齒輪軸零件加工工藝、程序編制畢業(yè)設(shè)計
齒輪軸零件加工工藝、程序編制畢業(yè)設(shè)計,齒輪軸,零件,加工,工藝,程序,編制,畢業(yè)設(shè)計
南 通 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計論文（數(shù)控）
課題名稱 齒輪軸零件加工工藝、程序編制及仿真
姓 名：
學(xué) 號：
專 業(yè)： 機械制造工藝與設(shè)備（數(shù)控）
班 級：
指導(dǎo)老師：
2007 年 6 月
前言
在大學(xué)里學(xué)了幾年的“機械制造工藝與設(shè)備（數(shù)控）”，仔細的想想自己學(xué)到了很多，相信自己也能對一個一般的零件進行數(shù)控分析了。
這次的畢業(yè)設(shè)計是對在大學(xué)三年中學(xué)習成果的一個總結(jié)，也是一個畢業(yè)生將正式走入這個社會的開始。這份畢業(yè)設(shè)計是在學(xué)完機械制造工藝學(xué)（含機床夾具設(shè)計）和大部分相關(guān)專業(yè)課，并進行了生產(chǎn)實習的基礎(chǔ)上進行的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。這次的設(shè)計可以使我能綜合的運用機械制造工藝學(xué)的基礎(chǔ)理論，并結(jié)合生產(chǎn)實習中學(xué)到的實踐知識，獨立地分析和解決工藝問題具備了設(shè)計一個零件（高速銑頭齒輪軸）的工藝規(guī)程的能力，也是熟悉和運用夾具設(shè)計的基本原理和方法，擬計夾具設(shè)計方案， 完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力，也是熟悉和運用有關(guān)手冊，圖表等技術(shù)資料及編寫技術(shù)文件等基本技能的一次實踐機會，為今后的畢業(yè)設(shè)計及未來從事的相關(guān)工作打下良好的基礎(chǔ)。我更可以自信的說我的大學(xué)是不會白費的，而是輝煌的。
由于能力有限，經(jīng)驗不足設(shè)計中還有許多不足的地方，希望各位老師能多加指教。
目 錄
一、數(shù)控機床的組成部分
二、零件圖
三、加工分析工藝
四、程序分析
五、數(shù)控車床的概述
六、數(shù)控車床的使用
七、車床的振動及控制
八、數(shù)控車間規(guī)定
九、國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況
十、數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢國
十一、數(shù)控車工國家職業(yè)標準上
十二、數(shù)控職業(yè)的趨向
十三、參考文獻
十四、程序
一、數(shù)控機床的組成部分
數(shù)控機床的組成部分包括測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)及開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，在對數(shù)控零件進行實際程序設(shè)計之前，了解各組成部分是重要的。
數(shù)控中，測量系統(tǒng)這一術(shù)語指的是機床將一個零件從基準點移動到目標點的方法。目標點可以是鉆一個孔、銑一個槽或其它加工操作的一個確定的位置。用于數(shù)控機床的兩種測量系統(tǒng)是絕對測量系統(tǒng)和增量測量系統(tǒng)。絕對測量系統(tǒng)（亦稱坐標測量系統(tǒng)）采用固定基準點（原點），所有位置信息正是以這一點基準。換句話說，必須給出一個零件運動的所有位置相對于原始固定基準點的尺寸關(guān)系。X和Y兩維絕對測量系統(tǒng)，每維都以原點為基準。增量測量系統(tǒng)有一個移動的坐標系統(tǒng)。運用增量系統(tǒng)時，零件每移動一次，機床就建立一個新的原點（基準點）。使用增量測量系統(tǒng)時的X和Y值。注意，使用這個系統(tǒng)時，每個新的位置在X和Y軸上的值都是建立在前一個位置之上的。這種系統(tǒng)的缺陷是，如果產(chǎn)生的任何錯誤沒有被發(fā)現(xiàn)與校正，則錯誤會在整個過程中反復(fù)存在。
用于數(shù)控設(shè)備的控制系統(tǒng)通常有兩類，即點位控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。點位控制數(shù)控系統(tǒng)機床（有時稱為位置控制系統(tǒng)數(shù)控機床）只有沿直線運動的能力。然而，當沿兩軸線以等值（X2.000,Y2.000)同時編程時，會形成45度斜線。點位控制系統(tǒng)常用于需確定孔位的鉆床和需進行直線銑削加工的簡單銑床上，以一系列小步運動形成弧形和斜線。然而，用這種方法時，實際加工軌跡與規(guī)定的切削軌跡略有不同。
