高端精密制造的CNC數(shù)控加工技術(shù)

數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生了質(zhì)的變化，尤其是近年來．微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展給數(shù)控技術(shù)帶來了新的活力。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是各個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。



數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)的主流設(shè)備，精密加工的必備裝備，是體現(xiàn)現(xiàn)代機床技術(shù)水平、現(xiàn)代機械制造業(yè)工藝水平的重要標(biāo)志，是關(guān)系國計民生、國防尖端建設(shè)的戰(zhàn)略物資。因此世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。









CNC數(shù)控加工



CNC是英文Computer Numberical Control的縮寫，意思是“計算機數(shù)據(jù)控制”，簡單地說就是“數(shù)控加工”，在珠江三角洲地區(qū)，人們稱為“電腦鑼”。



數(shù)控加工是當(dāng)今機械制造中的先進加工技術(shù)，是一種具有高效率、高精度與高柔性特點的自動化加工方法。它是將要加工工件的數(shù)控程序輸入給機床，機床在這些數(shù)據(jù)的控制下自動加工出符合人們意愿的工件，以制造出美妙的產(chǎn)品。



數(shù)控加工技術(shù)可有效解決像模具這樣復(fù)雜、精密、小批多變的加工問題，充分適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)已成為我國加速發(fā)展經(jīng)濟、提高自主創(chuàng)新能力的重要途徑。目前我國數(shù)控機床使用越來越普遍，能熟練掌握數(shù)控機床編程，是充分發(fā)揮其功能的重要途徑。



數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品，它集微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、測量技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)及人工智能技術(shù)等多種先進技術(shù)于一體，并與機械加工工藝緊密結(jié)合，是新一代的機械制造技術(shù)裝備。



CNC數(shù)控機床的組成



1、控制介質(zhì)



控制介質(zhì)是儲存數(shù)控加工所需要的全部動作刀具相對于工件位置信息的媒介物，它記載著零件的加工程序，因此，控制介質(zhì)就是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，穿孔帶、穿孔卡趨于淘汰，而利用CAD/CAM軟件在計算機編程，然后通過計算機與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置的方法應(yīng)用越來越廣泛。



2、數(shù)控裝置



數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，人們喻為“中樞系統(tǒng)”。現(xiàn)代數(shù)控機床都采用計算機數(shù)控裝置CNC。數(shù)控裝置包括輸入裝置及中央處理器(CPU)和輸出裝置等構(gòu)成數(shù)控裝置能完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。



3、伺服系統(tǒng)



伺服系統(tǒng)是接收數(shù)控裝置的指令、驅(qū)動機床執(zhí)行機構(gòu)運動的驅(qū)動部件。包括主軸驅(qū)動單元、進給驅(qū)動單元、主軸電機和進給電機等。工作時，伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求與位置、速度反饋信號相比較后，帶動機床的移動部件或執(zhí)行部件動作，加工出符合圖紙要求的零件。



4、反饋裝置



反饋裝置是由測量元件和相應(yīng)的電路組成，其作用是檢測速度和位移，并將信息反饋回來，構(gòu)成閉環(huán)控制。一些精度要求不高的數(shù)控機床，沒有反饋裝置，則稱為開環(huán)系統(tǒng)。



5、機床本體



機床本體是數(shù)控機床的實體，是完成實際切削加工的機械部分，它包括床身、底座、工作臺、床鞍、主軸等。



CNC加工工藝的特點



CNC數(shù)控加工工藝也遵守機械加工切削規(guī)律，與普通機床的加工工藝大體相同。由于它是把計算機控制技術(shù)應(yīng)用于機械加工之中的一種自動化加工，因而具有加工效率高、精度高等特點，加工工藝有其獨特之處，工序較為復(fù)雜，工步安排較為詳盡周密。



CNC數(shù)控加工工藝包括刀具的選擇、切削參數(shù)的確定及走刀工藝路線的設(shè)計等內(nèi)容。CNC數(shù)控加工工藝是數(shù)控編程的基礎(chǔ)及核心，只有工藝合理，才能編出高效率和高質(zhì)量的數(shù)控程序。衡量數(shù)控程序好壞的標(biāo)準(zhǔn)是：最少的加工時間、最小的刀具損耗及加工出最佳效果的工件。



數(shù)控加工工序是工件整體加工工藝的一部分，甚至是一道工序。它要與其他前后工序相互配合，才能最終滿足整體機器或模具的裝配要求，這樣才能加工出合格的零件。



數(shù)控加工工序一般分為粗加工、中粗清角加工、半精加工及精加工等工步。



CNC的數(shù)控編程


數(shù)控編程是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程。它的主要任務(wù)是計算加工走刀中的刀位點（cutter location point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。 


數(shù)控機床是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及各部件的移動量、速度和動作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向、刀頭夾緊、刀頭松開及冷卻等操作，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式編成程序單，輸入到機床專用計算機中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制各部分根據(jù)規(guī)定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的工件。因此，程序的編制對于數(shù)控機床效能的發(fā)揮影響極大。



數(shù)控機床必須把代表各種不同功能的指令代碼以程序的形式輸入數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置進行運算處理，然后發(fā)出脈沖信號來控制數(shù)控機床的各個運動部件的操作，從而完成零件的切削加工。



目前數(shù)控程序有兩個標(biāo)準(zhǔn)：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO和美國電子工業(yè)協(xié)會的EIA。我國采用ISO代碼。



隨著技術(shù)的進步，3D的數(shù)控編程一般很少采用手工編程，而使用商品化的CAD/CAM軟件。



CAD/CAM是計算機輔助編程系統(tǒng)的核心，主要功能有數(shù)據(jù)的輸入/輸出、加工軌跡的計算及編輯、工藝參數(shù)設(shè)置、加工仿真、數(shù)控程序后處理和數(shù)據(jù)管理等。



目前，在我國深受用戶喜歡的、數(shù)控編程功能強大的軟件有Mastercam、UG、Cimatron、PowerMILL、CAXA等。各軟件對于數(shù)控編程的原理、圖形處理方法及加工方法都大同小異，但各有特點。



CNC數(shù)控加工零件的步驟







1、分析零件圖，了解工件的大致情況（幾何形狀，工件材料，工藝要求等）



2、確定零件的數(shù)控加工工藝（加工的內(nèi)容，加工的路線）



3、進行必要的數(shù)值計算（基點、節(jié)點的坐標(biāo)計算）



4、編寫程序單（不同機床會有所不同，遵守使用手冊）



5、程序校驗（將程序輸入機床，并進行圖形模擬，驗證編程的正確）



6、對工件進行加工（好的過程控制能很好的節(jié)約時間和提高加工質(zhì)量）



7、工件驗收和質(zhì)量誤差分析（對工件進行檢驗，合格流入下一道。不合格則通過質(zhì)量分析找出產(chǎn)生誤差原因和糾正方法）。