數(shù)字化設(shè)計與制造讀書報告

數(shù)控技術(shù)

-------------《數(shù)字化設(shè)計與制造》讀書報告

姓名：王芬祥學(xué)號：0201*625

內(nèi)容摘要：先進的硬件設(shè)備對生產(chǎn)加工的效率是很重要的。現(xiàn)代加工設(shè)備各式各樣，品種繁多。像車床、銑床、磨床、鉆床、加工中心機床等。為了減少人的體力勞動和自動化的生產(chǎn)，數(shù)控加工走向了我們，目前的數(shù)控機床廣泛應(yīng)用于加工行業(yè)當(dāng)中。數(shù)控設(shè)備的出現(xiàn)，使CAD/CAM技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，軟/硬件得到了有機的結(jié)合。

數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（it、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。關(guān)鍵字：數(shù)控加工編程設(shè)備發(fā)展趨勢正文：

數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它的廣泛應(yīng)用使普通機械被數(shù)控機械所代替，使全球制造業(yè)發(fā)生了根本變化。數(shù)控技術(shù)的水準、擁有和普及程度已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。

數(shù)控就是數(shù)字控制（NumericalControl，NC）的簡稱，國家標(biāo)準GB/T8129-1997將數(shù)控定義為：用數(shù)字化信息對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法。

數(shù)控系統(tǒng)即程序控制系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)能自動閱讀輸入載體上給定的程序，并對程序進行編譯，以控制機床的運動，完成零件的加工過程。數(shù)控加工（NCMachining）是指根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序，并輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，完成零件加工過程。數(shù)控程序（NCProgram）是指輸入數(shù)控機床，執(zhí)行一個確定加工任務(wù)的一系列指令的集合。數(shù)控編程（NCProgramming）則是指生成用于數(shù)控機床進行零件加工程序的過程。

1.數(shù)控加工的優(yōu)點：

（1）柔性好所謂的柔性即適應(yīng)性，是指數(shù)控機床隨生產(chǎn)對象變化而變化的適應(yīng)能力。數(shù)控機床把加工的要求、步驟與零件尺寸用代碼和數(shù)字表示為數(shù)控程序，通過信息載體將數(shù)控程序輸入數(shù)控裝置。經(jīng)過數(shù)控裝置中的計算機處理與計算，發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按程序加工出圖紙要求的零件。在數(shù)控機床中使用的是可編程的數(shù)字量信號，當(dāng)被加工零件改變時，只要編寫“描寫”該零件加工的程序即可。數(shù)控機床對加工對象改型的適應(yīng)性強，這為單件、小批零件加工及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。

（2）加工精度高數(shù)控機床有較高的加工精度，而且數(shù)控機床的加工精度不受零件形狀復(fù)雜程度的影響。這對于一些用普通機床難以保證精度甚至無法加工的復(fù)雜零件來說是非常重要的。另外，數(shù)控加工消除了操作者的人為誤差，提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

（3）能加工復(fù)雜型面數(shù)控加工運動的任意可控性使其能完成普通加工方法難以完成或者無法進行的復(fù)雜型面加工。

（4）生產(chǎn)效率高數(shù)控機床的加工效率一般比普通機床高2~3倍，尤其在加工復(fù)雜零件時，生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍。一方面是因為其自動化程度高，具有自動換刀和其他輔助操作自動化等功能，而且工序集中，在一次裝夾中能完成較多表面的加工，省去了劃線、多次裝夾、檢測等工序；另一方面是加工中可采用較大的切削用量，有效地減少了加工中的切削工時。

（5）勞動條件好在數(shù)控機床上加工零件自動化程度高，大大減輕了操作者的勞動強度，改善了勞動條件。

（6）有利于生產(chǎn)管理用數(shù)控機床加工，能準確地計劃零件的加工工時，簡化檢驗工作，減輕了工夾具、半成品的管理工作，減少了因誤操作而出廢品及損壞刀具的可能性。這些都有利于管理水平的提高。

（7）易于建立計算機通信網(wǎng)絡(luò)2．?dāng)?shù)控加工的不足之處：

（1）數(shù)控機床價格較貴，加工成本高，提高了起始階段的投資。（2）技術(shù)復(fù)雜，增加了電子設(shè)備的維護，維修困難。

（3）對工藝和編程要求較高，加工中難以調(diào)整，對操作人員的技術(shù)水平要求較高。

3．?dāng)?shù)控加工技術(shù)的主要應(yīng)用對象：

（1）幾何形狀復(fù)雜的零件?特別是形狀復(fù)雜、加工精度要求高或用數(shù)學(xué)方法定義的復(fù)雜曲線、曲面輪廓。從圖1-2中可以看出，數(shù)控機床非常適合加工形狀復(fù)雜的零件。

