对于工科类学生来讲，数控加工实践教学环节在整个专业课程中占有重要地位，此教学环节是理论与实际的结合体，更是培养学生工程意识、创新能力的基础。数控加工实践课所设置的教学内容完全由学生自主、动手、动脑独立操作完成指定任务，对于初次接触工程实践的学生来讲，这门课比较难学。培养社会需要的人才是我们高等教育的主要任务，也是我们教育工作者的历史使命，因此把我们的学生培养成为拥有良好的实践能力、创新能力、分析和解决问题能力的人才，是我们的重要任务。为此我们要有明确的教学目标：教学过程中要求学生做到严谨认真;在实践的过程中培养良好的科学素质；在实践中养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，树立团队协作精神。

　　一份明确的预习报告，可以详细的指出本实践课程所要涉及的预备知识、前期准备工作、实验原理、实验内容、实验方法和实验目的。由于学生的层次存在着不同程度的差异，通过建立预习报告制度的学习方法，可以最大程度的拉平学生个体差异，使学生对数控实训做到有备而来。

　　在实践的过程中，科学、合理的预先设置问题，能够培养学生学会分析并能解决问题的能力，改变以往“填鸭式”教学模式，让学生体会到成功解决问题的喜悦，激发学生探求科学奥秘的激情。

　　多媒体教学能够使实践教学课程的难点通过文字、声音、图像、视频等多种方式，更加形象生动的展示给学生，充分发挥CAD\CAM技术优势，积极树立学生现代工程技术理念。

　　学生是参与实验的主体，实验室是学生实验、实践的重要场所，我们要充分利用现有实验资源，为学生提供良好的实验、实践环境，围绕以学生为主体的理念建立并健全开放性实验室。

　　我们要有针对性的开放实验场所，而不是大面积的、无选择行的开放。不同学生群体有各自的自主学习需求,要注意到学生个体知识层面的差异性,有侧重性的引导学生学习,培养学生的科研能力。对不同专业的学生制定相应的实验室开放方案。科学、细致的制定培养计划，对传统的灌输式教育进行彻底改革。

　　开放性实验室、是为了培养学生的个性与能力，满足学生的实践要求，因此实验室的实验设备要做到多样化、信息化、规模化，设备类型要改变传统模式，不能使得实验设备类型单一化。如原有数控加工实践教学的主要设备有数控车床、数控铣床、加工中心，通过这三种设备进行实践教学，虽然学生得到了一定的技能训练，但是对完整的加工工艺性掌握不够全面，因此从培养学生综合能力的目的上来讲，我们还是要扩大开放范围，增加电加工、快速成型加工、激光加工、超声波加工等类型的机床，使学生的眼界放宽、接触面变广，通过实践课程对多种加工方法的了解，拓宽学生对现代制造工程的全面认识。

　　数控加工实践课程传统的评分办法是，理论考试与实际操作成绩相累加的计分方式。考试项目比较单调，笼统。所以考试的成绩不能反映学生实践效果的优劣。我们要培养新型人才来满足社会需求，就要对传统的考评方式进行改革。

　　考核课题的建立，要从综合角度出发，把参加考核的学生所掌握的预备理论知识与实践活动相结合，对不同专业的学生制定出不同的考核课题。机械专业的学生，要突出配合精度，装配精度，加工工艺等方面的要求；对电子专业的学生要突出结构设计、加工工艺的要求。以小组的方式对课题进行攻关。其目的是通过课题的有序进展，综合考察学生对已学知识的掌握程度，再经过学生间的相互讨论交流，互相学习共同消化理解知识难点。

　　小组分工书写课题论文或是实结，通过书写论文，让学生能仔细回想自己课题的制作过程，把原本含糊不清的知识点、数据，最终都落实到纸上，纠正了过去那种得过且过的思想，正真做到一板一眼，严谨认真的科研作风。最后答辩，发现课题制作中的问题，并由此展开讨论，使容易发生的问题得到大家的广泛重视，由于每组课题的课题内容不同，所以发现的问题也不同，经过集体答辩，使各种问题得以解决，这样就避免了学习的单一性，片面性，使全体同学获得更多收获。

