第一部分：数控机床应用调查
一、 品正数控深孔钻床外型及简介
品正数控深孔钻床外型如图1-1
图1-1
品正数控深孔钻床简介：
深孔钻 : 自1982年生产以来， 一直占据生产的重要位置。 现市场对模具生产交期需求迫切， 深孔加工机快捷，便利， 不需要铰孔， 一步到位， 成了不可或缺的工具。更兼投资回收成本快速， 是抢占市场的利器。
二、深孔钻在设计上的优点
合运水道，热流道，顶针孔，油泵深孔，轧辊孔等深孔加工。 敝司深孔钻在设计上有以下的优点 :
1. 工作台， 底座机身， 立柱， 升降台， 全部 FC30铸铁成型， 加工时达至最佳的吸震效果。
2. 床身工作台底座一体成型， 结构一致， 筋骨强壮， 没有立柱与工作台分开的设计。
3. 滑轨， 工作台导轨， 采用V型导轨， 保证准确的导向性， 无方轨之侧间隙。滑动时无蛇行现象， 亦能维持滑动之顺畅。在强压下承载座与滑动座更紧密结合。两者接触而能平均受力。长时间运动能维持稳定之动静态精度， 而能达到增长机件寿命及提高加工品质。
4. 滑轨经热处理研磨， 更能保证耐用与刚性。
5. 采用良好的油压泵设计， 控制流量与压力， 确保使用寿命。
6. 另外更采用CNC 换刀系统装置， 只用轻轻按下控制键， 气动锁刀系统。 更换刀具方便。
7. 纸带与磁铁过滤装置， 能将钢材加工中铁屑与切削油废弃的微量元素过滤， 循环再用。
三、品正深孔钻规格表
深孔钻规格表
型号 MGD-813 MGD-1015 MGD-1520 MGD-1525
Table (单位 mm)
工作台尺寸 400x1500 600x2000 800x2300 800x2800
作业面积 1300x600x800(z1)x400(z2) 1500x600x1000 2000x1000x1500 2500x1000x1500
T型槽 18mmx63mmx5 22x34x5 22x34x7 22x34x7
主轴
主轴进给行程 800
主轴进给速度 (mm/min) 20-5000mm
主轴直径 Φ120
主轴端至台面距离 70 mm
电动机
主轴(kw) 7.5kw
磁力分离器(W) 25W
纸带过滤器 25W
铁削排除机 (W) 0.375
油压泵 10HPx6P
润滑油泵 150Wx2
加工能力
加工深度 800 1000 1250 1500
钻孔能力 Φ3-25mm(32)
油压系统
切削油桶 (L) 1800LT
高压泵压力 (kg/cm2 ) 0-120
高压泵吐出量 (L/min) 5-70
最大载重 (kg) 7000
机械净重 (kg) App.9000 App.10500 App.14500 App.16500
占地面积 App.3125x2046 App.5000x5000 App.5500x5500 App.6000x6000
第二部分：数控加工工艺分析
要求：能够根据图纸的几何特征和技术要求，运用数控加工工艺知识，选择加工方法、装夹定位方式、合理地选择加工所用的刀具及几何参数，划分加工工序和工步，安排加工路线，确定切削参数。在此基础上，能够完成中等复杂零件数控加工工艺文件的编制（至少两个零件的工艺分析）。一、加工平面凸轮零件上的槽与孔，外部轮廓已加工完，零件材料为HT200。 图2.1
1、零件图工艺分析
凸轮槽形内、外轮廓由直线和圆弧组成，几何元素之间关系描述清楚完整，凸轮槽侧面与 、 两个内孔表面粗糙度要求较高，为Ra1.6。凸轮槽内外轮廓面和 孔与底面有垂直度要求。零件材料为HT200，切削加工性能较好。
根据上述分析，凸轮槽内、外轮廓及 、 两个孔的加工应分粗、精加工两个阶段进行，以保证表面粗糙度要求。同时以底面A定位，提高装夹刚度以满足垂直度要求。
2、确定装夹方案
