第1章　概述

1.1　數控設備及數控加工

數控機床主要通過計算機控制來實現機械零件加工的功能，所以又稱為計算機數控機床（CNC數控機床）。該系統本質上是一種位置控制系統，數控加工過程中最關鍵的部分是實現軌跡精確控制［1］。數控設備主要根據輸入的加工程序，進行數據處理與插補運算確定刀具與加工工件之間的運動軌跡，從而獲得理論運動軌跡［2］。

數控機床加工過程如圖1-1所示。主要加工流程可以分為以下幾個部分［3］。

①零件工藝分析：根據零件加工圖進行工藝分析［4］，確定加工路徑與加工方法。

②編寫零件加工程序：根據數控系統編程規定與要求編寫數控加工程序，或者利用UG、CAD等自動編程軟件直接生成零件的加工程序文件。

③數控加工程序的輸入：通過操作面板或計算機的串口通信直接將程序輸入輸入單元之中。

④模擬運行與試運行：將輸入數控機床的加工程序進行試運行和模擬運行等操作。

⑤進行數控加工：當確認數控機床加工路徑正確時，運行數控程序，完成零件加工過程。

數控機床的種類與規格很多，各種方法也不盡相同。按照數控機床的運動軌跡進行分類主要可以分為兩類［5］。

（1）點位置控制的數控機床

點位置控制的數控機床在移動過程中并不進行加工，各個加工坐標之間的運動是不相關的，所以對于軌跡運動過程并不嚴格要求。為了實現快速定位加工，一般在兩個加工坐標之間快速移動，當接近目標加工位置后減速運動，實現精確定位。具有點位置控制的數控機床有數控鉆床、沖床、鏜床等。但隨著科學技術與數控加工技術的發展，單純的點位數控加工已經不能滿足企業要求，現實情況中也較為少見。

（2）軌跡控制的數控機床

軌跡控制的數控機床主要是對多個運動坐標進行位置與速度控制。在兩點的加工坐標之內還需要對工件加工路徑進行精確控制。為了工件輪廓相對運動軌跡符合高精度加工的要求，數控機床在各點的運動控制中還需要進行位置控制和速度控制，因此還要求數控機床具有插補功能。插補功能主要是將程序段所描述的曲線的起點、終點之間的空間進行數據密化，從而形成要求的輪廓軌跡。在運動過程中刀具或者磨具會對加工工件表面進行連續切削，進行圓弧、曲線、直線等加工。數控車床、數控磨床、數控銑床、加工中心等可以進行加工軌跡控制。

根據數控機床所控制的聯動方式與加工坐標軸數目的不同，可以分為雙軸聯動和多軸聯動，其中雙軸聯動主要用于數控機床的平面加工和旋轉曲面加工，例如數控凸輪軸磨床等，兩軸通過聯動配合實現曲線加工過程。多軸聯動主要指三軸和三軸實現多軸聯動，多用于數控銑床和加工中心等場合中，可以在X、Y、Z三個坐標軸內實現數控加工。有些數控機床可能還需要圍繞主軸進行旋轉聯動。