【正文】 化的 信 息對機床的運動及其加工過程進行控制的一種方法。簡單地 說，數(shù)控就是采用計算機或專用計算機裝置進行數(shù)字計算、分析處理、發(fā)出相應指令，對機床的各個動作及加工過程進行自動控制的一門技術。 2． 數(shù)控機床 數(shù)控機床是一種利用信息處理技術進行自動加工控制和金屬切削的機床，是數(shù)控技術運用的典范。數(shù)控機床是現(xiàn)代化制造技術的核心設備，其先進程度和擁有數(shù)量代表了一個國家制造工業(yè)的現(xiàn)代化水平。數(shù)控機床如 圖 11 所示。 圖 11 四川科技職業(yè)學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 2 頁 授人以漁 能力為本 3．計算機數(shù)字控制 計算機數(shù)字控制（ Computer Numerical Control，簡稱 CNC）是用計算機存儲系統(tǒng)軟件實現(xiàn)數(shù)字控制功能，使數(shù)控系統(tǒng)由模擬控制系統(tǒng)發(fā)展為數(shù)字控制系統(tǒng) 。對于計算機數(shù)字控制而言，不論是運算速度、精度，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，都比以前的數(shù)控系統(tǒng)有很大的提高，為數(shù)控技術的發(fā)展提供了強大的生命力。 4．數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是指利用數(shù)控技術實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。它是數(shù)控機床的核心，可對 NC代碼進行識別、存儲和插補運算，并輸出相應的脈沖指令經驅動伺服系統(tǒng)變換和放大，驅動機床完成相應的動作。數(shù)控系統(tǒng)主要用于控制對象的位置、角度、定位精度、定位速度、切削速度、溫度、壓力等。 5． 數(shù)控加工 數(shù)控加工是把根據(jù)工件圖樣和工藝要求等 原始條件 編好的加工程序輸入數(shù)控裝置，數(shù)控裝置再將 輸入的信息進行運算處理后轉換成驅動伺服機構的指令信號，最后由伺服機構控制機床 刀具與工件的相對運動，實現(xiàn)工件自動加工。 6． 數(shù)控加工的內容 一般來說，數(shù)控加工流程如 圖 12 所示，主要包括以下幾方面的內容。 圖 12 （ 1） 分析圖樣 。 確定加工方案對所要加工的零件進行技術要求分析，選擇合適的加工方式，再根據(jù)需要的加工方式，選擇合適的數(shù)控加工機床。 四川科技職業(yè)學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 3 頁 授人以漁 能力為本 （ 2） 工件的定位與裝夾 。 根據(jù)零件的加工要求，選擇合理的定位基準，并根據(jù) 零件批量、精度 和 加工成本選擇合適的夾具，完成工件的裝夾與工件在夾具中的找正。 （ 3） 刀具的選擇與安裝 。 根據(jù)零件的加工工藝性與結構工藝性，選擇 合適的刀具材料與刀具種類，完成刀具在機床中的安裝與對刀，并將對刀所得參數(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中進行正確設定。 （ 4） 編制數(shù)控加工程序 。 根據(jù)零件的加工要求，對零件進行正確的編程，并將這些程序通過控制介質或 以 手動方式輸入機床數(shù)控系統(tǒng)。 （ 5） 試切削、試運行并校驗數(shù)控加工程序 。 對所輸入的程序進行試運行，并進行首件 的試切削。試切削一方面用來校驗所編制的數(shù)控程序，另一方面用來校驗工件的加工精度。 （ 6） 數(shù)控加工 。 當程序正確無誤后，便可進入數(shù)控加工階段。 （ 7） 工件驗收和質量誤差分析 。 工件入庫前 ，應先進行工件的檢驗，并進行質量分析，分析誤差產生的原因，找出糾正誤差的方法。 