第一章 数控加工技术概述

备课人：

学习本课程的目的

1. 了解数控机床的产生； 2. 了解数控机床的发展; 课程的主要内容:

1-1 数控机床的产生与发展 1.数控机床的产生

1.1 数控加工技术的内容

（1）零件的加工工艺分析——根据零件的材质、几何形貌、加工精度等要求，确定数控机

床及刀具的选型（机床的数控轴数目、数控轴的控制形式，刀具的形式如球形刀、平底刀、锥形刀及鼓形刀等，刀具的材质）、并拟定相应的工艺方案。

（2）零件的几何建模——根据零件的实体模型、工程设计图纸或CAD文件等建立零件待加工表面的曲面模型（参数化描述）。

*主要用到图形学、计算机辅助图形学方面的知识，多采用贝齐尔（Bezier）曲面、B样条曲面或非均匀有理B样条（NURBS）曲面进行曲面描述。

*涉及的主要问题有：曲面的拟合精度、曲面的裁剪、曲面片的拼接与偏置、曲面片的过渡与求交等。

*清华大学（孙家广），浙江大学（石教英、谭建荣、柯映林），北京航空航天大学（唐荣锡、朱心雄），电子科技大学（叶尚辉）等。

（3）加工过程规划——加工环节规划（如粗加工，精加工环节），刀具轨迹规划（粗加工刀具轨迹规划，精加工刀具轨迹规划）等。

*涉及的重要问题：刀具轨迹的规划方法，工件加工精度的控制，刀具与工件的干涉

检验（切触干涉、刀底干涉和刀杆干涉），刀具的更换，刀具位姿的作业空间检验，

加工路径长度的控制，机床进给速率的选定等。

（4）刀具轨迹的生成——根据加工过程规划确定刀位数据（刀具的位姿数

据）。

（5）加工过程坊真——对（2）—（4）过程进行计算机图形实体仿真、或刀具轨迹仿真。

（6）机床运动指令生成——由刀位数据以及其它的相关功能（如换刀、刀具主轴控制、加

工过程中的检验及冷却润滑等辅助功能要求）生成机床的运动指令。 （7）生成有效的加工代码——根据机床运动指令生成相应的G代码与M代码。 （8）数控系统——接收、解释加工代码，形成机床伺服轴及其它功能部件的运动控制信号。

（9）伺服驱动系统——接受运动控制信号，功率放大，驱动机床伺服轴运动。 （10）机床主机——在各伺服轴及相关功能部件的协调运动前提下，驱动刀具完成零件曲

2.数控机床的发展

P1、2

1-2 数控加工的特点及适用对象

学习本课程的目的

1.数控加工的特点及主要技术指标 课程内容

1．加工的特点:

（1）具有复杂形状加工能力——由于刀具自由度较多、其运动可以任意控制，数控加工能够完成普通加工方法难以或无法完成的复杂型面零件的加工作业。

（2）加工质量好——采用数字程序控制实现自动加工，排除了人工操作带来的误差因素。此外，加工误差还可以通过数控系统由软件进行补偿与校正。因此，数控加工获得很好的加工质量。

（3）加工效率高——数控机床在完成软件编程后，可自动控制刀具及各种辅助操作的运动。

零件在一次装卡后，刀具几乎可以完成不同部位的加工作业。因此，加工的效率较高；特别是在加工复杂型面零件时，与普通机床相比具有更高的效率。

2．适用的对象:

（1）具有复杂形状零件的加工——如模具型腔、水轮机叶轮、航空发动机叶片、飞行器机

翼等形貌复杂、加工精度要求较高的零件。

（2）常规零件的加工——需进行多种工序联合加工的零件，公差带小、互换性高及精度要求高的零件，采用普通机床加工需设计、制造复杂工装的零件等。

2. 数控编程技术的发展

（1）APT数控加工语言——20世纪50年代美国的麻省理工学院（MIT）设计出第一种用于机械零件数控加工程序编制语言APT；其后，MIT又组织美国各大飞机制造公司共同开发了APT-Ⅱ。到60年代，在APT-Ⅱ的基础上开发出的APT-Ⅲ进入实际应用。随后，结合计算机技术、图形学技术以及计算几何技术的发展，经过多次的修改充实和完善，又相继发展成为APT-Ⅳ、APT—AC和APT-Ⅳ/SS。经过历次的版本更新，APT由最初功能相对单一的数控加工编程语言发展成为集设计制造一体化的数控编程加工系统。

（2）APT衍生数控加工语言——在APT语言的基础上，世界各国根据自身的