　　理论考试是必不可少的环节，但是由于所学专业不同，前期预备知识的掌握程度存在着一定差异，因此要对不同专业的学生制定不同的考核题目，有针对性的进行考核。

　　综合评测是对学生实践课程的总结，要把理论考试、实践操作、课题完成的情况加以综合，做出恰当的综合评定。

　　案例工件加工面积较大，机加工会产生较大的内应力，内应力较大而未及时予以去除时，会导致工件在运动过程中容易产生变形甚至形成裂纹，因而需要热处理去应力，这就需要机加工时考虑热处理后的装夹、碰数问题，将整个加工过程分成两个阶段：热处理前及热处理后。热处理前需去除大部分材料，只留精加工余量；热处理后需要清除预留的材料，并得到在精度要求范围内的最终零件，精加工使用加工精度较高的德马吉DMC64Iinear加工中心，有效行程640mm×600mm，数控系统为FANUC180i-MB，主轴最高转速12000r/min。热处理前的粗加工分正面、背面、及两侧面四个方位的加工，因热处理去应力后，工件会有所变形，需重新以一个准确的参考基准作为加工碰数基准，像这种大滑块一般以基准角碰数，这就需要一个准确的基准角。粗加工时，预留顶面材料，其平面作为热处理后研磨支撑平面，热处理后可通过磨床，研磨加工出基准角的三个基准面，研磨量为0.2mm，保证其垂直度。热处理后的精加工时，加工方位与热处理前一样，但因背部材料已去除，工件正面加工时（胶位面方向）如何装夹是要考虑的问题。如果用虎钳夹住尾部平位加工，其尾部平位与高度比为60∶322，大概为其总高度的1/6，有2/3的重量处于悬空状态，且正面有较多的材料需要去除，受力不均匀，容易在角位处产生较大内应力，有可能会产生变形或裂纹，并且这么大的滑块装夹、拖表不方便，对机床要求也较高，需要考虑其他装夹工艺。解决方案是在加工背部耐磨片槽时预留工艺凸台，这样在正面加工时可用工装板及垫块紧固装夹固定，其好处是装夹、对数方便，并能较好地平衡加工时的作用力，实用性强。热处理后精加工时，因正面已粗加工，按精加工时的方法将无法装夹固定，这时可考虑使用直角弯板装夹，在数控铣床上去除工艺台背面粗加工时，耐磨片槽后部有一大块相边区域需要去除材料，其尺寸达到261.5mm×174.8mm×280mm，常规的数控加工，需要用刀具一层层的切削，必定会占去较长的加工时间，并且损耗刀具，生产效率不高。通过分析对比，用线切割加工较为合适，不但能得到一块实用的材料，而且省下很多的时间，同时考虑工艺台，这样线割时将一起切割出来，留0.5mm作为热处理后精加工余量，这样背面方位加工只需加工耐磨片槽，大大节省时间，一举多得。

　　编程分热处理前的粗加工及热处理后的精加工，按不同的方位加工顶面方位、背面方位及正面方位。热处理前粗加工需要去除大部分材料，考虑装夹加工工艺，预留部分材料到热处理后，粗加工整体留预量0.3mm。因篇幅关系，下文重点介绍正面方位的数控编程加工，编程软件为UGNX7.5，机床使用德马吉DMC64Iinear加工中心，数控系统为FANUC180i-MB，主轴最高转速为12000r/min。正面装夹如图4所示，将已线切割余料的工件，通过螺钉与工装板、垫块紧固为整体，并固定于机床工作台上，基准角对刀。

　　加工编程前先设定加工坐标系、安全平面、材料毛坯及加工工件，粗加工使用型腔铣削加工，该模块提供粗切单个或多个型腔、沿任意形状切去大量毛坯材料以及可以加工出型芯的全部功能，最突出的功能是对非常复杂的形状产生刀具运动轨迹，确定走刀方式。零件正面方位的型腔铣削粗加工，加工余量0.3mm，用40R6的圆鼻刀完成主体大部分材料的去除工作，切削模式为跟随部件，封闭区域用螺旋进刀，开放区域用圆弧进刀，区域间的快速移刀为到达安全平面，区域内为前一平面；切削深度为顶面开始深70mm，每刀公共深度为恒定0.3mm，主轴转速为1800r/min，进给为2000mm/min。再采用35R5的圆鼻刀完成次级窄角位的材料的去除工作，加工方法设置与上述40R6刀具一样，控制切削范围，使用参考刀具42R8，对40R6未能加工的区域进行补刀。接着可用更小的刀具进行更小窄角位的材料去除工作，但因粗加工后需要热处理去应力，去应力并不会增加材料硬度，部分更窄角位的余料对整体应力影响不大，为减少工作量，提高加工效率，可不需要进一步粗加工。

　　热处理后材料已去除应力，可完全去除多余材料，但工件表面有变形，需通过磨床研磨加工，重新定好基准。研磨好三个基准面及工艺台面后，按图4所示正面装夹好，整体固定于德马吉DMC64Iinear加工中心上。因滑块正面为产品的表面，要求较高，且正面各层陡峭不一样，可通过切削层深度控制切削范围，分段进行加工，减少移刀时间，优化刀路。如图9所示，先用30R5圆鼻刀进行半精加工，去除热处理前的窄角位材料，切削模式使用轮廓铣加工，切削层深度0.3mm，切削余量为0.3mm，控制切削层深度为0～60mm，完成顶部较凸出部分的清角加工；接着用同样的刀具及加工参数控制切削深度为60～70mm，完成中间较平表面的加工；延续刀具及加工方法，控制切削深度为70～140mm，完成侧面垂直面的加工。完成上述刀路后，正面大部分余料已去除，但更窄角位处还有余量，延续上述的加工方法，使用型腔铣模块轮廓铣进一步清角，如图10所示，先用16R0.8的圆鼻刀，再用10R5、6R3的圆鼻刀逐级递减更换更小的刀具进行清角，进一步减少余量。完成窄角位半精加工后，延续半精加工的装夹方法，在同一机床上进行整体表面精加工，以减少装夹对刀过程中的误差。这里采用固定轴铣削加工，该模块提供了完全和综合的，用于产生3轴运动的刀具路径，实际上它能加工任何曲面模型和实体模型，可以用功能很强的方法来选择零件需要加工的表面或加工部位。有多种驱动方法和走刀方式可供选择，如沿边界、径向、螺旋线以及沿用户定义的方向驱动，此外，还可以容易地识别前道工序未能切除的区域和陡峭区，快速完成清除上一次加工的余量，提高工件的加工质量，使精加工时均匀切削。

　　该零件的材料为锻铝LD10，零件底面含有大小不同、形状各异的小孔40余个，部分小孔与侧面的若干个不同角度油路深孔相交汇，零件结构如图1所示，孔位示意如图2所示。在加工深孔的过程中，采用了进口的MAYKESTAG加长准3mm钻头、准4.5mm合金键槽刀和加长中心钻等特种刀具。

