數(shù)控加工工藝課件

數(shù)控加工工藝—概述數(shù)控設(shè)備簡(jiǎn)介一、數(shù)控設(shè)備的產(chǎn)生與發(fā)展

現(xiàn)代制造業(yè)的水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)。”——馬克思第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)與數(shù)控加工設(shè)備概述1.數(shù)控設(shè)備的產(chǎn)生機(jī)械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，而且改型頻繁，因此對(duì)加工機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備提出了三高（高性能、高精度和高自動(dòng)化）的要求。通用機(jī)床上是由人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且難以提高生產(chǎn)效率和保證質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)這類產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化成為了機(jī)械制造業(yè)中長(zhǎng)期未能解決的難題。

仿形加工部分地解決了小批量、復(fù)雜零件的加工，但有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是必須制造相應(yīng)的靠?；驑蛹?；二是靠模和樣件的制造誤差和磨損影響加工精度。很難達(dá)到高精度。解決高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的問題，也可采用專用機(jī)床、組合機(jī)床、專用自動(dòng)化機(jī)床以及專用自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)化車間進(jìn)行生產(chǎn)。但是應(yīng)用這些專用生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品改型不易，因而使新產(chǎn)品的開發(fā)周期增長(zhǎng)，生產(chǎn)設(shè)備使用的柔性很差。精密復(fù)雜，加工批量小，改型頻繁，顯然不能在專用機(jī)床或組合機(jī)床上加工。而借助靠模和仿形機(jī)床，或者借助劃線和樣板用手工操作的方法來(lái)加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。特別對(duì)空間的復(fù)雜曲線曲面，在普通機(jī)床上根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。數(shù)字程序控制機(jī)床的產(chǎn)生，有效地解決了上述一系列矛盾，為單件、小批量生產(chǎn)，特別是復(fù)雜型面零件提供了自動(dòng)化加工手段，使機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。2．?dāng)?shù)控設(shè)備的發(fā)展電子管（1952年）、晶體管和印刷電路板（1960年）、小規(guī)模集成電路（1965年）、前三代數(shù)控系統(tǒng)是屬于采用專用控制計(jì)算機(jī)的硬邏輯（硬線）數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱NC（NumericalControl），目前已被淘汰。小型計(jì)算機(jī)（1970年）、微處理器或微型計(jì)算機(jī)（1974年）和基于PC-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)（90年代后）。這種數(shù)控系統(tǒng)又稱為軟線數(shù)控，即計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱CNC（ComputerNumericalControl）。

基于PC-NC的第六代數(shù)控系統(tǒng)，它充分利用現(xiàn)有PC機(jī)的軟硬件資源，規(guī)范設(shè)計(jì)新一代數(shù)控。第六代數(shù)控的優(yōu)勢(shì)在于：（1）元器件集成度高、可靠性好；（2）技術(shù)進(jìn)步快、升級(jí)換代容易；（3）提供了開放式的基礎(chǔ)，可供利用的軟、硬件資源極為豐實(shí)。數(shù)控技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的物質(zhì)手段；國(guó)家戰(zhàn)略技術(shù)和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平重要標(biāo)志。

專家們預(yù)言:

二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。數(shù)控及數(shù)控技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)開放式數(shù)控系統(tǒng)二、機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念數(shù)控機(jī)床數(shù)控加工設(shè)備概述

數(shù)字控制及數(shù)控技術(shù)：是以數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行控制的一種方法，稱為數(shù)控（NC）。這種用數(shù)字化信息進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)就叫做數(shù)控技術(shù)。數(shù)控機(jī)床：指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟硬件模塊的有機(jī)集成系統(tǒng)，是數(shù)控技術(shù)的載體。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)：是指以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)：一個(gè)開放式數(shù)控系統(tǒng)，應(yīng)保證使開發(fā)的應(yīng)用軟件能在不同廠商提供的不同的軟硬件平臺(tái)上運(yùn)行，且能與其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。開放式CNC系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)未來(lái)的方展方向?？刂泼姘遢斎?、輸出裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC）PLC主軸驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)給伺服單元機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輔助控制機(jī)構(gòu)三、數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成測(cè)量裝置主軸伺服單元機(jī)床I/O電路和裝置1.計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序或操作命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。

它主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、PLC接口板、通信接口板、擴(kuò)展功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件等模塊組成。

SIEMENSFANUC2.伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置

伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置、主軸電機(jī)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。

主軸伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度和位置，特點(diǎn)是能靈敏、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)CNC裝置的位置和速度指令。

測(cè)量裝置是指位置和速度測(cè)量裝置，它是實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。3.控制面板控制面板又稱操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行信息交互的工具。操作人員可以通過它對(duì)數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行操作、編輯、調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，也可以通過它了解或查詢數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）的運(yùn)行狀態(tài)。它是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)輸入輸出部件，主要由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器等部分組成。

4.控制介質(zhì)與程序輸入輸出設(shè)備

控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介，是人與機(jī)床建立聯(lián)系的介質(zhì)。程序輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)，或?qū)⒁颜{(diào)試好的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的介質(zhì)上。程序輸入方式：鍵盤輸入紙帶輸入（穿孔紙帶）磁盤輸入（硬盤、軟盤、U盤）網(wǎng)絡(luò)通訊(RS232、DNC、TCP/IP）5.PLC、機(jī)床I/O（輸入/輸出）電路和裝置

PLC是用于進(jìn)行與邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的I/O控制，它由硬件和軟件組成。機(jī)床I/O電路和裝置是用于實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務(wù)：

（1）接受CNC的M、S、T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作；

（2）接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號(hào)，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。6.機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)加工零件的直線部件。它主要由主運(yùn)動(dòng)部件（主軸、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、拖板及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置、自動(dòng)工件交換（APC系統(tǒng)）、自動(dòng)刀具交換(ATC)系統(tǒng)和輔助裝置（如冷卻、潤(rùn)滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等）組成。X-Y數(shù)控拖板變頻主軸機(jī)床本體數(shù)控系統(tǒng)及其操作面板行程開關(guān)控制電柜Z軸伺服電機(jī)數(shù)控機(jī)床的組成四、數(shù)控機(jī)床的分類

1．按加工工藝方法分類

按傳統(tǒng)的加工工藝方法來(lái)分有：數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、數(shù)控沖床、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控激光與火焰切割機(jī)和加工中心等。其中，現(xiàn)代數(shù)控銑床基本上都兼有鉆鏜加工功能。當(dāng)某數(shù)控機(jī)床具有自動(dòng)換刀功能時(shí)，即可稱之為“加工中心”。2．按加工控制路線分類

有點(diǎn)位控制機(jī)床、直線控制機(jī)床和輪廓控制機(jī)床。

(1)點(diǎn)位控制機(jī)床只控制刀具從一點(diǎn)向另一點(diǎn)移動(dòng)，而不管其中間行走軌跡的控制方式。在從點(diǎn)到點(diǎn)的移動(dòng)過程中，只作快速空程的定位運(yùn)動(dòng)，因此不能用于加工過程的控制。屬于點(diǎn)位控制的典型機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。這類機(jī)床的數(shù)控功能主要用于控制加工部位的相對(duì)位置精度，而其加工切削過程還得靠手工控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行。

(2)直線控制機(jī)床

可控制刀具相對(duì)于工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于某一坐標(biāo)軸方向或與坐標(biāo)軸成45°的斜線方向作直線軌跡的加工。這種方式是一次同時(shí)只有某一軸在運(yùn)動(dòng)，或讓兩軸以相同的速度同時(shí)運(yùn)動(dòng)以形成45(的斜線，所以其控制難度不大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。一般地，都是將點(diǎn)位與直線控制方式結(jié)合起來(lái)，組成點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)而用于機(jī)床上。這種形式的典型機(jī)床有車階梯軸的數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床和簡(jiǎn)單加工中心等。

(3)輪廓控制機(jī)床

它又稱連續(xù)控制機(jī)床?？煽刂频毒呦鄬?duì)于工件作連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)，能加工任意斜率的直線，任意大小的圓弧，配以自動(dòng)編程計(jì)算，可加工任意形狀的曲線和曲面。典型的輪廓控制型機(jī)床有數(shù)控銑床、功能完善的數(shù)控車床、數(shù)控磨床和數(shù)控電加工機(jī)床等。若根據(jù)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)還可細(xì)分為2軸、2.5軸、3軸、4軸、5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。3.按數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)類型分類

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)由伺服電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成。它的作用是：接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置(直流、交流伺服電機(jī)，電液動(dòng)脈沖馬達(dá)和功率步進(jìn)電機(jī)等)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工件進(jìn)給和快速運(yùn)動(dòng)。

