數(shù)控發(fā)展趨勢

數(shù)控技術(shù)的基本知識(shí)

和現(xiàn)代數(shù)控的發(fā)展方向

第一部分

數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.1數(shù)控與數(shù)控機(jī)床1.概念

◆數(shù)控:

數(shù)字控制（NC—NumericalControl）,以數(shù)字化信息對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。NC已成為數(shù)控加工的專用術(shù)語。

◆數(shù)控技術(shù)：用數(shù)控機(jī)床（數(shù)控設(shè)備）進(jìn)行自動(dòng)化加工的一種技術(shù)，它綜合應(yīng)用了多種學(xué)科的知識(shí)。◆數(shù)控機(jī)床：是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備，是柔性自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)的基本單元。

●數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，其技術(shù)水平和普及程度是衡量國家綜合國和工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。

●CNC與CAD/CAM/CAPP/關(guān)系:通訊

▼CAD:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign)

▼CAM:計(jì)算機(jī)輔助制造(ComputerAidedMaunfacturng)

▼CAE:計(jì)算機(jī)輔助工程(ComputerAidedEngineering)CADCAMCAE范疇劃分●CNC與現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng)關(guān)系:CNC用在制造系統(tǒng)中

CNC：DNC–FMC–FMS–CIMS–FA

并行工程、敏捷制造、數(shù)字化制造、智能制造、網(wǎng)絡(luò)制造、綠色制造、納米制造、高速加工等等。初步設(shè)計(jì)分析模擬詳細(xì)設(shè)計(jì)制圖生產(chǎn)準(zhǔn)備工藝設(shè)計(jì)NC編程機(jī)器人編程制

造NC加工裝配檢驗(yàn)產(chǎn)品CAECADCAMCAD/CAMCAD/CAM/CAE廣義CAD廣義CAM廣義CAD/CAMCAPP◆為什么補(bǔ)用數(shù)學(xué)函數(shù)直接插補(bǔ)？

①計(jì)算費(fèi)時(shí)間

，不能滿足實(shí)時(shí)控制的要求；

②有的被加工輪廓用列表點(diǎn)表示的，沒用數(shù)學(xué)公式；

③數(shù)控加工時(shí)運(yùn)動(dòng)不能突變，要滿足加速度的要求。第四部分

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向4.1數(shù)控技術(shù)總的發(fā)展趨勢

當(dāng)代，數(shù)控技術(shù)的典型應(yīng)用是FMC/FMS/CIMS，其發(fā)展方向是高速化、高精度化、高效加工、多功能化、小型化、復(fù)合化、開放化和智能化以及數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。目前的動(dòng)向是:

開放式數(shù)控系統(tǒng)、高速加工系統(tǒng)。

4.2

新的數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)

STEP-NC

4.2.1STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生及概念1.產(chǎn)生：數(shù)控發(fā)展已50多年了，編程還在采用G、M代碼、地址字的程序格式（ISO6983），它是面向運(yùn)動(dòng)和開關(guān)控制的語言。限制了CNC系統(tǒng)的開放性和智能化發(fā)展的需要，使CNC與CAM技術(shù)之間形成了瓶頸。體現(xiàn)不出IT技術(shù)與MT技術(shù)的結(jié)合：CAD/CAM/CAE/PDM…限制了制造業(yè)的發(fā)展。為此國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定了“產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)”STEP（StandardfortheExchangeofProductModelData）

（ISO10303）產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)STEP，是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，將此擴(kuò)展到數(shù)控領(lǐng)域，形成了STEP-NC新標(biāo)準(zhǔn)（ISO-14649）

2.STEP-NC數(shù)據(jù)模型

STEP-NC為“新型的CNC控制器數(shù)據(jù)模型”標(biāo)準(zhǔn)，它是從CAM到CNC的數(shù)據(jù)模型。STEP、STEP-NC是中性的,采用面向?qū)ο蟮恼Z言:EXPRESS,以面向?qū)ο蟮男问綄a(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息與制造信息聯(lián)系起來，

STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)能進(jìn)行CAD/CAM與CNC一體化的加工。STEP-NC為CNC系統(tǒng)重新規(guī)定CAD/CAM與CNC之間的接口，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。要求CNC系統(tǒng)直接使用符合STEP

標(biāo)準(zhǔn)的CAD三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型（包括工件幾何數(shù)據(jù)、設(shè)置、制造特征信息、工藝信息和刀具信息），而直接產(chǎn)生的加工程序用來控制機(jī)床。3.STEP-NC研制情況STEP-NC是當(dāng)前世界各國正在開展的研究項(xiàng)目。歐洲、美國（SuperModel項(xiàng)目）、韓國、日本（DigitalSater項(xiàng)目）都在積極的進(jìn)行，而且關(guān)于STEP-NC的研究已取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。法那科、西門子數(shù)控系統(tǒng)公司都宣布將執(zhí)行STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)。4.2.2STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容

STEP-NC定義了一個(gè)新的應(yīng)用協(xié)議AP-238，作為CAM與CNC之間數(shù)據(jù)交換的具體規(guī)范。1.

AP-238

AP-238包括從產(chǎn)品概念到成品（零件）全過程所需的全部信息。其中有：三維幾何信息--AP-203/AP214；特征信息---AP-224；工藝信息（如車、銑、放電加工等）--AP-219；檢測信息---AP-219等等。

2.

STEP-NC

標(biāo)準(zhǔn)（草案）內(nèi)容：有關(guān)基本規(guī)則與銑削加工的標(biāo)準(zhǔn)（草案）已完成，包括：基本概念和規(guī)則（Part1）；通用數(shù)據(jù)（Part10）；數(shù)控銑削加工工藝（Part11）；刀具、銑削刀具（Part111）等。正在制定的STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)有：數(shù)控車削加工（Part12）；放電加工（Part13）；木材和玻璃加工（Part14）；檢測（Part15）等。3.標(biāo)準(zhǔn)通用數(shù)據(jù)

包括二大部分:工件（Workpiece，指成品）和工作計(jì)劃（Workplan）。工件上需去除的材料的區(qū)域由一系列加工特征（Machining-feature）定義。工作計(jì)劃包括若干工作步驟（Workingstep）。工作步驟將具體的加工特征（如平面、復(fù)雜曲面、孔等）與具體的操作（Machining-operation）聯(lián)系起來。操作（operation）本身是ISO-14649定義的一個(gè)面向的概念，涉及加工方法、刀具、刀軌、工藝策略等。4.2.3STEP-NC數(shù)控程序結(jié)構(gòu)1.STEP-NC數(shù)控程序編制的原則：

采用了ISO-10303數(shù)據(jù)格式和面向特征的編程原則。以工作步驟為加工流程的的基本單位。將特征與技術(shù)信息聯(lián)系到一起。每個(gè)工作步驟只定義一個(gè)具體操作（干什么、如何干、只能用一種刀具和一種策略）

