數控銑削加工的應用和發展

黃美芳 甘鋒

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 數控銑床的應用實踐

1.1 數控機床的組成和原理

數控機床主要由如下幾個部分組成（見圖1），數控機床的核心部分是計算機數控裝置，其主要功能是執行輸入的零件加工程序或操作命令，然后把控制命令傳輸到相應的執行部件。計算機數控裝置簡稱CNC 裝置，主要組成部分包括計算機系統，位置控制板，通信接口板，PLC 接口板，擴展功能模塊和相應的控制軟件。

圖1 數控機床的組成

數控機床組成中的伺服驅動單元，驅動裝置和測量裝置包括主軸伺服驅動裝置，主軸電動機及進給伺服驅動裝置。操作面板用來讓操作人員和數控機床進行信息交互，操作人員通過它對數控機床進行操作編程和調試，操作面板也是操作人員用來了解數控機床運行情況的窗口。控制介質和程序輸入輸出的設備現在主要由磁盒和磁盤驅動器擔當，現代數控系統通常利用通信方式進行信息交換，主要方式有串行通信，自動控制專用接口和網絡技術。PLC 由硬件和軟件組成，其邏輯電路由繼電器，電磁閥，接觸器，行程開關等組成，它們共同接受CNC 的MST 指令，接受控制面板和機床側的I/0 信號，經處理后指令機床的工作狀態和動作。機床本體為數控系統的控制對象，是執行加工零件的主要部件，其主要組成部分包括主運動部件，進給傳動部件，支承件以及特殊裝置等組成。

數控機床加工零件過程中，是先將如主軸變速，松夾工件，進刀與退刀等各種操作以及工件之間將會產生的相對位移等都轉化成相對應的數字代碼，然后利用NC 程序，利用介質或者手工輸入到NC 的存儲單元中，NC 裝置通過對這些數據的處理和運算，發出各種驅動指令來驅動數控機床的伺服系統或其他執行元件，讓數控機床加工出各方面都符合要求的零部件，使其尺寸和形狀都符合預期結果。數控加工中數據轉換過程見圖2。

圖2 數控加工中數據轉換過程

1.2 數控機床的分類

數控機床的種類很多，按照不同的分類標準就有不同的種類。按照控制功能可以分為點位控制數控機床，直線控制數控機床和輪廓控制數控機床，這幾類數控機床的主要區別在于可控制的軸數，刀具或者工作臺的作業區別。按進給伺服系統的類型的區別，主要是有無位置測量反饋裝置又可以將數控機床分為開環數控機床，半閉環數控機床和閉環數控機床。按照加工工藝分類可以將數控機床分為金屬切削類數控機床，特種加工類數控機床和板材類數控加工機床。

2 數控銑削加工的應用

2.1 數控銑削加工特點

數控銑削加工精度高，數控機床是以計算機數字形式給出指令進行加工的，目前數控裝置的脈沖當量一般達到了0.001mm，數控機床的加工精度較以前大大提高了，數控機床的加工方式避免了人為干擾因素，同批次的零件一致性非常好，加工質量穩定，產品合格率高。數控機床對加工對象的適應性強，只需重新編排程序就可以實現對新零件的加工。自動化程度高而勞動強度低是數控技術的另一個特點，數控機床對零件的加工是事先編排好的，操作者只需要操作控制面板，其他的機床動作直至操作完成都是自動化完成的，這其中不需要重復的手工操作，勞動強度和緊張程度都較小，勞動條件相應的也得到了改善。數控銑削加工的生產效率高，數控機床的自動化作業減少了人工的費時，調整新的加工零件時候幾乎也不需要調整機床，另外加工的精度高各方面優勢都大大減少了生產用時，有效提高了生產效率。另外數控銑削加工的應用也有利于現代化的有效管理，同時也提高了行業的經濟效益。

2.2 數控銑削加工的應用范圍

由于數控機床（圖3）所具有別的設備所不具有的優勢，所以數控加工的應用范圍在不斷增大，雖然它還不能完全取代普通機床加工，有時候需要考慮最經濟的生產方式，依然逐漸成為一種高效先進的技術方式。數控銑削加工所適用的行業范圍包括這些:多品型小批量產零部件，形狀結構復雜的零部件，精度要求高且需要頻繁換型的零部件，造價高且對產品使用壽命要求極高的關鍵零部件，生產周期短且急需的零部件，批量大且精度要求高的零部件。