根据零件的结构特点，加工 、 两个孔时，以底面A定位（必要时可设工艺孔），采用螺旋压板机构夹紧。加工凸轮槽内外轮廓时，采用“一面两孔”方式定位，既以底面A和 、 两个孔为定位基准。
3、确定加工顺序及走刀路线
加工顺序的拟定按照基面先行、先粗后精的原则确定。因此应先加工用做定位基准的 、 两个孔，然后再加工凸轮槽内外轮廓表面。为保证加工精度，粗、精加工分开，其中 、 两个孔的加工采用钻孔—粗铰—精铰方案。走刀路线包括平面进给和深度进给两部分。平面进给时，外凸轮廓从切线方向切入，内凹轮廓从过渡圆弧切入。为使凸轮槽表面具有较好的表面质量，采用顺铣方式铣削。深度进给有两种方法：一种是在XOY平面（或YOX平面）来回铣削逐渐进刀到既定深度；另一种方法是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀到既定深度。
4、刀具选择
根据零件特点选用8把刀具，如下表：
序号 刀具号 刀具 加工表面 备注
规格名称 数量 刀长/mm
1 T01 ￠5中心钻 1 钻￠5mm中心孔
2 T02 ￠19.6钻头 1 45 ￠20孔粗加工
3 T03 ￠11.6钻头 1 30 ￠12孔粗加工
4 T04 ￠20铰刀 1 45 ￠20孔精加工
5 T05 ￠12铰刀 1 30 ￠12孔精加工
6 T06 90°倒角铣刀 1 ￠20孔倒角1.5×45°
7 T07 ￠6高速钢立铣刀 1 20 粗加工凸轮槽内外轮廓 底圆角R0.5
8 T08 ￠6硬质合金立铣刀 1 20 精加工凸轮槽内外轮廓
5、切削用量选择
凸轮槽内、外轮廓精加工时留0.1㎜铣削余量，精铰 、 两个孔时留0.1㎜铰削余量。主轴转数是1000r/min。二、轴类零件的加工工艺分析与实例
一渗碳主轴（如图2-2），每批40件，材料20Cr，除内外螺纹外S0.9～C59。渗碳件工艺比较复杂，必须对粗加工工艺绘制工艺草图（如图）。
主轴加工工艺过程
工 序 工种 工步 工序内容及要求 机床设备（略） 夹具 刀具 量具
1 车 按工艺草图车全部至尺寸
工艺要求：（1）一端钻中心孔φ2。（2）1：5锥度及莫氏3＃内锥涂色检验，接触面＞60%。（3）各需磨削的外圆对中心孔径向跳动不得大于0.1
CA6140 莫氏3号铰刀 莫氏3号塞规1：5环规
检查
2 淬 热处理S0.9－C59
3 车 去碳。一端夹牢，一端搭中心架
<1> 车端面，保证φ36右端面台阶到轴端长度为40
<2> 修钻中心孔φ5B型
<3> 调头
车端面，取总长340至尺寸，继续钻深至85，60°倒角
检查
4 车 一夹一顶 CA6140
<1> 车M30×1.5–6g左螺纹大径及ф30JS5处至
Φ30
<2> 车φ25至φ25 、长43
<3> 车φ35至φ35
<4> 车砂轮越程槽
5 车 调头，一夹一顶
<1> 车M30×1.5–6g螺纹大径及φ30JS5处至φ30
<2> 车φ40至φ40
<3> 车砂轮越程槽
6 铣 铣19 二平面至尺寸
7 热 热处理HRC59
8 研 研磨二端中心孔
9 外磨 二顶尖，（另一端用锥堵） M1430A
<1> 粗磨φ40外圆，留0.1～0.15余量
<2> 粗磨φ30js外圆至φ30t （二处）台阶磨出即可
<3> 粗磨1:5锥度，留磨余量
10 内磨 用V型夹具（ф30js5二外圆处定位） M1432A
磨莫氏3＃内锥（重配莫氏3＃锥堵）精磨余量
0.2～0.25
11 热 低温时效处理（烘），消除内应力
12 车 一端夹住，一端搭中心架
<1> 钻φ10.5孔，用导向套定位，螺纹不攻 Z–2027
<2> 调头，钻孔φ5攻M6–6H内螺纹
<3> 锪孔口60°中心孔
<4> 调头套钻套钻孔ф10.5×25（螺纹不改）
<5> 锪60°中心孔，表面精糙度0.8 60°锪钻
检查
