裝配圖齒輪軸零件加工工藝、程序編制畢業(yè)設(shè)計(jì)
裝配圖齒輪軸零件加工工藝、程序編制畢業(yè)設(shè)計(jì),裝配,齒輪軸,零件,加工,工藝,程序,編制,畢業(yè)設(shè)計(jì)
南 通 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（數(shù)控）
課題名稱 齒輪軸零件加工工藝、程序編制及仿真
姓 名：
學(xué) 號：
專 業(yè)： 機(jī)械制造工藝與設(shè)備（數(shù)控）
班 級：
指導(dǎo)老師：
2007 年 6 月
前言
在大學(xué)里學(xué)了幾年的“機(jī)械制造工藝與設(shè)備（數(shù)控）”，仔細(xì)的想想自己學(xué)到了很多，相信自己也能對一個(gè)一般的零件進(jìn)行數(shù)控分析了。
這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是對在大學(xué)三年中學(xué)習(xí)成果的一個(gè)總結(jié)，也是一個(gè)畢業(yè)生將正式走入這個(gè)社會的開始。這份畢業(yè)設(shè)計(jì)是在學(xué)完機(jī)械制造工藝學(xué)（含機(jī)床夾具設(shè)計(jì)）和大部分相關(guān)專業(yè)課，并進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。這次的設(shè)計(jì)可以使我能綜合的運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)的基礎(chǔ)理論，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識，獨(dú)立地分析和解決工藝問題具備了設(shè)計(jì)一個(gè)零件（高速銑頭齒輪軸）的工藝規(guī)程的能力，也是熟悉和運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，擬計(jì)夾具設(shè)計(jì)方案， 完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，也是熟悉和運(yùn)用有關(guān)手冊，圖表等技術(shù)資料及編寫技術(shù)文件等基本技能的一次實(shí)踐機(jī)會，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及未來從事的相關(guān)工作打下良好的基礎(chǔ)。我更可以自信的說我的大學(xué)是不會白費(fèi)的，而是輝煌的。
由于能力有限，經(jīng)驗(yàn)不足設(shè)計(jì)中還有許多不足的地方，希望各位老師能多加指教。
目 錄
一、數(shù)控機(jī)床的組成部分
二、零件圖
三、加工分析工藝
四、程序分析
五、數(shù)控車床的概述
六、數(shù)控車床的使用
七、車床的振動及控制
八、數(shù)控車間規(guī)定
九、國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況
十、數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢國
十一、數(shù)控車工國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上
十二、數(shù)控職業(yè)的趨向
十三、參考文獻(xiàn)
十四、程序
一、數(shù)控機(jī)床的組成部分
數(shù)控機(jī)床的組成部分包括測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)及開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，在對數(shù)控零件進(jìn)行實(shí)際程序設(shè)計(jì)之前，了解各組成部分是重要的。
數(shù)控中，測量系統(tǒng)這一術(shù)語指的是機(jī)床將一個(gè)零件從基準(zhǔn)點(diǎn)移動到目標(biāo)點(diǎn)的方法。目標(biāo)點(diǎn)可以是鉆一個(gè)孔、銑一個(gè)槽或其它加工操作的一個(gè)確定的位置。用于數(shù)控機(jī)床的兩種測量系統(tǒng)是絕對測量系統(tǒng)和增量測量系統(tǒng)。絕對測量系統(tǒng)（亦稱坐標(biāo)測量系統(tǒng)）采用固定基準(zhǔn)點(diǎn)（原點(diǎn)），所有位置信息正是以這一點(diǎn)基準(zhǔn)。換句話說，必須給出一個(gè)零件運(yùn)動的所有位置相對于原始固定基準(zhǔn)點(diǎn)的尺寸關(guān)系。X和Y兩維絕對測量系統(tǒng)，每維都以原點(diǎn)為基準(zhǔn)。增量測量系統(tǒng)有一個(gè)移動的坐標(biāo)系統(tǒng)。運(yùn)用增量系統(tǒng)時(shí)，零件每移動一次，機(jī)床就建立一個(gè)新的原點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）。使用增量測量系統(tǒng)時(shí)的X和Y值。注意，使用這個(gè)系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)新的位置在X和Y軸上的值都是建立在前一個(gè)位置之上的。這種系統(tǒng)的缺陷是，如果產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤沒有被發(fā)現(xiàn)與校正，則錯(cuò)誤會在整個(gè)過程中反復(fù)存在。
