数控加工工艺概述 2

数控加工概述东莞南博职业技术学院

机电工程系授课人刘健

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：第一章数控加工概述1.1数控加工工艺系统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

数控加工工工艺与普通通加工工艺艺的区别及及特点由于数控加加工采用了了计算机控控制系统和和数控机床床，使得数数控加工具具有加工自自动化程度度高、精度度高、质量量稳定、生生成效率高高、周期短短、设备使使用费用高高等特点。。在数控加加工工艺上上也与普通通加工工艺艺具有一定定的差异。。1、数控加工工工艺内容容要求更加加具体、详详细普通加工工工艺许多具体工工艺问题，，如工步的的划分与安安排、刀具具的几何形形状与尺寸寸、走刀路路线、加工工余量、切切削用量等等，在很大大程度上由由操作人员员根据实际际经验和习习惯自行考考虑和决定定，一般无无须工艺人人员在设计计工艺规程程时进行过过多的规定定，零件的的尺寸精度度也可由试试切保证。。数控加工工工艺所有工艺问问题必须事事先设计和和安排好，，并编入加加工程序中中。数控工工艺不仅包包括详细的的切削加工工步骤，还还包括工夹夹具型号、、规格、切切削用量和和其它特殊殊要求的内内容，以及及标有数控控加工坐标标位置的工工序图等。。在自动编编程中更需需要确定详详细的各种种工艺参数数。2、数控加工工工艺要求求更严密、、精确普通加工工工艺数控加工工工艺加工时可以以根据加工工过程中出出现的问题题比较自由由地进行人人为调整。。自适应性较较差，加工工过程中可可能遇到的的所有问题题必须事先先精心考虑虑，否则导导致严重的的后果。攻螺纹时，，数控机床床不知道孔孔中是否已已挤满切屑屑，是否需需要退刀清清理一下切切屑再继续续加工。普通机床加加工可以多多次“试切切”来满足足零件的精精度要求，，而数控加加工过程严严格按规定定尺寸进给给，要求准准确无误。。例如编程尺寸并并不是零件件图上设计计的尺寸的的简单再现现，在对零零件图进行行数学处理理和计算时时，编程尺尺寸设定值值要根据零零件尺寸公公差要求和和零件的形形状几何关关系重新调调整计算，，才能确定定合理的编编程尺寸。。3、制定数控控加工工艺艺要进行零零件图形的的数学处理理和编程尺尺寸设定值值的计算在数控加工工中，刀具具的移动轨轨迹是由插插补运算完完成的。根根据差补原原理分析，，在数控系系统已定的的条件下，，进给速度度越快，则则插补精度度越低，导导致工件的的轮廓形状状精度越差差。尤其在在高精度加加工时这种种影响非常常明显。4、考虑进给给速度对零零件形状精精度的影响响制定数控加加工工艺时时，选择切切削用量要要考虑进给给速度对加加工零件形形状精度的的影响。复杂形面的的加工编程程通常采用用自动编程程方式，自自动编程中中必须先选选定刀具再再生成刀具具中心运动动轨迹，因因此对于不不具有刀具具补偿功能能的数控机机床来说，，若刀具预预先选择不不当，所编编程序只能能推倒重来来。5、强调刀具具选择的重重要性6、数控加工工工艺的特特殊要求由于数控机机床比普通通机床的刚刚度高，所所配的刀具具也较好，，因此在同同等情况下下，数控机机床切削用用量比普通通机床大，，加工效率率也较高。。数控机床的的功能复合合化程度越越来越高，，因此现代代数控加工工工艺的明明显特点是是工序相对对集中，表表现为工序序数目少，，工序内容容多，并且且由于在数数控机床上上尽可能安安排较复杂杂的工序，，所以数控控加工的工工序内容比比普通机床床加工的工工序内容复复杂。由于数控机机床加工的的零件比较较复杂，因因此在确定定装夹方式式和夹具设设计时，要要特别注意意刀具与夹夹具、工件件的干涉问问题。复杂表面的的刀具运动动轨迹生成成需借助自自动编程软软件，既是是编程问题题，当然也也是数控加加工工艺问问题。这也也是数控加加工工艺与与普通加工工工艺最大大的不同之之处。7、数控加工工程序的编编写、校验验与修改是是数控加工工工艺的一一项特殊内内容普通工艺中中，划分工工序、选择择设备等重重要内容对对数控加工工工艺来说说属于已基基本确定的的内容，所所以制定数数控加工工工艺的着重重点在整个个数控加工工过程的分分析，关键键在确定进进给路线及及生成刀具具运动轨迹迹。数控加工与与工艺技术术的新发展展随着计算机机技术突飞飞猛进的发发展，数控控技术正不不断采用计计算机、控控制理论等等领域的最最新技术成成就，使其其朝着高速速化、高精精化、复合合化、智能能化、高柔柔性化及信信息网络化化等方向发发展。