數(shù)控加工概論數(shù)控技術(shù)即數(shù)字控制技術(shù)(NumericalControlTechnology)，指用計算機以數(shù)字指令方式控制機床動作的技術(shù)。數(shù)控加工具有產(chǎn)品精度高、自動化程度高、生產(chǎn)效率高以及生產(chǎn)成本低等特點，在制造業(yè)，數(shù)控加工是所有生產(chǎn)技術(shù)中相當(dāng)重要的一環(huán)。尤其是汽車或航天工業(yè)零部件，其幾何外形復(fù)雜且精度要求較高，更突出了NC加工制造技術(shù)的優(yōu)點。

數(shù)控加工技術(shù)集傳統(tǒng)的機械制造、計算機、信息處理、現(xiàn)代控制、傳感檢測等光機電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代機械制造技術(shù)的基礎(chǔ)。它的廣泛應(yīng)用，給機械制造業(yè)的生產(chǎn)方式及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化。近年來，由于計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展相當(dāng)迅速。數(shù)控技術(shù)的水平和普及程度，已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。數(shù)控編程簡述數(shù)控編程一般可以分為手工編程和自動編程。手工編程是指從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值計算、編寫程序單直到程序校核等各步驟，均由人工完成的全過程。該方法適用于零件形狀不太復(fù)雜、加工程序較短的情況，而對于復(fù)雜形狀的零件，如具有非圓曲線、列表曲面和組合曲面的零件，或者零件形狀雖不復(fù)雜但是程序很長，則比較適合于自動編程。自動數(shù)控編程是從零件的設(shè)計模型(即參考模型)獲得數(shù)控加工程序的全部過程。其主要任務(wù)是計算加工走刀過程中的刀位點(CutterLocationPoint，簡稱CL點)，從而生成CL數(shù)據(jù)文件。采用自動編程技術(shù)可以幫助人們解決復(fù)雜零件的數(shù)控加工編程問題，其大部分工作由計算機來完成，編程效率大大提高，還能解決手工編程無法解決的許多復(fù)雜形狀零件的加工編程問題。數(shù)控編程的主要內(nèi)容有：分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)值處理、編寫加工程序單、輸入數(shù)控系統(tǒng)、程序檢驗及試切。(1)分析圖樣及工藝處理。在確定加工工藝過程時，編程人員首先應(yīng)根據(jù)零件圖樣對工件的形狀、尺寸和技術(shù)要求等進行分析，然后選擇合適的加工方案，確定加工順序和路線、裝夾方式、刀具以及切削參數(shù)，為了充分發(fā)揮機床的功用，還應(yīng)該考慮所用機床的指令功能，選擇最短的加工路線，選擇合適的對刀點和換刀點，以減少換刀次數(shù)。

(2)數(shù)值處理。根據(jù)圖樣的幾何尺寸、確定的工藝路線及設(shè)定的坐標(biāo)系，計算工件粗、精加工的運動軌跡，得到刀位數(shù)據(jù)。零件圖樣坐標(biāo)系與編程坐標(biāo)系不一致時，需要對坐標(biāo)進行換算。形狀比較簡單的零件的輪廓加工，需要計算出幾何元素的起點、終點及圓弧的圓心，以及兩幾何元素的交點或切點的坐標(biāo)值；有的還需要計算刀具中心運動軌跡的坐標(biāo)值。對于形狀比較復(fù)雜的零件，需要用直線段或圓弧段逼近，根據(jù)要求的精度計算出各個節(jié)點的坐標(biāo)值。

(3)編寫加工程序單。確定加工路線、工藝參數(shù)及刀位數(shù)據(jù)后，編程人員可以根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的指令代碼及程序段格式，逐段編寫加工程序單。此外，還應(yīng)填寫有關(guān)的工藝文件，如數(shù)控刀具卡片、數(shù)控刀具明細(xì)表和數(shù)控加工工序卡片等，隨著數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在大部分的機床已經(jīng)直接采用自動編程。

