【文章內(nèi)容簡介】 工中心機床 進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機床的自動化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是 在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾 后，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴、鉸以及攻螺 紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機床可以有效地避免由于工件 多次安裝造成的定位誤差，減少了機床的臺數(shù)和占地面積，縮短了輔助時間，大大提高 了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量 。 特種加工類數(shù)控機床 除了切削加工數(shù) 控機床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控 11 電火花 成型機床、數(shù)控等離子弧切割機床、數(shù)控火焰切割機床以及數(shù)控激光加工機床等。 板材加工類數(shù)控機床 常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機床有數(shù)控壓力機、數(shù)控剪板機和數(shù)控折彎機等。 近年來，其它機械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測量機、自動繪圖機及 工業(yè)機器人等。 按控制運動軌跡分類 點位控制數(shù)控機床． 位置的精確定位，在移動和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點 的坐標(biāo)值，不控制點與點之間的運動軌跡，因此幾個坐標(biāo) 軸之間的運動無任何聯(lián)系?？梢詭讉€坐標(biāo)同時向目標(biāo)點運動，也可以各個坐標(biāo)單獨依次運動。這類數(shù)控機床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機等。點位控制數(shù) 控機床的數(shù)控裝置稱為點位數(shù)控裝置。 直線控制數(shù)控機床 直線控制數(shù)控機床可控制刀具或工作臺以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度， 沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn) 行直線移動和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。 直線控制的 輪廓控制數(shù)控機床 輪廓控制數(shù)控機床能夠?qū)蓚€或兩個以上運動的位移及速度進(jìn)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(biāo)，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。 數(shù)控火焰切割機、 電火花加工機床以及數(shù)控繪圖機等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。 輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點位 /直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補運算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度 與位移控制。 現(xiàn)在計算機數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增 加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計算機數(shù)控裝置都具有輪 廓控制功能。 按驅(qū)動裝置的特點分類 開環(huán)控制數(shù)控機床 這類控制的數(shù)控機床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件， 伺服驅(qū)動部件通常為反應(yīng)式 步進(jìn)電動機或混合式伺服步進(jìn)電動機。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動電路功率 放大后，驅(qū)動步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺 母機構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。 移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈沖的頻率 與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實際移動 閉環(huán)控制數(shù)控機床 接對工作臺的實際位移進(jìn)行檢測，將測量的實際 位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入 的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對機床進(jìn)行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運 動，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng) 12 的運動精度主要取決 于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。 