具有在兩個或多個坐標軸方向上同時運動的能力的機床，歸屬連續(xù)軌跡控制或輪廓控制類機床。這些機床用于加工兩維或三維空間中各種不同大小的弧形，圓角，圓及斜角。連續(xù)軌跡控制的數(shù)控機床比點位控制的機床貴得多，在加工復(fù)雜輪廓時，一般需要計算機輔助程序設(shè)計。
數(shù)控伺服機構(gòu)是使工作臺或滑座沿坐標軸準確運動的裝置。用于數(shù)控設(shè)備的伺服機構(gòu)常有兩種：步進電機和液壓馬達。步進電機伺服機構(gòu)常用于不太貴重的數(shù)控設(shè)備上。這些電機通常是大轉(zhuǎn)矩的伺服機構(gòu)，直接安裝在工作臺或刀座的絲杠上。大多數(shù)步進電機是由來自定子和轉(zhuǎn)子組件的磁力脈沖驅(qū)動的，這種作用的結(jié)果是電機軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生200步距。把電機軸接在10扣/英寸的絲杠上，每步能產(chǎn)生0.0005英寸的移動（1/200X1/10=0.0005英寸）。液壓伺服馬達使壓力液體流過齒輪或柱塞，從而使軸轉(zhuǎn)動。絲杠和滑座的機械運動是通過各種閥和液壓馬達的控制來實現(xiàn)的。液壓伺服馬達產(chǎn)生比步進電機更大的轉(zhuǎn)矩，但比步進電機貴，且噪聲很大。大多數(shù)大型數(shù)控機床使用液壓伺服機構(gòu)。
使用開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機床，沒有反饋信號來確保機床的坐標軸是否運動了所需的距離。即，如果接受的輸入信號是使一特定工作臺坐標軸移動1.000英寸，伺服裝置通常使工作臺運動1.000英寸，但無法將共子臺的實際運動與輸入信號加以比較。使工作臺實際移動了1.000英寸的唯一保證是所用的伺服機構(gòu)的準確性。當然，開環(huán)系統(tǒng)比閉環(huán)系統(tǒng)便宜。閉環(huán)系統(tǒng)能將實際輸出（工作臺一英寸的運動量）與輸入信號加以比較，并對任何誤差進行了比較。用于閉環(huán)系統(tǒng)的一些反饋裝置是傳感器，電尺或磁尺以及同步器等。閉環(huán)系統(tǒng)大大增加了數(shù)控機床的準確性。
二、零件圖
三、加工分析工藝
（1） 零件圖工藝分析
該零件由圓柱面、螺紋及中心孔組成，該零件的尺寸的尺寸精度和表面粗糙度要求很高，該圖尺寸標注完整，輪廓描述清楚。材料為40Cr，有熱處理和硬度要求。
通過以上描述，可以采取以下幾點工藝措施：
（一） 對圖樣上給定的有精度要求的尺寸，因為公差數(shù)值很小，所以編程時不可以取平均值，或者不能省去小數(shù)點后面的，要對好刀。
（二） 在輪廓曲線上，沒有要進行間隙補償?shù)?。但也要保證輪廓曲線的準確性。
（三） 為便于裝夾，采用三角卡盤，先車左端面，再車出一個夾頭，再打中心孔。然后掉頭，車右端面，打中心孔，再進行精車。再掉頭，進行精車。
（2） 確定裝夾方案
確定坯件軸線和右端大端面（設(shè)計基準）為定位基準。左端采用三角自定心卡盤夾緊。
（3） 確定加工順序及走刀路線
加工順序的確定按由左到右、由粗到精、由近到遠的原則確定，在一次裝夾中盡可能加工出較多的工作表面。結(jié)合本零件的結(jié)構(gòu)特征，可以加工外輪廓表面，然后加工內(nèi)孔各表面，由于該零件為單件中批量生產(chǎn)，走刀路線設(shè)計不必考慮最短進給路線或最短空行程路線，外輪廓表面車削走刀路線可沿零件輪廓順序進行。
（4） 刀具的選擇
將所選定的刀具參數(shù)填入表所示的數(shù)控加工刀具卡片中，以便于編程和操作管理。注意：在車削外輪廓時，為防止副刀面與工件表面發(fā)生干涉，應(yīng)選擇較大的副諞角，必要時可作圖檢驗。
（5） 切削用量選擇
根據(jù)被加工表面質(zhì)量要求、刀具材料和工件材料，參考切削用量手冊或有關(guān)資料選取切削速度與每轉(zhuǎn)進給量，然后公式計算主軸轉(zhuǎn)速與進給速度，計算結(jié)果填入
背吃刀量的選擇因粗、精加工而有所不同。粗加工時，在工藝系統(tǒng)剛性和機床功率允許的情況下，盡可能取較大的背吃刀量，以減少進給次數(shù)；精加工時，根據(jù)材料以保證零件表面粗糙度要求，一般要多次加工。
（6） 數(shù)控加工工藝卡片擬定
將前面分析的各項內(nèi)容綜合成表所示的數(shù)控加工工藝卡片，此表是編制加工程序的主要依據(jù)和操作人員配合數(shù)控加工的指導(dǎo)性文件，主要內(nèi)容包括：工步順序、工步內(nèi)容、各工步所用的刀具及切削用量等。
四、程序分析
O0608
N010 T0101 90°外圓車刀
主軸用1號刀
N020 M03S500