用于數(shù)控設(shè)備的控制系統(tǒng)通常有兩類，即點(diǎn)位控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床（有時(shí)稱為位置控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床）只有沿直線運(yùn)動的能力。然而，當(dāng)沿兩軸線以等值（X2.000,Y2.000)同時(shí)編程時(shí)，會形成45度斜線。點(diǎn)位控制系統(tǒng)常用于需確定孔位的鉆床和需進(jìn)行直線銑削加工的簡單銑床上，以一系列小步運(yùn)動形成弧形和斜線。然而，用這種方法時(shí)，實(shí)際加工軌跡與規(guī)定的切削軌跡略有不同。
具有在兩個(gè)或多個(gè)坐標(biāo)軸方向上同時(shí)運(yùn)動的能力的機(jī)床，歸屬連續(xù)軌跡控制或輪廓控制類機(jī)床。這些機(jī)床用于加工兩維或三維空間中各種不同大小的弧形，圓角，圓及斜角。連續(xù)軌跡控制的數(shù)控機(jī)床比點(diǎn)位控制的機(jī)床貴得多，在加工復(fù)雜輪廓時(shí)，一般需要計(jì)算機(jī)輔助程序設(shè)計(jì)。
數(shù)控伺服機(jī)構(gòu)是使工作臺或滑座沿坐標(biāo)軸準(zhǔn)確運(yùn)動的裝置。用于數(shù)控設(shè)備的伺服機(jī)構(gòu)常有兩種：步進(jìn)電機(jī)和液壓馬達(dá)。步進(jìn)電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)常用于不太貴重的數(shù)控設(shè)備上。這些電機(jī)通常是大轉(zhuǎn)矩的伺服機(jī)構(gòu)，直接安裝在工作臺或刀座的絲杠上。大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)是由來自定子和轉(zhuǎn)子組件的磁力脈沖驅(qū)動的，這種作用的結(jié)果是電機(jī)軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生200步距。把電機(jī)軸接在10扣/英寸的絲杠上，每步能產(chǎn)生0.0005英寸的移動（1/200X1/10=0.0005英寸）。液壓伺服馬達(dá)使壓力液體流過齒輪或柱塞，從而使軸轉(zhuǎn)動。絲杠和滑座的機(jī)械運(yùn)動是通過各種閥和液壓馬達(dá)的控制來實(shí)現(xiàn)的。液壓伺服馬達(dá)產(chǎn)生比步進(jìn)電機(jī)更大的轉(zhuǎn)矩，但比步進(jìn)電機(jī)貴，且噪聲很大。大多數(shù)大型數(shù)控機(jī)床使用液壓伺服機(jī)構(gòu)。
使用開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，沒有反饋信號來確保機(jī)床的坐標(biāo)軸是否運(yùn)動了所需的距離。即，如果接受的輸入信號是使一特定工作臺坐標(biāo)軸移動1.000英寸，伺服裝置通常使工作臺運(yùn)動1.000英寸，但無法將共子臺的實(shí)際運(yùn)動與輸入信號加以比較。使工作臺實(shí)際移動了1.000英寸的唯一保證是所用的伺服機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確性。當(dāng)然，開環(huán)系統(tǒng)比閉環(huán)系統(tǒng)便宜。閉環(huán)系統(tǒng)能將實(shí)際輸出（工作臺一英寸的運(yùn)動量）與輸入信號加以比較，并對任何誤差進(jìn)行了比較。用于閉環(huán)系統(tǒng)的一些反饋裝置是傳感器，電尺或磁尺以及同步器等。閉環(huán)系統(tǒng)大大增加了數(shù)控機(jī)床的準(zhǔn)確性。
二、零件圖
三、加工分析工藝
（1） 零件圖工藝分析
該零件由圓柱面、螺紋及中心孔組成，該零件的尺寸的尺寸精度和表面粗糙度要求很高，該圖尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚。材料為40Cr，有熱處理和硬度要求。
通過以上描述，可以采取以下幾點(diǎn)工藝措施：
（一） 對圖樣上給定的有精度要求的尺寸，因?yàn)楣顢?shù)值很小，所以編程時(shí)不可以取平均值，或者不能省去小數(shù)點(diǎn)后面的，要對好刀。
（二） 在輪廓曲線上，沒有要進(jìn)行間隙補(bǔ)償?shù)?。但也要保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性。
（三） 為便于裝夾，采用三角卡盤，先車左端面，再車出一個(gè)夾頭，再打中心孔。然后掉頭，車右端面，打中心孔，再進(jìn)行精車。再掉頭，進(jìn)行精車。
（2） 確定裝夾方案
確定坯件軸線和右端大端面（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）為定位基準(zhǔn)。左端采用三角自定心卡盤夾緊。
（3） 確定加工順序及走刀路線
加工順序的確定按由左到右、由粗到精、由近到遠(yuǎn)的原則確定，在一次裝夾中盡可能加工出較多的工作表面。結(jié)合本零件的結(jié)構(gòu)特征，可以加工外輪廓表面，然后加工內(nèi)孔各表面，由于該零件為單件中批量生產(chǎn)，走刀路線設(shè)計(jì)不必考慮最短進(jìn)給路線或最短空行程路線，外輪廓表面車削走刀路線可沿零件輪廓順序進(jìn)行。
（4） 刀具的選擇
將所選定的刀具參數(shù)填入表所示的數(shù)控加工刀具卡片中，以便于編程和操作管理。注意：在車削外輪廓時(shí)，為防止副刀面與工件表面發(fā)生干涉，應(yīng)選擇較大的副諞角，必要時(shí)可作圖檢驗(yàn)。
（5） 切削用量選擇
根據(jù)被加工表面質(zhì)量要求、刀具材料和工件材料，參考切削用量手冊或有關(guān)資料選取切削速度與每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，然后公式計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度，計(jì)算結(jié)果填入