數(shù)控銑床及加工中心的組成及特點 數(shù)控銑床及加工中心是一種利用信息處理技術進行自動加工控制和金屬切削的機床，主要是用計算機程序對各類控制信息進行處理，不僅具有柔性，而且還可處理邏輯電路難以處理的各種復雜信息。熟悉數(shù)控銑床及加工中心的組成及特點，便于掌握機床的工作流程及其在各行業(yè)中的應用。 1. 數(shù)控銑床及加工中心組 成 數(shù)控 銑床及加工中心 的種類繁多，但從組成 一 臺完整的數(shù)控 銑床及加工中心的角度講，主要由 輸入輸出設備 、數(shù)控 裝置 、伺服系統(tǒng) 、 反饋系統(tǒng) 和機床本體 5 大部分以及輔助裝置組成 ， 如 圖 13 所示 。 圖 13 四川科技職業(yè)學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 4 頁 授人以漁 能力為本 (1) 輸入輸出設備 輸入輸出設備是數(shù)控機床與外部設備的接口，存儲介質的加工信息通過輸入設備輸送到機床的數(shù)控系統(tǒng)，機床內存中的加工程序也可以通過輸出設備傳送到存儲介質上。 (2) 數(shù)控 系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床及 加工中心 的核 心部分，主要是對輸入的加工程序進行數(shù)字運算和邏輯運算，然后向伺服系統(tǒng)發(fā)出控制信號，使設備按規(guī)定的動作執(zhí)行。 (3) 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)與機床本體之間的電傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)，主要由伺服電動機、驅動控制系統(tǒng)及位置檢測系統(tǒng)組成。其作用是把由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉換成機床移動部件的運動，使機床的工作臺按規(guī)定移動，精確定位，加工出符合圖紙要求的工件。整個機床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。常用的伺服電機有直流伺服電機、交流伺服電機、電液伺服電機等。 (4) 反饋系統(tǒng) 反饋系統(tǒng)主要是對機床的運動速度、方向、位移以及加工 狀態(tài)加以檢測并將其結果轉 化為電信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)反饋回來的信息調整機床的運動，實現(xiàn)誤差 補償。 (5) 機床本體 機床本體是數(shù)控 銑床及加工中心 的主體，是用于完成各種切削 加工的 機械部分， 主要包括主運動部件、進給運動部件（如工作臺、刀架）和支撐部件（如床身、立柱等）。有些數(shù)控機床還配備特殊部件，如刀庫、自動換刀裝置等。 除上述 5 個主要部分外，數(shù)控 銑床及加工中心 還有一些輔助裝置和附屬設備 ，如電氣 、液壓、氣動系統(tǒng)與冷卻、排屑、潤滑、照明 系統(tǒng) 等。 2. 數(shù)控銑床及加工中心的特點 在批量生產條件下，利用數(shù)控 銑床或加工中心自動化加工，可以取得良好的經濟效益。與普通機床加工相比，采用數(shù)控銑床及加工中心加工具有以下特點。 (1) 簡化加工過程 傳統(tǒng)加工需要認真編制工藝規(guī)程，嚴格劃分工序，然后設計和制造夾具，確定定位方案。而使用數(shù)控加工可以集中工序，減少零件的裝夾次數(shù)，通過 NC 程序可以輕松實現(xiàn)對復雜三維零件的加工，大大簡化加工過程。 四川科技職業(yè)學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 5 頁 授人以漁 能力為本 (2) 加工效率高 數(shù)控加工在 NC 程序引導下有序進行，受到的人工干預少，加工過程中工件的轉位時間及換刀時間短，還可以實現(xiàn)多刀并行加工，大大地提高了加工效率。 (3) 加工精度高 數(shù)控加工 在程序控制下有序進行，受到的人工干預少，具有較小的加工誤差。同時，現(xiàn)在的數(shù)控機床還采用了閉環(huán)控制，可以對出現(xiàn)的誤差進行補償，大大地提高了加工精度。 (4) 加工重復性好 數(shù)控加工中編制好的程序可以在加工中重復使用，還可以對已有的程序進行適當?shù)男薷暮屯晟?，以適應相似的加工對象，特別是隨著 CAD/CAM 技術的不斷發(fā)展和進步，復雜數(shù)控程序的編制變得越來越簡單，這為高效地加工出高精度的復雜零件創(chuàng)造出良好的條件。 數(shù)控加工編程 數(shù)控編程是以數(shù)控加工中的編程方法作為研究對象的一門加工技術，它以機械加工中的工藝和 編程理論為基礎，針對數(shù)控機床的特點，綜合運用相關的知識來解決數(shù)控加工中的工藝問題和編程問題。 數(shù)控編程人員必須掌握與數(shù)控加工相關內容的知識，包括數(shù)控加工原理、數(shù)控機床及其原理、機床坐標系，數(shù)控程序結構和常用數(shù)控指令等。 數(shù)控加工工藝分析和規(guī)劃將影響數(shù)控加工的加工質量和加工效率，因此，數(shù)控加工工藝分析和規(guī)劃是數(shù)控編程的核心內容。主要包括加工區(qū)域的劃分和規(guī)劃，刀軌形式與走刀方式的選擇，刀具及機械參數(shù)、加工工藝參數(shù)的設置。 數(shù)控程序編制方法 編制數(shù)控機床程序的方法有手工編程和自動編程兩種。 手工編程是 程序員直接通過人工完成零件圖工藝分析、工藝和數(shù)據(jù)處理、計算和編寫數(shù)控程序、輸入數(shù)控程序直到程序驗證整個過程的方法。手工編程非常適合于幾何形狀不太復雜、程序計算量較少的零件的數(shù)控編程。相對而言，手工編程的數(shù)控程序較短，四川科技職業(yè)學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 6 頁 授人以漁 能力為本 編制程序的工作量較少。因此，手工編程廣泛用于形狀簡單的點位加工和由直線、圓弧組成的平面輪廓加工中。 自動編程是一種利用計算機輔助編程技術的方法，它是通過專用的計算機數(shù)控編程軟件來處理零件的幾何信息，實現(xiàn)數(shù)控加工刀位點的自動計算。對于復雜的零件，特別是具有非圓曲線曲面的加工表面，或者零件的幾何形狀 并不復雜，但是程序編制的工作量很大，或者是需要進行復雜的工藝及工序處理的零件，由于這些零件在編制程序和加工過程中，數(shù)值計算非常繁瑣，程序量很大。如果采用手工編程往往耗時多、效率低、出錯率高，甚至無法完成，這種情況下就必須采用自動編程。 現(xiàn)在廣泛使用的自動編程是 CAD/CAM 圖形交互自動編程， CAD/CAM 圖形自動編程系統(tǒng)的特點是利用 CAD 軟件的圖形編輯功能將零件的幾何圖形繪制到計算機上，在圖形交互方式下進行定義、顯示和編輯，得到零件的幾何模型；然后調用 CAM 數(shù)控編程模板，采用人機交互的方式定義幾何體，創(chuàng)建加 工坐標系，定義刀具，指定被加工部位，輸入相應的加工參數(shù)，確定刀具相對于零件表面的運動方式，確定加工參數(shù)，生成進給軌跡，經過后置處理生成數(shù)控加工程序。整個過程一般都是在計算機圖形交互環(huán)境下完成的，具有形象、直觀和高效的優(yōu)點。 數(shù)控程序的特點 數(shù)控機床是一種用計算機實施控制的機床，用來控制機床的系統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床的運動和輔助動作均受控于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令。在數(shù)控機床上加工零件與在普通機床上加工零件，從加工方法上講沒有多大差異，區(qū)別在于機床運動的控制方面，在普通機床上加工零件時，機床的運動由操 作工人控制；而在數(shù)控機床上加工零件時，機床的運動和輔助動作的實現(xiàn)均受控于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令。