第1章数控加工工艺概述

确定切 削参数
选择和 设计刀 具、夹 具与量 具
数控加工工艺与普通加工工艺 的区别及特点
由于数控加工采用了计算机控制系统和 数控机床，使得数控加工具有加工自动化程度 高、精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、 设备使用费用高等特点。在数控加工工艺上也 与普通加工工艺具有一定的差异。
1、数控加工工艺内容要求更加具体、详细
在数控加工中，刀具的移动轨迹是由插补运算 完成的。根据差补原理分析，在数控系统已定 的条件下，进给速度越快，则插补精度越低， 导致工件的轮廓形状精度越差。尤其在高精度 加工时这种影响非常明显。
5、强调刀具选择的重要性
复杂形面的加工编程通常采用自动编程方 式，自动编程中必须先选定刀具再生成刀具中心 运动轨迹，因此对于不具有刀具补偿功能的数控 机床来说，若刀具预先选择不当，所编程序只能 推倒重来。
有利于加工薄壁零件和脆性材料； 经济效益显著提高。
简化了传统加工工艺；
高速切削
受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重 要方向之一。主要表现在：
数控机床主轴高转速
工作台高快速移动和高进给速度
高速切削
目前，高速加工涉及到的新技术主要有： 高速主轴
高速加工是通过大幅度提高主轴转速和加工进 给速度来实现的，为了适应这种高速切削加工， 主轴设计采用了先进的主轴轴承、润滑和散热 等新技术；
高速切削
刀具技术
刀具性能和质量对高速切削加工具有重大影响， 新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大提 高，从而提高了生产率，延长了刀具寿命。
高速切削
刀夹装置及快速刀具交换技术
在高速加工中，切削时间和每个托盘化零件加 工时间已显著缩短。高速、高精度定位的托盘 交换装置已成为今后的发展方向。
高速切削
2、数控加工工艺要求更严密、精确
普通加工工艺
加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整。
数控加工工艺
自适应性较差，加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考 虑，否则导致严重的后果。
例如
攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤满切屑，是否 需要退刀清理一下切屑再继续加工。
普通机床加工可以多次“试切”来满足零件的精度要求， 而数控加工过程严格按规定尺寸进给，要求准确无误。
神经网络是人脑部分功能的某些抽象、简化与模 拟，由数量巨大的以神经元为主的处理单元互连 构成，通过神经元的相互作用来实现信息处理。
人工神 经网络
互联网络化
网络功能正逐渐成为现代数控机床、数 控系统的特征之一。诸如现代数控机床的远程故 障诊断、远程状态监控、远程加工信息共享、远 程操作（危险环境的加工）、远程培训等都是以 网络功能为基础的。
高精加工
高精加工是高速加工技术与数控机床的 广泛应用结果。以前汽车零件的加工精度要求在 0.01mm数量级，现在随着计算机硬盘、高精 度液压轴承等精密零件的增多，精整加工所需精 度已提高到0.1μm ，加工精度进入了亚微米世 界。
高精加工
提高机械设备的制 造精度和装配精度 提高数控系统的分辨率
以微小程序段实现连续进给 减小数控系统 的控制误差
由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹 具设计时，要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。
7、数控加工程序的编写、校验与修改是数控 加工工艺的一项特殊内容
普通工艺中，划分工序、选择设备等重要内容对数控 加工工艺来说属于已基本确定的内容，所以制定数控 加工工艺的着重点在整个数控加工过程的分析，关键 在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。 复杂表面的刀具运动轨迹生成需借助自动编程软件， 既是编程问题，当然也是数控加工工艺问题。这也是 数控加工工艺与普通加工工艺最大的不同之处。
使CNC控制单位精细化 提高位置检测精度 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制
齿隙补偿
采用补偿技术 丝杆螺距 误差补偿
热变形误 差补偿 空间误差 综合补偿
刀具误 差补偿
复合化加工
机床的复合化加工是通过增加机床的功能， 减少工件加工过程中的多次装夹、重新定位、对 刀等辅助工艺时间，来提高机床利用率。
3、制定数控加工工艺要进行零件图形的数学 处理和编程尺寸设定值的计算 编程尺寸并不是零件图上设计的尺寸的 简单再现，在对零件图进行数学处理和计算时， 编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件 的形状几何关系重新调整计算，才能确定合理的 编程尺寸。
4、考虑进给速度对零件形状精度的影响 制定数控加工工艺时，选择切削用量要考虑 进给速度对加工零件形状精度的影响。
2 了解
数控加工的概念
数控加工— — 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。
数控加工的原理
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。