背吃刀量的選擇因粗、精加工而有所不同。粗加工時(shí)，在工藝系統(tǒng)剛性和機(jī)床功率允許的情況下，盡可能取較大的背吃刀量，以減少進(jìn)給次數(shù)；精加工時(shí)，根據(jù)材料以保證零件表面粗糙度要求，一般要多次加工。
（6） 數(shù)控加工工藝卡片擬定
將前面分析的各項(xiàng)內(nèi)容綜合成表所示的數(shù)控加工工藝卡片，此表是編制加工程序的主要依據(jù)和操作人員配合數(shù)控加工的指導(dǎo)性文件，主要內(nèi)容包括：工步順序、工步內(nèi)容、各工步所用的刀具及切削用量等。
四、程序分析
O0608
N010 T0101 90°外圓車刀
主軸用1號刀
N020 M03S500
主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速500
N030 G90G95G0X32Z2 加工零件右端
絕對值，快速定位到(32,2)
N040 G71U1R0.5
外圓粗切循環(huán)
N050 G71P60Q110U0.2W0F0.2
N060 G1X9F0.1S800
精加工程序第一個(gè)程序段，轉(zhuǎn)速800，進(jìn)給速度為0.1
N070 X15Z-1 車 ?15倒角1X45
直線插補(bǔ)到(15,-1)
N080 Z-79 車 ?15
直線插補(bǔ)到(15,-79)
N090 X22
直線插補(bǔ)到(22,-79)
N100 X24Z-80 車?24倒角1X45°
直線插補(bǔ)到(24,-80)
N110 Z-140 車 ?24
直線插補(bǔ)到(110,-115)
N120 G70P60Q110
精加工程序最后一個(gè)程序段
N130 G0X100Z100
快速定位到(100,100)
N140 T0202 寬1.1切槽刀
換2號刀
N150 M03S300
主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速300
N160 G0X17Z-5
快速定位到(17,-5)
N170 G1X14.3F0.05 ?15上切寬深切至?14.3
直線插補(bǔ)到(14.3,-5)
N180 G4X2
延時(shí)2秒
N190 G0X26
快速定位到(26,-5)
N200 Z-79
快速定位到(26,-79)
N210 G1X14F0.05 切2×0.5的槽
直線插補(bǔ)到(26,-79) ,進(jìn)給速度為0.05
N220 G4X2
延時(shí)2秒
N230 G0X17
快速定位到(17,-79)
N240 Z-78.1
快速定位到(17,-78.1)
N250 G1X14F0.05
直線插補(bǔ)到(14,-78.1),進(jìn)給速度為0.05
N260 G4X2
延時(shí)2秒
N270 G0X100
快速定位到(100,-78.1)
N280 Z100
快速定位到(100,100)
N290 M02
程序停止
換頭
O0420
N010 T0101 90°外圓車刀
主0軸用1號刀
N020 M03S500
主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速500
N030 G90G95G0X32Z2
絕對值，快速定位到(32,2)
N040 G71U1R0.5
外圓粗切循環(huán)
N050 G71P60Q140U0.2W0F0.2
N060 G1X4F0.1S800
精加工程序第一個(gè)程序段，轉(zhuǎn)速800，進(jìn)給速度為0.1
N070 X9.87Z-1 M10倒角1×45°
直線插補(bǔ)到(9.87,-1)
N080 Z-23 車 M10
直線插補(bǔ)到(9.87,-23)
N090 X14
直線插補(bǔ)到(14,-23)
N100 Z-51 車 ?14
直線插補(bǔ)到(14,-51)
N110 X18
直線插補(bǔ)到(18,-51)
N120 Z-82 車 ?18
直線插補(bǔ)到(18,-82)
N130 X20
直線插補(bǔ)到(20,-82)
N140 X26Z-85 ?24倒角2×45°
直線插補(bǔ)到(26,-85)
N150 G70P350Q440
精加工程序最后一個(gè)程序段
N160 G0X100Z100
快速定位到(100,100)
N170 T0202 寬1.1切槽刀
主軸用2號刀
N180 M03S300
主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速300
N190G0X16Z-23
快速定位到(16,-23)
N200 G1X7.8F0.05 M10上切3×1.1的槽
直線插補(bǔ)到(7.8,-23), 進(jìn)給速度為0.05
N210 G4X2
延時(shí)2秒
N220 G0X16
快速定位到(16,-23)
N230 Z-22
快速定位到(16,-22)
N240 G1X7.8F0.05
進(jìn)給速度為0.05
N250 G4X2
延時(shí)2秒
N260 G0X12
快速定位到(12,-22)
N270 Z-21.1
快速定位到(84,0)
N280 G1X7.8F0.05
直線插補(bǔ)到(7.8,0),進(jìn)給速度為0.05
N290 G4X2
延時(shí)2秒
N300 G0X20
快速定位到(20,0)
N310 Z-51
快速定位到(22,-51)
N320 G1X13F0.05 ?14上切2×0.5的槽
直線插補(bǔ)到(13,-51),進(jìn)給速度為0.05
N330 G4X2
延時(shí)2秒
N340 G0X16
快速定位到(16,-51)
N350 Z-50.1
快速定位到(16,-50.1)
N360 G1X13F0.05
直線插補(bǔ)到(13,-50.1),進(jìn)給速度為0.05
N370 G4X2
延時(shí)2秒
N380 G0X20
快速定位到(20,-50.1)
N700 Z-54.1
快速定位到(20,-54.1)
N390 G1X17F0.05 ?18上切寬深至?
