【正文】 . . . . .第1章 數(shù)控加工編程概述 數(shù)控加工的基本工作原理 數(shù)控技術(shù)基本概念數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生20世紀(jì)40年代，美國(guó)Parsons公司與空軍簽訂了發(fā)展一種柔性控制系統(tǒng)合同，希望在這種系統(tǒng)控制下的機(jī)床既適合中、小批量零件的生產(chǎn)，又能在規(guī)定精度條件下獲得最高的生產(chǎn)效率。1949年作為主要承包商的Parsons公司在美國(guó)麻省理工學(xué)院（MJT）的協(xié)助下，歷經(jīng)三年時(shí)間研究，于1952年研制成功了三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)，并在Cincinnate銑床裝備了這種系統(tǒng)。由于當(dāng)時(shí)控制系統(tǒng)采用電子管式，體積龐大、功耗大，除了軍事部門(mén)使用外，其它行業(yè)幾乎沒(méi)有使用這一新技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是指用字符、數(shù)字發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)飛速發(fā)展，制造技術(shù)發(fā)生了重大變化，社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、品種、生產(chǎn)效率提出了更高要求。機(jī)械制造業(yè)80％零件屬于單件、小批量生產(chǎn)，傳統(tǒng)的普通加工技術(shù)，因其生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、難以保證加工質(zhì)量等眾多缺點(diǎn)，已不能很好適應(yīng)生產(chǎn)的需要。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，將計(jì)算機(jī)、微電子、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、精密機(jī)械等技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，應(yīng)用于加工設(shè)備之中，來(lái)適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。數(shù)控技術(shù)是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)，它直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略地位。因此，世界各國(guó)均采取重大措施發(fā)展數(shù)控技術(shù)。我國(guó)發(fā)展數(shù)控技術(shù)起步于1958年，受電子技術(shù)發(fā)展水平的制約，長(zhǎng)期未打開(kāi)局面。到70年代末共生產(chǎn)了4108臺(tái)數(shù)控機(jī)床，其中86％是數(shù)控線切割機(jī)床。改革開(kāi)放后，在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，目前我國(guó)已初步建成了以中、低檔為主的數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)體系。特別是近十年來(lái)，我國(guó)開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)了數(shù)控銑床、車(chē)床、磨床、加工中心等四十多個(gè)新品種，一些較高檔次的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)。引進(jìn)和自行開(kāi)發(fā)建成FMS（柔性制造系統(tǒng)）生產(chǎn)線及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）。NC、CNC數(shù)控機(jī)床和加工中心NC（Numerical Control）是一種用數(shù)字化信息對(duì)某一工作過(guò)程進(jìn)行可編程控制，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化的控制技術(shù)。早期數(shù)控機(jī)床的NC裝置是由各種邏輯、記憶元件組成的專(zhuān)用電路，由硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，稱(chēng)為硬件數(shù)控，用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床一般稱(chēng)作NC機(jī)床。CNC（Computer Numerical Control），現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般采用小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)用為NC裝置。由存放在存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制，通過(guò)接口與外圍設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系，稱(chēng)為軟件數(shù)控，用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床一般稱(chēng)作CNC機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，能邏輯地處理具有使用代碼或其它符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)床相結(jié)合的產(chǎn)物，因此在實(shí)際使用中不同的場(chǎng)合具有多種含義。既可以在廣義上代表一種控制技術(shù)，又可在狹義上作為數(shù)控技術(shù)的代名詞。加工中心（CNC）是帶有刀庫(kù)和自動(dòng)刀具交換裝置的數(shù)控機(jī)床。它通過(guò)刀具的自動(dòng)交換，可以一次裝夾完成多道工序的加工，減少零件安裝定位次數(shù)、換刀時(shí)間，從而縮短了輔助加工時(shí)間，提高了機(jī)床加工精度和效率。目前加工中心是數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床組成及其工作原理用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)圖樣編制加工程序。