数控加工工艺概述

数控加工工艺广东机电职业技术学院数控教研室

明确数控加工工艺的概念和内容，以及在数控加工中的重要作用，同时应对目前最先进的数控加工技术和加工工艺有一个整体性和概括性的了解。教学目的：第一单元数控加工工艺概述

学习内容与知识点：内容知识点学习要求建议学时数控加工过程

数控加工的概念理解2

数控加工的过程数控加工工艺概念与工艺过程

数控加工工艺的概念掌握

数控加工工艺过程的概念数控加工工艺的主要内容

数控加工工艺设计的主要内容重点掌握数控加工工艺的特点

数控加工工艺与普通加工工艺的区别及特点理解2数控加工与工艺技术的新发展

高速切削了解

高精加工

复合化加工

控制智能化

互联网络化

快速原型

计算机集成制造系统（CIMS）第一单元数控加工工艺概述

数控加工的概念

根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。数控加工——数控加工的过程

制定工艺阅读零件工艺分析数控编程程序传输虽然数控加工与传统的机械加工相比，在加工的方法和内容上有许多相似之处，但由于采用了数字化的控制形式和数控机床，许多传统加工过程中的人工操作被计算机和数控系统的自动控制所取代。

加工过程步骤详细解释

通过把数字化了的刀具移动轨迹信息（通常指CNC加工程序），传入数控机床的数控装置，经过译码、运算，指挥执行机构（伺服电机带动的主轴和工作台）控制刀具与工件相对运动，从而加工出符合编程设计要求的零件。数控加工的原理

