大學(xué)課程設(shè)計(jì))

1、目錄、八前言第一章 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢1.1 數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r31.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢5第二章 數(shù)控編程基礎(chǔ)知識2.1 數(shù)控編程的內(nèi)容82.2 數(shù)控編程的方法92.3 數(shù)控專業(yè)基本編程指令102.4 數(shù)控編程的應(yīng)用14第三章 數(shù)控車加工工藝3.1 數(shù)控加工工藝分析主要內(nèi)容 153.2 數(shù)控加工內(nèi)容及加工方法的選擇 163.3 數(shù)控加工中刀具選擇與切削用量的確定 18第四章 切削用量的選擇和選擇原則4.1 切削用量的選擇204.2 切削用量的選擇原則21第五章 典型零件加工5.1 零件圖加工工藝235.2 編程255.3機(jī)床的操作26結(jié)論 27致謝28參考文獻(xiàn)28數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床

2、在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益， 顯示了其 在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用， 并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和 實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、 集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣 泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、 產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性 的變化。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)（IT ）與制造技術(shù)（MT結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?，F(xiàn)代的 CAD/CMDFMS CIMS敏捷制造和智 能制造技術(shù)， 都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。 掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械類專業(yè) 學(xué)生必不可少的。中國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過 40多年的發(fā)展，從無到有，從引進(jìn)消化到擁有自 己獨(dú)立

3、的自主版權(quán)，取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。 但回顧這幾十年的發(fā)展， 可以看到我 們在數(shù)控領(lǐng)域的進(jìn)步主要還是按國外一些模式， 按部就班地發(fā)展， 真正創(chuàng)新的成 分不多。 這種局面在發(fā)展初期的起步階段， 是無可非議的。 但到了世界數(shù)控強(qiáng)手 如林的今天和知識經(jīng)濟(jì)即將登上舞臺的新世紀(jì)， 這一常規(guī)途徑就很難行通了。 例 如，在國外模擬伺服快過時時，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩(wěn)市場，技 術(shù)上就已經(jīng)落后了； 在國外將脈沖驅(qū)動的數(shù)字式伺服打入我國市場時， 我們就跟 著搞這類的數(shù)字伺服， 我們老是跟在別人后面走， 按國外已有控制和驅(qū)動模式來 開發(fā)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)， 在技術(shù)上難免要滯后， 再加上國外公司在我國境內(nèi)設(shè)立研究

4、所和生產(chǎn)力，實(shí)行就地開發(fā)、 就地生產(chǎn)和就地銷售， 使我們的產(chǎn)品在性能價(jià)格比 上已越來越無多大優(yōu)勢，因此要進(jìn)一步擴(kuò)大市場占有率，難度自然就很大了。為改變這種現(xiàn)狀， 我們必須深刻理解和認(rèn)真落實(shí)“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力” 的偉大論斷， 大力加強(qiáng)數(shù)控領(lǐng)域的科技創(chuàng)新， 努力研究具有中國特色的實(shí)用先進(jìn) 數(shù)控技術(shù)，逐步建立自己獨(dú)立的、 先進(jìn)的技術(shù)體系。 在此基礎(chǔ)上大力發(fā)展符合中 國國情的數(shù)控產(chǎn)品， 從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、 數(shù)控功能部件到種類齊全的數(shù)控機(jī)床 整機(jī)的完整的產(chǎn)業(yè)體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠(yuǎn)受別人的制約，才 有可能用先進(jìn)、實(shí)用的數(shù)控產(chǎn)品去收復(fù)國內(nèi)市場，打開國際市場， 使中國的數(shù)控 技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)

5、業(yè)在 21 世紀(jì)走在世界的前列。第一章 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢1.1 國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r世界制造業(yè)在 20 世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕 陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。 90 年代的全世界數(shù)控機(jī)床 制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從90 年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升， 在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。 如德國機(jī) 床行業(yè)從 2000年至今已接受 3 個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。20 世紀(jì)人類社會最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及 控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。

6、自 從 1952年美國第 1 臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了 50個年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、 銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機(jī)，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備 家族，每年全世界的產(chǎn)量有1020萬臺，產(chǎn)值上百億美元。世界制造業(yè)在 20世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成 為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。 90 年代的全世界數(shù)控 機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從 90 年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如 德國機(jī)床行業(yè)從 2000年至今已接受 3個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在 8

7、0 年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從 傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所 以在 90年代初期面臨國家經(jīng)濟(jì)由計(jì)劃性經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年 最困難的蕭條時期，那時生產(chǎn)能力降到 50，庫存超過 4 個月。從 1995 年“九 五”以后國家從擴(kuò)大內(nèi)需啟動機(jī)床市場， 加強(qiáng)限制進(jìn)口數(shù)控設(shè)備的審批， 投資重 點(diǎn)支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、 設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用， 尤其是在 1999年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金， 使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。從 2000年 8月份的上海數(shù)控機(jī)床展覽會和 2001 年 4 月北

8、京國際機(jī)床展覽會上， 也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。 但也反映了 下列問題：（1）低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，互相靠壓價(jià)促銷；（ 2） 高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進(jìn)口；（3） 配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進(jìn)口； （ 4） 應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有完全推廣使用；（5） 自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進(jìn)圖紙、合資生 產(chǎn)或進(jìn)口件組裝。當(dāng)今世界工業(yè)國家數(shù)控機(jī)床的擁有量反映了這個國家的經(jīng)濟(jì)能力和國 防實(shí)力。目前我國是全世界機(jī)床擁有量最多的國家（近 300萬臺），但我們的機(jī) 床數(shù)控化率僅達(dá)到 19左右，這與西方工業(yè)國家一般能達(dá)到 20的差距太大。 日本不到80萬臺的