(4)輸入數(shù)控系統(tǒng)。即把編制好的加工程序，通過某種介質(zhì)傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)。過去我國數(shù)控機床的程序輸入一般使用穿孔紙帶，穿孔紙帶的程序代碼通過紙帶閱讀器輸入到數(shù)控系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機床主要利用鍵盤將程序輸入到計算機中。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進入工業(yè)領(lǐng)域，通過CAM生成的數(shù)控加工程序可以通過數(shù)據(jù)接口直接傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)中。(5)程序檢驗及試切。程序單必須經(jīng)過檢驗和試切才能正式使用。檢驗的方法是直接將加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，讓機床空運轉(zhuǎn)，即以筆代刀，以坐標(biāo)紙代替工件，畫出加工路線，以檢查機床的運動軌跡是否正確。若數(shù)控機床有圖形顯示功能，可以采用模擬刀具切削過程的方法進行檢驗。但這些過程只能檢驗出運動是否正確，不能檢查被加工零件的精度，因此必須進行零件的首件試切。首件試切時，應(yīng)該以單程序段的運行方式進行加工，監(jiān)視加工狀況，調(diào)整切削參數(shù)和狀態(tài)。

數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的種類很多，但是任何一種數(shù)控機床都主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機床主體三大部分以及輔助控制系統(tǒng)等組成。1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，是數(shù)控機床的“指揮系統(tǒng)”，其主要作用是對輸入的零件加工程序進行數(shù)字運算和邏輯運算，然后向伺服系統(tǒng)發(fā)出控制信號?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)通常是一臺帶有專門系統(tǒng)軟件的計算機系統(tǒng)，開放式數(shù)控系統(tǒng)就是將計算機配以數(shù)控系統(tǒng)軟件而構(gòu)成的。2．伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)(也稱驅(qū)動系統(tǒng))是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，由驅(qū)動和執(zhí)行兩大部分組成。它包括位置控制單元、速度控制單元、執(zhí)行電動機和測量反饋單元等部分，主要用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。它接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的各種指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求控制機床運動部件的進給速度、方向和位移。

目前數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)中，常用的位移執(zhí)行機構(gòu)有步進電動機、液壓馬達(dá)、直流伺服電動機和交流伺服電動機，后兩者均帶有光電編碼器等位置測量元件。一般來說，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)，要求有好的快速響應(yīng)和靈敏而準(zhǔn)確的跟蹤指令功能。3．機床主體機床主體是加工運動的實際部件，除了機床基礎(chǔ)件以外，還包括主軸部件，進給部件，實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件，輔助系統(tǒng)和裝置(如液壓、氣壓、防護等裝置)，刀庫和自動換刀裝置(AutomaticToolsChanger，簡稱ATC)，自動托盤交換裝置(AutomaticPalletChanger，簡稱APC)。機床基礎(chǔ)件通常是指床身或底座、立柱、橫梁和工作臺等，它是整臺機床的基礎(chǔ)和框架。加工中心則還應(yīng)具有ATC，有的還有雙工位APC等。數(shù)控機床的特點20世紀(jì)50年代，美國麻省理工學(xué)院成功研制出第一臺數(shù)控銑床。1970年首次展出了第一臺用計算機控制的數(shù)控機床(CNC)。圖1．3．1所示就是數(shù)控銑床，圖1．3．2所示是加工中心。高柔性。數(shù)控機床的最大特點是高柔性，即靈活、通用、萬能，可以適應(yīng)加工不同形狀工件。數(shù)控銑床一般能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻螺紋、銑平面、銑斜面、銑槽、銑削曲面和銑削螺紋等加工，而且一般情況下，可以在一次裝夾中完成所需的加工工序。高精度，加工重復(fù)性高。目前，普通數(shù)控加工的尺寸精度通?？蛇_(dá)到±0．005mm。數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量(即機床移動部件的移動量)一般為0.001mm，高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達(dá)0.0001mm。數(shù)控加工過程中，機床始終都在指定的控制指令下工作，消除了人工操作所引起的誤差，不僅提高了同一批加工零件尺寸的統(tǒng)一性，而且產(chǎn)品質(zhì)量能得到保證，廢品率也大為降低。高效率。機床自動化程度高，工序、刀具可自行更換、檢測。例如，加工中心：在一次裝夾后，除定位表面不能加工外，其余表面均可加工；生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，加工對象變化時，一般不需要專門的工藝裝備設(shè)計制造時間；切削加工中可采用最佳切削參數(shù)和走刀路線。數(shù)控銑床：一般不需要使用專用夾具和工藝裝備。在更換工件時，只需調(diào)用儲存于計算機中的加工程序、裝夾工件和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)即可，可大大縮短生產(chǎn)周期。更主要的是數(shù)控銑床的萬能性帶來高效率，如一般的數(shù)控銑床都具有銑床、鏜床和鉆床的功能，工序高度集中，提高了勞動生產(chǎn)率，并減少了工件的裝夾誤差。大大減輕了操作者的勞動強度數(shù)控機床的零件加工是根據(jù)加工前編好的程序自動完成的。操作者除了操作鍵盤、裝卸工件、中間測量及觀察機床運行外，需要進行繁重的重復(fù)性手工操作，可大大減輕勞動強度。易于建立計算機通信網(wǎng)絡(luò)。數(shù)控機床使用數(shù)字信息作為控制信息，易于與CAD系統(tǒng)連接，從而形成CAD／CAM一體化系統(tǒng)，它是FMS、CIMS等現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。初期投資大，加工成本高數(shù)控機床的價格一般是普通機床的若干倍，且機床備件的價格也高；另外，加工首件需要進行編程、程序調(diào)試和試加工，時問較長，因此使零件的加工成本也大大高于普通機床。數(shù)控機床的分類

