【導(dǎo)讀】翻譯部分 英文部分 ADVANCEDMACHININGPROCESSES Asthehardwareofanadvancedtechnologybeesmoreplex,newandvisionary approachestotheprocessingofmaterialsintousefulproductseintomonuse.Thishas beenthetrendinmachiningprocessesinrecentyears..Advancedmethodsofmachinecontrolas wellaspletelydifferentmethodsofshapingmaterialshavepermittedthemechanical designertoproceedindirectionsthatwouldhavebeentotallyimpossible

　　

【正文】 （在普通機(jī)床上）所具有的加工能力。 在這個(gè)部分我們來看數(shù)控機(jī)床切削使用的工具。 CNC 控制器能被用來驅(qū)動(dòng)和控制多種機(jī)床和機(jī)構(gòu)。舉幾個(gè)例子，如刳刨機(jī)進(jìn)行木料加工；激光、離子弧、火焰切削、噴水切削鋼板；在制造和裝配中機(jī)器人的控制等。本書的這個(gè)部分僅是一般介紹而不能作為專業(yè)機(jī)床的設(shè)計(jì)手冊(cè)。由于計(jì)算機(jī)能力和容量的巨大增長(zhǎng)，機(jī)床 的控制技術(shù)很頻繁地發(fā)生著變化。在機(jī)床控制發(fā)展中的精彩部分是在每個(gè)先進(jìn)技術(shù)上的使用變得很容易了。 NC 的優(yōu)勢(shì) 人工操作機(jī)床可能有和 CNC 機(jī)床一樣的物理特性，例如馬力和尺寸，其金屬切削原理也是一樣的。 CNC 最大的好處是通過計(jì)算機(jī)控制機(jī)床刀具的運(yùn)動(dòng)， CNC 控制的機(jī)床可能簡(jiǎn)單得象 2 刀鉆床或復(fù)雜得象 5 刀的加工中心（如圖 O1）。兩軸的加工機(jī)床，其特點(diǎn)是低轉(zhuǎn)速、高馬力軸有高進(jìn)給率，高轉(zhuǎn)速軸允許高效的高速切削刀具如鉆石和小直徑的刀具的使用（如圖 O2）。它的切削刀具是標(biāo)準(zhǔn)的刀具如磨床的刀具、鉆子、鉆探工具或車刀，這些刀具 依賴于所使用的機(jī)床型號(hào)。切削速度和進(jìn)給量要象在其他操作機(jī)床中一樣是正確的。 CNC 機(jī)床的最大優(yōu)勢(shì)來自無錯(cuò)的和快速的可能運(yùn)動(dòng)的控制。數(shù)控機(jī)床不會(huì)在一次加工完成后停下來計(jì)劃下一次的運(yùn)動(dòng)，它不會(huì)疲勞，它是不中斷的機(jī)床，機(jī)床只有在它切削的時(shí)候才有生產(chǎn)性。 當(dāng)切削過程被適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量和切削速度控制時(shí)，時(shí)間的節(jié)約可以通過快速的進(jìn)給率來完成?？焖龠M(jìn)給從 60 發(fā)展到 200 到 400 到現(xiàn)在已接近每分 1000 英寸了。這樣高的進(jìn)給率對(duì)在機(jī)床工作區(qū)的任何人構(gòu)成了安全威脅。 在 CNC 機(jī)床之前，復(fù)雜形狀的加工是極困難的。 CNC 使這些形狀的加 工制造在經(jīng)濟(jì)上是可行的。零件的設(shè)計(jì)變化通過改變控制機(jī)床的程序而相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。 CNC 機(jī)床不需要額外的時(shí)間和特別的預(yù)防就可生產(chǎn)高精度的嚴(yán)格公差的零件。 CNC 使機(jī)床不需要復(fù)雜的夾具，這使零件很快被加工從而節(jié)約了時(shí)間。一旦程序準(zhǔn)備好并加工零件，每個(gè)零件都將花與第一個(gè)一樣的時(shí)間。這個(gè)一致性允許很精確地控制加工成本。