機床數(shù)控技術(shù)課件

緒論1.1概述1.2數(shù)控機床的分類1.3數(shù)控機床的發(fā)展歷程與趨勢1.1概述

1.1.1數(shù)控機床的定義

數(shù)控(NumericalControl，NC

）：用數(shù)位化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法。

數(shù)控機床（NumericallyControlledMachineTool）：簡單的說，就是採用了數(shù)控技術(shù)的機床。即將機床的各種動作、工件的形狀、尺寸以及機床的其他功能用一些數(shù)字代碼表示，把這些數(shù)字代碼通過資訊載體輸入給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過解碼、運算以及處理，發(fā)出相應的動作指令，自動地控制機床的刀具與工件的相對運動，從而加工出所需要的工件。

1.1.2數(shù)控機床的組成及加工零件的工作過程

1.數(shù)控機床的組成數(shù)控機床主要由程式介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床主體等四部分組成。如圖1.1所示。1.1概述

圖1-1數(shù)控機床的組成

程式介質(zhì):記載機床加工零件的全部資訊。如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)、切削速度等。常用的程式介質(zhì)有磁帶、磁片、U盤等。數(shù)控機床大都採用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工程式直接輸入或通過串行口將電腦上編寫的加工程式輸入到數(shù)控系統(tǒng)。在CAD/CAM集成系統(tǒng)中，其加工程式可不需任何載體直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)。1.1概述

磁帶、磁片U盤CF卡穿孔帶機床傳輸線穿孔帶ISO標準代碼孔1.1概述

1.1概述

數(shù)控裝置:是控制機床運動的中樞系統(tǒng)，它的基本任務是接收程式介質(zhì)帶來的資訊，按照規(guī)定的控制演算法進行插補運算，把它們轉(zhuǎn)換為伺服系統(tǒng)能夠接受的指令信號，然後將結(jié)果由輸出裝置送到各座標控制的伺服系統(tǒng)。

伺服系統(tǒng):由伺服驅(qū)動電動機和伺服驅(qū)動裝置組成，是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。它的基本作用是接收數(shù)控裝置發(fā)來的指令脈衝信號，控制機床執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移量，以完成零件的自動加工。

通常數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)兩部分組成，各公司的數(shù)控產(chǎn)品也是將兩者作為一體的。系統(tǒng)集成控制單元主軸電機進給伺服電機電子手輪I/O模組

機床控制面板CNC鍵盤驅(qū)動控制器直線式光柵感測器1.1概述

AC伺服電機及其驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)編碼器(增值型)交流直線電機及其驅(qū)動器步進電機及其驅(qū)動器1.1概述

機床主體:也稱主機，包括機床的主運動部件、進給運動部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(刀架)、導軌等。

1.1概述

數(shù)控車床斜置床身數(shù)控車床正置床身

數(shù)控機床的床身、立柱

1.1概述

臥式加工中心的框架式立柱

1.1概述

立式加工中心立柱1.1概述

1.1概述

數(shù)控機床的滾珠絲杠

滾珠絲杠螺母副的外迴圈方式

1—彎管；2—壓板；3—絲杠；4—滾環(huán)；5—螺紋管道1.1概述

滾動導軌塊的結(jié)構(gòu)直線滾動導軌靜壓導軌工作原理

1.1概述

數(shù)控車床自動換刀裝置雙刀架帶動力頭臥式回轉(zhuǎn)刀架臥式回轉(zhuǎn)刀架立式回轉(zhuǎn)方刀架1.1概述

斗笠式刀庫

鏈式刀庫盤式刀庫加工中心自動換刀裝置1.1概述

加工中心刀具測量、工件測量系統(tǒng)加工中心刀具預調(diào)儀1.1概述

車床用光學對刀儀車床用HPA（HighPrecisionArm）刀具測量系統(tǒng)1.1概述

2.

數(shù)控機床加工零件的工作過程

1）程式編制

2）程式輸入3）數(shù)據(jù)處理4）插補運算5）伺服控制與零件加工1.1概述

1.1.3數(shù)控機床的特點

1）精度高、品質(zhì)穩(wěn)定;2）適應性強;3）生產(chǎn)效率高;4）勞動條件好;5）便於現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理;6）具有故障自診斷和監(jiān)控能力;7）使用與維護要求高。

1.1概述

1.1.4數(shù)控機床的主要技術(shù)參數(shù)

1.主要規(guī)格尺寸

數(shù)控車床：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑、刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑、加工最大工件長度、最大車削直徑等；數(shù)控銑床、加工中心：工作臺面尺寸（長、寬）、工作臺T形槽、工作行程等。2.主軸系統(tǒng)

數(shù)控機床主軸驅(qū)動方式、轉(zhuǎn)速、調(diào)速範圍、主軸回轉(zhuǎn)精度等。1.1概述

3.進給系統(tǒng)

進給系統(tǒng)有進給速度範圍、快速（空行程）速度範圍、運動解析度（最小移動增量）、定位精度和螺距範圍等主要技術(shù)參數(shù)。（1）進給速度是影響加工品質(zhì)、生產(chǎn)效率和刀具壽命的主要因素，直接受到數(shù)控裝置運算速度、機床動特性和工藝系統(tǒng)剛度的限制。進給速度可通過操作面板上的進給倍率開關(guān)調(diào)整。（2）脈衝當量（解析度）

表示數(shù)控裝置每發(fā)出一個脈衝信號時機床坐標軸移動的距離，是機床坐標軸可以控制的最小位移增量。其數(shù)值的大小決定數(shù)控機床的加工精度和表面品質(zhì)。目前數(shù)控機床的脈衝當量一般為0.001mm，精密或超精密數(shù)控機床的脈衝當量為或更小。脈衝當量越小，數(shù)控機床的加工精度和加工表面品質(zhì)越高。1.1概述

（3）定位精度和重複定位精度

定位精度

指數(shù)控機床工作臺等移動部件在確定的終點所達到的實際位置的精度。因此移動部件實際位置與理想位置之間的誤差稱為定位誤差。定位誤差包括伺服系統(tǒng)誤差、檢測系統(tǒng)誤差、進給系統(tǒng)誤差和移動部件導軌的幾何誤差等。定位誤差將直接影響零件加工的位置精度。重複定位精度指在同一臺數(shù)控機床上，應用相同程式相同代碼加工一批零件，所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。重複定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給系統(tǒng)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。一般情況下，重複定位精度是成正態(tài)分佈的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一項非常重要的性能指標。目前數(shù)控機床其定位精度普遍可達±0.004mm，重複定位精度為±0.0015mm。

1.1概述

（4）數(shù)控機床的可控軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù)

數(shù)控機床的可控軸數(shù)

指數(shù)控裝置能夠控制的座標數(shù)目?？煽剌S數(shù)和數(shù)控裝置的運算處理能力、運算速度及記憶體量等有關(guān)。世界上最高級數(shù)控裝置的可控軸數(shù)已達到三十多軸。

數(shù)控機床的聯(lián)動軸數(shù)指機床數(shù)控裝置控制的坐標軸同時達到空間某一點的座標數(shù)目。目前有2軸、2.5軸、3軸、4軸、5軸和6軸聯(lián)動等。

4.刀具系統(tǒng)

數(shù)控車床刀具系統(tǒng)的主要有刀架工位數(shù)、換刀時間、重複定位精度等。加工中心刀具系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)有刀庫容量、換刀時間與刀柄形式等，通常中小型加工中心的刀庫容量為16~60把，大型加工中心可達100把及以上。換刀時間是指自動換刀系統(tǒng)將主軸上的刀具與刀庫中刀具進行交換所需要的時間，一般可達到2秒左右。

