【文章內(nèi)容簡介】 字和符號組成的標準數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控程序單。編制程序的工 作可由人工進行；對于形狀復(fù)雜的零件，則要在專用的編程機或通用計算機上進行自動編程（ APT）或 CAD/CAM 設(shè)計。 編好的數(shù)控程序，存放在便于輸入到數(shù)控裝置的一種存儲載體上，它可以是穿孔紙帶、磁帶和磁盤等，采用哪一種存儲載體，取決于數(shù)控裝置的設(shè)計類型。 2）、輸入裝置 輸入裝置的作用是將程序載體（信息載體）上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)控制存儲介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機、磁帶機或軟盤驅(qū)動器等。數(shù)控機床加工程序也可通過鍵盤用手工方式直接輸入數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控加工程序還可由 編程計算機用 RS232C 或采用網(wǎng)絡(luò)通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。 零件加工程序輸入過程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工（數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存較小時），另一種是一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置內(nèi)部的存儲器，加工時再從內(nèi)部存儲器中逐段逐段調(diào)出進行加工。 3）、數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規(guī)定的有序運動和 動作。 零件的輪廓圖形往往由直線、圓弧或其他非圓弧曲線組成，刀具在加工過程中必須按零件形狀和尺寸的要求進行運動，即按圖形軌跡移動。但輸入的零件加工程序只能是各線段軌跡的起點和終點坐標值等數(shù)據(jù)，不能滿足要求，因此要進行軌跡插補，也就是在線段的起點和終點坐標值之間進行 “數(shù)據(jù)點的密化 ”，求出一系列中間點的坐標值，并向相應(yīng)坐標輸出脈沖信號，控制各坐標軸（即進給運動的各執(zhí)行元件）的進給速度、進給方向和進給位移量等。 4）、驅(qū)動裝置和位置檢測裝置 驅(qū)動裝置接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功 率放大后，嚴格按照指令信息的要求驅(qū)動機床移動部件，以加工出符合圖樣要求的零件。因此，它的伺服精度和動態(tài)響應(yīng)性能是影響數(shù)控機床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。驅(qū)動裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分。目前大都采用直流或交流伺服電動機作為執(zhí)行機構(gòu)。 位置檢測裝置將數(shù)控機床各坐標軸的實際位移量檢測出來，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機床的數(shù)控裝置之后，數(shù)控裝置將反饋回來的實際位移量值與設(shè)定值進行比較，控制驅(qū)動裝置按照指令設(shè)定值運動。 5）、輔助控制裝置 輔助控制裝置的主要作用是接收 數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號，經(jīng)過編譯、邏輯判別和運動，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動相應(yīng)的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動作。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟動停止，工件和機床部件的松開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動作。 由于可編程邏輯控制器（ PLC）具有響應(yīng)快，性能可靠，易于使用、編程和修改程序并可直接啟動機床開關(guān)等特點，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機床的輔助控制裝置。 6）、機床本體 數(shù)控機床的機床本體與傳 統(tǒng)機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化。這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床。 數(shù)控機床的工作原理 數(shù)控機床是按照事先編制好的數(shù)控加工程序?qū)α慵M行加工的高效自動化設(shè)備。首先需要對零件圖樣的技術(shù)特征、幾何形狀、尺寸和工藝等加工要求進行系統(tǒng)的分析，確定合理、正確的加工方案和加工路線，然后按照數(shù)控機床規(guī)定采用的代 碼和程序格式，根據(jù)加工要求編制出數(shù)控加工程序。數(shù)控加工程序可以記錄在信息載體上，也可以通過某種方式輸入數(shù)控機床，再由數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)對數(shù)控加工程序進行譯碼和預(yù)處理，接著由插補器進行插補計算，逐點計算并確定個線段起點與終點間一系列中間點的坐標及各軸的運動方向、大小和速度，分別向各軸發(fā)出運動序列指令，完成零件產(chǎn)品的加工。 數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床的種類繁多，從不同的角度對其進行考查，就有不同的分法，通常可以按以下方式對其分類。 