少失误和返工、不留遗患。
数控机床加工工件的基本过程是指从零件图到加工好零件的整个过程，如图1-19所示。
工艺设计是对工件进行数控加工的前期准备工作，它必须在程序编制工作之前完成。一般来说，为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理，需要把工艺过程划分为不同层次的单元。它们是工序、安装、工位、工步和走刀。其中工序是工艺过程中的基本单元，零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成。在一个工序中可能包含一个或几个安装，每一个安装可能包含一个或几个工位，每一个工位可能包含一个或几个工步，每一个工步可能包括一个或几个走刀。
（1）工序：一个或一组工人，在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作过程是否连续。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。
（2）安装：在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程称为装夹。安装是指工件经过一次装夹后所完成的那部分工序内容。
（3）工位：采用转位（或移位）夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工，工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。
（4）工步：在加工表面不变且加工工具不变的条件下，所连续完成的那一部分工序内容称为工步。
（5）走刀：加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为走刀。
根据大量加工实例分析，数控加工中失误的主要原因多为工艺考虑不周和计算与编程时粗心大意。因此在进行编程前做好工艺分析规划是十分必要的。否则，由于工艺方面的考虑不周，将可能造成数控加工的错误。工艺设计不好，往往造成事倍功半，有时甚至要推倒重来。可以说，数控加工工艺分析决定了数控程序的质量。因此，编程人员一定要先把工艺设计做好，不要先急于考虑编程。
根据实际应用中的经验，数控加工工艺设计主要包括下列内容。
（1）选择并决定零件的数控加工内容。
（2）零件图样的数控加工分析。
（3）数控加工的工艺路线设计。
（4）数控加工工序设计。
（5）数控加工专用技术文件的编写。
数控加工专用技术文件不仅是进行数控加工和产品验收的依据，也是需要操作者遵守和执行的规程，同时还为产品零件重复生产积累了必要的工艺资料，并进行了技术储备。这些由工艺人员做出的工艺文件是编程人员在编制加工程序单时所依据的相关技术文件。编写数控加工工艺文件也是数控加工工艺设计的内容之一。
不同的数控机床，工艺文件的内容也有所不同。一般来讲，数控铣床的工艺文件应包括以下几项。
（1）编程任务书。
（2）数控加工工序卡片。
（3）数控机床调整单。
（4）数控加工刀具卡片。
（5）数控加工进给路线图。
（6）数控加工程序单。
其中以数控加工工序卡片和数控加工刀具卡片最为重要。前者是说明数控加工顺序和加工要素的文件；后者是刀具使用的依据。
根据数控加工的特点，加工工序的划分一般可按下列方法进行。
1. 以同一把刀具加工的内容划分工序
有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量）、机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错率、查错与检索困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。
2. 以加工部分划分工序
对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。
3. 以粗、精加工划分工序
对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生较大的变形而需要进行校形，因此一般来说凡要进行粗、精加工的工件都要将工序分开。
综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性、机床的功能、零件数控加工内容的多少、安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。零件宜采用工序集中的原则，还是采用工序分散的原则，要根据实际需要和生产条件确定，力求合理。