半閉環(huán)控制數(shù)控機床 半閉環(huán)控制數(shù)控機床是在伺服電動機的軸或數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角位移電 流檢測裝置（如光電編碼器等） ，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的實際位移， 然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進(jìn)行修正。通過測速元件 A 和光電編碼盤 B 可間接 檢測出伺服電動機的轉(zhuǎn)速， 從而推算出工作臺的實際位移量， 將此值與指令值進(jìn)行比較， 用差值來實現(xiàn)控制。 由于工作臺沒有包括在控制回路中， 因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機床。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢 測裝置和伺服電動機設(shè)計成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 混合控制數(shù)控機床 將以上三類數(shù)控機床的特點結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機床?；旌峡刂茢?shù)控 機床特別適用于大型或重型數(shù)控機床， 因為大型或重型數(shù)控機床需要較高的進(jìn)給速度與 相當(dāng)高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采 用全閉環(huán)控制，機床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜。混合控制系統(tǒng)又分為兩種形式： （ 1）開環(huán)補償型。它的基本控制選用步進(jìn)電動機的開環(huán)伺服機構(gòu)，另外附加一個校正 電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機械系統(tǒng)的誤差。 （ 2）半閉環(huán)補償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直 線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。 第 3 章 數(shù)控加工工藝 數(shù)控加工工藝概念 及內(nèi)容 一、 數(shù)控加工工藝 數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機床加工零件時所運 用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用 于整個數(shù)控加工工藝過程中。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善 起來的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結(jié)。 數(shù)控加工工藝過程， 是利用切削工具在數(shù)控機床上直接改變加工對象的形狀、 尺寸、 表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。 二、 數(shù)控加工 工藝內(nèi)容 選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加 工的內(nèi)容。 對零件圖樣進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析。 零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定值的確定。 13 數(shù)控加工工藝方案的制定。 工步、進(jìn)給路線的確 定。 選擇數(shù)控機床的類型。 刀具、夾具、量具的選擇和設(shè)計。 切削參數(shù)的確定。 加工程序的編寫、校驗與修改。 首件試切加工與現(xiàn)場問題處理。 三 、數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇 適于數(shù)控加工的內(nèi)容 ， 在選擇時，一般可按下列順序考慮： （ 1）通用機床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇 容； （ 2）通用機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點選擇內(nèi) ； （ 3）通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床 尚 存在富裕加工能力時選擇。 不適于數(shù)控加工的內(nèi)容 （ 1） 占機調(diào)整時間長。如以毛坯的粗基準(zhǔn)定位加工第一個精基準(zhǔn)，需用專用 工裝協(xié)調(diào)的內(nèi)容。 （ 2）加工部位分散，需要多次安裝、設(shè)置原點。這時，采用數(shù)控加工很麻煩， 效果不明顯，可安排通用機床補加工。 （ 3）按某些特定的制造依據(jù)（如樣板等）加工的型面輪廓。主要原因是獲取數(shù)據(jù)困難，易于與檢驗依據(jù)發(fā)生矛盾，增強了程序編制的難度。 工序與工布的劃分 工序的劃分：在數(shù)控機床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完 成大部分或全部工序。首先應(yīng)根據(jù)圖樣，考慮是否可以在一 臺機床上完成整個零件的加 工工作。若不能，則應(yīng)決定其中那一部分在數(shù)控機床上加工，那一部分在其他機床上完成。一般工序劃分有以下幾種方式： 按零件裝卡定位方式劃分工序 由于每個零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各加工表面的技術(shù)要求也有所不同，故加工時，其定位方式則各有差異。一般加工外形時，以內(nèi)形定 位；加工內(nèi)形時又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。 按粗、精加工劃分工序 根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃 分工序時，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先粗加工再精加工。