（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)

開環(huán)伺服系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)等。如圖所示。從圖中可以看出:開環(huán)系統(tǒng)的信號(hào)流是單向的，故系統(tǒng)穩(wěn)定性好，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)；但由于無(wú)位置反饋裝置，精度相對(duì)不高。

（2）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有檢測(cè)和反饋系統(tǒng)，如圖所示。測(cè)量元件(脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和圓感應(yīng)同步器等)裝在絲杠或伺服電機(jī)的軸端部，通過測(cè)量元件檢測(cè)絲杠或電機(jī)的回轉(zhuǎn)角。

（3）閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖所示。它的工作原理和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)相同，但測(cè)量元件(直線感應(yīng)同步器、長(zhǎng)光柵等)裝在工作臺(tái)上，可直接測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位置。因此，閉環(huán)伺服系統(tǒng)精度很高。閉環(huán)伺服系統(tǒng)由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，很容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有相當(dāng)?shù)碾y度，而且價(jià)格昂貴。五、數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)特征（1）機(jī)床剛性提高，抗振性能大為改善（2）機(jī)床熱變形降低（3）機(jī)床中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)減少（5）機(jī)床各個(gè)運(yùn)動(dòng)副間的摩擦系數(shù)較?。?）機(jī)床功能部件增多從外觀看，數(shù)控機(jī)床雖然也有普通機(jī)床都有的主軸、床身、立柱、工作臺(tái)、刀架等關(guān)鍵部件，但在設(shè)計(jì)上已經(jīng)有了重大的變化，集中體現(xiàn)在：2.數(shù)控機(jī)床的主要輔助裝置

冷卻液過濾裝置油液分離裝置吸塵吸霧裝置潤(rùn)滑裝置氣、液動(dòng)裝置對(duì)刀儀自動(dòng)排屑器物料儲(chǔ)運(yùn)及上下料裝置數(shù)控機(jī)床的輔助裝置是一個(gè)完整的機(jī)器或裝置，其作用是完成配合機(jī)床對(duì)零件加工的輔助工作，主要包括：七、數(shù)控機(jī)床的主要功能

多軸控制功能通信功能準(zhǔn)備功能多種函數(shù)插補(bǔ)功能和固定循環(huán)功能補(bǔ)償功能宏程序功能輔助功能刀具管理功能人機(jī)對(duì)話功能主軸功能進(jìn)給功能自診斷功能六、數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、指標(biāo)和可靠性1.規(guī)格指標(biāo)

規(guī)格指標(biāo)是指數(shù)控機(jī)床的基本能力指標(biāo)，主要有以下幾個(gè)方面:行程范圍和擺角范圍；控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)；工作臺(tái)尺寸；主軸功率和進(jìn)給軸扭矩；承載能力；刀庫(kù)容量1.5.2、性能指標(biāo)：分辨率與脈沖當(dāng)量最高主軸轉(zhuǎn)速和最大加速度最高快移速度和最高進(jìn)給速度換刀速度和工作臺(tái)交換速度數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、指標(biāo)和可靠性1.5.3可靠性指標(biāo)平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）:指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在使用中平均兩次故障間隔的時(shí)間，即數(shù)控機(jī)床在壽命范圍內(nèi)總工作時(shí)間和總故障次數(shù)之比。平均修復(fù)時(shí)間(MTTR):指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床從開始出現(xiàn)故障直到能正常工作所用的平均修復(fù)時(shí)間。平均有效度A:如果把MTBF看作設(shè)備正常工作的時(shí)間，把MTTR看作設(shè)備不能工作的時(shí)間，那么正常工作時(shí)間與總時(shí)間之比稱為設(shè)備的平均有效度A。1.6數(shù)控機(jī)床的精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)主要幾何精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)：綜合反映機(jī)床的關(guān)鍵零部件及其組裝后的幾何形位誤差的指標(biāo)：

對(duì)機(jī)床的基礎(chǔ)件和運(yùn)動(dòng)大件的直線度、平面度、垂直度等的要求對(duì)機(jī)床主軸的要求數(shù)控機(jī)床的精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)定位精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)：直線運(yùn)動(dòng)定位精度直線運(yùn)動(dòng)的重復(fù)定位精度直線運(yùn)動(dòng)的反向誤差B直線運(yùn)動(dòng)的圓點(diǎn)返回精度（回零精度）分度精度A數(shù)控機(jī)床的精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)切削精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)：鏜孔精度檢查端銑刀銑削平面精度檢查直線銑削精度檢查斜線銑削精度檢查圓弧銑削精度檢查第二節(jié)數(shù)控加工原理與數(shù)控加工工藝概述數(shù)控加工：

根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序（簡(jiǎn)稱為數(shù)控程序），輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機(jī)床中刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而完成零件的加工。數(shù)控加工技術(shù)

將普通金屬切削加工、計(jì)算機(jī)數(shù)控、計(jì)算機(jī)輔助制造等技術(shù)綜合的一門先進(jìn)加工技術(shù)。一、數(shù)控加工的過程

制定工藝閱讀零件工藝分析數(shù)控編程程序傳輸雖然數(shù)控加工與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，在加工的方法和內(nèi)容上有許多相似之處，但由于采用了數(shù)字化的控制形式和數(shù)控機(jī)床，許多傳統(tǒng)加工過程中的人工操作被計(jì)算機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)控制所取代。

閱讀零件圖紙：充分了解圖紙的技術(shù)要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工件的材料、硬度、加工性能以及工件數(shù)量等；工藝分析：根據(jù)零件圖紙的要求進(jìn)行工藝分析，其中包括零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析、材料和設(shè)計(jì)精度合理性分析、大致工藝步驟等；制定工藝：根據(jù)工藝分析制定出加工所需要的一切工藝信息——如：加工工藝路線、工藝要求、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削用量（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、吃刀深度）以及輔助功能（換刀、主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)、切削液開或關(guān)）等，并填寫加工工序卡和工藝過程卡；數(shù)控編程：根據(jù)零件圖和制定的工藝內(nèi)容，再按照所用數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的指令代碼及程序格式進(jìn)行數(shù)控編程；程序傳輸：將編寫好的程序通過傳輸接口，輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中。調(diào)整好機(jī)床并調(diào)用該程序后，就可以加工出符合圖紙要求的零件。

數(shù)控加工原理二、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和控制過程

CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程如下框圖加工程序譯碼刀補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算伺服系統(tǒng)PLC控制成形運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)、機(jī)床I/O控制(1)譯碼譯碼程序的主要功能是將用文本格式編寫的零件加工程序，轉(zhuǎn)換成機(jī)器運(yùn)算所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

它主要包括:X、Y、Z等坐標(biāo)值、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、G代碼、M代碼、刀具號(hào)、子程序調(diào)用和循環(huán)處理等數(shù)據(jù)或標(biāo)志的存放順序和格式。(2)刀補(bǔ)運(yùn)算零件的加工程序一般是按零件輪廓和工藝要求的進(jìn)給路線編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過程中所控制的是刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡。

不同的刀具，其幾何參數(shù)也不相同。

加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡，這樣才能加工出符合要求的零件。刀補(bǔ)運(yùn)算就是完成這種轉(zhuǎn)換的程序。刀補(bǔ)圖示(3)插補(bǔ)運(yùn)算在組成軌跡的直線段或曲線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，按一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作，以確定一些中間點(diǎn)的方法就稱之為“插補(bǔ)”。計(jì)算插補(bǔ)點(diǎn)的運(yùn)算稱為插補(bǔ)運(yùn)算。

插補(bǔ)運(yùn)算的任務(wù)就是把這種時(shí)實(shí)計(jì)算出的各個(gè)軸的位移指令輸入伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)。逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法：插補(bǔ)運(yùn)算是以區(qū)域判別為特征，每走一步都要將加工點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)與相應(yīng)給定的圖形上的點(diǎn)相比較，判別一下偏差，然后決定下一步的走向。這樣就能得到一個(gè)接近給定圖形的軌跡，其最大偏差不超過一個(gè)脈沖當(dāng)量。

逐點(diǎn)比較法圖示

2.2數(shù)控加工工藝的概念

數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)所運(yùn)用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個(gè)數(shù)控加工工藝過程。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來(lái)的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

數(shù)控加工工藝過程

數(shù)控加工工藝過程是利用切削刀具在數(shù)控機(jī)床上直接改變加工對(duì)象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。

數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容

數(shù)控加工的工藝分析

零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定值的確定

制定數(shù)控加工工藝方案確定工步和進(jìn)給路線選擇數(shù)控機(jī)床的類型

選擇和設(shè)計(jì)刀具、夾具與量具確定切削參數(shù)編寫、校驗(yàn)和修改加工程序首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問題處理