1.2數(shù)控機床的分類

1.2.1按機械運動軌跡分類數(shù)控機床按其刀具與工件相對運動的方式，可以分為點位控制、直線控制和輪廓控制。1.點位控制數(shù)控機床特點：要求保證點與點之間的準確定位。它只能控制行程的終點座標值，而不管從一個孔到另一個孔是按照什麼軌跡運動，在刀具運動過程中，不進行切削加工。包括數(shù)控鑽床，數(shù)控鏜床，數(shù)控衝床，三座標測量機，印刷電路板鑽床等。1.2數(shù)控機床的分類

2.直線控制數(shù)控機床特點：不僅控制行程的終點座標，還要保證在兩點之間機床的刀具走的是沿平行於坐標軸方向或與坐標軸成45°角方向的一條直線，而且在走直線的過程中往往要進行切削。

如：數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床等。圖1-3直線控制切削加工示意圖

1.2數(shù)控機床的分類

3.輪廓控制數(shù)控機床特點：不僅要控制行程的終點座標值，還要保證兩點之間的軌跡要按一定的曲線進行。即這種系統(tǒng)必須能夠?qū)蓚€或兩個以上的座標方向的同時運動進行嚴格的連續(xù)控制。在加工過程中，每時每刻都對各座標的位移和速度進行嚴格的不間斷的控制。如：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。圖1-4輪廓控制銑削加工示意圖

1.2數(shù)控機床的分類

1.2.2按伺服系統(tǒng)類型分類

1.開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床

這類數(shù)控機床沒有位置檢測回饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號是單向的，其精度主要決定於驅(qū)動元器件和電動機（步進電動機）的性能。例如採用步進電動機的伺服系統(tǒng)就是一個開環(huán)伺服系統(tǒng)。特點：結(jié)構(gòu)簡單、較為經(jīng)濟、維護維修方便，速度及精度低。適用：精度要求不高的中小型機床，多用於對舊機床的數(shù)控化改造。

1.2數(shù)控機床的分類

2.閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床

這類機床上裝有位置檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行測量。數(shù)控裝置發(fā)出進給信號後，經(jīng)伺服驅(qū)動使工作臺移動，位置檢測裝置檢測出工作臺的實際位移，並回饋到輸入端，與指令信號進行比較，驅(qū)使工作臺向其差值減小的方向運動，直到差值等於零為止。閉環(huán)控制可以消除由於傳動部件製造中存在的精度誤差給工件加工帶來的影響，從而得到很高的精度。但是由於很多機械傳動環(huán)節(jié)包括在閉環(huán)控制的環(huán)路內(nèi)，直接影響到伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設計和調(diào)整都非常困難。特點：定位精度高。但其系統(tǒng)設計和調(diào)整困難、穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)複雜、成本高。適用：精度要求很高的數(shù)控鏜銑床、超精密車床、超精密銑床、加工中心等。

1.2數(shù)控機床的分類

3.半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床

這類數(shù)控機床採用安裝在進給絲杠或電動機端頭上的轉(zhuǎn)角測量元件測量絲杠旋轉(zhuǎn)角度，來間接獲得位置回饋資訊。這種系統(tǒng)的閉環(huán)內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺，因此可以獲得穩(wěn)定的控制特性。而且由於採用了高解析度的測量元件，可以獲得比較滿意的精度及速度。大多數(shù)數(shù)控機床採用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。

1.2數(shù)控機床的分類

1.2.3按功能水準分類

數(shù)控機床按功能水準分為經(jīng)濟型、中檔型和高檔型三類。

1.經(jīng)濟型數(shù)控機床

由步進電機實現(xiàn)的開環(huán)驅(qū)動，功能比較簡單、價格比較低廉、精度中等，能滿足加工形狀比較簡單的直線、圓弧及螺紋加工。一般控制軸數(shù)在3軸以下，脈衝當量（解析度）多為10

m，快速進給速度在10m／min以下。

2.中檔型數(shù)控機床

也稱標準型數(shù)控機床，採用交流或直流伺服電機實現(xiàn)半閉環(huán)驅(qū)動，能實現(xiàn)4軸或4軸以下聯(lián)動控制，脈衝當量為1

m，進給速度為15~24m／min，一般採用16位或32位處理器，具有RS232C通信介面、DNC介面和內(nèi)裝PLC，具有圖形顯示功能及面向用戶的宏程式功能。

1.2數(shù)控機床的分類

3.高檔型數(shù)控機床指加工複雜形狀的多軸聯(lián)動的數(shù)控機床，其功能強、工序集中、自動化程度高。一般採用32位以上微處理器，形成多CPU結(jié)構(gòu)。採用數(shù)位化交流伺服電機或直線電機形成閉環(huán)驅(qū)動，具有主軸伺服功能，能實現(xiàn)5軸以上聯(lián)動，脈衝當量為0.1~1

m，進給速度可達100m／min及以上。具有宜人的圖形用戶介面和三維動畫功能，能進行加工仿真。具有智能監(jiān)控、智能診斷和智能工藝資料庫等，且具有製造自動化協(xié)議（ManufacturingAutomationProtocol，MAP）等通信介面，能實現(xiàn)電腦聯(lián)網(wǎng)和通信。

1.2數(shù)控機床的分類

1.2.4按加工方式分類

1.金屬切削類數(shù)控機床數(shù)控車床、數(shù)控鑽床、數(shù)控磨床、數(shù)控銑床、數(shù)控齒輪加工機床、加工中心等。

2.金屬成型類數(shù)控機床數(shù)控壓力機、折彎機、旋壓機等。

3.數(shù)控特種加工機床如數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花成型機、數(shù)控鐳射切割機、數(shù)控火焰切割機等。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用1.3.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展歷程1.1948年美國北密支安的一個小型飛機工業(yè)承包商帕森斯公司(ParsonsCo)與美國麻省理工學院(MIT)合作，於1952年研製出第一臺三座標數(shù)控銑床。2.1954年底，美國本迪克斯公司(BendixCo)在帕森斯專利的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出了第一臺工業(yè)用的數(shù)控機床。這時數(shù)控機床的控制系統(tǒng)（專用電子電腦）採用的是電子管，其體積龐大，功耗高，僅在一些軍事部門中承擔普通機床難以加工的形狀複雜的零件。這是第一代數(shù)控系統(tǒng)。1.3數(shù)控機床的發(fā)展歷程與趨勢

3.1959年電晶體出現(xiàn)，電子電腦應用電晶體元件和印刷電路板，從而使機床數(shù)控系統(tǒng)跨入了第二代。1959年克耐·杜列克公司（Keaney&TreckerCo簡稱K&T公司）在數(shù)控機床上設置刀庫，並在刀庫中裝有絲錐、鑽頭、鉸刀等刀具，根據(jù)指令自動選擇刀具，並通過機械手將刀具裝在主軸上，以縮短刀具的裝卸時間和減少零件的定位裝卡時間。人們把這種帶自動交換刀具的數(shù)控機床稱為加工中心（MachiningCenter，MC）。4.1965年出現(xiàn)了積體電路，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代都屬於硬體邏輯數(shù)控系統(tǒng)（稱為NC）。1967年英國MollinCo將7臺機床用電腦集中控制，組成柔性製造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）。

1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用5.隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，小型電腦應用於數(shù)控機床中，組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為電腦數(shù)控（CNC），數(shù)控系統(tǒng)進入第四代。6.20世紀70年代初、微處理機出現(xiàn)，稱為第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC，通稱為CNC）。7.1974年美國約瑟夫·哈林頓（JosephHarrington）博士在《ComputerIntegratedManufacturing》一書中首先提出了電腦集成製造（CIM）的概念，由此組成的系統(tǒng)稱為電腦集成製造系統(tǒng)（CIMS）。

