機(jī)床數(shù)控技術(shù)課件

緒論1.1概述1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程與趨勢(shì)1.1概述

1.1.1數(shù)控機(jī)床的定義

數(shù)控(NumericalControl，NC

）：用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。

數(shù)控機(jī)床（NumericallyControlledMachineTool）：簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床。即將機(jī)床的各種動(dòng)作、工件的形狀、尺寸以及機(jī)床的其他功能用一些數(shù)字代碼表示，把這些數(shù)字代碼通過(guò)信息載體輸入給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算以及處理，發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令，自動(dòng)地控制機(jī)床的刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而加工出所需要的工件。

1.1.2數(shù)控機(jī)床的組成及加工零件的工作過(guò)程

1.數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床主要由程序介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床主體等四部分組成。如圖1.1所示。1.1概述

圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成

程序介質(zhì):記載機(jī)床加工零件的全部信息。如零件加工的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)、切削速度等。常用的程序介質(zhì)有磁帶、磁盤(pán)、U盤(pán)等。數(shù)控機(jī)床大都采用操作面板上的按鈕和鍵盤(pán)將加工程序直接輸入或通過(guò)串行口將計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。在CAD/CAM集成系統(tǒng)中，其加工程序可不需任何載體直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)。1.1概述

磁帶、磁盤(pán)U盤(pán)CF卡穿孔帶機(jī)床傳輸線穿孔帶ISO標(biāo)準(zhǔn)代碼孔1.1概述

1.1概述

數(shù)控裝置:是控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的中樞系統(tǒng)，它的基本任務(wù)是接收程序介質(zhì)帶來(lái)的信息，按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，把它們轉(zhuǎn)換為伺服系統(tǒng)能夠接受的指令信號(hào)，然后將結(jié)果由輸出裝置送到各坐標(biāo)控制的伺服系統(tǒng)。

伺服系統(tǒng):由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。它的基本作用是接收數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的指令脈沖信號(hào)，控制機(jī)床執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移量，以完成零件的自動(dòng)加工。

通常數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)兩部分組成，各公司的數(shù)控產(chǎn)品也是將兩者作為一體的。系統(tǒng)集成控制單元主軸電機(jī)進(jìn)給伺服電機(jī)電子手輪I/O模塊

機(jī)床控制面板CNC鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)控制器直線式光柵傳感器1.1概述

AC伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)編碼器(增值型)交流直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器1.1概述

機(jī)床主體:也稱主機(jī)，包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(tái)(刀架)、導(dǎo)軌等。

1.1概述

數(shù)控車(chē)床斜置床身數(shù)控車(chē)床正置床身

數(shù)控機(jī)床的床身、立柱

1.1概述

臥式加工中心的框架式立柱

1.1概述

立式加工中心立柱1.1概述

1.1概述

數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠

滾珠絲杠螺母副的外循環(huán)方式

1—彎管；2—壓板；3—絲杠；4—滾環(huán)；5—螺紋管道1.1概述

滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的結(jié)構(gòu)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌工作原理

1.1概述

數(shù)控車(chē)床自動(dòng)換刀裝置雙刀架帶動(dòng)力頭臥式回轉(zhuǎn)刀架臥式回轉(zhuǎn)刀架立式回轉(zhuǎn)方刀架1.1概述

斗笠式刀庫(kù)

鏈?zhǔn)降稁?kù)盤(pán)式刀庫(kù)加工中心自動(dòng)換刀裝置1.1概述

加工中心刀具測(cè)量、工件測(cè)量系統(tǒng)加工中心刀具預(yù)調(diào)儀1.1概述

車(chē)床用光學(xué)對(duì)刀儀車(chē)床用HPA（HighPrecisionArm）刀具測(cè)量系統(tǒng)1.1概述

2.

數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過(guò)程

1）程序編制

2）程序輸入3）數(shù)據(jù)處理4）插補(bǔ)運(yùn)算5）伺服控制與零件加工1.1概述

1.1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

1）精度高、質(zhì)量穩(wěn)定;2）適應(yīng)性強(qiáng);3）生產(chǎn)效率高;4）勞動(dòng)條件好;5）便于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理;6）具有故障自診斷和監(jiān)控能力;7）使用與維護(hù)要求高。

1.1概述

1.1.4數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)

1.主要規(guī)格尺寸

數(shù)控車(chē)床：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑、刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑、加工最大工件長(zhǎng)度、最大車(chē)削直徑等；數(shù)控銑床、加工中心：工作臺(tái)面尺寸（長(zhǎng)、寬）、工作臺(tái)T形槽、工作行程等。2.主軸系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)方式、轉(zhuǎn)速、調(diào)速范圍、主軸回轉(zhuǎn)精度等。1.1概述

3.進(jìn)給系統(tǒng)

進(jìn)給系統(tǒng)有進(jìn)給速度范圍、快速（空行程）速度范圍、運(yùn)動(dòng)分辨率（最小移動(dòng)增量）、定位精度和螺距范圍等主要技術(shù)參數(shù)。（1）進(jìn)給速度是影響加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和刀具壽命的主要因素，直接受到數(shù)控裝置運(yùn)算速度、機(jī)床動(dòng)特性和工藝系統(tǒng)剛度的限制。進(jìn)給速度可通過(guò)操作面板上的進(jìn)給倍率開(kāi)關(guān)調(diào)整。（2）脈沖當(dāng)量（分辨率）

表示數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)機(jī)床坐標(biāo)軸移動(dòng)的距離，是機(jī)床坐標(biāo)軸可以控制的最小位移增量。其數(shù)值的大小決定數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量。目前數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量一般為0.001mm，精密或超精密數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量為或更小。脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床的加工精度和加工表面質(zhì)量越高。1.1概述

（3）定位精度和重復(fù)定位精度

定位精度

指數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)等移動(dòng)部件在確定的終點(diǎn)所達(dá)到的實(shí)際位置的精度。因此移動(dòng)部件實(shí)際位置與理想位置之間的誤差稱為定位誤差。定位誤差包括伺服系統(tǒng)誤差、檢測(cè)系統(tǒng)誤差、進(jìn)給系統(tǒng)誤差和移動(dòng)部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。定位誤差將直接影響零件加工的位置精度。重復(fù)定位精度指在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上，應(yīng)用相同程序相同代碼加工一批零件，所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進(jìn)給系統(tǒng)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。一般情況下，重復(fù)定位精度是成正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)。目前數(shù)控機(jī)床其定位精度普遍可達(dá)±0.004mm，重復(fù)定位精度為±0.0015mm。

1.1概述

（4）數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)與聯(lián)動(dòng)軸數(shù)

數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)

指數(shù)控裝置能夠控制的坐標(biāo)數(shù)目。可控軸數(shù)和數(shù)控裝置的運(yùn)算處理能力、運(yùn)算速度及內(nèi)存量等有關(guān)。世界上最高級(jí)數(shù)控裝置的可控軸數(shù)已達(dá)到三十多軸。

數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)指機(jī)床數(shù)控裝置控制的坐標(biāo)軸同時(shí)達(dá)到空間某一點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)目。目前有2軸、2.5軸、3軸、4軸、5軸和6軸聯(lián)動(dòng)等。

4.刀具系統(tǒng)

數(shù)控車(chē)床刀具系統(tǒng)的主要有刀架工位數(shù)、換刀時(shí)間、重復(fù)定位精度等。加工中心刀具系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)有刀庫(kù)容量、換刀時(shí)間與刀柄形式等，通常中小型加工中心的刀庫(kù)容量為16~60把，大型加工中心可達(dá)100把及以上。換刀時(shí)間是指自動(dòng)換刀系統(tǒng)將主軸上的刀具與刀庫(kù)中刀具進(jìn)行交換所需要的時(shí)間，一般可達(dá)到2秒左右。

1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

1.2.1按機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)數(shù)控機(jī)床按其刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式，可以分為點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制。1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：要求保證點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位。它只能控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，而不管從一個(gè)孔到另一個(gè)孔是按照什么軌跡運(yùn)動(dòng)，在刀具運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不進(jìn)行切削加工。包括數(shù)控鉆床，數(shù)控鏜床，數(shù)控沖床，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，印刷電路板鉆床等。1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

2.直線控制數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：不僅控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)，還要保證在兩點(diǎn)之間機(jī)床的刀具走的是沿平行于坐標(biāo)軸方向或與坐標(biāo)軸成45°角方向的一條直線，而且在走直線的過(guò)程中往往要進(jìn)行切削。