數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔

數(shù)控加工工藝與普通加工工藝的區(qū)別及特點(diǎn)

由于數(shù)控加工采用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床，使得數(shù)控加工具有加工自動(dòng)化程度高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、生成效率高、周期短、設(shè)備使用費(fèi)用高等特點(diǎn)。在數(shù)控加工工藝上也與普通加工工藝具有一定的差異。

二、不同加工方式示例

成型零件

成形車刀仿型加工

靠模板數(shù)控加工

數(shù)控加工工藝特點(diǎn)：

1.數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求具體、詳細(xì)；

2.數(shù)控加工工藝要求更嚴(yán)密、精確；

3.制定數(shù)控加工工藝要進(jìn)行零件圖形的數(shù)學(xué)處理和編程尺寸設(shè)定值的計(jì)算；

4.制定數(shù)控加工工藝選擇切削用量時(shí)要考慮進(jìn)給速度對(duì)加工零件形狀精度的影響；

5.制定數(shù)控加工工藝時(shí)要特別強(qiáng)調(diào)刀具選擇的重要性；

6.數(shù)控加工工藝的特殊要求；

7.數(shù)控加工程序的編寫、校驗(yàn)與修改是數(shù)控加工工藝的一項(xiàng)特殊內(nèi)容。數(shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系數(shù)控程序

輸入數(shù)控機(jī)床，執(zhí)行一個(gè)確定的任務(wù)的一系列指令，稱為數(shù)控程序或零件程序。數(shù)控編程

把零件的工藝過程、工藝參數(shù)及其他輔助動(dòng)作，按動(dòng)作順序和數(shù)控機(jī)床的指令、格式，編成加工程序，再記錄于控制介質(zhì)即程序載體，輸入數(shù)控裝置，從而指揮機(jī)床加工并根據(jù)結(jié)果加以修正的過程。數(shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系

數(shù)控加工工藝分析與處理是數(shù)控編程的前提和依據(jù)；數(shù)控編程就是將制定的數(shù)控加工工藝內(nèi)容程序化。第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)

數(shù)控加工是基于數(shù)字的加工，刀具與工件的相對(duì)位置必須在相應(yīng)坐標(biāo)系下才能確定。數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)，包括坐標(biāo)系、坐標(biāo)原點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)于數(shù)控工藝制定、編程及操作，是一個(gè)十分重要的概念。

1.3數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系1.3.1機(jī)床坐標(biāo)系１、機(jī)床坐標(biāo)系的確定我國(guó)原機(jī)械工業(yè)部頒布了JB/T3051-1989標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定的命名原則如下：（1）刀具相對(duì)于靜止工件而運(yùn)動(dòng)的規(guī)定在機(jī)床上，我們始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)的。這樣編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機(jī)床的加工過程。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

（2）標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的規(guī)定

標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定。在數(shù)控機(jī)床上，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控裝置來(lái)控制的，為了確定數(shù)控機(jī)床上的成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)，必須先確定機(jī)床上運(yùn)動(dòng)的位移和運(yùn)動(dòng)的方向，這就需要通過坐標(biāo)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)坐標(biāo)系被稱之為機(jī)床坐標(biāo)系。例如銑床上，有機(jī)床的縱向運(yùn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)以及垂向運(yùn)動(dòng)。在數(shù)控加工中就應(yīng)該用機(jī)床坐標(biāo)系來(lái)描述。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定：1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90°。則大拇指代表X坐標(biāo)，食指代表Y坐標(biāo)，中指代表Z坐標(biāo)。2)大拇指的指向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向，食指的指向?yàn)閅坐標(biāo)的正方向，中指的指向?yàn)閆坐標(biāo)的正方向。3)圍繞X、Y、Z坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向?yàn)閄、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

右手笛卡兒坐標(biāo)系直線坐標(biāo)XYZ旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)ABCDEF附加坐標(biāo)UVWPQR

（3）運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定增大刀具與工件距離的方向即為各坐標(biāo)軸的正方向，下圖為數(shù)控車床上兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的正方向。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

２、坐標(biāo)軸方向的確定（1）Z坐標(biāo)

Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向是由傳遞切削動(dòng)力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)，Z坐標(biāo)的正向?yàn)榈毒唠x開工件的方向。對(duì)于銑床、鏜床、鉆床等是主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)；對(duì)于車床、磨床和其他成形表面的機(jī)床是主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。如機(jī)床上有幾個(gè)主軸，則選一垂直于工件裝夾平面的主軸作為主要的主軸；如主要的主軸始終平行于標(biāo)準(zhǔn)的三坐標(biāo)系中的一個(gè)座標(biāo)，則這個(gè)座標(biāo)就是Z座標(biāo)；如主要的主軸能擺動(dòng)，在擺動(dòng)范圍內(nèi)使主軸只平行于三坐標(biāo)系統(tǒng)中的兩個(gè)或三個(gè)座標(biāo)，則取垂直于機(jī)床工作臺(tái)裝夾面的方向?yàn)閆座標(biāo)；如機(jī)床沒有主軸（如數(shù)控龍門刨床），則Z座標(biāo)垂直于工件裝夾平面。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

（2）X坐標(biāo)X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時(shí)，要考慮兩種情況：1）如果工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則刀具離開工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。2）如果刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則分為兩種情況：

Z坐標(biāo)水平時(shí)，觀察者沿刀具主軸向工件看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方；Z坐標(biāo)垂直時(shí)，觀察者面對(duì)刀具主軸向立柱看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。

下圖所示為數(shù)控車床的X坐標(biāo)。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

（3）Y坐標(biāo)在確定X、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來(lái)確定Y坐標(biāo)的方向。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)例：數(shù)控車床坐標(biāo)系經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床只有X、Z兩軸ZX主軸中心線方向工件徑向水平方向，且平行于橫向滑板，以刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)檎较蜃鴺?biāo)軸方向機(jī)床某一部件的運(yùn)動(dòng)增大刀具與工件之間距離定為該軸的正方向。后刀座坐標(biāo)系

數(shù)控車床坐標(biāo)系前刀座坐標(biāo)系

數(shù)控車床坐標(biāo)系

臥式數(shù)控車床坐標(biāo)系+X+Z立式銑床的坐標(biāo)系統(tǒng)例：數(shù)控銑床的坐標(biāo)系統(tǒng)

立式升降臺(tái)銑床的坐標(biāo)方向?yàn)椋篫軸垂直（與主軸軸線重合），向上為正方向；面對(duì)機(jī)床立柱的左右移動(dòng)方向?yàn)閄軸，將刀具向右移動(dòng)（工作臺(tái)向左移動(dòng)）定義為正方向；根據(jù)右手笛卡爾坐標(biāo)系的原則，Y軸應(yīng)同時(shí)與Z軸和X軸垂直，且正方向指向床身立柱。

立式數(shù)控銑床坐標(biāo)系+Z+X+Y

臥式升降臺(tái)銑床的坐標(biāo)方向?yàn)椋篫軸水平，且向里為正方向（面對(duì)工作臺(tái)的平行移動(dòng)方向）；工作臺(tái)的平行向左移動(dòng)方向?yàn)閄軸正方向；Y軸垂直向上。

臥式銑床的坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)控銑床的坐標(biāo)系統(tǒng)

3、坐標(biāo)系的原點(diǎn)

機(jī)床原點(diǎn)是指在機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)固定點(diǎn)，即機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。它在機(jī)床裝配、調(diào)試時(shí)就已確定下來(lái)，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)參考點(diǎn)。（1）數(shù)控車床的原點(diǎn)在數(shù)控車床上，機(jī)床原點(diǎn)一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點(diǎn)處。同時(shí)，通過設(shè)置參數(shù)的方法，也可將機(jī)床原點(diǎn)設(shè)定在X、Z坐標(biāo)的正方向極限位置上。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

（2）數(shù)控銑床的原點(diǎn)在數(shù)控銑床上，機(jī)床原點(diǎn)一般取在X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸正方向的極限位置上，如圖所示，圖中O1即為立式數(shù)控銑床的機(jī)床原點(diǎn)。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)工件坐標(biāo)系原點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)數(shù)控銑床的坐標(biāo)系統(tǒng)

（3）機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床參考點(diǎn)是用于對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和控制的固定位置點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)的位置是由機(jī)床制造廠家在每個(gè)進(jìn)給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標(biāo)值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。因此參考點(diǎn)對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知數(shù)。通常在數(shù)控銑床上機(jī)床原點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)是重合的；而在數(shù)控車床上機(jī)床參考點(diǎn)是離機(jī)床原點(diǎn)最遠(yuǎn)的極限點(diǎn)。下圖為數(shù)控車床的參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)。

