什么是數控加工技術？
隨著科學技術的發展，人們對零件加工質量的要求也越來越高。同時產品改型頻繁，在一般機械加工中，單件和中小批量產品占的比重越來越大。為了保證產品質量，提高生產率和降低成本，要求機床不僅具有較好的通用性和靈活性，而且在加工過程中要具有較高的自動化程度。數控加工技術就是在這種環境下發展起來的一種由數控機床的數字信息控制，適用于精度高、零件形狀復雜的單件和中小批量生產的高效、柔性的自動化加工技術。
數控機床是一種綜合了計算機技術、現代控制技術、傳感檢測技術、信息處理技術、網絡通信技術、液壓氣動技術、光機電等技術的一種高效、柔性加工的機電一體化設備，是現代制造技術的基礎。
1 數控機床的組成及數控加工過程
數控機床是指用記錄在媒體上的數字信息經數控裝置對機床實施控制，使它自動地執行規定加工過程的機床。
1）數控機床的組成
數控機床是按預先編制好的加工程序自動對工件進行加工的。數控機床通常由機床本體、伺服系統、數控裝置和控制介質四部分組成，如圖2-61所示。
圖2-61 數控機床的組成
（1）控制介質?？刂平橘|又稱為信息載體，是將人的操作意圖轉達給數控機床的一個中間媒體，它載有加工一個零件所必需的全部信息。常用的控制介質有穿孔帶、磁帶、磁盤等可以存儲指令信息的載體。對于簡短的數控加工程序，可通過數控操作面板上的鍵盤直接輸入數控裝置。
（2）數控裝置。數控裝置是數控機床的中樞，它接收控制介質送來的信息，加以變換和處理后轉換成脈沖信號控制機床動作。
（3）伺服系統。伺服系統是連接機床運動部件與數控系統的裝置，包括伺服驅動機構和機床的可移動部件。它是機床數控系統的執行部分，將數控裝置發出來的脈沖信號轉變為機床部件的運動，使工作臺或刀架精確定位或按預期軌跡作嚴格的相對運動，加工出符合圖樣要求的零件。
（4）機床本體。機床本體是數控機床的機械部分，除了主傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺和輔助部分等一般部件外，還有特殊部件，如儲備刀具的刀庫、自動換刀裝置和回轉工作臺等。
2）數控機床零件加工過程
數控機床零件加工過程是操作者首先按照加工圖樣使之變為制造工藝的內容，在熟悉加工工藝的基礎上編制加工程序，用規定的代碼和程序格式把人的意志轉變為數控機床能接受的信息。把信息記錄在控制媒體（如穿孔帶、磁帶或磁盤之類的信息輸入介質）上，使之成為控制機床的指令。數控裝置對輸入的信息進行處理之后，向機床各坐標軸的伺服系統發出指令脈沖，驅動機床相應的運動部件，并控制變速、換刀和開停機床等其他動作，自動地加工出符合圖樣要求的工件。
2 數控機床的分類
數控機床可按工藝用途、運動軌跡、控制方式等分類，這里只介紹按工藝用途分類。數控機床按工藝用途即按加工特性或完成的主要加工工序來分，主要有數控車床（含車削中心）、數控銑床（含銑削中心）、數控鏜床、以銑鏜為主的加工中心、數控磨床（含磨削中心）、數控鉆床（含鉆削中心）、數控拉床、數控刨床、數控切斷機床、數控齒輪加工機床及數控電火化加工機床（含電加工中心等）。圖2-62為CK50數控車床外觀圖，其加工范圍與普通車床相同，主要加工軸類和盤類等回轉類零件。圖2-63為XJK125數控銑床外觀圖，它特別適用于復雜零件的加工，可完成銑削、鉆削、鏜削的加工。
圖2-62 CK50數控車床外觀圖
圖2-63 XJK125數控銑床外觀圖