直線插補(bǔ)到(17,-54.1),進(jìn)給速度為0.05
N400 G4X2
延時(shí)2秒
N410 G0X24
快速定位到(24,-54.1)
N420 Z-82
快速定位到(24,-82)
N430 G1X17F0.05 ?18上切2×0.5的槽
直線插補(bǔ)到(17,-82),進(jìn)給速度為0.05
N440 G4X2
延時(shí)2秒
N450 G0X24
快速定位到(24,-82)
N780 Z-81.1
快速定位到(24,-81.1)
N460 G1X17F0.05
直線插補(bǔ)到(17,-81.1),進(jìn)給速度為0.05
N470 G4X2
延時(shí)2秒
N480G0X100
快速定位到(100,-81.1)
N490 Z100
快速定位到(100,-81.1)
N500 T0303
主軸用3號刀 60°螺紋刀
N510 G0X12Z5
快速定位到(12,5)
N520 G76P021060Q100R0.1 攻螺紋M10-6h
螺紋切削循環(huán)
N530 G76X8.05Z-22P975Q400F1.5
螺紋切削循環(huán)終點(diǎn)（8.05，-22）
N540 G0X100
快速定位到(100,-22)
N550 Z100
快速定位到(100,100)
N560 M05
主軸停
N570 M02
程序結(jié)束
五、數(shù)控車床的概述
數(shù)控車床是目前使用較廣泛的數(shù)控機(jī)床之一，主要用在加工軸類和盤類回轉(zhuǎn)體零件的內(nèi)外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋面，并能進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)、鉸等工作，特別適用于形狀復(fù)雜的零件加工。
一般數(shù)控車床的主軸由直流或交流調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動，主軸作主運(yùn)動，刀架的縱、橫向分別由伺服電動機(jī)驅(qū)動。為了車削螺紋，在主傳動系統(tǒng)里裝有主軸脈沖發(fā)生器，以檢測主軸的轉(zhuǎn)速，保證車削螺紋時(shí)，主軸（工件）每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，Z軸（刀具）移動一個(gè)加工螺紋的導(dǎo)程。
普通數(shù)控車床的主軸不是臥式的，刀架運(yùn)動的縱方向即為Z 方向，刀架的橫向即為X方向，當(dāng)?shù)都苎豘向和X向協(xié)調(diào)運(yùn)動時(shí)，可形成各種復(fù)雜的平面曲線，以這條曲線繞軸線回轉(zhuǎn)時(shí)，可形成各種復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體。一般數(shù)控車床只需要兩坐標(biāo)聯(lián)動。同樣數(shù)控立式車床也是刀架沿著工件的軸向和徑向運(yùn)動實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)聯(lián)動
數(shù)控車床又稱為CNC(Computer Numerical Control)車床，既用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的車床。
普通臥式車床是靠手工操作機(jī)床來完成各種切削加工，而數(shù)控車床是將編制好的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，由數(shù)控系統(tǒng)通過車床X、Z坐標(biāo)軸的伺服電動機(jī)去控制車床進(jìn)給運(yùn)動部件的動作順序、移動量和進(jìn)給速度，再配以主軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)向，和自動換刀系統(tǒng)，使能加工出各種形狀不同的軸類或盤類回轉(zhuǎn)體零件。因此，數(shù)控車床是目前使用較為廣泛的機(jī)床。
六、數(shù)控車床的使用
數(shù)控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機(jī)床。它具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)各種補(bǔ)償功能，并在復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮 了良好的經(jīng)濟(jì)效果。合理選用數(shù)控車床，應(yīng)遵循如下原則：
1. 選用原則
1) 前期準(zhǔn)備
確定典型零件的工藝要求、加工工件的批量，擬定數(shù)控車床應(yīng)具有的功能是做好前期準(zhǔn)備，合理選用數(shù)控車床的前提條件
滿足典型零件的工藝要求
典型零件的工藝要求主要是零件的結(jié)構(gòu)尺寸、加工范圍和精度要求。根據(jù)精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求來選擇數(shù)控車床的控制精度。
根據(jù)可靠性來選擇
可靠性是提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的保證。數(shù)控機(jī)床的可靠性是指機(jī)床在規(guī)定條件下執(zhí)行其功能時(shí)，長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行而不出故障。即平均無故障時(shí)間長，即使出了故障，短時(shí)間內(nèi)能恢復(fù)，重新投入使用。選擇結(jié)構(gòu)合理、制造精良，并已批量生產(chǎn)的機(jī)床。一般，用戶越多，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性越高。
2) 機(jī)床附件及刀具選購
機(jī)床隨機(jī)附件、備件及其供應(yīng)能力、刀具，對已投產(chǎn)數(shù)控車床、車削中心來說是十分重要的。選擇機(jī)床，需仔細(xì)考慮刀具和附件的配套性。
3) 注重控制系統(tǒng)的同一性
生產(chǎn)廠家一般選擇同一廠商的產(chǎn)品，至少應(yīng)選購?fù)粡S商的控制系統(tǒng)，這給維修工作帶來極大的便利。教學(xué)單位，由于需要學(xué)生見多識廣，選用不同的系統(tǒng)，配備各種仿真軟件是明智的選擇。
4) 根據(jù)性能價(jià)格比來選擇
做到功能、精度不閑置、不浪費(fèi)，不要選擇和自已需要無關(guān)的功能。
5) 機(jī)床的防護(hù)
需要時(shí)，機(jī)床可配備全封閉或半封閉的防護(hù)裝置、自動排屑裝置。
在選擇數(shù)控車床、車削中心時(shí)，應(yīng)綜合考慮上述各項(xiàng)原則。
2. 安裝方法
1) 起吊和運(yùn)輸
機(jī)床的起吊和就位，應(yīng)使用制造廠提供的專用起吊工具，不允許采用其他方法進(jìn)行。不需要專用起吊工具，應(yīng)采用鋼絲繩按照說明書規(guī)定部位起吊和就位。
2) 基礎(chǔ)及位置
機(jī)床應(yīng)安裝在牢固的基礎(chǔ)上，位置應(yīng)遠(yuǎn)離振源；避免陽光照射和熱幅射；放置在干燥的地方，避免潮濕和氣流的影響。機(jī)床附近若有振源，在基礎(chǔ)四周必須設(shè)置防振溝。
3) 機(jī)床的安裝
機(jī)床放置于基礎(chǔ)上，應(yīng)在自由狀態(tài)下找平，然后將地腳螺栓均勻地鎖緊。對于普通機(jī)床，水平儀讀數(shù)不超過0.04/1000mm，對于高精度的機(jī)床，水平儀超過0.02／1000mm。在測量安裝精度時(shí)，應(yīng)在恒定溫度下進(jìn)行，測量工具需經(jīng)一段定溫時(shí)間后再使用。機(jī)床安裝時(shí)應(yīng)竭力避免使機(jī)床產(chǎn)生強(qiáng)迫變形的安裝方法。機(jī)床安裝時(shí)不應(yīng)隨便拆下機(jī)床的某些部件，部件的拆卸可能導(dǎo)致機(jī)床內(nèi)應(yīng)力的重要新分配，從而影響機(jī)床精度。
