时间：2022-05-01 16:41:46
关键词:普通车床 数控改造
企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展,它必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响。目前,采用先进的数控机床,已成为我国制造技术发展的总趋势。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,而改造旧机床、配备数控系统把普通机床改装成数控机床也是提高机床数控化率的一条有效途径。我校为适应现代化生产和教学,对CA6140车床进行了数控化改造。
1 机床数控化改造的条件
1.1 机床基础件有足够的刚性
数控机床属于高精度机床,工件移动或刀具移动的位置精度要求很高,必须在0.001-0.01mm之间,高的定位精度和运动精度要求原有机床基础件具有很高的静刚度和动刚度。本次用于改造的CA6140车床自购进后一直保养良好,机床基础件刚性满足要求。
1.2 机床数控改装的总费用合适,经济性好
机床数控改装分两部分进行:一是维修机械部分。更换或修理磨损零件,调试大型基础零件,增加新的功能装置,提高机床的精度和性能,另一方面是舍弃原有的一部分进给系统,用新的数控系统和相应的装置来替代。改造总费用由机械维修和增加的数控系统两部分组成。若机床的数控改造的总费用仅为同类型车床价格的50% ~60%时,该机床数控改造在经济上适宜。经过考查,若购买同样配置的车床约需10万元,而我校机床数控改造的总费用为5.1万元,仅占51%,因此该机床数控改造在经济上是合适的。
2 系统配置及主要技术规格
该系统由SIEMENS 802S系统、接口电路、驱动线路及步进电机等组成,另外还配有自动转塔刀架、主轴变频调速器及主轴编码器等,系统属开环控制系统。其主要技术性能和参数如下:
(1)系统控制部分。采用SIEMENS 802S系统,键盘和显示部分装在面板上。
(2)系统软件具有若干指令。其中加工指令有直线、斜线、螺纹、锥螺纹和圆弧等5条指令。可实现车削外圆、端面、台阶、割槽、锥度、倒角、螺纹、顺圆弧和逆圆弧等操作。控制指令有结束循环、暂停、延时、延时换刀、编码换刀、通讯等,与加工指令配合,可加工出各种较复杂的零件。
(3)系统环境工作条件。温度-10-+40℃;湿度为40%-80%。
(4)输入电网电压。交流(220±22)V;频率为50Hz;电流为1.5A。
(5)步进电机。BYG550C-2型电机两台,驱动电压为110V;相电流为2.5A;步距角为0.36°/步;静力距为12N.m。
3 主传动的数控化改造
机床主传动的作用是把电机的转速和转矩通过一定途径传给主轴,使工件以不同的速度运动,主传动性能的好坏,直接影响零件的加工质量和生产效率。考虑到改造的经济性,可乘用机床原有的普通三相异步交流电动机拖动。考虑到加工过程中当电网电压和切削力矩发生变化时,电机的转速也会随之波动,直接影响加工零件的表面粗糙度。因此为提高加工精度,实现主轴自动无级变速,在主轴上增加了交流异步电动机变频调速系统,从而不需进行机械换档。针对机床要求具有螺蚊切削功能,在主轴部位安装主轴脉冲发生器,为保证脉冲发生器与主轴等速旋转,即主轴转一周,主轴脉冲发生器也主轴脉冲发生器安装示意图转一周,主轴脉冲发生器的安装方式很重要。改装时,主轴传动必须经过原有CA6140车床主轴箱中58/58和33/33两级齿轮(实现1∶1)传递到原有CA6140车床的挂轮轴X,拆除挂轮留出空间,安装脉冲发生器,并用法兰盘固定。
4 进给传动的数控化改造
进给传动的作用是接受数控系统的指令,驱动刀具作精确定位或按规定的轨迹作相对运动,加工出符合要求的零件,对进给传动的要求是高精度、高速度。改造中我们采用步进电机驱动系统实现开环控。
（1） 进给传动链；（2） 接口箱内减速齿轮的齿数比；（3） 传动滚珠丝杠副；（4） 刀架。
5 机电联动调试
5.1 机械调试
丝杠上,侧母线和横、纵导轨的平行度误差控制在0.01mm/全长之内;转动丝杠,丝杠轴向窜动在0.01mm之内;丝杠螺母同轴度误差控制在0.01mm之内。
5.2主轴控制
主轴电机采用交流变频控制电机,由变频器进行控制,转速范围60~6000r/min。模拟量由基本I/O单元的A0端口输出0~10V的直流电压,变频器根据输入的电压变化而输出相应的转速。由于模拟主轴电机没有编码器,因此在发出转速命令后,系统无法检测到主轴的是否运行。为解决这一问题,我们利用变频器上的功能端子,将其通过参数设置成“到达指令频率闭合”状态,并通过PLC检测此信号,从而实现对电机的运转进行监控。
5.3教学功能的附加
关键词：数控车床 车削加工工艺 工艺分析
数控车床又称为 CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。
数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。
数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。数控车床上能完成内外回转体表面的车削、钻孔、镗孔、铰孔、切槽、车螺纹和攻螺纹等加工操作。制定零件的车削加工顺序一般遵循下列原则：先粗后精、先近后远、内外交叉、基面先行。划分加工工序应遵循保持精度原则和提高生产效率原则。数控车床适合加工的零件类型有：轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件、精度要求高的回转体零件、带特殊螺纹的回转体零件。
数控车削加工零件的工艺性分析从以下几个方面入手：零件图的分析（包括零件的尺寸标注方法、几何要素、精度及技术要求的分析），结构工艺性分析以及零件安装方式的选择（力求设计、工艺与编程计算得基准统一，尽量减少装夹次数在一次装夹后完成所有表面的加工）。本文侧重从以下几个方面谈谈数控车床加工工艺的问题：
一、图样分析
零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。此外还应分析零件结构和加工要求的合理性,选择工艺基准。
1、选择基准
零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床的加工特点,以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程,又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。
2、节点坐标计算
在手工编程时,要计算每个节点坐标。在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。
3、精度和技术要求分析
对被加工零件的精度和技术进行分析,是零件工艺性分析的重要内容,只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上,才能正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削用量等。
二、工序工步设计
1、工序划分：
在数控车床上加工零件,常用的工序的划分原则有两种。
(1)保持精度原则。工序一般要求尽可能地集中,粗、精加工通常会在一次装夹中全部完成。 为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响,则应将粗、精加工分开进行。
(2)提高生产效率原则。为减少换刀次数,节省换刀时间,提高生产效率,应将需要用同一把刀加工的加工部位都完成后,再换另一把刀来加工其他部位,同时应尽量减少空行程。
2、确定加工顺序
制定加工顺序一般遵循下列原则:
(1)先粗后精。按照粗车半精车精车的顺序进行,逐步提高加工精度。
(2)先近后远。离对刀点近的部位先加工,离对刀点远的部位后加工,以便缩短刀具移动距离,减少空行程时间。此外,先近后远车削还有利于保持坯件或半成品的刚性,改善其切削条件。
(3)内外交叉。对既有内表面又有外表面需加工的零件,应先进行内外表面的粗加工,后进行内外表面的精加工。
(4)基面先行。用作精基准的表面应优先加工出来,定位基准的表面越精确,装夹误差越小。
三、刀量具
1、工件的装夹与定位
数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面,尽量减少装夹次数,以提高加工效率、保证加工精度。对于轴类零件,通常以零件自身的外圆柱面作定位基准;对于套类零件,则以内孔为定位基准。数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘、液压、电动及气动夹具外,还有多种通用性较好的专用夹具。实际操作时应合理选择 。
2、刀具选择
刀具的使用寿命除与刀具材料相关外,还与刀具的直径有很大的关系。刀具直径越大,能承受的切削用量也越大。所以在零件形状允许的情况下,采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命,提高生产率的有效措施。数控车削常用的刀具一般分为3类。即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。
四、切削用量
数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速S(或切削速度υ)及进给速度F(或进给量f )。