數(shù)控機(jī)床的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是大量存貨的減少，零件可以在需要時(shí)再被加工。在傳統(tǒng)制造中，為了增加效率，通常一大批零件被同時(shí)加工。有了 CNC 即使一件也能夠被經(jīng)濟(jì)地加工。在很多情況下，一個(gè) CNC 機(jī)床完成了要建立幾臺(tái)相同 傳統(tǒng)機(jī)床才能做的操作。 CAM 和 CNC CAM 系統(tǒng)改變了 CNC 程序員的工作，即從手工編制 CNC 代碼到 CNC 機(jī)床的輸出最大值。自從手工 CNC 機(jī)床被一大批廠家生產(chǎn)以來，許多不同的 CNC 控制單元就被使用了。各個(gè)不同的廠家的控制單元使用各個(gè)不相同的程序與代碼。許多 CNC 代碼語句可被不同的控制器識(shí)別。但其間還有眾多的區(qū)別。為了在有著不同控制器（如 FAWC、 OKUMA、或 DYNAPATH）生產(chǎn)一個(gè)可互換的零件，將需要完全不同的 CNC 代碼。每個(gè)制造商在不斷地提高和更新其CNC 控制。這些改進(jìn)通常包括附加的代碼語句在已有代碼 如何工作上的變化。 CAM 系統(tǒng)允許 CNC 程序員在高效的加工過程的建立上濃縮、精選、而不重新學(xué)習(xí)已改變的代碼格式。一個(gè) CNC 程序員看著一個(gè)零件的圖紙，并且設(shè)計(jì)必要的機(jī)床操作來制造這個(gè)零件（如圖O3）。這個(gè)設(shè)計(jì)包括以下每個(gè)因素，從可能使用的 CNC 機(jī)床的選擇，到機(jī)床的使用選擇，再到加工時(shí)的零件裝夾的選擇。 CNC 程序員必須對(duì)這個(gè)即將寫入程序的 CNC 機(jī)床的能力和局限有一個(gè)完全的了解。機(jī)床主參數(shù)如馬力主軸馬力、最大轉(zhuǎn)速、工作臺(tái)的重量、工具的尺寸限制、加工變化能力等只是值得考慮的影響程序的因素中的一些。對(duì)程序員要求的另一 個(gè)最重要領(lǐng)域是制造過程的知識(shí)。舉例如選擇最佳的切削工具來完成零件圖上所標(biāo)的公差和表面光潔度。這個(gè)加工過程的程序是吹毛求疵地獲得符合的結(jié)果。機(jī)床極限能力必須考慮全面，這就需要刀具材料，刀具類型，和其推薦應(yīng)用的知識(shí)。一個(gè)優(yōu)秀的程序員將花相當(dāng)數(shù)量的時(shí)間來研究關(guān)于新的、改進(jìn)的刀具和刀具材料的快速設(shè)計(jì)者發(fā)表的書籍。通常在切削方面使用兩年前的技術(shù)的刀具現(xiàn)在就是落后的。新刀具的信息來自手冊(cè)或刀具制造商的刀具之資料。刀具選擇或最佳刀具工作條件的幫助同樣可在刀具制造商的軟件中獲得。例如： Kennametal’ s 被設(shè)計(jì)來幫助不 同的使用其車間的工廠選擇最佳的機(jī)床；“ TOOCPRO”的另一個(gè)很重要的特征是為每個(gè)機(jī)床選擇馬力需求等等這些就允許設(shè)計(jì)者選擇一個(gè)結(jié)合了切削速度、進(jìn)給率和切削深度等因素的機(jī)床。這就勝任于粗選中最佳馬力的選擇。對(duì)于光潔度的加工，零件在加工中最小進(jìn)給量被選定，接著切削速度直到轉(zhuǎn)速與機(jī)床的最佳轉(zhuǎn)速相等時(shí)才不變。這就幫助最大提高了機(jī)床效率。如果不只一臺(tái)機(jī)床在同時(shí)工作的話了解一臺(tái)機(jī)床的功率需求是必要的。 為加工中心使用的軟件是 ENGERSOLL CUTTING TOOL 公司的 ACTUAL CHIP THICKNESS。程 序被用來計(jì)算磨床每次進(jìn)的給量，特別是在微量的光潔度加工中。ENGERSOLL 的“精密分析”軟件作為機(jī)床剛度和機(jī)床力的功能來。在這一點(diǎn)上我們觀察一些廣泛的設(shè)計(jì)人員應(yīng)掌握的規(guī)格?，F(xiàn)在我們測(cè)試 CAM 系統(tǒng)怎樣工作。點(diǎn)控公司（ POINT CPNTROLL COMPANY）的 SMARTCAM 系統(tǒng)使用接下來的手段：首先設(shè)計(jì)人員使用一個(gè)金屬零件模型去加工。