3. 試運(yùn)轉(zhuǎn)前的準(zhǔn)備
機(jī)床幾何精度檢驗(yàn)合格后，需要對整機(jī)進(jìn)行清理。用浸有清洗劑的棉布或綢布，不得用棉紗或紗布。清洗掉機(jī)床出廠時(shí)為保護(hù)導(dǎo)軌面和加工面而涂的防銹油或防銹漆。清洗機(jī)床外表面上的灰塵。在各滑動面及工作面涂以機(jī)床規(guī)定使滑油。
仔細(xì)檢查機(jī)床各部位是否按要求加了油，冷卻箱中是否加足冷卻液。機(jī)床液壓站、自動間潤滑裝置的油是否到油位批示器規(guī)定的部位。
檢查電氣控制箱中各開關(guān)及元器件是否正常，各插裝集成電路板是否到位。
通電啟動集中潤滑裝軒，使各潤滑部位及潤滑油路中充滿潤滑油。做好機(jī)床各部件動作前的一切準(zhǔn)備。
數(shù)控車床調(diào)試與驗(yàn)收
數(shù)控車床的驗(yàn)收應(yīng)按國家頒布實(shí)行的《數(shù)控臥式車床制造與驗(yàn)收技術(shù)要求》進(jìn)行，在驗(yàn)收過程中，如發(fā)生爭執(zhí)，應(yīng)以國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，通過協(xié)商解決。
1）開箱驗(yàn)收
按隨機(jī)裝箱單和合同中特定附件清單對箱內(nèi)物品逐一核對檢查。并做檢查記錄。有如下內(nèi)容：
包裝箱是否完好，機(jī)床外觀有無明顯損壞，是銹蝕、脫漆；
有無技術(shù)資料，是否齊全；
附件品種、規(guī)格、數(shù)量；
備件品種、規(guī)格、數(shù)量；
工具品種、規(guī)格、數(shù)量；
刀具〈刀片〉品種、規(guī)格、數(shù)量；
安裝附件；
電氣元器件品種、規(guī)格、數(shù)量；
2）開機(jī)試驗(yàn)
機(jī)床安裝調(diào)試完成后，即通知制造廠派人調(diào)試機(jī)床。試驗(yàn)主要有如下：
3) 各種手動試驗(yàn)
a. 手動操作試驗(yàn) 試驗(yàn)手動操作的準(zhǔn)確性。
b. 點(diǎn)動試驗(yàn)
c. 主軸變檔試驗(yàn)
d. 超程試驗(yàn)
2) 功能試驗(yàn)
a. 用按鍵、開關(guān)、人工操縱對機(jī)床進(jìn)行功能試驗(yàn)。試驗(yàn)動作的靈活性、平穩(wěn)性及功能的可靠性。
b. 任選一種主軸轉(zhuǎn)速做主軸啟動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的連續(xù)試驗(yàn)。操作不少于7次。
c. 主軸高、中、低轉(zhuǎn)速變換試驗(yàn)。轉(zhuǎn)速的指令值與顯示值允差為±5%。
d. 任選一種進(jìn)給量，在XZ軸全部行程上，連續(xù)做工作進(jìn)給和快速進(jìn)給試驗(yàn)。快速行程應(yīng)大于1/2全行程。正反方和連續(xù)操作不少于7次。
e. 在X、Z軸的全部行程上，做低、中、高進(jìn)給量變換試驗(yàn)。
轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行各種轉(zhuǎn)位夾緊試驗(yàn)。
f. 液壓、潤滑、冷卻系統(tǒng)做密封、潤滑、冷卻性試驗(yàn)，做到不滲漏。
g. 卡盤做夾緊、松開、靈活性及可靠性試驗(yàn)。
h. 主軸做正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及變換主軸轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。
i. 轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行正反方向轉(zhuǎn)位試驗(yàn)。
j. 進(jìn)給機(jī)構(gòu)做低中高進(jìn)給量為快速進(jìn)給變換試驗(yàn)。
k. 試驗(yàn)進(jìn)給坐標(biāo)超程、手動數(shù)據(jù)輸入、位置顯示，回基準(zhǔn)點(diǎn)，程序序號批示和檢索、程序暫停、程序刪除、址線插補(bǔ)、直線切削徨、錐度切削循環(huán)、螺紋切削循環(huán)、圓弧切削循環(huán)、刀具位置補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償、間隙補(bǔ)償?shù)裙δ艿目煽啃?、動作靈活性等。
4) 空動轉(zhuǎn)試驗(yàn)
a. 主動動機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，在最高轉(zhuǎn)速段不得少于1小時(shí)，主軸軸承的溫度值不超過70℃ ，溫升值不超過40℃；
b. 連續(xù)空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，其運(yùn)動時(shí)間不少于8小時(shí)，每個(gè)循環(huán)時(shí)間不大于15分鐘。每個(gè)循環(huán)終了停車，并模擬松卡工件動作，停車不超過一分鐘，再繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
5) 負(fù)荷試驗(yàn)
用戶準(zhǔn)備好典型零件的圖紙和毛坯，在制造廠調(diào)試人員指導(dǎo)下編程和輸入程序，選擇切削刀具和切削用量。負(fù)荷試驗(yàn)可按如下三步進(jìn)行，粗車、重切削、精車。每一步又分單一切削和循環(huán)程序切削。每一次切削完成后檢驗(yàn)零件已加工部位實(shí)際尺寸并與指令值進(jìn)行比較，檢驗(yàn)機(jī)床在負(fù)荷條件下的運(yùn)行精度、即機(jī)床的綜合加工精度，轉(zhuǎn)塔刀架的轉(zhuǎn)位精度。
6） 驗(yàn)收
機(jī)床開箱驗(yàn)收，功能試驗(yàn)，空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)、負(fù)荷試驗(yàn)完成后，加工出合格產(chǎn)品，即可辦理驗(yàn)收移交手續(xù)。如有問題，制造廠應(yīng)負(fù)責(zé)解決。
4．?dāng)?shù)控車床的使用條件
數(shù)控車床的正常使用必須滿足如下條件，機(jī)床所處位置的電源電壓波動小，環(huán)境溫度低于30攝示度，相對溫度小于80%。
1）機(jī)床位置環(huán)境要求
機(jī)床的位置應(yīng)遠(yuǎn)離振源、應(yīng)避免陽光直接照射和熱輻射的影響，避免潮濕和氣流的影響。如機(jī)床附近有振源，則機(jī)床四周應(yīng)設(shè)置防振溝。否則將直接影響機(jī)床的加工精度及穩(wěn)定性，將使電子元件接觸不良，發(fā)生故障，影響機(jī)床的可靠性。
2）電源要求
一般數(shù)控車床安裝在機(jī)加工車間，不僅環(huán)境溫度變化大，使用條件差，而且各種機(jī)電設(shè)備多，致使電網(wǎng)波動大。因此，安裝數(shù)控車床的位置，需要電源電壓有嚴(yán)格控制。電源電壓波動必須在允許范圍內(nèi)，并且保持相對穩(wěn)定。否則會影響數(shù)控系統(tǒng)的正常工作。
3）溫度條件
數(shù)控車床的環(huán)境溫度低于30攝示度，相對溫度小于80%。一般來說，數(shù)控電控箱內(nèi)部設(shè)有排風(fēng)扇或冷風(fēng)機(jī)，以保持電子元件，特別是中央處理器工作溫度恒定或溫度差變化很小。過高的溫度和濕度將導(dǎo)致控制系統(tǒng)元件壽命降低，并導(dǎo)致故障增多。溫度和濕度的增高，灰塵增多會在集成電路板產(chǎn)生粘結(jié)，并導(dǎo)致短路。