13 钳 <1> 锥孔内塞入攻丝套
<2> 攻M12–6H内螺纹至尺寸
14 研 研中心孔Ra0.8
15 外磨 工件装夹于二顶尖间
<1> 精磨φ40及φ35φ25外圆至尺寸
<2> 磨M30×1.5 M30×1.5左螺纹大径至30
<3> 半精磨ф30js5二处至ф30
<4> 精磨1:5锥度至尺寸,用涂色法检查按触面大于85% 1:5环规
16 磨 工件装夹二顶尖间，磨螺纹
<1> 磨M30×1.5–6g左螺纹至尺寸 M33×1.5左环规
<2> 磨M30×1.5–6g螺纹至尺寸 M33×1.5环规
17 研 精研中心孔Ra0.4
18 外磨 精磨、工件装夹于二顶尖间 M1432A
精磨2-φ30 至尺寸,注意形位公差
19 内磨 工件装在V型夹具中，以1–ф30外圆为基准，精磨莫氏3号内锥孔（卸堵，以2–ф30js5外圆定位），涂色检查接触面大于80%,注意技术要求“1”“2” MG1432A
检查
20 普 清洗涂防锈油，入库工件垂直吊挂 该轴类零件加工过程中几点说明：
1．采用了二中心孔为定位基准，符合前述的基准重合及基准统一原则。
2．该零件先以外圆作为粗基准，车端面和钻中心孔，再以二中心孔为定位基准粗车外圆，又以粗车外圆为定位基准加工锥孔，此即为互为基准原则，使加工有一次比一次精度更高的定位基准面。3号莫氏圆锥精度要求很高。因此，需用V型夹具以2－ф30js5外圆为定位基准达到形位公差要求。车内锥时，一端用卡爪夹住，一端搭中心架，亦是以外圆作为精基准。
3．半精加工、精加工外圆时，采用了锥堵，以锥堵中心孔作为精加工该轴外圆面的定位基准。
对锥堵要求：
① 锥堵具有较高精度，保证锥堵的锥面与其顶尖孔有较高同轴度。
② 锥堵安装后不宜更换，以减少重复安装引起的安装误差。
③ 锥堵外径靠近轴端处须制有外螺纹，以方便取卸锥堵。
4．主轴用20Cr低碳合金钢渗碳淬硬，对工件不需要淬硬部分发（M30×1.5－6g左、M30×1.5－6g、M12－6H、M6－6H）表面留2.5－3mm去碳层。
5.螺纹因淬火后，在车床上无法加工，如先车好螺纹后再淬火，会使螺纹产生变形。因此，螺纹一般不允许淬硬，所以在工件中的螺纹部分的直径和长度上必需留去碳层。对于内螺纹，在孔口也应留出3mm去碳层。
6.为保证中心孔精度，工件中心孔也不允许淬硬，为此，毛坯总长放长6mm。
7.为保证工件外圆的磨削精度，热处理后须安排研磨中心孔的工序，并要求达到较细的表面粗糙度。外圆磨削时，影响工件的圆度主要是由于二顶尖孔的同轴度，及顶尖孔的圆度误差。
8.为消除磨削应力，粗磨后安排低温时效工序（烘）。
9.要获高精度外圆，磨削时应分粗磨、半精磨、精磨工序。精磨安排在高精度磨床上加工。第三部分：编制数控加工程序
要求：能够根据图纸的技术要求和数控机床规定的指令格式与编程方法，正确地编制中等复杂典型零件的加工程序，或应用CAD/CAM自动编程软件编制较复杂零件的加工程序。（至少两个零件）。
一、 编制轴类零件（1）数控加工程序
如图3.1所示的零件。
毛坯为 42㎜的棒料，从右端至左端轴向走刀切削;粗加工每次进给深度1.5㎜，进给量为0.15㎜/r;精加工余量X向0.5㎜，Z向0.1㎜，切断刀刃宽4㎜。工件程序原点如图 图3.1所示。
该零件结构较为简单，属典型轴类零件，轴向尺寸80㎜，采用三爪卡盘装夹即可，选工件回转轴线及右侧面的交点为加工坐标系原点。
1． 选择刀具编号并确定换刀点
根据加工要求选用3包刀具：1号为外圆左边偏粗车刀，2号为外圆左偏精车刀，3号刀为外圆切断刀，换刀点与对刀点重合
2．确定加工路线
1）粗车外圆。从右至左切削外轮廓，采用粗车循环。
2）精车外圆。左端倒角→ 20㎜外圆→倒角→ 30㎜外圆→倒角→ 40㎜外圆。
（3）切断
3选择切削用量
选择切削用量参数见表3.1.