　　影响零件加工精度的因素主要取决于其工艺系统的几何误差、受力变形、受热变形、振动变形、调整误差和工件内应力引起的误差等。孔加工可分为浅孔和深孔加工两种，孔深与孔径之比5称为深孔加工。深孔加工与普通的孔加工相比，具有其自身的一些特点，主要表现在以下几方面。

　　（1）深孔加工处于一种封闭或半封闭的加工状态，不能直接观察刀具的切削和走刀情况。

　　（3）钻头细长，刚性差，工作时容易偏斜和产生振动，直线精度及表面粗糙度难以保证。

　　（4）钻头在相对封闭的状态下工作，热量容易积累，使钻头温度升高，磨损严重，使被加工零件发生受热变形。因此，选用正确的切削工具，采用合理的切削方法和切削参数，从而有效地控制或减小这些因素引起的加工误差,是保证深孔加工质量的关键。

　　（1）转速的选取。在进行深孔加工时,钻头的转速高低直接影响工件的表面质量和钻头的正常运转。实际加工中在其它参数不变的情况下,钻头转速低于一定值时将造成切削刃黏刀，工件表面粗糙度达不到技术要求，不能满足加工质量要求；而转速大于一定值时又会造成切削噪声过大、温度过高、刀具磨损加重的后果。因此，钻头的转速选取必须有一个合理的范围,才能保证钻头的使用寿命和工件质量。钻头的转速主要取决于所加工的材料和钻头的直径，根据刀具厂家提供的不同材料和钻头直径的加工表，然后计算出转速。本零件的材料为铝合金，加长钻头直径为3mm，由于为深孔加工，应降低切削速度，减少进刀量。根据机械加工工艺手册查得的切削线m/min，根据工件情况，为小直径深孔切削，取最低值80m/min，由于属于深孔加工降低50%，使用加长钻头再降低50%，这样就可以根据钻头直径算出所需的转速:n=20000/（3π）=2120r/min。同理可计算出其它刀具所需的转速。

　　（2）进给量的选取。在深孔加工中,每转进给量的选取直接关系到切屑长度和形状，实践证明,转速不变并且在钻头负荷之内的情况下,钻削的进给量过大或过小都会造成断屑不畅,切屑堵塞，影响顺利排屑。所以选取一个合适的进给量非常重要，进给量的选取取决于钻头直径和加工材料,因加工材料为铝合金，钻头的直径为3mm,故得出每转进给量大约为0.013mm,再乘以转速，就可以计算出每分钟的进给量:V=0.013×2120=27.6mm/min。

　　工装的优劣直接影响工件的加工精度、表面质量、劳动生产率和加工成本，该工装的设计需考虑在分度头上的安装，以及安装后工装与机床工作台及刀柄的干涉问题，并进行最大限度的减重处理。如图3（a）所示，零件与工装依靠销孔定位，利用大(主压板)、小（辅压板）两个压板固定零件，侧面让开零件待加工部分，防止加工干涉，该工装既方便装夹又可保证加工完成后方便取下工件。

　　在深孔加工过程中，最容易产生的问题是孔位偏斜，另外是深孔内排屑路径较长，排屑不易，造成切屑挤压内壁，影响孔壁粗糙度。为防止以上问题，在进行深孔加工过程中应采用以下工艺方法。

　　（1）在加工孔时首先要看所加工孔是否垂直于所在平面，由于零件含有倾斜表面的斜孔，在加工前要用铣刀先将其所在平面铣平并垂直于孔的方向,如图4中的A放大图,剖面线部分应先用相同直径的立铣刀铣平，再用中心钻钻定位孔。

　　（2）为防止加长钻头在加工过程中导向出现偏差，可以采用分段加工的方法，即用同直径普通长度的钻头进行导向加工，目的是为之后的加长钻头钻削加工约束导向，防止孔位偏差。例如加工长度为80mm的深孔，为保证加工质量和安全性，又要提高其深孔加工的效率，可将孔分为三段式加工，分别采用3把不同长度的刀具进行加工，最上段0~30mm为浅孔加工，使用普通长度的刀具，并采用较大的进给速度，中段30~50mm使用中等长度的刀具，采用普通的进给速度加工，最下段50~80mm为深孔加工，使用加长的特制刀具，采用较小的进给速度，保证刀具不会折断。

　　（3）利用加长钻头进行深孔切削时，由于排屑路径较长，可编制宏程序进行分段加工，并且为了更方便排屑，每次进给后，钻头需要提到安全平面高度，并作短暂停留。

　　（4）遇到相交的丁字孔，先钻盲孔再钻透孔，如图5中,应该先钻b孔再钻a孔。

　　（5）在加工孔径公差0~0.006mm的平底沉孔过程中，首先用小于沉孔直径0.1mm的钻头加工，然后用专用铣刀进行精加工，以保证沉孔尺寸要求。交叉深孔的加工一定要从全局考虑,先确定加工孔的顺序,只有采用了正确的加工顺序才能顺利完成加工任务,达到事半功倍的效果。