CIMS核心內(nèi)容：“企業(yè)生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)，即從市場分析、產(chǎn)品設計、加工製造、經(jīng)營管理到售後服務的全部生產(chǎn)活動是一個不可分割的整體，要緊密連接，統(tǒng)一考慮。整個生產(chǎn)過程實質(zhì)上是一個數(shù)據(jù)的採集、傳送和加工處理的過程?！?.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用8.進入80年代，微處理機升檔更加迅速，故極大地促進了數(shù)控機床向柔性製造單元（FlexibleManufacturingCell即FMC）、柔性製造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem即FMS）方向發(fā)展。並奠定了向規(guī)模更大、層次更高的生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，如：電腦集成製造系統(tǒng)（CIMS）、自動化工廠（FA）方向發(fā)展的堅實基礎(chǔ)。9.20世紀80年代末期，又出現(xiàn)了以提高綜合效益為目的，以人為主體，以電腦技術(shù)為支柱，綜合應用資訊、材料、能源、環(huán)境等高新技術(shù)以及現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)，研究並改造傳統(tǒng)製造過程作用於產(chǎn)品整個生命週期的所有適用技術(shù)—通稱為先進製造技術(shù)(AdvancedManufactuingTechnology，AMT)。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用

我國從1958年開始研製數(shù)控機床，一些高等院校、科研單位、企業(yè)從採用電子管著手，到20世紀60年代曾研究出部分樣機，1965年開始研製電晶體數(shù)控系統(tǒng)，到20世紀70年代初曾研究出數(shù)控劈錐銑床，非圓插齒機，數(shù)控立銑床，以及數(shù)控車床，數(shù)控鏜床，數(shù)控磨床，加工中心等。據(jù)資料統(tǒng)計，1973～1979年期間，我國共生產(chǎn)數(shù)控機床4180臺，而其中數(shù)控線切割機床占86%左右。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用

20世紀80年代初隨著改革開放政策的實施，我國從國外引進技術(shù)，開始了批量生產(chǎn)微處理機數(shù)控系統(tǒng)，推動了我國數(shù)控機床新的發(fā)展高潮，我國開發(fā)了立式、臥式加工中心，立式、臥式數(shù)控車床，數(shù)控銑床，數(shù)控鑽鏜床，數(shù)控磨床等。

20世紀80年代末期，我國還在一定範圍內(nèi)探索實施CIMS，且取得了一些有益的經(jīng)驗和教益。20世紀90年代我國還加強了自主知識產(chǎn)權(quán)數(shù)控系統(tǒng)的研製工作，而且取得一定的成效，如在五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)（解析度為0.02μm）、高精度車床數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿形系統(tǒng)、中低檔數(shù)控系統(tǒng)等方面都取得了較好的成果。如中國珠峰公司的中華Ⅰ型、北京航太機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司的航太Ⅰ型、華中數(shù)控公司的華中Ⅰ型、瀋陽高檔數(shù)控國家工程研究中心的藍天Ⅰ型、上海開通數(shù)控技術(shù)有限公司KT系統(tǒng)、北京凱恩帝的KND系統(tǒng)和廣州數(shù)控設備廠的GSK系列等數(shù)控系統(tǒng)。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用1.3.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢1.高速化

二十多年前，德國切削物理學家薩洛蒙（Salomon）提出高速加工的概念並對高速加工進行了深入的研究。其研究成果表明：隨著切削線速度的增加，溫度及刀具磨損會劇烈增加，當切削線速度達到超過某臨界值時，切削溫度及切削力會減小，然後又隨著切削速度的增加而急劇增加。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用

加工中心的主軸轉(zhuǎn)速現(xiàn)已達到8000～12000r/min，最高的可達100000r/min以上，磨床的砂輪線速度提高到100～200m/s。採用64位CPU的新型數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)快速進給、高速加工、多軸控制功能，控制軸數(shù)最多可達到31個，同時聯(lián)動軸數(shù)可達3～6軸，進給速度為20～24m/min，最快可達60m/min。自動換刀和自動交換工作臺時間也大大縮短，現(xiàn)在數(shù)控車床刀架的轉(zhuǎn)位時間可達0.4～0.6s，加工中心自動交換刀具時間可達3s，最快能達到1s以內(nèi)，自動交換工作臺時間也可達到6～10s，個別可達到2.5s。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用2.高精度化

用戶對產(chǎn)品精度要求的日益提高，促使數(shù)控機床的精度不斷提高。數(shù)控機床的精度主要體現(xiàn)在定位精度和重複定位精度。數(shù)控機床配置了新型、高速、多功能的數(shù)控系統(tǒng)，其解析度可達到0.1μm，有的可達到0.01μm，實現(xiàn)了高精度加工，並且超精密加工精度已開始進入納米級（0.001μm）。伺服系統(tǒng)採用前饋控制技術(shù)、高解析度的位置檢測元件、電腦數(shù)控的補償功能等，保證了數(shù)控機床的高加工精度。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用我國超精密加工技術(shù)獲新突破2003年5月的一天，一塊亮如鏡面的鋁材凸球面車削樣件被小心翼翼地從非球面曲面超精密加工機房上卸下，送入國家級光學計量檢驗中心檢驗?，F(xiàn)場的人們焦急地等待著檢驗結(jié)果。一個多小時以後，檢驗結(jié)果出來了：車削加工樣件的面形精度PV=0.228μm，表面粗糙度Ra=0.0078μm，這意味著表面粗糙度僅有不到8納米。現(xiàn)場沸騰了，緊張工作了一個多月的人們擊掌相慶，有人甚至流出了激動的淚水。這是三○三所研製的非球面曲面超精密加工機床在用戶西安應用光學研究所進行交付驗收時的一個場景。

---------------來源：中國機床商業(yè)網(wǎng)1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用3.多功能化

CNC裝置功能的不斷擴大，促進了數(shù)控機床的高度自動化及多功能化。數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)大多採用CRT（CathodeRayTube）顯示，可實現(xiàn)二維圖形的軌跡顯示，有的還可以實現(xiàn)三維彩色動態(tài)圖形顯示；有的數(shù)控系統(tǒng)裝有小型資料庫，可以自動選擇最佳刀具和切削用量；有的數(shù)控系統(tǒng)具有各種監(jiān)控、檢測等功能，如刀具壽命管理、刀具尺寸自動測量和補償、工件尺寸自動測量及補償、切削參數(shù)自動調(diào)整、刀具磨損或破損檢測等功能。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用4．加工功能複合化

在一臺機床上實現(xiàn)多工序、多方法加工是數(shù)控機床發(fā)展的又一趨勢。已經(jīng)出現(xiàn)了集鑽、鏜、銑功能於一身的數(shù)控機床，可完成鑽、鏜、銑、擴孔、鉸孔、攻螺絲等工序的數(shù)控加工中心，以及車削加工中心，鑽削、磨削加工中心，電火花加工中心等。近年來又出現(xiàn)了高複合化數(shù)控機床，如增加了車削和磨削功能的鏜銑類加工中心等，不但有更高的加工精度，而且可以提高工作效率，節(jié)約占地面積和投資。

1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用柔性製造單元FMC

摩托車曲軸箱體柔性製造系統(tǒng)FMS

多主軸正面銑床銑頭回轉(zhuǎn)MC

1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用

車銑複合中心高速銑-鐳射堆焊MC1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用銑床-鐳射雕刻MC1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用

銑車複合中心5．結(jié)構(gòu)新型化

一種不同於原來數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機床，在1994年被開發(fā)成功。這種基於並聯(lián)機構(gòu)原理並結(jié)合現(xiàn)代機器人技術(shù)和機床技術(shù)而產(chǎn)生的新型數(shù)控機床稱為並聯(lián)機床或虛擬軸機床，這種機床沒有任何導軌和滑臺，採用能夠伸縮的伺服軸支撐並聯(lián)，並與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連。它可實現(xiàn)多座標聯(lián)動加工，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)複雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高2~10倍1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用快速原型機RPM及其產(chǎn)品1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用未來機床1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用6．編程技術(shù)自動化