如：數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床等。圖1-3直線控制切削加工示意圖

1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：不僅要控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要保證兩點(diǎn)之間的軌跡要按一定的曲線進(jìn)行。即這種系統(tǒng)必須能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)方向的同時(shí)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)格的連續(xù)控制。在加工過(guò)程中，每時(shí)每刻都對(duì)各坐標(biāo)的位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制。如：數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等。圖1-4輪廓控制銑削加工示意圖

1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

1.2.2按伺服系統(tǒng)類(lèi)型分類(lèi)

1.開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床

這類(lèi)數(shù)控機(jī)床沒(méi)有位置檢測(cè)反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)是單向的，其精度主要決定于驅(qū)動(dòng)元器件和電動(dòng)機(jī)（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）的性能。例如采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)就是一個(gè)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、較為經(jīng)濟(jì)、維護(hù)維修方便，速度及精度低。適用：精度要求不高的中小型機(jī)床，多用于對(duì)舊機(jī)床的數(shù)控化改造。

1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

2.閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床

這類(lèi)機(jī)床上裝有位置檢測(cè)裝置，直接對(duì)工作臺(tái)的位移量進(jìn)行測(cè)量。數(shù)控裝置發(fā)出進(jìn)給信號(hào)后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)使工作臺(tái)移動(dòng)，位置檢測(cè)裝置檢測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位移，并反饋到輸入端，與指令信號(hào)進(jìn)行比較，驅(qū)使工作臺(tái)向其差值減小的方向運(yùn)動(dòng)，直到差值等于零為止。閉環(huán)控制可以消除由于傳動(dòng)部件制造中存在的精度誤差給工件加工帶來(lái)的影響，從而得到很高的精度。但是由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)包括在閉環(huán)控制的環(huán)路內(nèi)，直接影響到伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都非常困難。特點(diǎn)：定位精度高。但其系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)整困難、穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。適用：精度要求很高的數(shù)控鏜銑床、超精密車(chē)床、超精密銑床、加工中心等。

1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

3.半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床

這類(lèi)數(shù)控機(jī)床采用安裝在進(jìn)給絲杠或電動(dòng)機(jī)端頭上的轉(zhuǎn)角測(cè)量元件測(cè)量絲杠旋轉(zhuǎn)角度，來(lái)間接獲得位置反饋信息。這種系統(tǒng)的閉環(huán)內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺(tái)，因此可以獲得穩(wěn)定的控制特性。而且由于采用了高分辨率的測(cè)量元件，可以獲得比較滿意的精度及速度。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，如數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等。

1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

1.2.3按功能水平分類(lèi)

數(shù)控機(jī)床按功能水平分為經(jīng)濟(jì)型、中檔型和高檔型三類(lèi)。

1.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床

由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)，功能比較簡(jiǎn)單、價(jià)格比較低廉、精度中等，能滿足加工形狀比較簡(jiǎn)單的直線、圓弧及螺紋加工。一般控制軸數(shù)在3軸以下，脈沖當(dāng)量（分辨率）多為10

m，快速進(jìn)給速度在10m／min以下。

2.中檔型數(shù)控機(jī)床

也稱標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床，采用交流或直流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)4軸或4軸以下聯(lián)動(dòng)控制，脈沖當(dāng)量為1

m，進(jìn)給速度為15~24m／min，一般采用16位或32位處理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和內(nèi)裝PLC，具有圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能。

1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

3.高檔型數(shù)控機(jī)床指加工復(fù)雜形狀的多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，其功能強(qiáng)、工序集中、自動(dòng)化程度高。一般采用32位以上微處理器，形成多CPU結(jié)構(gòu)。采用數(shù)字化交流伺服電機(jī)或直線電機(jī)形成閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，具有主軸伺服功能，能實(shí)現(xiàn)5軸以上聯(lián)動(dòng)，脈沖當(dāng)量為0.1~1

m，進(jìn)給速度可達(dá)100m／min及以上。具有宜人的圖形用戶界面和三維動(dòng)畫(huà)功能，能進(jìn)行加工仿真。具有智能監(jiān)控、智能診斷和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)等，且具有制造自動(dòng)化協(xié)議（ManufacturingAutomationProtocol，MAP）等通信接口，能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和通信。

1.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

1.2.4按加工方式分類(lèi)

1.金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控銑床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、加工中心等。

2.金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床數(shù)控壓力機(jī)、折彎?rùn)C(jī)、旋壓機(jī)等。

3.數(shù)控特種加工機(jī)床如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)、數(shù)控激光切割機(jī)、數(shù)控火焰切割機(jī)等。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用1.3.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展歷程1.1948年美國(guó)北密支安的一個(gè)小型飛機(jī)工業(yè)承包商帕森斯公司(ParsonsCo)與美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)合作，于1952年研制出第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床。2.1954年底，美國(guó)本迪克斯公司(BendixCo)在帕森斯專利的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出了第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床。這時(shí)數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)（專用電子計(jì)算機(jī)）采用的是電子管，其體積龐大，功耗高，僅在一些軍事部門(mén)中承擔(dān)普通機(jī)床難以加工的形狀復(fù)雜的零件。這是第一代數(shù)控系統(tǒng)。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程與趨勢(shì)

3.1959年晶體管出現(xiàn)，電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用晶體管元件和印刷電路板，從而使機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)跨入了第二代。1959年克耐·杜列克公司（Keaney&TreckerCo簡(jiǎn)稱K&T公司）在數(shù)控機(jī)床上設(shè)置刀庫(kù)，并在刀庫(kù)中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀等刀具，根據(jù)指令自動(dòng)選擇刀具，并通過(guò)機(jī)械手將刀具裝在主軸上，以縮短刀具的裝卸時(shí)間和減少零件的定位裝卡時(shí)間。人們把這種帶自動(dòng)交換刀具的數(shù)控機(jī)床稱為加工中心（MachiningCenter，MC）。4.1965年出現(xiàn)了集成電路，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代都屬于硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)（稱為NC）。1967年英國(guó)MollinCo將7臺(tái)機(jī)床用計(jì)算機(jī)集中控制，組成柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）。

1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用5.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC），數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第四代。6.20世紀(jì)70年代初、微處理機(jī)出現(xiàn)，稱為第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC，通稱為CNC）。7.1974年美國(guó)約瑟夫·哈林頓（JosephHarrington）博士在《ComputerIntegratedManufacturing》一書(shū)中首先提出了計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）的概念，由此組成的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。

CIMS核心內(nèi)容：“企業(yè)生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)，即從市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營(yíng)管理到售后服務(wù)的全部生產(chǎn)活動(dòng)是一個(gè)不可分割的整體，要緊密連接，統(tǒng)一考慮。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)數(shù)據(jù)的采集、傳送和加工處理的過(guò)程?！?.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用8.進(jìn)入80年代，微處理機(jī)升檔更加迅速，故極大地促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床向柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell即FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem即FMS）方向發(fā)展。并奠定了向規(guī)模更大、層次更高的生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)，如：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、自動(dòng)化工廠（FA）方向發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。9.20世紀(jì)80年代末期，又出現(xiàn)了以提高綜合效益為目的，以人為主體，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支柱，綜合應(yīng)用信息、材料、能源、環(huán)境等高新技術(shù)以及現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)，研究并改造傳統(tǒng)制造過(guò)程作用于產(chǎn)品整個(gè)生命周期的所有適用技術(shù)—通稱為先進(jìn)制造技術(shù)(AdvancedManufactuingTechnology，AMT)。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用

我國(guó)從1958年開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，一些高等院校、科研單位、企業(yè)從采用電子管著手，到20世紀(jì)60年代曾研究出部分樣機(jī)，1965年開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，到20世紀(jì)70年代初曾研究出數(shù)控劈錐銑床，非圓插齒機(jī)，數(shù)控立銑床，以及數(shù)控車(chē)床，數(shù)控鏜床，數(shù)控磨床，加工中心等。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，1973～1979年期間，我國(guó)共生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床4180臺(tái)，而其中數(shù)控線切割機(jī)床占86%左右。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用

20世紀(jì)80年代初隨著改革開(kāi)放政策的實(shí)施，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)，開(kāi)始了批量生產(chǎn)微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，推動(dòng)了我國(guó)數(shù)控機(jī)床新的發(fā)展高潮，我國(guó)開(kāi)發(fā)了立式、臥式加工中心，立式、臥式數(shù)控車(chē)床，數(shù)控銑床，數(shù)控鉆鏜床，數(shù)控磨床等。