　　深孔加工中除合理选择刀具和切削参数外,编制切削程序时，需要考虑解决3个主要问题，即排屑、冷却钻头和使加工周期最小化。FANUC数控系统提供了G73和G83两个深孔加工指令，G73为高速深孔往复排屑钻,G83为深孔往复排屑钻。排屑主要是依靠切屑在钻头螺旋槽中的流动来保证的,因此深孔加工,特别是孔深比较大的深孔,为保证顺利加工并排出切屑,应优先采用G83指令。在实际加工中,当钻头退出时,切屑在冷却液冲刷下又会落入孔中，当钻头再次进入后,它将撞击位于孔底部的切屑，切屑在刀具的作用下开始旋转,将切屑切断或熔化。因此,在必要时应暂停加工来清理和吹净切屑，否则会引起刀具散热困难，甚至造成刀具折断。为了有足够时间冷却钻头和清理切屑，增加编制了一个带退刀与清除残留切屑的宏程序。用参数设置切削量与进给速度，用IF条件指令设定切削深度与退刀条件。当刀具加工到设定的某一深度时，自动退刀至离开工件表面，冷却液充分冷却刀具并且清除刀具上残留的切屑，保证钻头有足够的耐用度，解决了深孔加工中刀具不易排屑、散热困难等影响加工的不利因素。

　　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。

　　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。

　　长期以来,我国数控方面高深层次人才的匮乏和流失,成为阻碍我国数控技术发展的最大障碍。企业有资金引进高精密的数控设备,却寻找不到能够维护和熟练操作的人员,面对厚重的用户手册无力消化吸收,更谈不上技术的改造和创新。由此可见,人才竞争是根本,人才战略是关键。数控技术的复杂性决定了引入高效、直观的培训机制是提高人才素质的有效途径,而此培训机制的关键是要开发一套适合学员的培训系统。随着利用VRML和JAVA开发的虚拟现实技术和USB技术的日益成熟,可以很好地解决了这个难题。这套技术结合计算机图形学、图像处理学、模式识别、智能接口、人工智能、传感器、网络和并行处理等多学科的虚拟现实技术使得人机交互方式有了质的突破。

　　虚拟现实技术应用于数控加工中心的培训系统中,就是通过计算机产生数控加工中心、被加工工件的虚拟造型,加入音响效果和运动仿真,并配有控制面板,学员根据虚拟环境提供的视觉、听觉、触觉感受,可以感受到与操作实际的数控加工中心一样的状态。与传统的数控加工中心培训相比,此系统摆脱了“试切”、“轨迹显示”等方法,极大地提高了系统的主动性、交互性和沉浸感等性能,给学员逼真的感受,改善了数控加工培训的教学效果,并且大大降低了开发成本。

　　Java是Sun公司于1995年5月23日推出的,当时并没有引起太多的注意。但是随着Internet的迅猛发展,环球信息网快速增长,促进了Java语言研究的进展,使得它逐渐成为Internet上受欢迎的开发与编程语言。Java语言具有简单、面向对象、分布式、解释执行、鲁棒、安全、体系结构中立、可移植、高性能、多线程以及动态性的特点,正是这些特点为开发人员开发强大的仿真系统提供了便利。

　　VRML(VirtualRealityModelingLanguage,虚拟现实造型语言)包含了3D动画、3D音效、传感器触发、时间输入输出、行为控制、支持多种脚本与多重使用者等功能,真正在Web上实现了动态页面,并加强了互动功能,达到真正的虚拟效果。VRML可以用在各行各业,如创建虚拟城市、虚拟校园、虚拟超市、虚拟公司等。VRML210的基本元素是节点,节点是组成3D场景的基本元素,大约定义了50多个节点,利用它们可以简单、轻松地创建虚拟的三维空间。

　　对VRML的访问是基于传统C/S模式扩展的B/S模式,B/S采用Internet上广泛使用的Web浏览器作为客户前端,操作界面友好、一致。B/S的最大优势还在于其强大的跨平台移植能力,能够极大地降低异构系统的开发难度。目前,VRML主流编程是基于Java、JavaScript,特别是Javaapplet小程序可以与VRML世界嵌在同一WEB页上。EAI(ExternalAu2thoringInterface),是一种介于VRML世界与外部环境的创作接口。通过EAI为VRML与外部世界建立一个通信接口,可以使用户通过这个接口真正成为VRML中的一个角色、一个参与者。EAI提供了一套针对VRML浏览器的Java类,通过这些类,外部环境可以访问当前所运行的VRML世界,还可以完成动态的添加、删除和驱动仿线.培训系统的体系结构

　　该培训系统是以韩国大宇PUMA200、215轴数控车削中心为具体仿线所示为本文所述的虚拟数控车削中心加工仿真系统界面,其中客户前端为Web浏览器,浏览器左侧为提供功能模块选择的视图区,右侧为对应的场景区。

　　数控加工中心培训系统硬件设备由多媒体计算机、投影设备、USB通讯接口、音箱及电器小元件等构成。计算机最低配置为PentiumⅢ550,内存为128MB,10/100MB以太网卡,可以满足动态三维图形较大的资源消耗。系统总体结构由操作仿真模块、视觉仿真模块、音响仿真模块、运动仿线所示。其中视景仿真模块是实现培训系统沉浸感的重要因素,操作仿真模块是实现学员与虚拟数控机床之间交互作用的主要手段。

　　数控加工中心培训系统中控制面板的布置与实际的一样,并与实际的面板有相近的动作范围和相似的力感,如图3所示,如转动手轮时有真实的手感,按下按钮、拨动开关有真实的力感,学员在看到加工过程中有异常情况可以按下急停键,并且可以保持状态。操作过程中,有些键必须配合使用,如进给倍率与手轮的配合、刀号与换刀按钮的配合、主轴正反转与主轴启动的配合,这些配合键使用的设置,使操作更加接近实际操作情况。