整体体数控加工工技术向着着CIMS（计算机集集成制造系系统）方向向发展。高速切削高速加工技技术是自上上个世纪80年代发发展起来的的一项高新新技术，其其研究应用用的一个重重要目标是是缩短加工工时的切削削与非切削削时间，对对于复杂形形状和难加加工材料及及高硬度材材料减少加加工工序，，最大限度度地实现产产品的高精精度和高质质量。由于于不同加工工工艺和工工件材料有有不同的切切削速度范范围，因而而很难就高高速加工给给出一个确确切的定义义。目前，，一般的理理解为切削削速度达到到普通加工工切削速度度的5～10倍即可可认为是高高速加工。。TOSHIBA四轴高速加加工镗铣床床FIDIA五轴高速铣铣床高速切削高速加工与与传统的数数控加工方方法相比没没有什么本本质的区别别，两者牵牵涉到同样样的工艺参参数，但其其加工效果果相对于传传统的数控控加工有着着无可比拟拟的优越性性：高速切削简化了传统统加工工艺艺；经济效益显显著提高。。有利于提高高生产率；；有利于改善善工件的加加工精度和和表面质量量；有利于延长长刀具的使使用寿命和和应用直径径较小的刀刀具；有利于加工工薄壁零件件和脆性材材料；受高生产率率的驱使，，高速化已已是现代机机床技术发发展的重要要方向之一一。主要表表现在：数控机床主主轴高转速速工作台高快快速移动和和高进给速速度高速切削目前，高速速加工涉及及到的新技技术主要有有：高速切削高速加工是是通过大幅幅度提高主主轴转速和和加工进给给速度来实实现的，为为了适应这这种高速切切削加工，，主轴设计计采用了先先进的主轴轴轴承、润润滑和散热热等新技术术；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。。高速速切切削削刀具具技技术术刀具具性性能能和和质质量量对对高高速速切切削削加加工工具具有有重重大大影影响响，，新新型型刀刀具具材材料料的的采采用用，，使使切切削削加加工工速速度度大大大大提提高高，，从从而而提提高高了了生生产产率率，，延延长长了了刀刀具具寿寿命命。。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间误误差差综综合合补补偿偿机床床的的复复合合化化加加工工是是通通过过增增加加机机床床的的功功能能，，减减少少工工件件加加工工过过程程中中的的多多次次装装夹夹、、重重新新定定位位、、对对刀刀等等辅辅助助工工艺艺时时间间，，来来提提高高机机床床利利用用率率。。复合合化化加加工工复合合化化加加工工的的两两重重含含义义：：复合合化化加加工工一台台装装夹夹可可完完成成多多工工种种、、多多工工序序企业业向向复复合合型型发发展展，，为为用用户户提提供供成成套套服服务务工序序和和工工艺艺的的集集中中工艺艺的的成套套即即数控控技技术术智智能能化化程程度度不不断断提提高高，，体体现现在在以以下下几几个个方方面面：：控制制智智能能化化加工工过过程程自自适适应应控控制制技技术术加工工参参数数的的智智能能优优化化与与选选择择故障障自自诊诊断断功功能能智能能化化交交流流伺伺服服驱驱动动装装置置智能能CAD把工工程程数数据据库库及及其其管管理理系系统统、、知知识识库库及及其其专专家家系系统统、、拟拟人人化化用用户户接接口口管管理理系系统统集集于于一一体体。。控制制智智能能化化智能能制制造造技技术术包包括括专专家家系系统统、、模模糊糊推推理理和和人人工工神神经经网网络络三三大大部部分分。。控制制智智能能化化控制制智智能能化化专家家系统统先是是采采集集领领域域专专家家的的知知识识，，然然后后将将知知识识分分解解为为事事实实与与规规则则，，存存储储于于知知识识库库中中，，通通过过推推理理作作出出决决策策。。模糊糊推理理模糊糊推推理理又又称称模模糊糊逻逻辑辑，，它它是是依依靠靠模模糊糊集集和和模模糊糊逻逻辑辑模模型型进进行行多多个个因因素素的的综综合合考考虑虑，，采采用用关关系系矩矩阵阵算算法法模模型型、、隶隶属属度度函函数数、、加加权权、、约约束束等等方方法法，，处处理理模模糊糊的的、、不不完完全全的的乃乃至至相相互互矛矛盾盾的的信信息息。。人工神经网络络神经网络是人人脑部分功能能的某些抽象象、简化与模模拟，由数量量巨大的以神神经元为主的的处理单元互互连构成，通通过神经元的的相互作用来来实现信息处处理。网络功能正逐逐渐成为现代代数控机床、、数控系统的的特征之一。。