6、数控加工工艺的特殊要求
由于数控机床比普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因此 在同等情况下，数控机床切削用量比普通机床大，加工效率也 较高。
数控机床的功能复合化程度越来越高，因此现代数控加工工艺 的明显特点是工序相对集中，表现为工序数目少，工序内容多， 并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序，所以数控加 工的工序内容比普通机床加工的工序内容复杂。
高速加工作为一种新的技术，其优点是显而 易见的，它给传统的数控加工带来了一种革命性的变 化，但是，目前既便是在加工机床水平先进的瑞士、 德国、日本、美国，对这一崭新技术的研究也还处在 不断的摸索研究中。有许多问题有待于解决：如高速 机床的动态、热态特性；刀具材料、几何角度和耐用 度问题；机床与刀具间的接口技术（刀具的公平衡、 扭矩传输）；冷却润滑液的选择；CAD/CAM的程序 后处理问题；高速加工时刀具轨迹的优化问题等等。 国内在这一方面的研究采尚处于起步阶段，要赶上并 尽快缩小与国外同行业间的差距，还有许多路要走。
快速原型
草构 图思 创意 测 量 快速 原型 计 算 机工 艺设计 计 算 机辅 助制造 现代产品开发模式 数控加工 产品
工艺文档
计 算 机 辅助设计
图形文档
数控代码
快速原型
快速原型的英文缩写为RP，在RP出现的初 期，其用途主要是加工产品原型，随着成型工艺、材 料的进步以及快速制模技术的发展，RP已发展成能直 接或间接制造功能零件和模具的快速成型制造,奠定了 在制造业中的位置,并且形成了一个不断扩大的 RP/RT市场。据Wholers Associates 的统计， 全球RP设备已有近7000台，分布在58个国家。
数控加工与工艺技术的新发展
随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不 断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使 其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化 及信息网络化等方向发展。整体数控加工技术向着 CIMS（计算机集成制造系统）方向发展。
高速切削
高速加工技术是自上个世纪80年代发展起来的 一项高新技术，其研究应用的一个重要目标是缩短加 工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材 料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品 的高精度和高质量。由于不同加工工艺和工件材料有 不同的切削速度范围，因而很难就高速加工给出一个 确切的定义。目前，一般的理解为切削速度达到普通 加工切削速度的5～10倍即可认为是高速加工。
知识点 数控加工的概念 数控加工的过程 数控加工工艺的概念 数控加工工艺过程的概念 数控加工工艺设计的主要内容
学习要求 理解
建议学 时
掌握 重点掌握 理解
2
数控加工工艺与普通加工工艺的区别 及特点 高速切削 高精加工 复合化加工 数控加工与工艺技术 控制智能化 的新发展 互联网络化 快速原型 计算机集成制造系统（CIMS）
高速切削
TOSHIBA四轴高速加工 镗铣床
FIDIA五轴高速铣床
高速切削
高速加工与传统的数控加工方法相比没有什 么本质的区别，两者牵涉到同样的工艺参数，但其加 工效果相对于传统的数控加工有着无可比拟的优越性：
有利于提高生产率； 有利于改善工件的加工精度和表面质量； 有利于延长刀具的使用寿命和应用直径较小的刀具；
复合化加工
复合化加工的两重含义：
工序和工 艺的集中 即 一台装夹可完成多工种、多工序
工艺的 成套
即
企业向复合型发展，为用户提供 成套服务
控制智能化
数控技术智能化程度不断提高，体现在以下 几个方面：
加工过程自适应制技术
加工参数的智能优化与选择
故障自诊断功能
智能化交流伺服驱动装置
控制智能化
智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专 家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体。
控制智能化
智能制造技术 包括专家系统、模糊推理和人 工神经网络三大部分。
控制智能化
专家 系统
先是采集领域专家的知识，然后将知识分解为事 实与规则，存储于知识库中，通过推理作出决策。
模糊 推理
模糊推理又称模糊逻辑，它是依靠模糊集和模糊逻 辑模型进行多个因素的综合考虑，采用关系矩阵算 法模型、隶属度函数、加权、约束等方法，处理模 糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。
互联网络化
美国波音公 司利用数字 文件作为制 造载体，首 次利用网络 功能实现了 无图纸制造 波音777新型 客机。
图示为波音公司利用计算机辅助设计对 777客机的零部件进行信息化处理。
快速原型
现代意义上的快速成型技术始于70年代末 期出现的立体光刻技术（SLA）,它是汹涌而来的数字 化浪潮在加工领域中不可避免的延拓，连续的曲面被 离散成用STL文件表达的三角面片，零件在加工方向 上被离散成若干层。这种离散化使得任意复杂的零件 原型都可以加工出来，加工过程也大大简化了。