9、機(jī)床卻有近10倍于我國的制造能力。數(shù)控化率低，已有數(shù)控 機(jī)床利用率、開動率低，這是發(fā)展我國 21世紀(jì)制造業(yè)必須首先解決的最主要問 題。每年我們國產(chǎn)全功能數(shù)控機(jī)床 30004000臺，日本1年產(chǎn)5萬多臺數(shù)控機(jī) 床，每年我們花十幾億美元進(jìn)口 70009000臺數(shù)控機(jī)床，即使這樣我國制造業(yè) 也很難把行業(yè)中數(shù)控化率大幅度提上去。因此，國家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委從“八五”、“九五”就提出數(shù)控化改造的方針，在“九五”期間，我協(xié)會也曾做過調(diào)研。當(dāng)時提出數(shù)控化改造的設(shè)備可達(dá) 810萬臺，需投入80100億資金，但得到的經(jīng) 濟(jì)效益將是投入的510倍以上。因此，這兩年來承擔(dān)數(shù)控化改造的企業(yè)公司大 量涌現(xiàn)，甚至還有美國公司加

10、入?！笆濉眲倓傞_始，國防科工委就明確提出了 在軍工企業(yè)中投入6. 8億元，用于對1. 21. 8萬臺機(jī)床的數(shù)控化改造。 數(shù)控技術(shù)經(jīng)過50年的2個階段和6代的發(fā)展：第1階段：硬件數(shù)控(NC第1代：1952年的電子管第2代：1959年晶體管分離元件第3代：1965年的小規(guī)模集成電路第2階段：軟件數(shù)控(CNC第4代：1970年的小型計(jì)算機(jī)第5代：1974年的微處理器第6代：1990年基于個人 卩。機(jī)(PC- BASEO第6代的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)主要有：(1) 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可達(dá)到5萬小時以上；(2) 基于PC平臺，技術(shù)進(jìn)步快，升級換代容易；(3) 提供了開放式基礎(chǔ)，可供利用的軟、

11、硬件資源豐富，使數(shù)控功能擴(kuò)展到很寬的領(lǐng)域(如CAD CAM CAPP連接網(wǎng)卡、聲卡、打印機(jī)、攝影機(jī)等)；(4) 對數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠來說，提供了優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境，簡化了硬件。目前，國際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠是日本FANU(公司，1年生產(chǎn)5萬套以上系統(tǒng)，占世界市場約40%左右，其次是德國的西門子公司約占 15%以上，再次是 德海德漢爾，西班牙發(fā)格，意大利菲地亞，法國的 NUM日本的三菱、安川。 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廠家主要有華中數(shù)控、北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)、北京凱恩帝、北京凱奇、沈陽藝天、廣州數(shù)控、南京新方達(dá)、成都廣泰等，國產(chǎn)數(shù)控生產(chǎn)廠家規(guī)模 都較小，年產(chǎn)都還沒有超過 300400套。近10年數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工

12、技術(shù)發(fā)展，在以下幾個技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。(1)高速化由于高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高各方面速度，車床主軸轉(zhuǎn)速由30004000r/min提高到800010000r/min,銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由 40008000r/ min 提高到 12000r/ min、24000r/min、40000r/ min 以上 快 速移動速度由過去的 1020m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m /min在提高速度的同時要求提高運(yùn)動部件起動的加速度，其已由過去一般機(jī)床 的0. 5G (重力加速度)提高到1. 52G,最高可達(dá)15G直線電機(jī)在機(jī)床上開 始使用，主軸上大量采用

13、內(nèi)裝式主軸電機(jī)。( 2) 高精度化數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的 0. 010. 02mn提高到0. 008mn左右, 亞微米級機(jī)床達(dá)到0. 0005mm左右，納米級機(jī)床達(dá)到 0. 0050. 01卩m最小 分辨率為1nm(0. 000001mm的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已有產(chǎn)品。數(shù)控中兩軸以上插補(bǔ)技術(shù)大大提高， 納米級插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動出的圓弧都可以達(dá)到1卩的圓度，插補(bǔ)前多程序段預(yù)讀，大大提高插補(bǔ)質(zhì)量，并可進(jìn)行自動拐角處理( 3) 復(fù)合加工、新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn)如5軸 5面體復(fù)合加工機(jī)床， 5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。也派生出各新穎的 機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括 6 軸虛擬軸機(jī)床，串并聯(lián)鉸鏈機(jī)床等。采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)控

14、 的特殊運(yùn)算方式，特殊編程要求。(4) 使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機(jī)床“如虎添翼”。 如內(nèi)冷鉆頭由于 使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑， 在鉆深孔時大大提高效率。 加工 鋼件切削速度能達(dá)1000nZmin,加工鋁件能達(dá)5000m/min。( 5) 數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理，已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是 提高數(shù)控機(jī)床開動率、生產(chǎn)率的必要手段， 而且是企業(yè)合理化、 最佳化利用這些 制造手段的方法。因此，計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、異 行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為 21 世紀(jì)制造 業(yè)發(fā)展的一個主要潮流。1.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)

15、控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化， 使制造業(yè)成為工業(yè) 化的象征， 而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大， 他對國計(jì)民生的一 些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@ 些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝 備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個方面 18。1. 2.1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率， 提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次， 縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。 為此日本先端技術(shù) 研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)將