20世紀(jì)80年代末期，我國(guó)還在一定范圍內(nèi)探索實(shí)施CIMS，且取得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)和教益。20世紀(jì)90年代我國(guó)還加強(qiáng)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)控系統(tǒng)的研制工作，而且取得一定的成效，如在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)（分辨率為0.02μm）、高精度車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿形系統(tǒng)、中低檔數(shù)控系統(tǒng)等方面都取得了較好的成果。如中國(guó)珠峰公司的中華Ⅰ型、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司的航天Ⅰ型、華中數(shù)控公司的華中Ⅰ型、沈陽(yáng)高檔數(shù)控國(guó)家工程研究中心的藍(lán)天Ⅰ型、上海開(kāi)通數(shù)控技術(shù)有限公司KT系統(tǒng)、北京凱恩帝的KND系統(tǒng)和廣州數(shù)控設(shè)備廠的GSK系列等數(shù)控系統(tǒng)。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用1.3.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.高速化

二十多年前，德國(guó)切削物理學(xué)家薩洛蒙（Salomon）提出高速加工的概念并對(duì)高速加工進(jìn)行了深入的研究。其研究成果表明：隨著切削線速度的增加，溫度及刀具磨損會(huì)劇烈增加，當(dāng)切削線速度達(dá)到超過(guò)某臨界值時(shí)，切削溫度及切削力會(huì)減小，然后又隨著切削速度的增加而急劇增加。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用

加工中心的主軸轉(zhuǎn)速現(xiàn)已達(dá)到8000～12000r/min，最高的可達(dá)100000r/min以上，磨床的砂輪線速度提高到100～200m/s。采用64位CPU的新型數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)給、高速加工、多軸控制功能，控制軸數(shù)最多可達(dá)到31個(gè)，同時(shí)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)可達(dá)3～6軸，進(jìn)給速度為20～24m/min，最快可達(dá)60m/min。自動(dòng)換刀和自動(dòng)交換工作臺(tái)時(shí)間也大大縮短，現(xiàn)在數(shù)控車(chē)床刀架的轉(zhuǎn)位時(shí)間可達(dá)0.4～0.6s，加工中心自動(dòng)交換刀具時(shí)間可達(dá)3s，最快能達(dá)到1s以內(nèi)，自動(dòng)交換工作臺(tái)時(shí)間也可達(dá)到6～10s，個(gè)別可達(dá)到2.5s。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用2.高精度化

用戶對(duì)產(chǎn)品精度要求的日益提高，促使數(shù)控機(jī)床的精度不斷提高。數(shù)控機(jī)床的精度主要體現(xiàn)在定位精度和重復(fù)定位精度。數(shù)控機(jī)床配置了新型、高速、多功能的數(shù)控系統(tǒng)，其分辨率可達(dá)到0.1μm，有的可達(dá)到0.01μm，實(shí)現(xiàn)了高精度加工，并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)（0.001μm）。伺服系統(tǒng)采用前饋控制技術(shù)、高分辨率的位置檢測(cè)元件、計(jì)算機(jī)數(shù)控的補(bǔ)償功能等，保證了數(shù)控機(jī)床的高加工精度。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用我國(guó)超精密加工技術(shù)獲新突破2003年5月的一天，一塊亮如鏡面的鋁材凸球面車(chē)削樣件被小心翼翼地從非球面曲面超精密加工機(jī)房上卸下，送入國(guó)家級(jí)光學(xué)計(jì)量檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)的人們焦急地等待著檢驗(yàn)結(jié)果。一個(gè)多小時(shí)以后，檢驗(yàn)結(jié)果出來(lái)了：車(chē)削加工樣件的面形精度PV=0.228μm，表面粗糙度Ra=0.0078μm，這意味著表面粗糙度僅有不到8納米?，F(xiàn)場(chǎng)沸騰了，緊張工作了一個(gè)多月的人們擊掌相慶，有人甚至流出了激動(dòng)的淚水。這是三○三所研制的非球面曲面超精密加工機(jī)床在用戶西安應(yīng)用光學(xué)研究所進(jìn)行交付驗(yàn)收時(shí)的一個(gè)場(chǎng)景。

---------------來(lái)源：中國(guó)機(jī)床商業(yè)網(wǎng)1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用3.多功能化

CNC裝置功能的不斷擴(kuò)大，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的高度自動(dòng)化及多功能化。數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)大多采用CRT（CathodeRayTube）顯示，可實(shí)現(xiàn)二維圖形的軌跡顯示，有的還可以實(shí)現(xiàn)三維彩色動(dòng)態(tài)圖形顯示；有的數(shù)控系統(tǒng)裝有小型數(shù)據(jù)庫(kù)，可以自動(dòng)選擇最佳刀具和切削用量；有的數(shù)控系統(tǒng)具有各種監(jiān)控、檢測(cè)等功能，如刀具壽命管理、刀具尺寸自動(dòng)測(cè)量和補(bǔ)償、工件尺寸自動(dòng)測(cè)量及補(bǔ)償、切削參數(shù)自動(dòng)調(diào)整、刀具磨損或破損檢測(cè)等功能。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用4．加工功能復(fù)合化

在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)多工序、多方法加工是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的又一趨勢(shì)。已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控機(jī)床，可完成鉆、鏜、銑、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺絲等工序的數(shù)控加工中心，以及車(chē)削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。近年來(lái)又出現(xiàn)了高復(fù)合化數(shù)控機(jī)床，如增加了車(chē)削和磨削功能的鏜銑類(lèi)加工中心等，不但有更高的加工精度，而且可以提高工作效率，節(jié)約占地面積和投資。

1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用柔性制造單元FMC

摩托車(chē)曲軸箱體柔性制造系統(tǒng)FMS

多主軸正面銑床銑頭回轉(zhuǎn)MC

1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用

車(chē)銑復(fù)合中心高速銑-激光堆焊MC1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用銑床-激光雕刻MC1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用

銑車(chē)復(fù)合中心5．結(jié)構(gòu)新型化

一種不同于原來(lái)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床，在1994年被開(kāi)發(fā)成功。這種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)原理并結(jié)合現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)和機(jī)床技術(shù)而產(chǎn)生的新型數(shù)控機(jī)床稱為并聯(lián)機(jī)床或虛擬軸機(jī)床，這種機(jī)床沒(méi)有任何導(dǎo)軌和滑臺(tái)，采用能夠伸縮的伺服軸支撐并聯(lián)，并與安裝主軸頭的上平臺(tái)和安裝工件的下平臺(tái)相連。它可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高2~10倍1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用快速原型機(jī)RPM及其產(chǎn)品1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用未來(lái)機(jī)床1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用6．編程技術(shù)自動(dòng)化

自動(dòng)編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動(dòng)編程系統(tǒng)、會(huì)話式自動(dòng)編程系統(tǒng)、語(yǔ)音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件為基礎(chǔ)，首先形成零件的圖形文件，然后再調(diào)用數(shù)控編程模塊，自動(dòng)編制加工程序，同時(shí)可動(dòng)態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點(diǎn)是速度快、精度高、直觀性好、使用簡(jiǎn)便，已成為國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的CAD/CAM軟件所采用的數(shù)控編程方法。目前常用的圖形交互式軟件有MasterCAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA等。

1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用7．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的智能化

數(shù)控系統(tǒng)的智能化包括多個(gè)方面，一是為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化；二是為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接的智能化；三是簡(jiǎn)化編程和操作方面的智能化；四是數(shù)控系統(tǒng)的智能診斷、智能監(jiān)控等。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制（AdaptiveControl，AC）、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)界面極為友好。同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)還具有故障診斷專家系統(tǒng)，其自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。此外，伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載和優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用8．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性可以大量采用通用微機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，如多媒體技術(shù)、實(shí)現(xiàn)聲控自動(dòng)編程、圖形掃描自動(dòng)編程等。數(shù)控系統(tǒng)還可向高集成度方向發(fā)展，每個(gè)芯片上可以集成更多個(gè)晶體管，使系統(tǒng)更加小型化、微型化，可靠性大大提高。利用多CPU的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)排除，增強(qiáng)通訊功能，提高進(jìn)線和聯(lián)網(wǎng)能力。開(kāi)放式新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對(duì)外開(kāi)放的。充足的軟、硬件資源，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進(jìn)行的系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開(kāi)發(fā)帶來(lái)極大的方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用，既可通過(guò)升檔或剪裁構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)，又可通過(guò)擴(kuò)展構(gòu)成不同類(lèi)型數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級(jí)而升級(jí)，結(jié)構(gòu)上不必變動(dòng)。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用9.數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性