第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

1.3.2編程坐標(biāo)系編程坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系。編程坐標(biāo)系一般供編程使用，確定編程坐標(biāo)系時(shí)不必考慮工件毛坯在機(jī)床上的實(shí)際裝夾位置。如下圖所示，其中O2即為編程坐標(biāo)系原點(diǎn)。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

編程原點(diǎn)是根據(jù)加工零件圖樣及加工工藝要求選定的編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)。編程原點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，編程坐標(biāo)系中各軸的方向應(yīng)該與所使用的數(shù)控機(jī)床相應(yīng)的坐標(biāo)軸方向一致，如下圖所示為車削零件的編程原點(diǎn)。第1章數(shù)控機(jī)床加工程序編制基礎(chǔ)

1.3.3加工坐標(biāo)系1、加工坐標(biāo)系的確定

加工坐標(biāo)系是指以確定的加工原點(diǎn)為基準(zhǔn)所建立的坐標(biāo)系。加工原點(diǎn)也稱為程序原點(diǎn)，是指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。加工過程中，數(shù)控機(jī)床是按照工件裝夾卡好后的加工原點(diǎn)及程序要求進(jìn)行自動(dòng)加工的。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

2、加工坐標(biāo)系的設(shè)定

在機(jī)床坐標(biāo)系中直接設(shè)定加工原點(diǎn)。例：以下圖為例，在配置FANUC-OM系統(tǒng)的立式數(shù)控銑床上設(shè)置加工原點(diǎn)03。（1）加工坐標(biāo)系的選擇編程原點(diǎn)設(shè)置在工件軸心線與工件底端面的交點(diǎn)上。設(shè)工作臺(tái)工作面尺寸為800mm×320mm，若工件裝夾在接近工作臺(tái)中間處，則確定了加工坐標(biāo)系的位置，其加工原點(diǎn)03就在距機(jī)床原點(diǎn)O1為X3、Y3、Z3處。并且X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm。第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

（2）設(shè)定加工坐標(biāo)系指令1）G54～G59為設(shè)定加工坐標(biāo)系指令。G54對(duì)應(yīng)一號(hào)工件坐標(biāo)系，其余以此類推?？稍贛DI方式的參數(shù)設(shè)置頁(yè)面中，設(shè)定加工坐標(biāo)系。如對(duì)已選定的加工原點(diǎn)O3，將其坐標(biāo)值X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm第1章數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)第四節(jié)

插補(bǔ)原理及與加工精度和加工效率的關(guān)系理解數(shù)控加工原理的關(guān)鍵就是理解插補(bǔ)原理。插補(bǔ)功能就是軌跡控制，它是數(shù)控加工的重要特征。正是因?yàn)橛辛瞬逖a(bǔ)功能，數(shù)控機(jī)床才能加工出各種形狀復(fù)雜的零件。在實(shí)際應(yīng)用中，常常采用一小段直線或圓弧去逼近（或稱為擬合）曲線，即通常所說(shuō)的直線和圓弧插補(bǔ)。插補(bǔ)任務(wù)就是要根據(jù)進(jìn)給速度的要求，完成在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的座標(biāo)值計(jì)算。目前常用的插補(bǔ)方法有兩類：脈沖增量插補(bǔ)法和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法。脈沖增量插補(bǔ)：脈沖增量插補(bǔ)模擬硬件插補(bǔ)的原理，把計(jì)算機(jī)每次插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生的指令輸出到伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根進(jìn)給脈沖進(jìn)給，以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。它適用于中等精度和中等速度、以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)：用小段直線來(lái)逼近給定軌跡，插補(bǔ)輸出的是下一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)各軸要運(yùn)動(dòng)的距離，不需要每走一個(gè)脈沖當(dāng)量插補(bǔ)一次，可達(dá)到很高的進(jìn)給速度。它適用于高精度、高速度的數(shù)字式閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

下面將介紹逐點(diǎn)比較法的插補(bǔ)過程：

逐點(diǎn)比較法就是刀具（或工件）每走一步控制系統(tǒng)都要將加工點(diǎn)與給定的圖形軌跡相比較，以決定下一步進(jìn)給的方向，使之逼近加工軌跡。逐點(diǎn)比較法是以折線來(lái)逼近直線或圓弧，其最大誤差不超過一個(gè)設(shè)定單位（脈沖當(dāng)量）。插補(bǔ)原理可概況為“逐點(diǎn)比較，步步逼近”插補(bǔ)過程：（1）偏差判別（2）坐標(biāo)進(jìn)給（3）偏差計(jì)算（4）終點(diǎn)判斷1、逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)

（1）偏差函數(shù)構(gòu)造

如圖示，設(shè)直線OA的始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為A（xe，ye），當(dāng)前加工點(diǎn)為P（xi，yi），取判別式F函數(shù)為則該點(diǎn)的偏差函數(shù)Fi可表示為若F=0，表示加工點(diǎn)位于直線上；若F>0，表示加工點(diǎn)位于直線上方；若F<0，表示加工點(diǎn)位于直線下方。YXF<0F>0Pi(Xi,Yi)Ae(Xe,Ye)OF＝0（2）逐點(diǎn)比較法第一象限直線插補(bǔ)軟件框圖

（3）逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)舉例對(duì)于第一象限直線OA，終點(diǎn)坐標(biāo)Xe=6,Ye=4，插補(bǔ)從直線起點(diǎn)O開始，故F0=0。終點(diǎn)判別是判斷進(jìn)給總步數(shù)N=6+4=10，將其存入終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器中，每進(jìn)給一步減1，若N=0，則停止插補(bǔ)。Y98754321610OA(6,4)X步數(shù)判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別0

F0=0∑=101F=0+XF1=F0-ye=0-4=-4∑=10-1=92F<0+YF2=F1+xe=-4+6=2∑=9-1=83F>0+XF3=F2-ye=2-4=-2∑=8-1=74F<0+YF4=F3+xe=-2+6=4∑=7-1=65F>0+XF5=F4-ye=4-4=0∑=6-1=56F=0+XF6=F5-ye=0-4=-4∑=5-1=47F<0+YF7=F6+xe=-4+6=2∑=4-1=38F>0+XF8=F7-ye=2-4=-2∑=3-1=29F<0+YF9=F8+xe=-2+6=4∑=2-1=110F>0+XF10=F9-ye=4-4=0∑=1-1=02、逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)（1）偏差函數(shù)

加工圓弧，可把當(dāng)前加工點(diǎn)到圓心的距離與被加工圓弧的半徑相比較來(lái)反映加工偏差。如圖示，設(shè)逆時(shí)針圓弧以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心，半徑為R，當(dāng)前加工點(diǎn)為P

取偏差判別式F函數(shù)為若F=0，表示加工點(diǎn)位于圓上若F>0，表示加工點(diǎn)位于圓外若F<0，表示加工點(diǎn)位于圓內(nèi)XYPi（Xi，Yi）ABF>0F<0（2）逐點(diǎn)比較法第一象限逆圓弧插補(bǔ)軟件圖（3）逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)舉例對(duì)于第一象限圓弧AB，起點(diǎn)A（4，0），終點(diǎn)B（0，4）

ABYX4步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給

偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別起點(diǎn)

F0=0x0=4,y0=0Σ=4+4=81F0=0-xF1=F0-2x0+1=0-2*4+1=-7x1=4-1=3y1=0Σ=8-1=72F1<0+yF2=F1+2y1+1=-7+2*0+1=-6x2=3y2=y1+1=1Σ=7-1=63F2<0+yF3=F2+2y2+1=-3x3=3,y3=2Σ=54F3<0+yF4=F3+2y3+1=2x4=3,y4=3Σ=45F4>0-xF5=F4-2x4+1=-3x5=2,y5=3Σ=36F5<0+yF6=F5+2y5+1=4x6=2,y6=4Σ=27F6>0-xF7=F6-2x6+1=1x7=1,y7=4Σ=18F7<0-xF8=F7-2x7+1=0x8=0,y8=4Σ=0第五節(jié)當(dāng)今國(guó)際數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著高速化、高精化、復(fù)合化、智能化、高柔性化及信息網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。整體數(shù)控加工技術(shù)向著CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）方向發(fā)展。并聯(lián)機(jī)床

高速切削

高速加工技術(shù)是自上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，其研究應(yīng)用的一個(gè)重要目標(biāo)是縮短加工時(shí)的切削與非切削時(shí)間，對(duì)于復(fù)雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高精度和高質(zhì)量。由于不同加工工藝和工件材料有不同的切削速度范圍，因而很難就高速加工給出一個(gè)確切的定義。目前，一般的理解為切削速度達(dá)到普通加工切削速度的5～10倍即可認(rèn)為是高速加工。