16、其確定為 21 世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn) 30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40秒/輛，而且多品種加工 是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一； 在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域， 其加工的零部件 多為薄壁和薄筋，剛度很差， 材料為鋁或鋁合金， 只有在高切削速度和切削力很 小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空” 的方法來制造機(jī)翼、 機(jī)身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、 螺釘和其 他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、 剛度和可靠性得到提高。 這些都對加工裝備提 出了高速、高精和高柔性的要求。從EMO200展會情況來看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/min,甚至更 高

17、，空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/min 左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海 通用汽車公司， 已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。 美國 CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá) 60m/min,快速為100m/min, 加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60 000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用 30min， 而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床加工需8h；德國DM（公司 的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá) 12*!000r/mm 和 1g。在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10卩m提 高到5卩m精密級加工中心則從

18、35卩m提高到11.5卩m并且超精密加工 精度已開始進(jìn)入納米級（0.01卩m）0在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF值已達(dá)6 000h以上，伺服系統(tǒng)的 MTBFS達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工， 與之配套的功能部件如電主軸、 直線電機(jī)得到了快速 的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。1.2.2 5 軸聯(lián)動加工采用 5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削， 不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為， 1 臺 5 軸聯(lián)動機(jī)床的效率可 以等于 2 臺 3 軸聯(lián)動機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削 淬硬鋼零件時， 5 軸聯(lián)動加工可比

19、 3 軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因 5 軸 聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比 3軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍， 加之編程技術(shù)難度較大，制約了 5軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)， 使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡 化，其制造難度和成本大幅度降低， 數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。 因此促進(jìn)了復(fù)合 主軸頭類型 5軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含 5面加工機(jī)床）的發(fā)展。在EMO200展會上，新日本工機(jī)的5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn) 4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺機(jī) 床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國DM（公司展出DM

20、UVoution系列加工中心，可在一次裝夾下 5面加工和5軸聯(lián)動加工，可由CNC系統(tǒng)控制或 CAD/CAM1接或間接控制。1.2.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控 系統(tǒng)中的各個方面： 為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化， 如加工過程的自 適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成； 為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化， 如前 饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化 編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等；還 有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及

21、維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。 目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的NGC(The Next GenerationWork-Station/Machine Control) 、歐共體的 OSACA(Op 和復(fù)合加工機(jī)床 en System Architecture for Control within Automation Systems) 、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller) ，中國的 ONC(Ope n Numerical Co ntrol System)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已

22、經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的 未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上， 面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能)，形成 系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中， 快速實(shí)現(xiàn) 不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)， 形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。 目前開 放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能 庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會的一個新亮點(diǎn)。 數(shù)控裝備的 網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、 制造企業(yè)對信息集成的需求， 也是實(shí)現(xiàn) 新的制造模式如敏捷制造

23、、虛擬企業(yè)、 全球制造的基礎(chǔ)單元。 國內(nèi)外一些著名數(shù) 控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO200展中，日本山崎馬扎克(Mazak)公司展出的“ CyberProduction Center” (智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC；日本大隈(Okuma機(jī)床公司展出“ IT plaza ” (信息技術(shù)廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment (開放制造環(huán)境，簡稱 OME等，反映了數(shù)控機(jī)床 加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。第二章 數(shù)控編程基礎(chǔ)知識2.1 數(shù)控編程的內(nèi)容2.1.1 分析零件圖樣和制定

24、工藝方案這項(xiàng)工作的內(nèi)容包括：對零件圖樣進(jìn)行分析，明確加工的內(nèi)容和要求；確 定加工方案；選擇適合的數(shù)控機(jī)床； 選擇或設(shè)計(jì)刀具和夾具； 確定合理的走刀路 線及選擇合理的切削用量等。這一工作要求編程人員能夠?qū)α慵D樣的技術(shù)特 性、幾何形狀、尺寸及工藝要求進(jìn)行分析，并結(jié)合數(shù)控機(jī)床使用的基礎(chǔ)知識，如 數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能、數(shù)控系統(tǒng)的功能等，確定加工方法和加工路線。2.1.2 數(shù)學(xué)處理在確定了工藝方案后，就需要根據(jù)零件的幾何尺寸、加工路線等，計(jì)算刀具 中心運(yùn)動軌跡，以獲得刀位數(shù)據(jù)。數(shù)控系統(tǒng)一般均具有直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)功能， 對于加工由圓弧和直線組成的較簡單的平面零件， 只需要計(jì)算出零件輪廓上相鄰 幾何元素

25、交點(diǎn)或切點(diǎn)的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)、 圓弧的圓心坐標(biāo) 值等，就能滿足編程要求。當(dāng)零件的幾何形狀與控制系統(tǒng)的插補(bǔ)功能不一致時， 就需要進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算，一般需要使用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，否則難以完成。2.1.3 編寫零件加工程序在完成上述工藝處理及數(shù)值計(jì)算工作后，即可編寫零件加工程序。程序編制 人員使用數(shù)控系統(tǒng)的程序指令，按照規(guī)定的程序格式，逐段編寫加工程序。2.1.4 程序檢驗(yàn)將編寫好的加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，就可控制數(shù)控機(jī)床的加工工作。一般在 正式加工之前，要對程序進(jìn)行檢驗(yàn)。 通常可采用機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)的方式， 來檢查機(jī)床 動作和運(yùn)動軌跡的正確性， 以檢驗(yàn)程序。在具有圖形模擬顯示功能的數(shù)控

