數(shù)控加工（numerical control machining），是指在數(shù)控機床上進行零件加工的一種工藝方法，數(shù)控機床加工與傳統(tǒng)機床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的，但也發(fā)生了明顯的變化。用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復雜、精度高等問題和實現(xiàn)高效化和自動化加工的有效途徑。

 

數(shù)控加工是指，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令使刀具作符合要求的各種運動，以數(shù)字和字母形式表示工件的形狀和尺寸等技術要求和加工工藝要求進行的加工。^[1] 它泛指在數(shù)控機床上進行零件加工的工藝過程。

數(shù)控機床是一種用計算機來控制的機床，用來控制機床的計算機，不管是專用計算機、還是通用計算機都統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床的運動和輔助動作均受控于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令。而數(shù)控系統(tǒng)的指令是由程序員根據(jù)工件的材質(zhì)、加工要求、機床的特性和系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式（數(shù)控語言或符號）編制的。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序指令向伺服裝置和其它功能部件發(fā)出運行或終斷信息來控制機床的各種運動。當零件的加工程序結(jié)束時，機床便會自動停止。任何一種數(shù)控機床，在其數(shù)控系統(tǒng)中若沒有輸入程序指令，數(shù)控機床就不能工作。機床的受控動作大致包括機床的起動、停止；主軸的啟停、旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速的變換；進給運動的方向、速度、方式；刀具的選擇、長度和半徑的補償；刀具的更換，冷卻液的開起、關閉等。^[2]

 

數(shù)控加工發(fā)展背景

數(shù)控技術起源于航空工業(yè)的需要，20世紀40年代后期，美國一家直升機公司提出了。

加工過程

數(shù)控機床的初始設想，1952年美國麻省理工學院研制出三坐標數(shù)控銑床。50年代中期這種數(shù)控銑床已用于加工飛機零件。60年代，數(shù)控系統(tǒng)和程序編制工作日益成熟和完善，數(shù)控機床已被用于各個工業(yè)部門，但航空航天工業(yè)始終是數(shù)控機床的最大用戶。一些大的航空工廠配有數(shù)百臺數(shù)控機床，其中以切削機床為主。數(shù)控加工的零件有飛機和火箭的整體壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋槳以及航空發(fā)動機的機匣、軸、盤、葉片的模具型腔和液體火箭發(fā)動機燃燒室的特型腔面等。數(shù)控機床發(fā)展的初期是以連續(xù)軌跡的數(shù)控機床為主，連續(xù)軌跡控制。

連續(xù)軌跡控制又稱輪廓控制，要求刀具相對于零件按規(guī)定軌跡運動。以后又大力發(fā)展點位控制數(shù)控機床。點位控制是指刀具從某一點向另一點移動，只要最后能準確地到達目標而不管移動路線如何。

 

數(shù)控加工操作過程

 

數(shù)控加工數(shù)控編程

數(shù)控加工程序編制方法有手工（人工）編程和自動編程之分。手工編程，程序的全部內(nèi)容是由人工按數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式編寫的。自動編程即計算機編程，可分為以語言和繪畫為基礎的自動編程方法。但是，無論是采用何種自動編程方法，都需要有相應配套的硬件和軟件。

可見，實現(xiàn)數(shù)控加工編程是關鍵。但光有編程是不行的，數(shù)控加工還包括編程前必須要做的一系列準備工作及編程后的善后處理工作。一般來說數(shù)控加工工藝主要包括的內(nèi)容如下：

⑴ 選擇并確定進行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容；

⑵ 對零件圖紙進行數(shù)控加工的工藝分析；

⑶數(shù)控加工的工藝設計；

⑷ 對零件圖紙的數(shù)學處理；

⑸ 編寫加工程序單；

⑹ 按程序單制作控制介質(zhì)；

⑺程序的校驗與修改；

⑻ 首件試加工與現(xiàn)場問題處理；

⑼數(shù)控加工工藝文件的定型與歸檔。

為了提高生產(chǎn)自動化程度，縮短編程時間和降低數(shù)控加工成本，在航空航天工業(yè)中還發(fā)展和使用了一系列先進的數(shù)控加工技術。如計算機數(shù)控，即用小型或微型計算機代替數(shù)控系統(tǒng)中的控制器，并用存貯在計算機中的軟件執(zhí)行計算和控制功能，這種軟連接的計算機數(shù)控系統(tǒng)正在逐步取代初始態(tài)的數(shù)控系統(tǒng)。直接數(shù)控是用一臺計算機直接控制多臺數(shù)控機床，很適合于飛行器的小批量短周期生產(chǎn)。理想的控制系統(tǒng)是可連續(xù)改變加工參數(shù)的自適應控制系統(tǒng)，雖然系統(tǒng)本身很復雜，造價昂貴，但可以提高加工效率和質(zhì)量。數(shù)控的發(fā)展除在硬件方面對數(shù)控系統(tǒng)和機床的改善外，還有另一個重要方面就是軟件的發(fā)展。計算機輔助編程（也叫自動編程）就是由程序員用數(shù)控語言寫出程序后，將它輸入到計算機中進行翻譯，最后由計算機自動輸出穿孔帶或磁帶。用得比較廣泛的數(shù)控語言是 apt語言。它大體上分為主處理程序和后置處理程序。前者對程序員書寫的程序加以翻譯，算出刀具軌跡；后者把刀具軌跡編成數(shù)控機床的零件加工程序。數(shù)控加工，是在對工件進行加工前事先在計算機上編寫好程序，再將這些程序輸入到使用計算機程序控制的機床進行指令性加工，或者直接在這種計算機程序控制的機床控制面板上編寫指令進行加工。加工的過程包括：走刀，換刀，變速，變向，停車等，都是自動完成的。數(shù)控加工是現(xiàn)代模具制造加工的一種先進手段。當然，數(shù)控加工手段也一定不只用于模具零件加工，用途十分廣泛。

