數(shù)控發(fā)展趨勢(shì)和數(shù)控機(jī)床編程及加工

數(shù)控技術(shù)的基本知識(shí)

和現(xiàn)代數(shù)控的發(fā)展方向

?第一部分

數(shù)控技術(shù)的基本概念

◆數(shù)控:

數(shù)字控制（NC—NumericalControl）,以數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。NC已成為數(shù)控加工的專用術(shù)語。

◆數(shù)控技術(shù)：用數(shù)控機(jī)床（數(shù)控設(shè)備）進(jìn)行自動(dòng)化加工的一種技術(shù)，它綜合應(yīng)用了多種學(xué)科的知識(shí)?！魯?shù)控機(jī)床：是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備，是柔性自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)的基本單元。

●數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，其技術(shù)水平和普及程度是衡量國家綜合國和工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。

●CNC與CAD/CAM/CAPP/關(guān)系:通訊

▼CAD:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign)

▼CAM:計(jì)算機(jī)輔助制造(ComputerAidedMaunfacturng)

▼CAE:計(jì)算機(jī)輔助工程(ComputerAidedEngineering)?CADCAMCAE范疇劃分●CNC與現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng)關(guān)系:CNC用在制造系統(tǒng)中

CNC：DNC–FMC–FMS–CIMS–FA

并行工程、敏捷制造、數(shù)字化制造、智能制造、網(wǎng)絡(luò)制造、綠色制造、納米制造、高速加工等等。初步設(shè)計(jì)分析模擬詳細(xì)設(shè)計(jì)制圖生產(chǎn)準(zhǔn)備工藝設(shè)計(jì)NC編程機(jī)器人編程制

造NC加工裝配檢驗(yàn)產(chǎn)品CAECADCAMCAD/CAMCAD/CAM/CAE廣義CAD廣義CAM廣義CAD/CAMCAPP?◆為什么補(bǔ)用數(shù)學(xué)函數(shù)直接插補(bǔ)？

①計(jì)算費(fèi)時(shí)間

，不能滿足實(shí)時(shí)控制的要求；

②有的被加工輪廓用列表點(diǎn)表示的，沒用數(shù)學(xué)公式；

③數(shù)控加工時(shí)運(yùn)動(dòng)不能突變，要滿足加速度的要求。?第四部分

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向4.1數(shù)控技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)代，數(shù)控技術(shù)的典型應(yīng)用是FMC/FMS/CIMS，其發(fā)展方向是高速化、高精度化、高效加工、多功能化、小型化、復(fù)合化、開放化和智能化以及數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。目前的動(dòng)向是:

開放式數(shù)控系統(tǒng)、高速加工系統(tǒng)。

4.2

新的數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)

STEP-NC

?4.2.1STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生及概念1.產(chǎn)生：數(shù)控發(fā)展已50多年了，編程還在采用G、M代碼、地址字的程序格式（ISO6983），它是面向運(yùn)動(dòng)和開關(guān)控制的語言。限制了CNC系統(tǒng)的開放性和智能化發(fā)展的需要，使CNC與CAM技術(shù)之間形成了瓶頸。體現(xiàn)不出IT技術(shù)與MT技術(shù)的結(jié)合：CAD/CAM/CAE/PDM…限制了制造業(yè)的發(fā)展。為此國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定了“產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)”STEP（StandardfortheExchangeofProductModelData）

（ISO10303）產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)STEP，是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，將此擴(kuò)展到數(shù)控領(lǐng)域，形成了STEP-NC新標(biāo)準(zhǔn)（ISO-14649）

2.STEP-NC數(shù)據(jù)模型

STEP-NC為“新型的CNC控制器數(shù)據(jù)模型”標(biāo)準(zhǔn)，它是從CAM到CNC的數(shù)據(jù)模型。STEP、STEP-NC是中性的,采用面向?qū)ο蟮恼Z言:EXPRESS,?以面向?qū)ο蟮男问綄a(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息與制造信息聯(lián)系起來，

STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)能進(jìn)行CAD/CAM與CNC一體化的加工。STEP-NC為CNC系統(tǒng)重新規(guī)定CAD/CAM與CNC之間的接口，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。要求CNC系統(tǒng)直接使用符合STEP

標(biāo)準(zhǔn)的CAD三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型（包括工件幾何數(shù)據(jù)、設(shè)置、制造特征信息、工藝信息和刀具信息），而直接產(chǎn)生的加工程序用來控制機(jī)床。3.STEP-NC研制情況STEP-NC是當(dāng)前世界各國正在開展的研究項(xiàng)目。歐洲、美國（SuperModel項(xiàng)目）、韓國、日本（DigitalSater項(xiàng)目）都在積極的進(jìn)行，而且關(guān)于STEP-NC的研究已取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。法那科、西門子數(shù)控系統(tǒng)公司都宣布將執(zhí)行STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)。4.2.2STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容

STEP-NC定義了一個(gè)新的應(yīng)用協(xié)議AP-238，作為CAM與CNC之間數(shù)據(jù)交換的具體規(guī)范。?1.

AP-238

AP-238包括從產(chǎn)品概念到成品（零件）全過程所需的全部信息。其中有：三維幾何信息--AP-203/AP214；特征信息---AP-224；工藝信息（如車、銑、放電加工等）--AP-219；檢測(cè)信息---AP-219等等。

2.

STEP-NC

標(biāo)準(zhǔn)（草案）內(nèi)容：有關(guān)基本規(guī)則與銑削加工的標(biāo)準(zhǔn)（草案）已完成，包括：基本概念和規(guī)則（Part1）；通用數(shù)據(jù)（Part10）；數(shù)控銑削加工工藝（Part11）；刀具、銑削刀具（Part111）等。正在制定的STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)有：數(shù)控車削加工（Part12）；放電加工（Part13）；木材和玻璃加工（Part14）；?檢測(cè)（Part15）等。3.標(biāo)準(zhǔn)通用數(shù)據(jù)

包括二大部分:工件（Workpiece，指成品）和工作計(jì)劃（Workplan）。工件上需去除的材料的區(qū)域由一系列加工特征（Machining-feature）定義。工作計(jì)劃包括若干工作步驟（Workingstep）。工作步驟將具體的加工特征（如平面、復(fù)雜曲面、孔等）與具體的操作（Machining-operation）聯(lián)系起來。操作（operation）本身是ISO-14649定義的一個(gè)面向的概念，涉及加工方法、刀具、刀軌、工藝策略等。4.2.3STEP-NC數(shù)控程序結(jié)構(gòu)1.STEP-NC數(shù)控程序編制的原則：

采用了ISO-10303數(shù)據(jù)格式和面向特征的編程原則。以工作步驟為加工流程的的基本單位。將特征與技術(shù)信息聯(lián)系到一起。?每個(gè)工作步驟只定義一個(gè)具體操作（干什么、如何干、只能用一種刀具和一種策略）

2.程序結(jié)構(gòu)：程序結(jié)構(gòu)分為文件頭和數(shù)據(jù)段

文件頭以HEADER為標(biāo)記，主要說明文件名、編程者、日期以及注釋等。

數(shù)據(jù)以DATA開始，包含了加工零件所需的所有信息和操作任務(wù)。根據(jù)規(guī)定，首先要有一個(gè)PROJECT語句。

其后的內(nèi)容可分為三部分：

工作與可執(zhí)行語句（Executable，包括工作步驟、一般NC功能如信息顯示等、流程控制）。

技術(shù)描述（刀具、機(jī)床功能、加工策略等）

幾何描述（幾何數(shù)據(jù)、加工特征等）

ENDSEC為程序結(jié)束標(biāo)志。?