　　视景仿真模块利用计算机图形图像技术和3D技术,生成数控机床的各个部件,如门、刀库及刀具、夹具、坯料、油管、散热孔等。为了使图像处理实时且逼真,要选用高档的显卡、高性能的图形加速卡等硬件条件的支持,更需要图形技术和开发平台的发展。视景仿真模块采用计算机平台和专用三维建模软件的三维图形开发技术。

　　音响仿真模块利用计算机多媒体技术,生成数控机床加工过程中的声音信息,包括机床在加工工件中的声音信息、刀具进给的声音信息、主轴正反转的声音信息、装夹工件的声音信息以及换刀的声音信息。其中刀具进给声由进给倍率决定,主轴转动声由主轴倍率决定。音响仿真系统采用支持多媒体保准接口的声卡取代专用的数字信号处理器,具有通用性好、易移植、易升级等优点,并且大大降低了系统成本。

　　2.4运动仿真模块运动仿真模块通过模拟数控机床中的运动机构及其控制系统,实现操作过程中逼真的感受,如刀具进给时由于轨道不光滑产生的轻微晃动。运动仿真模块是提高培训系统逼真度的有效手段。建立虚拟数控机床作业环境,可随意移动、旋转、缩放及变换视点,尤其是适用于三轴以上数控机床针对加工过程中过切及干涉的校验。数控车削中心运动仿真模块主要包括回参考点、刀具进给、主轴启动、卡盘松紧、选刀等。

　　首先对所研究的数控加工中心进行建模、仿真,利用Autodesk公司推出的最新版的三维动画与造型软件3DSMAX610对数控加工中心进行建模、静态造型。造型结束后,根据部件运动时的状况设计动画。最后把3DSMAX文件转换成VRML格式,分析各个运动部件,并进行时间分配,调节VRML源代码中各个部件运动时间周期使之符合实际情况──实现机械部分的静态、动态造型。

　　根据数据采集与传输的特点,我们充分利用了USB技术的优点。自主开发的USB高速多功能卡是基于USB210协议的,所以其速率可高达480Mbps,完全满足高实时性的数据采集场合。实践证明该方案取得了良好的效果。总体硬件框图如图4所示。

　　为了验证CAI软件的可行性,我们与山东济南星科公司合作,完成CAI软件在多台个人计算机上的安装,测试了软件的稳定性和时间响应。经过长时间的调试,系统的稳定性是可靠的,时间响应也在允许范围之内。多家职业学校使用该软件进行专业学员的培训工作,取得了良好的反响。

　　在VRML空间中几何体的透明度是通过Material节点中transparency域的域值指定的,其值从完全不透明表面的0.0到完全透明表面的1.0。该域的缺省值为0,表明不透明。如图5所示,材质的透明效果使得学生可以一目了然地看明白数控机床加工工件的过程,增强了学生学习的兴趣。

　　3.2.2视点变换处理在VRML2.0中所谓视点就是浏览者在空间中所处的某一特定的位置和朝向,在这个位置通过朝向,浏览者可以浏览到虚拟世界中相关的场景。用vrmlscript可以控制视点的变化,使浏览者可以从当前视点快速切换到其它视点。在VRML中先用DEF定义Viewpoint节点,然后再定义Script,具体代码如下:

　　在该数控加工中心培训系统中,运用视点转换,产生的效果如图6所示。图6(a)可以观看数控机床的整体,对数控机床产生整体的印象;图6(b)可以观看加工工件的过程以及插补情况;图6(c)展示了加工工件时的G代码,可以了解NC代码;图6(d)可以观看刀具回零点和换刀的情况。

　　3.2.3现场声音的设定VRML场景中可以添加声音,与静态网页上的声音相比,VRML场景所播放的声音不是简单的2D声音,而是有自己的声源,以及模拟现实中的声音传播路径的3D声音,它会给人和现实中一样的听觉感应。VRML所支持的声音文件有WAV、MIDI和MPEG-1文件,AudioClip只支持前两种文件格式。利用AudioClip节点引入一个外部声音文件,并规定这个声音文件的播放参数,必须作为Sound节点的source域的域值来使用,Sound节点中的域值都可通过Javaapplet来重新设定。Sound节点格式如下:

　　首先用MP3录制数控机床各种动作时的现场声音,然后进行声音剪裁、分段。通过相应的声音节点在VRML世界需要的场合添加合适的声音,使整个VRML世界更加具有真实感,更加生动逼线)在不影响视觉效果的前提下,简化设备结构。

　　(3)对于反复使用的部件,可先对其命名(DEF),然后再重复使用(USE)。

　　“高速切削”的概念首先是由德国的C.S~omom博士提出的,并于1931年4月发表了著名的切削速度与切削温度的理论。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。此后,高速切削技术的发展经历了以下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),高速切削成熟阶段(20世纪90年代至今)。高速切削加工与常规的切削加工相比具有以下优点:第一,生产效率提高3～1O倍。第二,切削力降低30%以上,尤其是径向切削分力大幅度减少,特别有利于提高薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度。第三,切削热95%被切屑带走,特别适合加工容易热变形的零件。第四,高速切削时,机床的激振频率远离工艺系统的固有频率,工作平稳,振动较小,适合加工精密零件。

　　高速切削刀具是实现高速加工技术的关键。刀具技术是实现高速切削加工的关键技术之一,不合适的刀具会使复杂、昂贵的机床或加工系统形同虚设,完全不起作用。由于高速切削的切削速度快,而高速加工线速度主要受刀具限制,因为在目前机床所能达到的高速范围内,速度越高,刀具的磨损越快。因此,高速切削对刀具材料提出了更高的要求,除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外,还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出现及发展。目前常用的高速切削刀具材料有:聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C,N)基金属陶瓷、涂层刀具fCVD)~超细晶粒硬质合金等刀具材料。

