第1章　概述

1.1　数控设备及数控加工

数控机床主要通过计算机控制来实现机械零件加工的功能，所以又称为计算机数控机床（CNC数控机床）。该系统本质上是一种位置控制系统，数控加工过程中最关键的部分是实现轨迹精确控制［1］。数控设备主要根据输入的加工程序，进行数据处理与插补运算确定刀具与加工工件之间的运动轨迹，从而获得理论运动轨迹［2］。

数控机床加工过程如图1-1所示。主要加工流程可以分为以下几个部分［3］。

图1-1　数控机床加工过程

①零件工艺分析：根据零件加工图进行工艺分析［4］，确定加工路径与加工方法。

②编写零件加工程序：根据数控系统编程规定与要求编写数控加工程序，或者利用UG、CAD等自动编程软件直接生成零件的加工程序文件。

③数控加工程序的输入：通过操作面板或计算机的串口通信直接将程序输入输入单元之中。

④模拟运行与试运行：将输入数控机床的加工程序进行试运行和模拟运行等操作。

⑤进行数控加工：当确认数控机床加工路径正确时，运行数控程序，完成零件加工过程。

数控机床的种类与规格很多，各种方法也不尽相同。按照数控机床的运动轨迹进行分类主要可以分为两类［5］。

（1）点位置控制的数控机床

点位置控制的数控机床在移动过程中并不进行加工，各个加工坐标之间的运动是不相关的，所以对于轨迹运动过程并不严格要求。为了实现快速定位加工，一般在两个加工坐标之间快速移动，当接近目标加工位置后减速运动，实现精确定位。具有点位置控制的数控机床有数控钻床、冲床、镗床等。但随着科学技术与数控加工技术的发展，单纯的点位数控加工已经不能满足企业要求，现实情况中也较为少见。

（2）轨迹控制的数控机床

轨迹控制的数控机床主要是对多个运动坐标进行位置与速度控制。在两点的加工坐标之内还需要对工件加工路径进行精确控制。为了工件轮廓相对运动轨迹符合高精度加工的要求，数控机床在各点的运动控制中还需要进行位置控制和速度控制，因此还要求数控机床具有插补功能。插补功能主要是将程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而形成要求的轮廓轨迹。在运动过程中刀具或者磨具会对加工工件表面进行连续切削，进行圆弧、曲线、直线等加工。数控车床、数控磨床、数控铣床、加工中心等可以进行加工轨迹控制。

根据数控机床所控制的联动方式与加工坐标轴数目的不同，可以分为双轴联动和多轴联动，其中双轴联动主要用于数控机床的平面加工和旋转曲面加工，例如数控凸轮轴磨床等，两轴通过联动配合实现曲线加工过程。多轴联动主要指三轴和三轴实现多轴联动，多用于数控铣床和加工中心等场合中，可以在X、Y、Z三个坐标轴内实现数控加工。有些数控机床可能还需要围绕主轴进行旋转联动。