2.程序結(jié)構(gòu)：程序結(jié)構(gòu)分為文件頭和數(shù)據(jù)段

文件頭以HEADER為標(biāo)記，主要說明文件名、編程者、日期以及注釋等。

數(shù)據(jù)以DATA開始，包含了加工零件所需的所有信息和操作任務(wù)。根據(jù)規(guī)定，首先要有一個(gè)PROJECT語句。

其后的內(nèi)容可分為三部分：

工作與可執(zhí)行語句（Executable，包括工作步驟、一般NC功能如信息顯示等、流程控制）。

技術(shù)描述（刀具、機(jī)床功能、加工策略等）

幾何描述（幾何數(shù)據(jù)、加工特征等）

ENDSEC為程序結(jié)束標(biāo)志。3.例子（西門子公司司開發(fā)的,其其中的斜體為為特意加入的的說明)：HEADER;文件頭部開始語句…ENDSEC;文件頭部分結(jié)束DATA;數(shù)據(jù)段開始#1=PROJECT(Workplan#10);#1規(guī)劃由工作計(jì)劃#10完成#10=Workplan(#20,#35,…);#10包括：：#20工步步、#35工工步、……#20=Machining-Workingstep(,#21(feature),#22(Machining);#20為加工工工步，包括括：#21加工特征、、#22加加工操作#21=Roundhole(‘‘HoleM6’’,,……);被加工的是M6‥,圓周孔#22=Drilling(#(Tool),,,#(technology),#(Machine-functions);鉆削加工（刀刀具、工藝、、機(jī)床功能））…#35=Machining-Workingstep(…);#35為加工工工步…其它加工工步ENDSEC;程序結(jié)束（數(shù)據(jù)段）說明：文件程程序名、編編者、日期、、注釋4.STEP-NC特點(diǎn)：廢棄了傳統(tǒng)的的數(shù)控程序，，無后置處理，，無G、M代碼。。ISO14649的目目標(biāo)為：①改進(jìn)CAD/CAM系系統(tǒng)與CNC控制器之間間的連接，數(shù)數(shù)據(jù)傳遞。不采用刀具運(yùn)運(yùn)動(dòng)編程，而而采用工作步步驟面向?qū)ο笙蟮母拍睢９すぷ鞑襟E相應(yīng)于于高級特征和和過程參數(shù)。。CNC對工作作步驟解析為坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)和刀具的動(dòng)動(dòng)作。②數(shù)據(jù)模塊必須須包括所有的的復(fù)雜級別（（從加工時(shí)，，指令的CAD幾何數(shù)據(jù)到離離散值的簡單單軸運(yùn)動(dòng)）。。③CNC程序序設(shè)想可以放放在新開發(fā)的的CNC控制制器上,也也可能放在分離的支持和和改進(jìn)現(xiàn)有CNC控制器器的高級系統(tǒng)統(tǒng)上（包括各各種網(wǎng)絡(luò)）。④對于數(shù)控程序序的新標(biāo)準(zhǔn)將將提供機(jī)床操操作者更多的的柔性、功能能、統(tǒng)計(jì)表的編輯輯定義、相關(guān)關(guān)控制和幾何何過程的修正正。⑤新標(biāo)準(zhǔn)允許操操作者因?yàn)閷Ｓ脵C(jī)床和技技術(shù)，而執(zhí)行行專門的功能能。⑥對于最終用戶戶新的標(biāo)準(zhǔn)提提供統(tǒng)一的編編程格式，使使程序準(zhǔn)備更更快、更廉價(jià)。。⑦較少的后置處處理，而且更更標(biāo)準(zhǔn)化。在在數(shù)控編程級級CAD/CAM系統(tǒng)和NC系系統(tǒng)之間的數(shù)數(shù)據(jù)交換將更更方便。4.2.3STEP-NC為計(jì)算機(jī)數(shù)控控（CNC））提供的發(fā)展展空間STEP-NC的發(fā)展使得STEP標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展到自自動(dòng)化加工的的底層設(shè)備，，建立了一條條貫穿整個(gè)制制造過程的高高速公路。將將影響相關(guān)的的CAX技術(shù)（CAD、CAPP、CAM、CAE、PDM、ERP等）、刀具具、機(jī)床、、夾具、先先進(jìn)生產(chǎn)模模式等。主主要有以下下幾方面：：⑴數(shù)控編編程界面；；⑵數(shù)控系系統(tǒng)的開放放性；⑶數(shù)控系系統(tǒng)的智能能化；⑷CAM和CNC之間的功功能重新劃劃分（嵌入入式CAM）；⑸加工質(zhì)質(zhì)量和效率率，CNC改變被動(dòng)動(dòng)執(zhí)行者的的地位；⑹數(shù)據(jù)共共享與網(wǎng)絡(luò)絡(luò)制造。4.3開開放式數(shù)數(shù)控（OPENCNC））4.3.1開放數(shù)控控的產(chǎn)生和和發(fā)展：1.產(chǎn)生的的原因當(dāng)今的CNC控制器器是個(gè)黑匣匣子，封閉閉保密，制制造廠和用用戶不能把特殊加加工工藝、、管理經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)和操作技技能等放進(jìn)進(jìn)去，要求求透明，因此需需要開放結(jié)結(jié)構(gòu)的數(shù)控控系統(tǒng)?，F(xiàn)在的CNC技術(shù)（（其核心為為CNC控控制器和驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)））及結(jié)構(gòu)為專用的軟軟硬件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于PC的主流流技術(shù)。升升級困難，，各廠家產(chǎn)品不兼兼容，成本本高。用戶界面不不靈活，網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能弱弱，系統(tǒng)維維護(hù)培訓(xùn)昂昂貴。2.發(fā)展展情況：美國：OMAC1981年，國防部部為了減少少軍備制造造對日本控控制系統(tǒng)的的依賴性，開始始了一項(xiàng)名名為“下一一代控制器器（NGC）”的計(jì)劃劃，并成立了““美國國家家科學(xué)制造造中心”，，該計(jì)劃于于1991年終止，完成了了“開放式式系統(tǒng)體系系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)（SOSAS）”。1995年，在NGC的基基礎(chǔ)上，由由美國國防部部資助又開開始了由20個(gè)公司合作作的“OASAY”計(jì)劃，目目的是建立立8個(gè)控制器并并在6個(gè)不同的系系統(tǒng)平臺(tái)上上測試這8個(gè)控制器。。1994年年美國汽車工工業(yè)為了解解決自身發(fā)發(fā)展過程中中碰到的一一系列問題，由由克萊斯勒勒、福特和和通用三家家大汽車公公司開始了一項(xiàng)名為：“開放式模塊塊化體系結(jié)結(jié)構(gòu)控制器器（OMAC-OpenModularArchitectureControls）”的計(jì)劃。歐洲：OSACA1992年在歐洲，啟啟動(dòng)了一項(xiàng)項(xiàng)“自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)中控制器器的開放系統(tǒng)體系結(jié)結(jié)構(gòu)（OSACA-OpenSystemArchitectureforControlswithinAutomationSystems）”的聯(lián)合計(jì)劃。。由22家歐州的機(jī)床床生產(chǎn)商、、控制開發(fā)發(fā)商、控制制集成商和和研究機(jī)構(gòu)構(gòu)參加，后來擴(kuò)擴(kuò)大到27名會(huì)員。。日本：OSEC1995年日本六家家公司:東芝機(jī)器制制造公司、、豐田機(jī)器器廠、MAZAK公司、日本本IBM、三菱電子子公司和SML公司共同實(shí)實(shí)施了“控制器開開放系統(tǒng)環(huán)環(huán)境計(jì)劃。OSEC-OpenSystemEnvironmentforControllers”的計(jì)劃。OMAC、、OSACA、OSEC是在當(dāng)前開開放式控制制系統(tǒng)領(lǐng)域域內(nèi)有很大影響響的三個(gè)計(jì)計(jì)劃。這幾大開放數(shù)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)劃正正在執(zhí)行中，已有了了自己的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和樣機(jī)機(jī)產(chǎn)品。4.3.2開放性性：開放式數(shù)控控系統(tǒng)，不不但要求模模塊化、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化(用用戶界面、圖形顯顯示、動(dòng)態(tài)態(tài)仿真、數(shù)數(shù)控編程、、故障診斷斷、網(wǎng)絡(luò)通通訊)，而且對實(shí)時(shí)時(shí)性和可靠靠性要求很很高。其特特點(diǎn)：①可移植性：在在保持應(yīng)用用模塊功能能的情況下下，不需任任何變化就就可以應(yīng)用到到不同的平平臺(tái)上。②可擴(kuò)展性：不不同的模塊塊能運(yùn)行于于一個(gè)平臺(tái)臺(tái)，而不出出現(xiàn)沖突。。③互操作性：：模塊在一一起工作時(shí)時(shí)，表現(xiàn)為為相互協(xié)調(diào)調(diào)，可以根根據(jù)定義相互交交換數(shù)據(jù)。。