圖3

在數控加工應用的行業方面，首先航空工業離不開數控銑削加工，飛機的機身，機翼，尾翼以及飛機發動機零件的加工都需要數控銑削加工技術，并且這些都依托于高速五軸加工中心，五軸復合型加工中心，五軸數控銑削機床的高級齒輪和螺紋加工數控銑削機床。汽車制造業對數控銑削加工的需求也較大，汽車制造業在數控銑床的總占比達到了四成，汽車制造業所需零部件的特殊性，使得他們需要大批大量高效，高性能的數控銑削機床。電子信息設備制造行業同樣也需要數控銑削加工，涉及到的具體車床方面，他們需要如高速銑削中心，高速加工中心，小型精細型銑床，小型精密沖床等。數控銑削加工逐漸已走入人們日常生活中，我們現在所使用的手機中所需要的關鍵精密零部件也更多的需要數控銑削加工技術來制造生產。其他如醫療設備行業，越來越多的高級醫療設備需要數控銑削技術比如CT 診斷儀，基于視覺引導的手術機器人等。軍事裝備中的火炮的自動瞄準控制，雷達和導彈的自動跟蹤控制都大量采用數控技術中的伺服運動控制技術。

2.3 數控銑削加工在機械加工技術中的應用

機械加工技術中數控銑削加工的應用主要分三個方面，第一是數控銑削加工在機械加工設備方面的應用，在機械加工的過程中，它的基本組成部分就是機械加工設備，這在機械加工過程中起著不言而喻的重要作用。機械設備的質量也是影響機械加工產品的質量和生產效率的關鍵因素之一，而數控銑削加工技術在機械加工中的應用可以有效降低機械加工過程中的故障發生率，進而可以保障機械加工過程的順利進行，為機械加工的進行提供可靠穩定的技術支持。第二是數控銑削加工在機械加工生產中的應用，隨著社會的發展和科技的進步，數控加工技術已經成為工業發展的大趨勢。機械化生產的基本模式，加上數控技術的應用，有效突破了傳統機械加工在零件設計方面的短板，增強了機械加工的穩定性，大大提高了工件成品的質量和生產效率。第三，數控銑削加工也可以應用在零件的檢測過程中，在機械加工過程中，對加工零部件進行檢測，是有效提高加工質量和零件精度的手段。利用先進的檢測儀器，對零部件的裂縫，破損等處進行高精度的檢驗，同時也相應的對零部件進行整體的全方位檢測，科學分析整個加工工件的情況，并對檢測結果提出優化措施，充分體現出數控技術在自動化和網絡化方面的優勢，在滿足各種行業對機械加工的需求的前提下，促進機械加工中創新工件的發展，同時也加快了數控銑削加工技術在機械加工技術中的應用與發展。

3 數控銑削加工的發展

自上世紀中葉數控技術誕生以來，數控銑床給機械制造業帶來了巨大的變化。數控加工的柔性好，生產率高，加工精度高，勞動者勞動強度小，有利于現代化管理和企業經濟效益的提高，數控銑床也成為了國民經濟和國防建設發展的關鍵裝備。進入本世紀以來，我國經濟與國際全面接軌，數控銑削加工和數控銑床制造既面臨著因制造業進一步發展而帶來的良機，也面臨著國際貿易和國際技術沖擊帶來的挑戰。隨著數控銑削加工技術的擴大應用，相關技術要進一步發展以適應新的需要和形勢，這也必將是數控加工行業未來的發展態勢。

數控加工高速化發展態勢，伴隨著汽車，航空，航天和國防等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的使用，這都對數控加工的高度化要求俞高。現在數控銑床主軸最高轉速已達200000r/m，進給率在分辨率為0.1μm時，最大進給率達到240m/min 且能獲得復雜型面的精準加工。微處理器已開發出32 位以及64 位數控系統CPU，頻率已經提高到上千兆赫，換刀速度已普遍達到1s 左右，國外先進的最快達到了0.5s。

數控加工的高精度化發展，數控銑床的精度化已經超越了之前的靜態精度指標，現在越來越多的對運動精度，熱變形精度以及對振動的檢測提出了更高的要求。現在行業主要從提高CNC 系統控制精度和采用誤差補償技術兩個方面提高數控銑削加工技術的高精度指標。

4 結語

數控銑削加工已成為機械加工之中的重要一環，在越來越多的行業中應用，起到了關鍵的作用和提供了有力的技術支撐。未來的發展態勢迅速且發展空間巨大，高度化作業和高精度化作業的未來發展趨勢也對行業提出了更高的要求，這也是真正工業4.0 行動的未來。