主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速500
N030 G90G95G0X32Z2 加工零件右端
絕對值，快速定位到(32,2)
N040 G71U1R0.5
外圓粗切循環(huán)
N050 G71P60Q110U0.2W0F0.2
N060 G1X9F0.1S800
精加工程序第一個程序段，轉(zhuǎn)速800，進給速度為0.1
N070 X15Z-1 車 ?15倒角1X45
直線插補到(15,-1)
N080 Z-79 車 ?15
直線插補到(15,-79)
N090 X22
直線插補到(22,-79)
N100 X24Z-80 車?24倒角1X45°
直線插補到(24,-80)
N110 Z-140 車 ?24
直線插補到(110,-115)
N120 G70P60Q110
精加工程序最后一個程序段
N130 G0X100Z100
快速定位到(100,100)
N140 T0202 寬1.1切槽刀
換2號刀
N150 M03S300
主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速300
N160 G0X17Z-5
快速定位到(17,-5)
N170 G1X14.3F0.05 ?15上切寬深切至?14.3
直線插補到(14.3,-5)
N180 G4X2
延時2秒
N190 G0X26
快速定位到(26,-5)
N200 Z-79
快速定位到(26,-79)
N210 G1X14F0.05 切2×0.5的槽
直線插補到(26,-79) ,進給速度為0.05
N220 G4X2
延時2秒
N230 G0X17
快速定位到(17,-79)
N240 Z-78.1
快速定位到(17,-78.1)
N250 G1X14F0.05
直線插補到(14,-78.1),進給速度為0.05
N260 G4X2
延時2秒
N270 G0X100
快速定位到(100,-78.1)
N280 Z100
快速定位到(100,100)
N290 M02
程序停止
換頭
O0420
N010 T0101 90°外圓車刀
主0軸用1號刀
N020 M03S500
主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速500
N030 G90G95G0X32Z2
絕對值，快速定位到(32,2)
N040 G71U1R0.5
外圓粗切循環(huán)
N050 G71P60Q140U0.2W0F0.2
N060 G1X4F0.1S800
精加工程序第一個程序段，轉(zhuǎn)速800，進給速度為0.1
N070 X9.87Z-1 M10倒角1×45°
直線插補到(9.87,-1)
N080 Z-23 車 M10
直線插補到(9.87,-23)
N090 X14
直線插補到(14,-23)
N100 Z-51 車 ?14
直線插補到(14,-51)
N110 X18
直線插補到(18,-51)
N120 Z-82 車 ?18
直線插補到(18,-82)
N130 X20
直線插補到(20,-82)
N140 X26Z-85 ?24倒角2×45°
直線插補到(26,-85)
N150 G70P350Q440
精加工程序最后一個程序段
N160 G0X100Z100
快速定位到(100,100)
N170 T0202 寬1.1切槽刀
主軸用2號刀
N180 M03S300
主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速300
N190G0X16Z-23
快速定位到(16,-23)
N200 G1X7.8F0.05 M10上切3×1.1的槽
直線插補到(7.8,-23), 進給速度為0.05
N210 G4X2
延時2秒
N220 G0X16
快速定位到(16,-23)
N230 Z-22
快速定位到(16,-22)
N240 G1X7.8F0.05
進給速度為0.05
N250 G4X2
延時2秒
N260 G0X12
快速定位到(12,-22)
N270 Z-21.1
快速定位到(84,0)
N280 G1X7.8F0.05
直線插補到(7.8,0),進給速度為0.05
N290 G4X2
延時2秒
N300 G0X20
快速定位到(20,0)
N310 Z-51
快速定位到(22,-51)
N320 G1X13F0.05 ?14上切2×0.5的槽
直線插補到(13,-51),進給速度為0.05
N330 G4X2
延時2秒
N340 G0X16
快速定位到(16,-51)
N350 Z-50.1
快速定位到(16,-50.1)
N360 G1X13F0.05
直線插補到(13,-50.1),進給速度為0.05
N370 G4X2
延時2秒
N380 G0X20
快速定位到(20,-50.1)
N700 Z-54.1
快速定位到(20,-54.1)
N390 G1X17F0.05 ?18上切寬深至?