1．按工藝用途分類數(shù)控機床分為數(shù)控鉆床、車床、銑床、磨床和齒輪加工機床等，還有壓床、沖床、電火花切割機、火焰切割機和點焊機等也都采用數(shù)字控制。加工中心是帶有刀庫及自動換刀裝置的數(shù)控機床，它可以在一臺機床上實現(xiàn)多種加工。工件只需一次裝夾，就可以完成多種加工，這樣既節(jié)省了工時，又提高了加工精度。加工中心特別適用于箱體類和殼類零件的加工。車削加工中心可以完成所有回轉(zhuǎn)體零件的加工。2．按機床數(shù)控運動軌跡劃分點位控制數(shù)控機床(PTP)：指在刀具運動時，只控制刀具相對于工件位移的準(zhǔn)確性，不考慮兩點間的路徑。這種控制方法用于數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床和數(shù)控點焊設(shè)備，還可以用在數(shù)控坐標(biāo)鏜銑床上。

點位直線控制數(shù)控機床：就是要求在點位準(zhǔn)確控制的基礎(chǔ)上，還要保證刀具運動是一條直線，且刀具在運動過程中還要進行切削加工。采用這種控制的機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床和數(shù)控磨床等，一般用于加工矩形和臺階形零件。輪廓控制數(shù)控機床(CP)：輪廓控制(亦稱連續(xù)控制)是對兩個或更多的坐標(biāo)運動進行控制(多坐標(biāo)聯(lián)動)，刀具運動軌跡可為空間曲線。它不僅能保證各點的位置，而且還要控制加工過程中的位移速度，也就是刀具的軌跡。既要保證尺寸的精度，還要保證形狀的精度。在運動過程中，同時要向兩個坐標(biāo)軸分配脈沖，使它們能走出所要求的形狀來，這就叫插補運算。它是一種軟仿形加工，而不是硬(靠模)仿形，并且這種軟仿形加工的精度比硬仿形加工的精度高很多。這類機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機和加工中心等。在模具行業(yè)中，對于一些復(fù)雜曲面的加工，較多使用這類機床，如三坐標(biāo)以上的數(shù)控銑床或加工中心。3．按伺服系統(tǒng)控制方式劃分開環(huán)控制是無位置反饋的一種控制方法;半閉環(huán)控制是在絲杠上裝有角度測量裝置作為間接的位置反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)是對機床移動部件的位置直接用直線位置檢測裝置進行檢測，再把實際測量出的位置反饋到數(shù)控裝置中去，與輸入指令比較是否有差值，然后把這個差值經(jīng)過放大和變換，最后去驅(qū)動工作臺向減少誤差的方向移動，直到差值符合精度要求為止。4．按聯(lián)動坐標(biāo)軸數(shù)劃分(1)兩軸聯(lián)動數(shù)控機床。主要用于三軸以上控制的機床，其中任意兩軸作插補聯(lián)動，第三軸作單獨的周期進給，常稱2．5軸聯(lián)動。如圖1．3．3所示，在數(shù)控銑床上用球頭銑刀采用行切法加工三維空間曲面。行切法加工所用的刀具通常是球頭銑刀。用這種刀具加工曲面，不易干涉相鄰表面，計算比較簡單。球頭銑刀的刀頭半徑應(yīng)選得大一些，有利于降低加工表面粗糙度、增加刀具剛度以及散熱等，但刀頭半徑應(yīng)小于曲面的最小曲率半徑。由于2．5軸坐標(biāo)加工的刀心軌跡為平面曲線，故編程計算較為簡單，數(shù)控邏輯裝置也不復(fù)雜，常用于曲率變化不大以及精度要求不高的粗加工。(2)三軸聯(lián)動數(shù)控機床。X、Y、Z三軸可同時進行插補聯(lián)動，在加工曲面時，通常也用行切方法。如圖1.3.4所示，三軸聯(lián)動的刀具軌跡可以是平面曲線或空間曲線。三坐標(biāo)聯(lián)動加工常用于復(fù)雜曲面的精確加工，但編程計算較為復(fù)雜，所用的數(shù)控裝置還必須具備三軸聯(lián)動功能。

