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数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。
在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择；数控加工工艺性分析；数控加工工艺路线的设计。
对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业的实际情况，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。
1．适于数控加工的内容
在选择数控加工工艺内容时，一般可按下列顺序考虑：
● 通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；
● 通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；
● 通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在剩余加工能力时选择。
2．不适于数控加工的内容
一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：
● 占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；
● 加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；
● 按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。
此外在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。
被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。
1．尺寸标注应符合数控加工的特点
在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。
2．几何要素的条件应完整、准确
在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时，要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时，要计算出每个结点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚的情况，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一定要仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。
3．定位基准可靠
在数控加工中，加工工序往往比较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图 2-17a所示的零件，为增加定位的稳定性，可在底面增加一个工艺凸台，如图 2-17b所示。在完成定位加工后再除去即可。
图 2-17 工艺凸台的应用
4．统一几何类型及尺寸
零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序，以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。
数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别，在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其他加工工艺衔接好。常见的数控加工工艺一般流程如图 2-18 所示。
图 2-18 数控加工工艺的一般流程
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
有些零件虽然能一次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正，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。
零件采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，也要根据实际需要和生产条件来确定，要力求合理。
加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹进的需要来考虑，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：
● 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。
● 先进行内型腔加工工序，后进行外型腔加工工序。
● 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。
● 以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好进行连接，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。
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，它不但包括了工序的内容，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。
加工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：
● 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；
● 使走刀路线最短。
铣削不同的轮廓时，采用的切削方式也不同，具体说明如下。
1．寻求最短加工路线
如图 2-19 所示为零件上的孔系。图a的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用图b的走刀路线，可减少空刀时间，能节省近一倍的定位时间，提高了加工效率。
图 2-19 寻求最短加工路线
2．最终轮廓一次走刀完成
为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。
图2-20a为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用图 2-20b的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，能获得较好的效果。图 2-20c也是一种较好的走刀路线方式。
图 2-20 一次走刀完成的 3 种路线
3．选择切入切出方向
如图 2-21 所示，当铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。将刀具切入工件时，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，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，如图 2-22 所示。当内部几何元素相切无交点时，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 2-21 外轮廓铣削
图 2-22 内轮廓铣削
图 2-23 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。
铣削内整圆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 2-24 所示，这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量。
图 2-23 铣削外整圆
图 2-24 铣削内整圆
对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。
编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时，要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作日的工作时间。
背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。
编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量、刀具耐用度，选择合适的切削速度。表 2-1 列出了车削加工时的选择切削条件的参考数据。
表 2-1 车削加工的切削速度
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编程方便，对刀误差小，加工时检查方便、可靠等。
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 2-25 所示。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， X 1=0， Y 1=0。
图 2-25 对刀点的选择
对刀点尽可能选择在零件的设计基准或者工艺基准上，这样能保证零件的精度要求。在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。
“刀位点”是指刀具的定位基准点。如图 2-26 所示，圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。
图 2-26 刀位点
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。起止高度要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，刀具将先提刀到安全平面，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 将刀抬到安全高度进行转移，而使用G99 就将直接移动，不抬刀到安全高度，如图2-27 所示。
图 2-27 高度与安全高度
刀具的补偿包括长度补偿、半径补偿。
1．半径补偿
刀具半径尺寸对铣削加工影响最大，在零件轮廓铣削加工时，刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径补偿功能，如图 2-28 所示。
2．长度补偿
在实际加工当中刀具的长度不统一、刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，编程人员不必考虑刀具的实际长度及对程序的影响。可以通过使用刀具长度补偿指令来解决问题，在程序中使用补偿，并在数控机床上用MDI方式输入刀具的补偿量，就可以正确加工了。当刀具磨损时，只要修正刀具的长度补偿量即可，而不必调整程序或刀具的加持长度，如图 2-29 所示。
图 2-28 刀具半径补偿
图 2-29 刀具长度补偿
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同，称为顺铣，如图 2-30（a）所示。铣刀旋转方向与工件进给方向相反，称为逆铣，如图 2-30（b）所示。
图 2-30 铣刀的逆铣和顺铣
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，以提高被加工零件表面的光洁度（降低粗糙度），保证尺寸精度。但在切削面上有硬质层、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。
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，降低了刀具的耐用度，影响工件表面的光洁度，给切削带来不利。逆铣时，刀齿由下往上（或由内往外）切削。
对于有多个凸台或者凹槽的零件做等高切削时，形成不连续的加工区域，其加工顺序可有两种选择。
1．层优先
层优先时生成的刀路轨迹是将这一层即同一高度内的所有内外型加工完以后，再加工下一层，也就是所有被加工面在某一层（相同的Z值）加工完以后，再下降到下一层。刀具会在不同的加工区域之间跳来跳去。
2．区域优先
则在加工凸台或者凹槽时，先将这部分的形状加工完成，再跳到其他部分。也就是逐个区域进行加工，将某一连续的区域加工完成后，再加工另一个边续的区域。
层优先的特点是各个凸台或者凹槽最后获得的加工尺寸一致，但是其表面光洁度不如区域优先加工，同时其不断抬刀也将消耗一定的时间。在粗加工时，一般使用区域优先；精加工对各个凸台或者凹槽的尺寸一致性要求较高时，应采用层优先。