3.例子（西門子公司開發(fā)的,其中的斜體為特意加入的說明)：HEADER;文件頭部開始語句…ENDSEC;

文件頭部分結(jié)束DATA;

數(shù)據(jù)段開始#1=PROJECT(Workplan#10);#1規(guī)劃由工作計(jì)劃#10完成#10=Workplan(#20,#35,…)

;#10包括：#20工步、#35工步、…

…#20=Machining-Workingstep(,#21(feature),#22(Machining);#20為加工工步，包括：#21加工特征、#22加工操作#21=Round

hole(‘HoleM6’,,…);被加工的是M6‥,圓周孔#22=Drilling(#(Tool),,,#(technology),#(Machine-functions);鉆削加工（刀具、工藝、機(jī)床功能）…#35=Machining-Workingstep(…);#35為加工工步…其它加工工步ENDSEC;

程序結(jié)束（數(shù)據(jù)段）說明：文件程序名、編者、日期、注釋?

4.STEP-NC特點(diǎn)：廢棄了傳統(tǒng)的數(shù)控程序，無后置處理，無G、M代碼。ISO14649的目標(biāo)為：①改進(jìn)CAD/CAM系統(tǒng)與CNC控制器之間的連接，數(shù)據(jù)傳遞。不采用刀具運(yùn)動(dòng)編程，而采用工作步驟面向?qū)ο蟮母拍睢９ぷ鞑襟E相應(yīng)于高級(jí)特征和過程參數(shù)。CNC對(duì)工作步驟解析為坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)和刀具的動(dòng)作。②數(shù)據(jù)模塊必須包括所有的復(fù)雜級(jí)別（從加工時(shí)，指令的CAD幾何數(shù)據(jù)到離散值的簡(jiǎn)單軸運(yùn)動(dòng)）。③CNC程序設(shè)想可以放在新開發(fā)的CNC控制器上,也可能放在分離的支持和改進(jìn)現(xiàn)有CNC控制器的高級(jí)系統(tǒng)上（包括各種網(wǎng)絡(luò)）。④對(duì)于數(shù)控程序的新標(biāo)準(zhǔn)將提供機(jī)床操作者更多的柔性、功能、統(tǒng)計(jì)表的編輯定義、相關(guān)控制和幾何過程的修正。⑤新標(biāo)準(zhǔn)允許操作者因?yàn)閷Ｓ脵C(jī)床和技術(shù)，而執(zhí)行專門的功能。⑥對(duì)于最終用戶新的標(biāo)準(zhǔn)提供統(tǒng)一的編程格式，使程序準(zhǔn)備更快、更廉價(jià)。

⑦較少的后置處理，而且更標(biāo)準(zhǔn)化。在數(shù)控編程級(jí)CAD/CAM系統(tǒng)和NC系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換將更方便。?4.2.3STEP-NC為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）提供的發(fā)展空間STEP-NC的發(fā)展使得STEP標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展到自動(dòng)化加工的底層設(shè)備，建立了一條貫穿整個(gè)制造過程的高速公路。將影響相關(guān)的CAX技術(shù)（CAD、CAPP、CAM、CAE、PDM、ERP等）、刀具、機(jī)床、夾具、先進(jìn)生產(chǎn)模式等。主要有以下幾方面：⑴數(shù)控編程界面；⑵數(shù)控系統(tǒng)的開放性；⑶數(shù)控系統(tǒng)的智能化；⑷CAM和CNC之間的功能重新劃分（嵌入式CAM）；⑸加工質(zhì)量和效率，CNC改變被動(dòng)執(zhí)行者的地位；⑹數(shù)據(jù)共享與網(wǎng)絡(luò)制造。4.3開放式數(shù)控（OPENCNC）4.3.1開放數(shù)控的產(chǎn)生和發(fā)展：

當(dāng)今的CNC控制器是個(gè)黑匣子，封閉保密，制造廠和用戶不能把特殊加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能等放進(jìn)去，要求透?明，因此需要開放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。

現(xiàn)在的CNC技術(shù)（其核心為CNC控制器和驅(qū)動(dòng)技術(shù)）及結(jié)構(gòu)為專用的軟硬件，遠(yuǎn)落后于PC的主流技術(shù)。升級(jí)困難，各廠家產(chǎn)品不兼容，成本高。用戶界面不靈活，網(wǎng)絡(luò)功能弱，系統(tǒng)維護(hù)培訓(xùn)昂貴。2.發(fā)展情況：

美國：OMAC1981年，國防部為了減少軍備制造對(duì)日本控制系統(tǒng)的依賴性，開始了一項(xiàng)名為“下一代控制器（NGC）”的計(jì)劃，并成立了“美國國家科學(xué)制造中心”，該計(jì)劃于1991年終止，完成了“開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)（SOSAS）”。

1995年，在NGC的基礎(chǔ)上，由美國國防部資助又開始了由20個(gè)公司合作的“OASAY”計(jì)劃，目的是建立8個(gè)控制器并在6個(gè)不同的系統(tǒng)平臺(tái)上測(cè)試這8個(gè)控制器。

1994年美國汽車工業(yè)為了解決自身發(fā)展過程中碰到的一系列問題，由克萊斯勒、福特和通用三家大汽車公司開始了一項(xiàng)名為：?

“開放式模塊化體系結(jié)構(gòu)控制器（OMAC-OpenModularArchitectureControls）”的計(jì)劃。

歐洲：OSACA1992年在歐洲，啟動(dòng)了一項(xiàng)“自動(dòng)化系統(tǒng)中控制器的開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（OSACA-OpenSystemArchitectureforControlswithinAutomationSystems）”的聯(lián)合計(jì)劃。由22家歐州的機(jī)床生產(chǎn)商、控制開發(fā)商、控制集成商和研究機(jī)構(gòu)參加，后來擴(kuò)大到27名會(huì)員。日本：OSEC

1995年日本六家公司:東芝機(jī)器制造公司、豐田機(jī)器廠、

MAZAK公司、日本IBM、三菱電子公司和SML公司共同實(shí)施了“控制器開放系統(tǒng)環(huán)境計(jì)劃。OSEC-OpenSystemEnvironmentforControllers”的計(jì)劃。

OMAC、OSACA、OSEC是在當(dāng)前開放式控制系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)有很大影響的三個(gè)計(jì)劃。這幾大開放數(shù)控系統(tǒng)計(jì)劃正在執(zhí)行中，已有了自己的標(biāo)準(zhǔn)和樣機(jī)產(chǎn)品。?4.3.2開放性：開放式數(shù)控系統(tǒng)，不但要求模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化(用戶界面、圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真、數(shù)控編程、故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊)，而且對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性要求很高。其特點(diǎn)：①可移植性：在保持應(yīng)用模塊功能的情況下，不需任何變化就可以應(yīng)用到不同的平臺(tái)上。②可擴(kuò)展性：不同的模塊能運(yùn)行于一個(gè)平臺(tái)，而不出現(xiàn)沖突。③互操作性：模塊在一起工作時(shí)，表現(xiàn)為相互協(xié)調(diào)，可以根據(jù)定義相互交換數(shù)據(jù)。④可維護(hù)性：用戶修方便。⑤統(tǒng)一的人機(jī)界面。4.3.3結(jié)構(gòu)：目前開放的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有3種：