切削用量的选择原则,合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重要。确定数控车床的切削用量时一定要根据机床说明书中规定的要求,以及刀具的耐用度去选择,也可结合实际经验采用类比法来确定。一般的选择原则是:粗车时,首先考虑在机床刚度允许的情况下选择尽可能大的背吃刀量ap;其次选择较大的进给量f;最后再根据刀具允许的寿命确定一个合适的切削速度υ。增大背吃刀量可减少走刀次数,提高加工效率,增大进给量有利于断屑。精车时,应着重考虑如何保证加工质量,并在此基础上尽量提高加工效率,因此宜选用较小的背吃刀量和进给量,尽可能地提高加工速度。主轴转速S(r/min )可根据切削速度υ(mm/min)由公式 S=υ1000/πD(D为工件或刀/具直径 mm)计算得出,也可以查表或根据实践经验确定。
数控机床作为一种高效率的设备,欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点,除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外,还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺,以得到最优的加工方案。
参考文献：
[1]陈建环．数控车削编程加工实训[M]．机械工业出版社，2011.04.01
摘要：在进行实际生产的时候，常会碰到一系列类型不同且需要加工的钛合金薄壁零件，由于其结构紧凑、质量较轻、结构小、材料省，所以在各行业得到有效运用。提高钛合金薄壁零件的加工精度，确保其质量要求，是当下急需要处理的问题。本文对钛合金薄壁零件的数控车削加工工艺进行了详细地分析与探究。
关键词：钛合金薄壁零件；数控车削加工工艺；改进措施
钛合金薄壁零件是金属零件的一种，其壁厚小于1mm，且具备结构紧凑、材料消耗量低以及质量较轻的特性，能够在各类工业中充分应用。在对钛合金薄壁零件的精度与质量改善上，数控加工工艺具备一定的作用。
1薄壁零件的数控车削加工工艺分析
1.1相关零件结构分析。由零件图1可看出，此零件的组成部分包含由顺圆弧、圆柱面、内螺纹、逆圆弧等，材料是45号钢，毛坯是内轮廓基本上一样的铸件Φ85mm×50mm。此零件为薄壁件，壁厚为2mm，同时对精度要求比较高。1.2工艺方案的具体设计。操作步骤：①把毛坯的左边夹紧，卡盘伸出长度大概20mm，对右端面进行加工。②对外轮廓进行精、粗加工，且到Φ80mm×13.3mm。③使用Φ26钻头把孔钻通。④对零件内轮廓进行精、粗加工。⑤在螺纹加工的过程中采用G92、G76混合编程。⑥掉头，将总长控制到合理尺寸。⑦对零件外轮廓进行精、粗加工。⑧对工件进行检查，确保零件加工完成。1.3减少与避免薄壁件加工变形的方法。（1）夹具的有效选择：钛合金薄壁零件的强度较弱，壁较薄，一般的三爪卡盘的接触面积较小、受力点也少，倘若在卡盘上进行夹紧的时候用力大，则造成钛合金薄壁零件变形，产生一定的误差，所以可采取扇形软卡爪或开缝套筒。增大其接触面，在工件上均匀布置其夹紧力，进而有效改善工件在夹紧过程中所造成的变形。（2）工件精车、分粗阶段：粗车的时候，切削余量比较大，而如果夹紧力很大的话，其变形也较大；精车的时候，如果夹紧力较小的话，变形也较小，除此之外，在进行精车之前能够进行时效处理，将粗车过程中由于切削力大而导致的变形情况消除。（3）对刀具几何参数合理选用：对钛合金薄壁工件进行精车的过程中，应将刃倾角、主偏角与前角合理增大，将刀尖圆弧的半径减少，确保刀具的切削轻快、刃口锋利，且对于排削顺畅刀柄的刚度标准也高，将切削热与切削力尽可能减少，同时保证车刀的修光刃不能太长。1.4切削用量。①右端面车削工件的主轴转速为300～400r/min，进给速度为F0.1～0.15mm/r；②麻花钻，主轴转速：400～500r/min，切削深度：通孔；③粗车内轮廓，主轴转速：500～600r/min，进给速度：F0.15～0.2mm/r，切削深度：1mm；④精车内轮廓，主轴转速：800～900r/min，进给速度：F0.1～0.15mm/r，切削深度：0.5mm。1.5对加工程序进行科学编写①数控机床为CAK6150P；数控系统为FANCU0i。②车削右端面、粗、精加工圆柱面Φ80mm×13.3mm，运行程序非常简单，使用G01、G00、指令就能实现；③对零件外轮廓进行粗加工，采取G71外径粗车循环指令，注意在进行编程的过程中起刀点的实际直径不能小于Φ85；④采取G73、G71指令进行编程时，精加工步骤的首段只可以单方向进刀；⑤粗加工零件内、外轮廓后时效处理，精加工零件内、外轮廓均用G70指令；⑥内螺纹厚度只有2mm，因此在加工的时候可能变形，对尺寸标准不能有效保证，进而防止螺纹变形，确保零件精度[1]。
2薄壁零件数控车削加工工艺的改进措施分析
2.1改进仿真数控的工艺质量。在改进仿真数控加工工艺整体质量的时候，一定要依据以下程序进行操作：其一，对数控加工公式KU=F进行全面分析。K指所加工工件本身的强度矩阵，U则指工件的具体变形状况。对此公式分析后得出，倘若零件刚度保持在一定环境，工件负载列阵F则和其变形状况U成一定的反比关系，只有采用合理的措施将F值降低或提高K值，才可以对L的变形状况有效降低。2.2推广刀具路径改良措施。在制定刀具路径的时候，一定要充分考虑工件加工进程中所存在的一切变形问题。如果工件存在变形一定会严重影响钛合金薄壁零件加工的整体工艺质量。大部分钛合金薄壁零件强度较低，在进行加工的时候如果实施反复切割和夹紧，一定会造成变形。相关人员在加工的时候，一定要全面考虑刀具路径，并采用科学有效的方法，防止一切变形状况发生。2.3提升零件装夹方式与具体装夹措施。在进行钛合金薄壁零件数控加工的时候，影响其工艺整体质量的重要因素在于零件的方案与装夹方式。钛合金薄壁零件的实际强度很低，在进行加工的时候加紧力度很大的话，则造成相关零件产生变形状况，不利于零件的整体质量与加工准确度。在加工的时候，对于支撑力一定要额外进行增加，从而满足其实际的强度标准。提升零件的抗压力和强度是支撑力的另一目的，通常都是在钛合金薄壁零件强度较弱的位置施加支撑力，然而，夹紧力则不同，它是在强度较大的位置进行施加。只有有效结合这两者，才能在一定程度上提升钛合金薄壁零件的加工精度。
3结语
现阶段，各工业都在广泛运用现代化技术，加工工艺创新与改革的步伐加快，钛合金薄壁零件的数控车削加工技术也得到了不断发展。为满足现代加工工业可持续发展的实际需要，应全面提升其工艺质量，深入分析与研究钛合金薄壁零件数控车削加工工艺质量的措施与方法，从而在一定程度上促进我国加工工艺的平稳持续发展。
作者:韦应琴 单位:白银矿冶职业技术学院
1.1数控加工的定义
数控加工能够大大提高对复杂性产品的制造效率,能够充分保障产品的加工质量,它是集传统的机械制造工艺、现代化控制技术、传感技术等技术于一体的,它的广泛使用给机械制造业带来了极大的方便,数控技术的水平已经成为衡量一个国家综合国力的重要标志。
1.2数控加工的特点
数控加工技术与传统的机床加工技术相比,其具有以下几个方面的特点:1.加工零件的精度越来越高,能够适应许多品种复杂的小零件。数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的,不需要人工干预,从而能够消除人为产生的误差。2.数控机床能够随生产对象的变化而发生变化,所以在数控机床上改变加工零件时,只需重新编制程序,输入新的程序后就能自动实现对新的零件的加工;而并不需要改变机械部分和控制部分的硬件,从而为复杂结构零件的生产提供了极大的方便。3.数控机床每一道工序都可以选用最有利的切削用量,这就提高了数控机床的切削效率,节省了时间,数控机床还能够实现多道工序的连续加工,大大提高了生产效率。4.数控机床加工零件一般不需要制作专用夹具,并且还可以实现一机多用,从而能够使生产成本进一步下降,可获得良好的经济效益。5.数控机床可以使用数字信息与标准代码处理、传递信息,从而为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了基础。
2数控机床
2.1数控机床的定义
数控机床是集多种技术于一体的现代化技术设备,是一种装有程序控制系统的自动化的数字机床,其控制系统能够自动的处理各种程序指令,从而使得机床工作加工零件。数控机床的系统一旦出现故障,就会使得机床停止运转,从而影响生产效率。数控机床容易出现的故障主要有:机械的磨损与锈蚀、工件表面粗糙度大、电子元器件发化,本身有隐患、灰尘、操作失误等,所以,对数控机床出现的故障及时的进行维修是保障数控机床能够正常运行的前提,对数控机床的快速发展和不断完善也起到了巨大的推动作用。
2.2数控机床的特点
(1)对加工对象的适应性比较强,能够根据不同加工对象为模具的制造提供合适的加工方法;(2)加工精度高,能够适应各种小而精密的零件的加工,具有比较稳定的加工质量;(3)当加工零件发生改变时,不需要重新进行设置,只需要更改数控的程序就可以,这样就大大节省了生产时间,提高了生产效率;(4)由于采用的是自动化程序控制,所以大大减轻了劳动强度;(5)数控机床对工作人员的素质要求比较高,对维修人员的技术要求更高。
2.3数控机床的分类
(1)按照加工工艺方法进行分类:金属切削类数控机床;特种加工类数控机床;扳材加工类数控机床;(2)按控制运动轨迹进行分类:点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床。
3数控机床常常出现的故障分析
3.1数控机床监测技术的特点
随着社会的不断进步,经济的快速发展,数控机床监测技术也得到了迅速的发展,从而更加准确的确保了机床的正常运行。数控机床监测技术主要有以下三个特点:(1)数控机床监测的目的很明确,能够快速的对机床进行故障监测,进而及时的制定出科学、有效的解决方案,从而保障机床的正常运转;(2)数控机床监测技术涉及的范围比较广,主要涉及到物理学、机械动力学等多种学科知识领域;(3)数控机床监测技术能够很好的联系实际,能够把理论知识转化为实践,然后用于实际的操作中,这样就能够很好的提高数控机床的安全运行。
3.2数控系统故障