自動編程系統(tǒng)，如圖形互動式編程系統(tǒng)、數(shù)位化自動編程系統(tǒng)、會話式自動編程系統(tǒng)、語音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形互動式編程系統(tǒng)的應用越來越廣泛。圖形互動式編程系統(tǒng)是以電腦輔助設計（CAD）軟體為基礎(chǔ)，首先形成零件的圖形檔，然後再調(diào)用數(shù)控編程模組，自動編制加工程式，同時可動態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點是速度快、精度高、直觀性好、使用簡便，已成為國內(nèi)外先進的CAD/CAM軟體所採用的數(shù)控編程方法。目前常用的圖形互動式軟體有MasterCAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA等。

1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用7．數(shù)控系統(tǒng)的智能化

數(shù)控系統(tǒng)的智能化包括多個方面，一是為追求加工效率和加工品質(zhì)方面的智能化；二是為提高驅(qū)動性能及使用連接的智能化；三是簡化編程和操作方面的智能化；四是數(shù)控系統(tǒng)的智能診斷、智能監(jiān)控等。隨著人工智慧在電腦領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應控制（AdaptiveControl，AC）、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)路的控制機理，不但具有自動編程、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ?，而且人機介面極為友好。同時數(shù)控系統(tǒng)還具有故障診斷專家系統(tǒng)，其自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。此外，伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動和智能化進給伺服裝置，能自動識別負載和優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用8．數(shù)控系統(tǒng)的開放性數(shù)控系統(tǒng)的開放性可以大量採用通用微機的先進技術(shù)，如多媒體技術(shù)、實現(xiàn)聲控自動編程、圖形掃描自動編程等。數(shù)控系統(tǒng)還可向高集成度方向發(fā)展，每個晶片上可以集成更多個電晶體，使系統(tǒng)更加小型化、微型化，可靠性大大提高。利用多CPU的優(yōu)勢，實現(xiàn)故障自動排除，增強通訊功能，提高進線和聯(lián)網(wǎng)能力。開放式新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬體、軟體和匯流排規(guī)範都是對外開放的。充足的軟、硬體資源，不僅使數(shù)控系統(tǒng)製造商和用戶進行的系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大的方便，促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應用，既可通過升檔或剪裁構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)，又可通過擴展構(gòu)成不同類型數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)生產(chǎn)週期大大縮短。這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級，結(jié)構(gòu)上不必變動。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用9.數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性

數(shù)控系統(tǒng)的可靠性：以平均無故障時間（MeanTimeBetweenFailure，MTBF）來衡量，它是指一臺數(shù)控機床在使用中兩次故障的平均時間，即數(shù)控機床在壽命範圍內(nèi)總工作時間和總故障次數(shù)之比。數(shù)控機床的可靠性取決於數(shù)控系統(tǒng)各伺服驅(qū)動單元的可靠性。它與機床壽命不同，機床壽命取決於機床機械結(jié)構(gòu)的可靠性和耐磨性。為提高機床可靠性，採取措施：（1）採用更高集成度的電路晶片，採用大規(guī)模或超大規(guī)模的專用及混合式積體電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。（2）通過硬體功能軟體化，以適應各種控制功能的要求。同時通過硬體結(jié)構(gòu)的模組化、標準化、通用化及系列化，提高硬體的生產(chǎn)批量和品質(zhì)。（3）增強故障自診斷、自恢復和保護功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)硬體、軟體和各種外部設備進行故障診斷、報警。1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用10．數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)路化

1.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用

數(shù)控機床的網(wǎng)路化滿足企業(yè)對資訊集成的需求，也是實現(xiàn)新的製造模式，如互聯(lián)網(wǎng)+智能製造，如：敏捷製造（AgileManufacturing，AM）、虛擬企業(yè)（VirtualEnterprise，VE）、全球製造（GlobalManufacturing，GM）等。

數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)能力：有RS232C串行介面、RS422等介面外，還帶有遠程緩衝功能的DNC介面，可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對幾臺數(shù)控機床進行控制。有的已配備與工業(yè)局域網(wǎng)（LAN）通信的功能以及製造自動化協(xié)議（ManufactureAutomationProtocol，MAP）高性能通信介面，促進系統(tǒng)集成化和資訊綜合化，使遠程操作和監(jiān)控、遙控及遠程故障診斷成為可能。

數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

2.1數(shù)控加工工藝分析

1．數(shù)控加工工藝的特點

2.1.1數(shù)控加工工藝的特點與內(nèi)容（1）工序內(nèi)容具體如走刀路線安排、刀具選擇、刀具補償?shù)缺仨毧紤]。（2）工序內(nèi)容複雜由於加工零件結(jié)構(gòu)複雜、精度高，所以零件的工藝也相應複雜。2．數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容

（1）分析零件圖紙，明確加工內(nèi)容、精度及技術(shù)要求；（2）制定工藝過程，確定加工方案；（3）設計工序內(nèi)容。如工步的劃分、工件的定位與夾緊、刀具的選擇、切削用量的確定等；（4）圖形的數(shù)學處理及加工路線的確定等。如基點、節(jié)點計算；對刀點、換刀點的選擇；加工路線確定等；（5）編制工藝檔。包括工藝過程卡、工序卡、刀具卡、加工路線圖等。2.1.2數(shù)控加工工藝性分析

1.零件圖的尺寸標注應符合編程方便的原則零件圖上的尺寸標注方法應適應數(shù)控加工的特點；(2)構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應充分。2.零件的結(jié)構(gòu)工藝性應符合數(shù)控加工的特點

零件的內(nèi)腔和外形最好採用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸；(2)內(nèi)腔和外形凹槽轉(zhuǎn)接圓弧半徑R不應過小；（3）零件銑削底平面時，槽底圓角半徑r不應過大；（4）應採用統(tǒng)一的基準定位。2.1.3加工方法與加工方案的確定

加工方法的選擇選擇原則：保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。1.結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。例如，對於IT7級精度的孔採用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達到精度要求，但箱體上的孔一般採用鏜削或鉸削。一般小尺寸的箱體孔宜選擇鉸孔，當孔徑較大時則應選擇鏜孔。2.考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設備等實際情況。常用加工方法的經(jīng)濟加工精度及粗糙度可查閱有關(guān)工藝手冊。

加工方案的確定根據(jù)主要表面的精度和表面的粗糙度的要求，初步確定為達到這些要求所需要的加工方法。

例如，對於孔徑不大的IT7級精度的孔，最終加工方法取精鉸時，則精鉸孔前通常要經(jīng)過鑽孔、擴孔和粗鉸孔等加工。

2.1.4工序與工步的劃分

數(shù)控加工工藝路線設計與普通機床加工工藝路線設計的主要區(qū)別,在於它往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過程的具體描述。因此在工藝路線設計中一定要注意到，由於數(shù)控加工工序一般都穿插於零件加工的整個工藝過程中，因而要與其它加工工藝銜接好。常見工藝流程如右圖所示。工序的劃分

如圖片狀凸輪，按定位方式可分為三道工序。

△第一道工序：以B面定位加工A面；

△第二道工序：以A面定位加工B面、22H7內(nèi)孔和4H7工藝孔；

△第三道工序：以B面和22H7內(nèi)孔及4H7工藝孔定位（一面兩孔定位方式），加工凸輪外表面輪廓。（1）按零件裝卡定位方式劃分（2）按粗、精加工分開方式劃分（即先粗加工再精加工）

