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數(shù)控加工工藝,課程主要內(nèi)容：,第1章數(shù)控加工工藝概述第2章數(shù)控刀具第3章工件在數(shù)控機床上的裝夾第4章數(shù)控車削加工工藝第5章數(shù)控銑削加工工藝第6章加工中心加工工藝第7章典型零件數(shù)控加工工藝,第一章數(shù)控加工工藝概述,基本概念術語,數(shù)控加工就是根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件，編制零件數(shù)控加工程序，并輸入到數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，以控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。數(shù)控加工與傳統(tǒng)的機械加工相比，在加工的方法和內(nèi)容上有許多相似之處，但由于采用了數(shù)字化的控制形式和數(shù)控機床，許多傳統(tǒng)加工過程中的人工操作被計算機和數(shù)控系統(tǒng)的自動控制所取代。,數(shù)控加工的過程,制定工藝,閱讀零件,工藝分析,數(shù)控編程,程序傳輸,,,,,,,通過把數(shù)字化了的刀具移動軌跡信息（通常指CNC加工程序），傳入數(shù)控機床的數(shù)控裝置，經(jīng)過譯碼、運算，指揮執(zhí)行機構（伺服電機帶動的主軸和工作臺）控制刀具與工件相對運動，從而加工出符合編程設計要求的零件。,數(shù)控加工的原理,數(shù)控加工工藝的概念,數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機床加工零件時所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數(shù)控加工工藝過程。,數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應用技術，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結(jié)。,數(shù)控加工工藝過程是利用切削刀具在數(shù)控機床上直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。,數(shù)控加工工藝設計的主要內(nèi)容,選擇并確定進行數(shù)控加工的內(nèi)容,數(shù)控加工的工藝分析,零件圖形的數(shù)學處理及編程尺寸設定值的確定,制定數(shù)控加工工藝方案,確定工步和進給路線,選擇數(shù)控機床的類型,選擇和設計刀具、夾具與量具,確定切削參數(shù),編寫、校驗和修改加工程序,首件試加工與現(xiàn)場問題處理,數(shù)控加工工藝技術文件的定型與歸檔,,,,,,,,,,,,數(shù)控加工工藝的特點,由于數(shù)控加工采用了計算機控制系統(tǒng)和數(shù)控機床，使得數(shù)控加工具有加工自動化程度高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、生成效率高、周期短、設備使用費用高等特點。在數(shù)控加工工藝上也與普通加工工藝具有一定的差異。,（1）數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求更加具體、詳細,普通加工工藝：許多具體工藝問題，如工步的劃分與安排、刀具的幾何形狀與尺寸、走刀路線、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人員根據(jù)實際經(jīng)驗和習慣自行考慮和決定，一般無須工藝人員在設計工藝規(guī)程時進行過多的規(guī)定，零件的尺寸精度也可由試切保證。數(shù)控加工工藝：所有工藝問題必須事先設計和安排好，并編入加工程序中。數(shù)控工藝不僅包括詳細的切削加工步驟，還包括工夾具型號、規(guī)格、切削用量和其它特殊要求的內(nèi)容，以及標有數(shù)控加工坐標位置的工序圖等。在自動編程中更需要確定詳細的各種工藝參數(shù)。,（2）數(shù)控加工工藝要求更嚴密、精確,普通加工工藝：加工時可以根據(jù)加工過程中出現(xiàn)的問題比較自由地進行人為調(diào)整。數(shù)控加工工藝：自適應性較差，加工過程中可能遇到的所有問題必須事先精心考慮，否則導致嚴重的后果。,（3）數(shù)控加工工藝要進行零件的數(shù)學處理和編程計算,編程尺寸并不是零件圖上設計的尺寸的簡單再現(xiàn)，在對零件圖進行數(shù)學處理和計算時，編程尺寸設定值要根據(jù)零件尺寸公差要求和零件的形狀幾何關系重新調(diào)整計算，才能確定合理的編程尺寸。,（4）考慮進給速度對零件形狀精度的影響,制定數(shù)控加工工藝時，選擇切削用量要考慮進給速度對加工零件形狀精度的影響。