什么是数控加工技术?
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发布时间：2022-05-12 01:07
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时间：2023-10-31 23:07
随着科学技术的发展，人们对零件加工质量的要求也越来越高。同时产品改型频繁，在一般机械加工中，单件和中小批量产品占的比重越来越大。为了保证产品质量，提高生产率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且在加工过程中要具有较高的自动化程度。数控加工技术就是在这种环境下发展起来的一种由数控机床的数字信息控制，适用于精度高、零件形状复杂的单件和中小批量生产的高效、柔性的自动化加工技术。
数控机床是一种综合了计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术、液压气动技术、光机电等技术的一种高效、柔性加工的机电一体化设备，是现代制造技术的基础。
1 数控机床的组成及数控加工过程
数控机床是指用记录在媒体上的数字信息经数控装置对机床实施控制，使它自动地执行规定加工过程的机床。
1）数控机床的组成
数控机床是按预先编制好的加工程序自动对工件进行加工的。数控机床通常由机床本体、伺服系统、数控装置和控制介质四部分组成，如图2-61所示。
图2-61 数控机床的组成
（1）控制介质。控制介质又称为信息载体，是将人的操作意图转达给数控机床的一个中间媒体，它载有加工一个零件所必需的全部信息。常用的控制介质有穿孔带、磁带、磁盘等可以存储指令信息的载体。对于简短的数控加工程序，可通过数控操作面板上的键盘直接输入数控装置。
（2）数控装置。数控装置是数控机床的中枢，它接收控制介质送来的信息，加以变换和处理后转换成脉冲信号控制机床动作。
（3）伺服系统。伺服系统是连接机床运动部件与数控系统的装置，包括伺服驱动机构和机床的可移动部件。它是机床数控系统的执行部分，将数控装置发出来的脉冲信号转变为机床部件的运动，使工作台或刀架精确定位或按预期轨迹作严格的相对运动，加工出符合图样要求的零件。
（4）机床本体。机床本体是数控机床的机械部分，除了主传动装置、进给传动装置、床身、工作台和辅助部分等一般部件外，还有特殊部件，如储备刀具的刀库、自动换刀装置和回转工作台等。
2）数控机床零件加工过程
数控机床零件加工过程是操作者首先按照加工图样使之变为制造工艺的内容，在熟悉加工工艺的基础上编制加工程序，用规定的代码和程序格式把人的意志转变为数控机床能接受的信息。把信息记录在*体（如穿孔带、磁带或磁盘之类的信息输入介质）上，使之成为控制机床的指令。数控装置对输入的信息进行处理之后，向机床各坐标轴的伺服系统发出指令脉冲，驱动机床相应的运动部件，并控制变速、换刀和开停机床等其他动作，自动地加工出符合图样要求的工件。
2 数控机床的分类
数控机床可按工艺用途、运动轨迹、控制方式等分类，这里只介绍按工艺用途分类。数控机床按工艺用途即按加工特性或完成的主要加工工序来分，主要有数控车床（含车削中心）、数控铣床（含铣削中心）、数控镗床、以铣镗为主的加工中心、数控磨床（含磨削中心）、数控钻床（含钻削中心）、数控拉床、数控刨床、数控切断机床、数控齿轮加工机床及数控电火化加工机床（含电加工中心等）。图2-62为CK50数控车床外观图，其加工范围与普通车床相同，主要加工轴类和盘类等回转类零件。图2-63为XJK125数控铣床外观图，它特别适用于复杂零件的加工，可完成铣削、钻削、镗削的加工。
图2-62 CK50数控车床外观图
图2-63 XJK125数控铣床外观图
加工中心（MC）是对工件进行多工序加工的一种数控机床。它具有刀库和自动换刀装置（ATC）。工件经一次装夹后，加工中心在数控系统的控制下能按不同工序自动选择和更换刀具；自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能；依次完成工件几个面上多工序的加工。因此它减少了工件装夹、测量和机床调整时间，缩短了工件存放、搬运时间，提高了生产率及机床的利用率，是数控机床的重要发展方向。图2-64为JCS-018型加工中心的布局。其外形类似立式铣床。床身1上有滑座2，作横向运动（y轴方向）。工作台3在滑座上作纵向运动（x轴方向）。床身后部有框式立柱5。主轴箱9在立柱导轨上作垂直升降运动（z轴方向）。在立柱的左右部是数控装置6，左前部装有刀库7和自动换刀机械手8，左下方安置有润滑装置4。刀库中容有16把刀具，可以完成各种孔加工和铣削加工。数控操作面板10悬挂在操作者右前方，以便于操作。机床各工作状态显示在面板上。加工中心通常以主轴在加工时的空间位置不同分为卧式、立式和万能加工中心。