表3.1 选择切削用量参数转数指令 进给速度（mm/r） 刀具
粗车外圆 M43 0.15 1号
精车外圆 M44 0.1 2号
切断 M43 0.1 2号编写程序
O0001
M03T0101 M43 F0.15
G00 X43.Z0.
G01X0.
G00X42.Z0.
G71 U2.R0.3
G71 P1 Q2 U0.25 W0.1 F0.15
N1 G01 X18.
X20.Z-1.
Z-20.
X28.
X30.Z-21.
Z-50.
X38.
X40.Z-51.
Z-82.
N2 X44.
G00Z0
M00
M03 M44 T0202
G70 P1 Q2
G00Z5.
M00
M03 M43 T0303
G00 Z-44.
G01X0.
X44.
G00Z5.
M30 二、 编制轴类零件（2）数控加工程序
加工如图3-2所示零件，材料45钢，坯料 60×122。
1、刀具：T1——硬质合金93°右偏刀；
T2——宽3mm硬质合金割刀，D1——左刀尖。加工工序 材料 刀具
车外圆 硬质合金 T1
切槽 硬质合金 T2
该零件结构较为简单，属典型轴类零件，轴向尺寸120㎜，采用三爪卡盘装夹即可，选工件回转轴线及右侧面的交点为加工坐标系原点。
2、 选择刀具编号并确定换刀点
根据加工要求选用2包刀具：1号为外圆左边偏粗车刀，2号刀为外圆切断刀和切槽刀，换刀点与对刀点重合 3、程序编写
程序指令 说明
N10 G56 S300 M3 M7 T1； 选择刀具，设定工艺数据
N20 G96 S50 LIMS=3000 F0.3； 设定粗车恒线速度
N30 G0 X65 Z0； 快速引刀接近工件，准备车端面
N40 G1 X-2； 车端面
N50 G0 X65 Z10； 退刀
N60 CNAME=“LK2”； 轮廓调用
N70 R105=1 R106=0.2 R108=4 R109=0
R110=2 R111=0.3 R112=0.15； 毛坯循环参数设定
N80 LCYC95； 调用LCYC95循环轮廓粗加工
N90 G96 S80 LIMS=3000 F0.15； 设定精车恒线速度
N100 R105=5； 调整循环参数
N110 LCYC95； 调用LCYC95循环轮廓精加工
N120 G0 X100 Z150； 快速退刀，准备换割刀
N125 G97； 取消恒线速度
N130 T2 F.1 S250； 换T2割刀D1有效，调整工艺数据
N140 G0 X42 Z-33； 快速引刀至槽Z向左侧
N150 LCEXP2 P8； 调用子程序8次割8槽
N160 G0 X100 Z150 M9； 快速退刀，关冷却
N170 M2； 程序结束
LK2
N10 G1 X0 Z0；
N20 G3 X20 Z-10 CR=10；
N30 G1 Z-20；
N40 G2 X30 Z-25 CR=5；
N50 G1 X39.98 CHF=2.818；
N60 Z-100；
N70 X60 Z-105；
N80 M17；
LCEXP2
N10 G91 G1 X-14；
N20 G4 S2；
N30 G1 X14；
N40 G0 Z-8；
N50 G90 M17； 第四部分：绘制CAD零件图
数控加工毕业论文 1 水泵特点及叶片加工要求 太浦河泵站的设计净扬程为1.39m，单泵流量50m3/s，装有6台斜150轴伸泵，叶轮直径4.1m，是国内最大的斜轴伸式水泵。由于该水泵的扬程特低、流量很大，要求水泵装置具有很高的水力效率和良好的汽蚀性能。叶片是水泵的最重要部件，它直接和决定水泵的能量指标、汽蚀性能、水压脉动和泵组的运行振动。通过国际招标，水泵由无锡水泵厂制造。该厂采用数控机床对叶片进行加工，以保证原型水泵与模型水泵有很好的水力相似，叶片各方面的技术指标可以达到或超过招标文件规定的各项技术要求。 2 水泵叶片技术要求 2.1叶片材料 水泵叶片材料采用ZG0Cr13Ni4Mo。其化学成分见表1，物理指标见表2。 