【正文】 化的 信 息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。簡(jiǎn)單地 說(shuō)，數(shù)控就是采用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)裝置進(jìn)行數(shù)字計(jì)算、分析處理、發(fā)出相應(yīng)指令，對(duì)機(jī)床的各個(gè)動(dòng)作及加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的一門(mén)技術(shù)。 2． 數(shù)控機(jī)床 數(shù)控機(jī)床是一種利用信息處理技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)加工控制和金屬切削的機(jī)床，是數(shù)控技術(shù)運(yùn)用的典范。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代化制造技術(shù)的核心設(shè)備，其先進(jìn)程度和擁有數(shù)量代表了一個(gè)國(guó)家制造工業(yè)的現(xiàn)代化水平。數(shù)控機(jī)床如 圖 11 所示。 圖 11 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 2 頁(yè) 授人以漁 能力為本 3．計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（ Computer Numerical Control，簡(jiǎn)稱 CNC）是用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件實(shí)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(duì)于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制而言，不論是運(yùn)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(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的生命力。 4．?dāng)?shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是指利用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)。它是數(shù)控機(jī)床的核心，可對(duì) NC代碼進(jìn)行識(shí)別、存儲(chǔ)和插補(bǔ)運(yùn)算，并輸出相應(yīng)的脈沖指令經(jīng)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)變換和放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的動(dòng)作。數(shù)控系統(tǒng)主要用于控制對(duì)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(jìn)行運(yùn)算處理后轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)，最后由伺服機(jī)構(gòu)控制機(jī)床 刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)加工。 6． 數(shù)控加工的內(nèi)容 一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控加工流程如 圖 12 所示，主要包括以下幾方面的內(nèi)容。 圖 12 （ 1） 分析圖樣 。 確定加工方案對(duì)所要加工的零件進(jìn)行技術(shù)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(jī)床。 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 3 頁(yè) 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(zhǔn)，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(jié)構(gòu)工藝性，選擇 合適的刀具材料與刀具種類，完成刀具在機(jī)床中的安裝與對(duì)刀，并將對(duì)刀所得參數(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行正確設(shè)定。 （ 4） 編制數(shù)控加工程序 。 根據(jù)零件的加工要求，對(duì)零件進(jìn)行正確的編程，并將這些程序通過(guò)控制介質(zhì)或 以 手動(dòng)方式輸入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。 （ 5） 試切削、試運(yùn)行并校驗(yàn)數(shù)控加工程序 。 對(duì)所輸入的程序進(jìn)行試運(yùn)行，并進(jìn)行首件 的試切削。試切削一方面用來(lái)校驗(yàn)所編制的數(shù)控程序，另一方面用來(lái)校驗(yàn)工件的加工精度。 （ 6） 數(shù)控加工 。 當(dāng)程序正確無(wú)誤后，便可進(jìn)入數(shù)控加工階段。 （ 7） 工件驗(yàn)收和質(zhì)量誤差分析 。 工件入庫(kù)前 ，應(yīng)先進(jìn)行工件的檢驗(yàn)，并進(jìn)行質(zhì)量分析，分析誤差產(chǎn)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(diǎn) 數(shù)控銑床及加工中心是一種利用信息處理技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)加工控制和金屬切削的機(jī)床，主要是用計(jì)算機(jī)程序?qū)Ω黝惪刂菩畔⑦M(jìn)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(fù)雜信息。熟悉數(shù)控銑床及加工中心的組成及特點(diǎn)，便于掌握機(jī)床的工作流程及其在各行業(yè)中的應(yīng)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(tái)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(shè)備 、數(shù)控 裝置 、伺服系統(tǒng) 、 反饋系統(tǒng) 和機(jī)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(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 4 頁(yè) 授人以漁 能力為本 (1) 輸入輸出設(shè)備 輸入輸出設(shè)備是數(shù)控機(jī)床與外部設(shè)備的接口，存儲(chǔ)介質(zhì)的加工信息通過(guò)輸入設(shè)備輸送到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)床內(nèi)存中的加工程序也可以通過(guò)輸出設(shè)備傳送到存儲(chǔ)介質(zhì)上。 (2) 數(shù)控 系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床及 加工中心 的核 心部分，主要是對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，然后向伺服系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，使設(shè)備按規(guī)定的動(dòng)作執(zhí)行。 (3) 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床本體之間的電傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)，主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及位置檢測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，使機(jī)床的工作臺(tái)按規(guī)定移動(dòng)，精確定位，加工出符合圖紙要求的工件。整個(gè)機(jī)床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。常用的伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、電液伺服電機(jī)等。 (4) 反饋系統(tǒng) 反饋系統(tǒng)主要是對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度、方向、位移以及加工 狀態(tài)加以檢測(cè)并將其結(jié)果轉(zhuǎn) 化為電信號(hào)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)反饋回來(lái)的信息調(diào)整機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)誤差 補(bǔ)償。 (5) 機(jī)床本體 機(jī)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(jī)械部分， 主要包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（如工作臺(tái)、刀架）和支撐部件（如床身、立柱等）。有些數(shù)控機(jī)床還配備特殊部件，如刀庫(kù)、自動(dòng)換刀裝置等。 除上述 5 個(gè)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(shè)備 ，如電氣 、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)與冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明 系統(tǒng) 等。 2. 數(shù)控銑床及加工中心的特點(diǎn) 在批量生產(chǎn)條件下，利用數(shù)控 銑床或加工中心自動(dòng)化加工，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。與普通機(jī)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(diǎn)。 (1) 簡(jiǎn)化加工過(guò)程 傳統(tǒng)加工需要認(rèn)真編制工藝規(guī)程，嚴(yán)格劃分工序，然后設(shè)計(jì)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(guò) NC 程序可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜三維零件的加工，大大簡(jiǎn)化加工過(guò)程。 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 5 頁(yè) 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(dǎo)下有序進(jìn)行，受到的人工干預(yù)少，加工過(guò)程中工件的轉(zhuǎn)位時(shí)間及換刀時(shí)間短，還可以實(shí)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(jìn)行，受到的人工干預(yù)少，具有較小的加工誤差。同時(shí)，現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床還采用了閉環(huán)控制，可以對(duì)出現(xiàn)的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，大大地提高了加工精度。 (4) 加工重復(fù)性好 數(shù)控加工中編制好的程序可以在加工中重復(fù)使用，還可以對(duì)已有的程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮屯晟疲赃m應(yīng)相似的加工對(duì)象，特別是隨著 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，復(fù)雜數(shù)控程序的編制變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，這為高效地加工出高精度的復(fù)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(duì)象的一門(mén)加工技術(shù)，它以機(jī)械加工中的工藝和 編程理論為基礎(chǔ)，針對(duì)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，綜合運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)來(lái)解決數(shù)控加工中的工藝問(wèn)題和編程問(wèn)題。 數(shù)控編程人員必須掌握與數(shù)控加工相關(guān)內(nèi)容的知識(shí)，包括數(shù)控加工原理、數(shù)控機(jī)床及其原理、機(jī)床坐標(biāo)系，數(shù)控程序結(jié)構(gòu)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(zhì)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(nèi)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(jī)械參數(shù)、加工工藝參數(shù)的設(shè)置。 數(shù)控程序編制方法 編制數(shù)控機(jī)床程序的方法有手工編程和自動(dòng)編程兩種。 手工編程是 程序員直接通過(guò)人工完成零件圖工藝分析、工藝和數(shù)據(jù)處理、計(jì)算和編寫(xiě)數(shù)控程序、輸入數(shù)控程序直到程序驗(yàn)證整個(gè)過(guò)程的方法。手工編程非常適合于幾何形狀不太復(fù)雜、程序計(jì)算量較少的零件的數(shù)控編程。相對(duì)而言，手工編程的數(shù)控程序較短，四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 6 頁(yè) 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(jiǎn)單的點(diǎn)位加工和由直線、圓弧組成的平面輪廓加工中。 自動(dòng)編程是一種利用計(jì)算機(jī)輔助編程技術(shù)的方法，它是通過(guò)專用的計(jì)算機(jī)數(shù)控編程軟件來(lái)處理零件的幾何信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工刀位點(diǎn)的自動(dòng)計(jì)算。對(duì)于復(fù)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(fù)雜，但是程序編制的工作量很大，或者是需要進(jìn)行復(fù)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(guò)程中，數(shù)值計(jì)算非常繁瑣，程序量很大。如果采用手工編程往往耗時(shí)多、效率低、出錯(cuò)率高，甚至無(wú)法完成，這種情況下就必須采用自動(dòng)編程。 