數(shù)控加工工藝教學

關于數(shù)控加工工藝教學

明確數(shù)控加工工藝的概念和內容，以及在數(shù)控加工中的重要作用，同時應對目前最先進的數(shù)控加工技術和加工工藝有一個整體性和概括性的了解。教學目的：第一單元數(shù)控加工工藝概述

第2頁,共57頁，2024年2月25日，星期天學習內容與知識點：內容知識點學習要求建議學時數(shù)控加工過程

數(shù)控加工的概念理解2

數(shù)控加工的過程數(shù)控加工工藝概念與工藝過程

數(shù)控加工工藝的概念掌握

數(shù)控加工工藝過程的概念數(shù)控加工工藝的主要內容

數(shù)控加工工藝設計的主要內容重點掌握數(shù)控加工工藝的特點

數(shù)控加工工藝與普通加工工藝的區(qū)別及特點理解2數(shù)控加工與工藝技術的新發(fā)展

高速切削了解

高精加工

復合化加工

控制智能化

互聯(lián)網絡化

快速原型

計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）第一單元數(shù)控加工工藝概述

第3頁,共57頁，2024年2月25日，星期天數(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)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，以控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。數(shù)控加工——第4頁,共57頁，2024年2月25日，星期天數(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)的機械加工相比，在加工的方法和內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)控機床，許多傳統(tǒng)加工過程中的人工操作被計算機和數(shù)控系統(tǒng)的自動控制所取代。

加工過程步驟詳細解釋

第5頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

通過把數(shù)字化了的刀具移動軌跡信息（通常指CNC加工程序），傳入數(shù)控機床的數(shù)控裝置，經過譯碼、運算，指揮執(zhí)行機構（伺服電機帶動的主軸和工作臺）控制刀具與工件相對運動，從而加工出符合編程設計要求的零件。數(shù)控加工的原理

第6頁,共57頁，2024年2月25日，星期天伺服驅動機床零點第7頁,共57頁，2024年2月25日，星期天數(shù)控加工工藝的概念

數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機床加工零件時所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數(shù)控加工工藝過程。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機床的產生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應用技術，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經驗總結。

第8頁,共57頁，2024年2月25日，星期天數(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)控機床上直接改變加工對象的形狀、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。

第9頁,共57頁，2024年2月25日，星期天數(shù)控加工工藝設計的主要內容

選擇并確定進行數(shù)控加工的內容

數(shù)控加工的工藝分析

零件圖形的數(shù)學處理及編程尺寸設定值的確定

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

選擇和設計刀具、夾具與量具確定切削參數(shù)編寫、校驗和修改加工程序首件試加工與現(xiàn)場問題處理

數(shù)控加工工藝技術文件的定型與歸檔

第10頁,共57頁，2024年2月25日，星期天數(shù)控加工工藝與普通加工工藝的區(qū)別及特點

由于數(shù)控加工采用了計算機控制系統(tǒng)和數(shù)控機床，使得數(shù)控加工具有加工自動化程度高、精度高、質量穩(wěn)定、生成效率高、周期短、設備使用費用高等特點。在數(shù)控加工工藝上也與普通加工工藝具有一定的差異。

第11頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1、數(shù)控加工工藝內容要求更加具體、詳細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)實際經驗和習慣自行考慮和決定，一般無須工藝人員在設計工藝規(guī)程時進行過多的規(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計和安排好，并編入加工程序中。數(shù)控工藝不僅包括詳細的切削加工步驟，還包括工夾具型號、規(guī)格、切削用量和其它特殊要求的內容，以及標有數(shù)控加工坐標位置的工序圖等。在自動編程中更需要確定詳細的各種工藝參數(shù)。第12頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2、數(shù)控加工工藝要求更嚴密、精確普通加工工藝數(shù)控加工工藝加工時可以根據(jù)加工過程中出現(xiàn)的問題比較自由地進行人為調整。

自適應性較差，加工過程中可能遇到的所有問題必須事先精心考慮，否則導致嚴重的后果。第13頁,共57頁，2024年2月25日，星期天攻螺紋時，數(shù)控機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。普通機床加工可以多次“試切”來滿足零件的精度要求，而數(shù)控加工過程嚴格按規(guī)定尺寸進給，要求準確無誤。

例如第14頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

編程尺寸并不是零件圖上設計的尺寸的簡單再現(xiàn)，在對零件圖進行數(shù)學處理和計算時，編程尺寸設定值要根據(jù)零件尺寸公差要求和零件的形狀幾何關系重新調整計算，才能確定合理的編程尺寸。

3、制定數(shù)控加工工藝要進行零件圖形的數(shù)學處理和編程尺寸設定值的計算第15頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

在數(shù)控加工中，刀具的移動軌跡是由插補運算完成的。根據(jù)差補原理分析，在數(shù)控系統(tǒng)已定的條件下，進給速度越快，則插補精度越低，導致工件的輪廓形狀精度越差。尤其在高精度加工時這種影響非常明顯。

4、考慮進給速度對零件形狀精度的影響制定數(shù)控加工工藝時，選擇切削用量要考慮進給速度對加工零件形狀精度的影響。第16頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

