第二章 数控加工

.2.1数控机床的发展过程

自从1952年{dy}台数控铣床在美国诞生以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的发展，数控机床得到迅速的发展和更新换代。

数控技术的发展先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1956年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理或计算机（1974年）等五代数控系统。前三代数控系统采用专用电子线路实现硬件式数控，一般成为普通数控系统，简称NC。第四代和五代系统是采用微处理器及大规模集成电路组成的软件式数控系统，称为现代数控系统，简称CNC(第四代)和MNC（第五代）。由于现代数控系统的控制功能大部分由软件技术来实现，因而使硬件得到进一步简化，系统可靠性提高，功能更加灵活和完善。目前现代数控系统几乎xx取代了以往的普通数控系统。

随着数控技术的发展，用通用微机技术开发数控系统可以得到强的力的硬件和软件支持，这些软件和硬件是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具有全功能数控系统的全部功能，这是一条发展数控技术的途径。当前全功能数控系控的特点有：

1. 选用高速微处理器

微处理器是现代数控系统的核心部件，担负着运算、存储和控制等多重任务，其位数和运行速度直接关系到加工效率和加工精度。高速32位微处理器的采用，使得数控系统的输入译码、计算和输出等环境都在高速下进行，同时提高了多轴联动，进给速度和分辨率等指标。

2. 配置高速，功能强的可编程控制器

数控系统除了对位置进行信息控制外，还要对I/O状态量进行控制。数控系统中高速和强功能的可编程控制器能滿足数控机床这方面的要求。同时，PLC输入/输出点数和PLC容量的增加可满足直接数字控制系统（DNC）和柔性制造单元（FMC）的控制要求。

3. CRT图形显示、人机对话功能及自诊断功能

大多数现代数控系统采用CRT于手能键盘配合，实现程序的输入，编辑、修改和删除等功能，具有前台操作、后台编辑的功能及用户宏程序等；可以有二维图形轨迹显示，有的还可以实现三维彩色动态图形的显示。系统具有硬件、软件及机床故障自诊断功能，提高了可维修性。

4．具有多种监控、检测和补偿功能

为了提高数控机床的效率及加工精度，有些数控机床配置了各种测量装置，如刀具磨损的检测、机床精度及热变形的检测等，于之相适应，数控系统则有刀具寿命管理、刀具参数补偿、反向间隙及丝杠螺距误差补偿、热变形补偿等功能。

5．CND智能化

在现代数控系统中，引进了自适应控制技术。数控系统能检测对机床本身有影响的信息，并自动连续调整有关数据，以达到系统运行的{zy}化。在有的CNC系统中，有建立了切削率的数据库及切削用量的专家系统等。大多数现代数控系统都有学习及示教功能。

6．通信功能

一般数控系统都有通信功能，如采用RS -232C串行接口与编程机、微机等外设通信。现代数控系统还要于其他数控系统或上级计算机通信，所以除了RS-232接口外，还有RS-422的DNC等多种通信接口。数控系统要单机的进入柔性制造系统进而形成计算机知集成制造系统，就要求数控系统具有更高通信功能为此有的数控系统开发了符合ISO开发系统互联七成网络模型的通信规约，为自动化技术发展创造了条件。

7．标准化、通用化和模块化

现代数控系统的性能越来越完善，功能越来越多样，促使数控系统的硬件和软件结构实现标准化、通用化和模块化。现在不同的标准化模块可以组成各种不同的数控机床控制系统。能方便的移植计算机行业或自动化领域的成果，也便于现有的数控系统进一步扩展及升级。

8．开发性

基于PC的开放式数控系统已成为数技术发展的重要方向，通过制定必要的技术规范，在通用PC基础上一方面使硬件的体系结构和功能模块具有兼容性；另一方面使软件、接口等技术规范化和标准化，为机床制造厂或用户提供一个良好的开发环境。

9.高可靠性

现代数控系统的平均无故障时间已达到30000h以上。数控系统与微机和通用机积极生产批量大小的区别，其制造过程，包括元件筛选，印制电路板、焊接和贴附、生产过程及最终产品的检测和出厂前整机的考机等措施保证了数控系统有很高的可靠性。

2.2数控加工工艺分析

包括：分析零件图、重要尺寸与精度的分析、工件的定位、定位基准的选择、工件的夹紧、夹具设计、加工余量的确定、切削用量的选择、冷却液的选择、工序尺寸与公差的确定、机械加工精度与表面精度、加工所用的刀具的设计与选择（刀具的材质、几何角度与形状、各种参数的设计）、制定工艺工序卡；

