数控加工工艺概述3

数控加工工艺溧阳第二职业高级中学

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

1

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

2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

1数控加工与工艺技术的新发展

高速切削

了解

2

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

数控加加工工工艺与与普通通加工工工艺艺的区区别及及特点点由于数数控加加工采采用了了计算算机控控制系系统和和数控控机床床，使使得数数控加加工具具有加加工自自动化化程度度高、、精度度高、、质量量稳定定、生生成效效率高高、周周期短短、设设备使使用费费用高高等特特点。。在数数控加加工工工艺上上也与与普通通加工工工艺艺具有有一定定的差差异。。1、数控控加工工工艺艺内容容要求求更加加具体体、详详细普通加加工工工艺许多具具体工工艺问问题，，如工工步的的划分分与安安排、、刀具具的几几何形形状与与尺寸寸、走走刀路路线、、加工工余量量、切切削用用量等等，在在很大大程度度上由由操作作人员员根据据实际际经验验和习习惯自自行考考虑和和决定定，一一般无无须工工艺人人员在在设计计工艺艺规程程时进进行过过多的的规定定，零零件的的尺寸寸精度度也可可由试试切保保证。。数控加加工工工艺所有工工艺问问题必必须事事先设设计和和安排排好，，并编编入加加工程程序中中。数数控工工艺不不仅包包括详详细的的切削削加工工步骤骤，还还包括括工夹夹具型型号、、规格格、切切削用用量和和其它它特殊殊要求求的内内容，，以及及标有有数控控加工工坐标标位置置的工工序图图等。。在自自动编编程中中更需需要确确定详详细的的各种种工艺艺参数数。2、数控控加工工工艺艺要求求更严严密、、精确确普通加加工工工艺数控加加工工工艺加工时时可以以根据据加工工过程程中出出现的的问题题比较较自由由地进进行人人为调调整。。自适应应性较较差，，加工工过程程中可可能遇遇到的的所有有问题题必须须事先先精心心考虑虑，否否则导导致严严重的的后果果。攻螺纹纹时，，数控控机床床不知知道孔孔中是是否已已挤满满切屑屑，是是否需需要退退刀清清理一一下切切屑再再继续续加工工。普通机机床加加工可可以多多次““试切切”来来满足足零件件的精精度要要求，，而数数控加加工过过程严严格按按规定定尺寸寸进给给，要要求准准确无无误。。例如编程尺尺寸并并不是是零件件图上上设计计的尺尺寸的的简单单再现现，在在对零零件图图进行行数学学处理理和计计算时时，编编程尺尺寸设设定值值要根根据零零件尺尺寸公公差要要求和和零件件的形形状几几何关关系重重新调调整计计算，，才能能确定定合理理的编编程尺尺寸。。3、制定定数控控加工工工艺艺要进进行零零件图图形的的数学学处理理和编编程尺尺寸设设定值值的计计算在数控控加工工中，，刀具具的移移动轨轨迹是是由插插补运运算完完成的的。根根据差差补原原理分分析，，在数数控系系统已已定的的条件件下，，进给给速度度越快快，则则插补补精度度越低低，导导致工工件的的轮廓廓形状状精度度越差差。尤尤其在在高精精度加加工时时这种种影响响非常常明显显。4、考虑虑进给给速度度对零零件形形状精精度的的影响响制定数数控加加工工工艺时时，选选择切切削用用量要要考虑虑进给给速度度对加加工零零件形形状精精度的的影响响。复杂形形面的的加工工编程程通常常采用用自动动编程程方式式，自自动编编程中中必须须先选选定刀刀具再再生成成刀具具中心心运动动轨迹迹，因因此对对于不不具有有刀具具补偿偿功能能的数数控机机床来来说，，若刀刀具预预先选选择不不当，，所编编程序序只能能推倒倒重来来。