數(shù)控系統(tǒng)的可靠性：以平均無(wú)故障時(shí)間（MeanTimeBetweenFailure，MTBF）來(lái)衡量，它是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在使用中兩次故障的平均時(shí)間，即數(shù)控機(jī)床在壽命范圍內(nèi)總工作時(shí)間和總故障次數(shù)之比。數(shù)控機(jī)床的可靠性取決于數(shù)控系統(tǒng)各伺服驅(qū)動(dòng)單元的可靠性。它與機(jī)床壽命不同，機(jī)床壽命取決于機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性和耐磨性。為提高機(jī)床可靠性，采取措施：（1）采用更高集成度的電路芯片，采用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。（2）通過(guò)硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求。同時(shí)通過(guò)硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化，提高硬件的生產(chǎn)批量和質(zhì)量。（3）增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷、報(bào)警。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用10．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化

1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用

數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化滿足企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式，如互聯(lián)網(wǎng)+智能制造，如：敏捷制造（AgileManufacturing，AM）、虛擬企業(yè)（VirtualEnterprise，VE）、全球制造（GlobalManufacturing，GM）等。

數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)能力：有RS232C串行接口、RS422等接口外，還帶有遠(yuǎn)程緩沖功能的DNC接口，可以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。有的已配備與工業(yè)局域網(wǎng)（LAN）通信的功能以及制造自動(dòng)化協(xié)議（ManufactureAutomationProtocol，MAP）高性能通信接口，促進(jìn)系統(tǒng)集成化和信息綜合化，使遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控、遙控及遠(yuǎn)程故障診斷成為可能。

數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

2.1數(shù)控加工工藝分析

1．?dāng)?shù)控加工工藝的特點(diǎn)

2.1.1數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)與內(nèi)容（1）工序內(nèi)容具體如走刀路線安排、刀具選擇、刀具補(bǔ)償?shù)缺仨毧紤]。（2）工序內(nèi)容復(fù)雜由于加工零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高，所以零件的工藝也相應(yīng)復(fù)雜。2．?dāng)?shù)控加工工藝的主要內(nèi)容

（1）分析零件圖紙，明確加工內(nèi)容、精度及技術(shù)要求；（2）制定工藝過(guò)程，確定加工方案；（3）設(shè)計(jì)工序內(nèi)容。如工步的劃分、工件的定位與夾緊、刀具的選擇、切削用量的確定等；（4）圖形的數(shù)學(xué)處理及加工路線的確定等。如基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)計(jì)算；對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)的選擇；加工路線確定等；（5）編制工藝文件。包括工藝過(guò)程卡、工序卡、刀具卡、加工路線圖等。2.1.2數(shù)控加工工藝性分析

1.零件圖的尺寸標(biāo)注應(yīng)符合編程方便的原則零件圖上的尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)；(2)構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分。2.零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)

零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類(lèi)型和尺寸；(2)內(nèi)腔和外形凹槽轉(zhuǎn)接圓弧半徑R不應(yīng)過(guò)小；（3）零件銑削底平面時(shí)，槽底圓角半徑r不應(yīng)過(guò)大；（4）應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。2.1.3加工方法與加工方案的確定

加工方法的選擇選擇原則：保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。1.結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。例如，對(duì)于IT7級(jí)精度的孔采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達(dá)到精度要求，但箱體上的孔一般采用鏜削或鉸削。一般小尺寸的箱體孔宜選擇鉸孔，當(dāng)孔徑較大時(shí)則應(yīng)選擇鏜孔。2.考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實(shí)際情況。常用加工方法的經(jīng)濟(jì)加工精度及粗糙度可查閱有關(guān)工藝手冊(cè)。

加工方案的確定根據(jù)主要表面的精度和表面的粗糙度的要求，初步確定為達(dá)到這些要求所需要的加工方法。

例如，對(duì)于孔徑不大的IT7級(jí)精度的孔，最終加工方法取精鉸時(shí)，則精鉸孔前通常要經(jīng)過(guò)鉆孔、擴(kuò)孔和粗鉸孔等加工。

2.1.4工序與工步的劃分

數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì)與普通機(jī)床加工工藝路線設(shè)計(jì)的主要區(qū)別,在于它往往不是指從毛坯到成品的整個(gè)工藝過(guò)程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過(guò)程的具體描述。因此在工藝路線設(shè)計(jì)中一定要注意到，由于數(shù)控加工工序一般都穿插于零件加工的整個(gè)工藝過(guò)程中，因而要與其它加工工藝銜接好。常見(jiàn)工藝流程如右圖所示。工序的劃分

如圖片狀凸輪，按定位方式可分為三道工序。

△第一道工序：以B面定位加工A面；

△第二道工序：以A面定位加工B面、22H7內(nèi)孔和4H7工藝孔；

△第三道工序：以B面和22H7內(nèi)孔及4H7工藝孔定位（一面兩孔定位方式），加工凸輪外表面輪廓。（1）按零件裝卡定位方式劃分（2）按粗、精加工分開(kāi)方式劃分（即先粗加工再精加工）

如圖所示批量生產(chǎn)的零件，第一道工序在數(shù)控車(chē)床上進(jìn)行粗車(chē)削時(shí)，應(yīng)切除整個(gè)零件的大部分余量；第二道工序在另一臺(tái)數(shù)控車(chē)床上進(jìn)行半、精車(chē)削，以保證加工精度和表面粗糙度的要求。

（3）按所用刀具集中方式劃分

為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時(shí)間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其他部位。在專用數(shù)控機(jī)床和加工中心中常采用這種方法。

工步的劃分

先粗后精的原則先面后孔的原則刀具集中的原則2.1.5零件的定位與安裝定位安裝的基本原則（1）力求設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。（2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾中加工出全部待加工面。（3）避免采用占機(jī)人工調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)的裝夾方案。（4）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位。

圖1夾緊力作用點(diǎn)與夾緊變形的關(guān)系a)b)c)夾緊力作用點(diǎn)與夾緊變形的關(guān)系

選擇夾具的基本原則數(shù)控加工的特點(diǎn)對(duì)夾具提出了兩個(gè)基本要求：1、要保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對(duì)固定；2、要協(xié)調(diào)零件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。此外，還要考慮以下三點(diǎn)：

(1)準(zhǔn)備時(shí)間短。(2)裝卸零件方便。(3)便于自動(dòng)化加工。柔性?shī)A具柔性?shī)A具（圖片中紅色的為工件）2.1.6數(shù)控加工刀具與工具系統(tǒng)

1、數(shù)控加工刀具材料

高速鋼硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金陶瓷材料立方氮化硼(CBN）聚晶金剛石(PCD）（HSS）涂層硬質(zhì)合金刀具涂層硬質(zhì)合金刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具上涂覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等，涂層的厚度為2~18μm。涂層作用：一方面，它具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)，減弱了刀具基體的熱作用；另一方面，它能夠有效地改善切削過(guò)程的摩擦和黏附作用，降低切削熱的生成。TiN具有低摩擦特性，可減少涂層組織的損耗。TiCN可降低后刀面的磨損。TiCN涂層硬度較高。Al2O3涂層具有優(yōu)良的隔熱效果。涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，無(wú)論在強(qiáng)度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高。陶瓷刀片

陶瓷材料是近20年來(lái)發(fā)展速度快，應(yīng)用日趨廣泛的刀具材料之一。陶瓷可能繼高速鋼、硬質(zhì)合金以后引起切削加工的第三次革命。陶瓷刀具具有高硬度(91~95HRA)、高強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度為750MPa~1000MPa)、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、良好的抗黏結(jié)性能、摩擦因數(shù)低且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。不僅如此，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度，1200℃時(shí)硬度達(dá)到80HRA。使用正常時(shí)，陶瓷刀具壽命極長(zhǎng)，切削速度可比硬質(zhì)合金刀具提高2~5倍，特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工，加工硬度達(dá)60HRC的各類(lèi)淬硬鋼和硬化鑄鐵等。常用的有氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷和金屬陶瓷等。PCBN刀片

