1、<p><b>　　附錄1專題部分</b></p><p>　　數(shù)控五軸技術(shù)及數(shù)控編程</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進(jìn)步，以及社會(huì)對產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求越來越加強(qiáng)烈。中、小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床成為一種高效率、高質(zhì)量、高柔性和低成本的新一代制造設(shè)備。同時(shí)，為了滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元，柔性制造系統(tǒng)

2、，以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備，也要求數(shù)控機(jī)床向更高水平發(fā)展。這些要求主要由數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展來實(shí)現(xiàn)。數(shù)控技術(shù)體現(xiàn)在數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、程序編制、機(jī)床主機(jī)和檢測監(jiān)控系統(tǒng)等方面。</p><p><b>　　一、數(shù)控加工技術(shù)</b></p><p>　　近代，大工業(yè)生產(chǎn)大量采用了剛性自動(dòng)化。在汽車工業(yè)、拖拉機(jī)以及輕工業(yè)消費(fèi)品生產(chǎn)方面。采用了大量的組合機(jī)床自動(dòng)線

3、、流水線；在標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)中采用了凸輪控制的專用機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床。這類機(jī)床適合于大批量生產(chǎn)，但是建立制造過程很難，所以更換產(chǎn)品，修改工藝要較長的時(shí)間和比較多的費(fèi)用。</p><p>　　由于產(chǎn)品多樣化和產(chǎn)品更新，解決單件，小批量生產(chǎn)自動(dòng)化迫在眉睫。航空、宇航、造船、電子等工藝對解決復(fù)雜型零件加工和高精度零件加工要求越來越高。這就使剛性自動(dòng)化不能滿足要求，柔性加工和柔性自動(dòng)化也就迅速發(fā)展起來。</p>&l

4、t;p>　　數(shù)控機(jī)床是新型的自動(dòng)化機(jī)床，它具有廣泛通用性和很高的自動(dòng)化程度。數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化最重要的裝置，是發(fā)展柔性生產(chǎn)的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床在下面一些零件的加工中，更能顯示出它的優(yōu)越性。它們是：1）批量小而又多次生產(chǎn)的零件；2）幾何形狀復(fù)雜的零件；3）在加工過程中必須進(jìn)行多種加工零件；4）切削余量大的零件；5）必須控制公差（即公差帶范圍?。┑牧慵?）工藝設(shè)計(jì)會(huì)變化的零件；7）加工過程中的錯(cuò)誤回造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重零件；8）需全

5、部檢測的零件，等等。</p><p>　　數(shù)控加工技術(shù)的特點(diǎn)：</p><p>　　1、提高生產(chǎn)率。數(shù)控機(jī)床能縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，增加切削加工時(shí)間的比較。采用最佳切削參數(shù)和最佳走刀路線能縮短加工時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率。</p><p>　　2、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。采用數(shù)控機(jī)床可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。它是按照程序自動(dòng)加工不需要人工干預(yù)，而且加工精度還利用軟件進(jìn)行校

6、正及補(bǔ)償，因此，可以獲得比機(jī)床本身精度還要高的加工精度及重復(fù)精度。</p><p>　　3、有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性。通過改變程序，就可以加工新品種的零件。能夠完成很多普通機(jī)床難以完成，或者根本不能加工的復(fù)雜型面的零件的加工。</p><p>　　4、可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。一些數(shù)控機(jī)床，例如加工中心，可以自動(dòng)換刀。一次裝卡后，幾乎能完成零件的全部加工部位的加工，節(jié)省了設(shè)備和廠房面積。<

7、;/p><p>　　5、提高經(jīng)濟(jì)效益。可以進(jìn)行精確的成本計(jì)算和生產(chǎn)進(jìn)度安排，減少在制品，加速資金周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　6、不需要專用夾具。采用普通的通用夾具就能滿足數(shù)控加工的要求，節(jié)省了專用夾具設(shè)計(jì)制造和存放的費(fèi)用。</p><p>　　7、大大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是具有廣泛的通用性而又具有很