 

數(shù)控加工工藝分析

被加工零件的數(shù)控加工工藝性問題涉及面很廣，下面結(jié)合編程的可能性和方便性提出一些必須分析和審查的主要內(nèi)容。

1、尺寸標注應符合數(shù)控加工的特點

在數(shù)控編程中，所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的。因此零件圖上最好直接給出坐標尺寸，或盡量以同一基準引注尺寸。

2、幾何要素的條件應完整、準確

在程序編制中，編程人員必須充分掌握構(gòu)成零件輪廓的幾何要素參數(shù)及各幾何要素間的關系。因為在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義，手工編程時要計算出每個節(jié)點的坐標，無論哪一點不明確或不確定，編程都無法進行。但由于零件設計人員在設計過程中考慮不周或被忽略，常常出現(xiàn)參數(shù)不全或不清楚，如圓弧與直線、圓弧與圓弧是相切還是相交或相離。所以在審查與分析圖紙時，一定要仔細，發(fā)現(xiàn)問題及時與設計人員聯(lián)系。

3、定位基準可靠

在數(shù)控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準定位十分重要。因此往往需要設置一些輔助基準，或在毛坯上增加一些工藝凸臺。

4、統(tǒng)一幾何類型或尺寸

零件的外形、內(nèi)腔最好采用統(tǒng)一的幾何類型或尺寸，這樣可以減少換刀次數(shù)，還可能應用控制程序或?qū)Ｓ贸绦蛞钥s短程序長度。零件的形狀盡可能對稱，便于利用數(shù)控機床的鏡向加工功能來編程，以節(jié)省編程時間。

 

數(shù)控加工零件裝夾

一、定位安裝的基本原則

在數(shù)控機床上加工零件時，定位安裝的基本原則是合理選擇定位基準和夾緊方案。在選擇時應注意以下幾點：

1、力求設計、工藝和編程計算的基準統(tǒng)一。

2、盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。

3、避免采用占機人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。

二、選擇夾具的基本原則

數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機床坐標系的尺寸關系。除此之外，還要考慮以下幾點：

1、當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間、節(jié)省生產(chǎn)費用。

2、在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。

3、零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。

4、夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要開敞，其定位、夾緊機構(gòu)元件不能影響加工中的走刀（如產(chǎn)生碰撞等）。

 

數(shù)控加工加工誤差

數(shù)控加工誤差△數(shù)加是由編程誤差△編、機床誤差△機、定位誤差△定、對刀誤差△刀等誤差綜合形成。

即：△數(shù)加=f（△編+△機+△定+△刀）

其中：

1、編程誤差△編由逼近誤差δ、圓整誤差組成。逼近誤差δ是在用直線段或圓弧段去逼近非圓曲線的過程中產(chǎn)生，如圖1.43所示。圓整誤差是在數(shù)據(jù)處理時，將坐標值四舍五入圓整成整數(shù)脈沖當量值而產(chǎn)生的誤差。脈沖當量是指每個單位脈沖對應坐標軸的位移量。普通精度級的數(shù)控機床，一般脈沖當量值為0.01mm；較精密數(shù)控機床的脈沖當量值為0.005mm或0.001mm等。

2、機床誤差△機由數(shù)控系統(tǒng)誤差、進給系統(tǒng)誤差等原因產(chǎn)生。

3、定位誤差△定是當工件在夾具上定位、夾具在機床上定位時產(chǎn)生的。

4、對刀誤差△刀是在確定刀具與工件的相對位置時產(chǎn)生。

 

數(shù)控加工主要特點

數(shù)控機床一開始就選定具有復雜型面的飛機零件作為加工對象，解決普通的加工方法難以解決的關鍵。數(shù)控加工的最大特點是用穿孔帶（或磁帶）控制機床進行自動加工。由于飛機、火箭和發(fā)動機零件各有不同的特點：飛機和火箭的零、構(gòu)件尺寸大、型面復雜；發(fā)動機零、構(gòu)件尺寸小、精度高。因此飛機、火箭制造部門和發(fā)動機制造部門所選用的數(shù)控機床有所不同。在飛機和火箭制造中以采用連續(xù)控制的大型數(shù)控銑床為主，而在發(fā)動機制造中既采用連續(xù)控制的數(shù)控機床，也采用點位控制的數(shù)控機床（如數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、加工中心等）。