①基于PC的CNC系統(tǒng)（軟數(shù)控：SoftCNC）：以PC機(jī)為平臺(tái)，數(shù)控功能由軟件模塊實(shí)現(xiàn)，但要決實(shí)時(shí)性的問題。運(yùn)動(dòng)執(zhí)行通過伺服卡傳遞數(shù)據(jù)，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸電機(jī)。全方位開放。?①基于PC的CNC系統(tǒng)（軟數(shù)控：SoftCNC）：以PC機(jī)為平臺(tái)，數(shù)控功能由軟件模塊實(shí)現(xiàn)，但要決實(shí)時(shí)性的問題。運(yùn)動(dòng)執(zhí)行通過伺服卡傳遞數(shù)據(jù)，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸電機(jī)。全方位開放。②PC嵌入式:把一塊多軸運(yùn)動(dòng)控制卡插入傳統(tǒng)的PC中，運(yùn)動(dòng)卡運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制（作為數(shù)控功能運(yùn)行）。PC作為人機(jī)接口平臺(tái)。易實(shí)現(xiàn)，研究單位和高校。③PC+CNC（融合系統(tǒng)）：專業(yè)廠家認(rèn)為CNC系統(tǒng)最主要功能是高速、高精加工和可靠性，向PC在的死機(jī)現(xiàn)象是不允許的。已生產(chǎn)的大量CNC系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上變化，對(duì)維修和可靠性不利。故采取了：增加一塊PC板，提供鍵盤，使PC與

CNC

聯(lián)系在一起的方案?？山缑骈_放，提高人機(jī)界面的功能。專業(yè)CNC系統(tǒng)廠家（如fanuc，siemens等）現(xiàn)在都這樣做。4.4CNC控制器的發(fā)展趨勢(shì)4.4.1多坐標(biāo)、多通道控制。FANUC30i-MODELA：十個(gè)通道，40個(gè)軸（32個(gè)進(jìn)給軸、8個(gè)主軸）?聯(lián)動(dòng)軸數(shù)24/每通道。3個(gè)PMC通道。最大I/O點(diǎn)數(shù)4096/4096PMC基本命令速度25ns。最大預(yù)讀程序段：1000段。(適合作為大型自動(dòng)機(jī)床、復(fù)合機(jī)床、多頭機(jī)床的控制器)4.4.2高速高精、低速高精加工功能前饋控制。補(bǔ)償由于反饋滯后所產(chǎn)生的誤差，提高加工精度。進(jìn)給率和加減速曲線控制。減少加減速滯后所產(chǎn)生的誤差。前瞻控制。在程序執(zhí)行前，對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理和多段緩沖，從而控制刀具以很小的誤差進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)。平滑運(yùn)行的高精度輪廓控制。對(duì)指令的實(shí)時(shí)識(shí)別，最佳的控制速度、加速度、加加速度，使加工保持最佳狀態(tài)。數(shù)字濾波器技術(shù)。用以消除機(jī)械諧振，提高伺服系統(tǒng)的位置增益。高精高速進(jìn)給伺服系統(tǒng)、高精高速主軸伺服系統(tǒng)。

?高增益的驅(qū)動(dòng)器、控制單元、電機(jī)；提高編碼器的分辨率，1600萬/轉(zhuǎn)；直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，提高進(jìn)給剛度；對(duì)于直線電機(jī)，設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器以避免直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械帶來的多點(diǎn)諧振。主軸采用交流同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，高增益控制、無齒槽效應(yīng)高分辨率電機(jī)，使主軸低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大、精度高；采用交流異步高分辨率伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，高速度高精度。納米控制：在系統(tǒng)檢測(cè)分辨率為1m時(shí)，插補(bǔ)分辨率為1nm。采取措施：CNC內(nèi)部計(jì)算以納米或更小的單位計(jì)算，使誤最小化；高精度的交流數(shù)字伺服控制；很高的電流檢測(cè)精度；相應(yīng)的硬件（RISC芯片）。納米平滑功能：以納米為單位評(píng)估原始曲線，圓整指令公差。

使加工自由曲面時(shí)，減小或消除程序段之間出現(xiàn)的條紋。NURBS插補(bǔ)。?

4.4.3五軸加工和復(fù)雜加工功能；五軸加工工藝合理，對(duì)三維曲面加工可充分利用刀具的最佳幾何形狀進(jìn)行切削，在復(fù)雜形狀的高速高精加工中，可以提高效率提高光潔度。五軸加工的機(jī)械配置有刀具旋轉(zhuǎn)方式、工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)方式及它們的混合方式。五軸加工功能要滿足各種配置。

功能為：刀具軸方向的長(zhǎng)度補(bǔ)償。五軸加工刀具中心點(diǎn)控制。五軸加工刀具半徑補(bǔ)償。三維圓弧插補(bǔ)，可以指定傾斜平面內(nèi)的圓弧。五軸加工刀具中心點(diǎn)控制。傾斜加工指令。五軸加工用手動(dòng)進(jìn)刀。4.4.4數(shù)控智能、環(huán)保、安全技術(shù)1.智能

1）智能技術(shù)?隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的智能化將不斷提高。主要為：

①應(yīng)用自適應(yīng)控制（AdaptiveControl）技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)加工過程中的一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。②引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。當(dāng)前已開發(fā)出模糊邏輯控制和帶自學(xué)習(xí)功能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)和其它數(shù)控加工系統(tǒng)。③引入故障診斷專家系統(tǒng)④智能化伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

?2）智能技術(shù)應(yīng)用

機(jī)床的智能化不僅可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程服務(wù)，而且使機(jī)床融合了信息技術(shù)和管理技術(shù)。①日本Mazak公司的Integrexe系列車銑中心為五軸聯(lián)動(dòng)（X、Y、Z、B、C）。可通過開放式CNC系統(tǒng)與公司的e塔式信息中心交換數(shù)據(jù)，從局域網(wǎng)下載零件圖紙、加工程序，對(duì)零件加工過程進(jìn)行監(jiān)控、錄像，以便對(duì)加工中心出現(xiàn)的問題進(jìn)行檢查分析。機(jī)床采用的信息技術(shù)為操作者和管理者提供了廣泛支持。包括：顯示生產(chǎn)進(jìn)度（用CCD攝像頭和特有的結(jié)構(gòu)監(jiān)控）、輔助操作者改善機(jī)床的操作、使機(jī)床由報(bào)警狀態(tài)快速恢復(fù)正常、顯示加工完成情況報(bào)告（通過移動(dòng)）、機(jī)床報(bào)警通知、時(shí)間顯示、加工完成時(shí)間、要求維護(hù)保養(yǎng)通知等等。機(jī)床還有指紋識(shí)別系統(tǒng)，機(jī)床可進(jìn)行車、銑、鉆、熱處理、磨等加工。②意大利的板材加工線編程系統(tǒng)采用三維圖像自動(dòng)編程，并進(jìn)行成型工藝仿真、?監(jiān)控機(jī)床的使用狀況、預(yù)警維護(hù)保養(yǎng)。

還可以計(jì)算工時(shí)、成本、交貨期，通過遠(yuǎn)程通訊解決用戶編程中的難題。2.環(huán)保

環(huán)境保護(hù)越來越受到重視。節(jié)地、節(jié)能、低噪聲、干切削、無液壓、免潤(rùn)滑（MQL－MinimumQuitLiquid）、是今后數(shù)控機(jī)床發(fā)展的新特點(diǎn)。機(jī)床普遍采用即堅(jiān)固美觀，又方便操作的全封閉活動(dòng)罩門，防止切削液飛濺和形成油霧。安裝油霧分離器使排除的只是不含油的霧。在切削加工中，作為重要環(huán)保措施的干切削，是指在加工過程中不使用或極少使用冷卻潤(rùn)滑液。

干切削的技術(shù)措施：刀具采用耐熱性和散熱性良好的涂層材料。無潤(rùn)滑的解決辦法是：采用潤(rùn)滑性能優(yōu)異的涂層物質(zhì)、設(shè)計(jì)有利于斷屑和排屑的刀具形狀和幾何參數(shù)。許多機(jī)數(shù)控床實(shí)現(xiàn)了干切削，特別是齒輪加工機(jī)床很多都?是干切削的。干式切削要解決的問題是刀具壽命、切屑的及時(shí)排走和價(jià)格問題。

