【文章內容簡介】 字和符號組成的標準數控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數控程序單。編制程序的工 作可由人工進行；對于形狀復雜的零件，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 設計。 編好的數控程序，存放在便于輸入到數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，取決于數控裝置的設計類型。 2）、輸入裝置 輸入裝置的作用是將程序載體（信息載體）上的數控代碼傳遞并存入數控系統內。根據控制存儲介質的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機、磁帶機或軟盤驅動器等。數控機床加工程序也可通過鍵盤用手工方式直接輸入數控系統；數控加工程序還可由 編程計算機用 RS232C 或采用網絡通信方式傳送到數控系統中。 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（數控系統內存較小時），另一種是一次將零件加工程序全部讀入數控裝置內部的存儲器，加工時再從內部存儲器中逐段逐段調出進行加工。 3）、數控裝置 數控裝置是數控機床的核心。數控裝置從內部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數控加工程序，經過數控裝置的邏輯電路或系統軟件進行編譯、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據，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 “數據點的密化 ”，求出一系列中間點的坐標值，并向相應坐標輸出脈沖信號，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）、驅動裝置和位置檢測裝置 驅動裝置接受來自數控裝置的指令信息，經功 率放大后，嚴格按照指令信息的要求驅動機床移動部件，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)響應性能是影響數控機床加工精度、表面質量和生產率的重要因素之一。驅動裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機構兩大部分。目前大都采用直流或交流伺服電動機作為執(zhí)行機構。 位置檢測裝置將數控機床各坐標軸的實際位移量檢測出來，經反饋系統輸入到機床的數控裝置之后，數控裝置將反饋回來的實際位移量值與設定值進行比較，控制驅動裝置按照指令設定值運動。 5）、輔助控制裝置 輔助控制裝置的主要作用是接收 數控裝置輸出的開關量指令信號，經過編譯、邏輯判別和運動，再經功率放大后驅動相應的電器，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，分度工作臺轉位分度等開關輔助動作。 由于可編程邏輯控制器（ PLC）具有響應快，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等特點，現已廣泛用作數控機床的輔助控制裝置。 6）、機床本體 數控機床的機床本體與傳 統機床相似，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、潤滑系統、冷卻裝置等組成。但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統、刀具系統的結構以及操作機構等方面都已發(fā)生了很大的變化。這種變化的目的是為了滿足數控機床的要求和充分發(fā)揮數控機床。 數控機床的工作原理 數控機床是按照事先編制好的數控加工程序對零件進行加工的高效自動化設備。首先需要對零件圖樣的技術特征、幾何形狀、尺寸和工藝等加工要求進行系統的分析，確定合理、正確的加工方案和加工路線，然后按照數控機床規(guī)定采用的代 碼和程序格式，根據加工要求編制出數控加工程序。數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控機床，再由數控機床的數控系統對數控加工程序進行譯碼和預處理，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，完成零件產品的加工。 數控機床的分類 數控機床的種類繁多，從不同的角度對其進行考查，就有不同的分法，通?？梢园匆韵路绞綄ζ浞诸?。 按工藝用途分類 1） 金屬切削類數控機床 金屬切削類數控機床有數 控車床、數控銑床、數控鉆床、數控磨床、數控鏜銑床等。 2） 金屬成形類數控機床 金屬成形類數控機床是指采用擠、壓、沖、拉等成形工藝的數控機床，采用的又數控彎管機、數控壓力機、數控沖剪機、數控折彎機、數控旋壓機等。 3） 數控特種加工機床 數控特種加工機床有數控電火花線切割機床、數控電火花成形加工機床、數控激光加工機床與數控火焰切割機等。 4） 測量、繪圖類數控機床 測量、繪圖類數控機床有數控繪圖機、數控坐標測量機、數控對刀儀等。 按運動軌跡分類 1） 點位控制系統的數控機床 點位控制系統只是控制刀 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。通常采用此類系統的設備有數控鉆床、數控鏜床、數控沖床等。 2） 直線控制系統的數控機床 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，而且能實現平行于坐標軸的直線進給運動或控制兩個坐標軸實現斜線進給運動。 3） 輪廓控制 系統 數控機床 輪廓控制 系統 數控機床 又稱連續(xù)控制系統數控機床或者軌跡控制系統數控機床。這類系統 能夠對兩個或兩個以上運動的位移及速度進 行連續(xù)相關的控制，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。 常用的數控車床、數控銑床、數控磨床就是典型的輪廓控制數控機床。 按伺服控制系統分類 1） 開環(huán)控制系統的數控機床 開環(huán)控制系統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。