加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序安排一般应按下列原则进行。
（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。
（2）先进行内型腔加工工序，后进行外型腔加工工序。
（3）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。
（4）以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连接进行，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。
选择刀具应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是适用、安全、经济。
适用是要求所选择的刀具能达到加工的目的，完成材料的去除，并达到预定的加工精度。如粗加工时选择足够大，并有足够切削能力的刀具，能快速去除材料；而在精加工时，为了能把结构形状全部加工出来，要使用较小的刀具加工到每一个角落。再如，切削低硬度材料时，可以使用高速钢刀具；而切削高硬度材料时，就必须要用硬质合金刀具。
安全指的是在有效去除材料的同时，不会产生刀具的碰撞、折断等。要保证刀具及刀柄不会与工件相碰撞或者挤擦，造成刀具或工件的损坏。如用加长的、直径很小的刀具切削硬质的材料时，很容易折断，选用时一定要慎重。
经济指的是能以最小的成本完成加工。在同样可以完成加工的情形下，选择相对综合成本较低的方案，而不是选择最便宜的刀具。刀具的寿命和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高则可以使总成本比普通刀具更低，由此产生更好的效益。如进行钢材切削，选用高速钢刀具，其进给量只能达到100mm/min，而采用同样大小的硬质合金刀具，进给量可以达到500mm/min以上，大幅缩短加工时间，虽然刀具价格较高，但总成本反而更低。通常情况下，优先选择经济性良好的可转位刀具。
选择刀具时，还要考虑安装调整的方便程度、刚性、寿命和精度。在满足加工要求的前提下，刀具的悬伸长度尽可能地短，以提高刀具系统的刚性。
数控加工刀具可分为整体式刀具和模块化刀具两大类，主要取决于刀柄。图1-20所示为整体式刀柄。这种刀柄直接夹住刀具，刚性好，但需针对不同的刀具分别配备，其规格、品种繁多，给管理和生产带来不便。
图1-21所示为模块式刀柄。模块式刀柄比整体式刀柄多出中间连接部分，装配不同刀具时，更换连接部分即可，克服了整体式刀柄的缺点，但对连接精度、刚性、强度等都有很高的要求。模块式刀柄是发展方向，其主要优点是：减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。事实上，由于模块刀具的发展，数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。
走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括工序的内容，而且也反映出工序的顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。因此，在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去（包括进刀、退刀路线），这样可为编程带来不少方便。
工序顺序是指同一道工序中，各个表面加工的先后次序。它对零件的加工质量、加工效率和数控加工中的走刀路线有直接影响，应根据零件的结构特点和工序的加工要求等合理安排。工序的划分与安排一般可随走刀路线来进行，在确定走刀路线时，主要遵循以下原则。
1. 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求
当铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削，如图1-22所示。刀具切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具的刻痕而影响表面质量，保证零件外廓曲线平滑过渡。同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，而应该沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。
铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入切出。若内轮廓曲线不允许外延（图1-23），刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出，此时刀具的切入切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。当内部几何元素相切且无交点时，为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口，刀具切入切出点应远离拐角。
图1-24所示为圆弧插补方式铣削外整圆时的走刀路线图。当整圆加工完毕时，不要在切点处直接退刀，而应让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废。铣削内圆弧时也要遵循从切向切入的原则，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，如图1-25所示，这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量。
铣削曲面时，常用球头刀采用行切法进行加工。所谓行切法，是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定的。
对于边界敞开的曲面加工，可采用两种走刀路线。如发动机大叶片，采用如图1-26（a）所示的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用如图1-26（b）所示的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度较高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以边界曲面可以延伸，球头铣刀应由边界外开始加工。
图1-27分别为用行切法加工和环切法加工凹槽的走刀路线，其中图1-27（c）是先用行切法，最后环切一刀光整轮廓表面。三种方案中，图1-27（a）所示方案的加工表面质量最差，在周边留有大量的残余；图1-27（b）所示方案和图1-27（c）所示方案加工后能保证精度，但图1-27（b）所示方案采用环切的方案，走刀路线稍长，而且编程计算工作量大。
此外，轮廓加工中应避免进给停顿。因为加工过程中的切削力会使工艺系统产生弹性变形并处于相对平衡状态，进给停顿时，切削力突然减小会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件轮廓上留下刻痕。
为提高工件表面的精度和减小表面粗糙度，可以采用多次走刀的方法，精加工余量一般以0.2～0.5mm为宜。而且精铣时宜采用顺铣，以提高零件被加工表面的表面粗糙度。
2. 应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率
图1-28所示是正确选择钻孔加工路线的例子。按照一般习惯，总是先加工均布于同一圆周上的8个孔，再加工另一圆周上的孔，如图1-28（a）所示。但是对于点位控制的数控机床而言，要求定位精度高，定位过程尽可能快，因此这类机床应按空程最短来安排走刀路线，如图1-28（b）所示，以节省时间。
合理选择切削用量对于发挥数控机床的最佳效益有着至关重要的作用。选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、刀具说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
铣削时的铣削用量由切削深度（背吃刀量）、切削宽度（侧吃刀量）、切削线速度、进给速度等要素组成，铣削运动及铣削用量如图1-29所示。
1. 切削深度ap
切削深度也称背吃刀量。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。
2. 切削宽度at