3.2.1位置环位控环报警:可能是测量回路开路;测量系统损坏,位控单元内部损坏;不发指令就运动,可能是漂移过高,正反馈,位控单元故障;测量元件损坏;测量元件故障,一般表现为无反馈值;机床回不了基准点;高速时漏脉冲产生报警的可能原因是光栅或读头脏了;光栅坏了。3.2.2电源部分电源是维持系统正常工作的能源支持部分,它失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。
3.3无报警显示的故障
3.3.1机床失控由于伺服电动机内检测元件的反馈信号接反或元件故障本身造成的。3.3.2机床振动此时应首先确认振动周期与进给速度是否成比例变化,如果成比例变化,则故障的原因是机床、电动机、检测器不良,或是系统插补精度差,检测增益太高;如果不成比例,且大致固定时,则大都是因为与位置控制有关的系统参数设定错误,速度控制单元上短路棒设定错误或增益电位器调整不好,以及速度控制单元的印刷线路不好。
3.4数控机床监测人员要掌握方法对机床的监测
数控机床监测人员在检测前要详细了解机床发生故障前有哪些征兆或者是现象,根据这些现象对故障进行分析,这样可以大大提高监测效率;如果不能通过看机床表面判断出机床的故障,这时就必须进行深层次的故障检测,对很有可能发生故障的部位进行监测,从而监测出故障部位。监测人员还一定要熟悉相关机床的维修原理,在每一次监测完机床故障以后,应该详细的记录好监测方法,从而可以方便掌握机床的故障规律,从而提高故障诊断效率。
4数控加工及数控机床的维护及检修
4.1数控加工及数控机床维护与检修人员
由于数控机床的特点,所以对维护与检修人员的要求比较高,只有维修人员具有较高的素质和工作技术才能真正确保数控机床维修工作的快速、高效运行。有效的预防与维修的技术手段是确保数控机床能够高效运转的基本条件,所以要建立严格的维护修理制度对机床进行及时的维护、修理,从而来大大降低事故的发生率,每次使用完机床以后要对机床的每一个部件进行检测,对一些有破损的部件进行及时的更换,定期对机床进行检测,一旦发现问题及时的进行解决,另外,还可以对机床进行一定程度的升级或者是改装,从而使的机床的技术水平能够得到大幅度的提升,使得机床能够稳定运行、长时间运转,从而获得更多的经济效益;除此以外,还要对机床的使用寿命与更换频率进行评估,从而真正提高机床的使用寿命。保障数控机床能够正常运转的主体还是维护人员,为此,一定要加强对维护人员的培训力度,让维护人员在掌握基本的知识基础以后,掌握更多、更有效的技术方法,真正成为数控机床专业检测诊断技术的高级操作专家,此外还要提高维护人员的责任心,让维护人员能够利用自己灵活且基础扎实的知识体系,使机床的正常运行获得保证,从而减少事故的发生频率,带来更多的经济效益。
4.2加强对机床的安全监察力度
只有真正保障机床是在严格的操作流程下进行,才能真正保障人们的生命安全,减少事故的发生,所以,一定要重视事故的发生原因,对事故进行仔细的分析和解决,吸取教训,不断的总结经验,将事故发生的过程记录下来,从而能够避免下次再出现同样的事故,另外,还要加强对机床的安全监察力度,做好安全工作,对于不同种类的机床要采取不同的分析与诊断方法,还要做好定期维修和护理工作,提前对机床可能出现的故障进行预测,然后针对这些故障提前做好预防措施,对于机床的引进购买一定要确保是从正规厂家进行的购买,从而真正从源头上确保机床的质量,再者还要注意确保维护人员的生命安全,要牢记安全第一的原则,提高维护人员的安全意识,从而真正使得维护人员的安全有所保障。
4.3做好预防性维护工作
预防性维护工作的目的是为了降低故障的发生率。所以,数控机床维护人员要对数控机床在实际运行的过程中可能出现的故障进行提前的预测,然后根据估测,提前做好防范工作;除此以外,数控机床管理人员还要对每台数控机床都建立起日常的维护保养计划,包括保养内容以及各功能部件和元气件的保养,然后定时定期的对这些数控机床进行维护;如果数控机床长时间闲置不用,当需要使用的时候,第一次使用时最好用较低速度进行运行。
4.4数控机床的诊断原则
数控机床诊断技术主要是对机床进行故障监测和诊断。如果不能很好的对机床进行监测和诊断,就会使得这些机床在运行的过程中发生故障,导致机床不能继续正常工作,从而给人们的生命安全造成威胁,给企业带来不可估量的经济损失。诊断技术就能够很好的避免这些故障的发生,能够使得机床按照自身的系统正常的运行。对机床进行监测和诊断可以精确的发现机床存在的问题,然后快速的解决这些问题,从而确保机床的正常运行。由于数控机床是集多种技术于一体的现代化设备,所以维修人员在诊断故障时应该采用先由外向内逐一进行排查,尽量避免随意地启封、拆卸,这样会扩大故障范围,使机床大伤元气,丧失精度,降低性能。所以,在诊断时可以采用:先检查外部再检查内部;先在机床断电的静止状态下通过了解、观察测试、分析确认为故障,然后再给机床通电;当出现多种故障互相交织掩盖,一时无从下手的情况时,应该先解决容易的问题,然后再解决难度较大的问题。这样,遵循原则进行诊断,既能够快速诊断出故障所在的位置,又能避免对机床的损害,大大提高了工作效率。
4.5应该为数控机床配备系统编程、操作和维修的专业人员
只有合理的配备出专业的维修人员,才能大大提高机床的维修效率。这些专业人员应该熟悉所用机床的各个部分及使用环境,并且能够按照机床和系统使用说明书的要求正确的使用数控机床。数控机床的使用环境会影响机床的正常运转,所以在安装机床时应该严格按照机床说明书规定进行安装,在经济条件允许的情况下,应该将数控机床与普通的机械加工设备隔离安装,以便对机床进行维修和保养。
4.6数控机床系统中硬件控制部分的维修与保养
数控机床系统硬件控制部分是数控机床的核心,所以一定要重视对其的维修与保养工作,每年应该让有经验的维修人员检查一次,检测有关参考电压是否在规定的范围内,检查系统内各器件连接是否有松动的现象,如果有及时进行维修。还要,检查各功能模块使用风扇运转是否正常并且是否清除灰尘,这样,可以延长数控机床的使用寿命。
4.7制订数控系统日常维护的规章制度
要根据各种数控机床的特点,确定各自保养条例,应该有一种严格的规定,除非进行必要的调整和维修,否则不允许随便开启柜门,更不允许在使用时敞开柜门;应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常,检查工作环境状况,如果发现过滤网上灰尘积聚过多,一定要及时清理,否则将会引起数控系统柜内温度过高,造成过热报警或数控系统工作不可靠;还要经常监视数控系统用的电网电压;定期更换存储器用电池。
5结语
1数控加工编程原理及UG软件加工工艺分析
1.1数控加工编程原理
数控机床的加工质量和使用效率直接取决于数控编程的质量，因此，明确数控加工编程原理尤为必要。作为一种高效自动化设备，数控机床的编程系统由CAM系统和数控加工设备两部分组成，前者根据工件几何信息计算数控加工轨迹，设置工艺参数，并为系统编制数控加工程序；后者按照数控程序指令完成各项工作动作。数控加工编程原理即根据数控程序提供的加工轨迹，由数控机床完成表面成型运动，获取产品的表面形状，其编程的核心工作是生成刀具轨迹和计算刀位点，刀轨插补误差和残余高度直接影响到数控加工的质量。由于数控加工类型的不同，刀位轨迹计算方法也不同。以截面法为例，刀具沿着截出的交线运动，可保证刀具与曲面的切点轨迹处在同一平面上，从而完成曲面的加工，其步骤为：偏置加工表面、选择截平面选择和计算刀位点。借助CAM系统编程，需结合该系统的特点，明确数控加工工艺路线，加工工艺流程为：毛坯热处理通用机床加工数控机床加工通用机床加工成品。
1.2UG软件加工工艺
UG软件是属于CAD/CAM/CAE高端软件，其在实体造型、装配、工程图生成及数控加工等方面展现了强大的功能，现广泛应用于机械制造领域，该软件融合了实体造型、线框造型和曲面造型等多项技术，其加工模块具有十分强大的计算机辅助制造功能，在此基础上建立3D模型生成数控代码对产品进行加工，处理程序后续操作可支持多种类型的数控机床，其自动编程过程为：建立零件输血模型确立加工数字模型生成刀具轨迹模拟加工后置处理数控加工程序数控机床。以平面铣数控编程开发为例，首先要设置平面铣参数，然后加工几何体，包括PG、BG、CG、TG和底平面，利用UG软件仿真加工，PG、BG和底平面是必备元素，几何加工均有边界定义，可选用的加工方法较多，如单向切削、往复式切削、仿形零件、仿形外轮廓等，选定加工方法后，还要确定切削步距，即相邻两次走刀之间的距离，可选用刀具直径、恒定值等步距指定方式，此外还要完成零件余量、增加侧余量、零件材料、切削深度等设置。
2基于UG软件的数控加工程序及应用开发
2.1数控加工程序
CAN零件设计过程中，可利用UG建模仿真功能完成零件仿真图的模拟，而基于UG软件的CAM模块则是利用各数控加工过程仿真专业技术及NC编程实现演示材料的模拟，待进入加工模块后，对刀具和加工路径进行设置，然后由UG软件提供零件加工模拟功能，并对已设置工艺参数的和合理性进行检测，同时对数控加工前应完成的各项操作进行验证。上述模拟达到预定要求，便可利用后处理程序生成数控代码，形成刀位轨迹文件。因控制系统并不能直接识别G代码、M代码等数控指令，待产生刀位轨迹文件后，需要将其转换成特定的数控指令，以驱动数控机床工作。由于不同数控设备组成的数控系统，其加工程序格式也存在一定的差异，应选用对应的后处理程序，对G代码进行后处理，由此生成的数控代码经适当修改后便可以供数控加工使用，此时利用UG后处理功能，即可生成NC文件。基于UG软件的数控加工程序为：分析图纸利用实体、曲面等建立3D模型确定加工部分及参数选择加工轨迹并仿真产生G代码形成G代码文件。
2.2UG应用开发