26、機(jī)床上， 可通過顯示走刀軌跡或模擬刀具對工件的切削過程， 對程序進(jìn)行檢查。 對于形狀 復(fù)雜和要求高的零件， 也可采用鋁件、 塑料或石蠟等易切材料進(jìn)行試切來檢驗(yàn)程 序。通過檢查試件， 不僅可確認(rèn)程序是否正確， 還可知道加工精度是否符合要求。若能采用與被加工零件材料相同的材料進(jìn)行試切， 則更能反映實(shí)際加工效果， 當(dāng) 發(fā)現(xiàn)加工的零件不符合加工技術(shù)要求時，可修改程序或采取尺寸補(bǔ)償?shù)却胧?.2 編程的方法數(shù)控編程方法可以分為兩類：一類是手工編程，另一類是自動編程。2.2.1 手工編程手工編程是指編制零件數(shù)控加工程序的各個步驟，即從零件圖紙分析、工藝 決策、確定加工路線和工藝參數(shù)、 計(jì)算刀位軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)

27、、 編寫零件的數(shù)控加工 程序單直至程序的檢驗(yàn)，均由人工來完成。對于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的輪廓加工， 幾何計(jì)算較簡單， 程序段 不多，手工編程即可實(shí)現(xiàn)。 如簡單階梯軸的車削加工， 一般不需要復(fù)雜的坐標(biāo)計(jì) 算，往往可以由技術(shù)人員根據(jù)工序圖紙數(shù)據(jù)，直接編寫數(shù)控加工程序。 但對輪 廓形狀不是由簡單的直線、圓弧組成的復(fù)雜零件，特別是空間復(fù)雜曲面零件， 數(shù) 值計(jì)算則相當(dāng)繁瑣，工作量大，容易出錯，且很難校對，采用手工編程是難以完 成的。2.2.2 自動編程自動編程是采用計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，需要一套專門的數(shù)控編程 軟件，現(xiàn)代數(shù)控編程軟件主要分為以批處理命令方式為主的各種類型的語言編程 系統(tǒng)和交

28、互式CA» CAM集成化編程系統(tǒng)。APT 是一種自動編程工具( Automatically Programmed Tool )的簡稱， 是對工件、刀具的幾何形狀及刀具相對于工件的運(yùn)動等進(jìn)行定義時所用的一種接 近于英語的符號語言。在編程時編程人員依據(jù)零件圖樣，以APT語言的形式表達(dá) 出加工的全部內(nèi)容，再把用APT語言書寫的零件加工程序輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)APT語言編程系統(tǒng)編譯產(chǎn)生刀位文件( CLDATA file )，通過后置處理后，生成數(shù)控系 統(tǒng)能接受的零件數(shù)控加工程序的過程，稱為APT語言自動編程。采用APT語言自動編程時，計(jì)算機(jī)(或編程機(jī))代替程序編制人員完成了 繁瑣的數(shù)值計(jì)算工作，

29、并省去了編寫程序單的工作量， 因而可將編程效率提高數(shù) 倍到數(shù)十倍，同時解決了手工編程中無法解決的許多復(fù)雜零件的編程難題。交互式CAD/CA集成系統(tǒng)自動編程是現(xiàn)代CAD/CA集成系統(tǒng)中常用的方 法，在編程時編程人員首先利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)或自動編程軟件本身的零 件造型功能，構(gòu)建出零件幾何形狀， 然后對零件圖樣進(jìn)行工藝分析， 確定加工方 案，其后還需利用軟件的計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM功能，完成工藝方案的制訂、切 削用量的選擇、刀具及其參數(shù)的設(shè)定， 自動計(jì)算并生成刀位軌跡文件， 利用后置 處理功能生成指定數(shù)控系統(tǒng)用的加工程序。 因此我們把這種自動編程方式稱為圖 形交互式自動編程。這種自動編程

30、系統(tǒng)是一種CAD與 CAM高度結(jié)合的自動編程系 統(tǒng)。集成化數(shù)控編程的主要特點(diǎn)：零件的幾何形狀可在零件設(shè)計(jì)階段采用CAD/CAM成系統(tǒng)的幾何設(shè)計(jì)模塊在圖形交互方式下進(jìn)行定義、顯示和修改，最 終得到零件的幾何模型。 編程操作都是在屏幕菜單及命令驅(qū)動等圖形交互方式下 完成的，具有形象、直觀和高效等優(yōu)點(diǎn)。2.3 數(shù)控專業(yè)基本編程指令1、快速定位 G00格式：GOO X（ U） _ Z （ W _說明：X、Z:為絕對編程時，快速定位終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；U、W為增量編程時， 快速定位終點(diǎn)相對于起點(diǎn)的位移量； GOO 指令刀具相對于工件以 各軸預(yù)先設(shè)定的速度， 從當(dāng)前位置快速移動到程序段指令的定位目標(biāo)

31、點(diǎn)。 GOO 指 令中的快移速度由機(jī)床參數(shù)“快移進(jìn)給速度” 對各軸分別設(shè)定，不能用 F 規(guī)定。GOO 一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。 快移速度可由面板上的快 速修調(diào)按鈕修正。GOO 為模態(tài)功能，可由 GO1、 GO2、 GO3 或 G32 功能注銷。在執(zhí)行 GOO 指令時，由于各軸以各自速度移動，不能保證各軸同時到達(dá)終 點(diǎn)，因而聯(lián)動直線軸的合成軌跡不一定是直線。 操作者必須格外小心， 以免刀具 與工件發(fā)生碰撞。 常見的做法是， 將 X 軸移動到安全位置， 再放心地執(zhí)行 GOO 指 令。2、直線插補(bǔ) GO1格式： GO1 X（U）_ Z （W） _ F_ ；說明：X、乙為絕對編程時終點(diǎn)