直線插補到(17,-54.1),進給速度為0.05
N400 G4X2
延時2秒
N410 G0X24
快速定位到(24,-54.1)
N420 Z-82
快速定位到(24,-82)
N430 G1X17F0.05 ?18上切2×0.5的槽
直線插補到(17,-82),進給速度為0.05
N440 G4X2
延時2秒
N450 G0X24
快速定位到(24,-82)
N780 Z-81.1
快速定位到(24,-81.1)
N460 G1X17F0.05
直線插補到(17,-81.1),進給速度為0.05
N470 G4X2
延時2秒
N480G0X100
快速定位到(100,-81.1)
N490 Z100
快速定位到(100,-81.1)
N500 T0303
主軸用3號刀 60°螺紋刀
N510 G0X12Z5
快速定位到(12,5)
N520 G76P021060Q100R0.1 攻螺紋M10-6h
螺紋切削循環(huán)
N530 G76X8.05Z-22P975Q400F1.5
螺紋切削循環(huán)終點（8.05，-22）
N540 G0X100
快速定位到(100,-22)
N550 Z100
快速定位到(100,100)
N560 M05
主軸停
N570 M02
程序結(jié)束
五、數(shù)控車床的概述
數(shù)控車床是目前使用較廣泛的數(shù)控機床之一，主要用在加工軸類和盤類回轉(zhuǎn)體零件的內(nèi)外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋面，并能進行切槽、鉆、擴、鉸等工作，特別適用于形狀復(fù)雜的零件加工。
一般數(shù)控車床的主軸由直流或交流調(diào)速電動機驅(qū)動，主軸作主運動，刀架的縱、橫向分別由伺服電動機驅(qū)動。為了車削螺紋，在主傳動系統(tǒng)里裝有主軸脈沖發(fā)生器，以檢測主軸的轉(zhuǎn)速，保證車削螺紋時，主軸（工件）每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，Z軸（刀具）移動一個加工螺紋的導(dǎo)程。
普通數(shù)控車床的主軸不是臥式的，刀架運動的縱方向即為Z 方向，刀架的橫向即為X方向，當?shù)都苎豘向和X向協(xié)調(diào)運動時，可形成各種復(fù)雜的平面曲線，以這條曲線繞軸線回轉(zhuǎn)時，可形成各種復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體。一般數(shù)控車床只需要兩坐標聯(lián)動。同樣數(shù)控立式車床也是刀架沿著工件的軸向和徑向運動實現(xiàn)兩坐標聯(lián)動
數(shù)控車床又稱為CNC(Computer Numerical Control)車床，既用計算機數(shù)字控制的車床。
普通臥式車床是靠手工操作機床來完成各種切削加工，而數(shù)控車床是將編制好的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，由數(shù)控系統(tǒng)通過車床X、Z坐標軸的伺服電動機去控制車床進給運動部件的動作順序、移動量和進給速度，再配以主軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)向，和自動換刀系統(tǒng)，使能加工出各種形狀不同的軸類或盤類回轉(zhuǎn)體零件。因此，數(shù)控車床是目前使用較為廣泛的機床。
六、數(shù)控車床的使用
數(shù)控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機床。它具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮 了良好的經(jīng)濟效果。合理選用數(shù)控車床，應(yīng)遵循如下原則：
1. 選用原則
1) 前期準備
確定典型零件的工藝要求、加工工件的批量，擬定數(shù)控車床應(yīng)具有的功能是做好前期準備，合理選用數(shù)控車床的前提條件
滿足典型零件的工藝要求
典型零件的工藝要求主要是零件的結(jié)構(gòu)尺寸、加工范圍和精度要求。根據(jù)精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求來選擇數(shù)控車床的控制精度。
根據(jù)可靠性來選擇
可靠性是提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的保證。數(shù)控機床的可靠性是指機床在規(guī)定條件下執(zhí)行其功能時，長時間穩(wěn)定運行而不出故障。即平均無故障時間長，即使出了故障，短時間內(nèi)能恢復(fù)，重新投入使用。選擇結(jié)構(gòu)合理、制造精良，并已批量生產(chǎn)的機床。一般，用戶越多，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性越高。
2) 機床附件及刀具選購
機床隨機附件、備件及其供應(yīng)能力、刀具，對已投產(chǎn)數(shù)控車床、車削中心來說是十分重要的。選擇機床，需仔細考慮刀具和附件的配套性。
3) 注重控制系統(tǒng)的同一性
生產(chǎn)廠家一般選擇同一廠商的產(chǎn)品，至少應(yīng)選購?fù)粡S商的控制系統(tǒng)，這給維修工作帶來極大的便利。教學(xué)單位，由于需要學(xué)生見多識廣，選用不同的系統(tǒng)，配備各種仿真軟件是明智的選擇。
4) 根據(jù)性能價格比來選擇
做到功能、精度不閑置、不浪費，不要選擇和自已需要無關(guān)的功能。
5) 機床的防護
需要時，機床可配備全封閉或半封閉的防護裝置、自動排屑裝置。
在選擇數(shù)控車床、車削中心時，應(yīng)綜合考慮上述各項原則。
2. 安裝方法
1) 起吊和運輸
機床的起吊和就位，應(yīng)使用制造廠提供的專用起吊工具，不允許采用其他方法進行。不需要專用起吊工具，應(yīng)采用鋼絲繩按照說明書規(guī)定部位起吊和就位。
2) 基礎(chǔ)及位置
機床應(yīng)安裝在牢固的基礎(chǔ)上，位置應(yīng)遠離振源；避免陽光照射和熱幅射；放置在干燥的地方，避免潮濕和氣流的影響。機床附近若有振源，在基礎(chǔ)四周必須設(shè)置防振溝。
3) 機床的安裝