④可維護(hù)性：：用戶修方方便。⑤統(tǒng)一的人機(jī)機(jī)界面。4.3.3結(jié)構(gòu)構(gòu)：目前開放的的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)有3種：①基于PC的的CNC系系統(tǒng)（軟數(shù)數(shù)控：SoftCNC）：以PC機(jī)為為平臺(tái)，數(shù)數(shù)控功能由由軟件模塊塊實(shí)現(xiàn)，但但要決實(shí)時(shí)時(shí)性的問題。運(yùn)動(dòng)動(dòng)執(zhí)行通過過伺服卡傳傳遞數(shù)據(jù)，，由伺服系系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)坐坐標(biāo)軸電機(jī)。全方位開放放。①基于PC的的CNC系系統(tǒng)（軟數(shù)數(shù)控：SoftCNC）：以PC機(jī)為為平臺(tái)，數(shù)數(shù)控功能由由軟件模塊塊實(shí)現(xiàn)，但但要決實(shí)時(shí)時(shí)性的問題。運(yùn)動(dòng)動(dòng)執(zhí)行通過過伺服卡傳傳遞數(shù)據(jù)，，由伺服系系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)坐坐標(biāo)軸電機(jī)。全方位開放放。②PC嵌入式式:把一塊塊多軸運(yùn)動(dòng)動(dòng)控制卡插插入傳統(tǒng)的的PC中，，運(yùn)動(dòng)卡運(yùn)行以以坐標(biāo)標(biāo)軸運(yùn)運(yùn)動(dòng)為為主的的實(shí)時(shí)時(shí)控制制（作作為數(shù)數(shù)控功功能運(yùn)運(yùn)行））。PC作作為人人機(jī)接接口平平臺(tái)。。易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，研研究單單位和和高校校。③PC+CNC（融合合系統(tǒng)統(tǒng)）：：專業(yè)廠廠家認(rèn)認(rèn)為CNC系統(tǒng)統(tǒng)最主主要功功能是高高速、、高精精加工工和可可靠性性，向向PC在的的死機(jī)機(jī)現(xiàn)象象是不不允許許的。已已生產(chǎn)產(chǎn)的大大量CNC系統(tǒng)統(tǒng)在體體系結(jié)結(jié)構(gòu)上上變化化，對對維修修和可可靠性不不利。。故采采取了了：增增加一一塊PC板板，提提供鍵鍵盤，，使PC與CNC聯(lián)系在在一起起的方方案。?？山缃缑骈_開放，，提高高人機(jī)機(jī)界面面的功功能。專業(yè)CNC系統(tǒng)統(tǒng)廠家家（如如fanuc，，siemens等等）現(xiàn)現(xiàn)在都都這樣樣做。。4.4CNC控制器器的發(fā)發(fā)展趨趨勢4.4.1多坐坐標(biāo)、、多通通道控控制。。FANUC30i-MODELA：：十個(gè)通通道，，40個(gè)軸軸（32個(gè)個(gè)進(jìn)給給軸、、8個(gè)個(gè)主軸軸）聯(lián)動(dòng)軸軸數(shù)24/每通通道。。3個(gè)PMC通道。。最大大I/O點(diǎn)數(shù)4096/4096PMC基本命命令速速度25ns。最大預(yù)預(yù)讀程程序段段：1000段段。(適合合作為為大型型自動(dòng)動(dòng)機(jī)床床、復(fù)復(fù)合機(jī)機(jī)床、、多頭頭機(jī)床床的控控制器器)4.4.2高高速高高精、、低速速高精精加工工功能能1.新新功能能前饋控控制。。補(bǔ)償由由于反反饋滯滯后所所產(chǎn)生生的誤誤差，，提高高加工工精度度。進(jìn)給率率和加加減速速曲線線控制制。減少加加減速速滯后后所產(chǎn)產(chǎn)生的的誤差差。前瞻控控制。。在程序序執(zhí)行行前，，對運(yùn)運(yùn)動(dòng)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行計(jì)計(jì)算處處理和和多段段緩沖，，從而而控制制刀具具以很很小的的誤差差進(jìn)行行高速速運(yùn)動(dòng)動(dòng)。平滑運(yùn)運(yùn)行的的高精精度輪輪廓控控制。。對指令令的實(shí)實(shí)時(shí)識(shí)識(shí)別，，最佳佳的控控制速度度、加加速度度、加加加速速度，，使加加工保保持最最佳狀狀態(tài)。。數(shù)字濾濾波器器技術(shù)術(shù)。用以消消除機(jī)機(jī)械諧諧振，，提高高伺服服系統(tǒng)統(tǒng)的位位置增益。。高精高高速進(jìn)進(jìn)給伺伺服系系統(tǒng)、、高精精高速速主軸伺服系系統(tǒng)。。高增益益的驅(qū)驅(qū)動(dòng)器器、控控制單單元、、電機(jī)機(jī)；提高編編碼器器的分分辨率率，1600萬萬/轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)；直線伺伺服電電機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)，，提高高進(jìn)給給剛度度；對對于直直線電電機(jī)，，設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)字濾波波器以以避免免直接接驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)械械帶來來的多多點(diǎn)諧諧振。。主軸采采用交交流同同步伺伺服電電機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)時(shí)時(shí)，高高增益益控制制、無無齒槽槽效應(yīng)高分分辨率率電機(jī)機(jī)，使使主軸軸低速速時(shí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大大、精精度高高；采采用交交流異步高高分辨辨率伺伺服電電機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)時(shí)時(shí)，高高速度度高精精度。。納米控控制：在系統(tǒng)統(tǒng)檢測測分辨辨率為為1m時(shí)，，插補(bǔ)補(bǔ)分辨辨率為為1nm。。采取措措施：：CNC內(nèi)內(nèi)部計(jì)計(jì)算以以納米米或更更小的的單位位計(jì)算算，使使誤最最小化；；高精精度的的交流流數(shù)字字伺服服控制制；很很高的的電流流檢測測精度度；相應(yīng)的的硬件件（RISC芯芯片））。納米平平滑功功能：：以納納米為為單位位評估估原始始曲線線，圓圓整指指令公公差。。使加工工自由由曲面面時(shí)，，減小小或消消除程程序段段之間間出現(xiàn)現(xiàn)的條條紋。。NURBS插補(bǔ)補(bǔ)。4.4.3五五軸加加工和和復(fù)雜雜加工工功能能；五軸加加工工工藝合合理，，對三三維曲曲面加加工可可充分分利用用刀具具的最佳幾幾何形形狀進(jìn)進(jìn)行切切削，，在復(fù)復(fù)雜形形狀的的高速速高精精加工工中，，可以提高高效率率提高高光潔潔度。。五軸加加工的的機(jī)械械配置置有刀刀具旋旋轉(zhuǎn)方方式、、工作作臺(tái)旋旋轉(zhuǎn)方方式及它們們的混混合方方式。。五軸軸加工工功能能要滿滿足各各種配配置。。功能為為：刀具軸軸方向向的長長度補(bǔ)補(bǔ)償。。五軸加加工刀刀具中中心點(diǎn)點(diǎn)控制制。五軸加加工刀刀具半半徑補(bǔ)補(bǔ)償。。三維圓圓弧插插補(bǔ)，，可以以指定定傾斜斜平面面內(nèi)的的圓弧弧。五軸加加工刀刀具中中心點(diǎn)點(diǎn)控制制。傾斜加加工指指令。。五軸加加工用用手動(dòng)動(dòng)進(jìn)刀刀。4.4.4數(shù)控控智能能、環(huán)環(huán)保、、安全全技術(shù)術(shù)1.智智能能1）智能技技術(shù)隨著人人工智智能在在計(jì)算算機(jī)領(lǐng)領(lǐng)域的的不斷斷滲透透和發(fā)發(fā)展,數(shù)控系系統(tǒng)的智能能化將將不斷斷提高高。主主要為為：①應(yīng)用自自適應(yīng)應(yīng)控制制（AdaptiveControl）技術(shù)術(shù)數(shù)控系系統(tǒng)檢檢測加加工過過程中中的一一些重重要信信息，，并自自動(dòng)調(diào)調(diào)整系系統(tǒng)的的有關(guān)關(guān)參數(shù)數(shù)，達(dá)達(dá)到改改進(jìn)系系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行狀狀態(tài)的的目的的。②引入專專家系系統(tǒng)指指導(dǎo)加加工將熟練工人和和專家的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，加工的一一般規(guī)律與特特殊規(guī)律存入入系統(tǒng)中，以以工藝參數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐撐，建立具有有人工智能的的專家系統(tǒng)。。當(dāng)前已開發(fā)發(fā)出模糊邏輯輯控制和帶自自學(xué)習(xí)功能的的人工神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系系統(tǒng)和其它數(shù)數(shù)控加工系統(tǒng)統(tǒng)。