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1、数控加工的含义数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，用数字信息控制零件和刀 具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现 高效化和自动化加工的有效途径。数控加工技术的发展历程1949年美国Parson公司与麻省理工学院开始合作，历时三年研制出能 进行三轴控制的数控铣床样机，取名“Numerical Control”。1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定切削路线，即可 生成NC程序的自动编程语言。1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库，能自动进行刀具 交换，一次装夹中即能进行铣、钻、镗、攻丝等多种加工功能的
2、数控机床， 这就是数控机床的新种类一一加工中心。1968年英国首次将多台数控机床、无人化搬运小车和自动仓库在计算机 控制下连接成自动加工系统，这就是柔性制造系统FMS。1974年微处理器开始用于机床的数控系统中，从此CNC（计算机数控系统） 软线数控技术随着计算机技术的发展得以快速发展。1976年美国Lockhead公司开始使用图像编程。利用CAD（计算机辅助设 计）绘出加工零件的模型，在显示器上“指点”被加工的部位，输入所需的工 艺参数，即可由计算机自动计算刀具路径，模拟加工状态，获得NC程序。20世纪80年代，出现了包括市场预测、生产决策、产品设计与制造和 销售等全过程均由计算机集成管理和
3、控制的计算机集成制造系统CIMS。其 中，数控是其基本控制单元。20世纪90年代，基于PC-NC的智能数控系统开始得到发展，它打破了 原数控厂家各自为政的封闭式专用系统结构模式，提供开放式基础，使升级 换代变得非常容易。充分利用现有PC机的软硬件资源，使远程控制、远程 检测诊断能够得以实现。、国内外数控系统发展现状数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度 和动作顺序等实现自动控制的控制系统。数控系统确保了数控机床具有高精、 高速、高效的功能，可以使装备制造业实现数字化、柔性化和网络化制造。在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。 国外的主要数控系统制造商
4、有西门子、法拉克、三菱电机、海德汉等。1. 纳米插补与控制技术已走向实用阶段纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使 数字 伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。将“纳 米插补”应用于所有插补之后，可实现纳米级别的高质量加工。2. 机器人使用广泛未来机床的功能不仅局限于简单的加工，而且还具有一定自主完成复杂任 务的能力。机器人作为数控系统的一个重要应用领域，其技术和产品近年来得到 快速发展。不仅可以搬运、堆垛、喷漆、焊接等岗位，而且延伸到了机床上下料、 换刀、切削加工、测量、抛光及装配领域，大大提高了数控机床的工作效率。3. 智能化加工不断扩展随着计算机领
5、域中人工智能的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度也 得到不断提高。应用自适应控制技术数控系统能够检测到过程中的一些重要信 息，并自动调整系统中的相关参数，改进系统的运行状态；车间内的加工监测与 管理可实时获取数控机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床状态，使相 关维护提前，避免事故发生，保证其不稳定工况下生产的安全，减少机床故障率， 提高机床利用率。应用先进的伺服控制技术，伺服系统能通过自动识别由切削力 导致的振动，产生反向的作用力，消除振动。应用主轴振动控制技术，在主轴嵌 入位移传感器，机床可以自动识别当前的切削状态，一旦切削不稳定，机床会自 动调整切削参数，保证加工的稳定性。我国虽然
6、早在1958年就开始研制数控机床，但由于历史原因，一直没有取 得实质性成果。20世纪70年代初期，曾掀起研制数控机床的热潮，但当时是采 用分立元件，性能不稳定，可靠性差。1980年北京机床研究所引进日本FANUC5、 7、3、6数控系统，上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统，辽 宁精密仪器厂引进美国Bendix公司的Dynapth LTD10数控系统。在引进、消化、 吸收国外先进技术的基础上，北京机床研究所又开发出BS03经济型数控和BS04 全功能数控系统，航天部706所研制出MNC864数控系统。20世纪90年代末， 华中数控自主开发出基于PC-NC的HNC数控系统，达到了国
7、际先进水平，加大 了我国数控机床在国际上的竞争力度。目前，我国数控机床生产企业有100多家， 年产量增加到1万多台，品种满足率达80%，并在有些企业实施了 FMS和CIMS 工程，数控机床及其加工技术进入了实用阶段。2001年我国机床产值为世界第5 名，机床消费额在世界排名第3位，达亿美元，仅次于德国和美国，消费额比上 一年增长25%。数控机床消费量从1991年的4113台增长到2000年的23482台， 年均增长25%。纵观改革开放20年，虽然我国在数控方面取得很大成就，但存在不少问题， 包括：政府缺乏像日本“机电法”、“机信法”那样的指引；先进技术引进却未消 化，对国外技术重引进、轻消化吸
