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1、一、数控加工的过程 制制 定定 工工 艺艺 阅阅 读读 零零 件件 工工 艺艺 分分 析析 数数 控控 编编 程程 程程 序序 传传 输输 虽然数控加工与传统的机械加工相虽然数控加工与传统的机械加工相 比，在加工的方法和内容上有许多比，在加工的方法和内容上有许多 相似之处，但由于采用了数字化的相似之处，但由于采用了数字化的 控制形式和数控机床，许多传统加控制形式和数控机床，许多传统加 工过程中的人工操作被计算机和数工过程中的人工操作被计算机和数 控系统的自动控制所取代。控系统的自动控制所取代。 阅读零件图纸： 充分了解图纸的技术要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工 件的材料、硬度、加工性
2、能以及工件数量等； 工艺分析： 根据零件图纸的要求进行工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析 、材料和设计精度合理性分析、大致工艺步骤等； 制定工艺： 根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息如：加工工艺路 线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进 给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开 或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡； 数控编程： 根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码 及程序格式进行数控编程； 程序传输： 将编写好的程序通过传输接口，输入到数控机床的数控装置中。调整 好机床并调用该程序后，就可以加工出符合图纸要求的零
3、件。 1.1 数控加工工艺的概念 数控加工工艺是采用数控机床加工零件 时所运用各种方法和技术手段的总和，应 用于整个数控加工工艺过程。 数控加工工艺是伴随着数控机床的产数控加工工艺是伴随着数控机床的产 生、发展而逐步完善起来的一种应用生、发展而逐步完善起来的一种应用 技术，它是人们大量数控加工实践的技术，它是人们大量数控加工实践的 经验总结。经验总结。 1.2 数控加工工艺过程 数控加工工艺过程是利用切削刀具 在数控机床上直接改变加工对象的形状 、尺寸、表面位置、表面状态等，使其 成为成品或半成品的过程。 1.3 数控加工工艺设计的主要内容 选择并选择并 确定进确定进 行数控行数控 加工的加工
4、的 内容内容 数控加数控加 工的工工的工 艺分析艺分析 零件图零件图 形的数形的数 学处理学处理 及编程及编程 尺寸设尺寸设 定值的定值的 确定确定 制定数制定数 控加工控加工 工艺工艺 方案方案 确定工确定工 步和进步和进 给路线给路线 选择数选择数 控机床控机床 的类型的类型 选择和选择和 设计刀设计刀 具、夹具、夹 具与量具与量 具具 确定切确定切 削参数削参数 编写、编写、 校验和校验和 修改加修改加 工程序工程序 首件试首件试 加工与加工与 现场问现场问 题处理题处理 数控加数控加 工工艺工工艺 技术文技术文 件的定件的定 型与归型与归 档档 1.4 数控加工工艺与普通加工工艺的区
5、别及特点 由于数控加工采用了计算机控制系统和数控 机床，使得数控加工具有加工自动化程度高、精 度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使 用费用高等特点。在数控加工工艺上也与普通加 工工艺具有一定的差异。 二、数控加工与工艺技术的新发展 随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断 采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着 高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络 化等方向发展。整体数控加工技术向着CIMS（计算机集 成制造系统）方向发展。 1 高速切削 高速加工技术是自上个世纪高速加工技术是自上个世纪8080年代发展起来的年代发展起来的 一项高新技术，其研究应用的一个重要