2．2．1零件数控编程

根据工艺工序卡进行数控编程，在程序中进行必要的加工过程的说明；

2．2．2学习与成熟Fanuc-0TD模拟系统的操作

熟悉评价零件的标准与要求，了解质量检验的方法，并用一种典型的方法对所加工零件进行检验，并分析其误差与加工不足。

2.3论文的关键问题

2.4工艺分析

2.4.1零件图的分析

2.4.2结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成型。在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的特点认真审视零件合理性。

2.4.3轮廓几何要素分析 对被加工零件的精度及技术进行分析，是零件工艺分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具几切削用量进行正确而合理的选择。

精度及技术要求分析的主要内容：一是分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理；二是本工序的数控车削加工精度能否达到图样的要求，若达不到，需要采取其他措施弥补的话，则应给续工作留有余量；三是找出图纸上有位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装中完成；四是对表面粗糙度要求；较高的表面，应确定用恒线速切削。

对零件图进过分析可知：

该零件表面由外圆面、顺圆面、槽和孔组成。其中多个尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；尺寸公差还有控制外圆面的形状误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为主轴45钢;具有表面硬，耐磨，中心韧性好，精度要求高。

2.4.5工序和装夹方式的确定

2.4.6工件一

夹铸件 80的外圆。工序的内容有：先车各个台阶面，在对各个面进行半精车（留少许精加工余量），然后切削，之后进行螺纹加工，{zh1}将所有面进行精车一刀成型。

2.4.7工件二

（1）先夹铸件 50的外圆面，工序的内容有先钻 16的孔再分别镗 20和 36的孔。然后再对外圆面进行精车的{zh1}一道加工。

2.5加工顺序的确定

在分析了零件图样和确定了工序装夹方式后，接下来即要确定零件的加工顺序。制定零件车削加工顺序遵循下列原则：

2.5.1先粗后精 按照粗车-------半精车--------精车的顺序进行，逐渐提高加工精度。粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削率，另一方面满足精车的余量均匀性要求。

2.5.2先近后远 按加工部件相对于刀点的距离大小而言的。在一般情况下，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动的距离，减少空行程。对于车削而言，先近后远还有利于保持坏件或半成品的刚性，改善其切削条件。

2.2.3内外交加 即对有内表面，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。切不可将零件上一部分表面加工完毕后，再加工其它表面。

通过分析调节盘的加工顺序 由粗到精、由近到远的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.25mm的精车余量）。然后从右到左进行精车，{zh1}切槽。

2.6进给路线的确定

2.6.1确定进给路线的工作点，主要在于确定粗加工及空运行的进给路线，因精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序加工。

2.6.2进给路线泛指刀具从对刀点开始运动，直至返回该点并结束加工程序所进过的路线，包括切削加工的路径及刀具的切入 切出等非切削空行程。

2.6.3在保证加工精度的前提下，使加工程序具有最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。

2.6.4夹具的选择

为了充分发挥数控机床的高度、高精度和自动化的效能，还应有相应的数控夹具进行配合。数控车床夹具除了使用通三爪自定心卡盘、四爪卡盘、大批量生产中使用于自动控制的液压、电动及气动等夹具外，数控车床加工中还有多种相应的夹具，他们主要分为两大类即用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具。

1. 用于轴类工件的夹具 数控加工轴类工件时，坏件装夹在主轴{dj1}和尾座{dj1}之间，工件由主轴上的拨盘或拨齿{dj1}带动旋转。这类夹具在粗车时可以传递大的转矩，一适应主轴高速旋转车削。用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿{dj1}、三爪拨动卡盘和快速可调{wn}卡盘等。车削空心轴时常用圆柱心轴、圆锥心轴或各种锥套轴或堵头的定位装置。

2. 用于盘类工件的夹具 这类夹具适用在无尾座的卡盘和数控车床上。用于盘类工件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。

通过对工件的结构和工艺的分析.

3. 合理选用夹具或者设计专用夹具有利于：（1）保护产品质量。（2）提高加工效率。（3）解决车床加工中心的特殊装夹问题。（4）扩大机床的使用范围。

在本课题中夹具主要选择三爪自定心卡盘。

工件一 此零件只要三爪卡盘即可。夹住 80的外圆面，车各个台阶面，螺纹面，圆弧面和切槽

工件二 此零件也只要三爪卡即可。先夹 50的外圆面，加工另一面。调头夹 36的外圆面，车各个台阶面，螺纹面，圆弧面和切槽。

2.7刀具的选择

刀具的选择是数控加工工艺中重要的内容之一。刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率，而且还直接影响加工质量。选择刀具通常要考虑机床和加工能力、工序内容、工件材料等因素