安全分三個(gè)層次：操作者、機(jī)床和工件。

人的安全是通過帶電子鎖的全封閉罩（甚至是防彈玻璃）和雙手操作按鈕來保證；

在突然停電或遇突發(fā)故障時(shí)，刀具會(huì)迅速與工件分離，保證機(jī)床安全；

工件的安全通過傳感器和安全開關(guān)來保證。?4.4.5復(fù)合數(shù)控功能

1.定義：

復(fù)合加工是指在同一機(jī)械上，可以進(jìn)行多種工藝的加工。如一圓柱體各部位加工：在一臺(tái)機(jī)床上車削外圓、鏜內(nèi)孔、銑圓柱面上的溝槽等，可提高生產(chǎn)率。該機(jī)床上要有進(jìn)行復(fù)合加工功能的控制系統(tǒng)。如“車銑加工中心”、“銑車加工中心”的數(shù)控系統(tǒng)是銑、車等功能的復(fù)合。

車銑復(fù)合中心是由車削中心衍生出的車銑復(fù)合中心。在數(shù)控車床的托板上增加大功率、高轉(zhuǎn)速的電主軸動(dòng)力頭。電主軸頭除了隨托板作X、Z軸運(yùn)動(dòng)外，還作垂直于X、Z平面的Y軸運(yùn)動(dòng)和繞Y軸回轉(zhuǎn)的B軸運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到了車銑復(fù)合。

奧地利WFL公司的Millturn系列“9軸數(shù)控車銑復(fù)合中心”是一種集車削中心、五軸加工中心、深孔鉆和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的所有功能復(fù)合。整機(jī)可以進(jìn)行車、銑、鉆、鏜、插、滾齒等各種操作。

“7軸兩個(gè)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床”該機(jī)結(jié)構(gòu)為臥式雙主軸、?單刀塔。雙面布置的兩個(gè)主軸每個(gè)都可作C軸旋轉(zhuǎn)和Z軸運(yùn)動(dòng)，刀塔作X軸Y軸運(yùn)動(dòng)和B軸旋轉(zhuǎn)，刀塔上可配24把刀具。兩個(gè)主軸頭可分別與刀塔實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。

“7軸排刀數(shù)控車床”其為臥式雙主軸刀排式布局，雙主軸均帶C軸控制，兩個(gè)主軸分別配置動(dòng)力刀排，實(shí)現(xiàn)七軸控制。

銑車中心已系為主，帶有車的功能。

瑞士的銑車中心是在立式加工中心上帶棒料自動(dòng)送料器，以棒料為坯料復(fù)合了車削功能。主軸最高轉(zhuǎn)速為20230r/min，機(jī)床X、Y、Z、A、B等多軸可控。

德國的Stama、美國的Saas也有銑車中心。數(shù)控滾－磨機(jī)、蝸桿－成型磨齒機(jī)及集自動(dòng)上下料、檢測(cè)、刀具對(duì)中、磨齒及修正砂輪于一體的磨齒機(jī)均為復(fù)合機(jī)床。

復(fù)合數(shù)控機(jī)床還有：臥式鏜銑和深孔鉆的復(fù)合機(jī)床、板材沖和激光切割（或等離子切割、火焰切割）的復(fù)合機(jī)床。4.4.6進(jìn)網(wǎng)通訊功能:以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、無線通訊技術(shù)。?PC、CNC對(duì)多臺(tái)機(jī)床進(jìn)行集中監(jiān)控和管理需要通過網(wǎng)絡(luò)通信。傳送程序，監(jiān)控加工狀態(tài)，傳送維修數(shù)據(jù)、進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作和診斷，傳送CAD/CAM數(shù)據(jù)。現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)要求CNC系統(tǒng)有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。

4.4.7高可靠性、高安全性；采取措施：采用光纖通訊，減少電纜連接；采用糾錯(cuò)碼（ECC）；采用雙檢措施：在CNC內(nèi)嵌入多個(gè)處理器冗余的監(jiān)控伺服電機(jī)、主軸電機(jī)、與安全相關(guān)的I/O信號(hào)，并使用急停與相關(guān)的I/O電路，使系統(tǒng)安全的運(yùn)行和停止。4.4.8控制器的開放性（開放式數(shù)控系統(tǒng)）

前面已介紹，要注意幾點(diǎn)：要保證實(shí)時(shí)性，不是現(xiàn)在的PC機(jī)拿來就能用。開放性和可靠性時(shí)是有矛盾的，注意解決它們之間的關(guān)系。開放是有層次的，按模塊或組件，不能無限開放。

4.4.9

STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)?有兩種方案：一是增加STEP-NC程序的編譯器、二是重新設(shè)計(jì)開放式CNC系統(tǒng)。這樣才能以STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)編制的程序，進(jìn)行CAD/CAM與CNC一體化的加工。

4.5伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展通訊ASIC位置測(cè)量傳感器位置實(shí)際值速度實(shí)際值電流實(shí)際值電流測(cè)量傳感器Gatingunit通訊進(jìn)給控制速度控制電流控制轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)總線驅(qū)動(dòng)模塊EM1FT6電機(jī)編碼器數(shù)字系統(tǒng)的進(jìn)給控制?傳動(dòng)系統(tǒng)及控制方案圖紗架W隨動(dòng)坐標(biāo)主軸C坐標(biāo)擺頭A坐標(biāo)小車Z坐標(biāo)伸臂X坐標(biāo)上位機(jī)變頻系統(tǒng)及NC數(shù)控單元PLC邏輯控制器操作面板電源及保護(hù)空調(diào)控制柜操作臺(tái)?新發(fā)展的主要技術(shù)

伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是數(shù)控技術(shù)的重要組成部分。與數(shù)控裝置相配合，伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性直接影響機(jī)床的位移速度，定位精度和加工精度。現(xiàn)在，直流伺服系統(tǒng)被交流數(shù)字伺服系統(tǒng)所取代；伺服電機(jī)的位置，速度及電流環(huán)都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化；并采用了新的控制理論，實(shí)現(xiàn)了不受機(jī)械負(fù)荷變動(dòng)影響的高速響應(yīng)系統(tǒng)。前饋控制技術(shù)。過去的伺服系統(tǒng)，是把檢測(cè)器信號(hào)與位置指令的差值乘以位置環(huán)增益作為速度指令。這種控制方式總是存在著跟蹤滯后誤差，這使得在加工拐角及圓弧時(shí)加工精度惡化。所謂前饋控制，就是在原來的控制系統(tǒng)上加上速度指令的控制方式，這樣使伺服系統(tǒng)的跟蹤滯后誤差大大減小。2.機(jī)械靜止摩擦的非線性控制技術(shù)。

對(duì)于一些具有較大靜止摩擦的數(shù)控機(jī)床，新型數(shù)字伺服系統(tǒng)具有補(bǔ)償機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)靜摩擦的非線性摩擦的非線性控制功能。?3.伺服系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)（包括電流環(huán)）均采用數(shù)字閉環(huán)，軟件計(jì)算、數(shù)字調(diào)解等。為適應(yīng)不同類型的機(jī)床，不同精度和不同速度的要求，預(yù)先調(diào)整加、減速性能或自動(dòng)調(diào)整加、減速性能。4.采用高分辨的位置檢測(cè)裝置。高分辨率的脈沖編碼器，內(nèi)有微處理器組成的細(xì)分電路，使得分辨率大大提高，增量位置檢測(cè)為10000p/r