6、目标是缩短加一项高新技术，其研究应用的一个重要目标是缩短加 工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材 料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品 的高精度和高质量。由于不同加工工艺和工件材料有的高精度和高质量。由于不同加工工艺和工件材料有 不同的切削速度范围，因而很难就高速加工给出一个不同的切削速度范围，因而很难就高速加工给出一个 确切的定义。目前，一般的理解为切削速度达到普通确切的定义。目前，一般的理解为切削速度达到普通 加工切削速度的加工切削速度的5 51010倍即可认为是高速加工。倍即可
7、认为是高速加工。 1.1 高速切削的概念 1.2关于高速加工主轴速度范围的讨论 v2007年6月28日，我们与成都飞机制造公司技术人 员就航空件高速加工技术问题进行了交流。根据目 前国内外高速技术发展现状，给出了目前情况下， 高速加工主轴速度范围的定义： vn6000rpm，为低速； v10000 rpm n20000rpm,为亚高速范围； vn 20000rpm，为高速加工范围 高速加工与传统的数控加工方法相比没有什么 本质的区别，两者牵涉到同样的工艺参数，但其加工 效果相对于传统的数控加工有着无可比拟的优越性： 1.3 1.3 高速切削的优点高速切削的优点 简化了传统加工工艺；简化了传统加
8、工工艺； 经济效益显著提高。经济效益显著提高。 有利于提高生产率；有利于提高生产率； 有利于改善工件的加工精度和表面质量；有利于改善工件的加工精度和表面质量； 有利于延长刀具的使用寿命和应用直径较小的刀具；有利于延长刀具的使用寿命和应用直径较小的刀具； 有利于加工薄壁零件和脆性材料；有利于加工薄壁零件和脆性材料； 受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术 发展的重要方向之一。主要表现在：发展的重要方向之一。主要表现在： 数控机床主轴高转速数控机床主轴高转速 工作台高快速移动和高进给速度工作台高快速移动和高进给速度 1.4 高速切削设备的特点高速切削设备的
9、特点 现在主轴加速度可2.0g，采用高速电主轴，静压轴 承、磁悬浮轴承等 现代高速机床，采用高速线性直线电机直接托动机床滑 台，减少了机床传动环节，提高了机床运行速度及定位 精度，滑台移动速度可达120m/min。 目前，高速加工涉及到的新技术主要有： 1.5 高速切削涉及到的新技术高速切削涉及到的新技术 1.5.1 1.5.1 高速主轴高速主轴 高速加工是通过大幅度提高主轴转速 和加工进给速度来实现的，为了适应 这种高速切削加工，主轴设计采用了 先进的主轴轴承、润滑和散热等新技 术； 高速切削高速切削 1.5.2 1.5.2 适于高速加工的数控系统适于高速加工的数控系统 高速加工数控系统需要
10、具备更短的伺服周期 和更高的分辨率，同时具有待加工轨迹监控功能 和曲线插补功能，以保证在高速切削时，特别是 在4-5轴坐标联动加工复杂曲面轮廓时仍具有良好 的加工性能。 高速切削高速切削 1.5.3 1.5.3 刀具技术刀具技术 刀具性能和质量对高速切削加工具有重大影响 ，新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大 提高，从而提高了生产率，延长了刀具寿命。 高速切削高速切削 1.5.4 1.5.4 刀夹装置及快速刀具交换技术刀夹装置及快速刀具交换技术 在高速加工中，切削时间和每个托盘化零件 加工时间已显著缩短。高速、高精度定位的托盘 交换装置已成为今后的发展方向。 高速加工作为一种新的技术，其优点
11、是显而 易见的，它给传统的数控加工带来了一种革命 性的变化，但是，目前既便是在加工机床水平 先进的瑞士、德国、日本、美国，对这一崭新 技术的研究也还处在不断的摸索研究中。有许 多问题有待于解决：如高速机床的动态、热态 特性；刀具材料、几何角度和耐用度问题；机 床与刀具间的接口技术（刀具的动平衡、扭矩 传输）；冷却润滑液的选择；CAD/CAM的程 序后处理问题；高速加工时刀具轨迹的优化问 题等等。国内在这一方面的研究采尚处于起步 阶段，要赶上并尽快缩小与国外同行业间的差 距，还有许多路要走。 1.5.5 高速切削发展状况及趋势高速切削发展状况及趋势 高精加工是高速加工技术与数控机床的广泛 应用结