　　金刚石刀具材料。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性,可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。然而,由于天然金刚石价格昂贵,加工焊接非常困难,除少数特殊用途外,很少作为切削工具应用在工业中。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气钎焊金刚石技术,使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简单,因此在超精密镜面切削的高技术应用领域,天然金刚石起到了重要作用。

　　立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料,是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料——CBN微粉。立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石,但其氧化温度高达1360℃,且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此,虽然目前CBN还是以烧结体形式进行制备,但仍是适合钢类材料切削,具有高耐磨性的优良刀具材料。CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能,因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料,也是国内外公认的用于硬态切削,高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。PCBN刀具已为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。

　　陶瓷刀具。与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍,其红硬性比硬质合金高2～6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强度低、韧性差,制约了它的应用推广,而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具,在生产中有美好的应用前景,目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～l0%。

　　涂层刀具。涂层材料的发展,已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层,经历了TiC-112o3-TiN复合涂层和TiCN、TiA1N等多元复合涂层的发展阶段,现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN,等多元复合薄膜材料,使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中,工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。(氮)化钛基硬质合金(金属陶瓷)金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷材料,横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金,化学稳定性和抗氧化性好,耐剥离磨损,耐氧化和扩散,具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。

　　理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性,与工件有较小的化学亲和力,高的热传导系数,良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削能够作为代替磨削的最后成型工艺,达到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性,但由于较低的硬度和较差的高温稳定性,使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后,硬质相尺寸变小,粘结相更均匀地分布在硬质相的周围,提高了硬质合金的硬度与耐磨性,在硬切削中获得较广泛应用。

　　陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。它们所具有的高硬度和良好的高温稳定性,使其能够承受在硬切削过程中高的机械应力和热应力负荷。与陶瓷刀具相比,CBN刀具拥有更高的断裂韧性,因此更适合断续切削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度,高的热传导率和低的热膨胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。因此,具有优良综合性能的CBN刀具是最适合用于高速硬切削的刀具。聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具,但即使在低温下,其对黑色金属中铁的亲和力也很强,易引起化学反应,因此不能用于钢的硬切削。公务员之家:

　　一般而言,PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金属材料的高速加工;而CBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工。故在模具加工中,特别是针对淬硬性模具钢等高硬度钢材的加工,CBN刀具性能最好,其次为陶瓷刀具和涂层硬质合金。

　　高速切削技术的问世改变了人对传统切削加工的思维和方式,极大提高了加工效率和加工质量。而高速切削与模具加工的结合,改变了传统模具加工的工序流程。高速切削刀具作为高速切削技术的关键,随着技术的不断完善,将为模具制造带来一次全新的技术革新。

　　[3]范炳良林朝平基于高速切削刀具锥柄系统的分析与研究[J]机械设计与制造2008

　　对于叶轮，五轴联动加工方式开粗并不好，因为需去除量过大，五轴联动效率低，加工时间长，机床磨损大，应采用3轴方法开粗，再采用五轴联动方式精加工叶片和轮毂。3轴开粗采用contourmill—cav-itymill，通过定向方式，不断改变当前视图的角度，根据叶片扭曲程度不同和叶片数量的差异，使用尽量少的程序，尽大量的去除余量。型腔铣开粗加工中切削模式选择跟随周边。选择跟随周边和跟随部件时刀轨的差别，选择跟随部件时，刀轨多，程序长，但基本可以切削到视图范围内想要切削的所有部分；选择跟随周边时，刀轨少而规整，个人觉得由于第一个粗加工程序选择刀具直径偏大，叶片根部的圆角余量很大，需要后续程序再进行修整，没有必要在第一个程序就切削的非常干净，本文选择了跟随周边的算法。刀具采用直径10mm的圆鼻刀进行加工，粗加工余量设置为1mm，采用多重深度切削，步进方法为每刀深度，设定每刀深度为1mm。

　　由于叶片曲面为空间曲面，呈波浪状，为了防止粗加工后余量不均，设置半精加工工步，以保证精加工有均匀的余量IM电竞。据工件尺寸，叶轮流道采用两次加工完成，分别用D4和D3的球铣刀加工，驱动方式采用“流线”驱动，选择两叶片之间的流道作为加工表面，投影矢量选择“垂直于驱动体”，刀轴采用“朝向点”，其坐标为（-100050）。叶片的加工同样需要分两次完成，分别用D4和D3球铣刀，驱动方法采用“曲面”驱动。投影矢量采用“垂直于驱动体”，刀轴采用“侧刃于驱体”侧倾角为10°。

　　如果刀具的圆角半径远大于叶片根部圆角，造成非线性误差严重，易形成所谓的“啃刃”现象，故圆角加工选用D2球铣刀，驱动方法选择“流线”驱动，投影矢量选择“垂直于驱动体”刀轴选择“相对于部件”。

　　调用在UG—CAD里建好的模型导入加工模块。在CAM中设定初始加工环境，使用“mill_mul-ti_blade”—叶轮模块。毛还、安全平面、部件几何体的定义与可变轮廓铣操作相同。接下下设定多叶片几何体。分别指定轮毂、叶片、叶片圆角、包覆面，包覆面设定为毛坯表面。