按工藝用途分類 1） 金屬切削類數(shù)控機床 金屬切削類數(shù)控機床有數(shù) 控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜銑床等。 2） 金屬成形類數(shù)控機床 金屬成形類數(shù)控機床是指采用擠、壓、沖、拉等成形工藝的數(shù)控機床，采用的又數(shù)控彎管機、數(shù)控壓力機、數(shù)控沖剪機、數(shù)控折彎機、數(shù)控旋壓機等。 3） 數(shù)控特種加工機床 數(shù)控特種加工機床有數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成形加工機床、數(shù)控激光加工機床與數(shù)控火焰切割機等。 4） 測量、繪圖類數(shù)控機床 測量、繪圖類數(shù)控機床有數(shù)控繪圖機、數(shù)控坐標測量機、數(shù)控對刀儀等。 按運動軌跡分類 1） 點位控制系統(tǒng)的數(shù)控機床 點位控制系統(tǒng)只是控制刀 具相對工件從某一加工點移到另一加工點的精確坐標位置，而對于點與點之間移動的軌跡不進行控制，且移動過程中不作任何切削 加工。通常采用此類系統(tǒng)的設(shè)備有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床等。 2） 直線控制系統(tǒng)的數(shù)控機床 點位直線控制的特點是機床的運動部件不僅要實現(xiàn)一個坐標位置到另一個位置的精確移動和定位，而且能實現(xiàn)平行于坐標軸的直線進給運動或控制兩個坐標軸實現(xiàn)斜線進給運動。 3） 輪廓控制 系統(tǒng) 數(shù)控機床 輪廓控制 系統(tǒng) 數(shù)控機床 又稱連續(xù)控制系統(tǒng)數(shù)控機床或者軌跡控制系統(tǒng)數(shù)控機床。這類系統(tǒng) 能夠?qū)蓚€或兩個以上運動的位移及速度進 行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機床移動部件的起點與終點坐標，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。 常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機床。 按伺服控制系統(tǒng)分類 1） 開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床 開環(huán)控制系統(tǒng)不裝備位置檢測反饋裝置，即無位移的實際反饋與指令值進行比較修正。因而控制信號的流程是單向的。數(shù)控機床開環(huán)系統(tǒng)控制框圖如下： 2） 閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床 閉環(huán)控制系統(tǒng)是帶有位置檢測反饋裝置， 將位移的實際值反饋回去與指令值比較，用比較落后的差值去控制機床的移動部件，直至差值消除時才停止修正動作的系統(tǒng)。數(shù)控機床閉環(huán)控制圖框如下： 3） 半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床 半閉環(huán)控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)的一種派生。它與閉環(huán)控制系統(tǒng)的不同之處僅在將檢測元件裝在傳動鏈的旋轉(zhuǎn)部位，它所檢測得到的不是工作臺的實際位移 量。而是與位移量有關(guān)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角量。因此，其精度比閉環(huán)控制系統(tǒng)稍差。但這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整，檢測元件價格也較低，因而是廣泛使用的一種控制方式。數(shù)控機床半閉環(huán)控制圖框如下： 按數(shù)控系統(tǒng) 的功能分類 1）經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)一般為開環(huán)，聯(lián)動軸數(shù)為三軸或三軸以下，這種系統(tǒng)只能滿足一般精度要求的加工，如直線，斜線，圓弧及帶螺紋類的零件，系統(tǒng)的價格便宜，典型的系統(tǒng)有我國大方， SIEMENS802S 等，主要適用于經(jīng)濟型數(shù)控車床、數(shù)控銑床及數(shù)控磨床等。 2）普及型又稱全功能數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)控制，采用 16 位或 32 位微處理器， 9寸單色顯示器，具有一定的圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能等，聯(lián)動軸數(shù) 3－ 4 軸，系統(tǒng)有較強的可靠性和控制的靈活性。 3）高檔型數(shù)控系統(tǒng) 全閉環(huán)控制，采用的微型計算機為 32位以上的 CPU,彩色 CRT 或 TFT 液晶顯示器，內(nèi)存大于 150KB,進給大多采用數(shù)字式交流伺服驅(qū)動，聯(lián)動軸數(shù) 5軸以上，多功能智能化監(jiān)控系統(tǒng)和面向用戶的宏程序功能；還有較強的智能診斷和智能工藝數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)加工條件的自動設(shè)定，能實現(xiàn) DNC 和網(wǎng)絡(luò)通訊。 4）基于 PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床 這類數(shù)控機床系統(tǒng)采用通用微計算機技術(shù)開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)，可以得到強大有利的硬件與軟件支持，這些軟件和硬件的技術(shù)是開放式的。