在數(shù)控加工中，刀具的移動軌跡是由插補運算完成的。根據(jù)差補原理分析，在數(shù)控系統(tǒng)已定的條件下，進給速度越快，則插補精度越低，導致工件的輪廓形狀精度越差。尤其在高精度加工時這種影響非常明顯。,（5）刀具選擇的重要性,復雜形面的加工編程通常采用自動編程方式，自動編程中必須先選定刀具再生成刀具中心運動軌跡，因此對于不具有刀具補償功能的數(shù)控機床來說，若刀具預先選擇不當，所編程序只能推倒重來。,（6）數(shù)控加工工藝的特殊要求,由于數(shù)控機床比普通機床的剛度高，所配的刀具也較好，因此在同等情況下，數(shù)控機床切削用量比普通機床大，加工效率也較高。數(shù)控機床的功能復合化程度越來越高，因此現(xiàn)代數(shù)控加工工藝的明顯特點是工序相對集中，表現(xiàn)為工序數(shù)目少，工序內(nèi)容多，并且由于在數(shù)控機床上盡可能安排較復雜的工序，所以數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機床加工的工序內(nèi)容復雜。由于數(shù)控機床加工的零件比較復雜，因此在確定裝夾方式和夾具設計時，要特別注意刀具與夾具、工件的干涉問題。,（7）數(shù)控程序編寫、校驗與修改是數(shù)控加工工藝的一項特殊重要的內(nèi)容,普通工藝中，劃分工序、選擇設備等重要內(nèi)容對數(shù)控加工工藝來說屬于已基本確定的內(nèi)容，所以制定數(shù)控加工工藝的著重點在整個數(shù)控加工過程的分析，關鍵在確定進給路線及生成刀具運動軌跡。復雜表面的刀具運動軌跡生成需借助自動編程軟件，既是編程問題，當然也是數(shù)控加工工藝問題。這也是數(shù)控加工工藝與普通加工工藝最大的不同之處。,數(shù)控加工與工藝技術的新發(fā)展,隨著計算機技術突飛猛進的發(fā)展，數(shù)控技術正不斷采用計算機、控制理論等領域的最新技術成就，使其朝著高速化、高精化、復合化、智能化、高柔性化及信息網(wǎng)絡化等方向發(fā)展。整體數(shù)控加工技術向著CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）方向發(fā)展。,高速切削,,,,高速加工技術是自上個世紀80年代發(fā)展起來的一項高新技術，其研究應用的一個重要目標是縮短加工時的切削與非切削時間，對于復雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實現(xiàn)產(chǎn)品的高精度和高質(zhì)量。由于不同加工工藝和工件材料有不同的切削速度范圍，因而很難就高速加工給出一個確切的定義。目前，一般的理解為切削速度達到普通加工切削速度的5～10倍即可認為是高速加工。,高速加工與傳統(tǒng)的數(shù)控加工方法相比沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，兩者牽涉到同樣的工藝參數(shù)，但其加工效果相對于傳統(tǒng)的數(shù)控加工有著無可比擬的優(yōu)越性：,高速切削,簡化了傳統(tǒng)加工工藝,經(jīng)濟效益顯著提高,有利于提高生產(chǎn)率,有利于改善工件的加工精度和表面質(zhì)量,有利于延長刀具的使用壽命和應用直徑較小的刀具,有利于加工薄壁零件和脆性材料,目前，高速加工涉及到的新技術主要有：,高速切削,高速加工是通過大幅度提高主軸轉(zhuǎn)速和加工進給速度來實現(xiàn)的，為了適應這種高速切削加工，主軸設計采用了先進的主軸軸承、潤滑和散熱等新技術；,高速加工通常要求在高主軸轉(zhuǎn)速下，使用在很大范圍內(nèi)變化的高速進給。高速進給的需求已引起機床結(jié)構設計上的重大變化：采用直線伺服電機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機絲杠驅(qū)動；,高速切削,高速加工數(shù)控系統(tǒng)需要具備更短的伺服周期和更高的分辨率，同時具有待加工軌跡監(jiān)控功能和曲線插補功能，以保證在高速切削時，特別是在4-5軸坐標聯(lián)動加工復雜曲面輪廓時仍具有良好的加工性能。,刀具性能和質(zhì)量對高速切削加工具有重大影響，新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大提高，從而提高了生產(chǎn)率，延長了刀具壽命。,在高速加工中，切削時間和每個托盤化零件加工時間已顯著縮短。高速、高精度定位的托盤交換裝置已成為今后的發(fā)展方向。,高速加工作為一種新的技術，其優(yōu)點是顯而易見的，它給傳統(tǒng)的數(shù)控加工帶來了一種革命性的變化，但是，目前既便是在加工機床水平先進的瑞士、德國、日本、美國，對這一嶄新技術的研究也還處在不斷的摸索研究中。有許多問題有待于解決：如高速機床的動態(tài)、熱態(tài)特性；刀具材料、幾何角度和耐用度問題；機床與刀具間的接口技術（刀具的公平衡、扭矩傳輸）；冷卻潤滑液的選擇；CAD/CAM的程序后處理問題；高速加工時刀具軌跡的優(yōu)化問題等等。