石家庄高新区工之艺数控技术服务部
改革开放以来，我国机床消费额大致和国民经济gdp增长值同步。20世纪80年代初，我国机床年消费额为10亿美元，90年代初达20亿美元；2000年为37.88亿美元，而当时世界机床大消费国美国的消费额为68亿美元。原来预计到2010年中国将成为世界大机床消费市场，令人意想不到的是，2003年美国发表的一项调查统计报告称：全世界机床产值2002年约310亿美元，比2001年减少14.2%，但中国却比2001年增加了20%，达56.96亿美元。这些数据表明我国已首次成为世界机床消费和进口大国。
目前，我国的制造企业已开始广泛使用先进的数控技术，而掌握数控技术的机电复合人才却奇缺。2003年，国家数控系统工程技术研究中心的一项调研结果显示，仅数控机床的操作工就短缺60多万人。调研结果同时显示，我国目前的数控人才不仅在数量上短缺，而且在质量、知识结构上也不能完全满足企业需求。根据2004年2月国家劳动和社会保障部、教育部等六部门调查研究结果分析预测，数控技术应用人才居我国劳动力市场技能型人才为短缺的4类人才之首。
为了适应我国高等职业技术教育发展及应用型技术人才培养的需要，作者经过反复的实践与总结，编写了这本入门教材。本书在内容上突出实用性和针对性，便于阅读，尽可能使读者通过阅读此书来独立解决工作中所遇到的各种问题。本书为“一招鲜就业技术速成丛书”之一。内容包括：数控机床概述，数控编程的基础知识，数控加工工艺，数控加工中心编程，数控加工中心的操作等。
工艺分析
被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。
1、尺寸标注应符合数控加工的特点
在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图上好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。
2、几何要素的条件应完整、准确
在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一定要仔细，发现问题及时与设计人员联系。
3、定位基准可靠
在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。
4、统一几何类型或尺寸
零件的外形、内腔好采用统一的几何类型或尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。
零件装夹
一、定位安装的基本原则
在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则是合理选择定位基准和夹紧方案。在选择时应注意以下几点：
1、力求设计、工艺和编程计算的基准统一。
2、尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
3、避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。
二、选择夹具的基本原则
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下几点：
1、当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。
2、在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。
3、零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。
4、夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。 [2]
加工误差
数控加工误差△数加是由编程误差△编、机床误差△机、定位误差△定、对刀误差△刀等误差综合形成。
即：△数加=f（△编+△机+△定+△刀）
其中：
1、编程误差△编由逼近误差δ、圆整误差组成。逼近误差δ是在用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线的过程中产生，如图1.43所示。圆整误差是在数据处理时，将坐标值四舍五入圆整成整数脉冲当量值而产生的误差。脉冲当量是指每个单位脉冲对应坐标轴的位移量。普通精度级的数控机床，一般脉冲当量值为0.01mm；较精密数控机床的脉冲当量值为0.005mm或0.001mm等。
2、机床误差△机由数控系统误差、进给系统误差等原因产生。
3、定位误差△定是当工件在夹具上定位、夹具在机床上定位时产生的。
4、对刀误差△刀是在确定刀具与工件的相对位置时产生。
数控车床是目前使用较为广泛的数控机床之一。它主要用于轴类零件或盘
类零件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱
、圆锥螺纹等切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等。
[1]
数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。
我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削
参数以及辅助功能，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工
程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床
的数控装置中，从而指挥机床加工零件。
2、选择数控车削用刀具
数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如900内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。
二是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。
主要特点
数控机床一开始就选定具有复杂型面的飞机零件作为加工对象，解决普通的加工方法难以解决的关键。数控加工的大特点是用穿孔带（或磁带）控制机床进行自动加工。由于飞机、火箭和发动机零件各有不同的特点：飞机和火箭的零、构件尺寸大、型面复杂；发动机零、构件尺寸小、精度高。因此飞机、火箭制造部门和发动机制造部门所选用的数控机床有所不同。在飞机和火箭制造中以采用连续控制的大型数控铣床为主，而在发动机制造中既采用连续控制的数控机床，也采用点位控制的数控机床（如数控钻床、数控镗床、加工中心等）。
工序集中
数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中。工序集中带来巨大的经济效益：
⑴减少机床占地面积，节约厂房。
⑵减少或没有中间环节（如半成品的中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。
自动化
数控机床加工时，不需人工控制刀具，自动化程度高。带来的好处很明显。
⑴对操作工人的要求降低：
一个普通机床的工，不是短时间内可以培养的，而一个不需编程的数控工培养时间极短（如数控车工需要一周即可，还会编写简单的加工程序）。并且，数控工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高，时间要省。⑵降低了工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在加工过程之外，非常省力。
⑶产品质量稳定：数控机床的加工自动化，免除了普通机床上工人的疲劳、粗心、估计等人为误差，提高了产品的一致性。
⑷加工效率高：数控机床的自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产率。
柔性化高
传统的通用机床，虽然柔性好，但效率低下；而传统的专机，虽然效率很高，但对零件的适应性很差，刚性大，柔性差，很难适应市场经济下的激烈竞争带来的产品频繁改型。只要改变程序，就可以在数控机床上加工新的零件，且又能自动化操作，柔性好，效率高，因此数控机床能很好适应市场竞争。
能力强
机床能精确加工各种轮廓，而有些轮廓在普通机床上无法加工。数控机床特别适合以下场合：
1、不许报废的零件。
2、新产品研制。
3、急需件的加工。
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