32、在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；U、W為增量編程時終點(diǎn)相對于起點(diǎn)的位移量；F_:合成進(jìn)給速度。G01指令刀具以聯(lián)動的方式， 按 F 規(guī)定的合成進(jìn)給速度， 從當(dāng)前位置按線性路線 （聯(lián)動直線軸的合成軌跡為直 線）移動到程序段指令的終點(diǎn)。 G01 是模態(tài)代碼， 可由 G00、 G02、 G03 或 G32 功 能注銷。3、圓弧進(jìn)給 G02/G03格式： G02X（U）_Z（W）_I_K_F說明： G02/G03 指令刀具，按順時針 /逆時針進(jìn)行圓弧加工。圓弧插補(bǔ) G02/G03 的判斷，是在加工平面內(nèi)，根據(jù)其插補(bǔ)時的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針 / 逆時針 來區(qū)分的。加工平面為觀察者迎著 Y 軸的指向，所面對的平面。G0

33、2： 順時針圓弧插補(bǔ)G03： 逆時針圓弧插補(bǔ)X、 Z： 為絕對編程時，圓弧終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；U、 W： 為增量編程時，圓弧終點(diǎn)相對于圓弧起點(diǎn)的位移量；I、K:圓心相對于圓弧起點(diǎn)的增加量（等于圓心的坐標(biāo)減去圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)， 在絕對、增量編程時都是以增量方式指定，在直徑、半徑編程時 I 都是半徑值 R:圓弧半徑，F(xiàn):被編程的兩個軸的合成進(jìn)給速度；4、螺紋切削 G32格式: G32 X（U）_Z（W）_ F_說明:X、 Z: 為絕對編程時，有效螺紋終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；U、W: 為增量編程時，有效螺紋終點(diǎn)相對于螺紋切削起點(diǎn)的位移量；F: 螺紋導(dǎo)程，即主軸每轉(zhuǎn)一圈，刀具相對于工件的進(jìn)給值；

34、 從螺紋粗加工到精加工，主軸的轉(zhuǎn)速必須保持一常數(shù)； 在沒有停止主軸的情況下， 停止螺紋的切削將非常危險(xiǎn)； 因此螺紋切削時進(jìn)給保持功能無效，如果按下進(jìn)給保持按鍵，刀具在加工完螺紋后停止運(yùn)動； 在螺紋加工中不使用恒定線速度控制功能； 在螺紋加工軌跡中應(yīng)設(shè)置足夠的升速進(jìn)刀段 S和降速退刀段s',以消除伺服滯后造成的螺距誤差。5、內(nèi)（外）徑切削循環(huán) G90圓柱面內(nèi)（外）徑切削循環(huán)格式： G90 X_Z_F_；說明：X、Z:絕對值編程時，為切削終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；增量值編程時,為切削終點(diǎn)相對于循環(huán)起點(diǎn)的有向距離。6、端平面切削循環(huán) G94格式： G94 X_Z_F說明：X、Z:絕對值編程時

35、，為切削終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；增量值編程時，為切削終點(diǎn)相對于循環(huán)起點(diǎn)的有向距離7、螺紋切削循環(huán) G92格式： G92 X（U）_Z（W）_ F_；說明：X、Z:絕對值編程時，為螺紋終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；增量值編程時，為 螺紋終點(diǎn)相對于循環(huán)起點(diǎn)的有向距離。F:螺紋導(dǎo)程；G92指令與G32指令的區(qū)別為G92可多次自動切削螺紋。8、復(fù)合循環(huán)有四類復(fù)合循環(huán)，分別是G71內(nèi)（外）徑粗車復(fù)合循環(huán)；G72端面粗車復(fù)合循環(huán)；G73封閉輪廓復(fù)合循環(huán);G70精車循環(huán);運(yùn)用這組復(fù)合循環(huán)指令， 只需指定精加工路線和粗加工的吃刀量， 系統(tǒng)會自 動計(jì)算粗加工路線和走刀次數(shù)。(1) 內(nèi)(外)徑粗車復(fù)合循環(huán) G71格

36、式：G71 U(Ad) R(r)G71 P(ns) Q(nf) X( x) Z( z) F(f) S(s) T(t) ; d ：切削深度 ( 每次切削量 ) ;r ：每次退刀量;ns：精加工路徑第一程序段的順序號；nf ：精加工路徑最后程序段的順序號; x： X 方向精加工余量； z： Z 方向精加工余量；f ，s，t ：粗加工中 G71 程序段中編程的 F 、S、T 有效，而精加工處于 ns 到 nf 程序段之間的 F 、S、T 有效。 G71指令必須帶有P , Q地址ns、nf ,且與精加工路徑起、止順序號對 應(yīng)，否則不能進(jìn)行該循環(huán)加工。 ns的程序段必須為G00/G01指令。 在順序號為

37、 ns 到順序號為 nf 的程序段中,不應(yīng)包含子程序。(2) 端面粗車復(fù)合循環(huán) G72格式：G72 W(A d) R(r);G72 P(ns) Q(nf) X( x) Z( z) F(f) S(s) T(t) ；說明：該循環(huán)與 G71 的區(qū)別僅在于切削方向平行于 X 軸。(3) 固定形狀復(fù)合循環(huán) G73格式：G73 U ( i ) W( k) R(d);G73 P(ns) Q(nf) X( x) Z( z) F(f) S(s) T(t) ；說明：適用于鑄造、鍛造毛坯，與最終零件有相似外形。( 4)精車循環(huán) G70格式： G70 P(ns) Q(nf) ；2.4 數(shù)控編程的應(yīng)用2.4.1 選擇刀