在编程中切削宽度称为步距。一般切削宽度L与刀具直径D成正比，与切削深度成反比。在粗加工中，步距取得大，有利于提高加工效率。在使用平底刀进行切削时，一般L的取值范围为（0.6～0.9）D。而使用圆鼻刀进行加工，刀具直径应扣除刀尖的圆角部分，即d=D-2r（其中，D为刀具直径，r为刀尖圆角半径），而L可以取（0.8～0.9）d。而在使用球头铣刀进行精加工时，步距的确定应首先考虑所能达到的精度和表面粗糙度。
3. 切削线速度vc
切削线速度也称单齿切削量，单位为m/min。提高vc值也是提高生产率的一个有效措施，但vc与刀具寿命的关系比较密切。随着vc的增大，刀具寿命急剧下降，故vc的选择主要取决于刀具寿命。一般好的刀具供应商都会在其手册或者刀具说明书中提供刀具的切削速度推荐参数vc。另外，切削速度vc值还要根据工件的材料硬度来作适当的调整。例如，当用立铣刀铣削合金钢30CrNi2MoVA时，vc可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，vc可选200m/min以上。
4. 进给速度vf
进给速度是指机床工作台在做插位时的进给速度，vf的单位为mm/min。vf应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vf的增加也可以提高生产效率，但是刀具的寿命会降低。加工表面粗糙度要求低时，vf可选择得大些。进给速度可以按下面的公式进行计算：
其中，vf表示工作台进给量，单位为mm/min；n表示主轴转速，单位为r/min；z表示刀具齿数，单位为齿；fz表示进给量，单位为mm/齿。
5. 主轴转速n
主轴转速的单位是r/min，一般根据切削速度vc来选定。计算公式为
其中，Dc表示刀具直径（mm）。
在使用球头刀时要做一些调整，球头铣刀的计算直径Deff要小于铣刀直径Dc，故其实际转速不应按铣刀直径Dc计算，而应按计算直径Deff计算。
数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中根据实际加工情况对主轴转速进行调整。
在数控编程中，还应考虑在不同情形下选择不同的进给速度。当在初始切削进刀时，特别是Z轴下刀时，因为进行端铣，受力较大，同时考虑程序的安全性问题，所以应以相对较慢的速度进给。
另外，当Z轴方向的进给速度由高往低走时，产生端切削，可以设置不同的进给速度。在切削过程中，有的平面侧向进刀，可能产生全刀切削，即刀具的周边都要切削，切削条件相对较恶劣，可以设置较低的进给速度。
在加工过程中，vf也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。
在实际的加工过程中，可能对各个切削用量参数进行调整，如使用较高的进给速度进行加工，虽然刀具的寿命有所降低，但节省了加工时间，反而有更好的效益。
由于加工中不断出现新的变化，数控加工中切削用量的选择在很大程度上依赖于编程人员的经验，因此，编程人员必须熟悉刀具的使用和切削用量的确定原则，不断积累经验，从而保证零件的加工质量和效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。
1. 周铣和端铣
用刀齿分布在圆周表面的铣刀而进行铣削的方式叫作周铣，如图1-30（a）所示；用刀齿分布在圆柱端面上的铣刀而进行铣削的方式叫作端铣，如图1-30（b）所示。
2. 顺铣和逆铣
沿着刀具的进给方向看，如果工件位于铣刀进给方向的右侧，那么进给方向称为顺时针。反之，当工件位于铣刀进给方向的左侧时，进给方向定义为逆时针。如果铣刀旋转方向与工件进给方向相反，称为逆铣，如图1-31（a）所示；铣刀旋转方向与工件进给方向相同，称为顺铣，如图1-31（b）所示。逆铣时，切削由薄变厚，刀齿从已加工表面切入，对铣刀的使用有利。逆铣时，当铣刀刀齿接触工件后，不能马上切入金属层，而是在工件表面滑动一小段距离，在滑动过程中，由于强烈的磨擦，就会产生大量的热量，同时在待加工表面易形成硬化层，降低了刀具寿命，影响工件表面粗糙度，给切削带来不利。另外，逆铣时，由于刀齿由下往上（或由内往外）切削。顺铣时，刀齿开始和工件接触时切削厚度最大，且从表面硬质层开始切入，刀齿受很大的冲击负荷，铣刀变钝较快，但刀齿切入过程中没有滑移现象。顺铣的功率消耗要比逆铣时小，在同等切削条件下，顺铣功率消耗要低5%～15%，同时顺铣也更加有利于排屑。一般应尽量采用顺铣法加工，以降低被加工零件表面的表面粗糙度，保证尺寸精度。但是，当切削面上有硬质层、积渣、工件表面凹凸不平较显著时，如加工锻造毛坯，应采用逆铣法。
