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1、数控机床及简单的数控加工数控机床及简单的数控加工摘要摘要：文章首先介绍了数控机床的优点与缺点，接着阐述了数控机床的种类及 数控机床控制技术的发展与数控机床控制技术的发展趋势，最后简要介绍数控 加工及在加工中常用的指令。 关键词：数控机床 控制技术 数控加工 数控机床是机电一体化的典型产品，数控机床控制技术是集计算机及软件 技术、自动控制技术、电子技术、自动检测技术、液压与气压联动技术和精密 机械等技术为一体的多学科交叉的综合技术。随着科学技术的高速发展，机电 一体化技术迅猛发展，数控机床在企业得到普遍应用，对生产线操作人员的知 识水平和能力要求越来越高。一、数控机床的优点与缺点一、数控机床的优
2、点与缺点(一)数控机床的优点（1）数控机床有广泛的适应性和较大的灵活性，可加工复杂形状的零件表 面。所以数控机床首先在航空航天领域获得应用：在同一台数控机床上，只需 更换加工程序，就可适应不同品种及尺寸工件的自动加工，这就为复杂结构的 单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是对那些普通机床 很难加工或无法加工的精密复杂表面(如螺旋表面)，数控机床也能实现自动加 工。（2）加工精度高，加工质量稳定。目前，数控机床控制的刀具和工作台最 小移动量(脉冲当量)普遍达到 0.0001mm，而且数控系统可自动补偿进给传动链 的反向间隙和丝杠螺距误差，使数控机床达到很高的加工精度。此外，数控机
3、 床的制造精度高，其自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，因此，同一 批工件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量稳定。（3）生产效率高。由于数控机床结构刚性好，允许进行大切削用量的强力 切削，从主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此在加工时可选用最 佳切削用量，提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。与普通机床相比， 数控机床的生产效率可提高 23 倍。（4）良好的经济效益。使用数控机床进行单件、小批量生产时，可节省划 线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用；同时还能节省工装 设计、制造费用；数控机床加工精度高，质量稳定，减少了废品率，使生产成 本进一步下降。此外，数控
4、机床还可实现一机多用，所以数控机床虽然价格较 高，仍可获得良好的经济效益。（5）自动化程度高。数控机床自动化程度高，可大大减轻工人的劳动强度， 减少操作人员的人数，同时有利于现代化管理，可向更高级的制造系统发展。(二)数控机床的缺点数控机床的主要缺点价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技 术要求较高；加工复杂形状的零件时。手工编程的工作量大。二、数控机床的种类二、数控机床的种类数控机床的种类很多，按运动控制的特点可分为点位控制数控机床，直线 控制数控机床及轮廓控制的数控机床。按伺服系统的类型分类可分为开环控制的数控机床，闭环控制的数控机床及半 闭环控制的时空机床。按工艺方法分类可分为金
5、属切削类数控机床，金属成型类及特种加工类数控机床按功能水平分类又可分为高中低档三类。但这类分发目前并无确切的定义。 3 3、数控机床控制技术的发展数控机床控制技术的发展机械设备最早的控制装置是手动控制器。目前，继电器接触器控制仍然 是我国机械设备最基本的电气控制形式之一。到了 20 世纪奶年代至 50 年代， 出现了交磁放大机电动机控制，这是一种闭环反馈系统，系统的控制精度和 快速性都有了提高。20 世纪 60 年代出现了晶体管晶闸管控制，由晶闸管 供电的直流调速系统和交流调速系统不仅调运性能大为改善，而且减少了机械 设备和占地面积，耗电少，效率局，完全取代了交磁放大机电动机控制系统。在 20
6、 世纪的 60 年代出现丁一种能够根据需要方便地改变控制程序，结构 简单、价格低廉的自动化装置顺序控制器。随着大规模集成电路和微处理器 技术的发展及应用，在 20 世纪 70 年代出现了一种以微处理器为核心的新型工 业控制器可编程序控制器。这种器件完全能够适应恶劣的工业环境，由于 它具备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前已作为一种标准 化通用设备普通应用于工业控制。随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广泛，井进一步推动了 数控系统的发展，产生了自动编程系统、计算机数控系统、计算机群控系统和 天性制造系统。计算机集成制造系统及计算机辅助设计、制造一体化是机械制 造一体化的高