高速加工與傳統(tǒng)的數(shù)控加工方法相比沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，兩者牽涉到同樣的工藝參數(shù)，但其加工效果相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)控加工有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性：

高速切削

簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)加工工藝；經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。有利于提高生產(chǎn)率；有利于改善工件的加工精度和表面質(zhì)量；有利于延長(zhǎng)刀具的使用壽命和應(yīng)用直徑較小的刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；

受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。主要表現(xiàn)在：數(shù)控機(jī)床主軸高轉(zhuǎn)速工作臺(tái)高快速移動(dòng)和高進(jìn)給速度

高速切削

目前，高速加工涉及到的新技術(shù)主要有：

高速切削

高速加工是通過大幅度提高主軸轉(zhuǎn)速和加工進(jìn)給速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了適應(yīng)這種高速切削加工，主軸設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的主軸軸承、潤(rùn)滑和散熱等新技術(shù)；高速主軸

高速切削

高速伺服進(jìn)給系統(tǒng)高速加工通常要求在高主軸轉(zhuǎn)速下，使用在很大范圍內(nèi)變化的高速進(jìn)給。高速進(jìn)給的需求已引起機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的重大變化：采用直線伺服電機(jī)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機(jī)絲杠驅(qū)動(dòng)；

高速切削

適于高速加工的數(shù)控系統(tǒng)高速加工數(shù)控系統(tǒng)需要具備更短的伺服周期和更高的分辨率，同時(shí)具有待加工軌跡監(jiān)控功能和曲線插補(bǔ)功能，以保證在高速切削時(shí)，特別是在4-5軸坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工復(fù)雜曲面輪廓時(shí)仍具有良好的加工性能。

高速切削

刀具技術(shù)刀具性能和質(zhì)量對(duì)高速切削加工具有重大影響，新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大提高，從而提高了生產(chǎn)率，延長(zhǎng)了刀具壽命。

高速切削

刀夾裝置及快速刀具交換技術(shù)在高速加工中，切削時(shí)間和每個(gè)托盤化零件加工時(shí)間已顯著縮短。高速、高精度定位的托盤交換裝置已成為今后的發(fā)展方向。

高速加工作為一種新的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，它給傳統(tǒng)的數(shù)控加工帶來(lái)了一種革命性的變化，但是，目前既便是在加工機(jī)床水平先進(jìn)的瑞士、德國(guó)、日本、美國(guó)，對(duì)這一嶄新技術(shù)的研究也還處在不斷的摸索研究中。有許多問題有待于解決：如高速機(jī)床的動(dòng)態(tài)、熱態(tài)特性；刀具材料、幾何角度和耐用度問題；機(jī)床與刀具間的接口技術(shù)（刀具的公平衡、扭矩傳輸）；冷卻潤(rùn)滑液的選擇；CAD/CAM的程序后處理問題；高速加工時(shí)刀具軌跡的優(yōu)化問題等等。國(guó)內(nèi)在這一方面的研究采尚處于起步階段，要趕上并盡快縮小與國(guó)外同行業(yè)間的差距，還有許多路要走。

高速切削

數(shù)控機(jī)床高速車削加工錄像平面高速銑削加工錄像曲面高速銑削加工錄像

高精加工是高速加工技術(shù)與數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用結(jié)果。以前汽車零件的加工精度要求在0.01mm數(shù)量級(jí)，現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)硬盤、高精度液壓軸承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.1μm，加工精度進(jìn)入了亞微米世界。

高精加工高精加工提高機(jī)械設(shè)備的制造精度和裝配精度減小數(shù)控系統(tǒng)的控制誤差提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給使CNC控制單位精細(xì)化提高位置檢測(cè)精度位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制采用補(bǔ)償技術(shù)齒隙補(bǔ)償絲桿螺距誤差補(bǔ)償?shù)毒哒`差補(bǔ)償熱變形誤差補(bǔ)償空間誤差綜合補(bǔ)償

機(jī)床的復(fù)合化加工是通過增加機(jī)床的功能，減少工件加工過程中的多次裝夾、重新定位、對(duì)刀等輔助工藝時(shí)間，來(lái)提高機(jī)床利用率。復(fù)合化加工復(fù)合化加工的兩重含義：復(fù)合化加工一臺(tái)裝夾可完成多工種、多工序企業(yè)向復(fù)合型發(fā)展，為用戶提供成套服務(wù)工序和工藝的集中工藝的成套即即

數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：控制智能化加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇故障自診斷功能智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置

智能CAD把工程數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)及其專家系統(tǒng)、擬人化用戶接口管理系統(tǒng)集于一體。

控制智能化

智能制造技術(shù)包括專家系統(tǒng)、模糊推理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三大部分?？刂浦悄芑刂浦悄芑瘜＜蚁到y(tǒng)先是采集領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，然后將知識(shí)分解為事實(shí)與規(guī)則，存儲(chǔ)于知識(shí)庫(kù)中，通過推理作出決策。模糊推理模糊推理又稱模糊邏輯，它是依靠模糊集和模糊邏輯模型進(jìn)行多個(gè)因素的綜合考慮，采用關(guān)系矩陣算法模型、隸屬度函數(shù)、加權(quán)、約束等方法，處理模糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人腦部分功能的某些抽象、簡(jiǎn)化與模擬，由數(shù)量巨大的以神經(jīng)元為主的處理單元互連構(gòu)成，通過神經(jīng)元的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)信息處理。

網(wǎng)絡(luò)功能正逐漸成為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)的特征之一。諸如現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程故障診斷、遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程加工信息共享、遠(yuǎn)程操作（危險(xiǎn)環(huán)境的加工）、遠(yuǎn)程培訓(xùn)等都是以網(wǎng)絡(luò)功能為基礎(chǔ)的?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)化美國(guó)波音公司利用數(shù)字文件作為制造載體，首次利用網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)了無(wú)圖紙制造波音777新型客機(jī)。

圖示為波音公司利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)777客機(jī)的零部件進(jìn)行信息化處理。

互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)代意義上的快速成型技術(shù)始于70年代末期出現(xiàn)的立體光刻技術(shù)（SLA）,它是洶涌而來(lái)的數(shù)字化浪潮在加工領(lǐng)域中不可避免的延拓，連續(xù)的曲面被離散成用STL文件表達(dá)的三角面片，零件在加工方向上被離散成若干層。這種離散化使得任意復(fù)雜的零件原型都可以加工出來(lái)，加工過程也大大簡(jiǎn)化了。快速原型創(chuàng)意測(cè)量計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助制造數(shù)控加工構(gòu)思草圖快速原型現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)模式圖形文檔數(shù)控代碼工藝文檔產(chǎn)品快速原型

快速原型的英文縮寫為RP，在RP出現(xiàn)的初期，其用途主要是加工產(chǎn)品原型，隨著成型工藝、材料的進(jìn)步以及快速制模技術(shù)的發(fā)展，RP已發(fā)展成能直接或間接制造功能零件和模具的快速成型制造,奠定了在制造業(yè)中的位置,并且形成了一個(gè)不斷擴(kuò)大的RP/RT市場(chǎng)。據(jù)WholersAssociates的統(tǒng)計(jì)，全球RP設(shè)備已有近7000臺(tái)，分布在58個(gè)國(guó)家。快速原型

RP技術(shù)發(fā)展到今天已有20余年的歷史，新的快速成型工藝不斷產(chǎn)生、功能不斷完善、精度不斷提高、成型速度不斷提高。快速原型例如：隨著固態(tài)激光技術(shù)的突破，高達(dá)1000mw的紫外激光器應(yīng)用在SLA設(shè)備中，使其成型速度得到大大提高，激光器的使用壽命由最初的2500小時(shí)延長(zhǎng)到上萬(wàn)小時(shí)。

RP技術(shù)發(fā)展到今天已有20余年的歷史，新的快速成型工藝不斷產(chǎn)生、功能不斷完善、精度不斷提高、成型速度不斷提高?？焖僭屠纾盒滦透咝阅芄饷魳渲某霈F(xiàn)，解決了SLA的收縮變形和強(qiáng)度等問題。EOS公司的EOSINT_M激光金屬粉末燒結(jié)快速成型設(shè)備可直接成型金屬零件或注塑模具。

RP技術(shù)發(fā)展到今天已有20余年的歷史，新的快速成型工藝不斷產(chǎn)生、功能不斷完善、精度不斷提高、成型速度不斷提高。快速原型例如：在軟件方面，STL文件的處理軟件不斷專業(yè)化，使得各種文件的轉(zhuǎn)換和STL文件的修復(fù)、處理、操作等功能日臻完善，形成了基于STL的CAD平臺(tái)。

