数控加工技术简介

郑州职业技术学院  薛哲

一、数控加工过程

    利用数控机床加工零件，从零件图纸到加工出合格的产品的大致过程如图2―10所示。

    1．首先根据零件图所规定的工件形状和尺寸、材料、技术要求，进行工艺程序的设计与计算（包括加工顺序、刀具与工件相对运动的轨迹、行程和进给速度等）。

    2. 然后按数控装置所能识别的“代码”形式编制零件加工程序单。

    3. 按零件加工程序单上的数字码、文字码和符号码制作控制介质（如穿孔纸带）。

    4. 穿孔纸带通过光电阅读机，把有孔或无孔的光信号转变为电信号输入给数控装置。

    5. 数控装置根据输入的信号进行一系列的控制与运算，将运算结果以脉冲信号形式送给机床的伺服机构。

6. 伺服机构带动机床各运动部件按照规定的速度和移动量有顺序的动作，自动地实现工件的加工过程。

 二、数控机床的加工特点和适用范围

    1、数控机床与其他机床的区别

数控机床与通用机床的区别在于数控机床是采用数控装置或电子计算机，全部或部分地取代一般通用机床在加工零件时对机床的各种动作，如启动、加工顺序、改变切削用量、主轴变速、选择刀具、冷却液开停以及停车等人工控制。通常，数控机床加工零件所需的全部机械动作和控制功能都是预先按规定的字符或文字代码的形式编制成加工程序，然后再用穿孔机或键盘等把程序上的信息以数字代码的形式记载在控制介质（如穿孔纸带、穿孔卡、拨码开关、磁带等）上，通过控制介质将数字信息送入数控装置或计算机，数控装置或计算机对输入信息进行运算和处理，发出各种指令去控制机床的伺服系统或其他执行元件的各种动作，从而使数控机床自动加工出所需要的零件。

 数控机床与其他自动机床的一个显著区别在于当加工对象改变时，除了重新装夹工件  和更换刀具外，只需更换相应的控制介质（如一条新的穿孔纸带），而不需对机床作任何调整，就可自动加工出新的工件。

由此可见，数控机床与其他机床相比，在进行小批量、复杂零件生产时，具有极其显著的优越性（表1―1）。

1―1  数控机床与其他机床的比较

    1、数控机床的加工特点

    用数控机床加工零件，大致有以下几个特点：   

    （1）适应性强，为多品种小批量的生产和新产品的研制提供了有利条件 用数控机床加工形状复杂的零件或新产品时，不必像采用通用机床加工那样需很多工装，而仅需少量工夹具和数控加工用的控制介质。一旦零件图有修改，只需修改控制介质上的相应部分，就可在短时间内把修改后的零件加工出来。因而生产准备周期短，灵活性强。

    （2）加工精度高，质量好

    数控机床所需的加工条件（如进给速度、主轴转速、容差指定、刀具选择等）都是由控制介质上的指令代码事先规定好了，加工是自动完成的，所以人为造成的加工误差很小。并且进给传动链的换向间隙与丝杠传动误差等均可由数控装置进行补偿。因此，数控机床能够达到较高的加工精度。

    （3）加工生产率高，经济效益好

    数控机床能够减少零件加工所需要的机动时间与辊助时间。数控机床主轴转速和进给量的范围比通用机床的范围大，每一道工序都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许数控机床进行大切削用量的强力切削，从而有效节省了机动时间。数控机床移动部件在定位中均采用加速和减速措施，并可选用很高的空行程运动速度，缩短了定位和非切削时间。对于复杂的零件可以用电子计算机编程和迅速制备加工用的控制介质，而零件又往往安装在简单的定位夹紧装置中，从而加速了生产准备过程，尤其是在使用带有刀库和自动换刀装置的数控加工中心机床时，工件往往只需进行一次装夹就能完成所有的加工工序，减少了半成品的周转时间，生产效率的提高更为明显。此外，数控机床能进行重复性的操作，尺寸一致性好，从而减少了次品率和检验时间。由于数控机床加工零件不需手工制作靠模、凸轮、样件、钻模板等许多专用工装，使生产成本进一步下降。

    （4）减轻操作者的劳动强度，加工自动化和操作简单化

    数控机床的动作是由控制介质上（程序）信息直接控制的，工人一般只需装卸零件和更换刀具并监督机床的运行，因而大大减轻了操作者的劳动强度，减少了对熟练技术工人的需求。

    （5）有利于生产管理的现代化

    用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验、工装和半成品的管理工作，这些特点都有利于使生产管理现代化。

    （6）数控机床价格昂贵，维修较难

    数控机床是一种高度自动化机床，必须配有数控装置或电子计算机，机床加工精度因受切削用量大、连续加工发热多等影响，使其设计要求比通用机床更严格，制造要求更精密，因此数控机床的制造成本较高。此外，由于数控机床的控制系统比较复杂，一些元件、部件精密度较高以及一些进口机床的技术开发受到条件的限制，所以对数控机床的调试和维修都比较困难。

    3、数控加工的适用范围

    数控机床加工的优点很多，但它并不能适用于所有的机械加工。例如，形状简单、精度不高的大批量生产的零件，工艺装备（工具、夹具和模具）费用低的零件，要求工人操作具有特殊技艺的工序以及材料性质不均匀或刀具质量差等情况下，都没有必要和不宜使用数控机床。数控机床最适合于加工具有以下特点的零件：

    （1）用普通机床加工需很长调整时间或要求复杂工装的零件；

    （2）小批生产或准备多次改变设计的零件；

    （3）加工精度高，形状复杂，需用数学方法进行处理的各种曲面零件；

    （4）要求精密复制的零件；

    （5）价值高的零件（此类零件，如果加工中出现差错而报废，会造成巨大的浪费）；

    （6）钻、镗、锪、铰、攻丝、铣削工序联合进行的零件，如航空附件壳体、机匣等；

    （7）要求100％检验的零件。

       数控机床适用于加工批量小、形状复杂的零件。但需指出，随着数控机床的普及和价格的降低，其使用范围将由BCD向EFG复杂性低的范围扩大。

   当批量数在100件以下时，用数控机床是有利的。但应注意，图1-1仅是对一台或几台数控机床而言。若对带有自动换刀装置的加工中心机床来说，情况就大大改观多数控加工的适用性就更大。尤其是为了实现工厂无人化而引进计算机控制系统小，数控机床更是不可缺少。