如圖所示批量生產(chǎn)的零件，第一道工序在數(shù)控車床上進行粗車削時，應切除整個零件的大部分餘量；第二道工序在另一臺數(shù)控車床上進行半、精車削，以保證加工精度和表面粗糙度的要求。

（3）按所用刀具集中方式劃分

為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然後再換另一把刀加工其他部位。在專用數(shù)控機床和加工中心中常採用這種方法。

工步的劃分

先粗後精的原則先面後孔的原則刀具集中的原則2.1.5零件的定位與安裝定位安裝的基本原則（1）力求設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一。（2）儘量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾中加工出全部待加工面。（3）避免採用占機人工調(diào)整時間長的裝夾方案。（4）夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位。

圖1夾緊力作用點與夾緊變形的關(guān)係a)b)c)夾緊力作用點與夾緊變形的關(guān)係

選擇夾具的基本原則數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：1、要保證夾具的座標方向與機床的座標方向相對固定；2、要協(xié)調(diào)零件和機床坐標系的尺寸關(guān)係。此外，還要考慮以下三點：

(1)準備時間短。(2)裝卸零件方便。(3)便於自動化加工。柔性夾具柔性夾具（圖片中紅色的為工件）2.1.6數(shù)控加工刀具與工具系統(tǒng)

1、數(shù)控加工刀具材料

高速鋼硬質(zhì)合金塗層硬質(zhì)合金陶瓷材料立方氮化硼(CBN）聚晶金剛石(PCD）（HSS）塗層硬質(zhì)合金刀具塗層硬質(zhì)合金刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具上塗覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等，塗層的厚度為2~18μm。塗層作用：一方面，它具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導係數(shù)，減弱了刀具基體的熱作用；另一方面，它能夠有效地改善切削過程的摩擦和黏附作用，降低切削熱的生成。TiN具有低摩擦特性，可減少塗層組織的損耗。TiCN可降低後刀面的磨損。TiCN塗層硬度較高。Al2O3塗層具有優(yōu)良的隔熱效果。塗層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，無論在強度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高。陶瓷刀片

陶瓷材料是近20年來發(fā)展速度快，應用日趨廣泛的刀具材料之一。陶瓷可能繼高速鋼、硬質(zhì)合金以後引起切削加工的第三次革命。陶瓷刀具具有高硬度(91~95HRA)、高強度(抗彎強度為750MPa~1000MPa)、耐磨性好、化學穩(wěn)定性好、良好的抗黏結(jié)性能、摩擦因數(shù)低且價格低廉等優(yōu)點。不僅如此，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度，1200℃時硬度達到80HRA。使用正常時，陶瓷刀具壽命極長，切削速度可比硬質(zhì)合金刀具提高2~5倍，特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工，加工硬度達60HRC的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵等。常用的有氧化鋁基陶瓷、氮化矽基陶瓷和金屬陶瓷等。PCBN刀片

CBN是人工合成的高硬度材料，其硬度可達7300~9000HV，其硬度和耐磨性僅次於金剛石，有極好的高溫硬度，與陶瓷刀具相比，其耐熱性和化學穩(wěn)定性稍差，但衝擊韌度和抗破碎性能較好。它廣泛適用於淬硬鋼(HRC50以上)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工。與硬質(zhì)合金刀具相比，其切削速度可提高一個數(shù)量級。CBN含量高的PCBN(聚晶立方氮化硼)刀具硬度高、耐磨性好、抗壓強度高及衝擊韌度好，其缺點是熱穩(wěn)定性差和化學惰性低，適用於耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結(jié)金屬的切削加工。

PCD焊接式車刀PCD轉(zhuǎn)位式刀片

PCD作為最硬的刀具材料，硬度可達10000HV，具有最好的耐磨性，它能夠以高速度(1000m/min)和高精度加工軟的有色金屬材料，但它對衝擊敏感，容易碎裂，而且對黑色金屬中鐵的親和力強，易引起化學反應，一般情況下只能用於加工非鐵零件，如有色金屬及其合金、玻璃纖維、工程陶瓷和硬質(zhì)合金等極硬的材料。2、數(shù)控加工刀具

車削加工刀具：常用機夾式可轉(zhuǎn)位刀具，結(jié)構(gòu)如圖所示。機夾式可轉(zhuǎn)位車刀1—刀桿2—刀片3—刀墊4—夾緊元件國標GB/T2076-2007可轉(zhuǎn)位刀片的形狀和表達特性

銑削加工刀具（1）銑刀的選擇：選擇銑刀時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應。平面零件周邊輪廓的加工，常用立銑刀。銑平面時，應選硬質(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，可選鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀。對一些立體型面和變斜角輪廓外型的加工，常用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀等?？准庸さ毒叱Ｓ玫挠需嶎^、鏜刀、鉸刀和絲錐等。（1）鑽頭：直徑8~80mm的麻花鑽多為莫氏錐柄，可直接裝在帶有莫氏錐孔的刀柄內(nèi)；直徑為0.1~20mm的麻花鑽多圓柱形，可裝在鑽夾頭刀柄上，中等尺寸麻花鑽兩種形式均可選用。鑽削直徑在20~60mm、孔的深徑比小於等於3的中等淺孔時，可選用圖2.15所示的可轉(zhuǎn)位淺孔鑽。（2）鏜刀：鏜刀按切削刃數(shù)量可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。鏜削通孔、階梯孔和盲孔可分別選用圖a、b、c所示的單刃鏜刀。單刃鏜刀a)通孔鏜刀b）階梯孔鏜刀c)盲孔鏜刀1—調(diào)節(jié)螺釘2—緊固螺釘在孔的精鏜中，目前較多地選用精鏜微調(diào)鏜刀。

微調(diào)鏜刀1—刀體2—刀片3—調(diào)整螺母4—刀桿5—螺母6—拉緊螺釘7—導向鍵數(shù)控機床的工具系統(tǒng)

把通用性較強的幾種裝夾工具（例如裝夾銑刀、鏜刀、擴鉸刀、鑽頭和絲錐等刀柄）系列化、標準化就成為通常所說的工具系統(tǒng)。

我國除了已制定的標準刀具系列外，還建立了TSG82數(shù)控工具系統(tǒng)。該系統(tǒng)是鏜銑類數(shù)控工具系統(tǒng)，是一個聯(lián)繫數(shù)控機床（含加工中心）的主軸與刀具之間的輔助系統(tǒng)。TSG82工具系統(tǒng)各種輔具和刀具具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、裝卸靈活、使用方便、更換迅速等特點。

加工中心的主軸錐孔分錐度7:24的通用系統(tǒng)和1:10的HSK真空系統(tǒng)。錐度為7:24的通用刀柄有五種標準，即NT型(德國標準)、JT型(ISO標準、德國標準、中國標準)、IV或IT型(ISO標準)

、

BT型(日本標準)以及CAT型(美國標準)。目前國內(nèi)使用最多的是JT型和BT

型兩種刀柄。

HSK是高速短錐型刀柄，採用錐面和端面同時定位的方式，刀柄為中空，錐體長度較短，錐度為1:10，有利於實現(xiàn)換刀柄輕型化和高速化。

對刀儀對刀儀又稱刀具預調(diào)儀，是用來調(diào)整或測量刀具尺寸的，是數(shù)控機床的輔助工具。從工作方式上看，對刀儀分機內(nèi)測量和機外測量兩種；從結(jié)構(gòu)與原理上又分接觸式測量和非接觸式測量。機外測量需要將每把刀具依次測量其長度或直徑，並輸入到系統(tǒng)中，常用的有光學投影式對刀儀等。機內(nèi)測量是將刀庫中的刀具按事先設定的程式進行測量，然後與參考位置或者標準刀具進行比較得到刀具的長度或直徑，並自動更新到相應的NC刀具參數(shù)表中，常用的有壓電式對刀儀和鐳射式對刀儀等。對刀儀對刀精度一般在0.001mm左右。光學投影式對刀儀壓電式對刀儀鐳射式對刀儀