UG应用开发借助UG软件平台，结合实际应用需求，开发面向行业及设计流程的CAD/CAM系统，其应用开发模块可提供一个较为全面的应用开发工具集，实现对UG系统的的开发，能够满足数控机床的应用需求，该类开发工具由UG/OpenAPI（应用编程接口）、UG/OpenGRIP、UG/OpenMenuScript及UG/OpenUIStyler共4个部分组成，UG/OpenAPI是UG软件与外部程序之间的接口，提供函数集合并利用C/C++语言编程对其进行编程，可实现操作UG文件、创建用户定义对象及交互式程序界面等功能，其函数类型包括tag-t、Structuretype、Uniontype和Enumtype等类型，供数控加工编程开发使用；UG/OpenMenuScript是UG软件用于定义菜单的脚本语言，无需开发C语言程序便可创建和修改UG的主菜单和下拉菜单，MenuScript函数由UG/OpenAPI提供，通过该函数可定制菜单选项；UG/OpenUIStyler是一种新开发的可视化工具，比以往应用的UserTools的功能还要强大，因其能够自动生成C代码和UIStyler文件，无需进行GUI编程，此类对话框编辑器可提供RadioBox、ScrolledWindow、PushButton、SingleSelectList等多种控件，能够节省开发时间，便于对控件属性的修改。
3基于UG软件数控加工的应用实例
以手柄零件的车削加工为例，选用UGNX版本的UG软件，分析其在数控加工中的实际应用情况。首先利用UG软件获取手柄CAD数据模型，在此基础上建立3D实体图；然后选择“turning”设计加工方案，定义加工环境，确定加工对象和加工区域，通过模板和刀具库选择刀具并创建加工刀具尺寸参数，充分考虑待加工类型、表面形状及部位尺寸大小等因素，明确切削顺序、方向和余量等参数；根据参数计算刀轨，生成加工刀具路径，并后处理输出NC程序，基于不同厂商生产的机床硬件条件存在一定的差异，所选用的控制系统并不一致，即便是同一功能的控制系统也需要进行特定设置，否则后处理难以直接送至数控机床，也无法完成对零件的加工品，根据具体参数对源文件进行格式化，即可生成数控机床可识别的NC程序，从而满足不同数控加工的特殊要求；最后是机床试切加工，由数控程序对试切件进行验证，试切件用料以硬塑料、硬石蜡等为主，试切件可多次重复使用，有效降低成本。本次试验中，通过对各加工程序的模拟，实现了数控程序的自动生成，而且有效控制了人为因素产生的误差，产品的加工精度得到了有效保证。
4结语
【关键词】 数控加工 实验教育 教学改良
随着教育体制改革的不断深入，高校的数控加工课程教育已经取得了比较理想的教学成果。但是，在实际的教学过程中，仍存在一定的问题有待进一步解决。文章结合当前高校数控加工专业教学现状，探索有效的教学方式。
1 数控加工实验教学存在问题
1.1 实验教学方式缺乏合理度
当前，我国数控加工实验教学基本上都是按照相关的实验教学指导书来实行的。数控加工实验指导内容包括：实验目的、实验理论、实验器具、实验步骤、实验报告等，学生完全按照课本来完成数控加工实验，导致数控加工实验教学过于形式化，没有给予学生独立思考的空间，也没有给予创新的机会，导致学生学习兴趣不高。
1.2 实验教学手段缺乏合理度
随着专业学生数量的不断增加，数控加工设备的数量已经很难满足学生的实际实验需求。然而，由于数控加工设备不但购买价格贵，还需要大量资金进行维护，所以，很多学校都没有大规模的增加和更新相关的实验教学设备。在这种状况下，相关实验教学内的人机矛盾越发凸显。为了能够有效地就这一问题进行解决，部分学校借助多媒体设备进行数控虚拟教学。尽管这种实验教学满足了多数学生的学习需求，但是，学生很多操作都是在计算机上实施，其加工工艺的合理性无法得到实践验测，进而使其在未来的工作岗位上很难快速适应。
1.3 实验教学演示化
由于数控加工设备操作的技术含量较高，学生一时无法上手，为了避免操作失误造成的机械事故及人身伤害，同时为了减少实验材料和能源消耗，大多指导教师选择通过模拟仿真较为成熟的加工程序或已经通过试切加工的完全成熟的程序来进行自动加工。学生失去了对数控加工设备的操作技能锻炼，无法验证自己的设计理念和编写的加工程序的正确性，降低了对数控加工实验的期望值，使数控加工实验的属性变为演示型。
2 数控加工实验教育改进
2.1 数控加工实验教学内容完善
当前，数控加工实验教学的基本内容主要包括：零件设计、加工工艺以及程序编译等。但是，相对教学内容涉及的深度和广度有所欠缺。因此，在结合学生的实际发展需求，合理地扩展相关的知识面。例如，零件设计课程实验教学中，不仅要对学生进行最为先进的理论性教学，还要有效指导学生进行零件的实际设计，并绘制相应的设计图纸。加工工艺课程教学里，引导学生选取适当的数控加工设施，并使其掌握相关的加工技艺。最好能够让学生从虚拟的加工实验进入到实际的加工实验里，并且，让学生成为实验的设计并执行者。
2.2 对数控加工实验教学的方式进行完善
教师在实际的教学过程中，要根据教学的具体内容对教学方法进行适当选择。例如：在数控加工基础实验内容教学中，教师在指导学生绘制实验草图后，学生可以根据自己绘制的草图选择不同的数控机床，而数控机床的不同，实验的刀具、加工方式、加工路线、加工参数也会有所不同。即使选用的数控机床型号相同，但是如果其供应商不同，其系统、编程、操作面板、加工方式也会有所不同。因此，教师要完善数控加工实验教学的方法，不能将实验教学统一化，要将实验、教学具体化，指导学生根据自身的专业认知组成选择相对应的数控机床类型，并且，遵照自己设计的实验图纸开始具体的数控加工实验，以便于有效地提升学生的综合实践能力。
2.3 实验教学综合化
数控加工实验是高校机械制造以及机电一体化专业的必修课，其是测试、机械工程以及制造等技术的综合性实验教育课程。其对学生的实践综合能力要求较高，但是，专业知识尤其是数控加工经验往往是学生的薄弱环节，学生的机床实际操作能力普遍偏差。因此，教师在教学过程中，要真正地对数控加工实验课程合理设计并有效实施，引导学生主动探索实验创新，并付诸行动，进而有效提高自身的数控加工综合实践水平，进而实现各学科的综合性应用。
2.4 数控加工实验教学评价系统进行改善
随着素质教育改革的不断发展，学生接受的教育逐渐呈现出个性化以及综合性。并且，很多学生在思维方式形成上都存在了一定的差异，从而使得学生对数控加工实验的相关程序以及流程等都会产生不同的思维模式。因此，教师在实际的教学过程中，要创建客观、合理的实验教育评价系统。对学生的数控加工实验成绩进行客观、综合性的评判。其评定的过程要尽量肯定学生的已作出成果，并且，指导其认识到自身存在的不足，并引导其探索有效的改进策略。数控加工课程评价系统可以分为三个层面，当学生能够独立地对数控加工实验教学涉及的基本内容完成时，就可以认定学生的成绩是合格。当学生能够进行较高数控加工技术相关的实验时，并获得较好的实验效果，就应判定其为良好；当学生对相关的数控加工技术深入掌握，并能够有效运用或创新时，可以判定学生的成绩为优秀。对于这样的学生，教师应该尽可能为其涉及与其能力对等的实验课程，从而有效地提高学生的实践应用能力以及创新性。
3 结语
改革开放以来，我国的制造行业迅速地发展，并且，在科技的推动下，很多企业已经能够具有冲击国际市场的资本。但是，由于相应的技术人员数量和质量都有所不足，导致其发展受到严重影响。因此，培养大量的数控加工技术人才是非常必要的选择。文章中结合当前数控加工实验教育现状，探索有效的教学促进模式。
参考文献：
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随着人们对工业加工精度和复杂度的要求提高，对加工设备的性能要求也越来越高。20世纪以来，各国纷纷发展数控加工技术，以解决复杂件的加工问题，比如对曲面配合件的加工。
1.1国内现状
2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。目前正在提高机械加工设备的数控化率，国家十一五科技发展规划也明确提出，提高大型设备数控化水平。但是目前我国整体大型设备的数控水平低，机械加工的精度、复杂度、精度保持度等都远低于国际水平。而加工中心作为机床家族的重要组成部分，今年来虽然也越来越受到国人重视，但是多为进口或者合资企业产品，其技术水平也较低。我国目前各种门类的数控机床都能生产，水平参差不齐，有的是世界水平，有的比国外落后10－15年。在精度方面，国内机床水平追赶国外先进水平的距离也很长。目前我国大型加工中心很难达到0.005mm，国外由于技术先进，则可以达到0.003mm。在精度保持度方面，国内一般为5年，国外则能够达到10年。目前国内在轴承、丝杠、刀具等决定机械精度的方面技术能力都不够。而国内数控系统最大的瓶颈在于国内系统是基于单板机的基础上发展起来的，至今没有一家是基于数字逻辑电路的设计。我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。
1.2国外现状
美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。德国1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。日本自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。另外还有台湾和韩国的机床也比中国先进。
1.3数控加工本身的特点