CBN是人工合成的高硬度材料，其硬度可達(dá)7300~9000HV，其硬度和耐磨性僅次于金剛石，有極好的高溫硬度，與陶瓷刀具相比，其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差，但沖擊韌度和抗破碎性能較好。它廣泛適用于淬硬鋼(HRC50以上)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工。與硬質(zhì)合金刀具相比，其切削速度可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。CBN含量高的PCBN(聚晶立方氮化硼)刀具硬度高、耐磨性好、抗壓強(qiáng)度高及沖擊韌度好，其缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差和化學(xué)惰性低，適用于耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結(jié)金屬的切削加工。

PCD焊接式車(chē)刀PCD轉(zhuǎn)位式刀片

PCD作為最硬的刀具材料，硬度可達(dá)10000HV，具有最好的耐磨性，它能夠以高速度(1000m/min)和高精度加工軟的有色金屬材料，但它對(duì)沖擊敏感，容易碎裂，而且對(duì)黑色金屬中鐵的親和力強(qiáng)，易引起化學(xué)反應(yīng)，一般情況下只能用于加工非鐵零件，如有色金屬及其合金、玻璃纖維、工程陶瓷和硬質(zhì)合金等極硬的材料。2、數(shù)控加工刀具

車(chē)削加工刀具：常用機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具，結(jié)構(gòu)如圖所示。機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位車(chē)刀1—刀桿2—刀片3—刀墊4—夾緊元件國(guó)標(biāo)GB/T2076-2007可轉(zhuǎn)位刀片的形狀和表達(dá)特性

銑削加工刀具（1）銑刀的選擇：選擇銑刀時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。平面零件周邊輪廓的加工，常用立銑刀。銑平面時(shí)，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺(tái)、凹槽時(shí)，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時(shí)，可選鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀。對(duì)一些立體型面和變斜角輪廓外型的加工，常用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤(pán)形銑刀等?？准庸さ毒叱Ｓ玫挠秀@頭、鏜刀、鉸刀和絲錐等。（1）鉆頭：直徑8~80mm的麻花鉆多為莫氏錐柄，可直接裝在帶有莫氏錐孔的刀柄內(nèi)；直徑為0.1~20mm的麻花鉆多圓柱形，可裝在鉆夾頭刀柄上，中等尺寸麻花鉆兩種形式均可選用。鉆削直徑在20~60mm、孔的深徑比小于等于3的中等淺孔時(shí)，可選用圖2.15所示的可轉(zhuǎn)位淺孔鉆。（2）鏜刀：鏜刀按切削刃數(shù)量可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。鏜削通孔、階梯孔和盲孔可分別選用圖a、b、c所示的單刃鏜刀。單刃鏜刀a)通孔鏜刀b）階梯孔鏜刀c)盲孔鏜刀1—調(diào)節(jié)螺釘2—緊固螺釘在孔的精鏜中，目前較多地選用精鏜微調(diào)鏜刀。

微調(diào)鏜刀1—刀體2—刀片3—調(diào)整螺母4—刀桿5—螺母6—拉緊螺釘7—導(dǎo)向鍵數(shù)控機(jī)床的工具系統(tǒng)

把通用性較強(qiáng)的幾種裝夾工具（例如裝夾銑刀、鏜刀、擴(kuò)鉸刀、鉆頭和絲錐等刀柄）系列化、標(biāo)準(zhǔn)化就成為通常所說(shuō)的工具系統(tǒng)。

我國(guó)除了已制定的標(biāo)準(zhǔn)刀具系列外，還建立了TSG82數(shù)控工具系統(tǒng)。該系統(tǒng)是鏜銑類(lèi)數(shù)控工具系統(tǒng)，是一個(gè)聯(lián)系數(shù)控機(jī)床（含加工中心）的主軸與刀具之間的輔助系統(tǒng)。TSG82工具系統(tǒng)各種輔具和刀具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、裝卸靈活、使用方便、更換迅速等特點(diǎn)。

加工中心的主軸錐孔分錐度7:24的通用系統(tǒng)和1:10的HSK真空系統(tǒng)。錐度為7:24的通用刀柄有五種標(biāo)準(zhǔn)，即NT型(德國(guó)標(biāo)準(zhǔn))、JT型(ISO標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn))、IV或IT型(ISO標(biāo)準(zhǔn))

、

BT型(日本標(biāo)準(zhǔn))以及CAT型(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))。目前國(guó)內(nèi)使用最多的是JT型和BT

型兩種刀柄。

HSK是高速短錐型刀柄，采用錐面和端面同時(shí)定位的方式，刀柄為中空，錐體長(zhǎng)度較短，錐度為1:10，有利于實(shí)現(xiàn)換刀柄輕型化和高速化。

對(duì)刀儀對(duì)刀儀又稱刀具預(yù)調(diào)儀，是用來(lái)調(diào)整或測(cè)量刀具尺寸的，是數(shù)控機(jī)床的輔助工具。從工作方式上看，對(duì)刀儀分機(jī)內(nèi)測(cè)量和機(jī)外測(cè)量?jī)煞N；從結(jié)構(gòu)與原理上又分接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。機(jī)外測(cè)量需要將每把刀具依次測(cè)量其長(zhǎng)度或直徑，并輸入到系統(tǒng)中，常用的有光學(xué)投影式對(duì)刀儀等。機(jī)內(nèi)測(cè)量是將刀庫(kù)中的刀具按事先設(shè)定的程序進(jìn)行測(cè)量，然后與參考位置或者標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行比較得到刀具的長(zhǎng)度或直徑，并自動(dòng)更新到相應(yīng)的NC刀具參數(shù)表中，常用的有壓電式對(duì)刀儀和激光式對(duì)刀儀等。對(duì)刀儀對(duì)刀精度一般在0.001mm左右。光學(xué)投影式對(duì)刀儀壓電式對(duì)刀儀激光式對(duì)刀儀

數(shù)控車(chē)床對(duì)刀儀2.1.7切削用量的確定

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、背吃刀量、進(jìn)給量。合理選擇切削用量的原則：

粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。

背吃刀量ap

（mm）：主要根據(jù)機(jī)床、夾具、刀具和工件的剛度來(lái)決定。在剛度允許的情況下，應(yīng)以最少的進(jìn)給次數(shù)切除加工余量，最好一次切凈余量，以便提高生產(chǎn)效率。在數(shù)控機(jī)床上，精加工余量可小于普通機(jī)床，一般取（0.2~0.5）mm。

主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）

：

主要根據(jù)切削速度v(m/min)選取。n=1000v/πD

v—切削速度，由刀具的耐用度決定，可查有關(guān)手冊(cè)或刀具說(shuō)明書(shū)。常用幾種刀具切削速度見(jiàn)教材附表。D—工件或刀具直徑（mm）進(jìn)給量（或進(jìn)給速度）f（mm/r或mm/min）：

主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給量數(shù)值應(yīng)小些，一般在20~50mm/min范圍內(nèi)選取。最大進(jìn)給量則受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制，并與脈沖當(dāng)量有關(guān)。

1）數(shù)控車(chē)床類(lèi)一般用進(jìn)給量f（mm/r），編程指令G99；數(shù)控銑床、加工中心類(lèi)一般用進(jìn)給速度f(wàn)（mm/min），編程指令G98。2）在機(jī)床操作面板上有進(jìn)給量（或進(jìn)給速度）倍率開(kāi)關(guān)，并可在0~150%范圍內(nèi)以每級(jí)10%進(jìn)行調(diào)整。在零件試切削時(shí)，進(jìn)給量（或進(jìn)給速度）的修調(diào)可使操作者選取最佳的進(jìn)給速度。2.1.8數(shù)控加工路線的確定

在數(shù)控加工中，刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為加工路線。所謂“刀位點(diǎn)”是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn)。我們?cè)趯?shí)際的數(shù)控編程時(shí)，是把刀具當(dāng)作一點(diǎn)(P點(diǎn))來(lái)編程的。如車(chē)刀、鏜刀的刀尖；鉆頭的鉆尖；立銑刀、端銑刀刀頭底面的中心，球頭銑刀的球頭中心等。平頭銑刀球頭銑刀車(chē)刀鉆頭加工路線的確定原則：（1）加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高。（2）使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，以減少編程工作量。（3）應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時(shí)間。此外，確定加工路線時(shí)，還要考慮工件的加工余量和機(jī)床、刀具的剛度等情況，確定是一次刀，還是多次走刀來(lái)完成加工，以及在銑削加工中是采用順銑還是逆銑等。