數控機床開環(huán)系統控制框圖如下： 2） 閉環(huán)控制系統的數控機床 閉環(huán)控制系統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。數控機床閉環(huán)控制圖框如下： 3） 半閉環(huán)控制系統的數控機床 半閉環(huán)控制系統是閉環(huán)控制系統的一種派生。它與閉環(huán)控制系統的不同之處僅在將檢測元件裝在傳動鏈的旋轉部位，它所檢測得到的不是工作臺的實際位移 量。而是與位移量有關旋轉軸的轉角量。因此，其精度比閉環(huán)控制系統稍差。但這種系統結構簡單，便于調整，檢測元件價格也較低，因而是廣泛使用的一種控制方式。數控機床半閉環(huán)控制圖框如下： 按數控系統 的功能分類 1）經濟型數控系統 數控系統一般為開環(huán)，聯動軸數為三軸或三軸以下，這種系統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，系統的價格便宜，典型的系統有我國大方， SIEMENS802S 等，主要適用于經濟型數控車床、數控銑床及數控磨床等。 2）普及型又稱全功能數控系統 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，聯動軸數 3－ 4 軸，系統有較強的可靠性和控制的靈活性。 3）高檔型數控系統 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，內存大于 150KB,進給大多采用數字式交流伺服驅動，聯動軸數 5軸以上，多功能智能化監(jiān)控系統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據庫，能實現加工條件的自動設定，能實現 DNC 和網絡通訊。 4）基于 PC的開放式數控系統的數控機床 這類數控機床系統采用通用微計算機技術開發(fā)數控系統，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，還具備了全功能數控系統的所有功能，是數控機床發(fā)展趨勢。 現代數控機床的發(fā)展 數控技術的產生與發(fā)展 數控技術的發(fā)展史隨著計算機技術和電子技術的發(fā)展而發(fā)展的。在第一臺數 控機床問世至今的 50 年余中，先后經歷了電子管（ 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的智能數控系統（ 20 世紀 90年代）等六個數控時代。 前三代數控系統是采用專用控制計算機的硬邏輯（硬件）數控系統，簡稱NC（ Numerical Control)，目前已被淘汰。 第四代數控采用小型計算機取代專用計控制算機，數控系統的許多功能由軟件來實現，故這種數控系統又成為軟件數控系統，即計算機數控系統，簡稱 CNC（ Computer Numerical Control)。 1974 年采用微處理器為核心的數控系統，形成第五代微型機數控 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的第六代數控系統，它充分利用了現有 PC 機的軟硬件資源，規(guī)范設計出新一代功能更強的數控系統。 在數控系統不斷更新換代的同時，數控機床的品種、 功能、應用也隨之不斷發(fā)展。 數控機床的發(fā)展趨勢 1)精度高、高速度 盡管 10 多年前數控機床就出現了高精度、高速度的趨勢，但是科學技術的發(fā)展史沒有止境的，高精度、高速度的內涵也在不斷變化。目前，數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的自動化程度。智能化不僅貫穿在生產加工的全過程（如智能編程、智能數據庫、智能監(jiān)控）中，還要貫穿在產品的售后服務和維修中。也就是說，不僅在控制機床加工時數控系統還是智能的，就是在系統出現了故障時，診斷、維修也是 智能的。 3）軟硬件進一步開放式 數控系統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。數控系統生產商不應制約用戶的生產工藝和適用范圍。 4）實時智能化 在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個重要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如，在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具 自動管理及補償等自適應調節(jié)系統，在 高速加工時的綜合運用控制中引入提前預測和預算功能、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，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制目的。 5）網絡化 數控機床網絡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整，利于數控系統生產廠對其產品的監(jiān)控和維修，也適合與大規(guī)?，F代化生產的無人化車間實行網絡管理，還適于在操作人員不宜到現場的環(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）多媒體技術應用化 多媒體技術集成計算機、聲像和通信技術于一體， 使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。 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，在選擇毛坯是還應考慮三個原則：滿足零件的使用要求原則；滿足生產條件原則；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，采用正火進行預先熱處理。正火的成本較低、生產效率較高的熱處理方法，對于中碳鋼來說，經調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 先應該進行預先熱處理（正火），再根據“先基面，后其他”的原則，先將基準面加工出來，在粗加工