加工中心（MC）是對工件進行多工序加工的一種數控機床。它具有刀庫和自動換刀裝置（ATC）。工件經一次裝夾后，加工中心在數控系統的控制下能按不同工序自動選擇和更換刀具；自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能；依次完成工件幾個面上多工序的加工。因此它減少了工件裝夾、測量和機床調整時間，縮短了工件存放、搬運時間，提高了生產率及機床的利用率，是數控機床的重要發展方向。圖2-64為JCS-018型加工中心的布局。其外形類似立式銑床。床身1上有滑座2，作橫向運動（y軸方向）。工作臺3在滑座上作縱向運動（x軸方向）。床身后部有框式立柱5。主軸箱9在立柱導軌上作垂直升降運動（z軸方向）。在立柱的左右部是數控裝置6，左前部裝有刀庫7和自動換刀機械手8，左下方安置有潤滑裝置4。刀庫中容有16把刀具，可以完成各種孔加工和銑削加工。數控操作面板10懸掛在操作者右前方，以便于操作。機床各工作狀態顯示在面板上。加工中心通常以主軸在加工時的空間位置不同分為臥式、立式和萬能加工中心。
圖2-64 JCS-018型加工中心布局
1—床身；2—滑座；3—工作臺；4—潤滑裝置；5—立柱；6—數控裝置；7—刀庫；8—換刀機械手；9—主軸箱；10—操作面板
3 程序編制
所謂程序編制，就是將零件的工藝過程、工藝參數、刀具移動量與方向以及其他輔助動作（換刀、冷卻、夾緊等），按運動順序和所用數控機床給定的指令代碼及程序格式編制成一定的表格，這種表格稱為“零件加工程序單”，或簡稱“程序單”，再將程序單中的全部內容記錄在控制介質上（如穿孔紙帶、磁帶等），然后輸送給數控裝置，從而指揮數控機床加工。這種從分析零件圖紙起，到制成數控機床所需要的控制介質的全過程稱為程序編制。
一般說來，數控程序編制的步驟為：工藝設計→數值計算→編寫零件加工程序單→制備控制介質或程序輸入→程序校驗和試切。
1）工藝設計
在對零件圖進行全面分析的基礎上，確定零件的裝夾定位方法、加工路線（如對刀點、換刀點、進給路線）、刀具及切削用量（如進給速度、主軸轉速、切削寬度和切削深度等）等工藝參數。
2）數值計算
根據零件圖和所確定的加工路線，計算出刀具運動軌跡。
一般的數控裝置具有直線插補和圓弧插補的功能。對于加工由圓弧、直線組成的簡單零件，只需計算出零件輪廓上相鄰幾何元素的交點或切點（基點）的坐標值，得出直線的起點、終點，圓弧的起點、終點和圓心坐標值。當零件的形狀比較復雜、與數控裝置的插補功能不一致時，需要作較復雜的計算。
3）編寫零件加工程序單
根據所計算出的刀具運動軌跡坐標值和已確定的切削用量以及輔助動作，結合數控系統規定使用的指令代碼及程序段格式，編寫零件加工程序單。
4）制備控制介質或程序輸入
程序單編寫好之后，操作者或編程者必須將加工信息輸入數控裝置，也可根據數控系統輸入、輸出裝置的不同，先將程序移至某種控制介質上。常用的控制介質有U盤、磁盤、磁帶等。
5）程序校驗和試切
編制好的程序必須經過校驗和試切才能正式使用。校驗的方法是直接將控制介質上的內容輸入數控裝置中，檢查刀具的運動軌跡是否正確。在有CRT圖形顯示屏的數控機床上，可以用模擬工件切削過程的方法進行校驗；否則，可以筆代刀，以坐標紙代替工件，讓機床空運轉，畫出加工軌跡。
上述這些方法只能檢驗刀具的運動軌跡是否正確，不能檢查加工精度。因此，還應進行零件的試切。如果通過試切發現零件的精度達不到要求，就應進行程序單和控制介質的修改，以及采用誤差補償方法，直到加工出合格零件為止。
4 數控機床的特點及應用
1）數控機床具的特點
（1）加工精度高，加工質量穩定。由于數控機床本身制造精度高，又是按照預定程序自動加工，避免了人為操作誤差，使同批零件一致性好，產品質量穩定。
（2）生產率高。由于能在一次裝夾中加工出零件的多個部位，省去了許多中間工序（如劃線等），一般只需進行首件檢驗，大大縮短了生產準備時間，故生產率高。
（3）自動化程度高，減輕了勞動強度，改善了勞動條件。除手工裝夾毛坯外，全部加工過程都由機床自動完成，減輕了操作者的勞動強度，改善了勞動條件。
（4）適應性強，經濟效益好。用數控機床加工，當加工對象改變時，只需重新編制數控程序，一般不需重新設計工具、夾具和模具，即可實現對零件的加工。這樣大大縮短了產品研制周期，給新產品開發研制提供了捷徑。同時加工精度高，質量穩定，減少了廢品率，使生產成本下降，生產率高，所以能夠獲得良好的經濟效益。