8、高自動(dòng)化程度的全新型機(jī)床。它的控制系統(tǒng)不僅能控制機(jī)床各種動(dòng)作的先后順序，還能控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度，以及刀具相對工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。數(shù)控機(jī)床是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造，群控，柔性制造系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等柔性加工和柔性制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。</p><p>　　但是，數(shù)控機(jī)床的初投資及維修技術(shù)等費(fèi)用較高，要求管理及操作人員的素質(zhì)也較高。合理地選擇及使用數(shù)控機(jī)床，可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益和競爭能力。</

9、p><p><b>　　二、五軸加工技術(shù)</b></p><p>　　五軸加工是在數(shù)控鏜或數(shù)控銑的基礎(chǔ)上，增加了自動(dòng)換刀裝置，使工件在一次裝夾后，可以連續(xù)對工件自動(dòng)進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)控、鉸孔、攻螺紋、銑削等多加工的機(jī)床。加工中心一般帶有自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或主軸箱可自動(dòng)改變角度，從而使工件一次裝夾后，自動(dòng)完成多個(gè)平面或多個(gè)角度位置的多工序加工，工序高度集中；加工中心能自動(dòng)改變主軸

10、轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對工件的運(yùn)動(dòng)軌跡；加工中心如果帶有交換工作臺(tái)，工件在工作位置的工作臺(tái)上進(jìn)行加工的同時(shí)，可在裝卸位置的工作臺(tái)上裝卸工件，工作效率高。五軸數(shù)控加工技術(shù)可以在一次裝夾中完成工件的全部機(jī)械加工工序，滿足從粗加工到精加工的全部加工要求，即適用于單件小批量生產(chǎn)也適用于大批量生產(chǎn)，減少了加工時(shí)間和生產(chǎn)費(fèi)用，提高了數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)性。 </p><p>　　目前國際上五軸高速切削加工技術(shù)主要應(yīng)用于汽車

11、工業(yè)、模具行業(yè)、航空航天行業(yè)，尤其是在加工復(fù)雜曲面的領(lǐng)域、工件本身或刀具系統(tǒng)剛性要求較高的加工領(lǐng)域，顯示了強(qiáng)大的功能。國內(nèi)五軸高速切削加工技術(shù)的研究與應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代，應(yīng)用于模具、航空航天和汽車工業(yè)。但采用的高速切削CNC機(jī)床、高速切削刀具和CAD/CAM軟件等以進(jìn)口為主。</p><p>　　數(shù)控五軸高速切削加工作為模具制造中最為重要的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進(jìn)制造技術(shù)。在常規(guī)切

12、削加工中備受困惑的一系列問題通過五軸高速切削加工的應(yīng)用得到了解決。其切削速度和進(jìn)給速度比傳統(tǒng)的切削加工速度高，切削機(jī)理發(fā)生了根本的變化。與傳統(tǒng)切削加工相比，切削加工發(fā)生了本質(zhì)的飛躍。其單位功率的金屬切除率提高了30%—40%、切削力降低了30%、刀具的切削壽命提高了70%、留于工件的切削熱大幅度降低、低階切削振動(dòng)幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時(shí)間毛坯材料的去除率增加，切削時(shí)間減少，加工效率提高?？s短了產(chǎn)品的制造周期，增加了產(chǎn)品的市場

13、競爭力。同時(shí)高速加工的小量快進(jìn)使切削力減少，切屑的高速排除，減少了工件的切削力和熱應(yīng)力變形，提高了剛性差和薄壁零件切削加工的可能性。另外，由于切削力的降低，轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)離機(jī)床的低階固有頻率，而工件的表面粗糙度對低階頻率最為敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬剛件（45—65HRC）的加工過程中，采用高速切削可以取代電加工和磨削拋光的工序。避免了電極的制造和費(fèi)時(shí)的電加工時(shí)間，大幅度減少了鉗工的打磨與拋光量。一些市