诸如现代数数控机床的远远程故障诊断断、远程状态态监控、远程程加工信息共共享、远程操操作（危险环环境的加工））、远程培训训等都是以网网络功能为基基础的。互联网络化美国波音公司司利用数字文文件作为制造造载体，首次次利用网络功功能实现了无无图纸制造波波音777新型客机。图示为波音公公司利用计算算机辅助设计计对777客机的零部件件进行信息化化处理。互联网络化现代意义上的的快速成型技技术始于70年代末期出出现的立体光光刻技术（SLA）,它是汹涌而来来的数字化浪浪潮在加工领领域中不可避避免的延拓，，连续的曲面面被离散成用用STL文件表达的三三角面片，零零件在加工方方向上被离散散成若干层。。这种离散化化使得任意复复杂的零件原原型都可以加加工出来，加加工过程也大大大简化了。。快速原型创意测量计算机辅辅助设计计算机工工艺设计计算机辅辅助制造数控加工构思草图快速原型现代产品开发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英英文缩写为RP，在RP出现的初期，，其用途主要要是加工产品品原型，随着着成型工艺、、材料的进步步以及快速制制模技术的发发展，RP已发展成能直直接或间接制制造功能零件件和模具的快快速成型制造造,奠定了在在制造业中的的位置,并且且形成了一个个不断扩大的的RP/RT市场。据WholersAssociates的统计，全球球RP设备已有近7000台，，分布在58个国家。快速原型RP技术发展到今今天已有20余年的历史史，新的快速速成型工艺不不断产生、功功能不断完善善、精度不断断提高、成型型速度不断提提高。快速原型例如：随着固态激光光技术的突破破，高达1000mw的紫外激光器器应用在SLA设备中，使其其成型速度得得到大大提高高，激光器的的使用寿命由由最初的2500小时延延长到上万小小时。RP技术发展到今今天已有20余年的历史史，新的快速速成型工艺不不断产生、功功能不断完善善、精度不断断提高、成型型速度不断提提高。快速原型例如：新型高性能光光敏树脂的出出现，解决了了SLA的收缩变形和和强度等问题题。EOS公司的EOSINT_M激光金属粉末末烧结快速成成型设备可直直接成型金属属零件或注塑塑模具。RP技术发展到今今天已有20余年的历史史，新的快速速成型工艺不不断产生、功功能不断完善善、精度不断断提高、成型型速度不断提提高。快速原型例如：在软件方面，，STL文件的处理软软件不断专业业化，使得各各种文件的转转换和STL文件的修复、、处理、操作作等功能日臻臻完善，形成成了基于STL的CAD平台。从RP/RT技术的现状来来看，未来几几年的主要发发展趋势如下下：快速原型提高RP系统的速度、、控制精度和和可靠性开发专门用于于检验设计、、模拟制品可可视化，而对对尺寸精度、、形状精度和和表面粗糙度度要求不高的的概念机。研究开发成本本低、易成形形、变形小、、强度高、耐耐久及无污染染的成形材料料。研究开发新的的成形方法研究新的高精精度快速模具具工艺经自动化工厂厂“通信网络络”连接的各各个子系统，，可构成一个个有机联系的的整体，即自自动化工厂。。计算机集成成制造反映了了制造系统的的这一新发展展。计算机集集成制造系统统则是技术上上的具体实现现，他能为现现代制造企业业追求在激烈烈变化中、动动态市场条件件下，具有快快速灵活响应应的竞争优势势提供所要求求的战略性系系统技术。计算机集成制制造系统（CIMS）计算机集成制制造系统的发发展可以实现现整个机械制制造厂的全盘盘自动化，成成为自动化工工或无人化工工厂，是自动动化制造技术术的发展方向向。计算机集成制制造系统主要要由设计与工工艺模块、制制造模块、管管理信息模块块和存储运输输模块构成。计算机集成制制造系统（CIMS）存储运输模块块的主要功能能有仓库管理理、自动搬运运等。各模块的主要要功能：计算机集成制制造系统（CIMS）设计与工艺模模块制造模块管理信息模块块存储运输模块块CAD、CAE、CAPP、CAM等DNC、CNC、车间生产计计划、作业调调度、刀具管管理、质量检检测与控制、、装配、自动动化仓库、FMC/FMS等市场预测、物物料需求计划划、生产计算算、成本核算算及销售等CIMS集成的三个阶阶段：计算机集成制制造系统（CIMS）信息集成针对设计、管管理和加工制制造中大量存存在的自动化化孤岛，实现现信息正确、、高效的共享享和交换，是是改善企业技技术和管理水水平必须首先先解决的问题题。信息集成的主主要内容包括括企业建模、系系统设计方法法、软件工具具和规范异构环境下的的信息集成计算机集成制制造系统（CIMS）过程集成对产品设计开开发中的各串