③引入故障診斷斷專家系統(tǒng)④智能化伺服驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置可以通過自動(dòng)動(dòng)識(shí)別負(fù)載而而自動(dòng)調(diào)整參參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)獲得最最佳的運(yùn)行狀狀態(tài)。2）智能技術(shù)術(shù)應(yīng)用機(jī)床的智能化化不僅可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、、遠(yuǎn)程服務(wù)，，而且使機(jī)床床融合了信息息技術(shù)和管理理技術(shù)。①日本Mazak公司的Integrexe系列列車銑中心為為五軸聯(lián)動(dòng)（（X、Y、Z、、B、C）。可通過開放式式CNC系統(tǒng)統(tǒng)與公司的e塔式信息中中心交換數(shù)據(jù)據(jù)，從局域網(wǎng)下下載零件圖紙紙、加工程序序，對零件加加工過程進(jìn)行行監(jiān)控、錄像像，以便對加加工中心出現(xiàn)現(xiàn)的問題進(jìn)行行檢查分析。。機(jī)床采用的信信息技術(shù)為操操作者和管理理者提供了廣廣泛支持。包包括：顯示生生產(chǎn)進(jìn)度（用用CCD攝像像頭和特有的的結(jié)構(gòu)監(jiān)控））、輔助操作作者改善機(jī)床床的操作、使使機(jī)床由報(bào)警警狀態(tài)快速恢恢復(fù)正常、顯顯示加工完成成情況報(bào)告（（通過移動(dòng)電電話）、機(jī)床床報(bào)警通知、、時(shí)間顯示、、加工完成時(shí)時(shí)間、要求維維護(hù)保養(yǎng)通知知等等。機(jī)床還有指紋紋識(shí)別系統(tǒng)，，機(jī)床可進(jìn)行行車、銑、鉆鉆、熱處理、、磨等加工。。②意大利的板材材加工線編程系統(tǒng)采用用三維圖像自自動(dòng)編程，并并進(jìn)行成型工工藝仿真、監(jiān)控機(jī)床的使使用狀況、預(yù)預(yù)警維護(hù)保養(yǎng)養(yǎng)。還可以計(jì)算工工時(shí)、成本、、交貨期，通通過遠(yuǎn)程通訊訊解決用戶編編程中的難題題。2.環(huán)保環(huán)境保護(hù)越來來越受到重視視。節(jié)地、節(jié)能、、低噪聲、干干切削、無液液壓、免潤滑滑（MQL－－MinimumQuitLiquid））、是今后數(shù)數(shù)控機(jī)床發(fā)展展的新特點(diǎn)。。機(jī)床普遍采用用即堅(jiān)固美觀觀，又方便操操作的全封閉活動(dòng)罩罩門，防止切削液飛飛濺和形成油油霧。安裝油霧分離器使排除的只是是不含油的霧霧。在切削加工中中，作為重要要環(huán)保措施的的干切削，是是指在加工過過程中不使用用或極少使用用冷卻潤滑液液。干切削的技術(shù)術(shù)措施：刀具采用耐熱熱性和散熱性性良好的涂層層材料。無潤滑的解決決辦法是：采采用潤滑性能能優(yōu)異的涂層物質(zhì)、設(shè)計(jì)有利于于斷屑和排屑屑的刀具形狀狀和幾何參數(shù)數(shù)。許多機(jī)數(shù)控床床實(shí)現(xiàn)了干切切削，特別是是齒輪加工機(jī)機(jī)床很多都是干切削的。。干式切削要解解決的問題是是刀具壽命、切屑的及時(shí)時(shí)排走和價(jià)格格問題。3.安全安全分三個(gè)層層次：操作者者、機(jī)床和工工件。人的安全是通通過帶電子鎖鎖的全封閉罩罩（甚至是防防彈玻璃）和雙手操作按按鈕來保證；；在突然停電或或遇突發(fā)故障障時(shí)，刀具會(huì)會(huì)迅速與工件件分離，保證機(jī)床安全；；工件的安全通通過傳感器和和安全開關(guān)來來保證。4.4.5復(fù)復(fù)合數(shù)控控功能1.定義：復(fù)合加工是指指在同一機(jī)械械上，可以進(jìn)進(jìn)行多種工藝藝的加工。如如一圓柱體各各部位加工：：在一臺(tái)機(jī)床床上車削外圓圓、鏜內(nèi)孔、、銑圓柱面上上的溝槽等，，可提高生產(chǎn)產(chǎn)率。該機(jī)床床上要有進(jìn)行行復(fù)合加工功功能的控制系系統(tǒng)。如“車車銑加工中心心”、“銑銑車加工中心心”的數(shù)控系系統(tǒng)是銑、車車等功能的復(fù)復(fù)合。2.車銑復(fù)合合中心車銑復(fù)合中心心是由車削中中心衍生出的的車銑復(fù)合中中心。在數(shù)控控車床的托板板上增加大功功率、高轉(zhuǎn)速速的電主軸動(dòng)動(dòng)力頭。電主主軸頭除了隨隨托板作X、Z軸運(yùn)動(dòng)外，還還作垂直于X、Z平面的Y軸運(yùn)動(dòng)和繞Y軸回轉(zhuǎn)的B軸運(yùn)動(dòng)，從而而達(dá)到了車銑銑復(fù)合。奧地利WFL公司的的Millturn系列列“9軸數(shù)控車車銑復(fù)合中心心”是一種集集車削中心、、五軸加工中中心、深孔鉆鉆和三坐標(biāo)測測量機(jī)的所有有功能復(fù)合。。整機(jī)可以進(jìn)行行車、銑、鉆鉆、鏜、插、、滾齒等各種種操作?！?軸兩個(gè)五五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控控車床”該該機(jī)結(jié)構(gòu)為為臥式雙主軸軸、單刀塔。雙面面布置的兩個(gè)個(gè)主軸每個(gè)都都可作C軸旋旋轉(zhuǎn)和Z軸運(yùn)運(yùn)動(dòng)，刀塔作作X軸Y軸運(yùn)運(yùn)動(dòng)和B軸旋旋轉(zhuǎn)，刀塔上上可配24把把刀具。兩個(gè)個(gè)主軸頭可分別別與刀塔實(shí)現(xiàn)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。。“7軸排刀數(shù)數(shù)控車床”其其為臥式式雙主軸刀排排式布局，雙雙主軸均帶C軸控制，兩兩個(gè)主軸分別別配置動(dòng)力刀刀排，實(shí)現(xiàn)七七軸控制。3.銑車中心心銑車中心已系系為主，帶有有車的功能。。瑞士的銑車中中心是在立式式加工中心上上帶棒料自動(dòng)動(dòng)送料器，以以棒料為坯料料復(fù)合了車削削功能。主軸軸最高轉(zhuǎn)速為20000r/min，機(jī)床床X、Y、Z、、A、B等多軸可控。。德國的Stama、美國國的Saas也有銑車中中心。數(shù)控滾－磨機(jī)機(jī)、蝸桿－成成型磨齒機(jī)及及集自動(dòng)上下下料、檢測、、刀具對中、、磨齒及修正正砂輪于一體體的磨齒機(jī)均均為復(fù)合機(jī)床床。復(fù)合數(shù)控機(jī)床床還有：臥式鏜銑和深深孔鉆的復(fù)合合機(jī)床、板材沖和激光光切割（或等等離子切割、、火焰切割））的復(fù)合機(jī)床床。4.4.6進(jìn)進(jìn)網(wǎng)通訊功功能:以太網(wǎng)網(wǎng)、現(xiàn)場總線線、無線通訊技術(shù)。PC、CNC對多臺(tái)機(jī)床床進(jìn)行集中監(jiān)監(jiān)控和管理需需要通過網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信。傳送程程序，監(jiān)控加加工狀態(tài)，傳傳送維修數(shù)據(jù)據(jù)、進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作和和診斷，傳送送CAD/CAM數(shù)據(jù)?！，F(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)制造系統(tǒng)要求CNC系統(tǒng)有有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通訊功能。。4.4.7高高可靠性性、高安全性性；采取措施施：采用光纖通訊訊，減少電纜纜連接；采用糾錯(cuò)碼（（ECC））；采用雙檢措施施：在CNC內(nèi)嵌入多個(gè)個(gè)處理器冗余余的監(jiān)控伺服服電機(jī)、主軸電電機(jī)、與安全全相關(guān)的I/O信號，并并使用急停與與相關(guān)的I/O電路，使系系統(tǒng)安全的運(yùn)運(yùn)行和停止。。4.4.8控控制器的的開放性（開開放式數(shù)控系系統(tǒng)）前面已介紹，，要注意幾點(diǎn)點(diǎn)：要保證實(shí)時(shí)性性，不是現(xiàn)在在的PC機(jī)拿拿來就能用。。開放性和可靠靠性時(shí)是有矛矛盾的，注意意解決它們之之間的關(guān)系。。開放是有層次次的，按模塊塊或組件，不不能無限開放放。4.4.9STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)有兩種方案：：一是增加STEP-NC程序的編編譯器、二是是重新設(shè)計(jì)開放式式CNC系統(tǒng)統(tǒng)。這樣才能能以STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)編制的程序，進(jìn)行CAD/CAM與CNC一一體化的加工工。4.5伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)術(shù)的發(fā)展4.5.1全全數(shù)字化伺服服系統(tǒng)的組成成通訊ASIC位置測量傳感器位置實(shí)際值速度實(shí)際值電流實(shí)際值電流測量傳感器Gatingunit通訊進(jìn)給控制速度控制電流控制轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)總線驅(qū)動(dòng)模塊EM1FT6電機(jī)編碼器數(shù)字系統(tǒng)的進(jìn)進(jìn)給控制傳動(dòng)系統(tǒng)及控控制方案圖紗架W隨動(dòng)坐標(biāo)主軸C坐標(biāo)擺頭A坐標(biāo)小車Z坐標(biāo)伸臂X坐標(biāo)上位機(jī)變頻系統(tǒng)及NC數(shù)控單元PLC邏輯控制器操作面板電源及保護(hù)空調(diào)控制柜操作臺(tái)4.5.2新發(fā)展的主要要技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)術(shù)是數(shù)控技術(shù)術(shù)的重要組成成部分。