復雜形面的加工編程通常采用自動編程方式，自動編程中必須先選定刀具再生成刀具中心運動軌跡，因此對于不具有刀具補償功能的數(shù)控機床來說，若刀具預先選擇不當，所編程序只能推倒重來。

5、強調刀具選擇的重要性第17頁,共57頁，2024年2月25日，星期天6、數(shù)控加工工藝的特殊要求由于數(shù)控機床比普通機床的剛度高，所配的刀具也較好，因此在同等情況下，數(shù)控機床切削用量比普通機床大，加工效率也較高。數(shù)控機床的功能復合化程度越來越高，因此現(xiàn)代數(shù)控加工工藝的明顯特點是工序相對集中，表現(xiàn)為工序數(shù)目少，工序內容多，并且由于在數(shù)控機床上盡可能安排較復雜的工序，所以數(shù)控加工的工序內容比普通機床加工的工序內容復雜。由于數(shù)控機床加工的零件比較復雜，因此在確定裝夾方式和夾具設計時，要特別注意刀具與夾具、工件的干涉問題。第18頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

復雜表面的刀具運動軌跡生成需借助自動編程軟件，既是編程問題，當然也是數(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、校驗與修改是數(shù)控加工工藝的一項特殊內容普通工藝中，劃分工序、選擇設備等重要內容對數(shù)控加工工藝來說屬于已基本確定的內容，所以制定數(shù)控加工工藝的著重點在整個數(shù)控加工過程的分析，關鍵在確定進給路線及生成刀具運動軌跡。第19頁,共57頁，2024年2月25日，星期天數(shù)控加工與工藝技術的新發(fā)展

隨著計算機技術突飛猛進的發(fā)展，數(shù)控技術正不斷采用計算機、控制理論等領域的最新技術成就，使其朝著高速化、高精化、復合化、智能化、高柔性化及信息網絡化等方向發(fā)展。整體數(shù)控加工技術向著CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）方向發(fā)展。

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高速切削

高速加工技術是自上個世紀80年代發(fā)展起來的一項高新技術，其研究應用的一個重要目標是縮短加工時的切削與非切削時間，對于復雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實現(xiàn)產品的高精度和高質量。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確切的定義。目前，一般的理解為切削速度達到普通加工切削速度的5～10倍即可認為是高速加工。第21頁,共57頁，2024年2月25日，星期天TOSHIBA四軸高速加工車銑床FIDIA五軸高速車銑床

高速切削

第22頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

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

高速切削

簡化了傳統(tǒng)加工工藝；經濟效益顯著提高。有利于提高生產率；有利于改善工件的加工精度和表面質量；有利于延長刀具的使用壽命和應用直徑較小的刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；第23頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

受高生產率的驅使，高速化已是現(xiàn)代機床技術發(fā)展的重要方向之一。主要表現(xiàn)在：數(shù)控機床主軸高轉速工作臺高快速移動和高進給速度

高速切削

第24頁,共57頁，2024年2月25日，星期天目前，高速加工涉及到的新技術主要有：

高速切削

高速加工是通過大幅度提高主軸轉速和加工進給速度來實現(xiàn)的，為了適應這種高速切削加工，主軸設計采用了先進的主軸軸承、潤滑和散熱等新技術；高速主軸第25頁,共57頁，2024年2月25日，星期天五軸高速銑削頭

高速切削

第26頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

高速切削

高速伺服進給系統(tǒng)高速加工通常要求在高主軸轉速下，使用在很大范圍內變化的高速進給。高速進給的需求已引起機床結構設計上的重大變化：采用直線伺服電機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機絲杠驅動；第27頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

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，同時具有待加工軌跡監(jiān)控功能和曲線插補功能，以保證在高速切削時，特別是在4-5軸坐標聯(lián)動加工復雜曲面輪廓時仍具有良好的加工性能。第28頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

高速切削

刀具技術刀具性能和質量對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，從而提高了生產率，延長了刀具壽命。第29頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

高速切削

刀夾裝置及快速刀具交換技術在高速加工中，切削時間和每個托盤化零件加工時間已顯著縮短。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。第30頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

高速加工作為一種新的技術，其優(yōu)點是顯而易見的，它給傳統(tǒng)的數(shù)控加工帶來了一種革命性的變化，但是，目前既便是在加工機床水平先進的瑞士、德國、日本、美國，對這一嶄新技術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：如高速機床的動態(tài)、熱態(tài)特性；刀具材料、幾何角度和耐用度問題；機床與刀具間的接口技術（刀具的公平衡、扭矩傳輸）；冷卻潤滑液的選擇；CAD/CAM的程序后處理問題；高速加工時刀具軌跡的優(yōu)化問題等等。國內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外同行業(yè)間的差距，還有許多路要走。

高速切削

第31頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

高精加工是高速加工技術與數(shù)控機床的廣泛應用結果。以前汽車零件的加工精度要求在0.01mm數(shù)量級，現(xiàn)在隨著計算機硬盤、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，加工精度進入了亞微米世界。