機床放置于基礎(chǔ)上，應(yīng)在自由狀態(tài)下找平，然后將地腳螺栓均勻地鎖緊。對于普通機床，水平儀讀數(shù)不超過0.04/1000mm，對于高精度的機床，水平儀超過0.02／1000mm。在測量安裝精度時，應(yīng)在恒定溫度下進行，測量工具需經(jīng)一段定溫時間后再使用。機床安裝時應(yīng)竭力避免使機床產(chǎn)生強迫變形的安裝方法。機床安裝時不應(yīng)隨便拆下機床的某些部件，部件的拆卸可能導(dǎo)致機床內(nèi)應(yīng)力的重要新分配，從而影響機床精度。
3. 試運轉(zhuǎn)前的準備
機床幾何精度檢驗合格后，需要對整機進行清理。用浸有清洗劑的棉布或綢布，不得用棉紗或紗布。清洗掉機床出廠時為保護導(dǎo)軌面和加工面而涂的防銹油或防銹漆。清洗機床外表面上的灰塵。在各滑動面及工作面涂以機床規(guī)定使滑油。
仔細檢查機床各部位是否按要求加了油，冷卻箱中是否加足冷卻液。機床液壓站、自動間潤滑裝置的油是否到油位批示器規(guī)定的部位。
檢查電氣控制箱中各開關(guān)及元器件是否正常，各插裝集成電路板是否到位。
通電啟動集中潤滑裝軒，使各潤滑部位及潤滑油路中充滿潤滑油。做好機床各部件動作前的一切準備。
數(shù)控車床調(diào)試與驗收
數(shù)控車床的驗收應(yīng)按國家頒布實行的《數(shù)控臥式車床制造與驗收技術(shù)要求》進行，在驗收過程中，如發(fā)生爭執(zhí)，應(yīng)以國家有關(guān)標準為依據(jù)，通過協(xié)商解決。
1）開箱驗收
按隨機裝箱單和合同中特定附件清單對箱內(nèi)物品逐一核對檢查。并做檢查記錄。有如下內(nèi)容：
包裝箱是否完好，機床外觀有無明顯損壞，是銹蝕、脫漆；
有無技術(shù)資料，是否齊全；
附件品種、規(guī)格、數(shù)量；
備件品種、規(guī)格、數(shù)量；
工具品種、規(guī)格、數(shù)量；
刀具〈刀片〉品種、規(guī)格、數(shù)量；
安裝附件；
電氣元器件品種、規(guī)格、數(shù)量；
2）開機試驗
機床安裝調(diào)試完成后，即通知制造廠派人調(diào)試機床。試驗主要有如下：
3) 各種手動試驗
a. 手動操作試驗 試驗手動操作的準確性。
b. 點動試驗
c. 主軸變檔試驗
d. 超程試驗
2) 功能試驗
a. 用按鍵、開關(guān)、人工操縱對機床進行功能試驗。試驗動作的靈活性、平穩(wěn)性及功能的可靠性。
b. 任選一種主軸轉(zhuǎn)速做主軸啟動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的連續(xù)試驗。操作不少于7次。
c. 主軸高、中、低轉(zhuǎn)速變換試驗。轉(zhuǎn)速的指令值與顯示值允差為±5%。
d. 任選一種進給量，在XZ軸全部行程上，連續(xù)做工作進給和快速進給試驗?？焖傩谐虘?yīng)大于1/2全行程。正反方和連續(xù)操作不少于7次。
e. 在X、Z軸的全部行程上，做低、中、高進給量變換試驗。
轉(zhuǎn)塔刀架進行各種轉(zhuǎn)位夾緊試驗。
f. 液壓、潤滑、冷卻系統(tǒng)做密封、潤滑、冷卻性試驗，做到不滲漏。
g. 卡盤做夾緊、松開、靈活性及可靠性試驗。
h. 主軸做正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及變換主軸轉(zhuǎn)速試驗。
i. 轉(zhuǎn)塔刀架進行正反方向轉(zhuǎn)位試驗。
j. 進給機構(gòu)做低中高進給量為快速進給變換試驗。
k. 試驗進給坐標超程、手動數(shù)據(jù)輸入、位置顯示，回基準點，程序序號批示和檢索、程序暫停、程序刪除、址線插補、直線切削徨、錐度切削循環(huán)、螺紋切削循環(huán)、圓弧切削循環(huán)、刀具位置補償、螺距補償、間隙補償?shù)裙δ艿目煽啃?、動作靈活性等。
4) 空動轉(zhuǎn)試驗
a. 主動動機構(gòu)運轉(zhuǎn)試驗，在最高轉(zhuǎn)速段不得少于1小時，主軸軸承的溫度值不超過70℃ ，溫升值不超過40℃；
b. 連續(xù)空運轉(zhuǎn)試驗，其運動時間不少于8小時，每個循環(huán)時間不大于15分鐘。每個循環(huán)終了停車，并模擬松卡工件動作，停車不超過一分鐘，再繼續(xù)運轉(zhuǎn)。
5) 負荷試驗
用戶準備好典型零件的圖紙和毛坯，在制造廠調(diào)試人員指導(dǎo)下編程和輸入程序，選擇切削刀具和切削用量。負荷試驗可按如下三步進行，粗車、重切削、精車。每一步又分單一切削和循環(huán)程序切削。每一次切削完成后檢驗零件已加工部位實際尺寸并與指令值進行比較，檢驗機床在負荷條件下的運行精度、即機床的綜合加工精度，轉(zhuǎn)塔刀架的轉(zhuǎn)位精度。
6） 驗收
機床開箱驗收，功能試驗，空運轉(zhuǎn)試驗、負荷試驗完成后，加工出合格產(chǎn)品，即可辦理驗收移交手續(xù)。如有問題，制造廠應(yīng)負責解決。
4．數(shù)控車床的使用條件
數(shù)控車床的正常使用必須滿足如下條件，機床所處位置的電源電壓波動小，環(huán)境溫度低于30攝示度，相對溫度小于80%。
1）機床位置環(huán)境要求
機床的位置應(yīng)遠離振源、應(yīng)避免陽光直接照射和熱輻射的影響，避免潮濕和氣流的影響。如機床附近有振源，則機床四周應(yīng)設(shè)置防振溝。否則將直接影響機床的加工精度及穩(wěn)定性，將使電子元件接觸不良，發(fā)生故障，影響機床的可靠性。
2）電源要求
一般數(shù)控車床安裝在機加工車間，不僅環(huán)境溫度變化大，使用條件差，而且各種機電設(shè)備多，致使電網(wǎng)波動大。因此，安裝數(shù)控車床的位置，需要電源電壓有嚴格控制。電源電壓波動必須在允許范圍內(nèi)，并且保持相對穩(wěn)定。否則會影響數(shù)控系統(tǒng)的正常工作。
3）溫度條件
數(shù)控車床的環(huán)境溫度低于30攝示度，相對溫度小于80%。一般來說，數(shù)控電控箱內(nèi)部設(shè)有排風扇或冷風機，以保持電子元件，特別是中央處理器工作溫度恒定或溫度差變化很小。過高的溫度和濕度將導(dǎo)致控制系統(tǒng)元件壽命降低，并導(dǎo)致故障增多。溫度和濕度的增高，灰塵增多會在集成電路板產(chǎn)生粘結(jié)，并導(dǎo)致短路。
4）按說明書的規(guī)定使用機床