图2-64 JCS-018型加工中心布局
1—床身；2—滑座；3—工作台；4—润滑装置；5—立柱；6—数控装置；7—刀库；8—换刀机械手；9—主轴箱；10—操作面板
3 程序编制
所谓程序编制，就是将零件的工艺过程、工艺参数、刀具移动量与方向以及其他辅助动作（换刀、冷却、夹紧等），按运动顺序和所用数控机床给定的指令代码及程序格式编制成一定的表格，这种表格称为“零件加工程序单”，或简称“程序单”，再将程序单中的全部内容记录在控制介质上（如穿孔纸带、磁带等），然后输送给数控装置，从而指挥数控机床加工。这种从分析零件图纸起，到制成数控机床所需要的控制介质的全过程称为程序编制。
一般说来，数控程序编制的步骤为：工艺设计→数值计算→编写零件加工程序单→制备控制介质或程序输入→程序校验和试切。
1）工艺设计
在对零件图进行全面分析的基础上，确定零件的装夹定位方法、加工路线（如对刀点、换刀点、进给路线）、刀具及切削用量（如进给速度、主轴转速、切削宽度和切削深度等）等工艺参数。
2）数值计算
根据零件图和所确定的加工路线，计算出刀具运动轨迹。
一般的数控装置具有直线插补和圆弧插补的功能。对于加工由圆弧、直线组成的简单零件，只需计算出零件轮廓上相邻几何元素的交点或切点（基点）的坐标值，得出直线的起点、终点，圆弧的起点、终点和圆心坐标值。当零件的形状比较复杂、与数控装置的插补功能不一致时，需要作较复杂的计算。
3）编写零件加工程序单
根据所计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的切削用量以及辅助动作，结合数控系统规定使用的指令代码及程序段格式，编写零件加工程序单。
4）制备控制介质或程序输入
程序单编写好之后，操作者或编程者必须将加工信息输入数控装置，也可根据数控系统输入、输出装置的不同，先将程序移至某种控制介质上。常用的控制介质有U盘、磁盘、磁带等。
5）程序校验和试切
编制好的程序必须经过校验和试切才能正式使用。校验的方法是直接将控制介质上的内容输入数控装置中，检查刀具的运动轨迹是否正确。在有CRT图形显示屏的数控机床上，可以用模拟工件切削过程的方法进行校验；否则，可以笔代刀，以坐标纸代替工件，让机床空运转，画出加工轨迹。
上述这些方法只能检验刀具的运动轨迹是否正确，不能检查加工精度。因此，还应进行零件的试切。如果通过试切发现零件的精度达不到要求，就应进行程序单和控制介质的修改，以及采用误差补偿方法，直到加工出合格零件为止。
4 数控机床的特点及应用
1）数控机床具的特点
（1）加工精度高，加工质量稳定。由于数控机床本身制造精度高，又是按照预定程序自动加工，避免了人为操作误差，使同批零件一致性好，产品质量稳定。
（2）生产率高。由于能在一次装夹中加工出零件的多个部位，省去了许多中间工序（如划线等），一般只需进行首件检验，大大缩短了生产准备时间，故生产率高。
（3）自动化程度高，减轻了劳动强度，改善了劳动条件。除手工装夹毛坯外，全部加工过程都由机床自动完成，减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。
（4）适应性强，经济效益好。用数控机床加工，当加工对象改变时，只需重新编制数控程序，一般不需重新设计工具、夹具和模具，即可实现对零件的加工。这样大大缩短了产品研制周期，给新产品开发研制提供了捷径。同时加工精度高，质量稳定，减少了废品率，使生产成本下降，生产率高，所以能够获得良好的经济效益。
（5）有利于生产管理的现代化。利用数控机床加工，能准确计算零件的加工工时，并有效地简化检验和工夹具、半成品的管理工作，利于生产管理现代化。又由于使用数字信息，容易形成计算机辅助设计与制造紧密结合的一体化系统。
但数控机床造价高，技术复杂，维修困难，要求管理及操作人员素质较高。
2）数控机床的应用
数控机床的应用非常广泛，特别适合加工具有以下特点的零件：多品种、小批量生产的零件；结构复杂、精度要求高的零件；加工频繁改型的零件，因为数控机床可节省大量的工装费用，使综合费用下降；价值昂贵、不允许报废的关键零件；需最短生产周期的急需件。