（2）多品種小批量生產(chǎn)的零件?用通用機床加工時，要求設(shè)計制造復(fù)雜的專用工裝或需很長調(diào)整時間。圖1-3表示了通用機床、專用機床和數(shù)控機床加工批量與成本的關(guān)系。從圖中可以看出，在多品種、中小批量生產(chǎn)情況下，采用數(shù)控機床生產(chǎn)成本更為合理。

（3）必須嚴格控制公差的零件。（4）貴重的、不允許報廢的關(guān)鍵零件。數(shù)控編程的概念：數(shù)控機床是按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進給量、吃刀量等）以及輔助功能（換刀、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、切削液開、關(guān)等），按照數(shù)控機床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這一程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上（如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲器），然后輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，從而指揮機床加工零件。這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過程叫數(shù)控程序的編制。

由于數(shù)控機床要按照預(yù)先編制好的程序自動加工零件，因此，程序編制的好壞直接影響數(shù)控機床的正確使用和數(shù)控加工特點的發(fā)揮。這就要求編程員具有比較高的素質(zhì)。編程員應(yīng)通曉機械加工工藝以及機床、刀夾具、數(shù)控系統(tǒng)的性能，熟悉工廠的生產(chǎn)特點和生產(chǎn)習(xí)慣。在工作中，編程員不但要責(zé)任心強、細心，而且還能和操作人員配合默契，不斷吸取別人的編程經(jīng)驗、積累編程經(jīng)驗和編程技巧，并逐步實現(xiàn)編程自動化，以提高編程效率。數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟：

數(shù)控編程的內(nèi)容：

數(shù)控編程的主要內(nèi)容包括：分析零件圖樣，確定加工工藝過程；確定走刀軌跡，計算刀位數(shù)據(jù)；編寫零件加工程序；制作控制介質(zhì)；校對程序及首件試加工。

數(shù)控編程的步驟：1、分析零件圖樣和工藝處理

這一步驟的內(nèi)容包括：對零件圖樣進行分析以明確加工的內(nèi)容及要求，選擇加工方案、確定加工順序、走刀路線、選擇合適的數(shù)控機床、設(shè)計夾具、選擇刀具、確定合理的切削用量等。工藝處理涉及的問題很多，編程人員需要注意以下幾點：工藝方案及工藝路線、零件安裝與夾具選擇、編程原點和編程坐標(biāo)系、刀具和切削用量

2、數(shù)學(xué)處理

在完成工藝處理的工作以后，下一步需根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸、走刀路線及設(shè)定的坐標(biāo)系，計算粗、精加工各運動軌跡，得到刀位數(shù)據(jù)。一般的數(shù)控系統(tǒng)均具有直線插補與圓弧插補功能。對于點定位的數(shù)控機床（如數(shù)控沖床）一般不需要計算；對于加工由圓弧與直線組成的較簡單的零件輪廓加工，需要計算出零件輪廓線上各幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心坐標(biāo)、兩幾何元素的交點或切點的坐標(biāo)值；當(dāng)零件圖樣所標(biāo)尺寸的坐標(biāo)系與所編程序的坐標(biāo)系不一致時，需要進行相應(yīng)的換算；若數(shù)控機床無刀補功能，則應(yīng)計算刀心軌跡；對于形狀比較復(fù)雜的非圓曲線（如漸開線、雙曲線等）的加工，需要用小直線段或圓弧段逼近，按精度要求計算出其節(jié)點坐標(biāo)值；自由曲線、曲面及組合曲面的數(shù)學(xué)處理更為復(fù)雜，需利用計算機進行輔助設(shè)計。

3、編寫零件加工程序單在加工順序、工藝參數(shù)以及刀位數(shù)據(jù)確定后，就可按數(shù)控系統(tǒng)的指令代碼和程序段格式，逐段編寫零件加工程序單。編程人員應(yīng)對數(shù)控機床的性能、指令功能、代碼書寫格式等非常熟悉，才能編寫出正確的零件加工程序。對于形狀復(fù)雜、工序很長、計算煩瑣的零件采用計算機輔助數(shù)控編程。

4、輸入數(shù)控系統(tǒng)

程序編寫好之后，可通過鍵盤直接將程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，比較老一些的數(shù)控機床需要制作控制介質(zhì)（穿孔帶），再將控制介質(zhì)上的程序輸入數(shù)控系統(tǒng)。

5、程序檢驗和首件試加工

程序送入數(shù)控機床后，還需經(jīng)過試運行和試加工兩步檢驗后，才能進行正式加工。通過試運行，檢驗程序語法是否有錯，加工軌跡是否正確；通過試加工可以檢驗其加工工藝及有關(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，以便進一步改進。

三、數(shù)控編程的方法

數(shù)控編程一般分為手工編程和自動編程。1．手工編程(ManualProgramming)