用戶在使用機床時，不允許隨意改變控制系統(tǒng)內(nèi)制造廠設(shè)定的參數(shù)。這些參數(shù)的設(shè)定直接關(guān)系到機床各部件動態(tài)特征。只有間隙補償參數(shù)數(shù)值可根據(jù)實際情況予以調(diào)整。
用戶不能隨意更換機床附件，如使用超出說明書規(guī)定的液壓卡盤。制造廠在設(shè)置附件時，充分考慮各項環(huán)節(jié)參數(shù)的匹配。盲目更換造成各項環(huán)節(jié)參數(shù)的不匹配，甚至造成估計不到的事故。
使用液壓卡盤、液壓刀架、液壓尾座、液壓油缸的壓力，都應(yīng)在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，不允許任意提高。
數(shù)控車削的工藝與工裝
數(shù)控車床加工的工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數(shù)控車床是一次裝夾，連續(xù)自動加工完成所有車削工序，因而應(yīng)注意以下幾個方面。
1合理選擇切削用量
對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。
切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產(chǎn)生機械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。
進給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。
用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。如下表：
最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。
然而，在實際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時，需要根據(jù)實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。
2. 合理選擇刀具
1) 粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。
2) 精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。
3) 為減少換刀時間和方便對刀，應(yīng)盡量采用機夾刀和機夾刀片。
3. 合理選擇夾具
1) 盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具；
2) 零件定位基準重合，以減少定位誤差。
4. 確定加工路線
加工路線是指數(shù)控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。
1) 應(yīng)能保證加工精度和表面粗糙要求；
2) 應(yīng)盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。
5. 加工路線與加工余量的聯(lián)系
目前，在數(shù)控車床還未達到普及使用的條件下，一般應(yīng)把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時，則需注意程序的靈活安排。
6. 夾具安裝要點
目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現(xiàn)的，如圖1。液壓卡盤夾緊要點如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。
刀具上的 修光刃 指的是在刀具刀刃后面副偏角方向磨出的一小段與刀尖平行的刀刃 主要用于刀刃切削后進行一次二次切削 相當于精加工過程 去處毛刺等傷痕 目的是提高工件的表面粗糙度 多應(yīng)用于進行精加工的刀具上
七、車床的振動及控制
1 振動
車削加工過程中，工件和刀具之間常常發(fā)生強烈的振動，破壞和干擾了正常的切削加工，是一種極其有害的現(xiàn)象。當車床發(fā)生震動時，工件表面質(zhì)量惡化，產(chǎn)生明顯的表面振紋，工件的粗糙度增大，這時必須降低切削用量，使車床的工作效率大大降低。強烈振動時，會時車床產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，使切削加工過程無法進行下去。由于振動，將使車床和刀具磨損加劇，從而縮短車床和刀具的使用壽命；振動并伴隨有噪音，危害工人身心健康，使工作環(huán)境惡化。車床振動可公為自由振動、強迫振動和自系振動，據(jù)測算，這三類振動分別5%，30%，65%。
當振動系統(tǒng)的平衡被破壞，彈性力來維持系統(tǒng)的振動，稱為自由振動(如圖1)，在外界周期性干擾力持續(xù)作用下，被迫產(chǎn)生的振動稱為強迫振動(如圖2)，由振動過程本身引起切削力周期性變化，又由這個周期性變化的切削力反過來加強和維持的振動稱為自激振動。
2 車床振動的振源
尋找振動的來源，并加以排除或限制，是有效控制振動的途徑。振源來自車床內(nèi)部的，稱為機內(nèi)振源；來自車床外部的，稱為機外振源。
由于自由振動是由切削力的突然變化或其它外力沖擊引起的，可快速衰減，對車床加工過程影響非常小，可以忽略不計。
強迫振動的振源
機內(nèi)振源：車床上各個電動機的振動，包括電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡及電磁力不平衡引起的振動；機床回轉(zhuǎn)零件的不平衡，如皮帶輪、卡盤、刀盤和工件不平衡引起的振動；運動傳遞過程中引起的振動，如變速操縱機機構(gòu)中的齒輪嚙合時的沖擊力，卸荷帶輪把徑向載荷卸給箱體時的振動，三角皮帶的厚度不均勻，皮帶輪質(zhì)量偏心，雙向多片摩擦離合器，滑動軸承和滾動軸承尺寸及形位誤差引起的振動；往復(fù)部件運動的慣性力，如離和器控制箱體的正反轉(zhuǎn)引起的慣性力振動；切削時的沖擊振動，如切削帶有鍵槽的工件表面時循環(huán)沖擊載荷引起的振動；車床液壓傳動系統(tǒng)的壓力脈動。
機外振源：其它機床、鍛壓設(shè)備、火車、汽車等通過地基傳給車床的振動。
自激振動的振源
引起自激振動的振源主要有車削時切削量過大、主切削力的方向、車刀的幾何角度的選擇不當?shù)取?
