数控加工工艺概述(PPT 58)

数控加工与工艺技术 的新发展
控制智能化 互联网络化 快速原型 计算机集成制造系统（CIMS）
了解
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数控加工的原理
通过把数字化了的刀具移动轨迹信 息（通常指CNC加工程序），传入数控 机床的数控装置，经过译码、运算，指 挥执行机构（伺服电机带动的主轴和工 作台）控制刀具与工件相对运动，从而 加工出符合编程设计要求的零件。
简化了传统加工工艺；
高速切削
受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重 要方向之一。主要表现在：
数控机床主轴高转速
工作台高快速移动和高进给速度
高速切削
目前，高速加工涉及到的新技术主要有： 高速主轴
高速加工是通过大幅度提高主轴转速和加工进 给速度来实现的，为了适应这种高速切削加工， 主轴设计采用了先进的主轴轴承、润滑和散热 等新技术；
高速切削
刀具技术
刀具性能和质量对高速切削加工具有重大影响， 新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大提 高，从而提高了生产率，延长了刀具寿命。
高速切削
刀夹装置及快速刀具交换技术
在高速加工中，切削时间和每个托盘化零件加 工时间已显著缩短。高速、高精度定位的托盘 交换装置已成为今后的发展方向。
高速切削
神经网络是人脑部分功能的某些抽象、简化与模 拟，由数量巨大的以神经元为主的处理单元互连 构成，通过神经元的相互作用来实现信息处理。
人工神 经网络
互联网络化
网络功能正逐渐成为现代数控机床、数 控系统的特征之一。诸如现代数控机床的远程 故障诊断、远程状态监控、远程加工信息共享、 远程操作（危险环境的加工）、远程培训等都 是以网络功能为基础的。
使CNC控制单位精细化 提高位置检测精度 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制
齿隙补偿
采用补偿技术 丝杆螺距 误差补偿
热变形误 差补偿 空间误差 综合补偿
刀具误 差补偿
复合化加工
机床的复合化加工是通过增加机床的功能， 减少工件加工过程中的多次装夹、重新定位、 对刀等辅助工艺时间，来提高机床利用率。
ห้องสมุดไป่ตู้
互联网络化
美国波音公 司利用数字 文件作为制 造载体，首 次利用网络 功能实现了 无图纸制造 波音777新型 客机。
图示为波音公司利用计算机辅助设计对777 客机的零部件进行信息化处理。
快速原型
现代意义上的快速成型技术始于70年代末期出 现的立体光刻技术（SLA）,它是汹涌而来的数字化浪 潮在加工领域中不可避免的延拓，连续的曲面被离散 成用STL文件表达的三角面片，零件在加工方向上被 离散成若干层。这种离散化使得任意复杂的零件原型 都可以加工出来，加工过程也大大简化了。
高速切削
高速伺服进给系统
高速加工通常要求在高主轴转速下，使用在很 大范围内变化的高速进给。高速进给的需求已 引起机床结构设计上的重大变化：采用直线伺 服电机来代替传统的电机丝杠驱动；
高速切削
适于高速加工的数控系统
高速加工数控系统需要具备更短的伺服周期和 更高的分辨率，同时具有待加工轨迹监控功能 和曲线插补功能，以保证在高速切削时，特别 是在4-5轴坐标联动加工复杂曲面轮廓时仍具 有良好的加工性能。
确定切 削参数
选择和 设计刀 具、夹 具与量 具
数控加工工艺与普通加工工艺 的区别及特点
由于数控加工采用了计算机控制系统和 数控机床，使得数控加工具有加工自动化程 度高、精度高、质量稳定、生成效率高、周 期短、设备使用费用高等特点。在数控加工 工艺上也与普通加工工艺具有一定的差异。
数控加工与工艺技术的新发展
随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术 正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成 就，使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、 高柔性化及信息网络化等方向发展。整体数控加工 技术向着CIMS（计算机集成制造系统）方向发展。
高速切削