與數(shù)數(shù)控裝置相配配合，伺服系系統(tǒng)的靜態(tài)和和動(dòng)態(tài)特性直直接影響機(jī)床床的位移速度度，定位精度度和加工精度度。現(xiàn)在，直直流伺服系統(tǒng)統(tǒng)被交流數(shù)字字伺服系統(tǒng)所所取代；伺服服電機(jī)的位置置，速度及電電流環(huán)都實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了數(shù)字化；；并采用了新新的控制理論論，實(shí)現(xiàn)了不不受機(jī)械負(fù)荷荷變動(dòng)影響的的高速響應(yīng)系系統(tǒng)。前饋控制技術(shù)術(shù)。過去的伺服系系統(tǒng)，是把檢檢測器信號與與位置指令的的差值乘以位位置環(huán)增益作作為速度指令令。這種控制制方式總是存存在著跟蹤滯滯后誤差，這這使得在加工工拐角及圓弧弧時(shí)加工精度度惡化。所謂謂前饋控制，，就是在原來來的控制系統(tǒng)統(tǒng)上加上速度度指令的控制制方式，這樣樣使伺服系統(tǒng)統(tǒng)的跟蹤滯后后誤差大大減減小。2.機(jī)械靜止摩擦擦的非線性控控制技術(shù)。對于一些具有有較大靜止摩摩擦的數(shù)控機(jī)機(jī)床，新型數(shù)數(shù)字伺服系統(tǒng)統(tǒng)具有補(bǔ)償機(jī)機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)靜摩擦的非非線性摩擦的的非線性控制制功能。3.伺服系統(tǒng)的位位置環(huán)和速度度環(huán)（包括電電流環(huán)）均采采用數(shù)字閉環(huán)，軟件件計(jì)算、數(shù)字字調(diào)解等。為適應(yīng)不同類類型的機(jī)床，，不同精度和和不同速度的的要求，預(yù)先調(diào)整加加、減速性能能或自動(dòng)調(diào)整整加、減速性性能。4.采用高分辨的的位置檢測裝裝置。高分辨率的脈脈沖編碼器，，內(nèi)有微處理理器組成的細(xì)細(xì)分電路，使得分辨辨率大大提高高，增量位置置檢測為10000p/r（脈沖數(shù)/每轉(zhuǎn)）以上；；絕對位置檢檢測為1000000p/r、、16000000以上。5.補(bǔ)償技術(shù)得到到了發(fā)展和應(yīng)應(yīng)用?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)都具有補(bǔ)償償功能，可以以對伺服系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行多種補(bǔ)償，如如絲杠螺距誤誤差補(bǔ)償，齒齒側(cè)間隙補(bǔ)償償、軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)補(bǔ)償、空間誤誤差補(bǔ)償和熱熱變形補(bǔ)償?shù)鹊取?.采用光柵尺的的全閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)7.矢量控制制技術(shù)。4.6機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)術(shù)為適應(yīng)數(shù)數(shù)控控技術(shù)的發(fā)展展，機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)也發(fā)生了很很大的變化。。為縮小體積積，減少占地地面積，更多多地采用機(jī)電一體化結(jié)結(jié)構(gòu)。為了提高自自動(dòng)化程度，，而采用自動(dòng)動(dòng)交換刀具，，自動(dòng)交換工工件，主軸立立、臥自動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，工作臺(tái)臺(tái)立、臥自動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)換，主軸軸帶C軸控制，萬能能回轉(zhuǎn)銑頭，，以及“數(shù)控控夾盤”，““數(shù)控回轉(zhuǎn)工工作臺(tái)”，““動(dòng)力刀架””和“數(shù)控夾夾具”等。為了提高數(shù)控控機(jī)床的動(dòng)態(tài)態(tài)特性，伺服服系統(tǒng)和主機(jī)機(jī)進(jìn)行很好的的機(jī)電匹配。。同時(shí)主機(jī)也也借助計(jì)算機(jī)機(jī)進(jìn)行模塊化化、優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)。4.6.1設(shè)設(shè)計(jì)思想的的發(fā)展機(jī)床是工作母母機(jī)，機(jī)床制制造必須連續(xù)續(xù)不斷的開發(fā)發(fā)新思想，滿滿足用戶對產(chǎn)產(chǎn)品制造質(zhì)量量和效率日益益提高地要求求。單純優(yōu)化化現(xiàn)有工藝和和一再提高機(jī)機(jī)床的功率是是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的的。在新的驅(qū)動(dòng)技技術(shù)和運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)領(lǐng)域的新開開發(fā)、輕型化化的新材料、、環(huán)保生產(chǎn)、、機(jī)床安全、、精度和測試試技術(shù)、微型型制造和微型型裝卸技術(shù)等等方面的研究究值得注意。。機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分分配和運(yùn)動(dòng)設(shè)設(shè)計(jì)已經(jīng)打破破傳統(tǒng)的金切切機(jī)床分類:不管是工件旋旋轉(zhuǎn)還是刀具具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)運(yùn)動(dòng)，只要工工件和刀具之之間有相對運(yùn)運(yùn)動(dòng)就行，并并要求這種布布置為最佳。。機(jī)床的動(dòng)力頭頭在同一臺(tái)機(jī)機(jī)床上有時(shí)作作傳統(tǒng)意義上上的主軸使用用，有時(shí)又作作動(dòng)力刀具的的旋轉(zhuǎn)軸使用用。在同一次裝夾夾的情況下，，上一工步工工件旋轉(zhuǎn)作為為主運(yùn)動(dòng)，下下一步則是工工件的進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)。以“完完全加工”的的理念進(jìn)行工工序復(fù)合和功功能復(fù)合。4.6.2機(jī)機(jī)床功能部部件1.電主軸軸；驅(qū)動(dòng)、軸承、、潤滑、冷卻卻、本體（動(dòng)動(dòng)平衡、減輕輕重量）。電機(jī)：交流同同步（額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下，橫扭扭矩）、交流流異步（高速性好）2.直接驅(qū)驅(qū)動(dòng)：旋轉(zhuǎn)直直接驅(qū)動(dòng)、、直線直接驅(qū)驅(qū)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)：力距電機(jī)機(jī)，低速大扭扭矩。直線直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)：直線電機(jī)機(jī)，已解決漏漏磁和發(fā)熱問問題。加速度可達(dá)3個(gè)g3.滾動(dòng)部部件：滾珠絲絲杠副、直線線滾動(dòng)導(dǎo)軌；；精緊自潤滑滾滾珠絲杠，加加速度可達(dá)2g。4.數(shù)控刀刀架；數(shù)控刀架形式式多樣（德國國，意大利））刀架的的控制和驅(qū)動(dòng)采用伺服電電機(jī)或液壓系系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)180°的的時(shí)間安已縮縮短到0.5s。刀架°品品種繁多，可可以為各種數(shù)數(shù)控車床、車車削加工中心配配套。5.銑頭；；為數(shù)控銑床、、加工中心、、車銑中心等等配套的各式式各樣銑頭。車銑中心心用的B軸銑銑頭，可在210°范圍圍內(nèi)擺角進(jìn)行行高精度銑切加加工；數(shù)控銑銑床、加工中中心用的二坐坐標(biāo)銑頭能A、B軸（（立、臥二用用）擺角，可可加工任意空空間面。6.數(shù)控轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)；已有了二坐標(biāo)標(biāo)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，，具有連續(xù)分分度和鼠牙盤盤分度二種形式。它具具有雙耳軸，，平臺(tái)能傾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)臺(tái)上配配備交換工作臺(tái)接收裝裝置。7.刀庫；；刀庫容量增大大，