4）按說明書的規(guī)定使用機(jī)床
用戶在使用機(jī)床時(shí)，不允許隨意改變控制系統(tǒng)內(nèi)制造廠設(shè)定的參數(shù)。這些參數(shù)的設(shè)定直接關(guān)系到機(jī)床各部件動態(tài)特征。只有間隙補(bǔ)償參數(shù)數(shù)值可根據(jù)實(shí)際情況予以調(diào)整。
用戶不能隨意更換機(jī)床附件，如使用超出說明書規(guī)定的液壓卡盤。制造廠在設(shè)置附件時(shí)，充分考慮各項(xiàng)環(huán)節(jié)參數(shù)的匹配。盲目更換造成各項(xiàng)環(huán)節(jié)參數(shù)的不匹配，甚至造成估計(jì)不到的事故。
使用液壓卡盤、液壓刀架、液壓尾座、液壓油缸的壓力，都應(yīng)在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，不允許任意提高。
數(shù)控車削的工藝與工裝
數(shù)控車床加工的工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數(shù)控車床是一次裝夾，連續(xù)自動加工完成所有車削工序，因而應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。
1合理選擇切削用量
對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時(shí)間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。
切削條件的三要素：切削速度、進(jìn)給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產(chǎn)生機(jī)械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。
進(jìn)給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進(jìn)給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進(jìn)給量大，但在微小切深切削時(shí)，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。
用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進(jìn)給量、切深等選擇使用的切削速度。如下表：
最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達(dá)到壽命才是理想的條件。
然而，在實(shí)際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。
2. 合理選擇刀具
1) 粗車時(shí)，要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時(shí)大背吃刀量、大進(jìn)給量的要求。
2) 精車時(shí)，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。
3) 為減少換刀時(shí)間和方便對刀，應(yīng)盡量采用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀片。
3. 合理選擇夾具
1) 盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具；
2) 零件定位基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差。
4. 確定加工路線
加工路線是指數(shù)控機(jī)床加工過程中，刀具相對零件的運(yùn)動軌跡和方向。
1) 應(yīng)能保證加工精度和表面粗糙要求；
2) 應(yīng)盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時(shí)間。
5. 加工路線與加工余量的聯(lián)系
目前，在數(shù)控車床還未達(dá)到普及使用的條件下，一般應(yīng)把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時(shí)，則需注意程序的靈活安排。
6. 夾具安裝要點(diǎn)
目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實(shí)現(xiàn)的，如圖1。液壓卡盤夾緊要點(diǎn)如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。
刀具上的 修光刃 指的是在刀具刀刃后面副偏角方向磨出的一小段與刀尖平行的刀刃 主要用于刀刃切削后進(jìn)行一次二次切削 相當(dāng)于精加工過程 去處毛刺等傷痕 目的是提高工件的表面粗糙度 多應(yīng)用于進(jìn)行精加工的刀具上
七、車床的振動及控制
1 振動
車削加工過程中，工件和刀具之間常常發(fā)生強(qiáng)烈的振動，破壞和干擾了正常的切削加工，是一種極其有害的現(xiàn)象。當(dāng)車床發(fā)生震動時(shí)，工件表面質(zhì)量惡化，產(chǎn)生明顯的表面振紋，工件的粗糙度增大，這時(shí)必須降低切削用量，使車床的工作效率大大降低。強(qiáng)烈振動時(shí)，會時(shí)車床產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，使切削加工過程無法進(jìn)行下去。由于振動，將使車床和刀具磨損加劇，從而縮短車床和刀具的使用壽命；振動并伴隨有噪音，危害工人身心健康，使工作環(huán)境惡化。車床振動可公為自由振動、強(qiáng)迫振動和自系振動，據(jù)測算，這三類振動分別5%，30%，65%。
當(dāng)振動系統(tǒng)的平衡被破壞，彈性力來維持系統(tǒng)的振動，稱為自由振動(如圖1)，在外界周期性干擾力持續(xù)作用下，被迫產(chǎn)生的振動稱為強(qiáng)迫振動(如圖2)，由振動過程本身引起切削力周期性變化，又由這個(gè)周期性變化的切削力反過來加強(qiáng)和維持的振動稱為自激振動。
2 車床振動的振源
尋找振動的來源，并加以排除或限制，是有效控制振動的途徑。振源來自車床內(nèi)部的，稱為機(jī)內(nèi)振源；來自車床外部的，稱為機(jī)外振源。
由于自由振動是由切削力的突然變化或其它外力沖擊引起的，可快速衰減，對車床加工過程影響非常小，可以忽略不計(jì)。
強(qiáng)迫振動的振源
機(jī)內(nèi)振源：車床上各個(gè)電動機(jī)的振動，包括電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡及電磁力不平衡引起的振動；機(jī)床回轉(zhuǎn)零件的不平衡，如皮帶輪、卡盤、刀盤和工件不平衡引起的振動；運(yùn)動傳遞過程中引起的振動，如變速操縱機(jī)機(jī)構(gòu)中的齒輪嚙合時(shí)的沖擊力，卸荷帶輪把徑向載荷卸給箱體時(shí)的振動，三角皮帶的厚度不均勻，皮帶輪質(zhì)量偏心，雙向多片摩擦離合器，滑動軸承和滾動軸承尺寸及形位誤差引起的振動；往復(fù)部件運(yùn)動的慣性力，如離和器控制箱體的正反轉(zhuǎn)引起的慣性力振動；切削時(shí)的沖擊振動，如切削帶有鍵槽的工件表面時(shí)循環(huán)沖擊載荷引起的振動；車床液壓傳動系統(tǒng)的壓力脈動。
機(jī)外振源：其它機(jī)床、鍛壓設(shè)備、火車、汽車等通過地基傳給車床的振動。
自激振動的振源
引起自激振動的振源主要有車削時(shí)切削量過大、主切削力的方向、車刀的幾何角度的選擇不當(dāng)?shù)取?
