第1章數(shù)控加工工藝概述教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)了解數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展以及數(shù)控機(jī)床的分類、結(jié)構(gòu)組成，理解數(shù)控機(jī)床的工作原理和特點(diǎn)，掌握數(shù)控加工工藝的基本概念。教學(xué)難點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的工作原理和特點(diǎn)。

制造業(yè)是永遠(yuǎn)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代文明的支柱。它在科技研究中既占有基礎(chǔ)地位，又處于前沿關(guān)鍵。它是工業(yè)的主體，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是生產(chǎn)工具、生活資料、科技手段、國(guó)防裝備等進(jìn)步的依托，是現(xiàn)代化的動(dòng)力源之一。數(shù)字控制（numericalcontrol，簡(jiǎn)稱為NC）技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來(lái)實(shí)現(xiàn)控制一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作的技術(shù)。

1952年，美國(guó)MIT研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，如圖1-1所示，成為機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展。

圖1-1

世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床

中國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制是從1958年起步的，北京第一機(jī)床廠與清華大學(xué)合作試制了中國(guó)第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床X53K1，如圖1-2所示。圖1-2中國(guó)第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床1.1機(jī)械加工工藝與生產(chǎn)類型1.1.1機(jī)械加工工藝的基本概念1.生產(chǎn)過(guò)程

生產(chǎn)過(guò)程是指把原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程一般包括原材料的運(yùn)輸、倉(cāng)庫(kù)保管、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、毛坯制造、機(jī)械加工（含熱處理）、裝配、檢驗(yàn)、噴涂和包裝等。2.工藝過(guò)程

工藝過(guò)程是指改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過(guò)程。工藝過(guò)程是生產(chǎn)過(guò)程中的主體。機(jī)械加工的過(guò)程稱為機(jī)械加工工藝過(guò)程。機(jī)械加工工藝過(guò)程是由一個(gè)或若干個(gè)順序排列的工序組成的，而工序又由安裝、工位、工步和走刀組成。

（1）工序。工序是指一個(gè)或一組工人，在一個(gè)工作地點(diǎn)對(duì)同一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件連續(xù)加工完成的那一部分工藝過(guò)程。

（2）工步。工步是指在加工表面（或裝配連接面）和加工（或裝配）工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序內(nèi)容。（3）走刀。在一個(gè)工步內(nèi)，若被加工表面需切除的余量較大，可分幾次切削，每次切削稱為一次走刀，（4）安裝。安裝是指工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部工序。（5）工位。工位是指為了完成一定的工序內(nèi)容，一次裝夾工件后，工件（或裝配單元）與夾具或設(shè)備的可動(dòng)部分一起相對(duì)刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個(gè)位置。1.1.2生產(chǎn)類型

生產(chǎn)類型是指企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類；機(jī)械制造生產(chǎn)分為單件生產(chǎn)、大量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)三種類型。表1-3

生產(chǎn)類型和生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系生產(chǎn)類型生產(chǎn)綱領(lǐng)重型零件（30kg以上）中性零件（4~30kg）輕型零件（4kg以下）單件生產(chǎn)≤5≤

10≤

100成批生產(chǎn)小批生產(chǎn)>5~100>10~150>100~500中批生產(chǎn)>100~300>150~500>500~5000大批生產(chǎn)>300~1000>500~5000>5000~50000大量生產(chǎn)>1000>5000>500001.2數(shù)控加工設(shè)備1.2.1數(shù)控加工設(shè)備的分類1.按加工工藝方法分1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床（1）數(shù)控車床（2）數(shù)控銑床（3）加工中心（4）數(shù)控磨床2）板材及成形加工類數(shù)控機(jī)床3）特種加工類數(shù)控機(jī)床4）非加工類數(shù)控設(shè)備2.按控制運(yùn)動(dòng)的方式分1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床僅能控制兩個(gè)坐標(biāo)軸帶動(dòng)刀具或工作臺(tái)，從一個(gè)點(diǎn)（坐標(biāo)位置）快速準(zhǔn)確的移動(dòng)到動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)（坐標(biāo)位置），在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工，然后控制第三個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行鉆、鏜等切削加工。2）點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，以一條直線準(zhǔn)確地從一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)，移動(dòng)過(guò)程中能進(jìn)行切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床具有控制幾個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即多坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)的能力，使刀具相對(duì)于工件按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，能在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)切削加工。3.按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分1）開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床不帶反饋裝置，通常使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖1-20開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床2）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角度檢測(cè)裝置（如光電編碼器等），通過(guò)檢測(cè)絲杠的回轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位移，然后反饋到控制器中進(jìn)行比較，并對(duì)誤差進(jìn)行修正，如圖1-21所示。

圖1-21半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床3）全閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床全閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是在機(jī)床工作臺(tái)上直接安裝直線位移檢測(cè)裝置，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入位移值進(jìn)行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，如圖1-22所示。圖1-22全閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床4）混合控制數(shù)控機(jī)床將前3類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床。1.2.2數(shù)控加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)機(jī)床I/O電路和裝置PLC主軸伺服單元輸入輸出設(shè)備進(jìn)給伺服單元操作面板主軸驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)床本體主軸傳動(dòng)裝置進(jìn)給傳動(dòng)裝置輔助運(yùn)動(dòng)裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置檢測(cè)裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)圖1-23

數(shù)控機(jī)床的組成1.2.3數(shù)控加工設(shè)備的工作原理

CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖1-24所示。零件加工程序譯碼刀補(bǔ)處理插補(bǔ)處理進(jìn)給伺服系統(tǒng)切削運(yùn)動(dòng)、機(jī)床I/O裝置成形運(yùn)動(dòng)PLC控制圖1-24CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程1.3數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

制造對(duì)象、制造材料、制造手段和制造環(huán)境的不斷變化為制造科學(xué)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和課題，數(shù)控技術(shù)與此息息相關(guān)，并將朝著高速化、高精化、極端化、智能化、高柔性集成化及網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展，這些方面彼此滲透。整體數(shù)控加