伺服驱动机床零点数控加工工艺的概念

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。

数控加工工艺过程

数控加工工艺过程是利用切削刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。

数控加工工艺设计的主要内容

选择并确定进行数控加工的内容

数控加工的工艺分析

零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定

制定数控加工工艺方案确定工步和进给路线选择数控机床的类型

选择和设计刀具、夹具与量具确定切削参数编写、校验和修改加工程序首件试加工与现场问题处理

数控加工工艺技术文件的定型与归档

数控加工工艺艺与普通加工工工艺的区别别及特点由于数控加工工采用了计算算机控制系统统和数控机床床，使得数控控加工具有加加工自动化程程度高、精度度高、质量稳稳定、生成效效率高、周期期短、设备使使用费用高等等特点。在数数控加工工艺艺上也与普通通加工工艺具具有一定的差差异。1、数控加工工工艺内容要求求更加具体、、详细普通加工工艺艺许多具体工艺艺问题，如工工步的划分与与安排、刀具具的几何形状状与尺寸、走走刀路线、加加工余量、切切削用量等，，在很大程度度上由操作人人员根据实际际经验和习惯惯自行考虑和和决定，一般般无须工艺人人员在设计工工艺规程时进进行过多的规规定，零件的的尺寸精度也也可由试切保保证。数控加工工艺艺所有工艺问题题必须事先设设计和安排好好，并编入加加工程序中。。数控工艺不不仅包括详细细的切削加工工步骤，还包包括工夹具型型号、规格、、切削用量和和其它特殊要要求的内容，，以及标有数数控加工坐标标位置的工序序图等。在自自动编程中更更需要确定详详细的各种工工艺参数。2、数控加工工工艺要求更严严密、精确普通加工工艺艺数控加工工艺艺加工时可以根根据加工过程程中出现的问问题比较自由由地进行人为为调整。自适应性较差差，加工过程程中可能遇到到的所有问题题必须事先精精心考虑，否否则导致严重重的后果。攻螺纹时，数数控机床不知知道孔中是否否已挤满切屑屑，是否需要要退刀清理一一下切屑再继继续加工。普通机床加工工可以多次““试切”来满满足零件的精精度要求，而而数控加工过过程严格按规规定尺寸进给给，要求准确确无误。例如编程尺寸并不不是零件图上上设计的尺寸寸的简单再现现，在对零件件图进行数学学处理和计算算时，编程尺尺寸设定值要要根据零件尺尺寸公差要求求和零件的形形状几何关系系重新调整计计算，才能确确定合理的编编程尺寸。3、制定数控加加工工艺要进进行零件图形形的数学处理理和编程尺寸寸设定值的计计算在数控加工中中，刀具的移移动轨迹是由由插补运算完完成的。根据据差补原理分分析，在数控控系统已定的的条件下，进进给速度越快快，则插补精精度越低，导导致工件的轮轮廓形状精度度越差。尤其其在高精度加加工时这种影影响非常明显显。4、考虑进给速速度对零件形形状精度的影影响制定数控加工工工艺时，选选择切削用量量要考虑进给给速度对加工工零件形状精精度的影响。。复杂形面的加加工编程通常常采用自动编编程方式，自自动编程中必必须先选定刀刀具再生成刀刀具中心运动动轨迹，因此此对于不具有有刀具补偿功功能的数控机机床来说，若若刀具预先选选择不当，所所编程序只能能推倒重来。。5、强调刀具选选择的重要性性6、数控加工工工艺的特殊要要求由于数控机床床比普通机床床的刚度高，，所配的刀具具也较好，因因此在同等情情况下，数控控机床切削用用量比普通机机床大，加工工效率也较高高。数控机床的功功能复合化程程度越来越高高，因此现代代数控加工工工艺的明显特特点是工序相相对集中，表表现为工序数数目少，工序序内容多，并并且由于在数数控机床上尽尽可能安排较较复杂的工序序，所以数控控加工的工序序内容比普通通机床加工的的工序内容复复杂。由于数控机床床加工的零件件比较复杂，，因此在确定定装夹方式和和夹具设计时时，要特别注注意刀具与夹夹具、工件的的干涉问题。。复杂表面的刀刀具运动轨迹迹生成需借助助自动编程软软件，既是编编程问题，当当然也是数控控加工工艺问问题。