 

數(shù)控加工工序集中

數(shù)控機床一般帶有可以自動換刀的刀架、刀庫，換刀過程由程序控制自動進行，因此，工序比較集中。工序集中帶來巨大的經(jīng)濟效益：

⑴減少機床占地面積，節(jié)約廠房。

⑵減少或沒有中間環(huán)節(jié)（如半成品的中間檢測、暫存搬運等），既省時間又省人力。

 

數(shù)控加工自動化

數(shù)控機床加工時，不需人工控制刀具，自動化程度高。帶來的好處很明顯。

⑴對操作工人的要求降低：

一個普通機床的高級工，不是短時間內(nèi)可以培養(yǎng)的，而一個不需編程的數(shù)控工培養(yǎng)時間極短（如數(shù)控車工需要一周即可，還會編寫簡單的加工程序）。并且，數(shù)控工在數(shù)控機床上加工出的零件比普通工在傳統(tǒng)機床上加工的零件精度要高，時間要省。⑵降低了工人的勞動強度：數(shù)控工人在加工過程中，大部分時間被排斥在加工過程之外，非常省力。

⑶產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定：數(shù)控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人的疲勞、粗心、估計等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性。

⑷加工效率高：數(shù)控機床的自動換刀等使加工過程緊湊，提高了勞動生產(chǎn)率。

 

數(shù)控加工柔性化高

傳統(tǒng)的通用機床，雖然柔性好，但效率低下；而傳統(tǒng)的專機，雖然效率很高，但對零件的適應性很差，剛性大，柔性差，很難適應市場經(jīng)濟下的激烈競爭帶來的產(chǎn)品頻繁改型。只要改變程序，就可以在數(shù)控機床上加工新的零件，且又能自動化操作，柔性好，效率高，因此數(shù)控機床能很好適應市場競爭。

 

數(shù)控加工能力強

機床能精確加工各種輪廓，而有些輪廓在普通機床上無法加工。數(shù)控機床特別適合以下場合：

1、不許報廢的零件。

2、新產(chǎn)品研制。

3、急需件的加工。

 

數(shù)控加工數(shù)控編程

 

數(shù)控加工程序結(jié)構(gòu)

程序段是可作為一個單位來處理的連續(xù)的字組，它實際是數(shù)控加工程序中的一段程序。零件加工程序的主體由若干個程序段組成。多數(shù)程序段是用來指令機床完成或執(zhí)行某一動作。程序段是由尺寸字、非尺寸字和程序段結(jié)束指令構(gòu)成。在書寫和打印時，每個程序段一般占一行，在屏幕顯示程序時也是如此。

 

數(shù)控加工程序格式

常規(guī)加工程序由開始符（單列一段）、程序名（單列一段）、程序主體和程序結(jié)束指令（一般單列一段）組成。程序的最后還有一個程序結(jié)束符。程序開始符與程序結(jié)束符是同一個字符：在iso代碼中是%，在eia代碼中是er。程序結(jié)束指令可用m02（程序結(jié)來）或m30（紙帶結(jié)束）。數(shù)控機床一般都使用存儲式的程序運行，此時m02與m30的共同點是：在完成了所在程序段其它所有指令之后，用以停止主軸、冷卻液和進給，并使控制系統(tǒng)復位。m02與m30在有些機床（系統(tǒng)）上使用時是完全等效的，而在另一些機床（系統(tǒng)）上使用有如下不同：用m02結(jié)束程序場合，自動運行結(jié)束后光標停在程序結(jié)束處；而用m3o結(jié)束程序運行場合，自動運行結(jié)束后光標和屏幕顯示能自動返回到程序開頭處，一按啟動鈕就可以再次運行程序。雖然m02與m30允許與其它程序字合用一個程序段，但最好還是將其單列一段，或者只與順序號共用一個程序段。

程序名位于程序主體之前、程序開始符之后，它一般獨占一行。程序名有兩種形式：一種是以規(guī)定的英文字（多用o）打頭、后面緊跟若干位數(shù)字組成。數(shù)字的最多允許位數(shù)由說明書規(guī)定，常見的是兩位和四位兩種。這種形式的程序名也可稱作程序號。另一種形式是，程序名由英文字、數(shù)字或英文、數(shù)字混合組成，中間還可以加入“—”號。這種形式使用戶命名程序比較靈活，例如在lc30型數(shù)控車床上加工零件圖號為215的法蘭第三道工序的程序，可命名為lc30-fiange-215-3，這就給使用、存儲和檢索等帶來很大方便。程序名用哪種形式是由數(shù)控系統(tǒng)決定的。