這包括的加工方式是 車或磨。接著這個(gè)零件圖被研究來做成機(jī)床加工工序，粗加工或精加工、鉆、沖、磨等操作。被使用的裝夾夾具是虎鉗，抓盤還是卡盤？這些考慮之后，計(jì)算 機(jī)輸出就可開始了。首先還是工藝卡的建立。這個(gè)工藝卡由各種記錄（例如：英制或公制，機(jī)床類型、零件卡、切削材料類型、安裝記錄、和所需要機(jī)床的描述 其第二個(gè)編程的步驟是零件的制造。這描述了一個(gè)所設(shè)計(jì)機(jī)床操作的生動(dòng)模型。從已準(zhǔn)備好的 JOBPLAN 中選好機(jī)床后，切削加工的參數(shù)就被編入。對(duì)鉆床而言，一旦孔的位置坐標(biāo)和深度被給出，一個(gè)孔就給出現(xiàn)在那點(diǎn)。如果其位置是錯(cuò)的，其撤消命令選擇這一記錄，并允許你 給這個(gè)工序新的值。當(dāng)端面磨時(shí)，切削運(yùn)動(dòng)通常被定義為弧。當(dāng)一條直線被編入程序， TOOLPATH 就會(huì)生動(dòng)的顯示，其錯(cuò)誤也可立即被糾正。 在程序運(yùn)行的任意時(shí)刻，命令 SHOWPATH 會(huì)顯示當(dāng)前的刀具軌跡，也會(huì)顯示刀具在實(shí)際加工時(shí)的使用順序。當(dāng)?shù)毒哌\(yùn)動(dòng)順序需要改變時(shí)，可用一個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)它。 有時(shí)， CAM 的程序順序和實(shí)際加工的順序是各不相同的。某部件的孔的加工就是一個(gè)例子。首先，在 CAM 中編譯已加工孔的外部輪廓，再把外部輪廓當(dāng)成粗基準(zhǔn)來加工內(nèi)孔。根據(jù)輸入切削的寬和深以及完成切削需切去的材料，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生粗切削的加工程序 。程序員嘗試各種粗基準(zhǔn)，以便選出最有效的切削加工方法。由于用不同的顏色代表不同的刀具，所以觀察不同刀具的軌跡是很容易的。一個(gè) CAM 系統(tǒng)可讓程序員從不同的角度觀察圖形，比如說從頂部、正面、側(cè)面或立體圖。俯視中正確的刀具軌跡，在正視圖中，切削的深度是不正確的，其變化顯而易見。 當(dāng)?shù)毒呗窂郊捌漤樞蚨ê煤螅瑱C(jī)床的代碼應(yīng)被做好。這和詳細(xì)指明加工這個(gè)部件的 CNC機(jī)床一樣容易。運(yùn)行時(shí)，指定機(jī)床的代碼發(fā)生器相當(dāng)于四個(gè)不同的鍵。 JOBPLAN 文件運(yùn)行時(shí)，表示刀具信息， GRAPHICS 文件表示刀具路徑和切削順序。也用 MACHINE DEFINE 文件表示 CNC 代碼命令。這個(gè)文件可提供最大的進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速、加工時(shí)間等等。當(dāng)代碼發(fā)生器完成時(shí)，加工的計(jì)劃時(shí)間就確定了。這個(gè)時(shí)間是根據(jù)進(jìn)給速度，運(yùn)行的距離，兩點(diǎn)間在最大進(jìn)給時(shí)間速度下無切削運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，換刀時(shí)間等等確定的。這個(gè)計(jì)劃加工時(shí)間可通過改變安裝后達(dá)到更智能的移動(dòng)速度或創(chuàng)造一種更有效的刀具軌跡來調(diào)整。所需的總時(shí)間的確定可用來估計(jì)生產(chǎn)費(fèi)用。若不只一個(gè) CNC 機(jī)床可以來加工這工件，制作代碼和比較在加工總時(shí)間可以表示一個(gè)機(jī)床是否比另一個(gè)機(jī)床該更有效， CAM/CAD 另一個(gè)確立刀具路徑的方法是借 助計(jì)算機(jī)輔助繪圖。大多數(shù)的機(jī)械繪圖使用電腦存儲(chǔ)了零件平面圖形及其注釋。格式化的 CAM 通過它的 CAM CONNECTION，可以讀一個(gè) CAD 文件和轉(zhuǎn)移它的圖形到它的輪廓基準(zhǔn)中去。