数控加工技术（1）

数控加工 是指在数控机床上加工零件的一种工艺方法。数控机床加工与传统机床加工的工艺规程大体一致，但也发生了重大变化。利用数字信息控制零件和刀具位移的一种加工方法。它是解决零件多变、批量小、形状复杂、精度高等问题，实现高效、自动化加工的有效途径。
解释：
数控加工是指控制系统发出指令，使刀具做出符合要求的各种动作，并将工件的形状、尺寸以及加工要求以数字、字母等形式表达出来的加工过程。一般指在数控机床上加工零件的过程。
数控机床是用计算机控制的机床。用来控制机床的计算机，不管是专用计算机还是通用计算机，统称为数控系统。数控机床的运动和辅助动作都是由数控系统发出的指令来控制的。数控系统的指令是由编程员根据工件的材料、加工要求、机床的特点以及系统规定的指令格式（数控语言或符号）编写而成的。数控系统根据程序指令向伺服装置和其他功能元件发出运行或终止信息，控制机床的各种动作。当零件加工程序结束时，机床自动停止。对任何一种数控机床来说，如果其数控系统中没有程序指令输入，数控机床就不能工作。机床受控的动作大致有机床的启动、停止；主轴的启停、旋转方向和转速的转换；进给运动的方向、速度、方式等；刀具的选择、长度和半径的补偿；刀具的更换，以及冷却液的开启和关闭。
开发背景：
数控技术起源于航空工业的需要，是由美国一家直升机公司于20世纪40年代末提出的。
数控机床的最初设想，美国麻省理工学院于1952年开发了三轴数控铣床，这种数控铣床在20世纪50年代中期已用于加工飞机零件，60年代数控系统和编程工作日趋成熟和完善。数控机床已用于各工业部门，但航空航天工业一直是数控机床的最大用户，一些大型航空厂装备了几百台数控机床，其中以切割机为主。数控加工的零件有整体墙板、梁、蒙皮、隔框、螺旋桨以及航空发动机的机匣、轴、盘、叶片以及液体火箭发动机燃烧室的特殊腔面等。数控机床发展初期是基于连续轨迹数控机床，进行连续轨迹控制的。
连续轨迹控制又叫轮廓控制，要求刀具相对于零件按规定的轨迹运动。以后要大力发展点控数控机床。点控就是刀具从一点移动到另一点，只要能准确到达终点即可，与移动路线无关。
操作流程：
数控编程
数控加工编程有手工（手动）编程和自动编程两种方法。手工编程，程序的全部内容都由人工按照数控系统规定的指令格式编写而成。自动编程即计算机编程，又可分为基于语言和基于图纸的自动编程方法。但无论采用哪一种自动编程方法，都需要相应的硬件和软件。
可见，数控加工编程的实现是关键。但仅有编程是不够的。数控加工还包括编程前必须做的一系列准备工作和编程后的后续工作。一般来说，数控加工工艺流程的主要内容有以下几点：
1.选择并确认CNC加工的零件及内容；
2.零件图CNC加工工艺分析；
3.数控加工工艺设计；
4.零件图的数学处理；
5.编制加工工序清单；
6.根据流程表制作控制介质；
7.检查、修改程序；
8.首件试加工及现场问题处理；
9.数控加工工艺文件的定稿、归档。
为了提高生产自动化程度，缩短编程时间，降低数控加工成本，一系列先进的数控加工技术在航空航天工业中得到发展和应用。例如计算机数控，即用小型或微型计算机代替数控系统中的控制器，利用计算机中存储的软件完成计算和控制功能。这种软连接的数控系统正逐步取代数控系统的初始状态。直接数控用一台计算机直接控制多台数控机床，非常适合飞机的小批量、短周期生产。理想的控制系统是能连续改变加工参数的自适应控制系统，虽然系统本身复杂、价格昂贵，但能提高加工效率和质量。数控的发展除了数控系统和机床在硬件方面的改进外，还有一个重要的方面就是软件的发展。计算机辅助编程(也叫自动编程)是指程序员用数控语言编​​写程序后，输入计算机进行翻译，最后由计算机自动输出穿孔纸带或纸带。目前应用最为广泛的数控语言是APT语言，它大致分为主处理程序和后置处理程序，前者将程序员编写的程序翻译出来，计算出刀具轨迹；后者将刀具轨迹编译成数控机床的零件加工程序。数控加工就是在加工工件前在计算机上编写程序，然后将这些程序输入到计算机程序控制的机床中进行指令加工，或者直接在计算机程序控制的机床控制面板上编写指令进行加工。加工过程包括：走刀、换刀、变速、变向、停车等，都是自动完成的。数控加工是现代模具制造加工的先进方法，当然数控加工方法一定不仅仅只用于模具零件加工，还有着广泛的用途。
流程分析
被加工零件数控加工的技术问题涉及面很广，下面结合编程的可能性、方便性，提出必须分析、审视的一些主要内容。
1.尺寸标注应符合数控加工的特点
在CNC编程中，所有点、线、面的尺寸、位置都是以编程原点为基准的，因此，最好在零件图上直接给出坐标尺寸，或者尽量引用同一基准的尺寸。
2.几何要素条件应完整、准确