（5）有利于生產管理的現代化。利用數控機床加工，能準確計算零件的加工工時，并有效地簡化檢驗和工夾具、半成品的管理工作，利于生產管理現代化。又由于使用數字信息，容易形成計算機輔助設計與制造緊密結合的一體化系統。
但數控機床造價高，技術復雜，維修困難，要求管理及操作人員素質較高。
2）數控機床的應用
數控機床的應用非常廣泛，特別適合加工具有以下特點的零件：多品種、小批量生產的零件；結構復雜、精度要求高的零件；加工頻繁改型的零件，因為數控機床可節省大量的工裝費用，使綜合費用下降；價值昂貴、不允許報廢的關鍵零件；需最短生產周期的急需件。
什么是數控加工技術？
簡單的說就是利用數字化控制系統在加工機床上完成整個零件的加工。這一類的機床稱為數控機床。這是一種現代化的加工手段。同時數控加工技術也成為一個國家制造業發展的標志。利用數控加工技術可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的準確性和精度都可以得到很好的保證?？傮w上說，和傳統的機械加工手段相比數控加工技術具有以下優點：
1、加工效率高。
利用數字化的控制手段可以加工復雜的曲面。而加工過程是由計算機控制，所以零件的互換性強，加工的速度快。
2、加工精度高。
同傳統的加工設備相比，數控系統優化了傳動裝置,提高分辨率,減少了人為誤差，因此加工的效率可以得到很大的提高。
3、勞動強度低。
由于采用了自動控制方式，也就是說加工的全部過程是由數控系統完成，不象傳統加工手段那樣煩瑣，操作者在數控機床工作時，只需要監視設備的運行狀態。所以勞動強度很低。
4、適應能力強。
數控加工系統就象計算機一樣，可以通過調整部分參數達到修改或改變其運作方式，因此加工的范圍可以得到很大的擴展。
5、工作環境好。
數控加工機床是機械控制、強電控制、弱電控制為一體高科技產物，對機床的運行溫度、濕度及環境都有較高的要求。
6、就業容易、待遇高。
由于我國處于數控加工技術的大力發展階段，大量的數控機床和先進的加工手段的快速引進，卻沒有大量熟練數控技術操作的人員參與，因此造成該行業嚴重缺乏人才。
數控加工技術是指什么？
隨著科學技術的發展，人們對零件加工質量的要求也越來越高。同時產品改型頻繁，在一般機械加工中，單件和中小批量產品占的比重越來越大。為了保證產品質量，提高生產率和降低成本，要求機床不僅要具有較好的通用性和靈活性，而且在加工過程中要具有較高的自動化程度。數控加工技術就是在這種環境下發展起來的一種由數控機床的數字信息控制、適用于精度高、零件形狀復雜的單件和中小批量生產的高效、柔性的自動化加工技術。
數控機床是一種綜合了計算機技術、現代控制技術、傳感檢測技術、信息處理技術、網絡通信技術、液壓氣動技術、光機電等技術的一種高效、柔性加工的機電一體化設備，是現代制造技術的基礎。
什么是數控加工技術
數控加工技術概述 2007/04/17 10:06 1數控編程及其發展
數控編程是目前CAD/CAPP/CAM系統中最能明顯發揮效益的環節之一，其在實現設計加工自動化、提高加工精度和加工質量、縮短產品研制周期等方面發揮著重要作用。在諸如航空工業、汽車工業等領域有著大量的應用。由于生產實際的強烈需求，國內外都對數控編程技術進行了廣泛的研究，并取得了豐碩成果。下面就對數控編程及其發展作一些介紹。
1.1數控編程的基本概念
數控編程是從零件圖紙到獲得數控加工程序的全過程。它的主要任務是計算加工走刀中的刀位點（cutterlocationpoint簡稱CL點）。刀位點一般取為刀具軸線與刀具表面的交點，多軸加工中還要給出刀軸矢量。
1.2數控編程技術的發展概況