大容量、刀位位不動(dòng)的“貨貨架式”刀庫庫用工工業(yè)機(jī)器人取取放的刀具；

“圓柱形立體體刀庫”（德德國）在在圓柱內(nèi)可容容納500把把刀，圓柱中心的工工業(yè)機(jī)器人按按程序預(yù)選、、取放、并傳傳遞給機(jī)床主軸；

“框架式刀庫庫”（瑞士））該刀庫庫每個(gè)模塊可可容納96把把刀具，模塊外形形1.8×1×2.25m，可以層層層疊加擴(kuò)展展容量。刀庫內(nèi)機(jī)械手手按程序抓放放刀后，先傳傳遞給一個(gè)作作為“二傳手”的接接接模塊，再對對機(jī)床換刀。。

數(shù)控刀架形式式多樣（德國國，意大利））刀架的的控制和驅(qū)動(dòng)動(dòng)采用伺服電機(jī)機(jī)或液壓系統(tǒng)統(tǒng)，回轉(zhuǎn)180°的時(shí)時(shí)間安已縮短短到0.5s。刀刀架°品種繁繁多，可以為為各種數(shù)控車車床、車削加加工中心配套。8.棒料自自動(dòng)送料器；；9.潤滑系統(tǒng)統(tǒng)、排屑系統(tǒng)統(tǒng)等等。10.高速多軸轉(zhuǎn)塔塔頭塔頭的主軸有有2、3、6、8個(gè)等多多種，轉(zhuǎn)速最最高可達(dá)12000～18000r/min，，功率4～50kW。4.6.3并聯(lián)機(jī)床進(jìn)入入實(shí)用階段并聯(lián)機(jī)床自94年在美國國芝加哥國際際機(jī)床展覽會(huì)會(huì)上面市以來來，有了很大大發(fā)展，結(jié)構(gòu)構(gòu)緊湊而且增增大了工作空空間，機(jī)床剛剛度和工作精精度進(jìn)一步提提高，已進(jìn)入入實(shí)用階段。。主要用于汽汽車業(yè)、航空空業(yè)和模具業(yè)業(yè)。在加工中中心和可移動(dòng)動(dòng)FMC中也也采用了并聯(lián)聯(lián)結(jié)構(gòu)。有六桿、三桿桿、立式、臥臥式并聯(lián)機(jī)床床，結(jié)構(gòu)形式式為并聯(lián)、串串聯(lián)和混合結(jié)結(jié)構(gòu)，可采用用直線電機(jī)和和電主軸。并并聯(lián)機(jī)床的工工作臺(tái)有固定定臺(tái)、可交換換臺(tái)、水平分分度臺(tái)、滑座座床身等多種種?，F(xiàn)已達(dá)到的最最高精度：定定位精度為±±5μm，重復(fù)定位位精度為±1.5μm。過去并聯(lián)機(jī)床床的最大問題題是精度不如如傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)機(jī)床，其原因因一是坐標(biāo)軸軸（支桿）的的位置精度不不高，二是由由于熱效應(yīng)和和切削力引起起的變形。現(xiàn)現(xiàn)在桿內(nèi)除裝裝有滾珠絲杠杠外，還有檢檢測桿自身長長度的測量系系統(tǒng)，通過補(bǔ)補(bǔ)償校正運(yùn)動(dòng)動(dòng)精度。4.6.4數(shù)控激光加工工領(lǐng)域有了新新的進(jìn)展激光加工機(jī)床床有：用于板板材下料的激激光切割中心心、激光龍門門銑切機(jī)床（（可以五軸聯(lián)聯(lián)動(dòng)）、激光光雕刻機(jī)床、、激光加工中中心（三個(gè)光光學(xué)軸，三個(gè)個(gè)機(jī)械軸）、、高速銑切和和激光加工復(fù)復(fù)合機(jī)床。功功率：精細(xì)加加工為幾百瓦、、切割等等為幾千千瓦。激光器有有：CO2激光器、、固體激激光器YAG、、準(zhǔn)分子子激光器器（冷切切削）。。激光加工工工藝方方法：激激光銑切切、激光光雕刻銑銑切、激激光焊接接、激光光表面處處理、激激光打孔孔、激光光切割等等。激光光銑切的的進(jìn)一步步發(fā)展，，有可能能取代部部分電加加工機(jī)床床。激光加工工范圍：：“激光光束能””（激光光束直徑徑Φ0.04MM～～0.1MM））幾乎對對所用材材料都能能加工，，如精密密膜具和和工件加加工、膜膜型制造造、珠寶寶加工、、薄片加加工、刀刀具加工工、陶瓷瓷的精細(xì)細(xì)雕刻（（這是一一般銑削削和電火火花加工工所不能能比擬的的）。加工精度度：10μm，表面面粗糙度度：1μm。4.6.5成成套、、成線制制造裝備備。4.6.6工工業(yè)機(jī)機(jī)器人技技術(shù)融入入數(shù)控機(jī)機(jī)床，促促進(jìn)成套套技術(shù)向向自動(dòng)化化方向向發(fā)展展。4.7編程技術(shù)術(shù)的發(fā)展展4.7.1數(shù)控編程程技術(shù)的的發(fā)展數(shù)控編程程技術(shù)是是實(shí)現(xiàn)數(shù)數(shù)控加工工的主要要環(huán)節(jié)，，發(fā)展趨趨勢:由手工編編程發(fā)展展到自動(dòng)動(dòng)編程由APT語言形式式發(fā)展到到自CAD/CAM自動(dòng)編程程。此外還有有下面特特點(diǎn)：1.脫機(jī)編程程發(fā)展到到在線編編程。傳統(tǒng)的編編程是脫脫機(jī)進(jìn)行行的。由由人工、、計(jì)算機(jī)機(jī)以及采采用編程程機(jī)來完完成，然然后再輸輸入給數(shù)數(shù)控裝置置?，F(xiàn)代的CNC裝置有很很強(qiáng)的存存儲(chǔ)和運(yùn)運(yùn)算能力力，把很很多自動(dòng)動(dòng)編程機(jī)機(jī)具有的的功能，，移植到到數(shù)控裝裝置的計(jì)計(jì)算機(jī)中中來，在在人工操操作鍵盤盤和彩色色顯示器器的作用用下，在在線的以以人機(jī)對對話方式式進(jìn)行編編程，并并具有前前臺(tái)操作作、后臺(tái)臺(tái)編程的的功能。。2.具有機(jī)械械加工技技術(shù)中的的特殊工工藝和組組合工藝藝方法的的程序編編制功能能。除了具有有圓切削、固定循環(huán)環(huán)和圖形循環(huán)環(huán)外，還有有宏程序設(shè)設(shè)計(jì)、子程序設(shè)設(shè)計(jì)功能能，會(huì)話式自自動(dòng)編程程、藍(lán)圖編程程和實(shí)物編程程，功能。3.編程系統(tǒng)統(tǒng)由只能能處理幾幾何信息息發(fā)展到到幾何信信息和工工藝信息息同時(shí)處處理的新新階段。新型的CNC系統(tǒng)中裝裝入了小小型工藝藝數(shù)據(jù)庫庫，使得在線線程序編編制過程程中可以以自動(dòng)選選擇最佳佳切削用用量和適適合的刀刀具。4.7.2基基于CAD/CAM軟軟件的交交互圖形形自動(dòng)編編程CAD/CAM軟件數(shù)控控編程簡簡介交互圖形形編程的的實(shí)現(xiàn)是是以CAD技技術(shù)為前前提，編程的核核心是刀刀位點(diǎn)的的計(jì)算。。對于復(fù)復(fù)雜零件件，其數(shù)數(shù)控加工工刀位點(diǎn)點(diǎn)的人工工計(jì)算十十分困難難。而CAD三三維造型型包含了了數(shù)控編編程所需需要的完完整的零零件表面面幾何信信息，計(jì)計(jì)算機(jī)軟軟件可針針對這些些幾何信信息進(jìn)行行數(shù)控加加工的刀位自動(dòng)動(dòng)計(jì)算。絕大部部分?jǐn)?shù)控控編程軟軟件（CAM））都具有有CAD功能，，因此稱稱為CAD/CAM一一體化軟軟件?；贑AD/CAM軟件的交互圖圖形編程程技術(shù)與與CAD技術(shù)相比比較要簡簡單的多多，其實(shí)實(shí)現(xiàn)過程程基本固固定，其其操作簡簡單易學(xué)學(xué)，然而而對經(jīng)驗(yàn)依依賴較強(qiáng)強(qiáng)。目前，市市場上流流行的CAD/CAM軟件種類類較多，均具具備了交交互圖形形編程的的功能，，操作大大同小異異。常用CAD/CAM軟件簡介介：1.UG（Unigraphich）為為EDS公公司產(chǎn)品品，是世世界上處處于領(lǐng)先地位的的最著名名的幾種種大型CAD/CAM軟件之之一。2.PRO/E同上上。3.Cimatrom為為1982年年成立的的以色列列Cimatrom公公司產(chǎn)品品該軟件具具有功能能齊全、、操作方方便、學(xué)學(xué)習(xí)簡單單、經(jīng)濟(jì)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，，受到小小型加工工企業(yè)的的歡迎，，在我國國有廣泛泛的應(yīng)用。4.MasterCAM為為美美國CNCSoftware公司司研制開開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)，，它與Cimatrom相識(shí)識(shí)，也是是一種簡簡單易學(xué)學(xué)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小小型CAD/CAM軟軟件。5.CATIA等6.POWERMILL等等。刀位軌跡計(jì)算CAD造型加工工藝分析和規(guī)劃參數(shù)設(shè)置仿真校驗(yàn)后處理刀具設(shè)置加工工藝參數(shù)設(shè)置切削方式設(shè)置加工對象設(shè)置圖4.7-1CAD/CAM交互圖形編程流程