（脈沖數(shù)/每轉(zhuǎn)）以上；絕對(duì)位置檢測(cè)為1000000p/r、16000000以上。

5.補(bǔ)償技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具有補(bǔ)償功能，可以對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行多種補(bǔ)償，如絲杠螺距誤差補(bǔ)償，齒側(cè)間隙補(bǔ)償、軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、空間誤差補(bǔ)償和熱變形補(bǔ)償?shù)取?.采用光柵尺的全閉環(huán)系統(tǒng)7.矢量控制技術(shù)。?4.6機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)

為適應(yīng)數(shù)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。為縮小體積，減少占地面積，更多地采用機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)。為了提高自動(dòng)化程度，而采用自動(dòng)交換刀具，自動(dòng)交換工件，主軸立、臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換，工作臺(tái)立、臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換，主軸帶C軸控制，萬能回轉(zhuǎn)銑頭，以及“數(shù)控夾盤”，“數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)”，“動(dòng)力刀架”和“數(shù)控夾具”等。

為了提高數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性，伺服系統(tǒng)和主機(jī)進(jìn)行很好的機(jī)電匹配。同時(shí)主機(jī)也借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行模塊化、優(yōu)化設(shè)計(jì)。4.6.1設(shè)計(jì)思想的發(fā)展機(jī)床是工作母機(jī)，機(jī)床制造必須連續(xù)不斷的開發(fā)新思想，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品制造質(zhì)量和效率日益提高地要求。單純優(yōu)化現(xiàn)有工藝和一再提高機(jī)床的功率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和運(yùn)動(dòng)學(xué)領(lǐng)域的新開發(fā)、輕型化的新材料、環(huán)保生產(chǎn)、機(jī)床安全、精度和測(cè)試技術(shù)、微型制造和微型裝卸技術(shù)等方面的研究值得注意。?

機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分配和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)已經(jīng)打破傳統(tǒng)的金切機(jī)床分類:

不管是工件旋轉(zhuǎn)還是刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，只要工件和刀具之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)就行，并要求這種布置為最佳。

機(jī)床的動(dòng)力頭在同一臺(tái)機(jī)床上有時(shí)作傳統(tǒng)意義上的主軸使用，有時(shí)又作動(dòng)力刀具的旋轉(zhuǎn)軸使用。

在同一次裝夾的情況下，上一工步工件旋轉(zhuǎn)作為主運(yùn)動(dòng)，下一步則是工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。以“完全加工”的理念進(jìn)行工序復(fù)合和功能復(fù)合。

4.6.2機(jī)床功能部件

1.電主軸；

驅(qū)動(dòng)、軸承、潤(rùn)滑、冷卻、本體（動(dòng)平衡、減輕重量）。電機(jī)：交流同步（額定轉(zhuǎn)速下，橫扭矩）、交流異步（高速性好）2.直接驅(qū)動(dòng)：旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)、直線直接驅(qū)動(dòng)；

旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)：力距電機(jī)，低速大扭矩。

直線直接驅(qū)動(dòng)：直線電機(jī)，已解決漏磁和發(fā)熱問題。加速度可達(dá)3個(gè)g3.滾動(dòng)部件：滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；?精緊自潤(rùn)滑滾珠絲杠，加速度可達(dá)2g。4.數(shù)控刀架；數(shù)控刀架形式多樣（德國，意大利）刀架的控制和驅(qū)動(dòng)采用伺服電機(jī)或液壓系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)180°的時(shí)間安已縮短到0.5s。刀架°品種繁多，可以為各種數(shù)控車床、車削加工中心配套。

5.銑頭；為數(shù)控銑床、加工中心、車銑中心等配套的各式各樣銑頭。車銑中心用的B軸銑頭，可在210°范圍內(nèi)擺角進(jìn)行高精度銑切加工；數(shù)控銑床、加工中心用的二坐標(biāo)銑頭能A、B軸（立、臥二用）擺角，可加工任意空間面。6.數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)；已有了二坐標(biāo)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，具有連續(xù)分度和鼠牙盤分度二種形式。它具有雙耳軸，平臺(tái)能傾轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)臺(tái)上配備交換工作臺(tái)接收裝置。

7.刀庫；刀庫容量增大，

大容量、刀位不動(dòng)的“貨架式”刀庫用工業(yè)機(jī)器人取放?的刀具；

“圓柱形立體刀庫”（德國）在圓柱內(nèi)可容納500把刀，圓柱中心的工業(yè)機(jī)器人按程序預(yù)選、取放、并傳遞給機(jī)床主軸；

“框架式刀庫”（瑞士）該刀庫每個(gè)模塊可容納96把刀具，模塊外形1.8×1×2.25m，可以層層疊加擴(kuò)展容量。刀庫內(nèi)機(jī)械手按程序抓放刀后，先傳遞給一個(gè)作為“二傳手”的接接模塊，再對(duì)機(jī)床換刀。

數(shù)控刀架形式多樣（德國，意大利）刀架的控制和驅(qū)動(dòng)采用伺服電機(jī)或液壓系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)180°的時(shí)間安已縮短到0.5s。刀架°品種繁多，可以為各種數(shù)控車床、車削加工中心配套。8.棒料自動(dòng)送料器；9.潤(rùn)滑系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)等等。10.高速多軸轉(zhuǎn)塔頭

塔頭的主軸有2、3、6、8個(gè)等多種，轉(zhuǎn)速最高可達(dá)12023～18000r/min，功率4～50kW。?

4.6.3并聯(lián)機(jī)床進(jìn)入實(shí)用階段并聯(lián)機(jī)床自94年在美國芝加哥國際機(jī)床展覽會(huì)上面市以來，有了很大發(fā)展，結(jié)構(gòu)緊湊而且增大了工作空間，機(jī)床剛度和工作精度進(jìn)一步提高，已進(jìn)入實(shí)用階段。主要用于汽車業(yè)、航空業(yè)和模具業(yè)。在加工中心和可移動(dòng)FMC中也采用了并聯(lián)結(jié)構(gòu)。有六桿、三桿、立式、臥式并聯(lián)機(jī)床，結(jié)構(gòu)形式為并聯(lián)、串聯(lián)和混合結(jié)構(gòu)，可采用直線電機(jī)和電主軸。并聯(lián)機(jī)床的工作臺(tái)有固定臺(tái)、可交換臺(tái)、水平分度臺(tái)、滑座床身等多種。現(xiàn)已達(dá)到的最高精度：定位精度為±5μμm。過去并聯(lián)機(jī)床的最大問題是精度不如傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)床，其原因一是坐標(biāo)軸（支桿）的位置精度不高，二是由于熱效應(yīng)和切削力引起的變形。現(xiàn)在桿內(nèi)除裝有滾珠絲杠外，還有檢測(cè)桿自身長(zhǎng)度的測(cè)量系統(tǒng)，通過補(bǔ)償校正運(yùn)動(dòng)精度。4.6.4數(shù)控激光加工領(lǐng)域有了新的進(jìn)展

激光加工機(jī)床有：用于板材下料的激光切割中心、激光龍門銑切機(jī)床（可以五軸聯(lián)動(dòng)）、激光雕刻機(jī)床、激光加工中心（三個(gè)光學(xué)軸，三個(gè)機(jī)械軸）、高速銑切和激光加工復(fù)合機(jī)床。功率：精細(xì)加工為?幾百瓦、切割等為幾千瓦。

激光器有：CO2激光器、固體激光器YAG、準(zhǔn)分子激光器（冷切削）。

激光加工工藝方法：激光銑切、激光雕刻銑切、激光焊接、激光表面處理、激光打孔、激光切割等。激光銑切的進(jìn)一步發(fā)展，有可能取代部分電加工機(jī)床。

激光加工范圍：“激光束能”（激光束直徑Φ0.04MM～0.1MM）幾乎對(duì)所用材料都能加工，如精密膜具和工件加工、膜型制造、珠寶加工、薄片加工、刀具加工、陶瓷的精細(xì)雕刻（這是一般銑削和電火花加工所不能比擬的）。

加工精度：10μm，表面粗糙度：1μm。

4.6.5成套、成線制造裝備。

4.6.6工業(yè)機(jī)器人技術(shù)融入數(shù)控機(jī)床，促進(jìn)成套技術(shù)向自動(dòng)化方

向發(fā)展。

?