數(shù)控車床對刀儀2.1.7切削用量的確定

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、背吃刀量、進給量。合理選擇切削用量的原則：

粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工品質(zhì)的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，並結(jié)合經(jīng)驗而定。

背吃刀量ap

（mm）：主要根據(jù)機床、夾具、刀具和工件的剛度來決定。在剛度允許的情況下，應以最少的進給次數(shù)切除加工餘量，最好一次切淨餘量，以便提高生產(chǎn)效率。在數(shù)控機床上，精加工餘量可小於普通機床，一般取（0.2~0.5）mm。

主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）

：

主要根據(jù)切削速度v(m/min)選取。n=1000v/πD

v—切削速度，由刀具的耐用度決定，可查有關(guān)手冊或刀具說明書。常用幾種刀具切削速度見教材附表。D—工件或刀具直徑（mm）進給量（或進給速度）f（mm/r或mm/min）：

主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給量數(shù)值應小些，一般在20~50mm/min範圍內(nèi)選取。最大進給量則受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制，並與脈衝當量有關(guān)。

1）數(shù)控車床類一般用進給量f（mm/r），編程指令G99；數(shù)控銑床、加工中心類一般用進給速度f（mm/min），編程指令G98。2）在機床操作面板上有進給量（或進給速度）倍率開關(guān)，並可在0~150%範圍內(nèi)以每級10%進行調(diào)整。在零件試切削時，進給量（或進給速度）的修調(diào)可使操作者選取最佳的進給速度。2.1.8數(shù)控加工路線的確定

在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對於工件運動的軌跡稱為加工路線。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點。我們在實際的數(shù)控編程時，是把刀具當作一點(P點)來編程的。如車刀、鏜刀的刀尖；鑽頭的鑽尖；立銑刀、端銑刀刀頭底面的中心，球頭銑刀的球頭中心等。平頭銑刀球頭銑刀車刀鑽頭加工路線的確定原則：（1）加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高。（2）使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量。（3）應使加工路線最短，這樣既可減少程式段，又可減少空刀時間。此外，確定加工路線時，還要考慮工件的加工餘量和機床、刀具的剛度等情況，確定是一次刀，還是多次走刀來完成加工，以及在銑削加工中是採用順銑還是逆銑等。

1、車削加工路線的確定（1）最短的切削加工路線車削進給路線為最短，可有效地提高生產(chǎn)效率，降低刀具的損耗等。圖為粗車幾種不同切削進給路線的安排示意圖。在同等條件下，圖c其切削所需時間（不含空行程）最短，刀具的損耗最少。

粗車進給路線（2）車削螺紋加工路線在數(shù)控機床上車螺紋時，沿螺距方向的進給應和機床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴格的速比關(guān)係，因此應避免進給機構(gòu)加速或減速。為此沿螺距方向的進給要有引入距離δ1和超越距離δ2。如圖所示。一般δ1為2~5mm，對大螺距和高精度的螺紋取大值；δ2一般取δ1的1/4左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時，收尾處的形狀與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，一般按45°退刀收尾。

車削螺紋時引入與引出距離

2、銑削加工路線的確定

（1）順銑和逆銑

當工件表面無硬皮，機床進給機構(gòu)無間隙時，應選用順銑；當工件表面有硬皮，機床的進給機構(gòu)有間隙時，應採用逆銑。刀具切入和切出外輪廓的加工路線

（2）銑削外輪廓的加工路線刀具切入零件時，應沿切削起始點延伸線（圖a）或切線方向（圖b）逐漸切入工件，保證零件曲線的平滑過渡。同樣，在切離工件時，也要沿著切削終點延伸線（圖a）或切線方向（圖b）逐漸切離工件。

（3）銑削內(nèi)輪廓的加工路線

同銑削外輪廓一樣，刀具同樣不能沿輪廓曲線的法向切入和切出。此時刀具可以沿一過渡圓弧切入和切出工件輪廓。刀具切入和切出內(nèi)輪廓的加工路線

（4）銑削內(nèi)槽的加工路線

圖為加工內(nèi)槽的三種加工路線。圖a和圖

b分別用行切法和環(huán)切法加工內(nèi)槽。共同點是都能切淨內(nèi)腔中全部面積，不留死角，不傷輪廓，同時儘量減少重複進給的搭接量。不同點是行切法的加工路線比環(huán)切法短，但行切法將在每兩次進給的起點與終點間留下了殘留面積，而達不到所要求的表面粗糙度；用環(huán)切法獲得的表面粗糙度要好於行切法，但環(huán)切法需要逐次向外擴展輪廓線，刀位點計算稍微複雜一些。銑內(nèi)槽的三種加工路線

a)行切法b)環(huán)切法

銑內(nèi)槽的三種加工路線

a)行切法b)環(huán)切法c)先行切後環(huán)切

綜合行、環(huán)切法的優(yōu)點，採用圖c所示的加工路線，即先用行切法切去中間部分餘量，最後用環(huán)切法切一刀，既能使總的加工路線較短，又能獲得較好的表面粗糙度。（5）銑削曲面的加工路線採用圖a加工方案時，每次沿直線加工，刀位點計算簡單，程式少，加工過程複合直紋面的形成，可以準確保證母線的直線度；採用圖b加工方案時，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便於加工後檢驗，葉形的準確度高，但程式較多。銑曲面的兩種加工路線

3、孔加工路線的確定

孔加工時，一般是首先將刀具在xy平面內(nèi)快速定位運動到孔中心線的位置上，然後刀具再沿z向（軸向）運動進行加工。（1）確定xy平面內(nèi)的加工路線

要避免機械進給系統(tǒng)的反向間隙對孔位精度的影響。

（2）確定z向（軸向）的加工路線

刀具在z向的加工路線分為快移進給路線和工作進給路線。圖a為單孔加工路線。圖b為多孔加工路線。刀具z向加工路線快速移動進給路線工作進給路線

加工不通孔時，工作進給距離：ZF=Za+H+Tt加工通孔時，工作進給距離：ZF=Za+H+Zo+Tt

如下圖。表2-1刀具切入、切出距離的經(jīng)驗數(shù)據(jù)(單位：mm)表面狀態(tài)加工方式已加工表面毛坯表面

表面狀態(tài)加工方式已加工表面毛坯表面鑽孔2~35~8車削2~35~8擴孔3~55~8銑削3~55~10鏜孔3~55~8攻螺紋5~105~10鉸孔3~55~8車削螺紋(切入)2~55~82.1.9工藝檔的制定

零件的加工工藝設計完成後，就應該將有關(guān)內(nèi)容填入各種相應的表格（或卡片）中。以便貫徹執(zhí)行並將其作為編程和生產(chǎn)前技術(shù)準備的依據(jù)，這些表格（或卡片）被稱為工藝檔。數(shù)控加工工藝檔除包括機械加工工藝過程卡、機械加工工藝卡、數(shù)控加工工序卡、數(shù)控加工刀具卡。另外為方便編程也可以將各工步的加工路線繪成文件形式的加工路線圖。1.機械加工工藝過程卡（格式見機械加工工藝有關(guān)手冊）工藝過程卡是以工序為單位，簡要地列出整個零件加工所經(jīng)過的工藝路線（包括毛坯製造、機械加工和熱處理等）。它是制訂其他工藝檔的基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)準備、編排作業(yè)計畫和組織生產(chǎn)的依據(jù)。2.機械加工工藝卡片（格式見機械加工工藝有關(guān)手冊）