從RP/RT技術(shù)的現(xiàn)狀來(lái)看，未來(lái)幾年的主要發(fā)展趨勢(shì)如下：快速原型提高RP系統(tǒng)的速度、控制精度和可靠性開發(fā)專門用于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、模擬制品可視化，而對(duì)尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度要求不高的概念機(jī)。研究開發(fā)成本低、易成形、變形小、強(qiáng)度高、耐久及無(wú)污染的成形材料。研究開發(fā)新的成形方法研究新的高精度快速模具工藝

經(jīng)自動(dòng)化工廠“通信網(wǎng)絡(luò)”連接的各個(gè)子系統(tǒng)，可構(gòu)成一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體，即自動(dòng)化工廠。計(jì)算機(jī)集成制造反映了制造系統(tǒng)的這一新發(fā)展。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)則是技術(shù)上的具體實(shí)現(xiàn)，他能為現(xiàn)代制造企業(yè)追求在激烈變化中、動(dòng)態(tài)市場(chǎng)條件下，具有快速靈活響應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)提供所要求的戰(zhàn)略性系統(tǒng)技術(shù)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械制造廠的全盤自動(dòng)化，成為自動(dòng)化工或無(wú)人化工廠，是自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展方向。

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)主要由設(shè)計(jì)與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存儲(chǔ)運(yùn)輸模塊構(gòu)成

。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

存儲(chǔ)運(yùn)輸模塊的主要功能有倉(cāng)庫(kù)管理、自動(dòng)搬運(yùn)等。各模塊的主要功能：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）設(shè)計(jì)與工藝模塊制造模塊管理信息模塊存儲(chǔ)運(yùn)輸模塊CAD、CAE、CAPP、CAM等DNC、CNC、車間生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)調(diào)度、刀具管理、質(zhì)量檢測(cè)與控制、裝配、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、FMC/FMS等市場(chǎng)預(yù)測(cè)、物料需求計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)算、成本核算及銷售等CIMS集成的三個(gè)階段：

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）信息集成針對(duì)設(shè)計(jì)、管理和加工制造中大量存在的自動(dòng)化孤島，實(shí)現(xiàn)信息正確、高效的共享和交換，是改善企業(yè)技術(shù)和管理水平必須首先解決的問題。信息集成的主要內(nèi)容包括企業(yè)建模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、軟件工具和規(guī)范異構(gòu)環(huán)境下的信息集成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）過程集成對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中的各串行過程盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿羞^程，在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到后續(xù)工作中的可制造性、可裝配性，設(shè)計(jì)時(shí)考慮質(zhì)量，把設(shè)計(jì)開發(fā)中的信息大循環(huán)變成多個(gè)小循環(huán)，可以減少反復(fù)，縮短開發(fā)時(shí)間。CIMS集成的三個(gè)階段：

數(shù)控加工的概念

根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件，編制零件數(shù)控加工程序，并輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，以控制數(shù)控機(jī)床中刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而完成零件的加工。數(shù)控加工——數(shù)控加工的過程

制定工藝閱讀零件工藝分析數(shù)控編程程序傳輸雖然數(shù)控加工與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，在加工的方法和內(nèi)容上有許多相似之處，但由于采用了數(shù)字化的控制形式和數(shù)控機(jī)床，許多傳統(tǒng)加工過程中的人工操作被計(jì)算機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)控制所取代。

加工過程步驟詳細(xì)解釋

通過把數(shù)字化了的刀具移動(dòng)軌跡信息（通常指CNC加工程序），傳入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置，經(jīng)過譯碼、運(yùn)算，指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)（伺服電機(jī)帶動(dòng)的主軸和工作臺(tái)）控制刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而加工出符合編程設(shè)計(jì)要求的零件。數(shù)控加工的原理

伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)床零點(diǎn)數(shù)控加工工藝的概念

數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)所運(yùn)用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個(gè)數(shù)控加工工藝過程。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來(lái)的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

數(shù)控加工工藝過程

數(shù)控加工工藝過程是利用切削刀具在數(shù)控機(jī)床上直接改變加工對(duì)象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。

數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容

數(shù)控加工的工藝分析

零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定值的確定

制定數(shù)控加工工藝方案確定工步和進(jìn)給路線選擇數(shù)控機(jī)床的類型

選擇和設(shè)計(jì)刀具、夾具與量具確定切削參數(shù)編寫、校驗(yàn)和修改加工程序首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問題處理

數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔

數(shù)控加工工藝與普通加工工藝的區(qū)別及特點(diǎn)

由于數(shù)控加工采用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床，使得數(shù)控加工具有加工自動(dòng)化程度高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、生成效率高、周期短、設(shè)備使用費(fèi)用高等特點(diǎn)。在數(shù)控加工工藝上也與普通加工工藝具有一定的差異。

1、數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求更加具體、詳細(xì)普通加工工藝許多具體工藝問題，如工步的劃分與安排、刀具的幾何形狀與尺寸、走刀路線、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人員根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣自行考慮和決定，一般無(wú)須工藝人員在設(shè)計(jì)工藝規(guī)程時(shí)進(jìn)行過多的規(guī)定，零件的尺寸精度也可由試切保證。數(shù)控加工工藝所有工藝問題必須事先設(shè)計(jì)和安排好，并編入加工程序中。數(shù)控工藝不僅包括詳細(xì)的切削加工步驟，還包括工夾具型號(hào)、規(guī)格、切削用量和其它特殊要求的內(nèi)容，以及標(biāo)有數(shù)控加工坐標(biāo)位置的工序圖等。在自動(dòng)編程中更需要確定詳細(xì)的各種工藝參數(shù)。2、數(shù)控加工工藝要求更嚴(yán)密、精確普通加工工藝數(shù)控加工工藝加工時(shí)可以根據(jù)加工過程中出現(xiàn)的問題比較自由地進(jìn)行人為調(diào)整。

自適應(yīng)性較差，加工過程中可能遇到的所有問題必須事先精心考慮，否則導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。攻螺紋時(shí)，數(shù)控機(jī)床不知道孔中是否已擠滿切屑，是否需要退刀清理一下切屑再繼續(xù)加工。普通機(jī)床加工可以多次“試切”來(lái)滿足零件的精度要求，而數(shù)控加工過程嚴(yán)格按規(guī)定尺寸進(jìn)給，要求準(zhǔn)確無(wú)誤。

例如

編程尺寸并不是零件圖上設(shè)計(jì)的尺寸的簡(jiǎn)單再現(xiàn)，在對(duì)零件圖進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和計(jì)算時(shí)，編程尺寸設(shè)定值要根據(jù)零件尺寸公差要求和零件的形狀幾何關(guān)系重新調(diào)整計(jì)算，才能確定合理的編程尺寸。

3、制定數(shù)控加工工藝要進(jìn)行零件圖形的數(shù)學(xué)處理和編程尺寸設(shè)定值的計(jì)算

在數(shù)控加工中，刀具的移動(dòng)軌跡是由插補(bǔ)運(yùn)算完成的。根據(jù)差補(bǔ)原理分析，在數(shù)控系統(tǒng)已定的條件下，進(jìn)給速度越快，則插補(bǔ)精度越低，導(dǎo)致工件的輪廓形狀精度越差。尤其在高精度加工時(shí)這種影響非常明顯。

4、考慮進(jìn)給速度對(duì)零件形狀精度的影響制定數(shù)控加工工藝時(shí)，選擇切削用量要考慮進(jìn)給速度對(duì)加工零件形狀精度的影響。

復(fù)雜形面的加工編程通常采用自動(dòng)編程方式，自動(dòng)編程中必須先選定刀具再生成刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，因此對(duì)于不具有刀具補(bǔ)償功能的數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，若刀具預(yù)先選擇不當(dāng)，所編程序只能推倒重來(lái)。

5、強(qiáng)調(diào)刀具選擇的重要性6、數(shù)控加工工藝的特殊要求由于數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床的剛度高，所配的刀具也較好，因此在同等情況下，數(shù)控機(jī)床切削用量比普通機(jī)床大，加工效率也較高。數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)合化程度越來(lái)越高，因此現(xiàn)代數(shù)控加工工藝的明顯特點(diǎn)是工序相對(duì)集中，表現(xiàn)為工序數(shù)目少，工序內(nèi)容多，并且由于在數(shù)控機(jī)床上盡可能安排較復(fù)雜的工序，所以數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機(jī)床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。由于數(shù)控機(jī)床加工的零件比較復(fù)雜，因此在確定裝夾方式和夾具設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意刀具與夾具、工件的干涉問題。