(3)四軸聯(lián)動數(shù)控機床。除了同時控制X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動之外，還有工作臺或者刀具的轉(zhuǎn)動。

(4)五軸聯(lián)動數(shù)控機床。除了同時控制X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動以外，還同時控制圍繞這些直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C坐標(biāo)軸中的兩個坐標(biāo)，即同時控制五個坐標(biāo)軸聯(lián)動。這時刀具可以被定位在空間的任何位置。螺旋槳是五軸聯(lián)動加工的典型零件之一，其葉片形狀及加工原理如圖1．3．6所示。加工刀具的選擇和切削用量的確定

加工刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。CAD／CAM技術(shù)的發(fā)展，使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設(shè)計數(shù)據(jù)成為可能，特別是微機與數(shù)控機床的連接，使得設(shè)計、工藝規(guī)劃及編程的整個過程全部可以在計算機上完成，一般不需要輸出專門的工藝文件。數(shù)控加工常用刀具的種類及特點

根據(jù)切削工藝可分為：車削刀具(分外圓、內(nèi)孔、螺紋和切割刀具等多種)，鉆削刀具(包括鉆頭、鉸刀和絲錐等)，鏜削刀具，銑削刀具等。

根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為：整體式、鑲嵌式、采用焊接和機夾式，機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種。

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、金剛石刀具及其他材料刀具，如陶瓷刀具、立方氮化硼刀具等。數(shù)控刀具與普通機床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：·剛性好，精度高，抗振及熱變形小?！せQ性好，便于快速換刀。·壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠?！さ毒叩某叽绫阌谡{(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間。·刀具應(yīng)能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除?！は盗谢?biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。

數(shù)控加工刀具的選擇應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、加工工序、工件材料的性能、切削用量以及其他相關(guān)因素正確選用刀具和刀柄。

刀具選擇的總原則是：適用、安全和經(jīng)濟。1.適用是要求所選擇的刀具能達(dá)到加工的目的，完成材料的去除，并達(dá)到預(yù)定的加工精度。2.安全指的是在有效去除材料的同時，不會產(chǎn)生刀具的碰撞和折斷等，要保證刀具及刀柄不會與工件相碰撞或者擠擦，造成刀具或工件的損壞。3.經(jīng)濟指的是能以最小的成本完成加工。在同樣可以完成加工的情形下，選擇相對綜合成本較低的方案，而不是選擇最便宜的刀具；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，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。