此時的通用微機除了具備本身的功能外，還具備了全功能數(shù)控系統(tǒng)的所有功能，是數(shù)控機床發(fā)展趨勢。 現(xiàn)代數(shù)控機床的發(fā)展 數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在第一臺數(shù) 控機床問世至今的 50 年余中，先后經(jīng)歷了電子管（ 1952 年）、晶體管和印刷電路板（ 1960 年）、小規(guī)模集成電路（ 1965 年）、小型計算機（ 1970 年）、微處理器或微型計算機（ 1974 年）和基于 PCNC的智能數(shù)控系統(tǒng)（ 20 世紀 90年代）等六個數(shù)控時代。 前三代數(shù)控系統(tǒng)是采用專用控制計算機的硬邏輯（硬件）數(shù)控系統(tǒng)，簡稱NC（ Numerical Control)，目前已被淘汰。 第四代數(shù)控采用小型計算機取代專用計控制算機，數(shù)控系統(tǒng)的許多功能由軟件來實現(xiàn)，故這種數(shù)控系統(tǒng)又成為軟件數(shù)控系統(tǒng)，即計算機數(shù)控系統(tǒng)，簡稱 CNC（ Computer Numerical Control)。 1974 年采用微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)，形成第五代微型機數(shù)控 CNC 和 MNC 的控制原理基本相同，目前趨向采用成本低、功能強的 MNC。 20 世紀 90 年代后，發(fā)展了基于 PCNC的第六代數(shù)控系統(tǒng)，它充分利用了現(xiàn)有 PC 機的軟硬件資源，規(guī)范設(shè)計出新一代功能更強的數(shù)控系統(tǒng)。 在數(shù)控系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代的同時，數(shù)控機床的品種、 功能、應(yīng)用也隨之不斷發(fā)展。 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 1)精度高、高速度 盡管 10 多年前數(shù)控機床就出現(xiàn)了高精度、高速度的趨勢，但是科學技術(shù)的發(fā)展史沒有止境的，高精度、高速度的內(nèi)涵也在不斷變化。目前，數(shù)控機床正在向著精度和速度的極限發(fā)展。 2）智能化 智能化是為了提高生產(chǎn)的自動化程度。智能化不僅貫穿在生產(chǎn)加工的全過程（如智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控）中，還要貫穿在產(chǎn)品的售后服務(wù)和維修中。也就是說，不僅在控制機床加工時數(shù)控系統(tǒng)還是智能的，就是在系統(tǒng)出現(xiàn)了故障時，診斷、維修也是 智能的。 3）軟硬件進一步開放式 數(shù)控系統(tǒng)在出廠時并沒有完全決定其適用場合和控制加工對象，更沒有決定要加工的工藝，而是由用戶根據(jù)自己的需要對軟件進行再開發(fā)，以滿足用戶的特殊需要。數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商不應(yīng)制約用戶的生產(chǎn)工藝和適用范圍。 4）實時智能化 在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個重要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具 自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在 高速加工時的綜合運用控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制目的。 5）網(wǎng)絡(luò)化 數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)化便于遠距離操作和監(jiān)控，也便于遠程診斷故障和進行調(diào)整，利于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠對其產(chǎn)品的監(jiān)控和維修，也適合與大規(guī)?，F(xiàn)代化生產(chǎn)的無人化車間實行網(wǎng)絡(luò)管理，還適于在操作人員不宜到現(xiàn)場的環(huán)境（如對環(huán)境要求很高的超精密加工和對人體有害的環(huán)境）中工作。 6）多媒體技術(shù)應(yīng)用化 多媒體技術(shù)集成計算機、聲像和通信技術(shù)于一體， 使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。 第三章 車床軸類零件的加工 工藝方案的分析 零件圖分析 該零件圖為典型軸類零件，有圓柱、圓錐、倒角及鍵槽組成，屬于小型軸類零件，表面粗糙度 、其余未標注的為 ，為 IT6— IT7 級，尺寸標注完整，精度要求完整，基準明確。 1）毛坯選擇 軸類零件一般都是用于各種機 械受力和傳動，要求具有較好的的綜合力學性能，在選擇毛坯是還應(yīng)考慮三個原則：滿足零件的使用要求原則；滿足生產(chǎn)條件原則；降低成本原則。因此，綜合以上因素，該零件毛坯選用最常用的 45＃鋼棒料。 2）熱處理 為了獲得更好地力學性能，改善切削性能，采用正火進行預(yù)先熱處理。正火的成本較低、生產(chǎn)效率較高的熱處理方法，對于中碳鋼來說，經(jīng)調(diào)制處理后能提高其硬度，改善切削性能。 粗車后進行最終熱處理（調(diào)制熱處理），提高韌性，提高加工性能。 3）機床的選擇 該零件為單件小批量生產(chǎn)零件，選用 CK613 XK082磨床。 擬定工藝路線 1）選擇表面加工方法 工件材料為 45 鋼，其要求較高，但考慮到其剛性較好，所以加工方式采用：預(yù)先熱處理（正火） —— 粗車 —— 精車 —— 粗磨 —— 精磨的加工方案，銑削部分考慮到精度要求，直接采用精銑方案。 2）工序順序安排 先應(yīng)該進行預(yù)先熱處理（正火），再根據(jù)“先基面，后其他”的原則，先將基準面加工出來，在粗加工