38、具程序起始點(diǎn)(1) 刀具在起始點(diǎn)換刀時，不能與工件或夾具產(chǎn)生干涉碰撞；(2) 刀具退回到起始點(diǎn)時，應(yīng)能方便地安裝工件或能測量加工中的工件；(3 )起始點(diǎn)可以選在工件上的某一基準(zhǔn)點(diǎn)，也可以選在工件外的某一點(diǎn)，該 點(diǎn)必須與工件的定位基準(zhǔn)保持一定精度的坐標(biāo)關(guān)系， 在數(shù)控銑床上， 起始點(diǎn)應(yīng)盡 可能選在工件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。 若以孔定位的工件， 起始點(diǎn)應(yīng)放在孔的中 心線上，這樣不僅便于測量，而且也能減少誤差，提高加工精度；(4 )刀具的幾何尺寸 ( 例如刀具的長度、 刀具的直徑 ) 也會影響起始點(diǎn)的位置。 在數(shù)控機(jī)床上使用一把刀具加工工件時，常采用實(shí)切法確定程序中刀具的起始 點(diǎn)，即用刀具在被加工工件

39、上進(jìn)行少量實(shí)際切削， 根據(jù)測量加工出的工件實(shí)際尺 寸修改加工程序的起始點(diǎn)。采用實(shí)切法占用了機(jī)床的加工時間，效率很低， 不利 于自動加工。而且數(shù)控機(jī)床上使用的刀具不僅數(shù)量多，而且種類也多， 采用實(shí)切 法把各類型刀具的刀尖或切削部位在換刀后位于同一起始點(diǎn)， 實(shí)際上這是不可能 的。2.4.2 進(jìn)刀和退刀方式對于車削加工，進(jìn)刀時采用快速走刀接近工件切削起點(diǎn)附近的某個點(diǎn)，再改 用切削進(jìn)給，以減少空走刀的時間， 提高加工效率。 切削起點(diǎn)的確定與工件毛坯 余量大小有關(guān)，應(yīng)以刀具快速走到該點(diǎn)時刀尖不與工件發(fā)生碰撞為原則。 退刀時， 沿輪廓延長線工進(jìn)退出至工件附近，再快速退刀。一般先退 X軸，后退Z軸。根 據(jù)刀

40、具加工零件部位的不同，退刀的路線確定方式也不同。（1）斜線退刀方式斜線退刀方式路線最短，適用于加工外圓表面的偏刀退刀，如圖所示。（2）徑- 軸向退刀方式 這種退刀方式是刀具先徑向垂直退刀，到達(dá)指定 位置時再軸向退刀，如圖所示，切槽即采用此種退刀方法。（3）軸- 徑向退刀方式 軸- 徑向退刀方式的順序與徑 - 軸向退刀方式恰好 相反，如圖所示。 鏜孔即采用此種退刀方式， 數(shù)控系統(tǒng)除按指定的退刀方式退刀 外，還可用GO指令編制退刀路線，原則是第一考慮安全性，即在退刀過程中不 能與工件發(fā)生碰撞，第二考慮退刀路線最短。相比之下安全是第一位的。2.4.3 加工程序和進(jìn)給路線設(shè)定1、坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算在手工編程時

41、， 坐標(biāo)值計(jì)算要根據(jù)圖樣尺寸和設(shè)定的編程原點(diǎn)， 按確定的加 工路線，對刀尖從加工開始到結(jié)束過程中每條運(yùn)動軌跡的起點(diǎn)或終點(diǎn)坐標(biāo)值進(jìn)行 一個一個點(diǎn)仔細(xì)計(jì)算。2、確定加工順序及進(jìn)給路線加工順序按照由粗到精、 由近到遠(yuǎn)的原則確定。即先從右到左進(jìn)行粗車（留 0.25mm精車余量），然后從右向左的原則進(jìn)行精車。粗車在較短的時間內(nèi)將工 件上的大部分余量切除，提高加工效率， 滿足精車余量均勻的要求。 先加工離對 刀點(diǎn)較近的部位，以便縮短刀具移動距離， 減少空程時間， 還有利于保持坯件的 剛性，改善切削條件。第三章 數(shù)控車加工工藝3.1 加工工藝分析主要內(nèi)容數(shù)控加工工藝概括起來主要包括如下內(nèi)容。（1）選擇適合在

42、數(shù)控機(jī)床上加工的零件，確定工序內(nèi)容（2）分析被加工零件的圖紙，明確加工內(nèi)容幾技術(shù)要求。(3) 確定零件的加工方案，制定數(shù)控加工工藝路線。如劃分工序，安排加工 順序以及處理與非數(shù)控加工工序的銜接等。(4) 加工工序的設(shè)計(jì)。 如選取零件的定位基準(zhǔn)，夾具方案的確定，劃分工步， 選取刀輔具和確定切削用量等。(5) 數(shù)控加工程序的調(diào)整。選取對刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)，確定刀具補(bǔ)償，確定加工 路線。(6) 處理數(shù)控機(jī)床上的部分工藝指令。雖然數(shù)控加工工藝內(nèi)容較多，但有些內(nèi)容與普通機(jī)床加工工藝非常相似。3.2 數(shù)控加工內(nèi)容及加工方法的選擇3.2.1 選擇數(shù)控加工內(nèi)容在分析零件精度、形狀及其他技術(shù)條件基礎(chǔ)上，考慮零件是否適