為了解決數控加工中的程序編制問題，50年代，MIT設計了一種專門用于機械零件數控加工程序編制的語言，稱為APT（AutomaticallyProgrammedTool）。其后，APT幾經發展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進，增加多坐標曲面加工編程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削數據庫管理系統)和APT/SS（SculpturedSurface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進版。
采用APT語言編制數控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優點，使數控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難以和CAD數據庫和CAPP系統有效連接；不容易作到高度的自動化，集成化。
針對APT語言的缺點，1978年，法國達索飛機公司開始開發集三維設計、分析、NC加工一體化的系統，稱為為CATIA。隨后很快出現了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統，這些系統都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了CAD和CAM向一體化方向發展。到了80年代，在CAD/CAM一體化概念的基礎上，逐步形成了計算機集成制造系統（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，為了適應CIMS及CE發展的需要，數控編程系統正向集成化和智能化夫發展。
在集成化方面，以開發符合STEP（StandardfortheExchangeofProductModelData）標準的參數化特征造型系統為主，目前已進行了大量卓有成效的工作，是國內外開發的熱點；在智能化方面，工作剛剛開始，還有待我們去努力。
2 NC刀具軌跡生成方法研究發展現狀
數控編程的核心工作是生成刀具軌跡，然后將其離散成刀位點，經后置處理產生數控加工程序。下面就刀具軌跡產生方法作一些介紹。
2.1基于點、線、面和體的NC刀軌生成方法
CAD技術從二維繪圖起步，經歷了三維線框、曲面和實體造型發展階段，一直到現在的參數化特征造型。在二維繪圖與三維線框階段，數控加工主要以點、線為驅動對象，如孔加工，輪廓加工，平面區域加工等。這種加工要求操作人員的水平較高，交互復雜。在曲面和實體造型發展階段，出現了基于實體的加工。實體加工的加工對象是一個實體（一般為CSG和BREP混合表示的），它由一些基本體素經集合運算（并、交、差運算）而得。實體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工，大面積切削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的數控編程系統的研究與開發，是特征加工的基礎。
實體加工一般有實體輪廓加工和實體區域加工兩種。實體加工的實現方法為層切法（SLICE），即用一組水平面去切被加工實體，然后對得到的交線產生等距線作為走刀軌跡。本文從系統需要角度出發，在ACIS幾何造型平臺上實現了這種基于點、線、面和實體的數控加工。
2.2基于特征的NC刀軌生成方法
參數化特征造型已有了一定的發展時期，但基于特征的刀具軌跡生成方法的研究才剛剛開始。特征加工使數控編程人員不在對那些低層次的幾何信息（如：點、線、面、實體）進行操作，而轉變為直接對符合工程技術人員習慣的特征進行數控編程，大大提高了編程效率。
W.R.Mail和A.J.Mcleod在他們的研究中給出了一個基于特征的NC代碼生成子系統，這個系統的工作原理是：零件的每個加工過程都可以看成對組成該零件的形狀特征組進行加工的總和。那么對整個形狀特征或形狀特征組分別加工后即完成了零件的加工。而每一形狀特征或形狀特征組的NC代碼可自動生成。目前開發的系統只適用于2.5D零件的加工。
