数控加工技术及CAD/CAM应用

3．1数控加工技术

数控加工泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是用数字代码形式的信息(程序指令)控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床。自从1952年美国帕森斯公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下试制成功了第一台数控机床以来，机械制造业发生了一场巨大的革命，彻底改变了机械加工的性质。数控机床发展到今天，它作为现代机械加工的先进工具，已经渗透到机械加工的各个领域，并且越来越被人们所认识，越来越被人们所重视。随着工业领域内各行各业的现代化，需符合新产品、新工艺的要求，就离不开数控机床。要满足现代工业的需要，要生产出高质量的产品，数控机床是最为理想的机械加工工具之一。

当前，在许多机械加工企业中正在推行精益制造理论和精益生产。精益制造就是以创造利润为头等大事，要满足任何客户的需求，要确保生产不停顿，要充分进行人员流动、物料流动和仪器流动。把过去传统的推动式生产变成拉动式生产。我们知道，数控机床不但可以满足人们形状复杂、精度高、互换性好的加工需要，同时还可以减轻工人的劳动强度，把操作人员从繁重的体力劳动中解放出来。还有一点同样重要，那就是数控机床在精益制造中，特别是在拉动式生产中，它可以满足多品种、小批量甚至单件生产的需要，并在其中发挥重大作用。传统机械加工设备要做到这一点就非常不容易，人为的手工操作要满足几何形状复杂、精度高、互换性好的产品非常不容易，或者很难做到。而且工件的工装、刀具、量具等相对也就比较复杂，制造成本高。那么传统设备进行单件生产要做到满足要求就非常困难。而数控机床弥补了上述缺陷，数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，是因为它有效地解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求，适应各种机械产品迅速更新换代的需要，经济效益显著，代表着当今机械加工技术的趋势与潮流，也是现代机械制造企业在市场竞争激烈的条件下生存与发展的必然要求。

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。一般来说，数控加工技术涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两大方面。

目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展。

1．高速度、高精度化

速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。

为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。

2．多功能化

配有自动换刀机构(刀库容量可达100把以上)的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多CPU结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。(www.xing528.com)

3．智能化

现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使在加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。

4．数控编程自动化

随着计算机应用技术的发展，目前CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成NC零件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程方式，它与CAD/CAM系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得。

5．可靠性最大化

数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化、通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。

6．控制系统小型化

数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作、使用。