14、場上越來</p><p>　　1、五軸高速加工切削的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　五軸高速加工切削系統(tǒng)主要由高速加工中心、高性能的刀具夾持系統(tǒng)、高速切削刀具、安全可靠的高速切削CAM軟件系統(tǒng)，因此五軸高速加工是一項(xiàng)大的系統(tǒng)工程。隨著切削刀具技術(shù)的進(jìn)步，高速加工已應(yīng)用于加工合金鋼（硬度大于30HRC），廣泛地應(yīng)用在汽車和電子元件產(chǎn)品中的沖壓模，注射模零件。高速加工的定義依賴于被加工的工件材料的類

15、型。例如，高速加工合金鋼采用的切削速度為500m/min，而這一速度在加工鋁合金是常采用順銑。</p><p>　　2、五軸高速銑削加工機(jī)床</p><p>　　五軸超高速切削技術(shù)是切削技術(shù)是切削加工的方向，也是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物。高速切削技術(shù)是切削加工技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，它隨著CNC技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料和新結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展而邁尚更高的臺(tái)階。然而高速切削技術(shù)自身也存在著一些急待解決

16、的問題，如高硬度材料的切削機(jī)理、刀具在載荷變化過程中的破損、建立高速切削數(shù)據(jù)庫、開發(fā)適用于高速切削加工狀態(tài)的監(jiān)控技術(shù)和綠色制造技術(shù)等等。同時(shí)高速切削所用的CNC機(jī)床，車、銑、鉆等刀具，CAD/CAM軟件等技術(shù)含量高，價(jià)格昂貴，使得高速切削投資大，這在一定程度上制約了高速切削技術(shù)的推廣應(yīng)用。高速切削的高效應(yīng)用要求機(jī)床系統(tǒng)中的部件都必須先進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　　a、機(jī)床結(jié)構(gòu)的剛性。提供高速進(jìn)

17、給的驅(qū)動(dòng)器（快進(jìn)速度約40m/min，3D輪廓加工速度為10m/min），能夠0.4—10m/s的加速度和減速度。</p><p>　　b、主軸和刀柄的剛性。10000—50000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，通過主軸壓縮空氣或冷卻系統(tǒng)控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.005mm。</p><p>　　c、控制單元2和4位并行處理器，高的數(shù)據(jù)傳輸率，能夠自動(dòng)加減速。</p><p

18、>　　d、可靠性與加工工藝。提高機(jī)床的利用率和無人操作的可靠性，工藝模型有助于對切削條件和刀具壽命之間關(guān)系的理解。</p><p>　　常見國內(nèi)外五軸高速加工中心與傳統(tǒng)普通數(shù)控機(jī)床相比，其機(jī)床結(jié)構(gòu)、加工速度和性能更優(yōu)秀，如德國的DMC85高速加工中心，采用直線電機(jī)和電主軸，其主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到30000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度達(dá)到120m/min，加速度超過1g（重力加速度）。五軸高速機(jī)床要求高的主軸單元和冷卻系統(tǒng)、

19、高剛性的機(jī)床結(jié)構(gòu)、安全裝置和監(jiān)控系統(tǒng)、以及優(yōu)良的靜動(dòng)力特性等，其技術(shù)含量高，機(jī)床制造難度大等特點(diǎn)。目前國內(nèi)的高速機(jī)床其性能與國外相比還存在一定的差距。</p><p><b>　　三、數(shù)控編程</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床是按照事先編制好的工程序自動(dòng)對工件進(jìn)行加工的高效自動(dòng)化設(shè)備。在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，要把加工零件的全部工藝過程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)，以信息的

20、形式記率在控制介質(zhì)上，用控制介質(zhì)上的信息來控制機(jī)床，實(shí)現(xiàn)零件的全部加工過程。這里，我們把從零件圖紙到獲得數(shù)控機(jī)床所需控制介質(zhì)的全部過程，稱為程序編制。</p><p>　　程序編制是數(shù)控加工的一項(xiàng)重要、工作，理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖紙要求的合格工件，同時(shí)應(yīng)該能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，以使數(shù)控機(jī)床安全可靠及高效地工作。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床程序編制的內(nèi)

