数控铣削加工的应用和发展

黄美芳 甘锋

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

1 数控铣床的应用实践

1.1 数控机床的组成和原理

数控机床主要由如下几个部分组成（见图1），数控机床的核心部分是计算机数控装置，其主要功能是执行输入的零件加工程序或操作命令，然后把控制命令传输到相应的执行部件。计算机数控装置简称CNC 装置，主要组成部分包括计算机系统，位置控制板，通信接口板，PLC 接口板，扩展功能模块和相应的控制软件。

图1 数控机床的组成

数控机床组成中的伺服驱动单元，驱动装置和测量装置包括主轴伺服驱动装置，主轴电动机及进给伺服驱动装置。操作面板用来让操作人员和数控机床进行信息交互，操作人员通过它对数控机床进行操作编程和调试，操作面板也是操作人员用来了解数控机床运行情况的窗口。控制介质和程序输入输出的设备现在主要由磁盒和磁盘驱动器担当，现代数控系统通常利用通信方式进行信息交换，主要方式有串行通信，自动控制专用接口和网络技术。PLC 由硬件和软件组成，其逻辑电路由继电器，电磁阀，接触器，行程开关等组成，它们共同接受CNC 的MST 指令，接受控制面板和机床侧的I/0 信号，经处理后指令机床的工作状态和动作。机床本体为数控系统的控制对象，是执行加工零件的主要部件，其主要组成部分包括主运动部件，进给传动部件，支承件以及特殊装置等组成。

数控机床加工零件过程中，是先将如主轴变速，松夹工件，进刀与退刀等各种操作以及工件之间将会产生的相对位移等都转化成相对应的数字代码，然后利用NC 程序，利用介质或者手工输入到NC 的存储单元中，NC 装置通过对这些数据的处理和运算，发出各种驱动指令来驱动数控机床的伺服系统或其他执行元件，让数控机床加工出各方面都符合要求的零部件，使其尺寸和形状都符合预期结果。数控加工中数据转换过程见图2。

图2 数控加工中数据转换过程

1.2 数控机床的分类

数控机床的种类很多，按照不同的分类标准就有不同的种类。按照控制功能可以分为点位控制数控机床，直线控制数控机床和轮廓控制数控机床，这几类数控机床的主要区别在于可控制的轴数，刀具或者工作台的作业区别。按进给伺服系统的类型的区别，主要是有无位置测量反馈装置又可以将数控机床分为开环数控机床，半闭环数控机床和闭环数控机床。按照加工工艺分类可以将数控机床分为金属切削类数控机床，特种加工类数控机床和板材类数控加工机床。

2 数控铣削加工的应用

2.1 数控铣削加工特点

数控铣削加工精度高，数控机床是以计算机数字形式给出指令进行加工的，目前数控装置的脉冲当量一般达到了0.001mm，数控机床的加工精度较以前大大提高了，数控机床的加工方式避免了人为干扰因素，同批次的零件一致性非常好，加工质量稳定，产品合格率高。数控机床对加工对象的适应性强，只需重新编排程序就可以实现对新零件的加工。自动化程度高而劳动强度低是数控技术的另一个特点，数控机床对零件的加工是事先编排好的，操作者只需要操作控制面板，其他的机床动作直至操作完成都是自动化完成的，这其中不需要重复的手工操作，劳动强度和紧张程度都较小，劳动条件相应的也得到了改善。数控铣削加工的生产效率高，数控机床的自动化作业减少了人工的费时，调整新的加工零件时候几乎也不需要调整机床，另外加工的精度高各方面优势都大大减少了生产用时，有效提高了生产效率。另外数控铣削加工的应用也有利于现代化的有效管理，同时也提高了行业的经济效益。

2.2 数控铣削加工的应用范围

由于数控机床（图3）所具有别的设备所不具有的优势，所以数控加工的应用范围在不断增大，虽然它还不能完全取代普通机床加工，有时候需要考虑最经济的生产方式，依然逐渐成为一种高效先进的技术方式。数控铣削加工所适用的行业范围包括这些:多品型小批量产零部件，形状结构复杂的零部件，精度要求高且需要频繁换型的零部件，造价高且对产品使用寿命要求极高的关键零部件，生产周期短且急需的零部件，批量大且精度要求高的零部件。