1、車(chē)削加工路線的確定（1）最短的切削加工路線車(chē)削進(jìn)給路線為最短，可有效地提高生產(chǎn)效率，降低刀具的損耗等。圖為粗車(chē)幾種不同切削進(jìn)給路線的安排示意圖。在同等條件下，圖c其切削所需時(shí)間（不含空行程）最短，刀具的損耗最少。

粗車(chē)進(jìn)給路線（2）車(chē)削螺紋加工路線在數(shù)控機(jī)床上車(chē)螺紋時(shí)，沿螺距方向的進(jìn)給應(yīng)和機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系，因此應(yīng)避免進(jìn)給機(jī)構(gòu)加速或減速。為此沿螺距方向的進(jìn)給要有引入距離δ1和超越距離δ2。如圖所示。一般δ1為2~5mm，對(duì)大螺距和高精度的螺紋取大值；δ2一般取δ1的1/4左右。若螺紋收尾處沒(méi)有退刀槽時(shí)，收尾處的形狀與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，一般按45°退刀收尾。

車(chē)削螺紋時(shí)引入與引出距離

2、銑削加工路線的確定

（1）順銑和逆銑

當(dāng)工件表面無(wú)硬皮，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)無(wú)間隙時(shí)，應(yīng)選用順銑；當(dāng)工件表面有硬皮，機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)有間隙時(shí)，應(yīng)采用逆銑。刀具切入和切出外輪廓的加工路線

（2）銑削外輪廓的加工路線刀具切入零件時(shí)，應(yīng)沿切削起始點(diǎn)延伸線（圖a）或切線方向（圖b）逐漸切入工件，保證零件曲線的平滑過(guò)渡。同樣，在切離工件時(shí)，也要沿著切削終點(diǎn)延伸線（圖a）或切線方向（圖b）逐漸切離工件。

（3）銑削內(nèi)輪廓的加工路線

同銑削外輪廓一樣，刀具同樣不能沿輪廓曲線的法向切入和切出。此時(shí)刀具可以沿一過(guò)渡圓弧切入和切出工件輪廓。刀具切入和切出內(nèi)輪廓的加工路線

（4）銑削內(nèi)槽的加工路線

圖為加工內(nèi)槽的三種加工路線。圖a和圖

b分別用行切法和環(huán)切法加工內(nèi)槽。共同點(diǎn)是都能切凈內(nèi)腔中全部面積，不留死角，不傷輪廓，同時(shí)盡量減少重復(fù)進(jìn)給的搭接量。不同點(diǎn)是行切法的加工路線比環(huán)切法短，但行切法將在每?jī)纱芜M(jìn)給的起點(diǎn)與終點(diǎn)間留下了殘留面積，而達(dá)不到所要求的表面粗糙度；用環(huán)切法獲得的表面粗糙度要好于行切法，但環(huán)切法需要逐次向外擴(kuò)展輪廓線，刀位點(diǎn)計(jì)算稍微復(fù)雜一些。銑內(nèi)槽的三種加工路線

a)行切法b)環(huán)切法

銑內(nèi)槽的三種加工路線

a)行切法b)環(huán)切法c)先行切后環(huán)切

綜合行、環(huán)切法的優(yōu)點(diǎn)，采用圖c所示的加工路線，即先用行切法切去中間部分余量，最后用環(huán)切法切一刀，既能使總的加工路線較短，又能獲得較好的表面粗糙度。（5）銑削曲面的加工路線采用圖a加工方案時(shí)，每次沿直線加工，刀位點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單，程序少，加工過(guò)程復(fù)合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度；采用圖b加工方案時(shí)，符合這類(lèi)零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗(yàn)，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。銑曲面的兩種加工路線

3、孔加工路線的確定

孔加工時(shí)，一般是首先將刀具在xy平面內(nèi)快速定位運(yùn)動(dòng)到孔中心線的位置上，然后刀具再沿z向（軸向）運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。（1）確定xy平面內(nèi)的加工路線

要避免機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的反向間隙對(duì)孔位精度的影響。

（2）確定z向（軸向）的加工路線

刀具在z向的加工路線分為快移進(jìn)給路線和工作進(jìn)給路線。圖a為單孔加工路線。圖b為多孔加工路線。刀具z向加工路線快速移動(dòng)進(jìn)給路線工作進(jìn)給路線

加工不通孔時(shí)，工作進(jìn)給距離：ZF=Za+H+Tt加工通孔時(shí)，工作進(jìn)給距離：ZF=Za+H+Zo+Tt

如下圖。表2-1刀具切入、切出距離的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)(單位：mm)表面狀態(tài)加工方式已加工表面毛坯表面

表面狀態(tài)加工方式已加工表面毛坯表面鉆孔2~35~8車(chē)削2~35~8擴(kuò)孔3~55~8銑削3~55~10鏜孔3~55~8攻螺紋5~105~10鉸孔3~55~8車(chē)削螺紋(切入)2~55~82.1.9工藝文件的制定

零件的加工工藝設(shè)計(jì)完成后，就應(yīng)該將有關(guān)內(nèi)容填入各種相應(yīng)的表格（或卡片）中。以便貫徹執(zhí)行并將其作為編程和生產(chǎn)前技術(shù)準(zhǔn)備的依據(jù)，這些表格（或卡片）被稱為工藝文件。數(shù)控加工工藝文件除包括機(jī)械加工工藝過(guò)程卡、機(jī)械加工工藝卡、數(shù)控加工工序卡、數(shù)控加工刀具卡。另外為方便編程也可以將各工步的加工路線繪成文件形式的加工路線圖。1.機(jī)械加工工藝過(guò)程卡（格式見(jiàn)機(jī)械加工工藝有關(guān)手冊(cè)）工藝過(guò)程卡是以工序?yàn)閱挝?，?jiǎn)要地列出整個(gè)零件加工所經(jīng)過(guò)的工藝路線（包括毛坯制造、機(jī)械加工和熱處理等）。它是制訂其他工藝文件的基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)準(zhǔn)備、編排作業(yè)計(jì)劃和組織生產(chǎn)的依據(jù)。2.機(jī)械加工工藝卡片（格式見(jiàn)機(jī)械加工工藝有關(guān)手冊(cè)）

機(jī)械加工工藝卡片是以工序?yàn)閱挝唬敿?xì)地說(shuō)明整個(gè)工藝過(guò)程的一種工藝文件。它是用來(lái)指導(dǎo)工人生產(chǎn)和幫助車(chē)間管理人員和技術(shù)人員掌握整個(gè)零件加工過(guò)程的一種主要技術(shù)文件，是廣泛用于成批生產(chǎn)的零件和重要零件的小批生產(chǎn)中。機(jī)械加工工藝卡片內(nèi)容包括零件的材料、毛坯種類(lèi)、工序號(hào)、工序名稱、工序內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及采用的設(shè)備和工藝裝備等。3．?dāng)?shù)控加工工序卡

數(shù)控加工工序卡片是根據(jù)機(jī)械加工工藝卡為一道工序制訂的。它更詳細(xì)地說(shuō)明整個(gè)零件各個(gè)工序的要求，是用來(lái)具體指導(dǎo)工人操作的工藝文件。在這種卡片上要畫(huà)工序簡(jiǎn)圖，說(shuō)明該工序每一工步的內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及所用的設(shè)備與工藝裝備。同時(shí)還要注明程序編號(hào)、編程原點(diǎn)和對(duì)刀點(diǎn)。

4.數(shù)控加工刀具卡數(shù)控加工刀具卡主要包括刀具的詳細(xì)資料，有刀具號(hào)、刀具名稱及規(guī)格、刀輔具等。不同類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床刀具卡也不完全一樣。數(shù)控加工刀具片同數(shù)控加工工序卡一樣，是用來(lái)編制零件加工程序和指導(dǎo)生產(chǎn)的重要工藝文件。數(shù)控加工工序卡片數(shù)控加工刀具卡

2.2圖形的數(shù)學(xué)處理圖形的數(shù)學(xué)處理就是根據(jù)零件圖樣的要求，按照已確定的加工路線和允許的編程誤差，計(jì)算出數(shù)控系統(tǒng)所需輸入的數(shù)據(jù)。圖形數(shù)學(xué)處理的內(nèi)容主要有三個(gè)方面，即基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)計(jì)算、刀位點(diǎn)軌跡計(jì)算和輔助計(jì)算。2.2.1基點(diǎn)計(jì)算