　　程序和刀具的创建与可变轮廓铣中相同，刀具使用D10和D3的球铣刀。开粗加工的驱动方法前缘选择“沿叶片方向”，相切延伸选则“50%刀具”，进刀类型选择“圆弧-平行于刀轴”。正确设置叶片精加工、轮毂精加工工艺参数，以及叶片圆角精加工工艺参数。

　　对于已经生成的刀具路径，可在图形区中以线框形式或实体形式仿真刀具路径，以便于用户直观地观察刀具的运动过程，进而验证各操作参数定义得是否合理。刀具路径验证的可视化仿真是通过刀具轨迹和创建动态毛坯来实现的。

　　在UG/CAM中生成零件加工刀轨，刀轨文件中包含切削点刀心数据的GOTO语句，还有控制机床的其他指令信息。这些刀轨文件不能直接驱动五轴加工中心，因为机床/控制系统对程序格式和指令有不同要求，所以刀轨文件必需经过处理，以符合机床/控制系统的要求。通过UG后置处理(NXPOST)读取NX的内部刀具路径，生成适合指定机床的NC代码，研究成功得到整体基于可变轮廓铣和叶轮模块下的NC程序。

　　在零件加工过程中，通常需要在加工中心数控系统中输入操作数据，包括加工原点、刀具半径补偿值、刀具Z值、公共坐标偏置值等，其中尤以修改刀具Z值最为频繁。由于每把刀具的长度不同，每换一次刀，都要重新确定刀具Z值并输入，而生产加工中经常会使用多把不同的刀具，如果操作者粗心大意，用错刀具，或是在需要换刀时未更换刀具而继续进行加工，等发现问题时已经发生碰撞、过切或损坏，造成的损失无法补救。据统计2012～2013年7月份，我单位在数控加工过程中由于人为差错导致零件报废的数量高达65件，损失原材料价值146.72万元。因此，加工现场的质量事故倒逼数控车间工艺技术革新，笔者设计的这种防错装置，能及时避免操作者由于疏忽而造成的误操作，并停机报警。。

　　人为错误是指操作人员在加工操作时非蓄意性不符合操作规范的操作，而导致出错的动作。美国国家航空与航天局（NASA）在一份报告中指出，自1990年以来的大多数航空器故障都是由人为错误引起的。人机工程学也告之错误是不可避免的，事实已研究证实了这一点。“感觉-判断-行为”的过程对产生人为错误的典型原因进行分类。主要分为四大类。

　　（1）感觉认识上的错误。它包括：①信息量过大，过于复杂；②信息传递过快；③信息不够完整；④疲劳疾病的影响或是错觉；⑤接收人没有充分确认信息而错误地领会了表达的内容；⑥在先入感官的强烈影响下发生错觉等。

　　（2）判断过程中的错误。它包括：①知识或能力不足；②缺乏经验和训练不足；③遗忘（暂时记忆消失、过程中断的遗忘、没有想起）；④因为疲劳或其它原因造成意识水平低下等。

　　（3）行为的错误。它包括：①精神不集中；②反应迟缓；③行为缺乏准则；④作业单调引起瞌睡、失神等。

　　（4）异常状态下的错误行为。它包括：大脑意识水平处于初级阶段，注意力集中于一点，丧失对信息方向的选择和过滤功能，造成惊慌失措等。

　　通过检索，1969年到2005年间涉及防错装置的高水平论文（EI、SCI等）总数不超过150篇，其中80%以上为美国人的研究成果，从这点可以看出美国人对于防错技术研究的兴趣。防错技术的基本原理为：用一套装置或方法消除操作者的作业感官依赖性，使操作者在操作时可明显发现错误或一旦操作失误后及时弥补。防错技术就是一个防止制造过程中出现差错，提高产品一次合格率的方法，其核心就是通过识别和控制引起缺陷的原因，通过预防及检测来保证生产线能够持续地生产出合格的产品。

　　采用工艺方法干预，在加工程序运行前，增加一段检查程序。在零件材料被切削之前，首先运行检查程序，如果使用了错误的刀具或错误的坐标值时，检查程序将会使刀具与尼龙棒发生碰撞，操作工通过加工中心的观察窗很容易察觉，进而立即停止程序运行，而这个检查程序所驱动的刀具路径就成为防错的关键。

　　防错装置能起到预防或者检测的作用，本文以三轴联动加工中心为例，防错装置作用原理如图1所示。多轴机床亦可借鉴，无外乎要插补其它轴的检测程序。为了有效防止上文中所述的人为差错，首先，数控程序都是以加工原点为参考点执行，因此，防错装置相对加工原点必须有固定的位置；其次，机床加工坐标系中的X、Y、Z三轴坐标值是工序中的操作者在完成了对刀操作后手工输入的，为了使操作者能在刀具切入工件之前有足够的时间发现工序中程序、刀具的偏差，及时采取停车措施，就必须得有方法检测并确认机床X、Y、Z三轴坐标值的正确性。检测Z值时可以在工件的切削轨迹中插补一段直线，使刀具先碰触安装在工装上或零件工艺夹头上的防错装置。刀具如果顺利通过防错装置，则表明Z值正确无误；如果发生切削干涉，那么Z值就有问题，操作者就可以立即停机以判断究竟是拿错了长度不同刀具，还是机床公共坐标Z值偏置发生了输入性错误。同样，在检测X值和Y值的正确性时，可以在工件的切削轨迹中插补一段圆弧，由于3点确定一个圆弧，刀具绕安装在工装或零件工艺夹头上的防错装置走刀一圈，通过是否切入防错装置可有效地检查刀具X轴、Y轴对刀值的正确性，可以直接防止操作者拿错直径不同的刀具，以及机床公共坐标X值、Y值偏置人为输入的错误。