数控加工操作系统日益开放、数控系统向软数控系统发展、控制系统向智能化方向发展、向网络化方向发展、向高可靠方向发展、向多轴联动方向发展、向复合型方向发展的市场趋势。数控加工具有柔性好，自动化程度高的特点，对于轮廓形状复杂的曲线的加工尤其适合。数控加工中心是一种带有刀库并能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作的数控机床。本产品属于大型加工中心，主要用来加工复杂结构、工艺及精度要求高的大型设备部件的数控加工工具。其特点是：被加工零件经过一次装夹后，数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具；自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能，连续地对工件各加工面自动地进行钻孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削及刨削等多工序加工。由于加工中心能集中地、自动地完成多种工序，避免了人为的操作误差、减少了工件装夹、测量和机床的调整时间及工件周转、搬运和存放时间，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的经济效益。加工中心按主轴在空间的位置可分为立式加工中心与卧式加工中心。利用数学方式输入，加工过程可任意编程，主轴及进给速度可按加工工艺需要各自变化，且能实现多座标联动，易加工复杂曲面。对於加工对象具有“易变、多变、善变”的特点，换批调整方便，可实现复杂件多品种中小批柔性生产，适应社会对产品多样化的需求。利用硬件和软件相组合，能实现信息反馈、补偿、自动加减速等功能，可进一步提高机床的加工精度、效率、自动化程度；数控机床是以数字控制为主的机电一体化机床，充分发挥了微电子、计算机技术特有的优点，易于实现信息化、智能化、网络化，可较易地组成各种先进制造系统，如FMS、FTL、FA，甚至将来的CIMS，能最大限度地提高工业的生产率、劳动生产率。
1.3.1数控系统与加工能力
目前处于世界领先水平的数控操作系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装、各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。PMC信号和PMC功能指令极为丰富，便于工具机厂商编制PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。系统提供串行RS232C接口，以太网接口，能够完成PC和机床之间的数据传输。FANUC系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有基本统一的操作界面。FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。
1.3.2机械系统与加工能力机械系统
目前以德国最好。目前较为先进的设备，保留了其先进的全静压块静压结构和双层式床身结构，增加了四柱双驱的平衡驱动方式，有效解决了消隙及驱动平衡的难题，采用斜齿齿轮对，使转台运转更加平稳；采用上压式镶条滑块结构，机床转台自适应调整液压夹紧装置使得B轴联动旋转加工精度更高，更加稳定；机床主轴采用液压氮气平衡，确保机床的快速响应速度，使机床运行更加平稳可靠。具有智能数字刨铣工能，可加工直角、锐角孔及异形斜面样条沟槽。该机床正式投产后机床直线精度（X\Y\Z）可达±0.003㎜，旋转（B）精度可达±2S”，直线重复定位精度达到0.001㎜。产品精度保持度可达10年以上，大大提高了机械的使用寿命。除此之外，目前先进数控加工设备还采用很多应用性很强的技术来提高加工精度和难度，保证其可以加工复杂的曲面件。在提高转台精度及平稳性方面：采用四柱双驱技术，由原来的一侧一个齿轮驱动改为在180°水平方向上按对等夹角两对双齿轮驱动，每对齿轮可自动消隙。机床转台精度长久保持性：使用12个独立的高耐磨铜静压块代替原来的贴塑耐磨条工艺，因静压几乎无磨损而长期保持精度。温度对机床精度的影响方面：使用温度补偿功能，在机床内部安置温度传感器，利用激光干涉仪测出其温度变化时机床在各温度下的变化值，然后再机床参数中补正。刨铣功能开发（直角孔槽加工）：利用机床CS功能，使主轴与X、Y、Z轴移动的同时，主轴按刀具切线方向控制转角。机床惯量的控制：使用液压氮气组合平衡方式代替配重铁平衡方式，减少机械运动质量和运动中的动量惯量。
2、复杂曲面配合件的数控加工工艺
能够加工复杂曲面配合件是数控加工设备的重要性能之一。下面以一复杂的曲面加工件为例谈谈数控加工工艺。
数控加工技术发展的背景
随着科学技术的发展，制造业发生了翻天覆地的变化，各种先进技术正逐渐应用于制造系统中。制造系统正向着数字化、集成化、并行化、网络化及柔性化的方向发展。在现代制造系统中数控加工设备是制造系统的核心设备，是现代制造系统的重要组成部分。数控加工技术是代自动化、柔性化及数字化生产加工技术的基础与关键技术，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，使普通机械被数控机械所代替，全球制造业发生了根本性变化。因此，数控技术的水平、拥有量和普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
随着社会的多样化需求和其相关技术的进步，数控加工将向更广领域和更深层次发展。数控加工的不断变革和创新，将给国民经济带来巨大的效益。加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造水平，因此在国内外企业界都受到高度重视。目前，加工中心已成为现代机床发展的主要方向，广泛应用于机械制造中。因此，加工中心的水平、拥有量和普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
加工中心，简称是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。它是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的，它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术的高技术产品，将数控铣床、数控憧床、数控钻床的功能并集于一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可在一次工件安装后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能依次完成多面和多工序的端平面、孔隙、内外倒角、环形槽及攻螺纹等加工。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于普通机床一倍，达以上。所以说，加工中心不仅提高了工件的加工速度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。
随着电子技术的迅速发展，以及各种性能良好的传感器的出现和运用，加工中心的功能日趋完善，这些功能包括刀具寿命的监控功能，刀具磨损和损伤的监视功能，切削状态的监视功能，切削异常的监视、报警和白动停机功能，白动检测和自我诊断功能及自适应控制功能等。加工中心还与载有随行夹具的自动托板进行有机连接，并能进行切削自动处理，使得加工中心成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的关键设备和基本单元。
数控加工中心的发展方向
数控技术与加工中心的发展已经走过了半个世纪的历程，随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工中心的各组成部分提出了更高的性能指标。当今的加工中心正在不断采用最新技术成就，朝着高速化、高精度、多功能化、智能化、系统化与高可靠性等方向发展。
具体表现在以下几个方面。
1高速高效、高精度、高可靠性
提高生产率是数控机床追求的基本目标之一。加工中心高速化可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低生产成本，而且可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适应性。世纪年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速加工中心，加速了机床高速化发展步伐。依靠快速、准确的数字量传递传递技术对高性能的机床执行部件进行高速度、该响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到一。丽以上，主轴转数在一。以上。从精密加工发展到超精密加工是世界个工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，至纳米级，应用范围日趋广泛。精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性。十多年来，普通级数控机床的加工精度已山二微米提高到士微米，精密级加工中心的加一精度则从士一微米提高到士一微米。加工中心的可靠性一直是用户关心的指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，提高可靠性。用过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又偏于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等各种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示及时排除故障利用容错技术、对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复利用各种测试、监控技术，当发生超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。
2模块化、智能化、柔性化