3 振源分析
1）查找車床振動振源的框圖。
查找車床振動振源的框圖
2）車床主軸箱內(nèi)振源分析
一方面主軸箱中齒輪、軸承等零部件設(shè)計(jì)、制造及裝配過程中存在某些不足之處，另一方面長期工作過程中使得某些零件失效，導(dǎo)致主軸箱在工作過程中產(chǎn)生了振動。齒輪在嚙合時(shí)引起沖擊產(chǎn)生頻率為嚙合頻率的振動，主軸安裝偏心所引起周期性振動；軸承的損傷所引起周期性沖擊或者激發(fā)自身的各個(gè)元件以固有頻率振動；以及其它因素所引起的振動?，F(xiàn)以CA6140車床為例。對CA6140主軸箱傳動系統(tǒng)中軸的回轉(zhuǎn)頻率和齒輪嚙合頻率進(jìn)行計(jì)算和實(shí)際測量(計(jì)算過程從略)。由于主軸轉(zhuǎn)速檔位較多，故僅選取主軸轉(zhuǎn)速為200rpm時(shí)計(jì)算主軸箱內(nèi)各軸的回轉(zhuǎn)頻率和齒輪嚙合頻率，計(jì)算結(jié)論數(shù)據(jù)如表1所示；主軸前端D3182121雙列向心短圓柱滾子軸的有關(guān)元件脈動頻率計(jì)算結(jié)論。
回轉(zhuǎn)軸號 理論頻率(HZ) 實(shí)際頻率(HZ)
回轉(zhuǎn)頻率 嚙合頻率 回轉(zhuǎn)頻率 嚙合頻率
Ⅰ fⅠ=13 f56=760 fⅠ=14.15 f56=792
Ⅱ fⅡ=19 f38=730 fⅡ=20.8 f38=792
f22=423 f22=459
Ⅲ fⅢ=7.29 f58=423 fⅢ=7.9 f50=364.5
f50=364.5 f50=395
Ⅳ fⅣ=7.29 f50=364.5 fⅣ=7.9 f51=371.8
f50=395 f51=403.8
Ⅴ fⅤ=7.44 f50=371.8 fⅤ=8 f50=403.8
f26=193.3 f26=210
Ⅵ fⅥ=3.333 f58=193.3 fⅥ=3.6 f58=210
表2
內(nèi)圈滾道波度 172.8HZ
滾珠通過內(nèi)圈的頻率 60.5HZ
外圈的頻率 47.5HZ
滾珠自轉(zhuǎn)頻率 29.4HZ
3）數(shù)據(jù)分析
經(jīng)過大量實(shí)踐分析對比，發(fā)現(xiàn)主軸箱內(nèi)頻率為f=173HZ、f=790HZ對切削力影響很大，f=173HZ頻率的振動主要是通過工件直接傳輸給刀架的，而f=790HZ一部分能量通過車床床身傳遞給刀架，一部分能量通過工件傳遞給刀架。
進(jìn)一步對f=173HZ，f=790HZ頻率所產(chǎn)生振動原因進(jìn)行分析=計(jì)算并與表1、表2對比。得出如下結(jié)果：f=173HZ是由主軸前端的雙列向心短圓柱滾子軸承的內(nèi)圈滾道表面粗糙度很大所引起的，f=790HZ為軸承上齒輪(Z=56)的嚙合頻率，由摩擦片離合器在嚙合處剛性不足造成齒輪嚙合時(shí)不平穩(wěn)所引起的。
通過以上分析可知，在切削過程中，f=173HZ和f=790HZ振動頻率對切削力影響很大。f=173HZ是由主軸前端的雙列向心短圓柱滾子軸承所引起的；f=790HZ是由軸承上的齒輪嚙合時(shí)不平穩(wěn)所引起的。
4 車床振動的控制
1）對強(qiáng)迫振動的控制
·將振源與車床隔離。設(shè)置隔振裝置，將振源所產(chǎn)生的振動由隔振裝置大部分吸收，減少振源對車削加工的干擾。挖防振溝，將車床安置在防振地基上，設(shè)置彈簧或橡皮墊減少振動。
·減少激振力。如精確平衡回轉(zhuǎn)零部件，將電動機(jī)轉(zhuǎn)子、皮帶輪和卡盤作靜平衡和動平衡試驗(yàn)，提高軸承裝配精度。
·提高車床傳動的制造精度。如將變速操縱機(jī)構(gòu)中齒輪嚙合的制造精度提高，可以減少因齒輪嚙合傳動而引起的振動。
·提高工藝系統(tǒng)的剛度及阻尼。車床系統(tǒng)剛度增加，對振動的抵抗能力提高，亦可減少振動。
·調(diào)節(jié)系統(tǒng)的固有頻率，避免共振現(xiàn)象發(fā)生。
·采用減振器和阻尼器。
2）對自激振動的控制
·合理選擇與切削有關(guān)的系數(shù)；
·合理選擇車刀的幾何參數(shù)；
·合理安排刀尖高低、潤滑；
·提高工藝系統(tǒng)的抗振性。
八、數(shù)控車間規(guī)定
1、進(jìn)入車間實(shí)習(xí)時(shí)，要穿好工作服，大袖口要扎緊，襯衫要系入褲內(nèi)。女同學(xué)要戴安全帽，并將發(fā)辮納入帽內(nèi)。不得穿涼鞋、拖鞋、高跟鞋、背心、裙子和戴圍巾進(jìn)入車間。
2、嚴(yán)禁在車間內(nèi)追逐、打鬧、喧嘩、閱讀與實(shí)習(xí)無關(guān)的書刊、背誦外語單詞、收聽廣播和MP3等。
3、應(yīng)在指定的機(jī)床和計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)習(xí)。未經(jīng)允許，其它機(jī)床設(shè)備、工具或電器開關(guān)等均不得亂動。
4、操作前必須熟悉機(jī)床的一般性能、結(jié)構(gòu)、傳動原理及控制程序，嚴(yán)禁超性能使用。在弄懂整個(gè)操作過程前，不要進(jìn)行機(jī)床的操作和調(diào)節(jié)。
5、開動機(jī)床前，要檢查車床電氣控制系統(tǒng)是否正常，潤滑系統(tǒng)是否暢通、油質(zhì)是否良好，并按規(guī)定要求加足潤滑油，各操作手柄是否正確，工件、夾具及刀具是否已夾持牢固，檢查周圍有無障礙物，然后開慢車試轉(zhuǎn)3～5分鐘，檢查各傳動部件是否正常，確認(rèn)無故障后，才可正常使用。
6、機(jī)床操作時(shí)，必須嚴(yán)格按《數(shù)控車床操作步驟》進(jìn)行，不允許跳步驟執(zhí)行。
7、程序調(diào)試完成后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師同意方可進(jìn)行切削加工。未經(jīng)指導(dǎo)老師許可，擅自操作或違章操作，成績作零分處理，造成事故者，按相關(guān)規(guī)定處分并賠償相應(yīng)損失。
8、加工零件前，必須嚴(yán)格檢查各切削刀具，防止相鄰刀具在切削時(shí)干涉。
9、加工零件時(shí)，必須關(guān)上防護(hù)門，不準(zhǔn)把頭手抻入防護(hù)門內(nèi)，加工過程中不允許打開防護(hù)門。
10、加工過程中，操作者不得擅自離開機(jī)床，應(yīng)保持思想高度集中，觀察機(jī)床的運(yùn)行。若發(fā)生不正?，F(xiàn)象或事故時(shí)，應(yīng)立即按“急?！辨I，并及時(shí)報(bào)告指導(dǎo)老師。
11、嚴(yán)禁用力拍打控制面板、觸摸顯示屏。嚴(yán)禁敲擊中心架、頂尖、刀架和導(dǎo)軌。
12、嚴(yán)禁私自打開數(shù)控系統(tǒng)控制柜進(jìn)行觀看和觸摸。
13、機(jī)床控制微機(jī)上，除進(jìn)行程序操作和傳輸及程序拷貝外，不允許作其它操作。
14、數(shù)控車床屬于大精設(shè)備，機(jī)床上嚴(yán)禁堆放任何工、夾、刃、量具、工件和其它雜物。
15、工作完后，應(yīng)切斷電源，清掃切屑，擦凈機(jī)床，在導(dǎo)軌面上，加注潤滑油，各部件應(yīng)調(diào)整到正常位置，打掃現(xiàn)場衛(wèi)生，填寫設(shè)備使用記錄。