LeeandChang開發了一種用虛擬邊界的方法自動產生凸自由曲面特征刀具軌跡的系統。這個系統的工作原理是：在凸自由曲面內嵌入一個最小的長方塊，這樣凸自由曲面特征就被轉換成一個凹特征。最小的長方塊與最終產品模型的合并就構成了被稱為虛擬模型的一種間接產品模型。刀具軌跡的生成方法分成三步完成：（1）、切削多面體特征；（2）、切削自由曲面特征；（3）、切削相交特征。
JongYunJung研究了基于特征的非切削刀具軌跡生成問題。文章把基于特征的加工軌跡分成輪廓加工和內區域加工兩類，并定義了這兩類加工的切削方向，通過減少切削刀具軌跡達到整體優化刀具軌跡的目的。文章主要針對幾種基本特征（孔、內凹、臺階、槽），討論了這些基本特征的典型走刀路徑、刀具選擇和加工順序等，并通過IP（InterProgramming）技術避免重復走刀，以優化非切削刀具軌跡。另外，JongYunJong還在他1991年的博士論文中研究了制造特征提取和基于特征的刀具及刀具路徑。
特征加工的基礎是實體加工，當然也可認為是更高級的實體加工。但特征加工不同于實體加工，實體加工有它自身的局限性。特征加工與實體加工主要有以下幾點不同：
從概念上講，特征是組成零件的功能要素，符合工程技術人員的操作習慣，為工程技術人員所熟知；實體是低層的幾何對象，是經過一系列布爾運算而得到的一個幾何體，不帶有任何功能語義信息；實體加工往往是對整個零件（實體）的一次性加工。但實際上一個零件不太可能僅用一把刀一次加工完，往往要經過粗加工、半精加工、精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具進行加工；有時一個零件既要用到車削，也要用到銑削。因此實體加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工則從本質上解決了上述問題；特征加工具有更多的智能。對于特定的特征可規定某幾種固定的加工方法，特別是那些已在STEP標準規定的特征更是如此。如果我們對所有的標準特征都制定了特定的加工方法，那么對那些由標準特征夠成的零件的加工其方便性就可想而知了。倘若CAPP系統能提供相應的工藝特征，那么NCP系統就可以大大減少交互輸入，具有更多的智能。而這些實體加工是無法實現的；
特征加工有利于實現從CAD、CAPP、NCP及CNC系統的全面集成，實現信息的雙向流動，為CIMS乃至并行工程（CE）奠定良好的基礎；而實體加工對這些是無能為力的。
2.3現役幾個主要CAD/CAM系統中的NC刀軌生成方法分析
現役CAM的構成及主要功能
目前比較成熟的CAM系統主要以兩種形式實現CAD/CAM系統集成：一體化的CAD/CAM系統（如：UGII、Euclid、Pro/ENGINEER等）和相對獨立的CAM系統（如：Mastercam、Surfcam等）。前者以內部統一的數據格式直接從CAD系統獲取產品幾何模型，而后者主要通過中性文件從其它CAD系統獲取產品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統，都由五個模塊組成，即交互工藝參數輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態仿真模塊和后置處理模塊。下面僅就一些著名的CAD/CAM系統的NC加工方法進行討論。
UGII加工方法分析
一般認為UGII是業界中最好，最具代表性的數控軟件。其最具特點的是其功能強大的刀具軌跡生成方法。包括車削、銑削、線切割等完善的加工方法。其中銑削主要有以下功能：
、PointtoPoint：完成各種孔加工；
、PanarMill：平面銑削。包括單向行切，雙向行切，環切以及輪廓加工等；
、FixedContour：固定多軸投影加工。用投影方法控制刀具在單張曲面上或多張曲面上的移動，控制刀具移動的可以是已生成的刀具軌跡，一系列點或一組曲線；