在加工时，工件可以在机床加工尺寸范围内任意安装，要正确执行加工程序，必须确定工件在机床坐标系的确切位置。对刀点是工件在机床上定位装夹后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系与机床坐标系空间位置关系的参考点。选择对刀点时，要考虑到找正容易，编程方便，对刀误差小，加工时检查方便、可靠。
对刀点的设置没有严格规定，可以设置在工件上，也可以设置在夹具上，但在编程坐标系中，必须有确定的位置，如图1-32所示的X1和Y1。对刀点既可以与编程原点重合，也可以不重合，主要取决于加工精度和对刀的方便性。当对刀点与编程原点重合时，X1=0，Y1=0。对刀点要尽可能选择在零件的设计基准或者工艺基准上，这样就能保证零件的精度要求。例如，零件上孔的中心点或两条相互垂直的轮廓边的交点可以作为对刀点，有时零件上没有合适的部位，可以加工出工艺孔来对刀。
确定对刀点在机床坐标系中的位置的操作称为对刀。对刀是数控机床操作中非常关键的一项工作，对刀的准确程度将直接影响零件加工的位置精度。生产中常用的对刀工具有指示表、中心规和寻边器等，对刀操作一定要仔细，对刀方法一定要与零件的加工精度相适应。无论采用哪种工具，都是使数控铣床的主轴中心与对刀点重合，从而确定工件坐标系在机床坐标系中的位置。
起止高度指进退刀的初始高度。在程序开始时，刀具将先到这一高度，同时在程序结束后，刀具也将退回到这一高度。起止高度大于或等于安全高度，安全高度也称为提刀高度，是为了避免刀具碰撞工件而设定的高度（Z值）。安全高度是在铣削过程中，刀具需要转移位置时将退到这一高度再进行G00插补到下一进刀位置，此值一般情况下应大于零件的最大高度（即高于零件的最高表面）。
慢速下刀相对距离通常为相对值，刀具以G00快速下刀到指定位置，然后以接近速度下刀到加工位置。如果不设定该值，刀具以G00的速度直接下刀到加工位置。若该位置又在工件内或工件上，且采用垂直下刀方式，则极不安全。即使是空的位置下刀，使用该值也可以使机床有缓冲过程，确保下刀所到位置的准确性，但是该值也不宜取得太大，因为下刀插入速度往往比较慢，太长的慢速下刀距离将影响加工效率。
在加工过程中，当刀具需要在两点间移动而不切削时，是否要提刀到安全平面呢？当设定为抬刀时，刀具将先提高到安全平面，再在安全平面上移动；否则将直接在两点间移动而不提刀。直接移动可以节省抬刀时间，但是必须要注意安全，在移动路径中不能有凸出的部位，特别注意在编程中，当分区域选择加工曲面并分区加工时，中间没有选择的部分是否有高于刀具移动路线的部分。在粗加工时，对较大面积的加工通常建议使用抬刀，以便在加工时可以暂停，对刀具进行检查。而在精加工时，常使用不抬刀以加快加工速度，特别是像角落部分的加工，抬刀将造成加工时间大幅延长。在孔加工循环中，使用G98将抬刀到安全高度进行转移，而使用G99就直接移动，不抬刀到安全高度，如图1-33所示。
数控机床在进行轮廓加工时，由于刀具有一定的半径（如铣刀半径），因此在加工时，刀具中心的运动轨迹必须偏离零件实际轮廓一个刀具半径值，否则加工出的零件尺寸与实际需要的尺寸将相差一个刀具半径值或者一个刀具直径值。此外，在零件加工时，有时还需要考虑加工余量和刀具磨损等因素的影响。因此，刀具轨迹并不是零件的实际轮廓，在内轮廓加工时，刀具中心向零件内偏离一个刀具半径值；在外轮廓加工时，刀具中心向零件外偏离一个刀具半径值。若还要留加工余量，则偏离的值还要加上此预留量。考虑刀具的磨损因素，偏离的值还要减去磨损量。在手工编程使用平底刀或侧向切削时，必须加上刀具半径补偿值，此值可以在机床上设定。程序中调用刀具半径补偿的指令为G41/G42 D_。使用自动编程软件进行编程时，其刀位计算时已经自动加进了补偿值，所以无须在程序中添加。
根据加工情况，有时不仅需要对刀具半径进行补偿，还要对刀具长度进行补偿。如铣刀用过一段时间以后，由于磨损，长度会变短，这时就需要进行长度补偿。铣刀的长度补偿与控制点有关。一般用一把标准刀具的刀头作为控制点，则该刀具称为零长度刀具。如果加工时更换刀具，则需要进行长度补偿。长度补偿的值等于所换刀具与零长度刀具的长度差。另外，当把刀具长度的测量基准面作为控制点，则刀具长度补偿始终存在。无论用哪一把刀具，都要进行刀具的绝对长度补偿。程序中调用长度补偿的指令为G43 H_。G43是刀具长度正补偿，H_是选用刀具在数控机床中的编号。使用G49可取消刀具长度补偿。刀具的长度补偿值也可以在设置机床工作坐标系时进行补偿。在加工中心机床上刀具长度补偿的使用，一般是将刀具长度数据输入机床的刀具数据表中，当机床调用刀具时，自动进行长度的补偿。