模块化、专门化是为了适应加工中心多品种、小批量生产的特点，机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。智能化是随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展，为适应制造业的生产柔性化、自动化发展需要、它正成为数控设备研究与发展的热点。目前采用的主要智能化技术措施有为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制、工艺参数自动生成为提高驱动性能及使用连接方面的智能化简化程序、简化操作方面的智能化智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。柔性化自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各囚制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的荃础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用性为前提，以易于联网和集成为目标注重加强单元技术的开拓、完善入单机向高精度、高速化和高柔性方向发展。
3复合化
复合化包括工序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工的概念。加工中心的出现，又把车、铣、撞等工序集中到一台机床来完成，打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程，可最大限度地提高设备的利用率。为了进一步提高工效，现代加工中心又采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。另外，现代数控系统的控制轴数也在不断增加，有的多大轴，其同时联动的数轴已达轴。
4开放性的体系结构
开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。其新一代数控系统的硬件、软件和总线规范都是对外开放的，
5网络化
加工中心的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信自、集成的需求，也实现新的制造模式。先进的数控系统为用户提供了强大的联网能力，除有串行接口、等接口外，还带有远程缓冲功能的接口，可以实现几台数控机床、加工中心之间的数据通信和直接对机床进行控制。
6行业化
关键词：传统加工；数控加工；工艺
传统机床加工与数控机床加工相比，数控加工在很多关键性技术方面存在很大的优势，是现代工业的发展方向。但是，无论是数控车、数控铣或者数控加工中心，在很多方面还是延续了普通机床的加工方法。确实，普通机床中很有多成熟的技术和加工方法是数控加工要很好利用和吸取的，将这些成熟的技术和方法与数控机床的加工特点相结合，便能充分的发挥数控机床的功能。但是数控加工方法带来了新工艺问题，完全照搬传统加工工艺是不妥当和不科学的。
传统加工工艺方法是在普通机床上依靠夹具，采用“一人、一机、一刀、一道工序”方法对零件进行加工的。对于结构复杂的零件一般需要多套工装夹具、经过数十套工序，多次定位装夹才能加工完毕。这导致加工零件的一致性差，加工效率低，生产准备工作量大，生产周期长。
数控加工工艺源于传统的加工工艺，它是将传统的加工工艺、计算机数控技术和辅助制造技术有机的结合在一起。加工零件前要考虑加工零件的工艺性，加工零件的定位基准和装夹方式，制定工艺路线、切削方法及工艺参数等而这些在常规的工艺中均可以简化处理。因此数控加工工艺比普通加工工艺要复杂的多。这也是数控加工工艺的一大特色。
现以“喂料辊齿板和轴的传统加工工艺”详细分析两者的不同和互通之处。
1 喂料辊齿板和轴的传统加工工艺
（1）零件图纸
（2）传统加工工艺分析
喂料齿板加工工艺
①打工艺孔两个，为后面的铣削加工做好准备。②整套装置由4块图一所示的零件构成，所以此步需要在龙门铣床上铣削45°两个面，铣四块图一所示零件。③钻床上打螺纹孔。为车外圆和铣削键槽时，以便将四块齿板合成一个。④采用图二所示的四方柱专用夹具将四块齿板合成一个。⑤普通车床车削外圆，保证尺寸ф316，长度1064。⑥车槽保证尺寸30.5×ф28。⑦卧式铣床上铣齿工28个，利用分度头进行分度铣削。
与之相配合的轴的加工工艺
①轴的两端打中心孔，车削端面，保证总长2149。②粗加工外圆，留外圆余量3mm。③对零件进行调制处理。④粗加工留1mm余量。⑤粗铣轴中间的四方形，留余量3-4个mm。⑥精车两端外圆至尺寸要求。⑦精铣四方至尺寸要求。⑧铣两端键槽。⑨打ф14孔（18个），保证长度。⑩攻螺纹。
2 数控加工工艺的优势分析
图二的轴零件的数控加工和传统加工在工艺上并没有太大的区别，但是数控加工和机加工相比，在加工的效率和质量体现出很大的优势。
1）数控加工工艺继承性好。凡经过调试、校验、试切过程验证的，并能准确无误且证明是好的数控工艺，都可以作为模板供后续加工零件使用。这不仅节省时间、保证质量，还能为企业加工带来高的效率。因此，数控工艺具有非常好的继承性。
2）数控加工具有工艺复合性。采用数控加工，工件在一次装夹下能完成铣、钻、铰、攻等多种工序，具有复合性的特点。传统工艺中的一道工序在数控加工中已变成几个工步，使得零件加工所需的专用夹具数量减少，由于零件装夹次数带来的误差也大为减少。使得零件的加工精度和生产效率有较大的提高。
3）加工精度高。传统加工加工的每一个零件的尺寸都不同，且精度是靠工人的熟练程度来保证的，一个半熟练的技术工就算有了加工工艺的引导，最后加工的零件成为废品的可能性随时存在。传统加工做出的零件为废品的各种因素远远超过数控加工。采用数控加工能提高零件的加工质量，缩短加工周期。借助数控加工程序来控制加工过程，在零件的整个制造过程中受人为因素的影响相对较小，所以加工质量可以保证。
3 数控加工工艺需要与传统加工工艺相结合
对于那些精度要求低，结构简单零件，尤其是当批量很小时，采用数控机床加工的优势不明显。不论的传统的加工工艺或者数控加工工艺，都有一定的工艺范围和零件类别的优势，这就提醒我们要取长补短，将数控加工工艺和传统加工工艺合理安排，高效、高质量的完成零件的加工。
参考文献：
1.1刀具长度补偿在数控加工中的作用
数控加工中，根据加工工件要求而需要通过换刀指令选择不同刀具进行加工时，刀具长度会发生变化。刀具长度的变化使得非基准刀位点起始位置与基准刀位点起始位置不重合，此时必须对刀具长度变化做出适当处理，避免零件报废或撞刀问题的发生。刀具长度补偿既是为了避免此类问题发生而引入的概念，同时长度补偿也是提高编程及加工效率的关键点。刀具长度补偿使刀具在垂直于走刀平面（比如G17，XY平面）的方向上偏移一个刀具长度修正值，因此在数控编程过程中，一般无须考虑刀具长度。也就是说，每一把刀的长度都是不同的，刀具的长度补偿只是和Z坐标有关。刀具长度补偿由两种方式，一种是用刀具的实际长度作为刀长的补偿，另一种采用刀尖在Z方向上与编程零点的正负距离值作为补偿值。在具体的应用中，刀具长度补偿还应用于不同规格刀具或刀具磨损后的调整，利用刀具长度补偿指令补偿刀具的变化，避免了重新调整刀具或重新对刀带来的工作量增加，提高了加工效率。
1.2刀具半径补偿在数控加工中的作用
在数控加工过程中以“刀具相对于工件运动”为原则，不考虑刀具大小在编程后所引起的、由刀具半径值所产生的过切现象。因此需要在编程时引入刀具半径补偿，根据实际刀具大小按照工件轮廓使刀具自动偏离轮廓一个刀具半径，避免多切问题的发生。根据数控加工中对精度、效率及质量的需求，数控编程及操作人员应正确掌握刀具半径补偿的概念及应用方法。通过合理设置刀具半径补偿值，保障加工精度。刀具半径补偿应利用理论轮廓编程，通过预先设定偏置参数实现加工目标。刀具半径补偿概念的应用能够在编程过程中不考虑太多刀具直径大小问题，进而提高编程效率。刀具半径补偿一般情况下只是用于铣刀类刀具，在根据工件尺寸编程后，将刀具半径作为半径补偿值放在半径补偿储存器中，在此后的加工中无论更换铣刀还是进行粗精加工转换，只要更改刀具半径补偿值即可。由此可见，刀具半径补偿的应用能够极大的降低数控加工中的编程工作量及计算工作量，利用刀具补偿实现加工效率提高的目的。
1.3刀具补偿在数控加工中的技巧
在刀具补偿概念应用中，需要正确掌握刀具补偿的使用技巧，以此实现提高工作效率的目的。在刀具长度补偿指令的使用中，应首先掌握正负补偿及偏置量的确定技巧。正负补偿量要根据Z轴的方向确定，如刀具刀位点在编程原点Z坐标正方向，则使用负补偿（G44）。在补偿功能代号H后的两位数字表示的刀具补偿寄存器地址中存放刀具长度的补偿值，以主轴轴端中心作为起刀点，以刀具离轴端伸出长度为H中的偏置量。这样能够避免指令使用错误带来的加工事故，实现刀具补偿应用目的。在刀具长度补偿指令中刀具位置发生变化时，应将坐标的变化转化为工件坐标系的变化，也就是将工件坐标系和刀具一起沿Z轴方向移动一个刀具长度补偿值，重新建立一个新的坐标系，再将加工程序中的Z坐标值放在新的工件坐标系中，通过这样的方式简化刀具长度补偿中的繁琐计算，提高编程效率。在刀具半径补偿的应用中，应对刀具半径补偿功能、刀具选择以及刀具路径确定等进行分析，利用“少吃快走”工艺，提高加工效率。另外，加工中还应改变思维方式，利用刀补参数寄存器常量改变量的方式，加工典型工件，实现提高加工效率的目的。具体的刀具半径补偿应用技巧需要数控加工人员在实际的加工中，根据工件的实际情况及经验进行总结与分析，提高刀具半径补偿概念的利用率。
2刀具补偿应用中的注意事项
在数控加工中的刀补功能使用中，需要注意以下几点。首先建立及取消刀补时，刀具必须在刀补平面内运动。其次启用刀具补偿时，必须了解刀具运动方向，避免加工方向错误造成的工件废品。另外在刀具补偿指令应用中必须采用先下刀后建立刀补、抬刀后取消刀补程序的方式，避免刀补信息不足、程序无法计算等问题的发生，避免抬刀前取消刀补产生的零件报废问题。最后抬刀后取消刀补，这样刀具远离工件，避免刀具多切现象的发生。针对刀具补偿应用中的常见问题及生产安全事故原因，掌握科学的刀具补偿应用方法，实现刀具补偿应用目标。
3结论