機械加工工藝卡片是以工序為單位，詳細地說明整個工藝過程的一種工藝檔。它是用來指導工人生產(chǎn)和幫助車間管理人員和技術(shù)人員掌握整個零件加工過程的一種主要技術(shù)檔，是廣泛用於成批生產(chǎn)的零件和重要零件的小批生產(chǎn)中。機械加工工藝卡片內(nèi)容包括零件的材料、毛坯種類、工序號、工序名稱、工序內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及採用的設備和工藝裝備等。3．數(shù)控加工工序卡

數(shù)控加工工序卡片是根據(jù)機械加工工藝卡為一道工序制訂的。它更詳細地說明整個零件各個工序的要求，是用來具體指導工人操作的工藝檔。在這種卡片上要畫工序簡圖，說明該工序每一工步的內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及所用的設備與工藝裝備。同時還要注明程式編號、編程原點和對刀點。

4.數(shù)控加工刀具卡數(shù)控加工刀具卡主要包括刀具的詳細資料，有刀具號、刀具名稱及規(guī)格、刀輔具等。不同類型的數(shù)控機床刀具卡也不完全一樣。數(shù)控加工刀具片同數(shù)控加工工序卡一樣，是用來編制零件加工程式和指導生產(chǎn)的重要工藝檔。數(shù)控加工工序卡片數(shù)控加工刀具卡

2.2圖形的數(shù)學處理圖形的數(shù)學處理就是根據(jù)零件圖樣的要求，按照已確定的加工路線和允許的編程誤差，計算出數(shù)控系統(tǒng)所需輸入的數(shù)據(jù)。圖形數(shù)學處理的內(nèi)容主要有三個方面，即基點和節(jié)點計算、刀位點軌跡計算和輔助計算。2.2.1基點計算

各幾何元素間的連接點稱為基點。如兩直線的交點，直線與圓弧的交點或切點，圓弧與圓弧的交點或切點，圓弧或直線與二次曲線的切點或交點等?；c計算方法：根據(jù)圖紙給定條件，用幾何法、解析幾何法、三角函數(shù)法或用AutoCAD畫圖求得。

2.2.2節(jié)點計算在滿足允許編程誤差的條件下，用若干直線段或圓弧端分割逼近給定的曲線。相鄰直線段或圓弧段的交點或切點稱為節(jié)點。1．等間距法直線逼近節(jié)點計算特點：每個程式段的某一個座標增量相等。在直角坐標系中可使相鄰節(jié)點的x座標增量或y

座標增量相等；在極坐標系中，可使相鄰節(jié)點間的轉(zhuǎn)角座標增量或徑向增量相等。從起點開始沿x軸方向△x取為等間距長，由曲線方程y=f(x)求得yi，設xi+1=xi+△x，yi+1=f(xi+△x)，可求出一系列節(jié)點座標值作為編程數(shù)據(jù)。

△x取決於曲線的曲率和允許誤差δ允，常根據(jù)加工精度憑經(jīng)驗選取，一般選取△x=0.1mm，再進行誤差驗算。在上圖中，mn為一逼近直線段，作m′n′平行於mn且與曲線的距離為逼近允許誤差δ允，則mn的方程為：Ax+By+C=0式中：A=yn-ym，B=xn-xm，C=ymxn-xmyn。m′n′的方程為：Ax+By=C±δ式中：δ為直線mn與m′n′間的距離。δ

≤δ允，一般取δ允為零件公差的1/5~1/10。聯(lián)立上述二方程得：Ax+By=C±δy=f(x)

2．等步長法直線逼近節(jié)點計算

特點：使所有逼近線段的長度相等，亦即每個程式段的長度相等。（1）求曲線最小曲率半徑Rmin

曲線y=f(x)上任一點的曲率半徑為：R=令dR/dx=0得：由y=f(x)求得、、，從而可得到x軸座標，再代入曲率半徑公式即可求得Rmin。（2）確定步長

以Rmin為半徑作曲率圓。δ允對應的弦長l為：

（3）求節(jié)點以曲線起點a為圓心，以l半徑作圓，求出該圓與已知曲線的交點b，即解方程組：

(x-x0)2+(y-y0)2=l2y=f(x)

其解作為節(jié)點b的座標。順次以b、c…為圓心，重複（3）及可求出各節(jié)點的座標值。3．等誤差法（變步長法）直線逼近節(jié)點計算特點：使零件輪廓曲線上各逼近線段的逼近誤差相等，且小於或等於δ允，各逼近線段的長度不相等。（1）以起點（x0，y0）為圓心，δ允為半徑作圓，方程為：(x-x0)2+(y-y0)2=δ允2（2）求圓與輪廓曲線公切線的斜率k設公切線方程為：y=kx+b式中：k=(Y1-Y0)/(X1-X0)。因此求k即相當於求出兩切點的座標，即（X0，Y0），（X1，Y1）。聯(lián)立方程得：Y1-Y0=f′(X1)·(X1-X0)（曲線切線方程）(X0-x0)2+(Y0-y0)2=δ允2（圓方程）Y1-Y0=F′(X0)·(X1-X0)（圓切線方程）Y1=f(X1)（曲線方程）其中F(x)表示圓的方程。由此可解得(X0，Y0)，(X1，Y1)。

（3）求節(jié)點過起點（x0，y0）作斜率為k的直線y-y0=k(x-x0)與曲線方程聯(lián)立：y-y0

=k（x-x0）y=f(x)求得第一個節(jié)點的座標（x1，y1），再重複計算可得其餘各節(jié)點。

4．圓弧逼近輪廓的節(jié)點計算

零件輪廓曲線可用一段段的圓弧逼近，常用的有曲率圓法、三點圓法和相切圓法等。本書介紹曲率圓法，它是一種等誤差圓弧逼近法，應用於曲線y=f(x)為單調(diào)的情形。若不是單調(diào)曲線則可以在拐點處分段，使每段曲線為單調(diào)。

（1）從輪廓曲線y=f(x)的起點(xn，yn)開始作曲率圓半徑：

圓心座標：ζn=xn-yn′·[1+(yn′)2]∕∣yn″∣ηn=yn+[1+(yn′)2]∕yn″（2）求偏差圓與曲線的交點，即解聯(lián)立方程組(x-ζn)2+(y-ηn)2=(Rn±δ允)2y=f(x)得交點（xn+1，yn+1）。當曲線曲率遞減時?。≧n+δ允），當曲線曲率遞增時，取(Rn-δ允)。（3）求過（xn，yn）和（（xn+1，yn+1）兩點，半徑為Rn的圓的圓心，即解聯(lián)立方程組。（x-xn）2+（y-yn）2=Rn2（x-xn+1）2+（y-yn+1）2=Rn2得圓心座標（ζm，ηm）。（4）重複上述計算可依次求得其他逼近圓弧。

上述計算均可用電腦程式完成。2.2.3輔助計算1．增量值計算

增量值計算僅就增量座標的數(shù)控系統(tǒng)或絕對座標中某些數(shù)據(jù)仍要求以增量方式輸入時，所進行的由絕對座標數(shù)據(jù)到增量座標數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。其換算公式為：增量座標值=終點座標值-起點座標值例如：要求以直線插補方式，使刀具從a點（起點）運動到b點（終點），已計算出a點座標為（Xa，Ya）,b點座標為（Xb，Yb），若以增量方式表示時，其X、Y軸方向上的增量分別為△X=Xb–Xa，△Y=Yb-Ya。

2．螺紋實際牙頂、實際牙底尺寸計算普通螺紋的牙型理論高度H=0.866P（P為螺距），實際加工時，由於螺紋車刀刀尖半徑的影響和安裝的需要，螺紋實際牙型高度為：

h=H–2(H/8)=0.6495H

式中H—螺紋三角形高度，H=0.866P(mm)；P—螺距(mm)。

螺紋牙頂d’