43、合于在數(shù) 控機(jī)床上進(jìn)行加工以及選擇什么類型的數(shù)控機(jī)床加工。通常，考慮是否選擇在數(shù)控機(jī)床上加工的因素是， 零件的技術(shù)要求能否保證，對提高生產(chǎn)率是否有利，經(jīng)濟(jì)上是否合適。一般說來，零件的復(fù)雜程度高、 精度要求高、多品種、小批量的生產(chǎn)，采用數(shù)控機(jī)床加工能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)選擇并決定某個零件進(jìn)行數(shù)控加工后，并不是要把所有的加工內(nèi)容都包 下來，而可能只是對其中的一部分進(jìn)行數(shù)控加工， 因此必須要對所要加工的零件 進(jìn)行仔細(xì)的工藝分析， 選擇那些適合于進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。 選擇數(shù)控加 工內(nèi)容時，應(yīng)考慮以下問題：(1) 優(yōu)先選擇普通機(jī)床上無法加工的內(nèi)容，作為數(shù)控加工的內(nèi)容；(2) 重點(diǎn)選擇普通機(jī)床難加

44、工、質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容，作為數(shù)控加工的 內(nèi)容；(3) 普通機(jī)床加工效率低、工人操作勞動強(qiáng)度大的內(nèi)容，可考慮在數(shù)控機(jī) 床上加工。與以上述內(nèi)容比較，下列一些內(nèi)容則不宜選擇采用數(shù)控機(jī)床加工：（1）需要通過較長時間占機(jī)調(diào)整的內(nèi)容，如以毛坯的粗基準(zhǔn)定位來加工第 一個精基準(zhǔn)的工序等；（2）必須按專用工裝協(xié)調(diào)的孔及其他加工內(nèi)容。主要原因是采集編程用的 資料有困難，協(xié)調(diào)效果也不一定理想；（3）不能在一次裝夾中加工完成的其他零星部位，采用數(shù)控加工麻煩，效果不明顯，可安排在普通機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)加工。此外，在選擇數(shù)控加工內(nèi)容時，也要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期和工序間轉(zhuǎn)情 況等因素； 還要注意充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效益， 防止把

45、數(shù)控機(jī)床當(dāng)作普通機(jī)床使 用。3.2.2 選擇數(shù)控加工方法（1）旋轉(zhuǎn)體零件的加工這類零件一般在數(shù)控車床上加工： 其毛坯多采用棒料或鍛坯， 零件的形狀往 往是階梯形或其他等圓柱形零件， 其特點(diǎn)是加工余量大且不均勻。 在編寫加工程 序時主要考慮的問題是粗車時的加工路線。（2）孔系零件的加工在零件上進(jìn)行孔系加工時， 由于孔與孔之間的位置精度要求較高， 宜用點(diǎn) 位元直線控制的數(shù)控鉆鏜床或數(shù)控加工中心加工， 這樣不僅可能減輕工人的勞動 強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，而且還易于保證精度。加工這類零件時，孔系的定位多用快 速運(yùn)動， 有兩坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床， 可以指令兩軸同時運(yùn)動。 對沒有聯(lián)動的數(shù)控 機(jī)床，則只能指令兩個坐

46、標(biāo)軸依次運(yùn)動。以外，在編程加工程序時，還可以采用 子程序調(diào)用或循環(huán)指令的方法來減少程序段的數(shù)量， 以減少加工程序的長度和提 高加工的可靠性。（3）平面和曲面輪廓零件的加工加工曲面輪廓的零件， 多采用三個或三個以上坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控銑床或加工中 加工。為了保證加工質(zhì)量和刀具受力狀況良好， 加工過程中盡量使刀具回轉(zhuǎn)中心 線與加工表面處處垂直或相切。 為此，加工這類零件采用具有旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的四坐標(biāo)、 五坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控銑床加工。（4）模具型腔的加工該類零件通常型腔表面復(fù)雜、 不規(guī)則，尺寸精度及表面質(zhì)量要求高，且加工 材料硬度高、韌性大， 此時可考慮選用數(shù)控電火花機(jī)床成形加工， 用該法加工零 件時，由于電極與工

47、件不接觸， 沒有機(jī)械加工時的切削力， 故特別適宜加工低剛 度工件和進(jìn)行細(xì)微加工。5）平板形零件的加工該類零件通?？煽紤]選擇數(shù)控線切割機(jī)床加工。 這種加工方法除了內(nèi)側(cè)角部 的最小半徑由金屬直徑限制外， 任何復(fù)雜的內(nèi)外側(cè)形狀都可以加工， 而且加工余 量少，加工精度高，而無需考慮工件的硬度如何， 只要是導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料均可。3.3 控加工中刀具選擇與切削用量的確定3.3.1 數(shù)控加工常用刀具的種類及特點(diǎn)數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動化程度高的特點(diǎn)，一般應(yīng) 包括通用刀具、 通用連接刀柄及少量專用刀柄。 刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機(jī)床動力 頭上，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。 數(shù)控刀具的分類有多種方

48、法。 根據(jù)刀具結(jié)構(gòu) 可分為：整體式；鑲嵌式，采用焊接或機(jī)夾式聯(lián)接，機(jī)夾式又可分為不轉(zhuǎn)位 和可轉(zhuǎn)位兩種；特殊型式，如復(fù)合式刀具、減震式刀具等。根據(jù)制造刀具所用 的材料可分為：高速鋼刀具；硬質(zhì)合金刀具；金剛石刀具；其他材料刀 具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：車削刀具，分外 圓、內(nèi)孔、螺紋、切割刀具等多種；鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等； 鏜削刀具；銑削刀具等。為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等 的要求，近幾年機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用， 在數(shù)量上達(dá)到整個數(shù)控刀具 的30%-40%金屬切除量占總數(shù)的80%- 90%數(shù)控刀具與普通機(jī)床上所用的刀具相比， 有許多不

49、同的要求， 主要有以下特 點(diǎn)：剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小；互換性好， 便于快速換刀；壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；刀具的尺寸便于調(diào)整，以減 少換刀調(diào)整時間； 刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇迹?以利于切屑的排除； 系列化、 標(biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。3.3.2 數(shù)控加工刀具的選擇刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能 力、工件材料的性能、 加工工序、 切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀 柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加 工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。選取刀具時， 要使刀具的尺寸與