基本本實(shí)現(xiàn)過過程1.CAD/CAM交互圖形形編程的的過程和和內(nèi)容2.包括括內(nèi)容：：（1）CAD造型是交互式式自動(dòng)編編程的基基礎(chǔ)，編編程人員員需要掌掌握一定定的三維維造型技技術(shù)。零件造造型裝配圖圖工程圖圖（2））加工工工藝分析析和規(guī)劃劃：⑴加工工對象及及區(qū)域規(guī)規(guī)劃。⑵加工工工藝路路線規(guī)劃劃⑶加工工工藝和和加工方方式確定定（3）參參數(shù)設(shè)置置：①加工對象象②刀具設(shè)置置③加工工藝藝參數(shù)設(shè)設(shè)置④切削方式式設(shè)置（4））刀位位軌跡計(jì)計(jì)算（5））仿真真校驗(yàn)（6））后處處理3.編編程的質(zhì)質(zhì)量判定定標(biāo)準(zhǔn)為為：⑴程序是正正確的、、完備（如如不存在在加工殘殘留區(qū)域域），零件加工工質(zhì)量穩(wěn)穩(wěn)定。⑵誤差控制制：包括括插補(bǔ)誤誤差、殘殘留高度度控制等等。⑶程序的穩(wěn)穩(wěn)定性好好可讀性性好，易易于調(diào)試試和修改改。例如：要要改變非非圓曲線線的逼近步長或或曲面的的走刀行行距，只只需修改改某一個(gè)個(gè)參數(shù)即即可，而而不必修修改整個(gè)個(gè)程序。當(dāng)?shù)兜毒甙霃綇阶兓蚧蛄慵舶惭b位置置改變，，不需改改變程序序⑷充分發(fā)揮揮系統(tǒng)功功能，使使程序最最短。例如：系系統(tǒng)有型型腔宏指指令，一一條指令令可以編出一一個(gè)銑腔腔程序。。若棄之之不用，，改為一一刀一刀刀的描述述，則勢勢必造成成程序冗長。。⑸程序的通通用性好好。若有系列列零件，，則只需需編一種種，其余余只要修修改關(guān)鍵鍵尺寸，，程序即可可使用。。⑹加工效率率：即在保保證加工工精度的的前提下下，加工工程序的的執(zhí)行時(shí)時(shí)間越少少越好。。⑺安全性：：指程序序?qū)赡苣艹霈F(xiàn)的的讓刀、、漏刀、、撞刀及及過切等等不良現(xiàn)現(xiàn)象的防防范措施和和效果。。⑻工藝性：包括進(jìn)進(jìn)退刀的的設(shè)置、、刀具選選擇、加加工工藝藝規(guī)劃（（加工流流程及余余量分配））、切削削方式（（刀位軌軌跡形式式選擇））、接刀刀痕跡控控制及其其他各種種工藝參數(shù)數(shù)（如進(jìn)進(jìn)給速度度、主軸軸轉(zhuǎn)速、、切削方方向、背背吃刀量量等）的的設(shè)置等等。⑼編程成本本低、運(yùn)運(yùn)行成本本要低、、后續(xù)加加工成本本低。4.用CAM編編制程序序的優(yōu)化化由于數(shù)控控系統(tǒng)及及機(jī)床各各異，盡盡管有專專用后置置處理或或萬能后后置處理理，CAM的的后置處處理功能能還時(shí)比比較弱，，與機(jī)床床CNC數(shù)控系系統(tǒng)功能能相比，，仍有相相當(dāng)差距。。對用CAM編編制的程程序應(yīng)該該進(jìn)行優(yōu)優(yōu)化。若若能既既充分發(fā)發(fā)揮CAM的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，又能避避免其不不足，還還能充分分發(fā)揮數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的功能能和操作作者的實(shí)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，就需要對CAM編編制的零零件加工工程序進(jìn)進(jìn)行優(yōu)化化，使之之編出一一個(gè)高水水準(zhǔn)的零零件加工程序。。優(yōu)化加加工程序序建議從從以下幾幾方面考考慮。4.1發(fā)發(fā)揮揮系統(tǒng)刀刀具半徑徑補(bǔ)償功功能。。4.2以以圓圓弧插補(bǔ)補(bǔ)功能代代替直線線逼近。。4.3利利用用系統(tǒng)的的簡化編編程功能能。系統(tǒng)提供供了大量量的簡化化編程功功能，如如：固定循環(huán)環(huán)；刀具補(bǔ)償償；輪廓直接接編程；；比例縮放放和鏡象象；坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)；典型形狀狀（圓周周、矩陣陣）；；孔位描述述計(jì)算；；規(guī)則形狀狀（圓形形、矩形形）挖腔腔；不規(guī)則形形狀挖腔腔；帶孤島型型挖腔等等功能。。若CAM的后置置處理，，能按這這些功能能處理出出零件加加工程序序，則可可大大縮縮短程序。例例如曲曲面加工工，只編編出一個(gè)個(gè)象限的的加工程程序，利利用系統(tǒng)統(tǒng)的鏡象象功能加工其余余象限，，則程序序?yàn)樵瓉韥淼?／／4。在在鏈輪等等重復(fù)形形狀的輪輪廓加工工中，用用CAM編編出一個(gè)個(gè)形狀的的輪廓，，其余用用旋轉(zhuǎn)功功能，程程序縮短短的更可可觀。又又如矩形形腔的挖挖腔程序序，多刀刀多層切切削程序序較長，，若能處處理成挖挖腔宏指指令，則則只需一段程序序便能完完成整個(gè)個(gè)挖腔加加工。4.4發(fā)發(fā)揮揮系統(tǒng)空空間刀具具半徑補(bǔ)補(bǔ)償功能能。4.5利利用系系統(tǒng)的用用戶宏程程序功能能，縮短短非圓曲曲線輪廓廓、空間間曲線甚甚至曲面面的加工程序序。4.6利利用子子程序功功能簡化化編程。。用CAM編制子子程序加加工程序序，由數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)編制主主程序和和子程序序調(diào)用功功能。子程程序中有有大量的的數(shù)值計(jì)計(jì)算工作作量，由由CAM來完成成。主程程序多調(diào)調(diào)用指令用手工工編程，，這樣程程序靈活活且編程程工作量量又不大大。為了保證證質(zhì)量和和可靠性性還應(yīng)注注意以下下幾點(diǎn)：：a)要要保持嚴(yán)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致致的工作作作風(fēng)，，對每個(gè)個(gè)設(shè)置的的參數(shù)都都應(yīng)反復(fù)復(fù)確認(rèn)，，刀位軌軌跡計(jì)算后后，必須須進(jìn)行仿仿真校驗(yàn)驗(yàn)。b)NC編編程操作作應(yīng)規(guī)范范化和模模式化。。c)對對重要要的加工工程序應(yīng)應(yīng)進(jìn)行試試切校驗(yàn)驗(yàn)。數(shù)控加工工的工藝藝特點(diǎn)⑴工藝內(nèi)容容十分具具體。⑵工藝設(shè)計(jì)計(jì)非常嚴(yán)嚴(yán)密。⑶注重加工工的適應(yīng)應(yīng)性，正正確選擇擇加工方方法和加加工內(nèi)容容。為了保證證質(zhì)量和和可靠性性還應(yīng)注注意以下下幾點(diǎn)：：a)要要保持嚴(yán)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致致的工作作作風(fēng)，，對每個(gè)個(gè)設(shè)置的的參數(shù)都都應(yīng)反復(fù)復(fù)確認(rèn)，，刀位軌軌跡計(jì)算算后，，必須須進(jìn)行行仿真真校驗(yàn)驗(yàn)。b)NC編編程操操作應(yīng)應(yīng)規(guī)范范化和和模式式化。。c)對對重要要的加加工程程序應(yīng)應(yīng)進(jìn)行行試切切校驗(yàn)驗(yàn)。數(shù)控加加工的的工藝藝特點(diǎn)點(diǎn)⑴工藝內(nèi)內(nèi)容十十分具具體。⑵工藝設(shè)設(shè)計(jì)非非常嚴(yán)嚴(yán)密。。⑶注重加加工的的適應(yīng)應(yīng)性，，正確確選擇擇加工工方法法和加加工內(nèi)內(nèi)容。。根據(jù)大大量的的數(shù)控控加工工實(shí)例例分析析，加加工失失誤的的主要要原因因：●工藝考考慮不不周；；●計(jì)算錯(cuò)錯(cuò)誤；；●編程粗粗心大大意。。