編程技術(shù)的發(fā)展4.7.1數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展

數(shù)控編程技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的主要環(huán)節(jié)，發(fā)展趨勢(shì):由手工編程發(fā)展到自動(dòng)編程由APT語言形式發(fā)展到自CAD/CAM自動(dòng)編程。此外還有下面特點(diǎn)：1.脫機(jī)編程發(fā)展到在線編程。傳統(tǒng)的編程是脫機(jī)進(jìn)行的。由人工、計(jì)算機(jī)以及采用編程機(jī)來完成，然后再輸入給數(shù)控裝置?，F(xiàn)代的CNC裝置有很強(qiáng)的存儲(chǔ)和運(yùn)算能力，把很多自動(dòng)編程機(jī)具有的功能，移植到數(shù)控裝置的計(jì)算機(jī)中來，在人工操作鍵盤和彩色顯示器的作用下，在線的以人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行編程，并具有前臺(tái)操作、后臺(tái)編程的功能。2.具有機(jī)械加工技術(shù)中的特殊工藝和組合工藝方法的程序編制功能。

除了具有圓切削、固定循環(huán)和圖形循環(huán)外，還有宏程序設(shè)計(jì)、子程序設(shè)計(jì)功能，會(huì)話式自動(dòng)編程、藍(lán)圖編程和實(shí)物編程，?功能。

3.編程系統(tǒng)由只能處理幾何信息發(fā)展到幾何信息和工藝信息同時(shí)處理的新階段。新型的CNC系統(tǒng)中裝入了小型工藝數(shù)據(jù)庫，使得在線程序編制過程中可以自動(dòng)選擇最佳切削用量和適合的刀具。4.7.2基于CAD/CAM軟件的交互圖形自動(dòng)編程CAD/CAM軟件數(shù)控編程簡(jiǎn)介

交互圖形編程的實(shí)現(xiàn)是以CAD技術(shù)為前提，編程的核心是刀位點(diǎn)的計(jì)算。對(duì)于復(fù)雜零件，其數(shù)控加工刀位點(diǎn)的人工計(jì)算十分困難。而CAD三維造型包含了數(shù)控編程所需要的完整的零件表面幾何信息，計(jì)算機(jī)軟件可針對(duì)這些幾何信息進(jìn)行數(shù)控加工的刀位自動(dòng)計(jì)算。絕大部分?jǐn)?shù)控編程軟件（CAM）都具有CAD功能，因此稱為CAD/CAM一體化軟件。基于CAD/CAM軟件的交互圖形編程技術(shù)與CAD技術(shù)相比較要簡(jiǎn)單的多，其實(shí)現(xiàn)過程基本固定，其操作簡(jiǎn)單易學(xué)，然而對(duì)經(jīng)驗(yàn)依賴較強(qiáng)。目前，市場(chǎng)上流行的CAD/CAM軟件種類較?多，均具備了交互圖形編程的功能，操作大同小異。常用CAD/CAM軟件簡(jiǎn)介

：1.UG（Unigraphich）為EDS公司產(chǎn)品，是世界上處于領(lǐng)先地位的最著名的幾種大型CAD/CAM軟件之一。2.PRO/E同上。3.Cimatrom為1982年成立的以色列Cimatrom公司產(chǎn)品該軟件具有功能齊全、操作方便、學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，受到小型加工企業(yè)的歡迎，在我國有廣泛的應(yīng)用。4.MasterCAM為美國CNCSoftware公司研制開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)，它與Cimatrom相識(shí)，也是一種簡(jiǎn)單易學(xué)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型CAD/CAM軟件。5.CATIA等6.POWERMILL等。?刀位軌跡計(jì)算CAD造型加工工藝分析和規(guī)劃參數(shù)設(shè)置仿真校驗(yàn)后處理刀具設(shè)置加工工藝參數(shù)設(shè)置切削方式設(shè)置加工對(duì)象設(shè)置圖4.7-1CAD/CAM交互圖形編程流程

基本實(shí)現(xiàn)過程1.CAD/CAM交互圖形編程的過程和內(nèi)容?2.包括內(nèi)容：（1）CAD造型是交互式自動(dòng)編程的基礎(chǔ)，編程人員需要掌握一定的三維造型技術(shù)。零件造型裝配圖工程圖（2）加工工藝分析和規(guī)劃：⑴加工對(duì)象及區(qū)域規(guī)劃。⑵加工工藝路線規(guī)劃⑶加工工藝和加工方式確定（3）參數(shù)設(shè)置：

①加工對(duì)象

②刀具設(shè)置

③加工工藝參數(shù)設(shè)置

④切削方式設(shè)置（4）刀位軌跡計(jì)算（5）仿真校驗(yàn)（6）后處理?3.編程的質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)為：⑴

程序是正確的、完備（如不存在加工殘留區(qū)域），零件加工質(zhì)量穩(wěn)定。⑵誤差控制：包括插補(bǔ)誤差、殘留高度控制等。⑶

程序的穩(wěn)定性好可讀性好，易于調(diào)試和修改。例如：要改變非圓曲線的逼近步長(zhǎng)或曲面的走刀行距，只需修改某一個(gè)參數(shù)即可，而不必修改整個(gè)程序。當(dāng)?shù)毒甙霃阶兓蛄慵惭b位置改變，不需改變程序⑷充分發(fā)揮系統(tǒng)功能，使程序最短。例如：系統(tǒng)有型腔宏指令，一條指令可以編出一個(gè)銑腔程序。若棄之不用，改為一刀一刀的描述，則勢(shì)必造成程序冗長(zhǎng)。⑸

程序的通用性好。若有系列零件，則只需編一種，其余只要修改關(guān)鍵尺寸，程序即可使用。⑹

加工效率：即在保證加工精度的前提下，加工程序的執(zhí)行時(shí)間越少越好。⑺

安全性：指程序?qū)赡艹霈F(xiàn)的讓刀、漏刀、撞刀及過切等不良現(xiàn)象的防范措施和效果。⑻

工藝性：包括進(jìn)退刀的設(shè)置、刀具選擇、加工工藝規(guī)劃（加工流程及余量分配）、切削方式（刀位軌跡形式選擇）、接刀痕跡控制及其他各種工藝參數(shù)（如進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削方向、背吃刀量等）的設(shè)置等。⑼

編程成本低、運(yùn)行成本要低、后續(xù)加工成本低。?4.用CAM編制程序的優(yōu)化由于數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床各異，盡管有專用后置處理或萬能后置處理，CAM的后置處理功能還時(shí)比較弱，與機(jī)床CNC數(shù)控系統(tǒng)功能相比，仍有相當(dāng)差距。對(duì)用CAM編制的程序應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化。若能既充分發(fā)揮CAM的優(yōu)點(diǎn)，又能避免其不足，還能充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的功能和操作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就需要對(duì)CAM編制的零件加工程序進(jìn)行優(yōu)化，使之編出一個(gè)高水準(zhǔn)的零件加工程序。優(yōu)化加工程序建議從以下幾方面考慮。4.1發(fā)揮系統(tǒng)刀具半徑補(bǔ)償功能。4.2以圓弧插補(bǔ)功能代替直線逼近。4.3利用系統(tǒng)的簡(jiǎn)化編程功能。