這圖形可表示零件的外形輪廓、孔等等。程序員仍需準(zhǔn)備一個(gè)工藝卡，含有所用需要的刀具。但相對(duì)于用一排排程序來表示外形，現(xiàn)在刀具只用現(xiàn)有的輪廓來表示即可。另外，使用 SHOWPATH 功能可以顯示每個(gè)刀具的路徑和他們的順序。 CAD/CAM 相互影響的方向的不斷探索和發(fā)展將會(huì)改變他們的工作方式。一些 CAD和 CAM 程序，如果在相同的計(jì)算機(jī)上下載，可同 時(shí)使用一些按鍵、圖紙和程序，使其能相互匹配。 機(jī)床周圍應(yīng)該保持清潔，并且無導(dǎo)致絆倒或打滑的障礙物。機(jī)床表面不應(yīng)該被用作工作臺(tái)。用正確的方法提升重的工作部件，或固定重的切削刀具。啟動(dòng)機(jī)床之前，確定工作裝置和工件是否安全的固定了 。換刀時(shí)，保護(hù)工件不受傷害，同時(shí)保護(hù)你的手不被鋒利的尖角弄傷。使用鋒利的切削刀具時(shí)，檢查切削刀具是否正確和安全的安裝。 直到你理解它們的功能和動(dòng)作方可操作這臺(tái)機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床刀具早期的發(fā)展 今天在機(jī)器化大生產(chǎn)領(lǐng)域中千形百態(tài)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具，起源于一些主要的工業(yè)國(guó)，開始很簡(jiǎn)陋。這個(gè)領(lǐng)域中 ，最早的一些研究和發(fā)展完成于美國(guó)，并記載了 UK 關(guān)于數(shù)控發(fā)展方面的貢獻(xiàn)。第二次世界大戰(zhàn)后的一個(gè)主要問題是，商業(yè)和軍隊(duì)迅速發(fā)展，在勞動(dòng)力密集的加工中，現(xiàn)代工業(yè)界所需的自動(dòng)化與精確度不可獲得。問題是怎么樣來克服來自常規(guī)的加工方法和手工制作的不足。通常認(rèn)為，關(guān)于數(shù)控的研究是 1949 年美國(guó)政府的授權(quán)。結(jié)論就是致使美國(guó)空軍與 Parsons 公司簽約，讓他們找到一種靈活的、有力的制造系統(tǒng)，它能擴(kuò)大生產(chǎn)。麻省理工大學(xué)開始進(jìn)入研究，而 Parsons 公司使之發(fā)展起來。在 1949— 1951期間，他們聯(lián)合發(fā)明了一種可適合多種刀具的第 一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)。辛辛那提機(jī)床刀具公司把他們的一個(gè) 28 英寸的“ Hydro— Tel”軍用機(jī)床改裝為三軸自動(dòng)機(jī)床，改變了它們的外部輪廓。在控制桌面位置，典型的機(jī)床是三軸連續(xù)曲線的機(jī)床刀具，它能產(chǎn)生一個(gè)所需要的形狀或曲線，可能的話，通過一個(gè)連續(xù)的滑移實(shí)現(xiàn)。 與美國(guó)機(jī)床刀具控制發(fā)展的同時(shí)， UK 中的 ALIFRED Herber 產(chǎn)生了第一臺(tái) NC 機(jī)床。 1956年更可靠的曲線路徑控制系統(tǒng)開始使用。幾年后，在 USA 與歐洲開始了更深遠(yuǎn)的研究。早期數(shù)控的發(fā)展主要為了航空業(yè)，它需要切削加工復(fù)雜的幾何形狀，如機(jī)件部件與渦輪機(jī)葉片。在航空 所需要的復(fù)雜的控制系統(tǒng)發(fā)展的同時(shí)，點(diǎn)與點(diǎn)控制器發(fā)展起來，更廣泛的用于加工當(dāng)中。較簡(jiǎn)單的點(diǎn)與點(diǎn)機(jī)床比復(fù)雜的連續(xù)路徑的同類產(chǎn)品便宜一些，并在用于需要精確定位的加工中。作為一個(gè)鉆操作的機(jī)床刀具的點(diǎn)至點(diǎn)移動(dòng)例子，典型的運(yùn)動(dòng)是快速經(jīng)過在鉆主軸下的工件，鉆空后，迅速的滑移的運(yùn)動(dòng)可能過每軸以連續(xù)且獨(dú)立的方式獲得。