交互圖圖形編編程工工藝分分析和和規(guī)劃劃的主主要內(nèi)內(nèi)容：：●加工對對象及及加工工區(qū)域域規(guī)劃劃；●加工路路線規(guī)規(guī)劃；；●加工工工藝和和加工工方法法規(guī)劃劃加工對對象及及加工工區(qū)域域規(guī)劃劃⑴加加工表表面形形狀差差異較較大，，需要要分區(qū)區(qū)域加加工;⑵加加工表表面不不同區(qū)區(qū)域尺尺寸差差異較較大，，需要要分區(qū)區(qū)域加加工;⑶為為有效效控制制加工工殘留留高度度，應(yīng)應(yīng)針對對曲面面的變變化采采用不同刀刀位軌軌跡型型形式式和行行間距距進(jìn)行行分區(qū)區(qū)加工工。.加加工工工藝路路線規(guī)規(guī)劃⑴上上道工工序的的加工工不能能影響響下道道工序序的定定位與與夾緊緊。⑵加工順順序應(yīng)應(yīng)由粗粗加工工到精精加工工逐步步進(jìn)行行，加加工余余量由由大到到小。。⑶先先進(jìn)行行內(nèi)腔腔加工工工序序，后后進(jìn)行行外型型的加加工工工序。。⑷盡盡可能能采用用相同同的定定位、、夾緊緊方式式或同同一把把刀加加工的的工序序，減減少換刀刀次數(shù)數(shù)與挪挪動(dòng)壓壓緊元元件次次數(shù)。。⑸在在同一一次安安裝中中進(jìn)行行的多多道工工序，，應(yīng)先先安排排對工工件剛剛性破破壞較較小的工工序。。加工工工藝和和加工工方法法規(guī)劃劃⑴刀具具選擇擇。為為不同同的加加工區(qū)區(qū)域、、加工工類型型選擇擇合適適的刀刀具。。⑵刀軌軌形式式選擇擇。針針對不不同的的加工工區(qū)域域、加加工類類型、、加工工工序序選擇合合適的的刀軌軌形式式。⑶誤誤差控控制。。確定定合理理的編編程誤誤差，，給其其他誤誤差留留有余余地。。⑶⑶誤差差控制制。確定合合理的的編程程誤差差，給給其他他誤差差留有有余地地。⑷殘殘余余高度度控制制。根根據(jù)刀刀具參參數(shù)、、加工工表面面特征征確定定合理理的刀刀軌行行間距距在保證證表面面質(zhì)量量的前前提下下，盡盡可能能提高高加工工效率率。⑸切切削工工藝控控制。。包括括切削削用量量（背背赤道道量、、進(jìn)給給速度度、主主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速））、加工余余量、、進(jìn)退退刀、、冷卻卻液控控制等等諸多多內(nèi)容容，是是影響響加工工精度度、表表面質(zhì)量和和加工工損耗耗的重重要因因素。。⑹安安全全控制制。包包括安安全高高度、、避讓讓區(qū)域域的確確定。。參數(shù)設(shè)設(shè)置1.加加工對對象和和加工工區(qū)域域設(shè)置置⑴鉆鉆孔加加工⑵切切槽加加工⑶外外形加加工2.刀刀具選選擇及及參數(shù)數(shù)設(shè)置置3.切削方方式設(shè)設(shè)置⑴等等高切切削⑵沿沿面切切削⑶插插式加加工⑷曲曲線加加工⑸清清角加加工⑹混混合加加工4.走走刀方方式選選擇⑴平行切切削⑵環(huán)環(huán)繞切切削端面定位1：10錐面定位高速刀刀柄（（HSK）⑶毛毛坯環(huán)環(huán)切⑷螺螺旋切切削.⑸放放射切切削切削方方式設(shè)設(shè)置刀位軌軌跡形形式1.二軸或或二軸軸半加加工的的刀軌軌形式式⑴鉆鉆孔加加工⑵切切槽加加工⑶外外形加加工2.三軸軸加工工的刀刀軌形形式⑴等等高切切削⑵沿沿面切切削⑶插插式加加工⑷曲曲線加加工⑸清清角加加工⑹混混合加加工走刀方方式⑴平行切切削.也稱稱為行行切法法加工工⑵環(huán)繞切切削⑶毛坯環(huán)環(huán)切.⑷螺旋切切削⑸放射切切削加工工工藝參參數(shù)設(shè)設(shè)置1.切削用用量的的選擇擇與計(jì)計(jì)算⑴背吃刀刀量⑵切削寬寬度⑶切削速速度⑷主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速⑸進(jìn)給速速度2.進(jìn)/退刀控控制方方法⑴垂垂直進(jìn)進(jìn)/退退刀方方式⑵水水平方方向進(jìn)進(jìn)/退退刀方方式3.安安全與與安全全高度度⑴起止高高度⑵慢速下下刀距距離⑶抬刀控控制4.刀具半半徑補(bǔ)補(bǔ)償與與長度度補(bǔ)償償5.順順銑與與逆銑銑6.切切削液液開關(guān)關(guān)7.拐拐角控控制8.輪輪廓控控制限限制范范圍9.區(qū)區(qū)域加加工順順序9.區(qū)區(qū)域加加工順順序數(shù)控編編程的的誤差差控制制1.刀刀軌計(jì)計(jì)算誤誤差2.殘余高高度0數(shù)控程程序的的后置置處理理形成特特定機(jī)機(jī)床的的數(shù)控控機(jī)工工程序序。4.8高高速速加工工4.8.1概概述1.1931年年由德德國所所羅門門（Salomon）提提出高高速加加工，，所羅羅門推推論：：在切切削速速度達(dá)達(dá)到15000m/min時(shí)時(shí)，切切削溫溫度達(dá)達(dá)到最最大值值，如如果在在這個(gè)個(gè)臨界界值之之后，，切削削速度度增加加，則則切削削溫度度下降降（后后來研研究證證明，，該推推論不不完全全正確確，需需修正正）。。高速加工切削速度刀具壽命切削力圖4.8-1所羅門（Salomon）曲線2.高速加加工于于80年代代進(jìn)了了一個(gè)個(gè)高速速發(fā)展展時(shí)期期，90年年代在在制造造業(yè)廣廣泛應(yīng)應(yīng)用。。它是一種先先進(jìn)的的金屬屬切削削加工工技術(shù)術(shù)，由由于它它大大大的提提高切切削率率和加加工質(zhì)質(zhì)量，，又稱稱為高高性能能加工工。多用于于銑削削加工工。高速加加工由由航空空工業(yè)業(yè)和模模具工工業(yè)的的需求求而推推動(dòng)的的?，F(xiàn)現(xiàn)在美美國和和日本本大約約有30%的公公司已已經(jīng)使使用高高速加加工，，在德德國這這個(gè)比比例高高于40%。在在飛機(jī)機(jī)制造造業(yè)，，高速速銑已已經(jīng)普普遍用用于飛飛機(jī)零零件的的加工工。3.高高速加加工需需具備備的條條件：高速主主軸單單元，，電主主軸。?？炜焖龠M(jìn)進(jìn)給和和高加加/減減速的的驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)，直直線電電機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)。。高高性能能的高高速CNC控制制系統(tǒng)統(tǒng)。配配以高高速加工的的CAD/CAM軟軟件。。超硬的的刀具具材料料（包包括涂涂層工工藝及及材料料）。。目前市市場上上出現(xiàn)現(xiàn)的銑銑削加加工機(jī)機(jī)床主主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)述在在20000～～60000r/min，最最高達(dá)達(dá)到150000r/min；；在x、y、z進(jìn)給坐坐標(biāo)方方向的的最大大進(jìn)給給速度度也提提高到到24～60m/min。高高速加加工的的基本本出發(fā)發(fā)點(diǎn)是是高速低低負(fù)荷荷。在此狀狀態(tài)下下的切切削比比低速速高負(fù)負(fù)荷狀狀態(tài)下下切削削能更更快的的切除除材料料。4.高速加加工采采用全全新的的加工工工藝藝，從從刀具具、切切削參參數(shù)、、走刀刀路徑徑的選選擇及及程序序的編編制，，都不不同于于傳統(tǒng)統(tǒng)的加加工。。能實(shí)實(shí)現(xiàn)：：零件精精細(xì)結(jié)結(jié)構(gòu)的的加工工；難加工工材料料的加加工（（淬硬硬鋼、、石墨墨、鈦鈦合金金）；微小結(jié)結(jié)構(gòu)（（小孔孔、細(xì)細(xì)槽））的銑銑削加加工；薄壁類類零件件的加加工。同時(shí)簡簡化了了生產(chǎn)產(chǎn)工序序使絕絕大多多數(shù)工工作都都集中中在高高速加加工中中心上上完成成。定義：：高速加加工是是一個(gè)個(gè)相對對的概概念，，與加加工對對象、、刀具具、切切削參參數(shù)有有很大大關(guān)系系。一般認(rèn)認(rèn)為高高速加加工的的切削削速度度和進(jìn)進(jìn)給率率至少少是普