國內(nèi)在這一方面的研究采尚處于起步階段，要趕上并盡快縮小與國外同行業(yè)間的差距，還有許多路要走。,高速切削,高精加工是高速加工技術與數(shù)控機床的廣泛應用結(jié)果。以前汽車零件的加工精度要求在0.01mm數(shù)量級，現(xiàn)在隨著計算機硬盤、高精度液壓軸承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.1μm，加工精度進入了亞微米世界。,高精加工,高精加工,提高機械設備的制造精度和裝配精度,減小數(shù)控系統(tǒng)的控制誤差,提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率,以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給,使CNC控制單位精細化,提高位置檢測精度,位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制,采用補償技術,齒隙補償,絲桿螺距誤差補償,刀具誤差補償,熱變形誤差補償,空間誤差綜合補償,,,,,,,,,,,,機床的復合化加工是通過增加機床的功能，減少工件加工過程中的多次裝夾、重新定位、對刀等輔助工藝時間，來提高機床利用率。,復合化加工,復合化加工的兩重含義：,復合化加工,一臺裝夾可完成多工種、多工序,企業(yè)向復合型發(fā)展，為用戶提供成套服務,工序和工藝的集中,工藝的成套,數(shù)控技術智能化程度不斷提高，體現(xiàn)在以下幾個方面：,控制智能化,加工過程自適應控制技術,加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇,故障自診斷功能,智能化交流伺服驅(qū)動裝置,智能CAD把工程數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、知識庫及其專家系統(tǒng)、擬人化用戶接口管理系統(tǒng)集于一體。,控制智能化,智能制造技術包括專家系統(tǒng)、模糊推理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡三大部分。,控制智能化,控制智能化,專家系統(tǒng),先是采集領域?qū)＜业闹R，然后將知識分解為事實與規(guī)則，存儲于知識庫中，通過推理作出決策。,模糊推理,模糊推理又稱模糊邏輯，它是依靠模糊集和模糊邏輯模型進行多個因素的綜合考慮，采用關系矩陣算法模型、隸屬度函數(shù)、加權、約束等方法，處理模糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。,人工神經(jīng)網(wǎng)絡,神經(jīng)網(wǎng)絡是人腦部分功能的某些抽象、簡化與模擬，由數(shù)量巨大的以神經(jīng)元為主的處理單元互連構成，通過神經(jīng)元的相互作用來實現(xiàn)信息處理。,,,,網(wǎng)絡功能正逐漸成為現(xiàn)代數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)的特征之一。諸如現(xiàn)代數(shù)控機床的遠程故障診斷、遠程狀態(tài)監(jiān)控、遠程加工信息共享、遠程操作（危險環(huán)境的加工）、遠程培訓等都是以網(wǎng)絡功能為基礎的。,互聯(lián)網(wǎng)絡化,現(xiàn)代意義上的快速成型技術始于70年代末期出現(xiàn)的立體光刻技術（SLA）,它是洶涌而來的數(shù)字化浪潮在加工領域中不可避免的延拓，連續(xù)的曲面被離散成用STL文件表達的三角面片，零件在加工方向上被離散成若干層。這種離散化使得任意復雜的零件原型都可以加工出來，加工過程也大大簡化了。,快速原型,創(chuàng)意,測量,計算機輔助設計,計算機工藝設計,計算機輔助制造,數(shù)控加工,構思草圖,快速原型,現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)模式,圖形文檔,數(shù)控代碼,工藝文檔,產(chǎn)品,快速原型,快速原型的英文縮寫為RP，在RP出現(xiàn)的初期，其用途主要是加工產(chǎn)品原型，隨著成型工藝、材料的進步以及快速制模技術的發(fā)展，RP已發(fā)展成能直接或間接制造功能零件和模具的快速成型制造,奠定了在制造業(yè)中的位置,并且形成了一個不斷擴大的RP/RT市場。據(jù)WholersAssociates的統(tǒng)計，全球RP設備已有近7000臺，分布在58個國家。,快速原型,RP技術發(fā)展到今天已有20余年的歷史，新的快速成型工藝不斷產(chǎn)生、功能不斷完善、精度不斷提高、成型速度不斷提高。,快速原型,例如：,隨著固態(tài)激光技術的突破，高達1000mw的紫外激光器應用在SLA設備中，使其成型速度得到大大提高，激光器的使用壽命由最初的2500小時延長到上萬小時。