高速加工技术是自上个世纪80年代发展起来的 一项高新技术，其研究应用的一个重要目标是缩短加 工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材 料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品 的高精度和高质量。由于不同加工工艺和工件材料有 不同的切削速度范围，因而很难就高速加工给出一个 确切的定义。目前，一般的理解为切削速度达到普通 加工切削速度的5～10倍即可认为是高速加工。
计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS集成的三个阶段： 过程集成 对产品设计开发中的各串行过程尽可能多地转变 为并行过程，在设计时就考虑到后续工作中的可 制造性、可装配性，设计时考虑质量，把设计开 发中的信息大循环变成多个小循环，可以减少反 复，缩短开发时间。
计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS集成的三个阶段： 企业集成 21世纪的制造业必须面队全球制造的新形势，充分利 用全球的制造资源，以便更快、更好、更省地响应市 场需求。这就是敏捷制造的思想。敏捷制造的组织形 式是企业之间针对某一特定产品，建立企业动态联盟 （即所谓虚拟企业）。敏捷的企业联盟应该是“两头 大、中间小”，即强大的新产品设计与开发能力和强 大的市场开拓与竞争的能力。“中间小”即加工制造 设备的能力可以小。多数零部件可以靠协作解决，企 业可以在全球采购价格最便宜、质量最好的零部件， 因此企业间的集成是企业优化的新台阶。
高速切削
高速加工与传统的数控加工方法相比没有什么本质的区别， 两者牵涉到同样的工艺参数，但其加工效果相对于传统的数控加 工有着无可比拟的优越性： 有利于提高生产率； 有利于改善工件的加工精度和表面质量； 有利于延长刀具的使用寿命和应用直径较小的刀具；
有利于加工薄壁零件和脆性材料； 经济效益显著提高。
快速原型
草构 图思 创意 测 量 快速 原型 计 算 机工 艺设计 计 算 机辅 助制造 现代产品开发模式 数控加工 产品
工艺文档
计 算 机 辅助设计
图形文档
数控代码
快速原型
快速原型的英文缩写为RP，在RP出现的初期， 其用途主要是加工产品原型，随着成型工艺、材料的 进步以及快速制模技术的发展，RP已发展成能直接或 间接制造功能零件和模具的快速成型制造,奠定了在制 造业中的位置,并且形成了一个不断扩大的RP/RT市场。 据Wholers Associates 的统计，全球RP设备已有近 7000台，分布在58个国家。
数控加工工艺设计的主要内容
选择并 确定进 行数控 加工的 内容
数控加 工的工
艺分析
零件图 形的数 学处理 及编程 尺寸设 定值的 确定
制定数 控加工 工艺 方案
确定工 步和进 给路线
选择数 控机床 的类型
数控加 工工艺 技术文 件的定 型与归 档
首件试 加工与 现场问 题处理
编写、 校验和 修改加 工程序
例如：
新型高性能光敏树脂的出现，解决了SLA的收缩变形和强 度等问题。EOS公司的EOSINT_M激光金属粉末烧结快速 成型设备可直接成型金属零件或注塑模具。
快速原型
RP技术发展到今天已有20余年的历史，新的快速成型工艺 不断产生、功能不断完善、精度不断提高、成型速度不断提高。
例如：
在软件方面，STL文件的处理软件不断专业化，使得各种 文件的转换和STL文件的修复、处理、操作等功能日臻完 善，形成了基于STL的CAD平台。
计算机集成制造系统（CIMS）
经自动化工厂“通信网络”连接的各个子系统，可构成 一个有机联系的整体，即自动化工厂。计算机集成制造反映了 制造系统的这一新发展。计算机集成制造系统则是技术上的具 体实现，他能为现代制造企业追求在激烈变化中、动态市场条 件下，具有快速灵活响应的竞争优势提供所要求的战略性系统 技术。 计算机集成制造系统的发展可以实现整个机械制造厂的 全盘自动化，成为自动化工或无人化工厂，是自动化制造技 术的发展方向。
计算机集成制造系统（CIMS）
计算机集成制造系统主要由设计与工艺模块、制造模块、 管理信息模块和存储运输模块构成 。
计算机集成制造系统（CIMS）
各模块的主要功能： 设计与工 艺模块 CAD、CAE、CAPP、CAM等
制造模块
DNC、CNC、车间生产计划、作业调度、 刀具管理、质量检测与控制、装配、自动 化仓库、FMC/FMS等 市场预测、物料需求计划、生产计算、成 本核算及销售等