3 振源分析
1）查找車床振動振源的框圖。
查找車床振動振源的框圖
2）車床主軸箱內(nèi)振源分析
一方面主軸箱中齒輪、軸承等零部件設(shè)計、制造及裝配過程中存在某些不足之處，另一方面長期工作過程中使得某些零件失效，導(dǎo)致主軸箱在工作過程中產(chǎn)生了振動。齒輪在嚙合時引起沖擊產(chǎn)生頻率為嚙合頻率的振動，主軸安裝偏心所引起周期性振動；軸承的損傷所引起周期性沖擊或者激發(fā)自身的各個元件以固有頻率振動；以及其它因素所引起的振動?，F(xiàn)以CA6140車床為例。對CA6140主軸箱傳動系統(tǒng)中軸的回轉(zhuǎn)頻率和齒輪嚙合頻率進行計算和實際測量(計算過程從略)。由于主軸轉(zhuǎn)速檔位較多，故僅選取主軸轉(zhuǎn)速為200rpm時計算主軸箱內(nèi)各軸的回轉(zhuǎn)頻率和齒輪嚙合頻率，計算結(jié)論數(shù)據(jù)如表1所示；主軸前端D3182121雙列向心短圓柱滾子軸的有關(guān)元件脈動頻率計算結(jié)論。
回轉(zhuǎn)軸號 理論頻率(HZ) 實際頻率(HZ)
回轉(zhuǎn)頻率 嚙合頻率 回轉(zhuǎn)頻率 嚙合頻率
Ⅰ fⅠ=13 f56=760 fⅠ=14.15 f56=792
Ⅱ fⅡ=19 f38=730 fⅡ=20.8 f38=792
f22=423 f22=459
Ⅲ fⅢ=7.29 f58=423 fⅢ=7.9 f50=364.5
f50=364.5 f50=395
Ⅳ fⅣ=7.29 f50=364.5 fⅣ=7.9 f51=371.8
f50=395 f51=403.8
Ⅴ fⅤ=7.44 f50=371.8 fⅤ=8 f50=403.8
f26=193.3 f26=210
Ⅵ fⅥ=3.333 f58=193.3 fⅥ=3.6 f58=210
表2
內(nèi)圈滾道波度 172.8HZ
滾珠通過內(nèi)圈的頻率 60.5HZ
外圈的頻率 47.5HZ
滾珠自轉(zhuǎn)頻率 29.4HZ
3）數(shù)據(jù)分析
經(jīng)過大量實踐分析對比，發(fā)現(xiàn)主軸箱內(nèi)頻率為f=173HZ、f=790HZ對切削力影響很大，f=173HZ頻率的振動主要是通過工件直接傳輸給刀架的，而f=790HZ一部分能量通過車床床身傳遞給刀架，一部分能量通過工件傳遞給刀架。
進一步對f=173HZ，f=790HZ頻率所產(chǎn)生振動原因進行分析=計算并與表1、表2對比。得出如下結(jié)果：f=173HZ是由主軸前端的雙列向心短圓柱滾子軸承的內(nèi)圈滾道表面粗糙度很大所引起的，f=790HZ為軸承上齒輪(Z=56)的嚙合頻率，由摩擦片離合器在嚙合處剛性不足造成齒輪嚙合時不平穩(wěn)所引起的。
通過以上分析可知，在切削過程中，f=173HZ和f=790HZ振動頻率對切削力影響很大。f=173HZ是由主軸前端的雙列向心短圓柱滾子軸承所引起的；f=790HZ是由軸承上的齒輪嚙合時不平穩(wěn)所引起的。
4 車床振動的控制
1）對強迫振動的控制
·將振源與車床隔離。設(shè)置隔振裝置，將振源所產(chǎn)生的振動由隔振裝置大部分吸收，減少振源對車削加工的干擾。挖防振溝，將車床安置在防振地基上，設(shè)置彈簧或橡皮墊減少振動。
·減少激振力。如精確平衡回轉(zhuǎn)零部件，將電動機轉(zhuǎn)子、皮帶輪和卡盤作靜平衡和動平衡試驗，提高軸承裝配精度。
·提高車床傳動的制造精度。如將變速操縱機構(gòu)中齒輪嚙合的制造精度提高，可以減少因齒輪嚙合傳動而引起的振動。
·提高工藝系統(tǒng)的剛度及阻尼。車床系統(tǒng)剛度增加，對振動的抵抗能力提高，亦可減少振動。
·調(diào)節(jié)系統(tǒng)的固有頻率，避免共振現(xiàn)象發(fā)生。
·采用減振器和阻尼器。
2）對自激振動的控制
·合理選擇與切削有關(guān)的系數(shù)；
·合理選擇車刀的幾何參數(shù)；
·合理安排刀尖高低、潤滑；
·提高工藝系統(tǒng)的抗振性。
八、數(shù)控車間規(guī)定
1、進入車間實習時，要穿好工作服，大袖口要扎緊，襯衫要系入褲內(nèi)。女同學(xué)要戴安全帽，并將發(fā)辮納入帽內(nèi)。不得穿涼鞋、拖鞋、高跟鞋、背心、裙子和戴圍巾進入車間。
2、嚴禁在車間內(nèi)追逐、打鬧、喧嘩、閱讀與實習無關(guān)的書刊、背誦外語單詞、收聽廣播和MP3等。
3、應(yīng)在指定的機床和計算機上進行實習。未經(jīng)允許，其它機床設(shè)備、工具或電器開關(guān)等均不得亂動。
4、操作前必須熟悉機床的一般性能、結(jié)構(gòu)、傳動原理及控制程序，嚴禁超性能使用。在弄懂整個操作過程前，不要進行機床的操作和調(diào)節(jié)。
5、開動機床前，要檢查車床電氣控制系統(tǒng)是否正常，潤滑系統(tǒng)是否暢通、油質(zhì)是否良好，并按規(guī)定要求加足潤滑油，各操作手柄是否正確，工件、夾具及刀具是否已夾持牢固，檢查周圍有無障礙物，然后開慢車試轉(zhuǎn)3～5分鐘，檢查各傳動部件是否正常，確認無故障后，才可正常使用。
6、機床操作時，必須嚴格按《數(shù)控車床操作步驟》進行，不允許跳步驟執(zhí)行。
7、程序調(diào)試完成后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師同意方可進行切削加工。未經(jīng)指導(dǎo)老師許可，擅自操作或違章操作，成績作零分處理，造成事故者，按相關(guān)規(guī)定處分并賠償相應(yīng)損失。
8、加工零件前，必須嚴格檢查各切削刀具，防止相鄰刀具在切削時干涉。
9、加工零件時，必須關(guān)上防護門，不準把頭手抻入防護門內(nèi)，加工過程中不允許打開防護門。
10、加工過程中，操作者不得擅自離開機床，應(yīng)保持思想高度集中，觀察機床的運行。若發(fā)生不正?，F(xiàn)象或事故時，應(yīng)立即按“急停”鍵，并及時報告指導(dǎo)老師。
11、嚴禁用力拍打控制面板、觸摸顯示屏。嚴禁敲擊中心架、頂尖、刀架和導(dǎo)軌。
12、嚴禁私自打開數(shù)控系統(tǒng)控制柜進行觀看和觸摸。
13、機床控制微機上，除進行程序操作和傳輸及程序拷貝外，不允許作其它操作。
14、數(shù)控車床屬于大精設(shè)備，機床上嚴禁堆放任何工、夾、刃、量具、工件和其它雜物。
15、工作完后，應(yīng)切斷電源，清掃切屑，擦凈機床，在導(dǎo)軌面上，加注潤滑油，各部件應(yīng)調(diào)整到正常位置，打掃現(xiàn)場衛(wèi)生，填寫設(shè)備使用記錄。
九、國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況
隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。