表1 ZG0Cr13Ni4Mo材料化学成分 化学成分 C Si Mn S Cr Ni Mo 含量（%） ≤0.06 ≤1.00 ≤1.00 ≤0.030 5～14.0 3.50～4.50 0.40～1.00 表2 ZG0Cr13Ni4Mo材料物理指标 物理指标 σb σs δ ψ HB 数值 760Mpa 550MPa 15% 35% ≥240 该材料的特性是抗汽蚀性能好，可焊性好，硬度较高，耐磨损，在水轮机和水泵制造中较常使用。 2.2 叶片加工技术要求 太浦河水泵的设备招标文件编制时，兼顾了叶片常规加工和数控机床加工的两种要求。招标文件规定：叶片型线允许偏差不超过±0.15%D（D为叶轮直径m），叶片厚度的允许偏差为-3%T～+6%T（T为叶片厚度）。叶片正背面的波浪度应低于2/100，在进水口等容易产生汽蚀的部位叶片波浪度应小于1/100。叶轮叶片安放角最大偏差不大于±15/。叶片表面粗糙度不得大于6.3μm。 3 叶片加工方式 轴流式水泵的叶片加工一般采用两种方式：一种是叶片表面手工打磨的常规加工方式，另一种是数控机床加工方式。 3.1 常规加工方式 常规加工方式工艺较简单，费用低，轴流式水泵叶片基本采用常规加工。其主要工艺过程如下： a：叶片固溶处理（不锈钢） b：叶片表面随形磨、打磨 c：按叶片坐标，三坐标工具检测坐标、划中心孔位置线及零度位置线 d：钻两端中心孔 e：粗加工叶片柄部 f：探伤检查 g：精加工叶片柄部 h：钻定位孔或铣键槽 I：叶片称重分组和转子体装配 j：加工叶片外球形 k：校静平衡 常规加工的叶片表面有两种处理方式。对小型水泵，叶片铸造时表面不留加工余量，叶片精度主要由木模和铸造精度来保证，变形量比较大，叶片表面极个别处（约1～2处）最大变形可达到5～6-12mm（根据叶片大小和叶型厚度）。对大型或重要的水泵，叶片铸造时表面留3～4mm加工余量，在探伤检查后，叶片表面多次采用坐标检测和打点，对其用砂轮进行手工表面打磨，重新划叶片零度线，以达到设计要求。叶片表面的精度主要由操作工及测量手段保证，一般能达到1.5mm，有一定的误差。该采用坐标投影测量（游标精度0.02mm、实测精度≤0.5mm）。 3.2 数控机床加工 叶片采用数控机床加工是一种最先进的加工方式，虽然它的加工费用较高，但对于大型水泵河特殊要求的水泵，可以保证原型叶片的型线、表面粗糙度和精度、各叶片重量具有很高的一致性。数控机床加工主要工艺过程如下： a：叶片固溶处理（不锈钢） b：叶片表面随形磨、打磨 c：按叶片坐标，坐标投影检测坐标、划中心孔位置线及零度位置线 d：钻两端中心孔 e：粗加工叶片柄部 f：叶片坐标检测、记录、重新划叶片零度线 g：探伤检查 h：精加工叶片柄部 I：钻定位孔或铣键槽 j：叶片坐标检测、记录 k：叶片表面数控加工 l：叶片称重分组和转子体装配 m：加工叶片外球形 n：校静平衡 与常规叶片加工方式相比，数控机床加工方式增加了叶片表面坐标检测和数控加工的工艺流程。 数控机床有三轴、四轴、五轴几种形式。三轴数控机床仅有X、Y、Z三个坐标，铣刀位置不调整，宜加工一般要求的工件。四轴和五轴数控机床除有X、Y、Z三个坐标外，还有刀头旋转的坐标，可以调整加工误差，工件加工精度很高。数控机床在加工上又有2.5轴、三轴联动、四轴联动、五轴联动的不同加工。运转速度上又可分为传统的低速铣床和的高速铣床。数控机床配置有CAD/CAM/CAE软件，可以按设计的曲面型线，仿型加工。数控加工采用不同的加工方式和加工工艺，其达到的精度、效果也不相同。 3.3 两种加工方式比较 虽然传统的低速铣床也可加工叶片的曲面，但难以控制叶片的型线，尤其在叶片比较薄的地方，传统的低速铣床在切削力的作用下，产生振动和弹性退让，降低了加工精度。一般传统三轴铣床加工表面粗糙较差和存在着加工死角，通常在工艺上还要进行大量的表面打磨。数控机床将叶片型线输入控制箱内，可以随意控制和调整铣刀的加工，用直线、圆弧命令逼近零件，控制刀位轨迹使叶片表面的实际曲线与设计的曲线完全一致，精加工后的叶片表面不用打磨，便达到设计要求。 数控机床加工的叶片型线和精度，根据编制的设计程序控制加工，可以不再对叶片表面进行检测。