快速原型
RP技术发展到今天已有20余年的历史，新的快速成型工艺 不断产生、功能不断完善、精度不断提高、成型速度不断提高。
例如：
随着固态激光技术的突破，高达1000mw的紫外激光器应 用在SLA设备中，使其成型速度得到大大提高，激光器的 使用寿命由最初的2500小时延长到上万小时。
快速原型
RP技术发展到今天已有20余年的历史，新的快速成型工艺 不断产生、功能不断完善、精度不断提高、成型速度不断提高。
高精加工
高精加工是高速加工技术与数控机床的 广泛应用结果。以前汽车零件的加工精度要 求在0.01mm数量级，现在随着计算机硬盘、 高精度液压轴承等精密零件的增多，精整加 工所需精度已提高到0.1μm ，加工精度进入 了亚微米世界。
高精加工
提高机械设备的制 造精度和装配精度 提高数控系统的分辨率
以微小程序段实现连续进给 减小数控系统 的控制误差
存储运输模块的主要功能有仓库管理、自 动搬运等。
管理信息 模块
存储运输 模块
计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS集成的三个阶段： 针对设计、管理和加工制造中大量存在的自动化 孤岛，实现信息正确、高效的共享和交换，是改 善企业技术和管理水平必须首先解决的问题。 信息集成
信息集成的主 要内容包括
企业建模、系统设计方法、软件工具和规范 异构环境下的信息集成
高速加工作为一种新的技术，其优点是显而易见的，它给 传统的数控加工带来了一种革命性的变化，但是，目前既便是在 加工机床水平先进的瑞士、德国、日本、美国，对这一崭新技术 的研究也还处在不断的摸索研究中。有许多问题有待于解决：如 高速机床的动态、热态特性；刀具材料、几何角度和耐用度问题； 机床与刀具间的接口技术（刀具的公平衡、扭矩传输）；冷却润 滑液的选择；CAD/CAM的程序后处理问题；高速加工时刀具轨 迹的优化问题等等。国内在这一方面的研究采尚处于起步阶段， 要赶上并尽快缩小与国外同行业间的差距，还有许多路要走。
数控加工工艺的概念
数控加工工艺是采用数控机床加工零 件时所运用各种方法和技术手段的总 和，应用于整个数控加工工艺过程。 数控加工工艺是伴随着数控机床的产 生、发展而逐步完善起来的一种应用 技术，它是人们大量数控加工实践的 经验总结。
数控加工工艺过程
数控加工工艺过程是利用切削刀具 在数控机床上直接改变加工对象的形状、 尺寸、表面位置、表面状态等，使其成 为成品或半成品的过程。
快速原型
从RP/RT技术的现状来看，未来几年的主要发展趋势如下：
提高RP系统的速度、控制精度和可靠性 开发专门用于检验设计、模拟制品可视化，而对尺寸精度、 形状精度和表面粗糙度要求不高的概念机。 研究开发成本低、易成形、变形小、强度高、耐久及无污 染的成形材料。 研究开发新的成形方法 研究新的高精度快速模具工艺
第一单元
学习内容与知识点：
内容 数控加工过程 数控加工工艺概念 与工艺过程 数控加工工艺的主要内容 数控加工工艺的特点
数控加工工艺概述
知识点 数控加工的概念 数控加工的过程 数控加工工艺的概念 数控加工工艺过程的概念 数控加工工艺设计的主要内容 数控加工工艺与普通加工工艺的区别及特点 高速切削 高精加工 复合化加工 掌握 重点掌握 理解 2 学习要求 理解 建议学时
控制智能化
智能制造技术 包括专家系统、模糊推理和人工 神经网络三大部分。
控制智能化
专家 系统
先是采集领域专家的知识，然后将知识分解为事 实与规则，存储于知识库中，通过推理作出决策。
模糊 推理
模糊推理又称模糊逻辑，它是依靠模糊集和模糊逻 辑模型进行多个因素的综合考虑，采用关系矩阵算 法模型、隶属度函数、加权、约束等方法，处理模 糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。
复合化加工
复合化加工的两重含义：
工序和工 艺的集中 即 一台装夹可完成多工种、多工序
工艺的 成套
即
企业向复合型发展，为用户提供 成套服务
控制智能化
数控技术智能化程度不断提高，体现在以下几 个方面：
加工过程自适应控制技术
加工参数的智能优化与选择
故障自诊断功能
智能化交流伺服驱动装置
控制智能化
智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系 统、拟人化用户接口管理系统集于一体。