这也是是数控加工工工艺与普通加加工工艺最大大的不同之处处。7、数控加工程程序的编写、、校验与修改改是数控加工工工艺的一项项特殊内容普通工艺中，，划分工序、、选择设备等等重要内容对对数控加工工工艺来说属于于已基本确定定的内容，所所以制定数控控加工工艺的的着重点在整整个数控加工工过程的分析析，关键在确确定进给路线线及生成刀具具运动轨迹。。数控加工与工工艺技术的新新发展随着计算机技技术突飞猛进进的发展，数数控技术正不不断采用计算算机、控制理理论等领域的的最新技术成成就，使其朝朝着高速化、、高精化、复复合化、智能能化、高柔性性化及信息网网络化等方向向发展。整体体数控加工技技术向着CIMS（计算机集成成制造系统））方向发展。。高速切削高速加工技术术是自上个世世纪80年代代发展起来的的一项高新技技术，其研究究应用的一个个重要目标是是缩短加工时时的切削与非非切削时间，，对于复杂形形状和难加工工材料及高硬硬度材料减少少加工工序，，最大限度地地实现产品的的高精度和高高质量。由于于不同加工工工艺和工件材材料有不同的的切削速度范范围，因而很很难就高速加加工给出一个个确切的定义义。目前，一一般的理解为为切削速度达达到普通加工工切削速度的的5～10倍倍即可认为是是高速加工。。TOSHIBA四轴高速加工工镗铣床FIDIA五轴高速铣床床高速切削高速加工与传传统的数控加加工方法相比比没有什么本本质的区别，，两者牵涉到到同样的工艺艺参数，但其其加工效果相相对于传统的的数控加工有有着无可比拟拟的优越性：：高速切削简化了传统加加工工艺；经济效益显著著提高。有利于提高生生产率；有利于改善工工件的加工精精度和表面质质量；有利于延长刀刀具的使用寿寿命和应用直直径较小的刀刀具；有利于加工薄薄壁零件和脆脆性材料；受高生产率的的驱使，高速速化已是现代代机床技术发发展的重要方方向之一。主主要表现在：：数控机床主轴轴高转速工作台高快速速移动和高进进给速度高速速切切削削目前前，，高高速速加加工工涉涉及及到到的的新新技技术术主主要要有有：：高速速切切削削高速速加加工工是是通通过过大大幅幅度度提提高高主主轴轴转转速速和和加加工工进进给给速速度度来来实实现现的的，，为为了了适适应应这这种种高高速速切切削削加加工工，，主主轴轴设设计计采采用用了了先先进进的的主主轴轴轴轴承承、、润润滑滑和和散散热热等等新新技技术术；；高速速主主轴轴五轴轴高高速速铣铣削削头头高速速切切削削高速速切切削削高速速伺伺服服进进给给系系统统高速速加加工工通通常常要要求求在在高高主主轴轴转转速速下下，，使使用用在在很很大大范范围围内内变变化化的的高高速速进进给给。。高高速速进进给给的的需需求求已已引引起起机机床床结结构构设设计计上上的的重重大大变变化化：：采采用用直直线线伺伺服服电电机机来来代代替替传传统统的的电电机机丝丝杠杠驱驱动动；；高速速切切削削适于于高高速速加加工工的的数数控控系系统统高速速加加工工数数控控系系统统需需要要具具备备更更短短的的伺伺服服周周期期和和更更高高的的分分辨辨率率，，同同时时具具有有待待加加工工轨轨迹迹监监控控功功能能和和曲曲线线插插补补功功能能，，以以保保证证在在高高速速切切削削时时，，特特别别是是在在4-5轴轴坐坐标标联联动动加加工工复复杂杂曲曲面面轮轮廓廓时时仍仍具具有有良良好好的的加加工工性性能能。。高速切削刀具技术刀具性能和和质量对高高速切削加加工具有重重大影响，，新型刀具具材料的采采用，使切切削加工速速度大大提提高，从而而提高了生生产率，延延长了刀具具寿命。高速切削刀夹装置及及快速刀具具交换技术术在高速加工工中，切削削时间和每每个托盘化化零件加工工时间已显显著缩短。。高速、高高精度定位位的托盘交交换装置已已成为今后后的发展方方向。高速加工作作为一种新新的技术，，其优点是是显而易见见的，它给给传统的数数控加工带带来了一种种革命性的的变化，但但是，目前前既便是在在加工机床床水平先进进的瑞士、、德国、日日本、美国国，对这一一崭新技术术的研究也也还处在不不断的摸索索研究中。。