数控机床的精度由有关部门按规定期限定期进行检验，所以它的可靠性和精度远高于常规叶片加工后的检测方式。 4 太浦河水泵叶片加工 太浦河泵站斜150轴伸泵叶轮直径4.1米，每个叶轮有三个叶片，每个叶片重～1.95t，共18个叶片。为保证水泵叶片的加工质量，无锡水泵厂选择了富春江水工机械厂的五轴联动数控机床，它的加工效果非常好。 数控机床加工的太浦河水泵叶片，叶片加工精度实测数值： 叶片正面波浪度0.4～0.8/100，集中区域0.5～0.8/100，并均匀分布。 叶片背面波浪度0.4～1.2/100，其中≤1/100的区域占总面积的87.7%。 叶片表面粗糙度1.6～5.3μm，集中分布区域2.6～3.8μm。 实测2502个点坐标，其坐标误差-3～+4mm，绝对值≤3mm的占90.67%。 按要求每个叶片重量误差≤39kg。实测18个叶片，重量误差0～35kg，其中≤25kg的占88.89%，≤10kg的占50%。 坐标误差即为叶片允许误差，叶轮直径4.1m，允许误差为±6.15mm。 5 数控机床加工的性 数控机床的价格比较贵，所以加工的费用比常规加工的要高。加工费用由机床折旧费、日常维护费、操作人员和管理人员费、加工中的正常损耗如刀具、电、气、冷却液等费用构成。最简单的方法是单位工时价格×工时数。工时包括软件计算工时和装夹、换刀等工时。确定数控加工的方法非常丰富，从2.5轴至5轴联动，速度从低速至高速、工艺变化很多，刀位轨迹变化多，为有良好的经济性，应根据不同加工件的产品质量要求，选定最优数控加工程序和经济的加工方法。 比如，加工余量的确定是为了保证叶片能加工出来，应根据叶片大小、厚度，选择合适的叶片单面加工余量，太浦河水泵叶片的尺寸可放5～13mm余量；叶片根部、进出口边圆角等处可考虑以磨代铣降低费用。为了经济、高效又高精度的加工叶片，加工精度可通过人机交互设定。粗加工时三轴联动重切削加工去除大量表面余量，精加工时采用五轴联动高速加工，消除加工死角及薄壁处的振动和弹性退让，表面加工后不用打磨。在运行软件上可以首先用CAD三维设计、造型叶片，修改叶片表面缺陷，对表面光滑处理。然后用CAM灵活设计加工方法、确定加工参数、刀具等，进行刀轨的校核、编辑、优化、模拟仿真以获得最佳加工刀位轨迹，通过后处理程序生成加工程序。 太浦河水泵的叶轮直径4.1m，每个叶片重1.95t，由于委托外厂数控机床加工，每个叶片费用近8万元。0Cr13Ni4Mo的材料比较硬，如叶片铸造余量留得比较大，将增加数控机床的加工量和加工工时数。控制叶片的铸造质量，可以控制加工费用。 6 结束语 太浦河水泵叶片采用数控机床加工，叶片表面取得了很高的加工精度，保证了产品质量。随着我国经济实力的增加和机械加工的进步，水轮机制造厂已普遍使用数控机床，使水轮机叶片的加工水平大大提高，这也是水泵行业方向。 工程建设单位和设计单位，应该根据工程的重要性和特殊性，对水泵叶片的加工提出明确要求。对重点工程和特殊要求的水泵，采用数控机床加工水泵叶片。 对本答案还满意，请采纳！谢谢！！！
数控技术发展趋势——智能化数控系统
1 国内外数控系统发展概况
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。
2 数控技术发展趋势
2.1 性能发展方向
(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
(3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。
(4)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。
2.2 功能发展方向
(1)用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟
(2)科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域.可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等.