5、强调调刀具具选择择的重重要性性6、数控控加工工工艺艺的特特殊要要求由于数数控机机床比比普通通机床床的刚刚度高高，所所配的的刀具具也较较好，，因此此在同同等情情况下下，数数控机机床切切削用用量比比普通通机床床大，，加工工效率率也较较高。。数控机机床的的功能能复合合化程程度越越来越越高，，因此此现代代数控控加工工工艺艺的明明显特特点是是工序序相对对集中中，表表现为为工序序数目目少，，工序序内容容多，，并且且由于于在数数控机机床上上尽可可能安安排较较复杂杂的工工序，，所以以数控控加工工的工工序内内容比比普通通机床床加工工的工工序内内容复复杂。。由于数数控机机床加加工的的零件件比较较复杂杂，因因此在在确定定装夹夹方式式和夹夹具设设计时时，要要特别别注意意刀具具与夹夹具、、工件件的干干涉问问题。。复杂表表面的的刀具具运动动轨迹迹生成成需借借助自自动编编程软软件，，既是是编程程问题题，当当然也也是数数控加加工工工艺问问题。。这也也是数数控加加工工工艺与与普通通加工工工艺艺最大大的不不同之之处。。7、数控控加工工程序序的编编写、、校验验与修修改是是数控控加工工工艺艺的一一项特特殊内内容普通工工艺中中，划划分工工序、、选择择设备备等重重要内内容对对数控控加工工工艺艺来说说属于于已基基本确确定的的内容容，所所以制制定数数控加加工工工艺的的着重重点在在整个个数控控加工工过程程的分分析，，关键键在确确定进进给路路线及及生成成刀具具运动动轨迹迹。数控加加工与与工艺艺技术术的新新发展展随着计计算机机技术术突飞飞猛进进的发发展，，数控控技术术正不不断采采用计计算机机、控控制理理论等等领域域的最最新技技术成成就，，使其其朝着着高速速化、、高精精化、、复合合化、、智能能化、、高柔柔性化化及信信息网网络化化等方方向发发展。。整体体数控控加工工技术术向着着CIMS（计算算机集集成制制造系系统））方向向发展展。高速切切削高速加加工技技术是是自上上个世世纪80年年代发发展起起来的的一项项高新新技术术，其其研究究应用用的一一个重重要目目标是是缩短短加工工时的的切削削与非非切削削时间间，对对于复复杂形形状和和难加加工材材料及及高硬硬度材材料减减少加加工工工序，，最大大限度度地实实现产产品的的高精精度和和高质质量。。由于于不同同加工工工艺艺和工工件材材料有有不同同的切切削速速度范范围，，因而而很难难就高高速加加工给给出一一个确确切的的定义义。目目前，，一般般的理理解为为切削削速度度达到到普通通加工工切削削速度度的5～10倍倍即可可认为为是高高速加加工。。TOSHIBA四轴高高速加加工镗镗铣床床FIDIA五轴高高速铣铣床高速切切削高速加加工与与传统统的数数控加加工方方法相相比没没有什什么本本质的的区别别，两两者牵牵涉到到同样样的工工艺参参数，，但其其加工工效果果相对对于传传统的的数控控加工工有着着无可可比拟拟的优优越性性：高速切切削简化了了传统统加工工工艺艺；经济效效益显显著提提高。。有利于于提高高生产产率；；有利于于改善善工件件的加加工精精度和和表面面质量量；有利于于延长长刀具具的使使用寿寿命和和应用用直径径较小小的刀刀具；；有利于于加工工薄壁壁零件件和脆脆性材材料；；受高生生产率率的驱驱使，，高速速化已已是现现代机机床技技术发发展的的重要要方向向之一一。主主要表表现在在：数控机机床主主轴高高转速速工作台台高快快速移移动和和高进进给速速度高速切切削目前，，高速速加工工涉及及到的的新技技术主主要有有：高速切切削高速加加工是是通过过大幅幅度提提高主主轴转转速和和加工工进给给速度度来实实现的的，为为了适适应这这种高高速切切削加加工，，主轴轴设计计采用用了先先进的的主轴轴轴承承、润润滑和和散热热等新新技术术；高速主主轴五轴高高速铣铣削头头高速切切削高速切切削高速伺伺服进进给系系统高速加加工通通常要要求在在高主主轴转转速下下，使使用在在很大大范围围内变变化的的高速速进给给。