從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值計算、編寫程序單、程序輸入至程序校驗等各步驟均由人工完成，稱為手工編程。對于加工形狀簡單的零件，計算比較簡單，程序不多，采用手工編程較容易完成，而且經(jīng)濟、及時，因此在點定位加工及由直線與圓弧組成的輪廓加工中，手工編程仍廣泛應(yīng)用。但對于形狀復(fù)雜的零件，特別是具有非圓曲線、列表曲線及曲面的零件，用手工編程就有一定的困難，出錯的機率增大，有的甚至無法編出程序，必須采用自動編程的方法編制程序。

2.自動編程（AutomaticProgramming）

自動編程是利用計算機專用軟件編制數(shù)控加工程序的過程。它包括數(shù)控語言編程和圖形交互式編程。

數(shù)控語言編程，編程人員只需根據(jù)圖樣的要求，使用數(shù)控語言編寫出零件加工源程序，送入計算機，由計算機自動地進行編譯、數(shù)值計算、后置處理，編寫出零件加工程序單，直至自動穿出數(shù)控加工紙帶，或?qū)⒓庸こ绦蛲ㄟ^直接通信的方式送入數(shù)控機床，指揮機床工作。數(shù)控語言編程為解決多坐標(biāo)數(shù)控機床加工曲面、曲線提供了有效方法。但這種編程方法直觀性差，編程過程比較復(fù)雜不易掌握，并且不便于進行階段性檢查。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機圖形處理功能已有了極大的增強，“圖形交互式自動編程”也應(yīng)運而生。

圖形交互式自動編程是利用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件的圖形編程功能，將零件的幾何圖形繪制到計算機上，形成零件的圖形文件，或者直接調(diào)用由CAD系統(tǒng)完成的產(chǎn)品設(shè)計文件中的零件圖形文件，然后再直接調(diào)用計算機內(nèi)相應(yīng)的數(shù)控編程模塊，進行刀具軌跡處理，由計算機自動對零件加工軌跡的每一個節(jié)點進行運算和數(shù)學(xué)處理，從而生成刀位文件。之后，再經(jīng)相應(yīng)的后置處理（postprocessing），自動生成數(shù)控加工程序，并同時在計算機上動態(tài)地顯示其刀具的加工軌跡圖形。圖形交互式自動編程極大地提高了數(shù)控編程效率，它使從設(shè)計到編程的信息流成為連續(xù)，可實現(xiàn)CAD/CAM集成，為實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）一體化建立了必要的橋梁作用。因此，它也習(xí)慣地被稱為CAD/CAM自動編程。

四．?dāng)?shù)控設(shè)備

數(shù)控設(shè)備就是采用了數(shù)控技術(shù)的機械設(shè)備，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機械設(shè)備。數(shù)控機床是數(shù)控設(shè)備的典型代表，其他數(shù)控設(shè)備還有數(shù)控沖剪機、數(shù)控壓力機、數(shù)控彎管機、數(shù)控坐標(biāo)測量機、數(shù)控繪圖儀、數(shù)控雕刻機等。

數(shù)控機床是為了解決復(fù)雜、精密、小批多變零件加工的自動化要求而產(chǎn)生的。數(shù)控加工是根據(jù)被加工零件的圖樣和工藝要求，編制成以數(shù)碼表示的程序，輸入到機床的數(shù)控系統(tǒng)中，以控制刀具與工件的相對運動，從而加工出合格零件的方法。高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在：

1.機床復(fù)合技術(shù)進一步擴展隨著數(shù)控機床技術(shù)進步，復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟，包括銑-車復(fù)合、車銑復(fù)合、車-鏜-鉆-齒輪加工等復(fù)合，車磨復(fù)合，成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等，復(fù)合加工的精度和效率大大提高�！耙慌_機床就是一個加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復(fù)合加工機床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。

2.智能化技術(shù)有新突破數(shù)控機床的智能化技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。智能化提升了機床的功能和品質(zhì)。

3.機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復(fù)合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。

4.精密加工技術(shù)有了新進展數(shù)控金切機床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.05μm左右。超精密數(shù)控機床的微細切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達到0.05μm左右，形狀精度可達0.01μm左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達到納米級（0.001μm）。通過機床結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補償技術(shù)，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。

5.功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機和驅(qū)動裝置，高技術(shù)含量的電主軸、力矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應(yīng)用，極大的提高數(shù)控機床的技術(shù)水平。

五．?dāng)?shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢:

（一）、高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢

效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的mtbf值已達6000h以上，伺服系統(tǒng)的mtbf值達到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。

（二）、5軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展

采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。

（三）、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。

參考文獻：［1］李鐵光等主編《數(shù)控加工技術(shù)》北京理工大學(xué)出版社

［2］易紅主編《數(shù)控技術(shù)》機械工業(yè)出版社

［3］李雪梅，王斌武主編《數(shù)控機床》電子工業(yè)出版社［4］王道宏主編《數(shù)控編程技術(shù)》人民郵電出版社

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