目录
前言
摘要
一、数控技术是制造业的重要基础
2、数控技术发展趋势
2.1 性能发展方向
2.2 功能发展方向
2.3 体系结构的发展
三、中国数控的出路
四、结语
参考文献
前言
没有指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。
我国从事数控机床编程、加工工艺与维修工作的技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速，尤其是微技术和机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践 ,带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇论文形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床技术理论完整地表述出来，本文仅是将业内众老师及同仁的经验加以适当的归纳整理，以求对该学科有更深刻的认识
数控技术的发展趋势浅析
摘要
简要介绍了国内外数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。在此基础上，从性能发展 体系结构等各方面深入讨论了我国数控技术的发展趋势，得出数控技术会向智能化 网络化 集成化 微机电控制系统和数字化的方向发展的结论；并从产业发展的角度考虑，进行了对数控技术与产业发展途径的思考，分别从总体战略和技术途径两方面进行了探讨。并对我过数控产业发展进行了思考。
一、数控技术是制造业的重要基础
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术；是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国防现代化的重要战略物质；是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径.装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。因此，专家们预言: 机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
根据国民经济发展和国家重点建设工程的具体需求，设计制造“高、精、尖”重大数控装备，打破国外封锁，掌握数控装备关键技术，创出中国数控机床品牌，提高市场占有率是全面提升我国基础制造装备的核心竞争力的关键所在。
二、数控技术发展趋势
2.1 性能发展方向
(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
(3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。
2.2 功能发展方向
(1)用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
(2)科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
(3)插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
(4)内装高性能PLC 数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
2.3 体系结构的发展
(1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。
(2)模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。
(3)网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。
(4)通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。
三、中国数控的出路
纵观目前我国的数控市场，我国数控产品在性能、外观、可靠性方面与国外产品有一定差距，特别是国外企业有雄厚的资金，加上外国企业为占领中国市场，对我国能够生产的数控系统压价销售，而对我国未能生产的数控系统，不仅高价而且附加许多限制。在国外数控企业采用技术封锁和低价倾销的双重策略下，中国数控产业经历了坎坷的历程，我国曾花巨资引进西门子和FANUC的技术，并希望在此基础上吸收消化，开发我国自己的数控技术。如北京密云所引进了FANUC的数控系统，可是，FANUC卖给我们的都是即将过时的落后技术。我国引进后，尚未来得及吸收消化和批量生产，FANUC即宣布停止生产该系统的生产，并将性能价格比更好、质量更高、体积更小的数控系统推向中国市场。这种总是跟在别人后面走的做法，必然受人制约，永远落在后面。中国数控出路何在？
随着计算机技术日新月异的发展，基于微机的开放式数控是数控技术发展的必然趋势。在传统数控技术方面，我国处于相对落后的状态，开放式数控为我国数控产业的发展提供良好的契机，加强和重点扶持开放性数控技术的研究和应用，我国的数控产业才有发展壮大可能，才有可能在未来的市场竞争中立于不败之地
四、结语
制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨,坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。
我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济的发展和数控技术共同腾飞！
参考文献
1 施法中.计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条.北京航空航天大学出版社.1994
2 陈玉祥.中国机械工程, 1998，9(5):1~4[4]
3 熊鸣镝.三维设计将CAD应用引向深入.机电一体化.1997.(5):5~7