数控机床在现代制造业中扮演着一个重要的角色。本论文介绍了THY5940型立式加工中心设计思想和设计过程。主要叙述了数控进给系统的传动设计及主要传动件滚珠丝杠及其支承的设计计算。并对进给系统进行了校验，取得了预期的效果。
该机床适用于摩托车、汽车、轻工机械等行业提高生产率。不仅对刀具的位置或轨迹进行控制，而且还具有自动换刀和补偿功能，具有很高的强度，刚度和抗震性。以前采用的专用机床加工零件，虽然效率较高，但制约被加工零件的改进。而加工中心具有柔性，从而能适应产品在最短时间内达到商品化。本加工中心的设计拟采用主机，数控系统(包括伺服和驱动系统)及相关配套件三部分组成。在对以前研究成果分析总结的基础上，按照技术要求指标，对初步拟订的方案进行细化，论证，完善和总结。
加工中心的进给系统承担加工中心各直线坐标轴的定位和切削进给，进给系统的好坏将直接影响整机的运行状态和精度指标。设计过程中应使进给稳定性和快速响应的特性。同时，要求有合理的控制系统，而且要求对驱动元件和机械传动装置的参数进行合理的选择，使整个进给系统工作时的动态特性相匹配。
THY5940型立式加工中心机床解决了单件，小批量，特别是复杂型面的零件的加工自动化问题。对于提高企业的生产率，提高工件的加工精度以及提高机床的使用寿命都具有十分重要的意义。
经过研究，本论文基本取得了预期效果，完成了进给系统的设计计算。同时，对数控机床的进给系统设计方法的研究也取得一定的效果。
关键词：数控技术；数控机床；进给系统；滚珠丝杠
Abstract
Numericalcontrolmachinetoolsplayanimportantroleinnowadaysmanufacturing.ThisarticleintegratethedesignmethodanddesignprocessoftheenteringsystemofNCmachiningcenteroftypeofTHY5940.Itspecifiesthedrivingdesignandimportantdrivingaccessory–ballbearingandit，sbearingoftheenteringsystemofNCmachiningcenter.Inthesameway,checkouttheenteringsystem.Wehaveachievedthemethodofintelligentdesign.
Thismachineappliestocar/motorcycleandlightindustryofengineinordertoimprovetheirproductionratio.Itisnotonlycontrolthepositionandtrackofthefalchion,butalsohasthefunctionofchangethefalchionautomaticallyandcompensates;havehighintension/Steeltonandnon-shake.Intheolddays,peopleoftenusespecialmachinetoproductaccessories.Althoughhaveahighproductionratio,hobbletheimprovingofproducingaccessories.ButNCmachiningcenterisflexible,soitcanadoptthechangedproductionandorganizeproductionandshortenregulateperiodofproductionpossibly.TheNCmachinecenterdesignadoptmain–frame\NCmachiningcentersystemandcorrelativeaccessories,onthebaseoftheformerstudyprogeny.
TheenteringsystemofNCmachiningbearsNCmachiningalllinecoordinateordinationandcuttingentering.Theadvantageanddisadvantageofenteringsystemwillinfluencethedrivingstationofthewholemachineandprecisionguideline.Intheprocessofdesign,weshouldmakesurethattheinterringsystemmeetsthestabilityandresponsequickly.Contemporary,requirereasonablecontrolsystem.Furthermore,havealogicalchoosefortheparameterofdrivingsettings.Sothewholeenteringsystemcanmatchthemachinewhenitisworking.
TheenteringsystemofNCmachiningcenteroftypeofTHY5940settletheproblemsoftheproductautomaticallyofoneaccessorysmallproductionandcomplexaccessories.Thismachinehasanimportantroleinimprovingtheproductionofenterprisetoimprovetheproductprecisionandadvancethelongevityofmachine.
Afterthisstudy,wehaverealizedtheanticipatepurpose.Wehavecompletedtheantitypeoftheintelligentdesignsystem,andwehaveachievedthemethodofintelligentdesign.
Keywords：Numericalcontroltechnology；Numericalcontrolmachinetool；Feedsystem；Ballbearingguidescrew
THY5940型立式加工中心是为汽车/摩托车/轻工机械等行业提高生产效率而开发的新产品。该机床总体布局为工作台固定，立柱移动式。主运动采用数字交流伺服电机拖动，可无机调速。该加工中心除针对汽车零件的加工外，还可以对其它种类的零件进行铣、镗、钻、扩、攻丝、平面及任何曲面的加工，它是轻工机械领域较为理想的设备，特别适合于汽车、摩托车行业以及轻工机械行业大批量生产的需要。该产品既可单机使用，也可以通过小的改动与柔性生产线联机使用。因此，产品使用范围广。
根据加工特点及提高生产率的要求，采用加工和装夹同时进行。使工作台的一侧为加工区，另一侧为卸载区。加工时工作台固定，加工完工作后，只做旋转运动，代替交换工作台的功能。机床的三个移动坐标(X、Y、Z)均由主轴实现。主轴箱侧挂于立柱上，并实现Z向进给。立柱在滑座上移动实现Y向进给。滑座在床身上移动实现X向进给。在工作台两侧设有螺旋排屑槽，将切屑排至机床的后面，在通过链式排屑器(与冷却水箱一体)传至切屑集中处。整机设有防护间，电器柜在防护间一侧便于操作，液压站安置在电器柜后面，从整体上设计较为合理。
目前我国数控机床的数量和品种，尚不能完全满足国内市场需求，自2000年以来，我国数控机床年产量以平均37%的速度增长，2003年国产数控金属切削机床年产量达到36000多台。但由于进口机床的大量涌入，国产金切数控机床在国内市场的占有率明显下降。2003年我国国内机床总消费为67.3亿美元，其中进口机床41.3亿美元，已连续三年成为世界最大的机床进口国。进口依存率113%，国内市场自我满足率仅为44%，远远低于日本的86%，意大利的67%和德国的59%，可以说已威胁到我国机械制造基础产业的安全。同时仅2003年1年，就有德国吉特迈集团，日本牧野铣床，日本丰田工，意大利利雅路集团及韩国大宇机床等在我国开办独资企业。在开拓国际市场的同时，中国机床企业在国内却面临着越来越严峻的竞争形式。2004年我国机床进口突破了55亿美元大关。[1]
分析表明，中国机床市场目前仍分为中低端和高端两个领域。众多中国企业，通常是国有企业占据低端市场，“低端混战“愈演愈烈，但高端市场则主要由外国制造商，特别是被欧洲，日本的制造商垄断。我国汽车，航空和航天，发电，船舶，特别是军工等行业急需的高技术数控机床75%甚至100%依赖进口。部分高档数控机床仍然被作为战略物资在国际市场上受到禁运限制。
但如今这一切正发生改变，新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品山主导地位。沈阳机床集团机床股份有限公司中捷友谊)为上海磁悬浮快速列车线生产的s台数控锉铣床组成的轨道梁生产线就是一个例子。数控机床发展的关键配套产品通过政府的支持有了突破和快速发展，如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台;烟台第_机床附件)开发为数控机床配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置。我国机床市场正形成以数控机床为主流的消费，但我国在数控机床网络化方面与国外仍然有很大差别。
本机床为THY5940型立式铣镗加工中心，产品规格为400*630*2。
技术参数
项目单位规格
型号THY5940
工作台尺寸mm400x630x2
承重kg500
立柱横向行程Xmm600
立柱纵向行程Ymm400
主轴箱垂直行程Zmm600
工作台回转C0°\180°
主轴锥孔ISO7:24No.40
主轴转速r/min45-6000
主轴最大扭矩N.m
180
主电机功率kw7
主轴中心到立柱导轨面距离mm530
主轴端面到工作台面最小距离mm210