在编程中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何元素参数及各几何元素之间的关系。由于自动编程时必须定义零件轮廓的所有几何元素，而手工编程时必须计算出每个节点的坐标，无论哪个点不清楚或不确定，都无法进行编程。然而由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或疏忽，常常会出现一些参数不全或不清楚的情况，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是否相切或相交或分离等。因此，在审阅、分析图纸时，一定要细心，发现问题要及时与设计人员联系。
3.可靠的定位参考
在CNC加工中，加工工序往往比较集中，将各工序定位在同一基准上非常重要，因此经常需要设置一些辅助基准，或者在毛坯上增加一些工艺凸台。
4. 统一几何类型或尺寸
零件外形及内腔最好采用统一的几何类型或尺寸，这样可以减少换刀次数，也可应用控制程序或专用程序，以缩短程序长度。零件外形尽量对称，便于利用数控机床的镜像加工功能进行编程，以节省编程时间。
零件夹紧
1.定位安装基本原则
在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则是选择合理的定位基准和装夹方案。选择时应注意以下几点：
1、力争统一设计、工艺、编程计算的基准。
2、尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后加工完所有待加工表面。
3、避免采用占用机床的人工调整加工方案，充分发挥数控机床的效能。
二、选择夹具的基本原则
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床坐标方向相对固定；二是要协调好零件与机床坐标系的尺寸关系。此外，还应考虑以下几点：
1、当零件批量不大时，应尽可能采用组合夹具、可调夹具等通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产成本。
2、大批量生产时才考虑使用专用夹具，力求结构简单。
3、装卸零件应快捷、方便、可靠，缩短机器停机时间。
4、夹具上的零件不应妨碍机床对零件表面的加工，即夹具应呈敞开式，其定位和夹紧机构零部件不应在加工过程中对刀产生影响（如碰撞等）。
加工误差
数控加工误差△加法是由编程误差△编辑、机床误差△机、定位误差△固定、对刀误差△刀具和其他误差组成的。
即：△数字加=（△编辑△机器△固定△工具）
他们之中：
1、编程误差△由近似误差δ和舍入误差组成。近似误差δ是在用直线段或圆弧段近似非圆曲线的过程中产生的，如图1.43所示。舍入误差是在数据处理过程中将坐标值四舍五入为整数脉冲当量值而产生的误差。脉冲当量是指每个单位脉冲对应坐标轴的位移量。普通精度的数控机床一般脉冲当量值为0.01mm；较高精度的数控机床脉冲当量值为0.005mm或0.001mm等。
2、机床的误差是由于数控系统和进给系统的误差引起的。
3、定位误差△是在工件在夹具上定位时，夹具在机床上定位时总会引起的。
4.对刀误差△刀具在确定刀具与工件的相对位置时产生。
主要特点：
数控机床从一开始就选定轮廓复杂的飞机零件作为加工对象，这是解决普通加工方法困难的关键。数控加工的最大特点是利用穿孔带（或纸带）控制机床进行自动加工。由于飞机、火箭、发动机零件各有特点：飞机、火箭零件零、部件尺寸大、形状复杂；发动机零件零、部件尺寸小、精度要求高。因此，飞机、火箭制造部门与发动机制造部门所选用的数控机床有所不同。飞机、火箭制造主要采用连续控制的大型数控铣床，而发动机制造既采用连续控制的数控机床，也采用点位控制的数控机床（如数控钻床、数控镗床、加工中心等）。
工艺浓度
数控机床一般都有能自动换刀的刀架和刀库，换刀过程在程序控制下自动进行，因此工序相对集中，工序集中带来巨大的经济效益：
（1）减少机床占地面积，节省厂房。
（2）减少或没有中间环节（如半成品中间检验、暂时存放搬运等），节省时间和人力。
自动化
数控机床加工时不需要人工控制刀具，自动化程度高，其好处是显而易见的。
（1）降低操作工人的要求：
普通机床的高级工人短时间内无法培训出来，而不需要编程的数控工人培训时间很短（例如数控车床工人一个星期，会写简单的加工程序）。另外数控工人在数控机床上加工的零件精度比普通工人在传统机床上加工的零件精度高，所花的时间也少。 （2）减轻工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间都免于加工，非常节省劳动力。
（3）产品质量稳定：数控机床加工自动化，消除了普通机床上工人的疲劳、粗心、估计等人为错误，提高了产品的一致性。
（4）加工效率高：数控机床的自动换刀，使加工工序紧凑，提高了劳动生产率。
高灵活性
传统的通用机床虽然柔性好，但效率低；而传统的专用机床效率高，但对零件的适应性差，刚性大，柔性差，难以适应市场经济的激烈竞争。产品改型频繁，只要改变程序，在数控机床上就能加工出新的零件，而且可以实现自动化，柔性好，效率高。因此，数控机床能很好地适应市场竞争。
能力强
机床能精确加工各种轮廓，有些轮廓在普通机床上无法加工。数控机床特别适用于下列场合：
1、不允许报废的零件。
2、新产品开发。
3、急需零件的加工。