各幾何元素間的連接點(diǎn)稱為基點(diǎn)。如兩直線的交點(diǎn)，直線與圓弧的交點(diǎn)或切點(diǎn)，圓弧與圓弧的交點(diǎn)或切點(diǎn)，圓弧或直線與二次曲線的切點(diǎn)或交點(diǎn)等?；c(diǎn)計(jì)算方法：根據(jù)圖紙給定條件，用幾何法、解析幾何法、三角函數(shù)法或用AutoCAD畫(huà)圖求得。

2.2.2節(jié)點(diǎn)計(jì)算在滿足允許編程誤差的條件下，用若干直線段或圓弧端分割逼近給定的曲線。相鄰直線段或圓弧段的交點(diǎn)或切點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。1．等間距法直線逼近節(jié)點(diǎn)計(jì)算特點(diǎn)：每個(gè)程序段的某一個(gè)坐標(biāo)增量相等。在直角坐標(biāo)系中可使相鄰節(jié)點(diǎn)的x坐標(biāo)增量或y

坐標(biāo)增量相等；在極坐標(biāo)系中，可使相鄰節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)角坐標(biāo)增量或徑向增量相等。從起點(diǎn)開(kāi)始沿x軸方向△x取為等間距長(zhǎng)，由曲線方程y=f(x)求得yi，設(shè)xi+1=xi+△x，yi+1=f(xi+△x)，可求出一系列節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值作為編程數(shù)據(jù)。

△x取決于曲線的曲率和允許誤差δ允，常根據(jù)加工精度憑經(jīng)驗(yàn)選取，一般選取△x=0.1mm，再進(jìn)行誤差驗(yàn)算。在上圖中，mn為一逼近直線段，作m′n′平行于mn且與曲線的距離為逼近允許誤差δ允，則mn的方程為：Ax+By+C=0式中：A=yn-ym，B=xn-xm，C=ymxn-xmyn。m′n′的方程為：Ax+By=C±δ式中：δ為直線mn與m′n′間的距離。δ

≤δ允，一般取δ允為零件公差的1/5~1/10。聯(lián)立上述二方程得：Ax+By=C±δy=f(x)

2．等步長(zhǎng)法直線逼近節(jié)點(diǎn)計(jì)算

特點(diǎn)：使所有逼近線段的長(zhǎng)度相等，亦即每個(gè)程序段的長(zhǎng)度相等。（1）求曲線最小曲率半徑Rmin

曲線y=f(x)上任一點(diǎn)的曲率半徑為：R=令dR/dx=0得：由y=f(x)求得、、，從而可得到x軸坐標(biāo)，再代入曲率半徑公式即可求得Rmin。（2）確定步長(zhǎng)

以Rmin為半徑作曲率圓。δ允對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)l為：

（3）求節(jié)點(diǎn)以曲線起點(diǎn)a為圓心，以l半徑作圓，求出該圓與已知曲線的交點(diǎn)b，即解方程組：

(x-x0)2+(y-y0)2=l2y=f(x)

其解作為節(jié)點(diǎn)b的坐標(biāo)。順次以b、c…為圓心，重復(fù)（3）及可求出各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值。3．等誤差法（變步長(zhǎng)法）直線逼近節(jié)點(diǎn)計(jì)算特點(diǎn)：使零件輪廓曲線上各逼近線段的逼近誤差相等，且小于或等于δ允，各逼近線段的長(zhǎng)度不相等。（1）以起點(diǎn)（x0，y0）為圓心，δ允為半徑作圓，方程為：(x-x0)2+(y-y0)2=δ允2（2）求圓與輪廓曲線公切線的斜率k設(shè)公切線方程為：y=kx+b式中：k=(Y1-Y0)/(X1-X0)。因此求k即相當(dāng)于求出兩切點(diǎn)的坐標(biāo)，即（X0，Y0），（X1，Y1）。聯(lián)立方程得：Y1-Y0=f′(X1)·(X1-X0)（曲線切線方程）(X0-x0)2+(Y0-y0)2=δ允2（圓方程）Y1-Y0=F′(X0)·(X1-X0)（圓切線方程）Y1=f(X1)（曲線方程）其中F(x)表示圓的方程。由此可解得(X0，Y0)，(X1，Y1)。

（3）求節(jié)點(diǎn)過(guò)起點(diǎn)（x0，y0）作斜率為k的直線y-y0=k(x-x0)與曲線方程聯(lián)立：y-y0

=k（x-x0）y=f(x)求得第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)（x1，y1），再重復(fù)計(jì)算可得其余各節(jié)點(diǎn)。

4．圓弧逼近輪廓的節(jié)點(diǎn)計(jì)算

零件輪廓曲線可用一段段的圓弧逼近，常用的有曲率圓法、三點(diǎn)圓法和相切圓法等。本書(shū)介紹曲率圓法，它是一種等誤差圓弧逼近法，應(yīng)用于曲線y=f(x)為單調(diào)的情形。若不是單調(diào)曲線則可以在拐點(diǎn)處分段，使每段曲線為單調(diào)。

（1）從輪廓曲線y=f(x)的起點(diǎn)(xn，yn)開(kāi)始作曲率圓半徑：

圓心坐標(biāo)：ζn=xn-yn′·[1+(yn′)2]∕∣yn″∣ηn=yn+[1+(yn′)2]∕yn″（2）求偏差圓與曲線的交點(diǎn)，即解聯(lián)立方程組(x-ζn)2+(y-ηn)2=(Rn±δ允)2y=f(x)得交點(diǎn)（xn+1，yn+1）。當(dāng)曲線曲率遞減時(shí)?。≧n+δ允），當(dāng)曲線曲率遞增時(shí)，取(Rn-δ允)。（3）求過(guò)（xn，yn）和（（xn+1，yn+1）兩點(diǎn)，半徑為Rn的圓的圓心，即解聯(lián)立方程組。（x-xn）2+（y-yn）2=Rn2（x-xn+1）2+（y-yn+1）2=Rn2得圓心坐標(biāo)（ζm，ηm）。（4）重復(fù)上述計(jì)算可依次求得其他逼近圓弧。

上述計(jì)算均可用計(jì)算機(jī)程序完成。2.2.3輔助計(jì)算1．增量值計(jì)算

增量值計(jì)算僅就增量坐標(biāo)的數(shù)控系統(tǒng)或絕對(duì)坐標(biāo)中某些數(shù)據(jù)仍要求以增量方式輸入時(shí)，所進(jìn)行的由絕對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)到增量坐標(biāo)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。其換算公式為：增量坐標(biāo)值=終點(diǎn)坐標(biāo)值-起點(diǎn)坐標(biāo)值例如：要求以直線插補(bǔ)方式，使刀具從a點(diǎn)（起點(diǎn)）運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)（終點(diǎn)），已計(jì)算出a點(diǎn)坐標(biāo)為（Xa，Ya）,b點(diǎn)坐標(biāo)為（Xb，Yb），若以增量方式表示時(shí)，其X、Y軸方向上的增量分別為△X=Xb–Xa，△Y=Yb-Ya。

2．螺紋實(shí)際牙頂、實(shí)際牙底尺寸計(jì)算普通螺紋的牙型理論高度H=0.866P（P為螺距），實(shí)際加工時(shí)，由于螺紋車(chē)刀刀尖半徑的影響和安裝的需要，螺紋實(shí)際牙型高度為：

h=H–2(H/8)=0.6495H

式中H—螺紋三角形高度，H=0.866P(mm)；P—螺距(mm)。

螺紋牙頂d’

和牙底可用下式計(jì)算：

d'=d

-0.2165P≈d

-0.2Pd1=d'-1.299P

≈

d'-1.3P

式中d——螺紋公稱尺寸（螺紋大徑）(mm)；d1——螺紋牙底尺寸(mm)；d’——螺紋實(shí)際牙頂尺寸(mm)。如果螺紋牙型較深、螺距較大，可分幾次進(jìn)給。每次進(jìn)給的背吃刀量用螺紋深度減去精加工背吃刀量所得的差按遞減規(guī)律分配，如下圖。常用螺紋切削的進(jìn)給次數(shù)與背吃刀量可參考表2-2選取。表2-2常用螺紋切削的進(jìn)給次數(shù)與背吃刀量（mm）

