数控加工大学文档格式.docx

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数字控制（NumericalControl）简称数控（NC），是近代发展起来的一种自动控制技术,是用数字化信息实现机械设备控制的一种方法,在数控加工方面得到了广泛的发展。

1.1数控加工概述

数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求,编制成以数码表示的程序输入到机床的数控装置或控制计算机中,以控制工件和工具的相对运动,使之加工出合格零件的方法。

1.1.1数控加工的产生与发展

图1-1世界上第一台数控机床

数控加工技术是20世纪40年代后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加工技术。

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。

由于样板形状复杂多样，精度要求较高，一般加工设备难以适用，于是提出计算机控制机床的设想。

1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床—TK6350卧式数控铣镗床，如图1-1所示。

揭开了数控加工技术的序幕。

当时的数控系统采用电子管、继电器和模拟电路组成，体积庞大，价格昂贵，一般称之为第一代数控系统。

1959年制成了晶体管和印刷电路的第二代数控系统，体积缩小，成本有所下降。

1965年出现了第三代的集成电路数控系统，不仅体积小、功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。

20世纪60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC,又称群控系统），及采用小型计算机控制的计算机数控（简称CNC）系统,使数控系统进入了以小型计算机化为特征的第四代。

1974年，以微处理器为基础的CNC系统问世，标志着数控系统进入了第五代。

前三个阶段的数控系统主要是由电路的硬件和连线组成，称为硬件数控系统。

它的特点是具有很多硬件电路和连接结点，电路复杂，可靠性不好。

第四、五代的数控系统主要是由计算机硬件和软件组成，称计算机数控系统。

他最突出的特点是利用存储在存储器里的软件控制系统工作，因此也称软件数控系统。

努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展的方向。

1.1.2数控加工的特点

与普通机床加工相比，数控加工具有如下的特点：

1.自动化程度高

在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都可由机床自动完成。

在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都可由机床自动完成，这样大大减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。

2.具有加工复杂形状零件的能力

复杂形状零件在飞机、汽车、造船、模具、动力设备和国防工业等部门的产品制造中具有十分重要的地位，其加工质量直接影响整机产品的性能。

数控加工运动的任意可控性使其能完成普通加工方法难以完成或者无法进行的复杂型面加工。

3.生产准备周期短

在数控机床上加工新的零件，大部分准备工作是根据零件图样编制的数控程序，而不是去准备靠模、专用夹具等工艺装备，而且编成工作可以离线进行。

这样大大缩短了生产的准备时间，因此应用数控机床十分有利于产品的升级换代和新产品的开发。

4.加工精度高、质量稳定

数控机床是按预先编制好的加工程序进行工作的，加工过程中无须人的参与或调整，因此不受操作工人的技术水平或情绪的影响，加工精度稳定。

另外，数控机床可以通过采用在线自动补偿（实时补偿）技术来消除或减少热变形、力变形和刀具磨损的影响，使加工精度的一致性得到保证。

这在传统机床上则是无法做到的，因此采用数控加工技术可以提高零件的加工精度和产品质量。

5.生产效率高

数控机床的加工效率一般比普通机床高2～3倍，尤其在加工复杂零件时，生产率可提高十几倍甚至几十倍。

一方面是因为其自动化程度高，具有自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，而且工序集中，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；

另一方面是加工中可采用较大的切削用量，有效地减少了加工中的切削工时。

数控机床在配有适当的刀库、工件毛坯库、上下料装置和多种传感器的条件下，不仅具有全自动的加工功能，而且具有对加工过程进行自动监控、监测、报警及修正误差等功能。

因此数控机床可以实现白班有人看管和做好各种准备工作后，二、三班则可以在无人看管的条件下进行24小时乃至72小时的连续加工。

这不仅改善了劳动条件，解决了晚上和节假日连续工作的问题，也大大提高了劳动生产率、设备利用率，缩短了生产周期，增加了企业的经济效益。

6.易于建立计算机通信网络

由于数控机床是使用数字信号，易于与计算机辅助设计和制造系统联机，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。

另外，数控机床通过因特网、内联网、外联网现在已可实现远程故障诊断及维修，已初步具备远程控制和调度，进行异地分散网络化生产的可能，从而为今后进一步实现制造过程网络化、智能化提供了必备的基础条件。

当然，数控机床在某些方面也有不足之处，这就是数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对加工和编成要求较高，加工中难以调整，维修困难等。