8、收的问题仍很突出；严重缺乏各方面专家人 才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；适应 市场经济需求的以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成；企业和 专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。可以说， 我国还处于数控机床普遍应用到提高的过渡期，随着我国制造业的振兴，数控技 术将得到更快的发展，前景广阔。另一方面，虽然我国的数控机床总拥有量有较 大的提高，但使用情况不容乐观。主要表现在数控机床功能未得到充分发挥，数 控机床的实际开机率低，数控机床加工效率低，技术准备工作周期长、反复多， 加工质量不稳定，总体的技术应用水平还比较低。数控机床的发
9、展趋势据国际咨询机构预测，今后世界上数控机床将以较高的速度发展。现代数 控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等方向 发展。1. 高速切削。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。高速切削可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高 速主轴等技术来实现。高主轴转速可减少切削力，减小切削深度，有利于克服机 床振动，传入零件中的热量大大减低，排屑加快，热变形减小，加工精度和表面 质量得到显著改善。因此，经高速加工的工件一般不需要精加工。2. 高精度控制。高精度化一直是数控机床技术发展追求的目标。它包括机 床制造的几何精度和机床使用的加工精
10、度控制两方面。提高机床的加工精度，一 般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性，采用 补偿技术和辅助措施来达到的。目前精整加工精度已提高到m，并进入了亚微 米级，不久超精度加工将进入纳米时代。（加工精度达m）3. 高柔性化。柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，在进一步提 高单机柔性自动化加工的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展。数控系统 在21世纪将具有最大限度的柔性，能实现多种用途。具体是指具有开放性体系结 构，通过重构和编辑，视需要系统的组成可大可小；功能可专用也可通用，功能 价格比可调；可以集成用户的技术经验，形成专家系统。4. 高一体化。CNC系统与加
11、工过程作为一个整体，实现机电光声综合控制， 测量造型、加工一体化，加工、实时检测与修正一体化，机床主机设计与数控系 统设计一体化。5. 网络化。实现多种通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMS （柔性制造系 统）、CIMS（计算机集成制造系统）对基层设备的要求。配置网络接口，通过Internet 可实现远程监视和控制加工，进行远程检测和诊断，使维修变得简单。建立分布 式网络化制造系统，可便于形成“全球制造。6. 智能化。21世纪的CNC系统将是一个高度智能化的系统。具体是指系统应 在局部或全部实现加工过程的自适应、自诊断和自调整；多媒体人机接口使用户 操作简单，智能编程使编程更加直观，可使用自
12、然语言编程；加工数据的自生成 及智能数据库；智能监控；采用专家系统以降低对操作者的要求等。三.CAXA制造工程师简介先进的数控车床要想取得良好的加工效果还要有优秀的软件来支持。经过 几十年的发展，CAD/CAM技术已经日趋成熟，国内外相继涌现出一批较优秀的三 维设计软件。最具代表性的主要有CATIA、UG、PRO/E、SolidWorks,、CAXA等。 其中CAXA是我国制造业信息化的优秀代表和知名品牌，拥有完全自主知识产权 权的系列化CAD、CAPP、CAM、DNC、EDM、PDM、MES、MPM等PLM软件产品 和解决方案，覆盖了制造业信息化设计、工艺、制造和管理四大领域，产品广泛 应用
13、于装备制造、电子电器、汽车、国防军工、航空航天、工程建设、教育等各 个行业。工程师的主要功能和特点1. 灵活、多样的零件建模方法CAXA制造工程师提供基于实体的特征造型、自由曲面造型以及实体与曲面 混合造型功能，可实现任何复杂形状零件的造型设计。2. 优质高效的数控加工CAXA制造工程师将CAD模型与CAM加工技术无缝集成，提供25轴的数控化 加工功能（四轴与五轴加工模块需另外单独购买），可直接对曲面、实体模型进 行一直的加工操作；支持先进实用的轨迹参数化和批处理功能，明显提高工作效 率；支持高速切削，大幅提高加工效率和加工质量。通用的后置处理可向任何数 控系统输出格式真确的加工代码。3. 二
14、维与三维的无线集成利用制造工程师涉及零件，可以自动生成二维视图和轴测图，对设计和识图 都非常方便，CAXA制造工程师与二维电子图版实现了无缝集成，可以自动创建 零件或装配各个视向的二维正交识图吗、轴测图、任意给定视向的识图。4. 丰富流行的数据接口CAXA制造工程师是一个开放的设计/加工工具，软件提供了更富的数据接口， 他们包括基于曲面的IGS和DXF标准图形接口，基于实体的X_T、X_B文件格式，面 向快速成型设备的STL以及面向intrenet和虚拟现实的VRML等接口。这些接口保证 了与世界流行的CAD软件进行双向数据交换，使企业可以跨平台和跨地域地与合 作伙伴实现虚拟产品的开发与生产。
15、5. 全面开放的2D和3。平台CAXA制造工程师充分考虑到用户的个性化需求，提供了专业而易于使用的 2D和3D开发平台，以实现产品的个性化和专业化。用户可随心所欲的扩展制造 工程师的功能，甚至在CAXA制造工程师强大的二次开发平台下，还可以开发出 全新的C AD/CAM产品。CAXA制造工程师是国产的制图软件，因此适合中国人的绘图习惯，上手快，操作简单，容易理解，在使用方面已经做到日趋完美，且已基本实现功能系列化， 能解决机械设计、产品造型和CAM功能的支持，能满足大多数工业生产厂家和 设计部门的要求。缺点是专业适用性单一（仅适用于机械、模具、工业产品设计 等）、部分设计功能尚有待进一步完善。三、调研的结果：通过实际的调研，我们知道了数控加工在国内外的发展现状以及未来 的发展趋势，认识到了国内在数控方面存在的问题以及需要改进的地方。通过对查看相关的参考书，对CAXA制造工程师有了一定的认识，了解 了它的优点及功能，熟悉了软件界面，常用键，坐标系等。