,RP技術發(fā)展到今天已有20余年的歷史，新的快速成型工藝不斷產(chǎn)生、功能不斷完善、精度不斷提高、成型速度不斷提高。,快速原型,例如：,新型高性能光敏樹脂的出現(xiàn)，解決了SLA的收縮變形和強度等問題。EOS公司的EOSINT_M激光金屬粉末燒結(jié)快速成型設備可直接成型金屬零件或注塑模具。,RP技術發(fā)展到今天已有20余年的歷史，新的快速成型工藝不斷產(chǎn)生、功能不斷完善、精度不斷提高、成型速度不斷提高。,快速原型,例如：,在軟件方面，STL文件的處理軟件不斷專業(yè)化，使得各種文件的轉(zhuǎn)換和STL文件的修復、處理、操作等功能日臻完善，形成了基于STL的CAD平臺。,從RP/RT技術的現(xiàn)狀來看，未來幾年的主要發(fā)展趨勢如下：,快速原型,提高RP系統(tǒng)的速度、控制精度和可靠性,開發(fā)專門用于檢驗設計、模擬制品可視化，而對尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度要求不高的概念機,研究開發(fā)成本低、易成形、變形小、強度高、耐久及無污染的成形材料,研究開發(fā)新的成形方法,研究新的高精度快速模具工藝,經(jīng)自動化工廠“通信網(wǎng)絡”連接的各個子系統(tǒng)，可構成一個有機聯(lián)系的整體，即自動化工廠。計算機集成制造反映了制造系統(tǒng)的這一新發(fā)展。計算機集成制造系統(tǒng)則是技術上的具體實現(xiàn)，他能為現(xiàn)代制造企業(yè)追求在激烈變化中、動態(tài)市場條件下，具有快速靈活響應的競爭優(yōu)勢提供所要求的戰(zhàn)略性系統(tǒng)技術。,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,計算機集成制造系統(tǒng)的發(fā)展可以實現(xiàn)整個機械制造廠的全盤自動化，成為自動化工或無人化工廠，是自動化制造技術的發(fā)展方向。,計算機集成制造系統(tǒng)主要由設計與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存儲運輸模塊構成。,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,存儲運輸模塊的主要功能有倉庫管理、自動搬運等。,,各模塊的主要功能：,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,設計與工藝模塊,制造模塊,管理信息模塊,存儲運輸模塊,CAD、CAE、CAPP、CAM等,DNC、CNC、車間生產(chǎn)計劃、作業(yè)調(diào)度、刀具管理、質(zhì)量檢測與控制、裝配、自動化倉庫、FMC/FMS等,市場預測、物料需求計劃、生產(chǎn)計算、成本核算及銷售等,,,,,CIMS集成的三個階段：,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,信息集成,針對設計、管理和加工制造中大量存在的自動化孤島，實現(xiàn)信息正確、高效的共享和交換，是改善企業(yè)技術和管理水平必須首先解決的問題。,信息集成的主要內(nèi)容包括,,企業(yè)建模、系統(tǒng)設計方法、軟件工具和規(guī)范,異構環(huán)境下的信息集成,,,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,過程集成,,對產(chǎn)品設計開發(fā)中的各串行過程盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿羞^程，在設計時就考慮到后續(xù)工作中的可制造性、可裝配性，設計時考慮質(zhì)量，把設計開發(fā)中的信息大循環(huán)變成多個小循環(huán)，可以減少反復，縮短開發(fā)時間。,CIMS集成的三個階段：,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,企業(yè)集成,,21世紀的制造業(yè)必須面隊全球制造的新形勢，充分利用全球的制造資源，以便更快、更好、更省地響應市場需求。這就是敏捷制造的思想。敏捷制造的組織形式是企業(yè)之間針對某一特定產(chǎn)品，建立企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟（即所謂虛擬企業(yè)）。敏捷的企業(yè)聯(lián)盟應該是“兩頭大、中間小”，即強大的新產(chǎn)品設計與開發(fā)能力和強大的市場開拓與競爭的能力?！爸虚g小”即加工制造設備的能力可以小。多數(shù)零部件可以靠協(xié)作解決，企業(yè)可以在全球采購價格最便宜、質(zhì)量最好的零部件，因此企業(yè)間的集成是企業(yè)優(yōu)化的新臺階。,CIMS集成的三個階段：,