加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及相互位置）与理想几何参数符合的程度（分别为尺寸精度、形状精度及相互位置精度）。其符合程度越高，精度越高。反之，两者之间的差异即为加工误差。如图1-34所示，加工后的实际加工面与理论加工面之间存在着一定的误差。所谓“理想几何参数”是一个相对的概念，对尺寸而言，其配合性能是以两个配合件的平均尺寸造成的间隙或过盈考虑的，故一般以给定几何参数的中间值代替。而对于理想形状和位置，则应为准确的形状和位置。可见，“加工误差”和“加工精度”仅仅是评定零件几何参数准确程度这一个问题的两个方面而已。实际生产中，加工精度的高低往往是以加工误差的大小来衡量的。在生产中，任何一种加工方法不可能也没必要把零件做得绝对准确，只要把这种加工误差控制在性能要求的允许（公差）范围之内即可，通常称之为“经济加工精度”。
数控加工的特点之一就是具有较高的加工精度，因此，对于数控加工的误差必须加以严格控制，以达到加工要求。
由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统（简称工艺系统）会有各种各样的误差产生，这些误差在具体的工作条件下会以不同的方式（或扩大、或缩小）反映为工件的加工误差。工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差及测量误差等。
在交互图形自动编程中，一般仅考虑两个主要误差：一是刀轨计算误差；二是残余高度。
刀轨计算误差的控制操作十分简单，仅需要在软件上输入一个公差带即可。而残余高度的控制则与刀具类型、刀轨形式、刀轨行间距等多种因素有关，因此其控制主要依赖于程序员的经验，具有一定的复杂性。
由于刀轨是由直线和圆弧组成的线段集合近似地取代刀具的理想运动轨迹（称为插补运动），因此存在着一定的误差，称为插补计算误差。
插补计算误差是刀轨计算误差的主要组成部分，它会造成加工不到位或过切的现象，因此是CAM软件的主要误差控制参数。一般情况下，在CAM软件上通过设置公差带来控制插补计算误差，即实际刀轨相对理想刀轨的偏差不超过公差带的范围。
如果将公差带中造成过切的部分（即允许刀具实际轨迹比理想轨迹更接近工件）定义为负公差的话，则负公差的取值往往要小于正公差，以避免出现明显的过切现象，尤其是在粗加工时。
在数控加工中，相邻刀轨间所残留的未加工区域的高度称为残余高度，它的大小决定了加工表面的表面粗糙度，同时决定了后续的抛光工作量，是评价加工质量的一个重要指标。在利用CAD/CAM软件进行数控编程时，对残余高度的控制是刀轨行间距计算的主要依据。在控制残余高度的前提下，以最大的行间距生成数控刀轨是高效率数控加工所追求的目标。
在加工塑料模具的型腔和模具型芯时，经常会碰到相配合的锥体或斜面，加工完成后，可能会发现锥体端面与锥孔端面贴合不拢，经过抛光直到加工刀痕完全消失仍不到位，通过人工抛光，虽然能达到一定的表面粗糙度标准，但同时会造成精度的损失。故需要对刀具与加工表面的接触情况进行分析，对切削深度或步距进行控制，才能保证达到足够的精度和表面粗糙度标准。
使用平底刀进行斜面的加工或者曲面的等高加工时，会在两层间留下残余高度；而用球头铣刀进行曲面或平面的加工时也会留下残余高度；用平底刀进行斜面或曲面的投影切削加工时也会留下残余高度，这种残余类同于球头铣刀作平面铣削。下面介绍斜面或曲面数控加工编程中残余高度与刀轨行间距的换算关系，以及控制残余高度的几种常用编程方法。
1. 平底刀进行斜面加工的残余高度
对于使用平底刀进行斜面的加工，以一个与水平面夹角为60°的斜面为例作说明。选择刀具加工参数：直径为8mm的硬质合金立铣刀，刀尖半径为0，走刀轨迹为刀具中心，利用等弦长直线逼近法走刀，切削深度为0.3mm，切削速度为4000r/min，进给量为500mm/min，三坐标联动，利用编程软件自动生成等高加工的NC程序。