系統(tǒng)提供了大量的簡(jiǎn)化編程功能，如：固定循環(huán)；刀具補(bǔ)償；輪廓直接編程；比例縮放和鏡象；坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)；典型形狀（圓周、矩陣）；孔位描述計(jì)算；?規(guī)則形狀（圓形、矩形）挖腔；不規(guī)則形狀挖腔；帶孤島型挖腔等功能。若CAM的后置處理，能按這些功能處理出零件加工程序，則可大大縮短程序。例如曲面加工，只編出一個(gè)象限的加工程序，利用系統(tǒng)的鏡象功能加工其余象限，則程序?yàn)樵瓉淼?／4。在鏈輪等重復(fù)形狀的輪廓加工中，用CAM編出一個(gè)形狀的輪廓，其余用旋轉(zhuǎn)功能，程序縮短的更可觀。又如矩形腔的挖腔程序，多刀多層切削程序較長(zhǎng)，若能處理成挖腔宏指令，則只需一段程序便能完成整個(gè)挖腔加工。4.4發(fā)揮系統(tǒng)空間刀具半徑補(bǔ)償功能。4.5利用系統(tǒng)的用戶宏程序功能，縮短非圓曲線輪廓、空間曲線甚至曲面的加工程序。4.6利用子程序功能簡(jiǎn)化編程。

用CAM編制子程序加工程序，由數(shù)控系統(tǒng)編制主程序和子程序調(diào)用功能。子程序中有大量的數(shù)值計(jì)算工作量，由CAM來完成。主程序多調(diào)用指令用手工編程，這樣程序靈活且編程工作量又不大。為了保證質(zhì)量和可靠性還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a)要保持嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)，對(duì)每個(gè)設(shè)置的參數(shù)都應(yīng)反復(fù)確認(rèn)，刀位軌?跡計(jì)算后，必須進(jìn)行仿真校驗(yàn)。b)NC編程操作應(yīng)規(guī)范化和模式化。c)對(duì)重要的加工程序應(yīng)進(jìn)行試切校驗(yàn)。

數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)⑴

工藝內(nèi)容十分具體。

⑵

工藝設(shè)計(jì)非常嚴(yán)密。⑶

注重加工的適應(yīng)性，正確選擇加工方法和加工內(nèi)容。

為了保證質(zhì)量和可靠性還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a)要保持嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)，對(duì)每個(gè)設(shè)置的參數(shù)都應(yīng)反復(fù)確認(rèn)，刀位軌跡計(jì)算后，必須進(jìn)行仿真校驗(yàn)。b)NC編程操作應(yīng)規(guī)范化和模式化。c)對(duì)重要的加工程序應(yīng)進(jìn)行試切校驗(yàn)。

數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)⑴

工藝內(nèi)容十分具體。

⑵

工藝設(shè)計(jì)非常嚴(yán)密。⑶

注重加工的適應(yīng)性，正確選擇加工方法和加工內(nèi)容。

根據(jù)大量的數(shù)控加工實(shí)例分析，加工失誤的主要原因：?●工藝考慮不周；●計(jì)算錯(cuò)誤；●編程粗心大意。交互圖形編程工藝分析和規(guī)劃的主要內(nèi)容：?●加工對(duì)象及加工區(qū)域規(guī)劃；●加工路線規(guī)劃；●加工工藝和加工方法規(guī)劃

加工對(duì)象及加工區(qū)域規(guī)劃

⑴加工表面形狀差異較大，需要分區(qū)域加工;⑵加工表面不同區(qū)域尺寸差異較大，需要分區(qū)域加工;⑶為有效控制加工殘留高度，應(yīng)針對(duì)曲面的變化采用不同刀位軌跡型形式和行間距進(jìn)行分區(qū)加工。

4.7.3.

⑴上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊。⑵加工順序應(yīng)由粗加工到精加工逐步進(jìn)行，加工余量由大到小。⑶先進(jìn)行內(nèi)腔加工工序，后進(jìn)行外型的加工工序。⑷盡可能采用相同的定位、夾緊方式或同一把刀加工的工序，減少換刀次數(shù)與挪動(dòng)壓緊元件次數(shù)。⑸在同一次安裝中進(jìn)行的多道工序，應(yīng)先安排對(duì)工件剛性破壞較小的工序。加工工藝和加工方法規(guī)劃⑴刀具選擇。為不同的加工區(qū)域、加工類型選擇合適的刀具。⑵刀軌形式選擇。針對(duì)不同的加工區(qū)域、加工類型、加工工序?

選擇合適的刀軌形式。⑶誤差控制。確定合理的編程誤差，給其他誤差留有余地。⑶誤差控制。確定合理的編程誤差，給其他誤差留有余地。⑷殘余高度控制。根據(jù)刀具參數(shù)、加工表面特征確定合理的刀軌行間距在保證表面質(zhì)量的前提下，盡可能提高加工效率。⑸切削工藝控制。包括切削用量（背赤道量、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速）、加工余量、進(jìn)退刀、冷卻液控制等諸多內(nèi)容，是影響加工精度、表面質(zhì)量和加工損耗的重要因素。⑹安全控制。包括安全高度、避讓區(qū)域的確定。參數(shù)設(shè)置

⑴鉆孔加工⑵切槽加工⑶外形加工

3.切削方式設(shè)置

⑴等高切削⑵沿面切削⑶插式加工⑷曲線加工⑸清角加工⑹混合加工

⑴

平行切削⑵環(huán)繞切削?

端面定位1：10錐面定位高速刀柄（HSK）

??⑶毛坯環(huán)切⑷螺旋切削.⑸放射切削4.切削方式設(shè)置刀位軌跡形式

1.二軸或二軸半加工的刀軌形式⑴鉆孔加工⑵切槽加工⑶外形加工

2.三軸加工的刀軌形式⑴等高切削

⑵沿面切削⑶插式加工⑷曲線加工⑸清角加工⑹混合加工

走刀方式⑴平行切削.也稱為行切法加工⑵環(huán)繞切削

⑶毛坯環(huán)切.

⑷螺旋切削

?

⑸

放射切削4.加工工藝參數(shù)設(shè)置1.切削用量的選擇與計(jì)算⑴背吃刀量⑵切削寬度

⑶切削速度⑷主軸轉(zhuǎn)速⑸進(jìn)給速度2.進(jìn)/退刀控制方法⑴垂直進(jìn)/退刀方式⑵水平方向進(jìn)/退刀方式

⑴起止高度⑵慢速下刀距離⑶抬刀控制4.刀具半徑補(bǔ)償與長(zhǎng)度補(bǔ)償

?

數(shù)控編程的誤差控制

2.殘余高度0數(shù)控程序的后置處理

形成特定機(jī)床的數(shù)控機(jī)工程序。?

4.8高速加工

4.8.1概述

1.1931年由德國所羅門（Salomon）提出高速加工，所羅門推論：在切削速度達(dá)到15000m/min時(shí)，切削溫度達(dá)到最大值，如果在這個(gè)臨界值之后，切削速度增加，則切削溫度下降（后來研究證明，該推論不完全正確，需修正）。高速加工切削速度刀具壽命切削力圖4.8-1所羅門（Salomon）曲線?