現(xiàn)在廣泛使用的自動(dòng)編程是 CAD/CAM 圖形交互自動(dòng)編程， CAD/CAM 圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)的特點(diǎn)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(jì)算機(jī)上，在圖形交互方式下進(jìn)行定義、顯示和編輯，得到零件的幾何模型；然后調(diào)用 CAM 數(shù)控編程模板，采用人機(jī)交互的方式定義幾何體，創(chuàng)建加 工坐標(biāo)系，定義刀具，指定被加工部位，輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，確定刀具相對(duì)于零件表面的運(yùn)動(dòng)方式，確定加工參數(shù)，生成進(jìn)給軌跡，經(jīng)過(guò)后置處理生成數(shù)控加工程序。整個(gè)過(guò)程一般都是在計(jì)算機(jī)圖形交互環(huán)境下完成的，具有形象、直觀和高效的優(yōu)點(diǎn)。 數(shù)控程序的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床是一種用計(jì)算機(jī)實(shí)施控制的機(jī)床，用來(lái)控制機(jī)床的系統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和輔助動(dòng)作均受控于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令。在數(shù)控機(jī)床上加工零件與在普通機(jī)床上加工零件，從加工方法上講沒(méi)有多大差異，區(qū)別在于機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制方面，在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)由操 作工人控制；而在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和輔助動(dòng)作的實(shí)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(jī)床的特性和系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式 (數(shù)控語(yǔ)言或符號(hào) )編制的。 數(shù)控程序是從零件設(shè)計(jì)圖紙或零件三維模型直到獲得數(shù)控加工程序的全過(guò)程，在輸出數(shù)控程序前，往往要進(jìn)行多次驗(yàn)證檢查和相應(yīng)的程序調(diào)整，通過(guò)仿真加工或試切加工，以觀察零件的全加工過(guò)程，校驗(yàn)刀位計(jì)算是否正確，加工過(guò)程是否存在過(guò)切現(xiàn)象，所選刀具、走刀路線、進(jìn)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(jié)果所需的反復(fù)修改或調(diào)整程序的時(shí)間，從而降低所四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁(yè) 授人以漁 能力為本 耗費(fèi)的人力和物力。 使用 CAD/CAM 軟件完成的數(shù)控程序效率高、準(zhǔn)確、可靠，同時(shí)對(duì)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(zhǔn)確，刀具及切削參數(shù)選擇合理，調(diào)試時(shí)需要調(diào)整的時(shí)間和內(nèi)容少，數(shù)控程序固化率高。 在計(jì)算機(jī)上通過(guò) UG/CAM 所實(shí)現(xiàn)數(shù)控編程的全過(guò)程，生成并保存為一個(gè)文本文件，然后輸入到數(shù)控機(jī)床的整個(gè)過(guò)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(zhì)量的零件，同時(shí)使設(shè)備安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，是數(shù)控加工工藝人員、數(shù)控加工操作人員最關(guān)心 的問(wèn)題。 數(shù)控編程主要工作程序 使用數(shù)控機(jī)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(guò)程可以歸結(jié)為工藝方案的理解、工件裝夾、建立坐標(biāo)系、輸入刀具參數(shù)、輸入數(shù)控程序、程序驗(yàn)證、調(diào)整和機(jī)床操作等幾個(gè)基本步驟。 數(shù)控工藝方案是加工的靈魂，對(duì)于一般的工件，工藝方案的重點(diǎn)在于提高效率，降低成本。而對(duì)于關(guān)鍵件、重要件、復(fù)雜工件，工藝方案直接關(guān)系到零件的加工質(zhì)量，編程人員應(yīng)在工藝方案上多下工夫，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，踏實(shí)、認(rèn)真地從每一個(gè)細(xì)節(jié)做起。在明確目標(biāo)后，再進(jìn)行工藝分析，確定相應(yīng)的工序和工步，以及關(guān) 鍵部位的工藝保證措施，同時(shí)也應(yīng)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(shè)備等因素。 數(shù)控程序編制主要工作內(nèi)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(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)技術(shù)文件，對(duì)零件的材料、毛坯種類、形狀、尺寸、精度、表面質(zhì)量以及熱處理要求等進(jìn)行綜合分析。 零件設(shè)計(jì)圖定義了零件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸及其公差、形位公差、技術(shù)要求、材料、熱處理要求等方面的內(nèi)容。在進(jìn)行零件數(shù)控編程時(shí)，還應(yīng)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(shè)計(jì)圖和毛料狀 態(tài)構(gòu)成了加工零件數(shù)控加 工工藝分析的主要內(nèi)容，也決定了哪些是零件的技術(shù)關(guān)鍵，加工中的難點(diǎn)，數(shù)控編程的難易程度。 在利用以上所有原始信息的基礎(chǔ)上，綜合考慮其他的相關(guān)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(zhǔn)，合理選擇機(jī)床，確定加工刀具和四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 8 頁(yè) 授人以漁 能力為本 切削用量等。 2) 數(shù)控機(jī)床及其控制系統(tǒng)性能分析 數(shù)控機(jī)床性能分析包括工作臺(tái)的加工范圍、機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速范圍、機(jī)床的功率、機(jī)床采用的刀柄類型和規(guī)格、刀具系統(tǒng)的構(gòu)成、夾具與機(jī)床的連接方式、數(shù)控程序輸入方式等方面的內(nèi)容。 首先考慮的是數(shù)控機(jī)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(jī)床應(yīng)該足夠大，零件及其工裝夾具總的重量也不應(yīng)超過(guò)機(jī)床