復(fù)雜表面的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡生成需借助自動(dòng)編程軟件，既是編程問題，當(dāng)然也是數(shù)控加工工藝問題。這也是數(shù)控加工工藝與普通加工工藝最大的不同之處。

7、數(shù)控加工程序的編寫、校驗(yàn)與修改是數(shù)控加工工藝的一項(xiàng)特殊內(nèi)容普通工藝中，劃分工序、選擇設(shè)備等重要內(nèi)容對(duì)數(shù)控加工工藝來(lái)說(shuō)屬于已基本確定的內(nèi)容，所以制定數(shù)控加工工藝的著重點(diǎn)在整個(gè)數(shù)控加工過程的分析，關(guān)鍵在確定進(jìn)給路線及生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。數(shù)控加工與工藝技術(shù)的新發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著高速化、高精化、復(fù)合化、智能化、高柔性化及信息網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。整體數(shù)控加工技術(shù)向著CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）方向發(fā)展。

高速切削

高速加工技術(shù)是自上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，其研究應(yīng)用的一個(gè)重要目標(biāo)是縮短加工時(shí)的切削與非切削時(shí)間，對(duì)于復(fù)雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高精度和高質(zhì)量。由于不同加工工藝和工件材料有不同的切削速度范圍，因而很難就高速加工給出一個(gè)確切的定義。目前，一般的理解為切削速度達(dá)到普通加工切削速度的5～10倍即可認(rèn)為是高速加工。TOSHIBA四軸高速加工鏜銑床FIDIA五軸高速銑床

高速切削

高速加工與傳統(tǒng)的數(shù)控加工方法相比沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，兩者牽涉到同樣的工藝參數(shù)，但其加工效果相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)控加工有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性：

高速切削

簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)加工工藝；經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。有利于提高生產(chǎn)率；有利于改善工件的加工精度和表面質(zhì)量；有利于延長(zhǎng)刀具的使用壽命和應(yīng)用直徑較小的刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；

受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。主要表現(xiàn)在：數(shù)控機(jī)床主軸高轉(zhuǎn)速工作臺(tái)高快速移動(dòng)和高進(jìn)給速度

高速切削

目前，高速加工涉及到的新技術(shù)主要有：

高速切削

高速加工是通過大幅度提高主軸轉(zhuǎn)速和加工進(jìn)給速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了適應(yīng)這種高速切削加工，主軸設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的主軸軸承、潤(rùn)滑和散熱等新技術(shù)；高速主軸五軸高速銑削頭

高速切削

高速切削

高速伺服進(jìn)給系統(tǒng)高速加工通常要求在高主軸轉(zhuǎn)速下，使用在很大范圍內(nèi)變化的高速進(jìn)給。高速進(jìn)給的需求已引起機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的重大變化：采用直線伺服電機(jī)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機(jī)絲杠驅(qū)動(dòng)；

高速切削

適于高速加工的數(shù)控系統(tǒng)高速加工數(shù)控系統(tǒng)需要具備更短的伺服周期和更高的分辨率，同時(shí)具有待加工軌跡監(jiān)控功能和曲線插補(bǔ)功能，以保證在高速切削時(shí)，特別是在4-5軸坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工復(fù)雜曲面輪廓時(shí)仍具有良好的加工性能。

高速切削

刀具技術(shù)刀具性能和質(zhì)量對(duì)高速切削加工具有重大影響，新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大提高，從而提高了生產(chǎn)率，延長(zhǎng)了刀具壽命。

高速切削

刀夾裝置及快速刀具交換技術(shù)在高速加工中，切削時(shí)間和每個(gè)托盤化零件加工時(shí)間已顯著縮短。高速、高精度定位的托盤交換裝置已成為今后的發(fā)展方向。

高速加工作為一種新的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，它給傳統(tǒng)的數(shù)控加工帶來(lái)了一種革命性的變化，但是，目前既便是在加工機(jī)床水平先進(jìn)的瑞士、德國(guó)、日本、美國(guó)，對(duì)這一嶄新技術(shù)的研究也還處在不斷的摸索研究中。有許多問題有待于解決：如高速機(jī)床的動(dòng)態(tài)、熱態(tài)特性；刀具材料、幾何角度和耐用度問題；機(jī)床與刀具間的接口技術(shù)（刀具的公平衡、扭矩傳輸）；冷卻潤(rùn)滑液的選擇；CAD/CAM的程序后處理問題；高速加工時(shí)刀具軌跡的優(yōu)化問題等等。國(guó)內(nèi)在這一方面的研究采尚處于起步階段，要趕上并盡快縮小與國(guó)外同行業(yè)間的差距，還有許多路要走。

高速切削

高精加工是高速加工技術(shù)與數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用結(jié)果。以前汽車零件的加工精度要求在0.01mm數(shù)量級(jí)，現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)硬盤、高精度液壓軸承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.1μm，加工精度進(jìn)入了亞微米世界。

高精加工高精加工提高機(jī)械設(shè)備的制造精度和裝配精度減小數(shù)控系統(tǒng)的控制誤差提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給使CNC控制單位精細(xì)化提高位置檢測(cè)精度位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制采用補(bǔ)償技術(shù)齒隙補(bǔ)償絲桿螺距誤差補(bǔ)償?shù)毒哒`差補(bǔ)償熱變形誤差補(bǔ)償空間誤差綜合補(bǔ)償

機(jī)床的復(fù)合化加工是通過增加機(jī)床的功能，減少工件加工過程中的多次裝夾、重新定位、對(duì)刀等輔助工藝時(shí)間，來(lái)提高機(jī)床利用率。復(fù)合化加工復(fù)合化加工的兩重含義：復(fù)合化加工一臺(tái)裝夾可完成多工種、多工序企業(yè)向復(fù)合型發(fā)展，為用戶提供成套服務(wù)工序和工藝的集中工藝的成套即即

數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：控制智能化加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇故障自診斷功能智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置

智能CAD把工程數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)及其專家系統(tǒng)、擬人化用戶接口管理系統(tǒng)集于一體。

控制智能化

智能制造技術(shù)包括專家系統(tǒng)、模糊推理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三大部分?？刂浦悄芑刂浦悄芑瘜＜蚁到y(tǒng)先是采集領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，然后將知識(shí)分解為事實(shí)與規(guī)則，存儲(chǔ)于知識(shí)庫(kù)中，通過推理作出決策。模糊推理模糊推理又稱模糊邏輯，它是依靠模糊集和模糊邏輯模型進(jìn)行多個(gè)因素的綜合考慮，采用關(guān)系矩陣算法模型、隸屬度函數(shù)、加權(quán)、約束等方法，處理模糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人腦部分功能的某些抽象、簡(jiǎn)化與模擬，由數(shù)量巨大的以神經(jīng)元為主的處理單元互連構(gòu)成，通過神經(jīng)元的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)信息處理。

網(wǎng)絡(luò)功能正逐漸成為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)的特征之一。諸如現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程故障診斷、遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程加工信息共享、遠(yuǎn)程操作（危險(xiǎn)環(huán)境的加工）、遠(yuǎn)程培訓(xùn)等都是以網(wǎng)絡(luò)功能為基礎(chǔ)的?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)化美國(guó)波音公司利用數(shù)字文件作為制造載體，首次利用網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)了無(wú)圖紙制造波音777新型客機(jī)。

圖示為波音公司利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)777客機(jī)的零部件進(jìn)行信息化處理。

互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)代意義上的快速成型技術(shù)始于70年代末期出現(xiàn)的立體光刻技術(shù)（SLA）,它是洶涌而來(lái)的數(shù)字化浪潮在加工領(lǐng)域中不可避免的延拓，連續(xù)的曲面被離散成用STL文件表達(dá)的三角面片，零件在加工方向上被離散成若干層。這種離散化使得任意復(fù)雜的零件原型都可以加工出來(lái)，加工過程也大大簡(jiǎn)化了?？焖僭蛣?chuàng)意測(cè)量計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助制造數(shù)控加工構(gòu)思草圖快速原型現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)模式圖形文檔數(shù)控代碼工藝文檔產(chǎn)品快速原型

快速原型的英文縮寫為RP，在RP出現(xiàn)的初期，其用途主要是加工產(chǎn)品原型，隨著成型工藝、材料的進(jìn)步以及快速制模技術(shù)的發(fā)展，RP已發(fā)展成能直接或間接制造功能零件和模具的快速成型制造,奠定了在制造業(yè)中的位置,并且形成了一個(gè)不斷擴(kuò)大的RP/RT市場(chǎng)。據(jù)WholersAssociates的統(tǒng)計(jì)，全球RP設(shè)備已有近7000臺(tái)，分布在58個(gè)國(guó)家?？焖僭?/p>