九、國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點(diǎn)，對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。
長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過程中CNC只是一個(gè)封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢在必行。
十、數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢國
1 性能發(fā)展方向
(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。
(3)工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。
(4)實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。
2 功能發(fā)展方向
(1)用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。
數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢——智能化數(shù)控系統(tǒng)
(2)科學(xué)計(jì)算可視化 科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。
(3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?
(4)內(nèi)裝高性能PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。
(5)多媒體技術(shù)應(yīng)用 多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。
3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展
(1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。
(2)模塊化 硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。
(3)網(wǎng)絡(luò)化 機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機(jī)床上對其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時(shí)顯示在每一臺機(jī)床的屏幕上。
(4)通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個(gè)具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實(shí)時(shí)動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補(bǔ)償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
4智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)
當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。
智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補(bǔ)償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。
5關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范
如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來臨。我國在2000年也開始進(jìn)行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。
6關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)
數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。
STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時(shí)間（約35％）和加工時(shí)間（約50％）。
目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計(jì)劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自歐洲和日本的20個(gè)CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國的STEP Tools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級模型(Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。
7 對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)
我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個(gè)階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場占有率達(dá)50％，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達(dá)到了10％。
縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過4個(gè)5年計(jì)劃的攻關(guān)，總體來看取得了以下成績。
a.奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。
b.初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。
c.建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍。
雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認(rèn)識到，我國高端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴(kuò)大趨勢。從國際上來看，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計(jì)大致如下。
a.技術(shù)水平上，與國外先進(jìn)水平大約落后10～15年，在高精尖技術(shù)方面則更大。
b.產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建
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