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)合金刀片的銑刀；對一些立體形面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、盤形銑刀和錐形銑刀。在生產(chǎn)過程中，銑削零件周邊輪廓時，常采用立銑刀，所用的立銑刀的刀具半徑一定要小于零件內(nèi)輪廓的最小曲率半徑。一般取最小曲率半徑的0．8～0．9倍即可。零件的加工高度(z方向的背吃刀量)最好不要超過刀具的半徑。平面銑削時，應(yīng)選用不重磨硬質(zhì)合金端銑刀、立銑刀或可轉(zhuǎn)位面銑刀。

一般采用二次走刀，第一次走刀最好用端銑刀粗銑，沿工件表面連續(xù)走刀。選好每次走刀的寬度和銑刀的直徑，使接痕不影響精銑精度。因此，加工余量大又不均勻時，銑刀直徑要選小些。精加工時，一般用可轉(zhuǎn)位密齒面銑刀，銑刀直徑要選大些，最好能夠包容加工面的整個寬度，可以設(shè)置6～8個刀齒，密布的刀齒使進給速度大大提高，從而提高切削效率，同時可以達(dá)到理想的表面加工質(zhì)量，甚至可以實現(xiàn)以銑代磨。

加工凸臺、凹槽和箱口面時，選高速鋼立銑刀、鑲硬質(zhì)合金刀片的端銑刀和立銑刀。在加工凹槽時應(yīng)采用直徑比槽寬小的銑刀，先銑槽的中間部分，然后再利用刀具半徑補償(或稱直徑補償)功能對槽的兩邊進行銑加工，這樣可以提高槽寬的加工精度，減少銑刀的種類。起止高度與安全高度安全高度是為了避免刀具碰撞工件或夾具而設(shè)定的高度，即在z軸上的偏移值。在銑削過程中，如果刀具需要轉(zhuǎn)移位置，將會退到這一高度，然后再進行G00插補到下一個進刀位置，一般情況下這個高度應(yīng)大于零件的最大高度(即高于零件的最高表面)。起止高度是指在程序開始時，刀具將先到達(dá)這一高度，同時在程序結(jié)束后，刀具也將退回到這一高度。走刀路線的選擇在數(shù)控加工中，刀具(嚴(yán)格說是刀位點)相對于工件的運動軌跡和方向稱為加工路線，即刀具從對刀點開始運動起，直至結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。走刀路線是刀具在整個加工工序中相對于工件的運動軌跡，它不但包括了工序的內(nèi)容，而且也反映出工序的順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。確定加工路線時首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，其次應(yīng)考慮數(shù)值計算簡單、走刀路線盡量短、效率較高等。(1)對點位加工的數(shù)控機床，如鉆床、鏜床，要考慮盡可能使走刀路線最短，減少刀具空行程時間，提高加工效率。(2)應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求當(dāng)銑削零件外輪廓時，一般采用立銑刀側(cè)刃切削。刀具切入工件時，應(yīng)沿外廓曲線延長線的切向切入，避免沿零件外廓的法向切入，以免在切入處產(chǎn)生刀具的刻痕而影響表面質(zhì)量，保證零件外廓曲線平滑過度。同理，在切離工件時，應(yīng)該沿零件輪廓延長線的切向逐漸切離工件，避免在工件的輪廓處直接退刀影響表面質(zhì)量，如圖1．8．2所示。

對于邊界敞開的曲面加工，可采用兩種走刀路線。第一種，每次沿直線加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，以保證母線的直線度，如圖1．8．4a所示。第二種走刀路線如圖1．8．4b所示，便于加工后檢驗，曲面的準(zhǔn)確度較高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其他表面限制，所以邊界曲面可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開始加工。如圖1．8．5a、b所示，分別為用行切法加工和環(huán)切法加工凹槽的走刀路線，而圖1．8．5c是先用行切法，最后環(huán)切一刀光整輪廓表面。所謂行切法是指刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定的；環(huán)切法則是指刀具與零件輪廓的切點軌跡是一圈一圈的。這三種方案中，a圖方案在周邊留有大量的殘余，表面質(zhì)量最差；b圖方案和c圖方案都能保證精度，但b圖方案走刀路線稍長，程序計算量大。順銑與逆銑在加工過程中，銑刀的進給方向有兩種，即順銑和逆銑。當(dāng)銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進給方向相同時，為順銑，如圖1