1.1.3数控加工技术的主要应用对象

数控加工是一种可编程的柔性加工方法，但其设备费用相对较高，故目前数控加工主要应用于加工零件形状比较复杂、精度要求较高，以及产品更换频繁、生产周期要求短的场合。

具体地说，下面这些类型的零件最适宜于数控加工：

1.形状复杂、加工精度要求高或用数字方法定义的复杂曲线、曲面轮廓。

2.公差带小、互换性高、要求精度复制的零件。

3.用通用机床加工时，要求设计制造复杂的专用工装或需很长调整时间的零件。

4.价值高的零件。

5.小批量生产的零件。

6.钻、镗、铰、攻螺纹及铣削加工联合进行的零件。

由于现代工业生产的需要，目前应用数控机床进行加工的部分典型行业及典型复杂零件如下：

1.电器、塑料制造业和汽车制造业等——模具型面。

2.航空航天工业——高压泵体、导弹仓、喷气叶片、框架、机翼、大梁等。

3.造船业——螺旋桨。

4.动力工业——叶片、叶轮、机座、壳体等。

5.机床工具业——箱体、盘轴类零件，凸轮、非圆齿轮、复杂形状刀具与工具。

6.兵器工业——炮架件体、瞄准陀螺仪壳体、恒速器壳件。

1.2数控机床的特点

数控机床是采用数字技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床，如图1-2所示。

数控机床具有如下特点：

1.加工对象改型的适用性强

利用数控机床加工改型零件，只需要重新编制程序就能实现对零件的加工。

因此，数控机床可以快速地从加工一种零件转变为加工另外一种零件，这就为单件、小批量以及试制新产品提供了极大的便利。

他不仅缩短了生产准备周期，而且节省了大量工艺装备费用。

2.加工精度高

数控机床是以数字形式给出指令进行加工的，由于目前数控装置的脉冲当量一般达到了0.001mm，而进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到比较高的加工精度和质量稳定性。

3.生产效率高

零件加工所需要的时间包括在线加工时间和辅助时间两部分。

数控机床能够有效地减少这两部分时间，因而加工生产率比一般机床高得多。

4.自动化程度高

数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板、装卸工件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，其他的机床动作都是自动连续完成。

5.良好的经济效益

在单件、小批量生产情况下利用数控机床加工零件，可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用及降低废品率等，因此能获得良好的经济效益。

6.有利于生产管理的现代化

利用数控机床加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。

1.3数控机床的发展趋势

新一代数控系统技术水平大大提高，大大促进了数控机床性能的提高。

如图1-3所示为一高性能数控机床。

当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。

1.高速、高效率

2.高精度化

3.高可靠性化

4.模块化、专业化与个性化

5.高柔性化

6.复合化

7.出现新一代数控加工工艺与装备

第二章数控机床加工分析

随着工业技术的飞速发展,机器的使用要求越来越高,一些重要零件，如航空航天等精密零件需要达到很高的尺寸精度和较好的表面质量，否则不仅达不到理想的功用，有时可能造成重大事故。

因而表面质量问题和误差问题越来越受到各方面的重视。

要想获得较好的表面质量和较高的加工精度，必须找出影响其的原因。

2.1表面粗糙度分析

随着工业技术的飞速发展,机器的使用要求越来越高,一些重要零件在高压力、高速、高温等高要求条件下工作,表面层的任何缺陷,不仅直接影响零件的工作性能,而且还可能引起应力集中、应力腐蚀等现象,将进一步加速零件的失效,这一切都与加工表面质量有很大关系。

因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。

影响表面粗糙度的因素的原因主要有以下几个方面：

1.切削加工影响表面粗糙度的因素

在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。

减小进给量vf、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。

此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。

2.工件材料的性质

加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。

工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表面就愈粗糙。

加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。

3.切削用量

以较高的切削速度切削塑性材料，减小进给量可以提高表面光洁度。

4.磨削加工影响表面粗糙度的因素

像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。

影响磨削表面粗糙的主要因素有：

（1）砂轮的粒度；

（2）砂轮的硬度；

（3）砂轮的修整；

（4）磨削速度；

（5）磨削径向进给量与光磨次数；

（6）工件圆周进给速度与轴向进给量；

（7）冷却润滑液。

2.2工艺系统集合误差分析

由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统（简称工艺系统）会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式（或扩大、或缩小）反映为工件的加工误差。

工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。

2.2.1机床的几何误差

加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。

机床制造误差对工件加