数控加工技术概况

1、天津职业技术师范学院,先进制造技术 天津职业技术师范学院,天津职业技术师范学院,第一节 数控加工技术概况,本 节 内 容 数控加工技术主要内容 数控编程技术 发展历程 技术现状与发展 关键技术仿形技术 数控编程与CNC集成 在线编程 复杂形状零件编程 从单机数控加工到计算机集成制造,天津职业技术师范学院,1 . 1 数控加工技术主要内容,数控加工技术 数控加工技术是指高效、优质地实现产品零件特别是复杂形状零件加工的有关理论、方法与实现技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工的基础与关键技术。 数控加工技术涉及的两大方面 数控机床加工工艺 数控编程技术 数控加工过程,天津职业技术师范学院

2、,高速、高精度和高效是数控机床技术发展的目标。 1高精度化 精度包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度，两个方面均已取得明显进展,天津职业技术师范学院,2高速度化 提高生产率是机床技术追求的基本目标之一，实现该目标的关键是提高切削速度、进给速度和减少辅助时间,天津职业技术师范学院,高速数控加工的关键技术是高速主轴及高速进给驱动系统机床；高速加工刀具系统；基于CAD/CAM自动化数控编程 高速主轴是高速数控切削的首要条件。高速数控切削主要针对车削和铣削。一般高速数控切削的主轴转速比普通数控切削转速高110倍。目前主轴转速可达100000转/min，高速切削速度在5100m/s。完全可以达到模

3、具零件的镜面车削和镜面铣削。 高速数控切削的另一个内涵是采用高的进给速度。维持切削力不变，提高转速就能够提高切除率，减少切削时间；维持进给速度在普通切削水平，提高转速就能够降低切削力，可以加工较细或较薄的模具零件。效率是普通数控加工的5倍,天津职业技术师范学院,3. 高效柔性化加工 数控机床的结构技术得重大突破6条腿结构的并联加工中心 。加工中心是采用以可伸缩的6条“腿（伺服轴）支撑并连接上平台（装有主轴头）与下平台（装有工作台）的构架结构形式，取代传统的床身、立柱等支撑结构，而没有任何导轨与滑板的所谓“虚轴机床,天津职业技术师范学院,数控加工过程,天津职业技术师范学院,数 控 编 程 技 术

4、,数控编程的主要内容包括： 分析加工要求并进行工艺设计，以确定加工方案，选择合适的机床、刀具、夹具，确定合理的走刀路线及切削用量等；建立工件的几何模型、计算加工过程中刀具相对工件的运动轨迹或机床运动轨迹；按照数控系统可接受的程序格式，生成零件加工程序，然后对其进行验证和修改，直到得到合格的加工程序。 手工编程或计算机自动编程,天津职业技术师范学院,手工编程或计算机自动编程,天津职业技术师范学院,CAD/CAM软件发展历程,20世纪50年代 APT语言,APT,60年代 APT,APT_、APT_AC、APT_/SS,1972年 CAD/CAM系统,APT-/SS、CATIA、 UG 、 Pro

5、/Engineering、Powermill、MasterCAM等,目前，用较为广泛的数控编程系统,揭开了CAD/CAM一体化的序幕,天津职业技术师范学院,技 术 现 状 与 趋 势,复杂形状零件和高精、高效的加工对数控编程技术提出了越来越高的要求。 复杂形状零件、多轴加工和加工过程优化的数控编程技术越来越重要 。 适应高速加工、CIMS、并行工程和敏捷制造等先进制造技术的发展，缩短产品研制生产周 期以 柔性与快速地响应市场需求 。 向集成化、智能化、自动化、易使用化和面向车间编程等方向发展的趋势,天津职业技术师范学院,关 键 技 术 分 析,一、复杂形状零件的几何建模 对于基于图纸以及型面特

6、征点测量数据的复杂形状零件数控编程，其首要环节是建立被 加工零件的几何模型。 主要技术内容 ： 曲线曲面生成 编辑 裁剪 拼接 过渡 偏置等,天津职业技术师范学院,二、加工方案与加工参数的合理选择,数控加工的效率与质量有赖于加工方案与加工参数的合理选择，其中刀具、刀轴控制方式、走刀路线和进给速度的自动优化选择与自适应控制是近些年来所研究的重点问题。其目标是在满足加工要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提下具有尽可能高的加工效率,天津职业技术师范学院,三、刀具轨迹生成,刀具轨迹生成的首要目标 ： 所生成的刀具轨迹能满足：无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷光滑并满足要求、代码质量高。同时，刀具轨

7、迹生成还应满足通用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件,天津职业技术师范学院,四、数控加工仿真,加工过程中的过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞检查 。 数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序， 具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施,天津职业技术师范学院,五、后置处理,后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容，它将通用前置处理生成的刀位数据转换成适合于具体机床数据和数控加工程序。 技术内容包括： 机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、机床运动非线性误差校核修正、机床运动的平稳性校核修正、进给速度校核修正及代码转

8、换等,天津职业技术师范学院,数字化测量与数控仿形技术,尽管现在CAD/CAM技术和数控机床已得到广泛应用，仿形加工仍是一种复杂形状零件加工的重要手段 数控仿形加工系统，不仅具有数控和仿形功能，也具有数字化功能 对于复杂零件的数字化仿型加工，测量是其关键环节 实物模型几何形体的数字化还可利用数控三坐标测量机 3M（Measuring, Modeling and Manufaturing）集成化技术,天津职业技术师范学院,3M集成化技术的思想,实物模型仿形测量,几何形体数字化模型建立,CAD/CAM软件编制数控加工指令,天津职业技术师范学院,数 控 编 程 与 CNC 的 集 成,复杂零件数控加工

9、包括建立几何模型到控制数控机床加工出合格零件的全过程，涉及机床、数控系统、加工程序生成及操作等多方面因素。在此过程中，CNC系统接收零件程序以及来自操作者的命令和数据以控制机床的运行，是信息流和数据流的交汇点，因而CNC上可供使用的数据命令种类及其控制加工过程的可能性与有效性直接影响到加工质量和加工效率。 离线编程技术 复杂零件的主要加工方式是先借助离线数控编程生成由直线圆弧段构成的零件程序后，再由CNC执行直线圆弧插补来完成 。 CNC和数控编程技术两方面独立地开展,天津职业技术师范学院,计算机辅助编程与CNC工作流程,天津职业技术师范学院,在 线 编 程,定义： 在线编程即是将数控编程系统

10、集成到CNC系统中，由操作者在CNC上通过人机界面直接定义零件的几何信息与加工工艺参数，由在线编程系统生成加工程序后直接控制机床运动。 优点 ： 提高了生产的柔性与适应性 可充分发挥操作者的专门知识和经验 操作更为方便 缺点： 对于三维曲面等复杂零件的加工，在线编程对操作者的要求很高，否则难以进行高质量和高效率的加工程序的编制。同时，零件程序的制作时间往往比实际加工时间多得多,天津职业技术师范学院,从单机数控加工到计算机集成制造,直接数控(DNC)系统 ： DNC系统使用一台较大的计算机，控制与管理多台数控机床和加工中心。 有计算机集中处理和分时控制的能力 。 有现场自动编程和对零件程序进行编辑和修改的能力，使编程与控制相结合。 有生产管理、作业调度、工况显示监控和刀具寿命