2.3典型零件的數(shù)控加工工藝分析

1.零件圖工藝分析該零件表面有圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成。其中多個(gè)直徑尺寸有較嚴(yán)格的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。零件材料為45號(hào)鋼，無(wú)熱處理和硬度要求。通過(guò)上述分析，采取以下幾點(diǎn)工藝措施。（1）對(duì)圖樣上給定的幾個(gè)精度（IT7~IT8）要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時(shí)不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。（2）在輪廓曲線上，有三處為過(guò)象限圓弧，其中兩處為既過(guò)象限又改變進(jìn)給方向的輪廓曲線，因此在加工時(shí)應(yīng)進(jìn)行機(jī)械間隙補(bǔ)償，以保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性。（3）為便于裝夾，毛坯件左端應(yīng)預(yù)先車(chē)出夾持部分（雙點(diǎn)劃線部分），右端面也應(yīng)先車(chē)出并鉆好中心孔。毛坯選棒料。

2.確定裝夾方案確定毛坯件軸線和左端大端面（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）為定位基準(zhǔn)。左端采用三爪自定心卡盤(pán)定心夾緊、右端采用活動(dòng)頂尖支承的裝夾方式。3.確定加工順序加工順序按由粗到精的原則確定。即先從右到左進(jìn)行粗車(chē)（留0.20mm精車(chē)余量），然后從右到左進(jìn)行精車(chē)，最后車(chē)削螺紋。4.數(shù)值計(jì)算利用AutoCAD畫(huà)出零件圖形，然后取出必要的基點(diǎn)坐標(biāo)值；利用公式對(duì)螺紋實(shí)際牙頂、實(shí)際牙底進(jìn)行計(jì)算。（1）基點(diǎn)計(jì)算。以O(shè)點(diǎn)為工件坐標(biāo)原點(diǎn)，則A、B、C三點(diǎn)坐標(biāo)分別為：

XA=40mm（直徑量）、ZA=-69mm；XB=38.76mm（直徑量）、ZB=-99mm；XC=56mm（直徑量）、ZC=-154.09mm。（2）螺紋實(shí)際牙頂、實(shí)際牙底計(jì)算5.選擇刀具

（1）粗車(chē)、精車(chē)均選用35°菱形涂層硬質(zhì)合金外圓車(chē)刀，副偏角48°，刀尖半徑0.4mm，為防與工件輪廓發(fā)生干涉，必要時(shí)應(yīng)用AutoCAD作圖檢驗(yàn)或用仿真軟件檢驗(yàn)。（2）車(chē)螺紋選用硬質(zhì)合金60°外螺紋車(chē)刀，取刀尖圓弧半徑0.2mm。6.確定切削用量

（1）背吃刀量。粗車(chē)循環(huán)背吃刀量ap=2mm；精車(chē)ap=0.2mm。M30螺紋分5次車(chē)削，但每次背吃刀量不同，查表為（直徑量）：0.9、0.6、0.6、0.4、0.1（mm）。

（2）主軸轉(zhuǎn)速粗車(chē)v=90m/min，n=500r/min精車(chē)v=120m/min，n=1200r/min;車(chē)螺紋n=320r/min。

（3）進(jìn)給速度粗車(chē)f=0.3mm/r，精車(chē)f=0.05mm/r;車(chē)螺紋f=2mm/r。7.數(shù)控加工工藝文件的制定

7.數(shù)控加工工藝文件的制定

數(shù)控加工程序的編制

3.1數(shù)控機(jī)床編程基礎(chǔ)

3.1.1數(shù)控機(jī)床編程的內(nèi)容與步驟

數(shù)控編程的內(nèi)容：分析被加工零件的零件圖，確定加工工藝過(guò)程，數(shù)值計(jì)算，編寫(xiě)程序單，輸入數(shù)控系統(tǒng)，程序校驗(yàn)和首件試切等。（1）分析零件圖對(duì)工件材料、形狀、尺寸精度及毛坯形狀和熱處理的分析，確定工件在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工的可行性。（2）工藝處理制定數(shù)控加工工藝除考慮通常的一般工藝原則外，還應(yīng)考慮充分發(fā)揮所有數(shù)控機(jī)床的指令功能；正確選擇對(duì)刀點(diǎn)；盡量縮短加工路線，減少空行程時(shí)間和換刀次數(shù)；盡量使數(shù)值計(jì)算方便，程序段要少等。（3）數(shù)值計(jì)算主要計(jì)算零件輪廓相鄰幾何元素的交點(diǎn)（或切點(diǎn)）的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)和圓弧的圓心坐標(biāo)。數(shù)控機(jī)床編程步驟：

（4）編寫(xiě)程序單編程人員根據(jù)所使用數(shù)控系統(tǒng)的指令、程序段格式，逐段編寫(xiě)零件加工程序。（5）輸入數(shù)控系統(tǒng)可通過(guò)鍵盤(pán)等直接將程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，也可通過(guò)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器或RS232接口輸入數(shù)控系統(tǒng)。（6）程序校驗(yàn)和首件試切通過(guò)試運(yùn)行，校對(duì)檢查程序，也可利用數(shù)控機(jī)床的空運(yùn)行功能進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性。對(duì)帶有刀具軌跡動(dòng)態(tài)模擬顯示功能的數(shù)控機(jī)床可進(jìn)行數(shù)控模擬加工，以檢查刀具軌跡是否正確；通過(guò)試加工可以檢查其加工工藝及有關(guān)切削參數(shù)指定得是否合理，加工精度能否滿足零件圖樣要求，加工工效如何，以便進(jìn)一步改進(jìn)，直到加工出滿意的零件為止。3.1.2數(shù)控機(jī)床程序編制方法1）手工編程

手工編程是指各個(gè)步驟均由手工編制，即從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)據(jù)計(jì)算、編寫(xiě)程序單、輸入程序到程序檢驗(yàn)等各步驟主要由人工完成的編程過(guò)程稱為手工編程。對(duì)形狀簡(jiǎn)單的工件，計(jì)算簡(jiǎn)單，程序少，采用手工編程較容易，而且經(jīng)濟(jì)、及時(shí)。但對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，特別是具有列表曲線、非圓曲線及曲面的零件（如葉片、復(fù)雜模具），或者表面的幾何元素并不復(fù)雜而程序量很大的零件（如復(fù)雜的箱體），手工編程就困難，出錯(cuò)率大，甚至無(wú)法編出程序。2）自動(dòng)編程

自動(dòng)編程也稱為計(jì)算機(jī)輔助編程，是利用計(jì)算機(jī)專用軟件編制數(shù)控加工程序的過(guò)程。它包括數(shù)控語(yǔ)言式自動(dòng)編程和圖形交互式自動(dòng)編程。目前，常用的CAD/CAM自動(dòng)編程軟件主要有：Ug、Catia、Pro/E、Cimatron、MasterCAM、DelCAM、CAXA等。

3.1.3字符與代碼1、字符與代碼的含義字符（Character）是用來(lái)組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號(hào)，如數(shù)字、字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、數(shù)學(xué)運(yùn)算符等。它是加工程序的最小組成單位。加工程序用的字符分四類(lèi)。一類(lèi)是字母，它由大寫(xiě)26個(gè)字母組成。第二類(lèi)是數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，它由0～9共10個(gè)數(shù)字及一個(gè)小數(shù)點(diǎn)組成。第三類(lèi)是符號(hào)，由正（+）號(hào)和負(fù)（-）號(hào)組成。第四類(lèi)是功能字符，它由程序開(kāi)始（結(jié)束）符“%”、程序段結(jié)束符“；”、跳過(guò)程序段符“/”等組成。

代碼由字符組成，數(shù)控機(jī)床功能代碼的標(biāo)準(zhǔn)有EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）制定的EIARS—244和ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)）制定的ISORS—840兩種標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)際上大都采用ISO代碼。2、數(shù)控機(jī)床功能代碼

數(shù)控機(jī)床功能代碼主要包括準(zhǔn)備功能和輔助功能。

準(zhǔn)備功能（或G功能）是使數(shù)控機(jī)床建立起某種加工方式的指令，如插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)等。G功能由地址符G和后面的兩位數(shù)字組成。G00~G99

輔助功能（或M功能）是用于指定主軸的旋轉(zhuǎn)方向、啟動(dòng)、停止、冷卻液的開(kāi)關(guān)，工件或刀具的夾緊和松開(kāi)，刀具的更換等功能。輔助功能由地址符M和后面的兩位數(shù)字組成。M00~M99

3.1.4數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系

1、坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定

標(biāo)準(zhǔn)的