RP技術(shù)發(fā)展到今天已有20余年的歷史，新的快速成型工藝不斷產(chǎn)生、功能不斷完善、精度不斷提高、成型速度不斷提高?？焖僭屠纾弘S著固態(tài)激光技術(shù)的突破，高達(dá)1000mw的紫外激光器應(yīng)用在SLA設(shè)備中，使其成型速度得到大大提高，激光器的使用壽命由最初的2500小時(shí)延長(zhǎng)到上萬(wàn)小時(shí)。

RP技術(shù)發(fā)展到今天已有20余年的歷史，新的快速成型工藝不斷產(chǎn)生、功能不斷完善、精度不斷提高、成型速度不斷提高?？焖僭屠纾盒滦透咝阅芄饷魳渲某霈F(xiàn)，解決了SLA的收縮變形和強(qiáng)度等問題。EOS公司的EOSINT_M激光金屬粉末燒結(jié)快速成型設(shè)備可直接成型金屬零件或注塑模具。

RP技術(shù)發(fā)展到今天已有20余年的歷史，新的快速成型工藝不斷產(chǎn)生、功能不斷完善、精度不斷提高、成型速度不斷提高?？焖僭屠纾涸谲浖矫?，STL文件的處理軟件不斷專業(yè)化，使得各種文件的轉(zhuǎn)換和STL文件的修復(fù)、處理、操作等功能日臻完善，形成了基于STL的CAD平臺(tái)。

從RP/RT技術(shù)的現(xiàn)狀來(lái)看，未來(lái)幾年的主要發(fā)展趨勢(shì)如下：快速原型提高RP系統(tǒng)的速度、控制精度和可靠性開發(fā)專門用于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、模擬制品可視化，而對(duì)尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度要求不高的概念機(jī)。研究開發(fā)成本低、易成形、變形小、強(qiáng)度高、耐久及無(wú)污染的成形材料。研究開發(fā)新的成形方法研究新的高精度快速模具工藝

經(jīng)自動(dòng)化工廠“通信網(wǎng)絡(luò)”連接的各個(gè)子系統(tǒng)，可構(gòu)成一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體，即自動(dòng)化工廠。計(jì)算機(jī)集成制造反映了制造系統(tǒng)的這一新發(fā)展。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)則是技術(shù)上的具體實(shí)現(xiàn)，他能為現(xiàn)代制造企業(yè)追求在激烈變化中、動(dòng)態(tài)市場(chǎng)條件下，具有快速靈活響應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)提供所要求的戰(zhàn)略性系統(tǒng)技術(shù)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械制造廠的全盤自動(dòng)化，成為自動(dòng)化工或無(wú)人化工廠，是自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展方向。

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)主要由設(shè)計(jì)與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存儲(chǔ)運(yùn)輸模塊構(gòu)成

。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

存儲(chǔ)運(yùn)輸模塊的主要功能有倉(cāng)庫(kù)管理、自動(dòng)搬運(yùn)等。各模塊的主要功能：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）設(shè)計(jì)與工藝模塊制造模塊管理信息模塊存儲(chǔ)運(yùn)輸模塊CAD、CAE、CAPP、CAM等DNC、CNC、車間生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)調(diào)度、刀具管理、質(zhì)量檢測(cè)與控制、裝配、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、FMC/FMS等市場(chǎng)預(yù)測(cè)、物料需求計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)算、成本核算及銷售等CIMS集成的三個(gè)階段：

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）信息集成針對(duì)設(shè)計(jì)、管理和加工制造中大量存在的自動(dòng)化孤島，實(shí)現(xiàn)信息正確、高效的共享和交換，是改善企業(yè)技術(shù)和管理水平必須首先解決的問題。信息集成的主要內(nèi)容包括企業(yè)建模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、軟件工具和規(guī)范異構(gòu)環(huán)境下的信息集成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）過程集成對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中的各串行過程盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿羞^程，在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到后續(xù)工作中的可制造性、可裝配性，設(shè)計(jì)時(shí)考慮質(zhì)量，把設(shè)計(jì)開發(fā)中的信息大循環(huán)變成多個(gè)小循環(huán)，可以減少反復(fù)，縮短開發(fā)時(shí)間。CIMS集成的三個(gè)階段：

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）企業(yè)集成21世紀(jì)的制造業(yè)必須面隊(duì)全球制造的新形勢(shì)，充分利用全球的制造資源，以便更快、更好、更省地響應(yīng)市場(chǎng)需求。這就是敏捷制造的思想。敏捷制造的組織形式是企業(yè)之間針對(duì)某一特定產(chǎn)品，建立企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟（即所謂虛擬企業(yè)）。敏捷的企業(yè)聯(lián)盟應(yīng)該是“兩頭大、中間小”，即強(qiáng)大的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)能力和強(qiáng)大的市場(chǎng)開拓與競(jìng)爭(zhēng)的能力?！爸虚g小”即加工制造設(shè)備的能力可以小。多數(shù)零部件可以靠協(xié)作解決，企業(yè)可以在全球采購(gòu)價(jià)格最便宜、質(zhì)量最好的零部件，因此企業(yè)間的集成是企業(yè)優(yōu)化的新臺(tái)階。CIMS集成的三個(gè)階段：

數(shù)控車間自動(dòng)化集成管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）數(shù)控車間集成系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床車間示范工程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

一、數(shù)控機(jī)床的組成與結(jié)構(gòu)輸入裝置輸出裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置PLC主軸控制單元主軸機(jī)床伺服電機(jī)速度控制單元工作臺(tái)位置檢測(cè)反饋裝置項(xiàng)目一數(shù)控機(jī)床組成

二、數(shù)控機(jī)床工作過程加工準(zhǔn)備階段機(jī)床調(diào)整階段程序調(diào)試階段試切加工階段正式加工階段檢測(cè)

三、數(shù)控機(jī)床的性能指標(biāo)

1.精度指標(biāo)

定位精度、重復(fù)定位精度、分辨率、脈沖當(dāng)量等

2.坐標(biāo)軸指標(biāo)

可控軸數(shù)、聯(lián)動(dòng)軸數(shù)

3.運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)

主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、行程、換刀時(shí)間等

4.加工能力指標(biāo)

每分鐘最大金屬切除率

項(xiàng)目二數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)性能與布局特點(diǎn)一、對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求

1.數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的靜、動(dòng)剛度（1）提高靜剛度的措施①基礎(chǔ)大件采用封閉整體箱形結(jié)構(gòu)封閉整體箱形結(jié)構(gòu)

②合理布置加強(qiáng)筋③提高部件之間的接觸剛度。刮研，增加單位面積上接觸點(diǎn)施加足夠的預(yù)載荷④提高主軸的剛度采用三支承結(jié)構(gòu)雙列短圓柱滾子軸承+角接觸向心推力球軸承

（2）提高動(dòng)剛度的措施

①改善機(jī)床的阻尼特性（如填充阻尼材料）

②床身表面噴涂阻尼涂層

③充分利用結(jié)合面的摩擦阻尼

④采用新材料，提高抗震性

人造大理石床身（混凝土聚合物）

天然大理石床身

2.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更小的熱變形

控制熱變形的措施：對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)。減少發(fā)熱措施盡可能將熱源移出去，如將液壓系統(tǒng)、油箱等移出機(jī)床改善摩擦特性和潤(rùn)滑條件采用靜壓軸承和滾珠絲桿不采用摩擦離合器等易發(fā)熱元件自動(dòng)排除切屑加充分的冷卻潤(rùn)滑液，排出路徑要短采用變量泵

主軸冷卻風(fēng)管對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻

主軸冷卻風(fēng)管對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻

熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)立柱

機(jī)床排屑系統(tǒng)

3.數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦要小，要消除傳動(dòng)系統(tǒng)

的間隙，達(dá)到低速時(shí)無(wú)爬行，高速時(shí)快速響應(yīng)。MOV2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

4.數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更好的宜人性（人機(jī)關(guān)系及環(huán)保）便于操作的機(jī)床結(jié)構(gòu)

二、數(shù)控機(jī)床布局特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床大都采用機(jī)、電、液、氣一體化布局，全封閉或半封閉防護(hù)，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，易于操作及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

1.數(shù)控車床的布局和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

水平床身

傾斜床身

垂直床身

垂直床身

立式數(shù)控車床

立式數(shù)控銑床2.數(shù)控銑床的布局和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

臥式數(shù)控銑床

龍門數(shù)控銑床

固定立柱立式加工中心3.加工中心的布局和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

固定立柱立式加工中心