　　要对三轴坐标的正确性进行检测，刀具必须与检测装置在X、Y、Z3个方向进行接触，如图2（a）所示的刀具走刀路线，由于刀具的边缘与检测块在X、Y方向的距离不一致，刀具在Y方向将会触碰到检测块。如图2（b）所示，也就是说X轴、Y轴的加工路径没有形成封闭检测，若在这种情况下进刀，仍然有铣伤零件的风险。因此，刀具必须与检测块相对的两个侧面都有接触，才能确定一个坐标方向的正确性。

　　考虑到防错程序段运行过程中可能出现的撞刀现象，将刀具和防错装置的接触部位设计为尼龙材料，避免了刀具撞损和过冲对机床造成的损坏。检测块与夹具连接部分使用螺杆，以保证互换性。

　　（1）结构件防错装置的应用。正在运行防错程序的扭力臂结构件的加工工位，这一类零件由于批量大，有专用工装，因此将防错装置安装在工装上，防错装置的位置与零件定位中心（即加工原点）关联。

　　（2）大型整体锻件防错装置的应用。防错装置在前起落架零件数控加工中的应用。该零件原材料为钛合金，价格昂贵，零件加工时无专用工装，采用在工艺夹头上设置防错装置，并运行防错程序，有效地避免了由于人为差错而造成零件报废的风险。

　　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探讨开发，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electron、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运用。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(environment)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(environment)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。

　　2.1.1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。

　　2.1.2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。

　　2.1.3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IM电竞。

　　2.1.4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(environment)，其运用是如何调度任务，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，实时智能控制的探讨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(manage)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。

　　2.2.1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(computer)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。

　　2.2.2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(environment)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(manage)数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿线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。

　　2.2.4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。

　　2.2.5多媒体技术应用多媒体技术集计算机(computer)、声像和通信（communicate）技术于一体，使计算机(computer)具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

　　2.3.1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*性。

　　2.3.2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。

　　2.3.3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。

　　3.1不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可*性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可*性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。

　　3.2制造水平与管理手段依然落后一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全*手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。

　　3.3服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的理解，只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床;有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用户的认同，提高国产数控机床的市场占有率。

　　3.4加大数控专业人才的培养力度从我国数控机床的发展形式来看需要三种层次的数控技术人才：第一种是熟悉数控机床的操作及加工工艺、懂得简单的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员;第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软硬件知识的中级人才，要掌握复杂模具的设计和制造知识，能够熟练应用UG、PRO/E等CAD/CAM软件，同时有扎实的专业理论知识、较高的英语水平并积累了大量的实践经验;第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应根据需要有目标的加大人才培养力度，为我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑

　　（1）王爱玲教授主编的系列教材《现代数控技术系列》（六本）(①《现代数控原理及系统》②《现代数控机床伺服及检测技术》③《现代数控编程技术及应用》④《现代数控机床故障诊断及维修》、⑤《现代数控机床操作技术教程》⑥《现代数控机床》)，2002年1月国防工业出版社出版以来，2004年已3次印刷，2005年1月再版。

　　（2）李郝林主编：《机床数控技术》，机械工业出版社出版，2002年9月第1版；

　　（3）宋本基主编：《数控机床》，哈尔滨工程大学出版，1999年3月第1版；

　　（4）王永章等主编：《数控技术》，高等教育出版社，2003年4月第2次印刷；

　　（6）冯志刚主编.数控宏程序编程方法、技巧与实例[M].机械工业出版社，2007年7月。

　　切削用量包括切削速度(主轴转速)、背吃刀量、进给量，通常称为切削用量三要素。数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。粗、精加工时切削用量的选择原则如下。

　　粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。

　　半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实践经验而定。

　　背吃刀量ap根据加工余量和工艺系统的刚度确定。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。具体选择如下：

　　粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。

　　当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低ap，使切削力减小。

　　精加工时，ap应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面质量。一般精加工时，取ap=0.05～0.8mm；半精加工时，取ap=1.0～3.0mm。

　　一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。在数控加工中，一般L的取值范围为:L=(0.6～0.9)d。

　　进给量(进给速度)是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取。对于多齿刀具,其进给速度vf、刀具转速n、刀具齿数Z及每齿进给量fz的关系为:Vf=fn=fzzn。

　　粗加工时,由于对工件表面质量没有太高的要求,f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好时，可用大些的f；反之，适当降低f。

　　精加工、半精加工时，f应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小的，取较小的f，但又不能过小，因为f过小，切削厚度hD过薄，Ra反而增大，且刀具磨损加剧。刀具的副偏角愈大，刀尖圆弧半径愈大，则f可选较大值。一般，精铣时可取20～25mm/min,精车时可取0.10～0.20mm/r。还应注意零件加工中的某些特殊因素。比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。

　　根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者参考有关切削用量手册选用。在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时,应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度；工艺系统刚性差的，应减小切削速度。

　　数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。

　　随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控加工程序的编制过程中，要在人机交互状态下合理的确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉数控加工中切削用量的确定原则，结合现场的生产状况，选择出合理的切削用量，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

　　[1]赵长旭.数控加工工艺.西安：西安电子科技大学出版社，2006.1（2007.9重印）.

　　[2]刘万菊.数控加工工艺及编程.北京:机械工业出版社,2006.10.

　　[3]高勇等.UGNX中文版数控加工基础教程.北京:人民邮电出版社,2006.4.IM电竞