有许多问问题有待于于解决：如如高速机床床的动态、、热态特性性；刀具材材料、几何何角度和耐耐用度问题题；机床与与刀具间的的接口技术术（刀具的的公平衡、、扭矩传输输）；冷却却润滑液的的选择；CAD/CAM的程序后处处理问题；；高速加工工时刀具轨轨迹的优化化问题等等等。国内在在这一方面面的研究采采尚处于起起步阶段，，要赶上并并尽快缩小小与国外同同行业间的的差距，还还有许多路路要走。高速切削高精加工是是高速加工工技术与数数控机床的的广泛应用用结果。以以前汽车零零件的加工工精度要求求在0.01mm数量级，现现在随着计计算机硬盘盘、高精度度液压轴承承等精密零零件的增多多，精整加加工所需精精度已提高高到0.1μm，加工精度度进入了亚亚微米世界界。高精加工高精加工提高机械设设备的制造造精度和装装配精度减小数控系系统的控制误差差提高数控系系统的分辨辨率以微小程序序段实现连连续进给使CNC控制单位精精细化提高位置检检测精度位置伺服系系统采用前前馈控制与与非线性控控制采用补偿技技术齿隙补偿丝杆螺距误误差补偿刀具误差补补偿热变形误差差补偿空间误差综综合补偿机床的复合合化加工是是通过增加加机床的功功能，减少少工件加工工过程中的的多次装夹夹、重新定定位、对刀刀等辅助工工艺时间，，来提高机机床利用率率。复合化加工工复合化加工工的两重含含义：复合化加工工一台装夹可可完成多工工种、多工工序企业向复合合型发展，，为用户提提供成套服服务工序和工艺艺的集中工艺的成套即即数控技术智智能化程度度不断提高高，体现在在以下几个个方面：控制智能化化加工过程自自适应控制制技术加工参数的的智能优化化与选择故障自诊断断功能智能化交流流伺服驱动动装置智能CAD把工程数据据库及其管管理系统、、知识库及及其专家系系统、拟人人化用户接接口管理系系统集于一一体。控制智能化化智能制造技技术包括括专家系统统、模糊推推理和人工工神经网络络三大部分分。控制智能化化控制智能化化专家系统先是采集领领域专家的的知识，然然后将知识识分解为事事实与规则则，存储于于知识库中中，通过推推理作出决决策。模糊推理模糊推理又又称模糊逻逻辑，它是是依靠模糊糊集和模糊糊逻辑模型型进行多个个因素的综综合考虑，，采用关系系矩阵算法法模型、隶隶属度函数数、加权、、约束等方方法，处理理模糊的、、不完全的的乃至相互互矛盾的信信息。人工神经网网络神经网络是是人脑部分分功能的某某些抽象、、简化与模模拟，由数数量巨大的的以神经元元为主的处处理单元互互连构成，，通过神经经元的相互互作用来实实现信息处处理。网络功能正正逐渐成为为现代数控控机床、数数控系统的的特征之一一。诸如现现代数控机机床的远程程故障诊断断、远程状状态监控、、远程加工工信息共享享、远程操操作（危险险环境的加加工）、远远程培训等等都是以网网络功能为为基础的。。互联网络化化美国波音公公司利用数数字文件作作为制造载载体，首次次利用网络络功能实现现了无图纸纸制造波音音777新型客机。。图示为波音音公司利用用计算机辅辅助设计对对777客机的零部部件进行信信息化处理理。互联网络化化现代意义上上的快速成成型技术始始于70年年代末期出出现的立体体光刻技术术（SLA）,它是汹涌而而来的数字字化浪潮在在加工领域域中不可避避免的延拓拓，连续的的曲面被离离散成用STL文件表达的的三角面片片，零件在在加工方向向上被离散散成若干层层。这种离离散化使得得任意复杂杂的零件原原型都可以以加工出来来，加工过过程也大大大简化了。。快速原型创意测量计算机机辅助设计计计算机机工艺设计计计算机机辅助制造造数控加工构思草图快速原型现代产品开开发模式图形文档数控代码工艺文档产品快速原型快速原型的的英文缩写写为RP，在RP出现的初期期，其用途途主要是加加工产品原原型，随着着成型工艺艺、材料的的进步以及及快速制模模技术的发发展，RP已发展成能能直接或间间接制造功功能零件和和模具的快快速成型制制造,奠定定了在制造造业中的位位置,并且且形成了一一个不断扩扩大的RP/RT市场。据WholersAssociates的统计，全全球RP设备已有近近7000台，分布布在58个个国家。快速原型RP技术发展到到今天已有有20余年年的历史，，新的快速速成型工艺艺不断产生生、功能不不断完善、、精度不断断提高、成成型速度不不断提高。。