高高速进进给的的需求求已引引起机机床结结构设设计上上的重重大变变化：：采用用直线线伺服服电机机来代代替传传统的的电机机丝杠杠驱动动；高速切切削适于高高速加加工的的数控控系统统高速加加工数数控系系统需需要具具备更更短的的伺服服周期期和更更高的的分辨辨率，，同时时具有有待加加工轨轨迹监监控功功能和和曲线线插补补功能能，以以保证证在高高速切切削时时，特特别是是在4-5轴坐坐标联联动加加工复复杂曲曲面轮轮廓时时仍具具有良良好的的加工工性能能。高速切切削刀具技技术刀具性性能和和质量量对高高速切切削加加工具具有重重大影影响，，新型型刀具具材料料的采采用，，使切切削加加工速速度大大大提提高，，从而而提高高了生生产率率，延延长了了刀具具寿命命。高速速切切削削刀夹夹装装置置及及快快速速刀刀具具交交换换技技术术在高高速速加加工工中中，，切切削削时时间间和和每每个个托托盘盘化化零零件件加加工工时时间间已已显显著著缩缩短短。。高高速速、、高高精精度度定定位位的的托托盘盘交交换换装装置置已已成成为为今今后后的的发发展展方方向向。。高速速加加工工作作为为一一种种新新的的技技术术，，其其优优点点是是显显而而易易见见的的，，它它给给传传统统的的数数控控加加工工带带来来了了一一种种革革命命性性的的变变化化，，但但是是，，目目前前既既便便是是在在加加工工机机床床水水平平先先进进的的瑞瑞士士、、德德国国、、日日本本、、美美国国，，对对这这一一崭崭新新技技术术的的研研究究也也还还处处在在不不断断的的摸摸索索研研究究中中。。有有许许多多问问题题有有待待于于解解决决：：如如高高速速机机床床的的动动态态、、热热态态特特性性；；刀刀具具材材料料、、几几何何角角度度和和耐耐用用度度问问题题；；机机床床与与刀刀具具间间的的接接口口技技术术（（刀刀具具的的公公平平衡衡、、扭扭矩矩传传输输））；；冷冷却却润润滑滑液液的的选选择择；；CAD/CAM的程程序序后后处处理理问问题题；；高高速速加加工工时时刀刀具具轨轨迹迹的的优优化化问问题题等等等等。。国国内内在在这这一一方方面面的的研研究究采采尚尚处处于于起起步步阶阶段段，，要要赶赶上上并并尽尽快快缩缩小小与与国国外外同同行行业业间间的的差差距距，，还还有有许许多多路路要要走走。。高速速切切削削高精精加加工工是是高高速速加加工工技技术术与与数数控控机机床床的的广广泛泛应应用用结结果果。。以以前前汽汽车车零零件件的的加加工工精精度度要要求求在在0.01mm数量量级级，，现现在在随随着着计计算算机机硬硬盘盘、、高高精精度度液液压压轴轴承承等等精精密密零零件件的的增增多多，，精精整整加加工工所所需需精精度度已已提提高高到到0.1μμm，加加工工精精度度进进入入了了亚亚微微米米世世界界。。高精精加加工工高精精加加工工提高高机机械械设设备备的的制制造造精精度度和和装装配配精精度度减小小数数控控系系统统的控控制制误误差差提高高数数控控系系统统的的分分辨辨率率以微微小小程程序序段段实实现现连连续续进进给给使CNC控制制单单位位精精细细化化提高高位位置置检检测测精精度度位置置伺伺服服系系统统采采用用前前馈馈控控制制与与非非线线性性控控制制采用用补补偿偿技技术术齿隙隙补补偿偿丝杆杆螺螺距距误误差差补补偿偿刀具具误误差差补补偿偿热变变形形误误差差补补偿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。信息集成成的主要要内容包包括企业建模模、系统统设计方方法、软软件工具具和规范范异构环境境下的信信息集成成计算机集集成制造造系统（（CIMS）CIMS集成的三三个阶段段：过程集成成对产品设设计开发发中的各各串行过过程尽可可能多地地转变为为并行过过程，在在设计时时就考虑虑到后续续工作中中的可制制造性、、可装配配性，设设计时考考虑质量量，把设设计开发发中的信信息大循循环变成成多个小小循环，，可以减减少反复复，缩短短开发时时间。计算机集集成制造造系统（（CIMS）CIMS集成的三