長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行。
十、數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢國
1 性能發(fā)展方向
(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。
(3)工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。
(4)實時智能化 早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。
2 功能發(fā)展方向
(1)用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。
數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢——智能化數(shù)控系統(tǒng)
(2)科學(xué)計算可視化 科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。
(3)插補和補償方式多樣化 多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?
(4)內(nèi)裝高性能PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序?qū)嵗?，用戶可在標準PLC用戶程序基礎(chǔ)上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。
(5)多媒體技術(shù)應(yīng)用 多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。
3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展
(1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。
(2)模塊化 硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。
(3)網(wǎng)絡(luò)化 機床聯(lián)網(wǎng)可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設(shè)定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。
(4)通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
4智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)
當前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。
智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計算機智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。
5關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)規(guī)范
如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾乎相同的科學(xué)計劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。
6關(guān)于數(shù)控標準
數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化。
STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約50％）。
目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機構(gòu)。美國的STEP Tools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型(Super Model)，其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證。
7 對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計
我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實施產(chǎn)業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實質(zhì)性進步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達50％，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達到了10％。
縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過4個5年計劃的攻關(guān)，總體來看取得了以下成績。
a.奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)控主機、專機及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。
b.初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機生產(chǎn)廠以及北京第一機床廠、濟南第一機床廠等若干數(shù)控主機生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。
c.建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍。
雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地認識到，我國高端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴大趨勢。從國際上來看，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計大致如下。
a.技術(shù)水平上，與國外先進水平大約落后10～15年，在高精尖技術(shù)方面則更大。
b.產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建
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