50、被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平 面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀； 加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬 質(zhì)合金刀片的玉米銑刀； 對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工， 常采用球頭 銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。在進(jìn)行自由曲面 （ 模具）加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此， 為保 證加工精度，切削行距一般采用頂端密距， 故球頭常用于曲面的精加工。 而平頭 刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀， 因此，只要在保證不過切的 前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀。另外，刀具的 耐

51、用度和精度與刀具價(jià)格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下， 選擇 好的刀具雖然增加了刀具成本， 但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高， 則可 以使整個加工成本大大降低。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工過程中， 由于刀具的刃磨、 測量和更換多為人工手 動進(jìn)行，占用輔助時間較，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以 下原則：盡量減少刀具數(shù)量；一把刀具裝夾后， 應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加 工步驟；粗精加工的刀具應(yīng)分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；先銑后 鉆；先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；在可能的情況下，應(yīng)盡可 能利用數(shù)控機(jī)床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。3.3.3 加工過程中切削用

52、量的確定合理選擇切削用量的原則是： 粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考 慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時， 應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下， 兼顧 切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說明書、切削用量手冊，并 結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。具體要考慮以下幾個因素：切削深度 t 。在機(jī)床、工件和刀具剛度允許的情況下， t 就等于加工余量， 這是提高生產(chǎn)率的一個有效措施。 為了保證零件的加工精度和表面粗糙度， 一般 應(yīng)留一定的余量進(jìn)行精加工。 數(shù)控機(jī)床的精加工余量可略小于普通機(jī)床。 切削 寬度L。一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加 工過程中，一般L的取值范圍為：L= （

53、0.60.9 ） d。切削速度v。提高v也 是提高生產(chǎn)率的一個措施，但 v 與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著 v 的增大， 刀具耐用度急劇下降，故 v 的選擇主要取決于刀具耐用度。另外， 切削速度與加 工材料也有很大關(guān)系，例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA寸,v可采用8m/min 左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，v可選200m/min以上。主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度 v來選定。計(jì)算公式為：v=n nd/1000。 數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開關(guān)， 可在加工過程中對 主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。進(jìn)給速度 vF。vF應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面

54、粗 糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。 vF 的增加也可以提高生產(chǎn)效率。加工表 面粗糙度要求低時， vF 可選擇得大些。在加工過程中， vF 也可通過機(jī)床控制面 板上的修調(diào)開關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整， 但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性 能等的限制。隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用， 量化生產(chǎn)線的形成， 數(shù)控編程已經(jīng) 成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問題之一。 在數(shù)控程序的編制過程中， 要在人機(jī)交互狀態(tài) 下即時選擇刀具和確定切削用量。 因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切 削用量的確定原則， 從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率， 充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的 優(yōu)點(diǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。第四章 切削用量的

55、選擇和選擇原則4.1 切削用量的選擇切削用量（ap、f、v）選擇是否合理，對于能否充分發(fā)揮機(jī)床潛力與刀具切削 性能，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本和安全操作具有很重要的作用。在 2.3.3 中對于 切削用量選擇的總體原則進(jìn)行了介紹， 在這里主要針對車削用量的選擇原則進(jìn)行 論述：粗車時，首先考慮選擇一個盡可能大的背吃刀量 ap，其次選擇一個較大 的進(jìn)給量f，最后確定一個合適的切削速度 V。增大背吃刀量ap可使走刀次數(shù) 減少，增大進(jìn)給量 f 有利于斷屑， 因此根據(jù)以上原則選擇粗車切削用量對于提高 生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是有利的。精車時， 加工精度和表面粗糙度要求較高， 加工余量不大且較均勻，

56、 因此選擇精 車切削用量時，應(yīng)著重考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)率。因此精車時應(yīng)選用較?。ǖ惶。┑谋吵缘读?ap和進(jìn)給量f,并選用切削性 能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，以盡可能提高切削速度 v。4.1. 1背吃刀量ap的確定在工藝系統(tǒng)剛度和機(jī)床功率允許的情況下，盡可能選取較大的背吃刀量，以 減少進(jìn)給次數(shù)。當(dāng)零件精度要求較高時， 則應(yīng)考慮留出精車余量， 其所留的精車 余量一般比普通車削時所留余量小，常取 0.10.5伽。進(jìn)給量f （有些數(shù)控機(jī)床用進(jìn)給速度 Vf）進(jìn)給量 f 的選取應(yīng)該與背吃刀量和主軸轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。 在保證工件加工質(zhì)量的 前提下，可以選擇較高的進(jìn)給速度(2000 mm/min以下)。在切斷、車削深孔或 精車時， 應(yīng)選擇較低的進(jìn)給速度。 當(dāng)?shù)毒呖招谐烫貏e是遠(yuǎn)距離“回零”時， 可以 設(shè)定盡量高的進(jìn)給速度。粗車時，一般取f=0.30.8 m/r，精車時常取f=0.10.3 m/r，切斷時f=0.05 0.2 m/r 。4.1.3 主軸轉(zhuǎn)速的確定( 1)光車外圓時主軸轉(zhuǎn)速光車外圓時主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)零件上被加工部位的直徑， 并按零件和刀具材料 以及加工性質(zhì)等條件所允許的切削速度來確定。切削速度除了計(jì)算和查表選取外，還可以根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。需要注意的是， 交 流變頻調(diào)速的數(shù)控車床低速輸出力矩小，因而切削速度不能太低。切