快速原型例如：随着固态激激光技术的的突破，高高达1000mw的紫外激光光器应用在在SLA设备中，使使其成型速速度得到大大大提高，，激光器的的使用寿命命由最初的的2500小时延长长到上万小小时。RP技术发展到到今天已有有20余年年的历史，，新的快速速成型工艺艺不断产生生、功能不不断完善、、精度不断断提高、成成型速度不不断提高。。快速原型例如：新型高性能能光敏树脂脂的出现，，解决了SLA的收缩变形形和强度等等问题。EOS公司的EOSINT_M激光金属粉粉末烧结快快速成型设设备可直接接成型金属属零件或注注塑模具。。RP技术发展到到今天已有有20余年年的历史，，新的快速速成型工艺艺不断产生生、功能不不断完善、、精度不断断提高、成成型速度不不断提高。。快速原型例如：在软件方面面，STL文件的处理理软件不断断专业化，，使得各种种文件的转转换和STL文件的修复复、处理、、操作等功功能日臻完完善，形成成了基于STL的CAD平台。从RP/RT技术的现状状来看，未未来几年的的主要发展展趋势如下下：快速原型提高RP系统的速度度、控制精精度和可靠靠性开发专门用用于检验设设计、模拟拟制品可视视化，而对对尺寸精度度、形状精精度和表面面粗糙度要要求不高的的概念机。。研究开发成成本低、易易成形、变变形小、强强度高、耐耐久及无污污染的成形形材料。研究开发新新的成形方方法研究新的高高精度快速速模具工艺艺经自动化工工厂“通信信网络”连连接的各个个子系统，，可构成一一个有机联联系的整体体，即自动动化工厂。。计算机集集成制造反反映了制造造系统的这这一新发展展。计算机机集成制造造系统则是是技术上的的具体实现现，他能为为现代制造造企业追求求在激烈变变化中、动动态市场条条件下，具具有快速灵灵活响应的的竞争优势势提供所要要求的战略略性系统技技术。计算机集成成制造系统统（CIMS）计算机集成成制造系统统的发展可可以实现整整个机械制制造厂的全全盘自动化化，成为自自动化工或或无人化工工厂，是自自动化制造造技术的发发展方向。。计算机集成成制造系统统主要由设设计与工艺艺模块、制制造模块、、管理信息息模块和存存储运输模模块构成。计算机集成成制造系统统（CIMS）存储运输模模块的主要要功能有仓仓库管理、、自动搬运运等。各模块的主主要功能：：计算机集成成制造系统统（CIMS）设计与工艺艺模块制造模块管理信息模模块存储运输模模块CAD、CAE、CAPP、CAM等DNC、CNC、车间生产产计划、作作业调度、、刀具管理理、质量检检测与控制制、装配、、自动化仓仓库、FMC/FMS等市场预测、、物料需求求计划、生生产计算、、成本核算算及销售等等CIMS集成的三个个阶段：计算机集成成制造系统统（CIMS）信息集成针对设计、、管理和加加工制造中中大量存在在的自动化化孤岛，实实现信息正正确、高效效的共享和和交换，是是改善企业业技术和管管理水平必必须首先解解决的问题题。信息集成的的主要内容容包括企业建模、、系统设计计方法、软软件工具和和规范异构环境下下的信息集集成计算机集成成制造系统统（CIMS）过程集成对产品设计计开发中的的各串行过过程尽可能能多地转变变为并行过过程，在设设计时就考考虑到后续续工作中的的可制造性性、可装配配性，设计计时考虑质质量，把设设计开发中中的信息大大循环变成成多个小循循环，可以以减少反复复，缩短开开发时间。。CIMS集成的三个个阶段：计算机集成成制造系统统（CIMS）企业集成21世纪的制造造业必须面面队全球制制造的新形形势，充分分利用全球球的制造资资源，以便便更快、更更好、更省省地响应市市场需求。。这就是敏敏捷制造的的思想。敏敏捷制造的的组织形式式是企业之之间针对某某一特定产产品，建立立企业动态态联盟（即即所谓虚拟拟企业）。。敏捷的企企业联盟应应该是“两两头大、中中间小”，，即强大的的新产品设设计与开发发能力和强强大的市场场开拓与竞竞争的能力力。“中间间小”即加加工制造设设备的能力力可以小。。多数零部部件可以靠靠协作解决决，企业可可以在全球球采购价格格最便宜、、质量最好好的零部件件，因此企企业间的集集成是