切削进给X、Y、ZMm/min1-10000
快速移动X/Y/Zm/min24/24/15
刀库容量把16
定位精度X、Y、Zmm±0.005
重复定位精度X、Y、Zmm±0.003
机床重量kg10000
机床外形尺寸(长x宽x高)mm2760x2850x2725
目录
摘要I
ABSTRACTII
第1章引言1
第2章THY5940简介4
2.1机床的设计参数4
2.2机床坐标与进给传动机构5
第3章进给系统的设计计算6
3.1数控机床进给传动系统机械结构6
3.1.1进给传动系统的机械结构6
3.1.2设计传动系统时应注意的问题7
3.1.3传动过程中的关键元件8
3.2滚珠丝杠的选择9
3.3丝杠拖动电机的确定9
3.3.1丝杠的转动惯量J9
3.3.2电机的选择10
3.4刚度计算11
第4章滚珠丝杠副的校验与进给系统误差分析13
4.1机床定位精度与丝杠精度13
4.2滚珠丝杠的疲劳强度13
4.3死区误差的分析14
4.4由传动刚度的变化引起的定位误差14
第5章机床的总体设计思路16
5.1主轴箱平衡和主轴箱拖动16
5.2滑座及立柱拖动16
5.3床身及滑座拖动16
5.4机床的防护系统17
结论18
【关键词】高速；加工机理；优势；推广价值
1.前言
高速切削加工是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术，在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用能够得到解决。“高速切削”的概念是由德国物理学家Carl.J.Salomon提出，于1931年4月提出了著名的切削速度与切削温度理论。该理论的核心是：在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高，当到达某一速度极限后，切削温度随着切削速度的提高反而降低。随后，高速切削技术的发展经历了4个阶段：高速切削的设想与理论探索阶段（193l—l971年），高速切削的应用探索阶段（1972-1978年），高速切削实用阶段（1979--1984年），高速切削推广阶段（20世纪90年代至今）。
对高速切削加工的界定有以下几种划分思路：一是以主轴转速作为界定高速切削加工的尺度，认为主轴转速在10000-20000r/min以上即为高速切削加工；二是以主轴直径D和主轴转速n的乘积Dn来界定，当Dn值达到（5～2000）×105mm.r/min，则认为是高速切削加工，新近开发的加工中心主轴DN值大都已超过100万；三是以切削速度高低来区分，认为切削速度跨越常规切削速度5至10倍即为高速切削加工。
2.数控高速切削加工的优势
随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加，加工效率提高，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速切削加工的“量小速快”使切削力减少，切屑的高速排除，减少了工件的切削力和热应力变形，十分有利于刚性差和薄壁零件的加工。高速切削加工中，主轴转速的提高使切削系统的工作频率远离了机床的低阶固有频率，提高了切削系统的刚性，进而使产品表面质量获得提高。
数控高速切削加工和常规切削相比的主要优势可归纳为：第一，生产效率可提高3～10倍。第二，切削力可降低30%以上。第三，切削热95%被切屑及时带走，特别适合加工容易热变形的零件。第四，机床的激振频率远离工艺系统的固有频率，工作平稳，适合加工精密零件。第五，经济效益明显。
3.数控高速切削加工的应用
数控高速切削工艺的应用，能使制造成本降低20%左右，产生新的经济增长点。以某锻造厂加工曲轴和连杆锻模为例，传统的加工工序为：外形粗加工仿形铣粗加工型槽热处理外形精加工数控电火花粗、精加工型槽钳工打磨抛光型槽表面强化处理。而采用高速切削加工后的工序为：外形粗加工热处理外形精加工高速铣加工型槽表面强化处理。通过高速铣削加工直接完成淬硬钢模具，使生产成本从传统工艺的27000多元降到22000元。
高速切削加工具备过程平稳、振动小的特点，与常规切削相比，可提高加工精度1～2级，并能取消后续的光整加工。同时，采用数控高速切削加工工艺，可以在一台机床上实现对复杂整体结构件的粗、精加工，减少了转工序中多次装夹带来的定位误差，也有利于提高工件的加工精度。如某企业加工的铝质模具，模具型腔长达1500mm，要求尺寸精度误差±0.05mm，表面粗糙度Ra0.8μm。原先的制造工艺为：粗刨半精刨精刨铲刮抛光，制造周期为60小时。采用高速切削加工工艺后，改为半精加工和精加工，加工周期仅需6小时，加工效率提高近10倍。可见，高速切削加工在制造业中有着广阔的应用前景。
4.数控高速切削加工的关键环节
高速切削加工不仅包含着切削过程的高速，还包含了工艺过程的集成和优化，可谓是加工工艺的统一。高速切削加工是在数控装置、机床结构及材料、机床设计、制造工艺、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造工艺、高效高精度测量测试工艺、高速切削工艺等诸多技术均获得充分成熟之后综合而形成，可谓是一个复杂的系统工程。
高速切削加工应用中还存在着一些有待解决的问题，如对高硬度材料的切削机理、刀具在载荷变化过程中的破损内因的研究，高速切削数据库的建立，适用于高速切削加工状态的监控技术和绿色制造技术的开发等。数控高速切削加工所用的CNC机床、刀具和CAD/CAM软件等，价格昂贵，初期投资较大，在一定程度上也制约着高速切削技术的推广应用。实现数控高速切削加工的关键环节如下：
4.1高速切削机理的研究
高速切削加工过程是导致工件表面层产生高应变速率的高速切削变形和刀具与工件之间的高速切削摩擦行为形成的为热、力耦合不均匀强应力场的制造工艺。与传统的切削加工相比，加工中工件材料的力学性能、切屑形成、切削力学、切削温度和已加工表面形成等都有其不同的特征和规律。
各类材料在高速加工前提下，切屑的形成机理，切削力、切削热的转变规律，刀具磨损规律及对加工概况质量的影响规律，都有了极大的变化。通过对以上理论的研究，有利于促进高速切削工艺规范的确定和切削用量的选择，为具体零件和材料的加工工艺拟定能够提供理论依据。
4.2高速切削机床的配备
高速切削机床是实现高速切削加工的必备条件，高速主轴系统、快速进给系统和高速CNC控制系统是关键。它要求具备高性能的主轴单元和冷却系统、高刚性的机床结构、安全装置和监控系统以及优良的静动力特性，具有技术含量高、机床制造难度大等特点。通常，选用高速数控车床、加工中心，也有釆用专用的高速铣、钻床，它们都具有高速主轴系统和高速进给系统。一般主轴转速在10000r/min以上，有的甚至高达60000-100000r/min，且要保证动态和热态机能。也可釆用高速丝杆或直线电机，提高机床进给系统的快速响应。目前，直线电机最高加速度可达2-10G（G为重力加速度），最大进给速度可达60-200m/min或更高。
4.3高速切削工艺的刀具
随着切削速度的大幅度提高，刀具材料和刀具制造工艺都要能适应新的环境。刀具系统必需具有较高的几何精度和装夹再定位精度，以及较高的装夹刚度。高速切削刀具除了满足静平衡外还必需满足动平衡要求，尽可能减轻刀体质量，以减轻高速扭转时所受到的离心力。高速切削中常用的刀具材料有单涂层或多涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）、聚晶金刚石等，高速切削刀具刀刃的外形正向着高刚性、复合化、多刃化和超精加工方向发展。
4.4数控编程系统要求
高速切削有着比传统切削更特殊的工艺要求，除了要具备高速切削机床和高速切削刀具外，还要有合适的CAM编程软件。高速加工的CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、待加工轨迹监控功能、刀具轨迹编辑优化功能和加工残余分析功能等特点。高速切削应用程序首先要注意加工的安全性和有效性；其次，要保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；第三，要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。通常，使用的CNC软件中的编程功能都不能满足在整个切削过程中保证切削载荷不变的要求，需要由人工加以填补和优化，这在一定程序上降低了高速切削的价值。因此，必需研究一种全新的编程方式，使切削数据适合高速主轴的功率特征，充分发挥数控高速切削加工的优势。目前，引进的CAM软件，如Cimatron、Mastercam、UG、Pro/E等，都在逐步增添适合于高速切削的编程模块，为高速切削加工的应用提供了良好的条件。
5.结束语
由于数控高速切削加工在提高生产效益、降低制造成本中潜力巨大，美国、日本等国早在上世纪60年代初，就起动了超高速切削机理的研究。1978年美国完成了对高速加工数控铣床的改造，完成主轴转数30000r/min与100000r/min的重要参数指标。现在，欧美等发达国家生产的各类超高速机床已经实现商业化，在飞机、汽车及模具制造行业中获得了大量的应用。
我国在研究和开发高速切削工艺方面，与国外工业发达国家相比，仍存在着较大的差距。为适应社会经济发展需要，满足航空航天、汽车、模具等各行业的制造需求，必需加强对高速加工工艺基本理论的研究，加快高速主轴单元和高速进给单元的开发，努力实现高速机床的国产化，开发适应高速加工的CAD/CAM自主软件系统和后置系统，建立新型检测工艺监控系统。发展数控高速切削加工是提高加工效率和质量、降低成本的主要途径，把当前的高速切削水平实用化，使我国机械加工业整体切削效率提高1～2倍，缩小与工业发达国家的差距，是我国从事制造行业专业人员在新世纪的奋斗目标。
参考文献：
[1] 孙文诚 高速切削加工模具的关键工艺研究 [J].机械制造与自动化2008（5）.