7、级阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化。综上所述，机械设备控制技术的产生，并不是孤立的，而是各种技术相互 渗透的结果。它代表了正在形成中的新一代的生产技术，已显示出并将越来越 显示出强大的威力。四、数控机床控制技术的发展趋势四、数控机床控制技术的发展趋势当代，数控技术的典型应用是 FMC/FMS/CIM,其趋势是向高速化、高精度化、 高效加工、多功能化、复合化和智能化方向发展。其主要发展动向是研制开放 式全功能通用数控系统。（1）数控装置将向着高速度、高精度方向发展、向着基于个人计算机 （PC）的开放式数控系统发展、向着配置多遥控接口和智能接口的方向发展、 向着具有很好操作性能及能够大大提
8、高数控系统可靠性的方向的发展。（2）伺服系统方面将起用前馈控制技术、机械静止摩擦的非线性控制技术、 伺服系统的位置环和速度环（包括电流环）均采用软件控制、采用高分辨的位 置检测装置及发展应用补偿技术。（3）为了适应数控技术的发展，机械结构也发生了很大的变化。为缩小体 积，减少占地面积，更多的采用机电一体化结构。为了提高自动化程度，而采 用自动换刀自动交换工件，主轴立、卧自动转换，主轴带 G 轴控制，万能回转 铣头，以及“数控夹盘”“数控回转工作台”，“动力刀架”和“数控夹具” 等。为了提高数控机床的动态特性，伺服系统和机床主机进行很好的电机匹配。 同时主机也借助计算机进行模块化、优化设计。（4
9、）数控编程技术 数控编程技术是实现数控加工的主要环节，当前发展 趋势有：脱机编程发展到在线编程、具有机械加工技术中的特殊工艺和组合工 艺方法的程序编制功能、编程系统由只能处理几何信息发展到几何信息和工艺 信息同时处理的新阶段。（5）智能化方向的发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展， 数控系统的智能化将不断提高。其主要表现在应用自适应控制技术、引入专家 系统指导加工、引入故障诊断专家系统、智能化伺服驱动装置。5 5、简单的数控加工简单的数控加工在数控加工过程中常常会遇到一些书本上看起来并不是那么重要却常用的 指令，如 G71 指令。G71 指令是外径/内径粗车削循环指令。在实际加工过程
10、中 经常用此指令来粗车外圆精加工中也可用。还有一些指令则必须根据机床自身的实际情况来选用合适的指令，如有的机床在实际加工过程中常将 G02 和 G03 的用法对调。G02 本是顺时针圆弧插补，但在实际加工过程可能就会出现其实 G02 作逆时针插补来计算运用。这些都是只能在实际加工过程中才会注意到的。 跟运用的。那么我下面就以一个简单的实例来说明一下。欲加工如图所示零件FUNAC 数控车编程如下:O0001T0101 （换一号刀，确定其坐标系）G54 G00 X100 Z80 （到程序起点或换刀点位置）M03 S400 （主轴以 400r/min 正转）X80 Z1 （到循环起点位置） G71
11、U1.2 R1（此次一般书上都会用 G72 但实际加工时你的师傅一般会用 G71）N50 G71 P10 Q100 U0.2 W0.5 F0.3 （外端面粗切循环加工）G00 X100 Z80 （粗加工后，到换刀点位置）G42 X80 Z1 （加入刀尖园弧半径补偿）N10 G00 Z-56 （工轮廓开始，到锥面延长线处）N20 G01 X54 Z-40 F80 （加工锥面）N30 Z-30 （加工 54 外圆）N40 G02 U-8 W4 R4 （加工 R4 圆弧，在实际加工此处可能会为 G03 指令）N50 G01 X30 （加工 Z26 处端面）N60 Z-15 （加工 30 外圆）N70
12、 U-16 （加工 Z15 处端面）N80 G03 U-4 W2 R2 （加工 R2 圆弧，这里则可能会使 G02）N90 G01 Z-2 （加工 10 外圆）N100 U-6 W3 （加工倒 245角，加工轮廓结束） G70 P80 Q170 （精加工）G00 X50 （退出已加工表面）G40 X100 Z80 （取消半径补偿，返回程序起点位置）M30 （主轴停、主程序结束并复位）总结：通过 12 周的理论学习跟 6 周的实际操作，尽管对我来说学习得还是 非常不足，还有很多理论和实际的欠缺，但就以往的学习来看，这种理论加实 践的学习方法更能使我们对学习更感兴趣，更能加深我们理论上的认知，更好 的被我们所理解。参考文献：1王永章，杜军文，程国权.数控技术M.高等教育出版社.