21、容主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編寫程序單、制備控制介質(zhì)及程序校驗(yàn)。其具體步驟與要求如下：</p><p><b>　　1、分析零件圖紙</b></p><p>　　首先要分析零件圖紙。根據(jù)零件的材料、形狀、尺寸、精度、毛坯形狀和熱處理要求等確定加工方案，選擇合適的數(shù)控機(jī)床。</p><p><b>　　2、工藝處理&l

22、t;/b></p><p>　　工藝處理涉及問題較多，需要考慮如下幾點(diǎn)：</p><p>　　1）確定加工方案 此時(shí)應(yīng)按照能充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床功能的原則，使用合適的數(shù)控機(jī)床，確定合理的加工方法。</p><p>　　2）刀具工夾具的設(shè)計(jì)和選擇 數(shù)控加工用刀具由加工方法、切削用量及其它與加工有關(guān)的因素來確定。數(shù)控機(jī)床具有刀具補(bǔ)償功能和自動(dòng)換刀功能。</p

23、><p>　　數(shù)控加工一般不需要專用的復(fù)雜的夾具。在設(shè)計(jì)和選擇夾具時(shí)，應(yīng)特別注意要迅速完成工件的定位和夾緊過程，以減少輔助時(shí)間。使用組合夾具，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，夾具零件可以反復(fù)使用，經(jīng)濟(jì)效益好。此外，所用夾具應(yīng)便于安裝，便于協(xié)調(diào)工件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。</p><p>　　3）選擇對刀點(diǎn) 程序編制時(shí)正確地選擇對刀點(diǎn)是很重要的?！皩Φ饵c(diǎn)”是程序執(zhí)行的起點(diǎn)，也稱“程序原點(diǎn)”。對刀點(diǎn)的選擇原則是

24、：所選對刀點(diǎn)，應(yīng)使程序編制簡單；對刀點(diǎn)應(yīng)選擇在容易找正、并在加工過程中便于檢查的位置；引起的加工誤差小。</p><p>　　對刀點(diǎn)可以設(shè)置在被加工零件上，也可以設(shè)置在夾具或機(jī)床上。為了提高零件的加工精度，對刀點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)或工藝基準(zhǔn)上。</p><p>　　4）確定加工路線 加工路線的選擇主要應(yīng)該考慮：盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程，提高生產(chǎn)率；保證加工零件的精度和表面

25、粗糙度的要求；有利于簡化數(shù)值計(jì)算，減少程序段的數(shù)目和編程工作量。</p><p>　　5）確定切削用量 切削用量即切削深度和寬度，主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度等。切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)數(shù)控機(jī)床使用說明書的規(guī)定，被加工工件材料，加工工序以及其它工藝要求，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來確定。</p><p><b>　　3、數(shù)學(xué)處理</b></p><p>　　在工藝

26、處理工作完成后，根據(jù)零件的幾何尺寸，加工路線，計(jì)算數(shù)控機(jī)床所需的輸入數(shù)據(jù)。一般數(shù)控系統(tǒng)都具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)和刀具補(bǔ)償功能。對于加工由直線和圓弧組成的較簡單的平面零件，只需計(jì)算出零件輪廓的相鄰幾何元素的交點(diǎn)或切點(diǎn)（稱為基點(diǎn)）的坐標(biāo)值。對于較復(fù)雜的零件或零件的集合形狀與數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能不一致時(shí)，就需要進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算。</p><p>　　4、編寫零件加工程序單</p><p>　　

27、在完成工藝處理和數(shù)值計(jì)算工作后，可以編寫零件加工程序單，編寫人員根據(jù)所使用數(shù)控系統(tǒng)的指令、程序段格式，逐段編寫零件加工程序。編程人員要了解數(shù)控機(jī)床的性能、程序指令代碼以及數(shù)控機(jī)床加工零件的過程，才能編寫出正確的加工程序。</p><p>　　5、制備控制介質(zhì)及程序檢驗(yàn)</p><p>　　程序編好后，需制作控制介質(zhì)?？刂平橘|(zhì)有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、軟磁盤和硬磁盤等。早期為穿孔紙帶，現(xiàn)在已