2.高速加工于80年代進(jìn)了一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期，90年代在制造業(yè)廣泛應(yīng)用。它是

一種先進(jìn)的金屬切削加工技術(shù)，由于它大大的提高切削率和加工質(zhì)量，又稱為高性能加工。多用于銑削加工。高速加工由航空工業(yè)和模具工業(yè)的需求而推動(dòng)的。

現(xiàn)在美國和日本大約有30%的公司已經(jīng)使用高速加工，在德國這個(gè)比例高于40%。在飛機(jī)制造業(yè)，高速銑已經(jīng)普遍用于飛機(jī)零件的加工。

：

高速主軸單元，電主軸。

快速進(jìn)給和高加/減速的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

高性能的高速CNC控制系統(tǒng)。配以高速加工的CAD/CAM軟件。

超硬的刀具材料（包括涂層工藝及材料）。

目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的銑削加工機(jī)床主軸轉(zhuǎn)述在20230～60000r/min，最高達(dá)到150000r/min；在x、y、z進(jìn)給坐標(biāo)方向的最大進(jìn)給速度也提高到24～60m/min。

高速加工的基本出發(fā)點(diǎn)是高速低負(fù)荷。在此狀態(tài)下的切削比低速高負(fù)荷狀態(tài)下切削能更快的切除材料。?

4.高速加工采用全新的加工工藝，從刀具、切削參數(shù)、走刀路徑的選擇及程序的編制，都不同于傳統(tǒng)的加工。能實(shí)現(xiàn)：

零件精細(xì)結(jié)構(gòu)的加工；

難加工材料的加工（淬硬鋼、石墨、鈦合金）；微小結(jié)構(gòu)（小孔、細(xì)槽）的銑削加工；薄壁類零件的加工。同時(shí)簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序使絕大多數(shù)工作都集中在高速加工中心上完成。定義：高速加工是一個(gè)相對(duì)的概念，與加工對(duì)象、刀具、切削參數(shù)有很大關(guān)系。一般認(rèn)為高速加工的切削速度和進(jìn)給率至少是普通切削的5~10倍。典型高速銑加工參數(shù)材料切削速度（m/min）進(jìn)給率（m/min）刀具/刀具涂層鋁120~200~2023整體硬質(zhì)合金/無涂層鋼60~120~1000整體硬質(zhì)合金/無涂層鋼（42HRC~52HRC）30~70~400整體硬質(zhì)合金/TiCN/TiAlCN涂層鋼（52HRC~60HRC）30~40~250整體硬質(zhì)合金/TiCN/TiAlCN涂層?

另一定義：利用高的主軸轉(zhuǎn)速和高的進(jìn)給速度，達(dá)到高的金屬切除率，并獲得良好的加工精度和質(zhì)量。

5.高速銑應(yīng)用的領(lǐng)域：

①航空工工業(yè)及其零件產(chǎn)業(yè)：鋁合金、難切削合金（如鈦合金等）、薄壁結(jié)構(gòu)零件、整體材料直接加工出來的零件等。②汽車/機(jī)車工業(yè)及其零件產(chǎn)業(yè)：輕合金和非鐵金屬。③模具工業(yè)及其周邊產(chǎn)業(yè)：模體材料為鈦合金、硬化材料等，④機(jī)電及消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)：機(jī)電產(chǎn)品和消費(fèi)品的外殼和結(jié)構(gòu)。

4.8.2高速加工的工藝及其設(shè)置一、高速加工工藝1．高速加工的工藝研究關(guān)鍵技術(shù)有三點(diǎn)：第一是保持切削載荷平穩(wěn)；第二是最小的進(jìn)給率順失；第三是最大的程序處理速度。高速銑的工藝特點(diǎn)如下：◆很窄的公差帶；◆淺切削（切削深度不大于刀具直徑的10%）。?◆高的切削速度（達(dá)到機(jī)床極限）?！粲眯逼潞吐菪竭M(jìn)刀?！舸罅坎捎梅謱蛹庸??！糨喞庸げ捎眯〉拇植诙??！舳嘤们蝾^刀?！羟谐时M量保持常數(shù)?！舴乐巩a(chǎn)生切削的二次切斷2．高速銑的主要工藝原則①粗加工

◆刀具總是以5°的傾角，以螺旋或傾斜方式進(jìn)入工件材料。◆進(jìn)給率和機(jī)床轉(zhuǎn)速之比應(yīng)該達(dá)到最佳，它與刀具材料和工件材料有關(guān)，同時(shí)，還取決于機(jī)床和CNC系統(tǒng)的能力?！粢苊馔蝗桓淖兎较颍词乖跍p少進(jìn)給量或刀具停止時(shí)也要避免。另外，如果進(jìn)給量一下變?yōu)榱悖瑢?huì)引起刀具和工件之間的磨擦增大，可能加少刀具壽命，或者在嚴(yán)重情況下，會(huì)造成刀具的立即損壞（由于產(chǎn)生過渡的熱）?！魹榱似椒€(wěn)從容的加工硬化了的材料，徑向進(jìn)刀量不得大于6%~8%的道具直徑，深度進(jìn)給量最大不超過5%的刀具直徑。②半精加工半精加工高速銑削條件：?

◆避免急劇的銑切運(yùn)動(dòng)?！魹楸苊膺^切，刀具直接下沉到下一個(gè)切削平面（層間距離較小），不可能采用螺旋或斜坡進(jìn)刀）?！魪较蜻M(jìn)刀量小于6%~8%的刀具直徑。◆滿足等量切削條件。半精加工常采用以下二種方法：一是“剩余材料銑切”。二是“Z向分層螺旋式銑切”。

③精加工精加工的高速銑條件：◆避免急劇變化的刀具運(yùn)動(dòng)?！舯苊庠谕庑屋喞线M(jìn)刀和退刀。輪廓銑中直接下沉到下一各深度，如果作不到直接下沉，可用螺旋或斜坡下沉?！裘魁X的橫向進(jìn)刀量（fz）要與徑向進(jìn)刀量相當(dāng)?！舨捎谜鎸?shí)的粗糙度銑切——用刀具粗糙度值計(jì)算步距。◆每齒進(jìn)刀量為常數(shù)，可達(dá)到最好的表面加工直量。

3．高速銑常見工藝問題的處理⑴順逆銑⑵凹、凸角加工⑶陡壁加工?⑷分層加工⑸

進(jìn)退刀控制

逼近矢量退出矢量切削矢量切削矢量

圖6-2螺旋、圓弧方式進(jìn)退刀⑹

拐角加工

?⑺

螺旋驅(qū)動(dòng)加工

⑻

刀具路徑的優(yōu)化

⑼刀位軌跡的橫向過渡①抬刀式過渡。為了避免行間過渡時(shí)方向急劇變化和全刀寬切削，可用抬刀過渡：“高爾夫球桿”式過渡、抬刀到安全平面過渡。②各種過渡方式。包括：不延伸過渡、線性延伸過渡、圓弧延伸過渡、線性加圓弧延伸過渡。③步距間圓弧過渡。⑽

三維輪廓加工

4．粗加工后的清理⑾薄壁零件加工

4．粗加工后的清理?⑴基于殘留材料的加工

⑵

清根加工

二、工藝設(shè)置⑴刀柄的選擇

⑵刀具幾何參數(shù)

⑶刀具材料的選擇

2．合理切削用量4.8.3高速加工的程序編制1．高速加工編程關(guān)心的問題⑴前視和預(yù)覽功能

⑵固定的刀具載荷，不要波動(dòng)

⑶采用安全和有效的加工方法

⑸合理安排工序

2．高速加工編程的策略

⑴光滑的進(jìn)退刀

⑵光滑的移刀方式

?1）行切的光滑移刀①行切的移刀直接采用切圓弧連接

②行切移刀采用內(nèi)側(cè)或外側(cè)圓弧過渡移刀

③切向的移刀采用高爾夫球竿頭式移刀方式

a)直接切圓弧移刀b)內(nèi)側(cè)或外側(cè)圓弧過渡移刀c)高爾夫球竿頭式移刀圖4-6行切光滑移動(dòng)