（1）刀尖不倒角平头立铣刀加工。理想的刀尖与斜面的接触情况如图1-35所示，每两刀之间在加工表面出现了残留量，通过抛光工件，去掉残留量，即可得到要求的尺寸，并能保证斜面的角度。若在刀具加工参数设置中减小加工的切削深度，可以使表面残留量减少，抛光更容易，但加工时，NC程序量增多，加工时间延长。这种用不倒角平头刀加工状况只是理想状态，在实际工作中，刀具的刀尖角是不可能为零的，刀尖不倒角，加工刀尖磨损快，甚至产生崩刃，致使刀具无法加工。
（2）刀尖倒斜角平头立铣刀加工。实际应用时，用刀具的刀尖倒角30°，倒角刃带宽0.5mm的平头立铣刀进行加工。刀具加工的其他参数设置同上，加工表面残留部分不仅包括（1）中的残留部分，而且增加了刀具被倒掉的部分形成的残留余量aeb，这样，使得表面残留余量增多，其高度为e与理想面之间的距离ed，如图1-36所示。
而人工抛光是以e、f为参考的，去掉e、f之间的残留（即去掉刀痕），则所得表面与理想表面仍有ed距离，此距离将成为加工后存在的误差，即工件尺寸不到位，这就是锥体端面与锥孔端面贴合不拢的原因。若继续抛光，则无参考线，不能保证斜面的尺寸和角度，导致注塑时产品产生飞边。
（3）刀尖倒圆角平头立铣刀加工。将刀具的刀尖倒角磨成半径为0.5mm的圆角，刃带宽0.5mm的平头立铣刀进行加工，发现切削状况并没有多大改善，而且刀尖圆弧刃磨时控制困难，实际操作中一般较少使用，如图1-37所示。
通过以上分析可知：在使用平底刀加工斜面时，不倒角刀具的加工是最理想的状况，抛光去掉刀痕即可得到标准斜面，但刀具极易磨损和崩刃。实际加工中，刀具不可不倒角。而倒圆角刀具与倒斜角刀具相比，加工状况并没有多大改进，且刀具刃磨困难，实际加工时一般很少用。在实际应用中，倒斜角立铣刀的加工是比较现实的。改善加工状况，保证加工质量有以下方法。
（1）刀具下降：刀尖倒斜角时，刀具与理想斜面最近的点为e，要使e点与理想斜面接触，即e点与a点重合，刀具必须下降ea距离，这可以通过准备功能代码G92位置设定指令实现。这种方法适用于加工斜通孔类零件。但是，当斜面下有平台时，刀具底面会与平台产生干涉而过切。
（2）采用刀具半径补偿：在按未倒角平头立铣刀生成NC程序后，将刀具做一定量的补偿，补偿值为距离ed，使刀具轨迹向外偏移，从而得到理想的斜面。这种方法的思想源于倒角刀具在加工锥体时实际锥体比理想锥体大了，而加工锥孔时，实际锥孔比理想锥孔小了，相当于刀具有了一定量的磨损，而进行补偿后，正好可以使实际加工出的工件是所要求的锥面或斜面。但是这种加工方式只能在没有其他侧向垂直的加工面时使用，否则，其他没有锥度的加工面将过切。
（3）偏移加工面：在按未倒角平头立铣刀生成NC程序前，将斜面LC向E点方向偏移ed距离，再编制NC程序进行加工，从而得到理想的斜面。这种方法先将锥体偏移一定距离使之变小，将锥孔偏移一定距离使之变大，再生成NC程序加工，从而使实际加工出的工件正好是所要求的锥面或斜面。
2. 用球头铣刀进行平面或斜面加工时的残余高度控制
在曲面精加工中更多采用的是球头铣刀，以下讨论基于球头铣刀加工的行距换算方法。图1-33所示为刀轨行距计算中最简单的一种情况，即加工面为平面。
这时，刀轨行距与残余高度之间的换算公式为
其中，h，l分别表示残余高度和刀轨行距。
在利用CAD/CAM软件进行数控编程时，必须在行距或残余高度中任设其一，其间关系就是由上式确定的。
同一行刀轨所在的平面称为截平面，刀轨的行距实际上就是截平面的间距。对曲面加工而言，多数情况下被加工表面与截平面存在一定的角度，而且在曲面的不同区域有着不同的夹角，从而造成同样的行距下残余高度大于图1-38所示的情况，如图1-39所示。
图1-39中尽管在CAD/CAM软件中设定了行距，但实际上两条相邻刀轨沿曲面的间距l'（称为面内行距）却远大于l。而实际残余高度h'也远大于图1-39所示的h。其间关系为
由于现有的CAD/CAM软件均以图1-33所示的最简单的方式做行距计算，并且不能随曲面的不同区域的不同情况对行距大小进行调整，因此并不能真正控制残余高度（即面内行距）。这时，需要编程人员根据不同加工区域的具体情况灵活调整。
对于曲面的精加工而言，在实际编程中控制残余高度是通过改变刀轨形式和调整行距来完成的。有两种方法：一种是斜切法，即截平面与坐标平面呈一定夹角（通常为45°），该方法的优点是实现简单快速，但有适应性不广的缺点，对某些角度复杂的产品就不适用。另一种是分区法，即将被加工表面分割成不同的区域进行加工。该方法不同区域采用了不同的刀轨形式或者不同的切削方向，也可以采用不同的行距，修正方法可按上式进行。这种方式效率高且适应性好，但编程过程相对复杂一些。