图3

在数控加工应用的行业方面，首先航空工业离不开数控铣削加工，飞机的机身，机翼，尾翼以及飞机发动机零件的加工都需要数控铣削加工技术，并且这些都依托于高速五轴加工中心，五轴复合型加工中心，五轴数控铣削机床的高级齿轮和螺纹加工数控铣削机床。汽车制造业对数控铣削加工的需求也较大，汽车制造业在数控铣床的总占比达到了四成，汽车制造业所需零部件的特殊性，使得他们需要大批大量高效，高性能的数控铣削机床。电子信息设备制造行业同样也需要数控铣削加工，涉及到的具体车床方面，他们需要如高速铣削中心，高速加工中心，小型精细型铣床，小型精密冲床等。数控铣削加工逐渐已走入人们日常生活中，我们现在所使用的手机中所需要的关键精密零部件也更多的需要数控铣削加工技术来制造生产。其他如医疗设备行业，越来越多的高级医疗设备需要数控铣削技术比如CT 诊断仪，基于视觉引导的手术机器人等。军事装备中的火炮的自动瞄准控制，雷达和导弹的自动跟踪控制都大量采用数控技术中的伺服运动控制技术。

2.3 数控铣削加工在机械加工技术中的应用

机械加工技术中数控铣削加工的应用主要分三个方面，第一是数控铣削加工在机械加工设备方面的应用，在机械加工的过程中，它的基本组成部分就是机械加工设备，这在机械加工过程中起着不言而喻的重要作用。机械设备的质量也是影响机械加工产品的质量和生产效率的关键因素之一，而数控铣削加工技术在机械加工中的应用可以有效降低机械加工过程中的故障发生率，进而可以保障机械加工过程的顺利进行，为机械加工的进行提供可靠稳定的技术支持。第二是数控铣削加工在机械加工生产中的应用，随着社会的发展和科技的进步，数控加工技术已经成为工业发展的大趋势。机械化生产的基本模式，加上数控技术的应用，有效突破了传统机械加工在零件设计方面的短板，增强了机械加工的稳定性，大大提高了工件成品的质量和生产效率。第三，数控铣削加工也可以应用在零件的检测过程中，在机械加工过程中，对加工零部件进行检测，是有效提高加工质量和零件精度的手段。利用先进的检测仪器，对零部件的裂缝，破损等处进行高精度的检验，同时也相应的对零部件进行整体的全方位检测，科学分析整个加工工件的情况，并对检测结果提出优化措施，充分体现出数控技术在自动化和网络化方面的优势，在满足各种行业对机械加工的需求的前提下，促进机械加工中创新工件的发展，同时也加快了数控铣削加工技术在机械加工技术中的应用与发展。

3 数控铣削加工的发展

自上世纪中叶数控技术诞生以来，数控铣床给机械制造业带来了巨大的变化。数控加工的柔性好，生产率高，加工精度高，劳动者劳动强度小，有利于现代化管理和企业经济效益的提高，数控铣床也成为了国民经济和国防建设发展的关键装备。进入本世纪以来，我国经济与国际全面接轨，数控铣削加工和数控铣床制造既面临着因制造业进一步发展而带来的良机，也面临着国际贸易和国际技术冲击带来的挑战。随着数控铣削加工技术的扩大应用，相关技术要进一步发展以适应新的需要和形势，这也必将是数控加工行业未来的发展态势。

数控加工高速化发展态势，伴随着汽车，航空，航天和国防等工业的高速发展以及铝合金等新材料的使用，这都对数控加工的高度化要求俞高。现在数控铣床主轴最高转速已达200000r/m，进给率在分辨率为0.1μm时，最大进给率达到240m/min 且能获得复杂型面的精准加工。微处理器已开发出32 位以及64 位数控系统CPU，频率已经提高到上千兆赫，换刀速度已普遍达到1s 左右，国外先进的最快达到了0.5s。

数控加工的高精度化发展，数控铣床的精度化已经超越了之前的静态精度指标，现在越来越多的对运动精度，热变形精度以及对振动的检测提出了更高的要求。现在行业主要从提高CNC 系统控制精度和采用误差补偿技术两个方面提高数控铣削加工技术的高精度指标。

4 结语

数控铣削加工已成为机械加工之中的重要一环，在越来越多的行业中应用，起到了关键的作用和提供了有力的技术支撑。未来的发展态势迅速且发展空间巨大，高度化作业和高精度化作业的未来发展趋势也对行业提出了更高的要求，这也是真正工业4.0 行动的未来。