數(shù)控系統(tǒng)的指令是由程序員根據(jù)零件的材料、加工要求、機床的特性和系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式 (數(shù)控語言或符號 )編制的。 數(shù)控程序是從零件設計圖紙或零件三維模型直到獲得數(shù)控加工程序的全過程，在輸出數(shù)控程序前，往往要進行多次驗證檢查和相應的程序調整，通過仿真加工或試切加工，以觀察零件的全加工過程，校驗刀位計算是否正確，加工過程是否存在過切現(xiàn)象，所選刀具、走刀路線、進退刀方式是否合理，刀具、刀柄、夾具之間是否存在干涉與碰撞現(xiàn)象等，以 及根據(jù)仿真加工和試切的結果所需的反復修改或調整程序的時間，從而降低所四川科技職業(yè)學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 7 頁 授人以漁 能力為本 耗費的人力和物力。 使用 CAD/CAM 軟件完成的數(shù)控程序效率高、準確、可靠，同時對數(shù)控編程人員提出了更高的要求。數(shù)控加工路線清晰、準確，刀具及切削參數(shù)選擇合理，調試時需要調整的時間和內容少，數(shù)控程序固化率高。 在計算機上通過 UG/CAM 所實現(xiàn)數(shù)控編程的全過程，生成并保存為一個文本文件，然后輸入到數(shù)控機床的整個過程稱為離線編程。如何編制完善的數(shù)控加工程序，加工高質量的零件，同時使設備安全、穩(wěn)定地運行，是數(shù)控加工工藝人員、數(shù)控加工操作人員最關心 的問題。 數(shù)控編程主要工作程序 使用數(shù)控機床加工零件，最主要的工作就是編制零件的數(shù)控加工程序。數(shù)控編程過程可以歸結為工藝方案的理解、工件裝夾、建立坐標系、輸入刀具參數(shù)、輸入數(shù)控程序、程序驗證、調整和機床操作等幾個基本步驟。 數(shù)控工藝方案是加工的靈魂，對于一般的工件，工藝方案的重點在于提高效率，降低成本。而對于關鍵件、重要件、復雜工件，工藝方案直接關系到零件的加工質量，編程人員應在工藝方案上多下工夫，總結經驗，踏實、認真地從每一個細節(jié)做起。在明確目標后，再進行工藝分析，確定相應的工序和工步，以及關 鍵部位的工藝保證措施，同時也應考慮操作者的技能水平、現(xiàn)有工藝裝備的配置狀況、刀具、量具和設備等因素。 數(shù)控程序編制主要工作內容如下。 1) 零件數(shù)控加工工藝性分析 根據(jù)加工零件的設計圖紙及相關技術文件，對零件的材料、毛坯種類、形狀、尺寸、精度、表面質量以及熱處理要求等進行綜合分析。 零件設計圖定義了零件的幾何形狀和結構特點、尺寸及其公差、形位公差、技術要求、材料、熱處理要求等方面的內容。在進行零件數(shù)控編程時，還應了解零件的毛坯材料狀態(tài)，包括毛坯材料的類型、規(guī)格、形狀、熱處理狀態(tài)以及硬度等。零件設計圖和毛料狀 態(tài)構成了加工零件數(shù)控加 工工藝分析的主要內容，也決定了哪些是零件的技術關鍵，加工中的難點，數(shù)控編程的難易程度。 在利用以上所有原始信息的基礎上，綜合考慮其他的相關因素，以確定合理的數(shù)控加工方案和數(shù)控加工方法。初步擬定定位和夾緊基準，合理選擇機床，確定加工刀具和四川科技職業(yè)學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 8 頁 授人以漁 能力為本 切削用量等。 2) 數(shù)控機床及其控制系統(tǒng)性能分析 數(shù)控機床性能分析包括工作臺的加工范圍、機床主軸轉速范圍、機床的功率、機床采用的刀柄類型和規(guī)格、刀具系統(tǒng)的構成、夾具與機床的連接方式、數(shù)控程序輸入方式等方面的內容。 首先考慮的是數(shù)控機床的工作區(qū)域或工作空間 能否滿足零件的數(shù)控加工要求，零件必須安裝在夾具里，所以數(shù)控機床應該足夠大，零件及其工裝夾具總的重量也不應超過機床