高精加工第32頁,共57頁，2024年2月25日，星期天高精加工提高機械設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現(xiàn)連續(xù)進給使CNC控制單位精細化提高位置檢測精度位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制采用補償技術齒隙補償絲桿螺距誤差補償?shù)毒哒`差補償熱變形誤差補償空間誤差綜合補償?shù)?3頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

機床的復合化加工是通過增加機床的功能，減少工件加工過程中的多次裝夾、重新定位、對刀等輔助工藝時間，來提高機床利用率。復合化加工第34頁,共57頁，2024年2月25日，星期天復合化加工的兩重含義：復合化加工一臺裝夾可完成多工種、多工序企業(yè)向復合型發(fā)展，為用戶提供成套服務工序和工藝的集中工藝的成套即即第35頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

數(shù)控技術智能化程度不斷提高，體現(xiàn)在以下幾個方面：控制智能化加工過程自適應控制技術加工參數(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動裝置第36頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

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

控制智能化第37頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

智能制造技術包括專家系統(tǒng)、模糊推理和人工神經網絡三大部分。控制智能化第38頁,共57頁，2024年2月25日，星期天控制智能化專家系統(tǒng)先是采集領域專家的知識，然后將知識分解為事實與規(guī)則，存儲于知識庫中，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行多個因素的綜合考慮，采用關系矩陣算法模型、隸屬度函數(shù)、加權、約束等方法，處理模糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。人工神經網絡神經網絡是人腦部分功能的某些抽象、簡化與模擬，由數(shù)量巨大的以神經元為主的處理單元互連構成，通過神經元的相互作用來實現(xiàn)信息處理。第39頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

網絡功能正逐漸成為現(xiàn)代數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)的特征之一。諸如現(xiàn)代數(shù)控機床的遠程故障診斷、遠程狀態(tài)監(jiān)控、遠程加工信息共享、遠程操作（危險環(huán)境的加工）、遠程培訓等都是以網絡功能為基礎的。互聯(lián)網絡化第40頁,共57頁，2024年2月25日，星期天美國波音公司利用數(shù)字文件作為制造載體，首次利用網絡功能實現(xiàn)了無圖紙制造波音777新型客機。

圖示為波音公司利用計算機輔助設計對777客機的零部件進行信息化處理。

互聯(lián)網絡化第41頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

現(xiàn)代意義上的快速成型技術始于70年代末期出現(xiàn)的立體光刻技術（SLA）,它是洶涌而來的數(shù)字化浪潮在加工領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雜的零件原型都可以加工出來，加工過程也大大簡化了?？焖僭偷?2頁,共57頁，2024年2月25日，星期天創(chuàng)意測量計算機輔助設計計算機工藝設計計算機輔助制造數(shù)控加工構思草圖快速原型現(xiàn)代產品開發(fā)模式圖形文檔數(shù)控代碼工藝文檔產品快速原型第43頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

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品原型，隨著成型工藝、材料的進步以及快速制模技術的發(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,并且形成了一個不斷擴大的RP/RT市場。據(jù)WholersAssociates的統(tǒng)計，全球RP設備已有近7000臺，分布在58個國家。快速原型第44頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

RP技術發(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)激光技術的突破，高達1000mw的紫外激光器應用在SLA設備中，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小時延長到上萬小時。第45頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

RP技術發(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的收縮變形和強度等問題。EOS公司的EOSINT_M激光金屬粉末燒結快速成型設備可直接成型金屬零件或注塑模具。第46頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

RP技術發(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，使得各種文件的轉換和STL文件的修復、處理、操作等功能日臻完善，形成了基于STL的CAD平臺。第47頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

從RP/RT技術的現(xiàn)狀來看，未來幾年的主要發(fā)展趨勢如下：快速原型提高RP系統(tǒng)的速度、控制精度和可靠性開發(fā)專門用于檢驗設計、模擬制品可視化，而對尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度要求不高的概念機。研究開發(fā)成本低、易成形、變形小、強度高、耐久及無污染的成形材料。研究開發(fā)新的成形方法研究新的高精度快速模具工藝第48頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

經自動化工廠“通信網絡”連接的各個子系統(tǒng)，可構成一個有機聯(lián)系的整體，即自動化工廠。計算機集成制造反映了制造系統(tǒng)的這一新發(fā)展。計算機集成制造系統(tǒng)則是技術上的具體實現(xiàn)，他能為現(xiàn)代制造企業(yè)追求在激烈變化中、動態(tài)市場條件下，具有快速靈活響應的競爭優(yōu)勢提供所要求的戰(zhàn)略性系統(tǒng)技術。計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）

計算機集成制造系統(tǒng)的發(fā)展可以實現(xiàn)整個機械制造廠的全盤自動化，成為自動化工或無人化工廠，是自動化制造技術的發(fā)展方向。第49頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

計算機集成制造系統(tǒng)主要由設計與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存儲運輸模塊構成

。計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）第50頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

存儲運輸模塊的主要功能有倉庫管理、自動搬運等。各模塊的主要功能：計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）設計與工藝模塊制造模塊管理信息模塊存儲運輸模塊CAD、CAE、CAPP、CAM等DNC、CNC、車間生產計劃、作業(yè)調度、刀具管理、質量檢測與控制、裝配