、VariableContour：可變軸投影加工；
、Parameterline：等參數線加工?？蓪螐埱婊蚨鄰埱孢B續加工；
、ZigZagSurface：裁剪面加工；
、RoughtoDepth：粗加工。將毛坯粗加工到指定深度；
、CavityMill：多級深度型腔加工。特別適用于凸模和凹模的粗加工；
、SequentialSurface：曲面交加工。按照零件面、導動面和檢查面的思路對刀具的移動提供最大程度的控制。
EDSUnigraphics還包括大量的其它方面的功能，這里就不一一列舉了。
STRATA加工方法分析
STRATA是一個數控編程系統開發環境，它是建立在ACIS幾何建模平臺上的。
它為用戶提供兩種編程開發環境，即NC命令語言接口和NC操作C++類庫。它可支持三軸銑削，車削和線切割NC加工，并可支持線框、曲面和實體幾何建模。其NC刀具軌跡生成方法是基于實體模型。STRATA基于實體的NC刀具軌跡生成類庫提供的加工方法包括：
ProfileToolpath：輪廓加工；
AreaClearToolpath：平面區域加工；
SolidProfileToolpath：實體輪廓加工；
SolidAreaClearToolpath：實體平面區域加工；
SolidFaceToolPath：實體表面加工；
SolidSliceToolPath：實體截平面加工；
LanguagebadToolpath：基于語言的刀具軌跡生成。
其它的CAD/CAM軟件，如Euclid,Cimitron,CV,CATIA等的NC功能各有千秋，但其基本內容大同小異，沒有本質區別。
2.4現役CAM系統刀軌生成方法的主要問題
按照傳統的CAD/CAM系統和CNC系統的工作方式，CAM系統以直接或間接（通過中性文件）的方式從CAD系統獲取產品的幾何數據模型。CAM系統以三維幾何模型中的點、線、面、或實體為驅動對象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機床，在整個CAD/CAM及CNC系統的運行過程中存在以下幾方面的問題：
CAM系統只能從CAD系統獲取產品的低層幾何信息，無法自動捕捉產品的幾何形狀信息和產品高層的功能和語義信息。因此，整個CAM過程必須在經驗豐富的制造工程師的參與下，通過圖形交互來完成。如：制造工程師必須選擇加工對象（點、線、面或實體）、約束條件（裝夾、干涉和碰撞等）、刀具、加工參數（切削方向、切深、進給量、進給速度等）。整個系統的自動化程度較低。
在CAM系統生成的刀具軌跡中，同樣也只包含低層的幾何信息（直線和圓弧的幾何定位信息），以及少量的過程控制信息（如進給率、主軸轉速、換刀等）。因此，下游的CNC系統既無法獲取更高層的設計要求（如公差、表面光潔度等），也無法得到與生成刀具軌跡有關的加工工藝參數。
CAM系統各個模塊之間的產品數據不統一，各模塊相對獨立。例如刀具定位文件只記錄刀具軌跡而不記錄相應的加工工藝參數，三維動態仿真只記錄刀具軌跡的干涉與碰撞，而不記錄與其發生干涉和碰撞的加工對象及相關的加工工藝參數。
CAM系統是一個獨立的系統。CAD系統與CAM系統之間沒有統一的產品數據模型，即使是在一體化的集成CAD/CAM系統中，信息的共享也只是單向的和單一的。CAM系統不能充分理解和利用CAD系統有關產品的全部信息，尤其是與加工有關的特征信息，同樣CAD系統也無法獲取CAM系統產生的加工數據信息。這就給并行工程的實施帶來了困難 。
什么是“數控加工技術”
所謂數控加工技術，就是數字控制加工，通過用電腦所編制CNC程序輸入到機床所附帶的控制系統中，然后控制系統將讀出CNC程序向機床發出指令加工出多種工件?，F在世界三大控制系統分別為：法蘭克，西門子，三菱，且日本法蘭克系統為常用的，占用了市場的70％份額。最常見的數控加工設備為數控銑，加工中心，數控銑。功能最多的屬加工中心。