分開的控制可由每軸完成，在早期的點(diǎn)到點(diǎn)機(jī)床中，選取路徑不很重要，但它必須避免在獲得多需要精度中所產(chǎn)生的沖擊。所以，趨勢(shì)下一點(diǎn)的方向必須是相同的。最早的這些點(diǎn)到點(diǎn)機(jī)床長(zhǎng)循環(huán)的球行螺絲釘，這就意味著那些運(yùn)動(dòng)必須很緩慢 ，移動(dòng)中遇到的沖擊不可避免，關(guān)于這個(gè)問題下章有更詳細(xì)的敘述。 早期的 NC 機(jī)床，主要的在磨床基礎(chǔ)發(fā)展起來的，控制的概念主要用于形成，打孔，磨削以及后來的大量的另外的機(jī)床刀具。 19 世紀(jì) 50 年代以來，流件滑動(dòng)在高精度的機(jī)床中常被結(jié)合使用，它在某種程度上克服了常規(guī)滑軌相關(guān)的問題，然而平均輸出導(dǎo)軌的不精確度對(duì)刀具要求更高并增加了它的控制特性。 加工中心的概念是早期工作的結(jié)果，它允許機(jī)床在一個(gè)安裝上對(duì)工件進(jìn)行多種加工，而不需要把工件轉(zhuǎn)移到另外的刀具下。一個(gè)加工中心不同于一個(gè)磨床，相互要在于它能利用轉(zhuǎn)移裝置和分離器自動(dòng)的 把切削刀具從刀具庫(kù)中轉(zhuǎn)移到主軸上。用這種方式，自動(dòng)換刀特性使這加工中心高效的加工多種部件，用新刀具代替舊刀具或預(yù)選刀具，使得現(xiàn)今的加工過程循環(huán)操作。 在 19 世紀(jì) 60 年代中時(shí)，一個(gè) UK 公司， Molins 介紹他們獨(dú)特的“系統(tǒng) 24”意思是一天能加工 24 小時(shí)。它可被認(rèn)為是系列但作用刀具通過計(jì)算機(jī)上控制的運(yùn)輸系統(tǒng)連接起來的復(fù)合機(jī)床。這個(gè)運(yùn)輸裝置讓工件放在托盤上送至所需的機(jī)床刀具下。這是早期情形，是值得欽佩的。靈活制作系統(tǒng)方面嘗試都失敗了，它的主要短處是僅僅一小部分的零件種類可隨時(shí)加工，而更少的工件需要完成于它相同的操 作。事實(shí)上它的利用水平很低，機(jī)床刀具昂貴會(huì)導(dǎo)致加工頻繁時(shí)的“頸瓶”現(xiàn)象，于是進(jìn)一步限制了整個(gè)操作。 13 世紀(jì) 70 年代初中葉，是機(jī)床刀具控制器變革時(shí)期，這個(gè)時(shí)期， CNC 成為了一個(gè)現(xiàn)實(shí)。新的控制器的產(chǎn)生便使公司可通過改變程序改變了一個(gè)工件外形。微型技術(shù)的發(fā)展，可成功的加工一批或一個(gè) 2 全件。當(dāng)兩個(gè)相關(guān)的因素存在后，在一個(gè)生產(chǎn)環(huán)境中，讓 CNC實(shí)現(xiàn)靈活且輕松的編程的夢(mèng)想變成為現(xiàn)實(shí)。這些現(xiàn)實(shí)是： 集成電路的發(fā)展，它減少了電路的尺寸，使得維護(hù)便利且有利于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。 計(jì)算機(jī)的體積減小，從而它的生產(chǎn)費(fèi)用也極大的降低。價(jià)格 便宜，性能穩(wěn)定等多種優(yōu)點(diǎn)使得今天的 CNC 安裝在機(jī)床刀具上。隨著它的不斷發(fā)展成熟，使在高級(jí)的 CNC 系統(tǒng)上可安上人工智能。這些年來，刀具制作者已經(jīng)制作了多種多樣的刀具可用在 CNC 系統(tǒng)上，其中的一部分在第 3 冊(cè)中將被討論。 由資金耗費(fèi)項(xiàng)目上的考慮，就 CNC 機(jī)床刀具而言，為了明確新計(jì)劃是否必要或證明在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)資金回收，一個(gè)公司必須進(jìn)行可行性分析。這些想法及重要的決定將會(huì)成為考慮 CNC 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性調(diào)整問題的主題。