28、被磁盤所代替。但是，規(guī)定的穿孔紙帶代碼標(biāo)準(zhǔn)沒有變。</p><p>　　在單件和多品種小批量產(chǎn)品生產(chǎn)模式下，產(chǎn)品品種復(fù)雜多樣，個(gè)性化要求高，沒有統(tǒng)一的流程。數(shù)控加工技術(shù)在這種生產(chǎn)模式中日益發(fā)揮巨大作用人。數(shù)控加工技術(shù)不僅可以提高產(chǎn)品的加工精度和品質(zhì)，而且可以大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。一般來講，數(shù)控加工技術(shù)中包括了數(shù)控加工機(jī)床、數(shù)控編程軟件和數(shù)控設(shè)備管理軟件。數(shù)控編程軟件（ＣＡＭ 軟件）在提高機(jī)床加工精度和加工效率方

29、面起著至關(guān)重要的作用。從目前數(shù)控加工設(shè)備的普及和發(fā) 展情況來看，數(shù)控編程軟件要具有如下特性。 </p><p>　　１． 軟件要操作簡單，易學(xué)易用 </p><p>　　隨著國內(nèi)企業(yè)數(shù)控設(shè)備使用的不斷普及，對數(shù)控編程人員的需求量也不斷增加。那種需要長時(shí)間培訓(xùn)才能要輸入或設(shè)置很多選項(xiàng)，過多的操作會(huì)給編程人員帶來很大的壓力，也帶 來了更多的出錯(cuò)幾率。因此，操作簡單、易學(xué)易用是數(shù)控編程軟件普及的

30、關(guān)鍵。要做到操作簡單，易學(xué)易用不僅僅是軟件界面的問題，更多涉及到的是軟件的智能化處理算法。</p><p>　　２．軟件產(chǎn)生的刀具軌跡要保證高速、高精度和高效率 </p><p>　　數(shù)控加工技術(shù)是提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期的關(guān)鍵手段。高速不僅僅是要求編程軟件支持高速加工機(jī)床，也要求編程軟件產(chǎn)生的刀具軌跡能夠發(fā)揮普通數(shù)控機(jī)床的最高切削速度。在保證高精度的前提下盡量減少空走刀和重復(fù)走刀。

31、這樣才能縮短加工時(shí)間。畢竟在中國市場上普通數(shù)控機(jī)床還占絕大多數(shù)，讓這些機(jī)床充分發(fā)揮加工能力是關(guān)鍵。 </p><p>　?。常浖ヅ涓鞣N數(shù)控系統(tǒng) </p><p>　　在中國市場上，存在著各種各樣的數(shù)控機(jī)床。因此，機(jī)床控制系統(tǒng)也是五花八門的，這就要求數(shù)控編程軟件要能夠匹配各種機(jī)床控制系統(tǒng)。 </p><p>　?。矗浖芘c整個(gè)生產(chǎn)流程集成</p>

32、<p>　　隨著中國企業(yè)的信息化程度不斷加深，數(shù)控編程已經(jīng)不再是一個(gè)獨(dú)立的信息化孤島，而是整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的一個(gè)環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)源。對數(shù)控編程軟件的要求也不僅僅是生成數(shù)控代碼，而是要求數(shù)控編程軟件要能夠與ＰＤＭ集成以快速得到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，能夠產(chǎn)生工藝數(shù)據(jù)并與工藝管理系統(tǒng)集成，能夠與數(shù)控設(shè)備管理系統(tǒng)集成使數(shù)控設(shè)備能夠得到加工所需要的信息，這樣才能在某種程度上做到設(shè)計(jì)、工藝和制造過程的并行，縮短制造周期。</p><