然后將加工程序送入數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)，使刀具和工件產(chǎn)生相對(duì)位移，嚴(yán)格按照程序中規(guī)定的參數(shù)有條不紊地工作，從而加工出符合圖樣要求的零件。數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)很多，通常由存儲(chǔ)介質(zhì)、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)反饋系統(tǒng)和機(jī)床本體組成,如圖11所示。 圖11 數(shù)控機(jī)床的組成存儲(chǔ)介質(zhì)數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不需要工人直接操作，但又必須執(zhí)行人的意圖。所以，在人和機(jī)床間要求建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的媒介稱(chēng)為存儲(chǔ)介質(zhì)。數(shù)控機(jī)床是按照輸入的工件加工程序運(yùn)行的，數(shù)控程序中包含有刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、工藝參數(shù)（如進(jìn)給量、主軸參數(shù)等）和輔助運(yùn)動(dòng)等指令。存儲(chǔ)介質(zhì)可以是穿孔帶、磁帶、磁盤(pán)等，采用哪種存儲(chǔ)介質(zhì)取決于數(shù)控裝置的類(lèi)型。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛使用，磁盤(pán)正成為最主要的控制介質(zhì)。輸入、輸出裝置輸入裝置的作用是將存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)的加工信息讀入數(shù)控裝置內(nèi)。根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)不同，輸入裝置相應(yīng)地有光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、USB接口、RS232串行接口，還可用鍵盤(pán)進(jìn)行MDI手動(dòng)輸入加工程序；加工程序和加工的圖形可以通過(guò)輸出裝置中的CRT或液晶顯示屏顯示。 數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞，它的作用是接受輸入裝置送入的數(shù)字化信息，經(jīng)過(guò)邏輯電路和控制軟件譯碼、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出指令脈沖信號(hào)到伺服系統(tǒng)，以控制機(jī)床按照程序中規(guī)定的動(dòng)作執(zhí)行加工過(guò)程。它控制各坐標(biāo)的進(jìn)給速度、方向和位移量；刀具的選擇與交換；冷卻液的啟停；主軸的啟停、變速、換向等。伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機(jī)床的連接環(huán)節(jié)。它的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。相對(duì)于每一個(gè)脈沖信號(hào)，機(jī)床移動(dòng)部件的位移量稱(chēng)作脈沖當(dāng)量。、。在數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的伺服驅(qū)動(dòng)元件主要有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等。伺服系統(tǒng)的性能直接影響機(jī)床的加工精度、零件的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的高低。一般來(lái)說(shuō)，要求伺服系統(tǒng)具有良好的快速響應(yīng)性能、進(jìn)給速度范圍要大、靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤指令功能和轉(zhuǎn)速，在較大范圍內(nèi)有良好的工作穩(wěn)定性。檢測(cè)反饋系統(tǒng)檢測(cè)反饋系統(tǒng)的作用是檢測(cè)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方向、速率、距離等參數(shù)，并將物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送入數(shù)控裝置，使數(shù)控裝置對(duì)工作的實(shí)際位置是否與指令設(shè)定值一致，并由數(shù)控裝置向伺服系統(tǒng)發(fā)出指令脈沖，糾正產(chǎn)生的誤差。常用的檢測(cè)裝置有光柵、磁柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器、感應(yīng)同步器等。其主要應(yīng)用于閉環(huán)和半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床之中。機(jī)床機(jī)床是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于執(zhí)行各種切削加工的機(jī)械部分。主要包括主運(yùn)動(dòng)部件（如主軸），進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（如工作臺(tái)、刀架）和支承部件（如床身等），還有冷卻、潤(rùn)滑、換刀機(jī)械手等輔助裝置。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的外觀、操作機(jī)構(gòu)、整體布局都發(fā)生了很大變化，尤其是傳動(dòng)系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是由單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)鏈盡可能的縮短。為了保證機(jī)床的快速響應(yīng)性，數(shù)控機(jī)床普遍使用滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌副等。 數(shù)控機(jī)床加工零件的全過(guò)程數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工前應(yīng)圖樣要求確定加工工藝，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、編寫(xiě)加工程序、校驗(yàn)，后將程序送入數(shù)控系統(tǒng)