和牙底可用下式計算：

d'=d

-0.2165P≈d

-0.2Pd1=d'-1.299P

≈

d'-1.3P

式中d——螺紋公稱尺寸（螺紋大徑）(mm)；d1——螺紋牙底尺寸(mm)；d’——螺紋實際牙頂尺寸(mm)。如果螺紋牙型較深、螺距較大，可分幾次進給。每次進給的背吃刀量用螺紋深度減去精加工背吃刀量所得的差按遞減規(guī)律分配，如下圖。常用螺紋切削的進給次數(shù)與背吃刀量可參考表2-2選取。表2-2常用螺紋切削的進給次數(shù)與背吃刀量（mm）

2.3典型零件的數(shù)控加工工藝分析

1.零件圖工藝分析該零件表面有圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成。其中多個直徑尺寸有較嚴格的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。零件材料為45號鋼，無熱處理和硬度要求。通過上述分析，採取以下幾點工藝措施。（1）對圖樣上給定的幾個精度（IT7~IT8）要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。（2）在輪廓曲線上，有三處為過象限圓弧，其中兩處為既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，因此在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確性。（3）為便於裝夾，毛坯件左端應預先車出夾持部分（雙點劃線部分），右端面也應先車出並鑽好中心孔。毛坯選棒料。

2.確定裝夾方案確定毛坯件軸線和左端大端面（設計基準）為定位基準。左端採用三爪自定心卡盤定心夾緊、右端採用活動頂尖支承的裝夾方式。3.確定加工順序加工順序按由粗到精的原則確定。即先從右到左進行粗車（留0.20mm精車餘量），然後從右到左進行精車，最後車削螺紋。4.數(shù)值計算利用AutoCAD畫出零件圖形，然後取出必要的基點座標值；利用公式對螺紋實際牙頂、實際牙底進行計算。（1）基點計算。以O點為工件座標原點，則A、B、C三點座標分別為：

XA=40mm（直徑量）、ZA=-69mm；XB=38.76mm（直徑量）、ZB=-99mm；XC=56mm（直徑量）、ZC=-154.09mm。（2）螺紋實際牙頂、實際牙底計算5.選擇刀具

（1）粗車、精車均選用35°菱形塗層硬質(zhì)合金外圓車刀，副偏角48°，刀尖半徑0.4mm，為防與工件輪廓發(fā)生干涉，必要時應用AutoCAD作圖檢驗或用仿真軟體檢驗。（2）車螺紋選用硬質(zhì)合金60°外螺紋車刀，取刀尖圓弧半徑0.2mm。6.確定切削用量

（1）背吃刀量。粗車迴圈背吃刀量ap=2mm；精車ap=0.2mm。M30螺紋分5次車削，但每次背吃刀量不同，查表為（直徑量）：0.9、0.6、0.6、0.4、0.1（mm）。

（2）主軸轉(zhuǎn)速粗車v=90m/min，n=500r/min精車v=120m/min，n=1200r/min;車螺紋n=320r/min。

（3）進給速度粗車f=0.3mm/r，精車f=0.05mm/r;車螺紋f=2mm/r。7.數(shù)控加工工藝檔的制定

7.數(shù)控加工工藝檔的制定

數(shù)控加工程式的編制

3.1數(shù)控機床編程基礎(chǔ)

3.1.1數(shù)控機床編程的內(nèi)容與步驟

數(shù)控編程的內(nèi)容：分析被加工零件的零件圖，確定加工工藝過程，數(shù)值計算，編寫程式單，輸入數(shù)控系統(tǒng)，程式校驗和首件試切等。（1）分析零件圖對工件材料、形狀、尺寸精度及毛坯形狀和熱處理的分析，確定工件在數(shù)控機床上進行加工的可行性。（2）工藝處理制定數(shù)控加工工藝除考慮通常的一般工藝原則外，還應考慮充分發(fā)揮所有數(shù)控機床的指令功能；正確選擇對刀點；儘量縮短加工路線，減少空行程時間和換刀次數(shù)；儘量使數(shù)值計算方便，程式段要少等。（3）數(shù)值計算主要計算零件輪廓相鄰幾何元素的交點（或切點）的座標值，得出各幾何元素的起點、終點和圓弧的圓心座標。數(shù)控機床編程步驟：

（4）編寫程式單編程人員根據(jù)所使用數(shù)控系統(tǒng)的指令、程式段格式，逐段編寫零件加工程式。（5）輸入數(shù)控系統(tǒng)可通過鍵盤等直接將程式輸入數(shù)控系統(tǒng)，也可通過磁片驅(qū)動器或RS232介面輸入數(shù)控系統(tǒng)。（6）程式校驗和首件試切通過試運行，校對檢查程式，也可利用數(shù)控機床的空運行功能進行檢驗，檢查機床的動作和運動軌跡的正確性。對帶有刀具軌跡動態(tài)模擬顯示功能的數(shù)控機床可進行數(shù)控模擬加工，以檢查刀具軌跡是否正確；通過試加工可以檢查其加工工藝及有關(guān)切削參數(shù)指定得是否合理，加工精度能否滿足零件圖樣要求，加工工效如何，以便進一步改進，直到加工出滿意的零件為止。3.1.2數(shù)控機床程式編制方法1）手工編程

手工編程是指各個步驟均由手工編制，即從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)據(jù)計算、編寫程式單、輸入程式到程式檢驗等各步驟主要由人工完成的編程過程稱為手工編程。對形狀簡單的工件，計算簡單，程式少，採用手工編程較容易，而且經(jīng)濟、及時。但對於形狀複雜的零件，特別是具有列表曲線、非圓曲線及曲面的零件（如葉片、複雜模具），或者表面的幾何元素並不複雜而程式量很大的零件（如複雜的箱體），手工編程就困難，出錯率大，甚至無法編出程式。2）自動編程

自動編程也稱為電腦輔助編程，是利用電腦專用軟體編制數(shù)控加工程式的過程。它包括數(shù)控語言式自動編程和圖形互動式自動編程。目前，常用的CAD/CAM自動編程軟體主要有：Ug、Catia、Pro/E、Cimatron、MasterCAM、DelCAM、CAXA等。

3.1.3字元與代碼1、字元與代碼的含義字元（Character）是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號，如數(shù)字、字母、標點符號、數(shù)學運算符等。它是加工程式的最小組成單位。加工程式用的字元分四類。一類是字母，它由大寫26個字母組成。第二類是數(shù)字和小數(shù)點，它由0～9共10個數(shù)字及一個小數(shù)點組成。第三類是符號，由正（+）號和負（-）號組成。第四類是功能字元，它由程式開始（結(jié)束）符“%”、程式段結(jié)束符“；”、跳過程序段符“/”等組成。

代碼由字元組成，數(shù)控機床功能代碼的標準有EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）制定的EIARS—244和ISO（國際標準化協(xié)會）制定的ISORS—840兩種標準。目前，國際上大都採用ISO代碼。2、數(shù)控機床功能代碼

數(shù)控機床功能代碼主要包括準備功能和輔助功能。

準備功能（或G功能）是使數(shù)控機床建立起某種加工方式的指令，如插補、刀具補償、固定迴圈等。G功能由地址符G和後面的兩位數(shù)字組成。G00~G99

輔助功能（或M功能）是用於指定主軸的旋轉(zhuǎn)方向、啟動、停止、冷卻液的開關(guān)，工件或刀具的夾緊和鬆開，刀具的更換等功能。輔助功能由地址符M和後面的兩位數(shù)字組成。M00~M99

3.1.4數(shù)控機床的坐標系

1、坐標系及運動方向的規(guī)定

標準的坐標系採用右手笛卡爾直角坐標系。這個坐標系的各個坐