此時可用不同的機 床或不 同的刀具進(jìn)行加工。 通常在一次安裝中， 不允許將零件某一部 分表面加工完畢后， 再加工零件的其他表面。 按所用刀具劃分工序 為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加 工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其他部位。在專用數(shù)控機床和加工中 心中常采用這種方法。 工步的劃分：主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內(nèi)往往需要采用不同 的刀具和切削用量，對不同的表面進(jìn)行加工。 為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工 序內(nèi)又 細(xì)分為工步。 14 （ 1） 、同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精 加工分開進(jìn)行。 （ 2） 、對于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔，使其有一段時間恢復(fù)，可減 少由變形引起的對孔的精度的影響。 （ 3） 、按刀具劃分工步。某些機床工作臺回轉(zhuǎn)時間比換刀時間短，可采用按刀具劃分 工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工生產(chǎn)率?？傊?，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的 結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求等情況綜合考慮。 對數(shù)控加工零件的工藝性分析 1． 零件圖樣分析 （ 1） 檢查零件圖的完整性和正確 性 由于加工程序是以準(zhǔn)確的坐標(biāo)點來編 制的， 構(gòu)成零件輪廓的幾何元素 ( 制的， 構(gòu)成零件輪廓的幾何元素 (點、 、 線 的條件 (如相切、相交、 面 )的條件 (如相切、相交、垂直和平行 是數(shù)控編程的重要依據(jù)。 等 )，是數(shù)控編程的重要依據(jù)。手工編程 時，要依據(jù)這些條件計算每一個節(jié)點的坐標(biāo)；因此，在分析零件圖樣時， 坐標(biāo)；因此，在分析零件圖樣時，各圖 形幾何要素間的相互關(guān)系（如相切、 形幾何要素間的相互關(guān)系（如相切、相 垂直、平行和同心等 應(yīng)明確 , 交、垂直、平行和同心等）應(yīng)明確 , 各 種幾何要素的條件要充分， 種幾 何要素的條件要充分，應(yīng)無引起矛 盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺 寸等。 寸等。務(wù)必要分析幾何元素的給定條件 是否充分， 是否充分，發(fā)現(xiàn)問題及時與設(shè)計人員協(xié) 商解決。 商解決。 （ 2）零件圖上尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點， 數(shù) 控加工的特點，在數(shù)控加工 零件圖上 ，應(yīng)以同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直 接給出坐標(biāo)尺寸 ，直 接給出坐標(biāo)尺寸。分析被加工零件的設(shè)計圖紙，根據(jù)標(biāo)注的尺寸公差和形位公差等 相關(guān)信息 ，將加工表面區(qū)分為重要表面和次要表面，并找出其設(shè)計基準(zhǔn)，進(jìn)而遵循基準(zhǔn)選擇的原則 ， 確定加工零件的定位基準(zhǔn)，分析零件的毛坯是否 便于定位和裝夾，夾緊方式和夾緊點的選取是否會有礙刀具的運動，夾緊變形是否對加工質(zhì)量有影響等。為工件定位、安裝和夾具設(shè)計提供依據(jù)。 2．表面加工方法的選擇零件結(jié)構(gòu)形狀是多種多樣的，銑削對象一般由平面、平面輪廓、孔、槽、曲面等表面組成。表面加工方法的選擇， 就是為零件上每一個有質(zhì)量要求的表面 選擇一套合理的加工方法。在選擇時， 一般先根據(jù)表面的精度和粗糙度要求選定最終加工方法，然后再確定精加工前準(zhǔn)備工序的加工方法，即確定加工方案。由于獲得同一精度和粗糙度的加工 方法往往有幾種，在選擇時除了考慮生產(chǎn)率要求 和經(jīng)濟效益外還應(yīng)考慮下列因素： (1) 工件材料的性質(zhì)；如鋼與銅、鋁與較硬的材料切削性能不同在加工方法上也會不同。 (2) 工件的結(jié)構(gòu)和尺寸 ；結(jié)構(gòu)和尺寸決定著裝夾和刀具的選擇，同時也影響加工方法的選擇。 (3) 生產(chǎn)類型 ；同一零件單件或批量生產(chǎn)上在加工方法上有很大的不同。 (4) 具體生產(chǎn)條件 ；加工方法選擇受現(xiàn)有加工設(shè)備的功能和技術(shù)參數(shù)、工裝設(shè)備及刀具等條件限制。 毛胚的選擇和加工余量的確定 15 在選擇毛胚應(yīng)遵循的原則是：在保證毛胚質(zhì)量的前提下，力求選擇高效。成本，制造周期短的毛胚生產(chǎn)方法 。首先由設(shè)計人員提出毛胚材料和加工后要 達(dá)到的質(zhì)量要求，然后再由工藝人員根據(jù)零件圖、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)成本、并考慮 交貨期限及現(xiàn)有可利用的設(shè)備，人員和技術(shù)水平等選定合適的毛胚生產(chǎn)方法。 加工余量指毛胚尺寸與零件尺寸之差。加工余量的大小對零件的加工質(zhì)量 和制造的經(jīng)濟性有較大的影響，余量過大會浪費原材料及機械加工時增加機床、 刀具及能源的消耗，余量過小則不能消除上道工序留下的各種誤差，表面缺陷和 本工序的裝夾誤差，易造成廢品。因此，應(yīng)根據(jù)影響余量的因素合理確定加工余 量， 零件加工一般要經(jīng)多道工序， 總加工余量就是 每個中間工序加工余量的總和。 （