12、果。以前汽车零件的加工精度要求在 0.01mm数量级，现在随着计算机硬盘、高精度液 压轴承等精密零件的增多，精整加工所需精度已 提高到0.1m ，加工精度进入了亚微米世界。 2 2 高精加工高精加工 2.1 高精加工的基本概念 2.2 2.2 高精加工相关技术高精加工相关技术 提高机械设备的制提高机械设备的制 造精度和装配精度造精度和装配精度 减小数控系统减小数控系统 的控制误差的控制误差 提高数控系统的分辨率提高数控系统的分辨率 以微小程序段实现连续进给以微小程序段实现连续进给 使使CNCCNC控制单位精细化控制单位精细化 提高位置检测精度提高位置检测精度 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控
13、制位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制 采用补偿技术采用补偿技术 齿隙补偿齿隙补偿 丝杆螺距丝杆螺距 误差补偿误差补偿 刀具误刀具误 差补偿差补偿 热变形误热变形误 差补偿差补偿 空间误差空间误差 综合补偿综合补偿 复合化加工的两重含义：复合化加工的两重含义： 3 3 复合化加工复合化加工 一台装夹可完成多工种、多工序一台装夹可完成多工种、多工序 企业向复合型发展，为用户提供企业向复合型发展，为用户提供 成套服务成套服务 工序和工工序和工 艺的集中艺的集中 工艺的工艺的 成套成套 即即 即即 数控技术智能化程度不断提高，体现在以下几 个方面： 4 4 控制智能化控制智能化 加工过程自适应控制技
14、术加工过程自适应控制技术 加工参数的智能优化与选择加工参数的智能优化与选择 故障自诊断功能故障自诊断功能 智能化交流伺服驱动装置智能化交流伺服驱动装置 智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统 、拟人化用户接口管理系统集于一体。 控制智能化过程控制智能化过程 智能制造技术 包括专家系统、模糊推理和人工神 经网络三大部分。 控制智能化控制智能化 控制智能化控制智能化 专家 系统 先是采集领域专家的知识，然后将知识分解为事实先是采集领域专家的知识，然后将知识分解为事实 与规则，存储于知识库中，通过推理作出决策。与规则，存储于知识库中，通过推理作出决策。 模糊 推理 模糊推理又称模糊逻
15、辑，它是依靠模糊集和模糊逻模糊推理又称模糊逻辑，它是依靠模糊集和模糊逻 辑模型进行多个因素的综合考虑，采用关系矩阵算辑模型进行多个因素的综合考虑，采用关系矩阵算 法模型、隶属度函数、加权、约束等方法，处理模法模型、隶属度函数、加权、约束等方法，处理模 糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。 人工神 经网络 神经网络是人脑部分功能的某些抽象、简化与模神经网络是人脑部分功能的某些抽象、简化与模 拟，由数量巨大的以神经元为主的处理单元互连拟，由数量巨大的以神经元为主的处理单元互连 构成，通过神经元的相互作用来实现信息处理。构成，通过神经元的相互作用来实现信息处理。 网络
16、功能正逐渐成为现代数控机床、数控系 统的特征之一。诸如现代数控机床的远程故障诊断 、远程状态监控、远程加工信息共享、远程操作（ 危险环境的加工）、远程培训等都是以网络功能为 基础的。 5 5 互联网络化互联网络化 美国波音公 司利用数字 文件作为制 造载体，首 次利用网络 功能实现了 无图纸制造 波音777新型 客机。 图示为波音公司利用计算机辅助设计对777 客机的零部件进行信息化处理。 互联网络化互联网络化 现代意义上的快速成型技术始于70年代末期出 现的立体光刻技术（SLA）,它是汹涌而来的数字化浪 潮在加工领域中不可避免的延拓，连续的曲面被离散 成用STL文件表达的三角面片，零件在加工方向上被 离散成若干层。这种离散化使得任意复杂的零件原型 都可以加工出来，加工过程也大大简化了。 6 6 快速原型快速原型 创意创意 测测 量量 计计 算算 机机 辅助设计辅助设计 计计 算算 机工机工 艺设计艺设计 计计 算算 机辅机辅 助制造助制造 数控加工数控加工 构思构思 草图草图 快速快速 原型原型 现代产品开发模式现代产品开发模式 图形文档图形文档 数控代码数控代码
