浅谈数控机床的国产化 摘要：我国从1958年开始发展数控技术，到现在已经建立了一定的规模体系。到目前为止我国数控市场大多被国外数控系统占领，本文主要讨论的是国产低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床如何占领国内市场。 关键词：国产化数控机床；低价位、高速、重型数控机床；售后保障机制 我国自从1958年开始研究数控技术以来，到现在已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。数控产业化的最终成功将体现在数控机床的全国产业化和市场占有率上。到目前为止，我国数控市场大多被国外数控系统占领，例如日本FANUC系统、德国的SIEMENS系统等一些国外知名品牌在我国占有很大的市场，而国产系统由于各种原因受到冷落。 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固将直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，必须在国内市场上快速收复失地，在国际市场上稳步进军，才能最终打赢国产数控机床市场翻身仗。下面仅就低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床的发展问题做一简单讨论。 一、大力发展低价位数控机床 低价位数控机床，就是功能满足用户小批量，多品种生产要求(无功能浪费)、技术指标适中、可靠性好、价格便宜，中、小型企业都能接受的普及型数控机床。这类机床已成为国际市场上数控机床的发展趋势之一，也是国内众多用户渴求的产品，比较适合中国国情，其市场前景相当广阔。然而，如果采用国外数控系统(包括伺服元件)按照传统思路来发展低价位机床，是很难将价格降至广大用户所能接受的水平。因此，采用本文提出的新型集成化国产数据系统来发展高性能的低价位数控机床，将是一条最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此构成的国产普及型数控车床的售价完全可以控制在10万元以内，三坐标数控铣床可控制在l5万元左右，加工中心可控制在2O万元左右。此价位的国产数控机床将是具有较强竞争力。 二、加速开发高速数控机床 高速、高效是数控机床发展的另一大潮流。发展高速、高效数控机床的技术途径可有以下几条： ①通过提高切削速度和进给速度的方法，来满足成倍提高生产效率，有效提高零件的表面加工质量和加工精度的加工效果，并且此方法还能解决常规加工难以解决的某些特殊材料(如铝钛合金、模具钢、淬硬钢)和特殊形状零件(如复杂薄壁零件)的高效加工问题。 ②通过工艺复合的方法来减少工件的安装次数， 这样能有效地缩短搬运和装夹时间。例如，将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分(或全部)加工任务。 ③采用高速、高精度圆周铣的方法，能够完成以螺旋轨迹插补实现不钻底孔的直接攻丝等新的加工方法，这种方法能够大幅度减少换刀次数，提高加工效率。 ④为数控机床开发智能寻位加工功能，消除对精密夹具和人工找正的依赖，有效缩短单件小批量加工的准备时间。 在我国现实条件下，如果沿用传统思路是难以实现上述途径的，因此必须立足国情、结合实际、勇于创新、大胆探索新的道路。考虑到常规数控机床在总体结构上基本上采用工件和刀具沿各自导轨共同运动的方案，一方面由于机床传动环节刚性不足和导轨中摩擦阻力较大，使运动部件难以获得高的进给速度；另一方面由于工件、夹具和工作台的总质量比较大，使之难以获得高的加速度。此外，传统机床结构是一种串联开链结构，组成环节多、结构复杂，并且由于存在悬臂部分，部件和环节间存在联接间隙，所以不容易获得高的总体刚度，因此难以适应高速高效加工的特殊要求。为此，开发国产高速高效数控机床时，可采用工件固定，以直线电机组成并联短链直接驱动主轴和刀具运动，将高速高精度传动与高刚度支撑合二为一的适合于高速高效加工中心的新型结构。采用该结构的高速高效数控机床不但速度高、刚度高，如果在传动与控制上处理得当，还可以达到比常规机床更高的加工精度和加工质量，而且具有机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，制造成本低，易于经济化批量生产等显著优点。因此，沿此思路发展高速高效数控机床将是一条符合国情、易于取得成功的道路。 三、突破重型数控机床的设计制造技术 重型数控机床(特别是多坐标重型数控机床)是国民经济和国防生产中的重大关键设备，属于战略物资，真正先进的重型数控机床国外是不可能卖给我们的。因此，在我国下世纪数控产品的发展中必须依靠自己的力量进行解决。发展重型数控机床必须有过硬的基础，我们在数控机床国产化的进程中应不断总结经验，加强基础技术和关键技术研究，充分发挥我国产、学、研相结合的优势，各部门通力合作、共同努力，争取在短时期取得突破性进展。 四、建立起有力的售后保障机制 数控系统和数控机床做为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的，以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题应是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，即便是厂家答应了，维修人员也不能及时到位，而且维修人员的技术水平也是参差不齐的，在这个讲究效率的时代，这样的售后服务是行不通的，长此下去谁还敢买我们的产品呢。因此，对用户的技术支持和服务应当成为我们重要的日常工作，使我们在市场上向纵深挺进的同时，有一个强大后方做保障。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立一个以技术支持和服务为核心的强大的售后服务基础。
在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。1 总体战略制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。1.1 以科技创新为先导中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。1.2 在商品化上狠下工夫近几年我国数控产品虽然发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性、鲁棒性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，应用环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺问题。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现问题，即立即反馈给开发部门予以解决。经过这样的测试考验过程后，数控系统的潜在问题就大为减少。以往，我们的产品就很少进行这样严格的全面的自我测试考验。好些问题要等到用户去给我们挑出来。这样，即使一个小问题也将严重影响国产数控产品的声誉。因此，我们应充分重视上述问题，在商品化上切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术研究、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。1.3 将管理和营销作为产业发展重点经过20来年市场风雨的冲击，国人已越来越认识到，技术固然重要，但在市场经济的环境下，要在激烈的全球竞争中获胜，管理和营销就显得更为重要。例如，我国台湾生产的数控机床不但占领了大陆市场的相当大的份额，而且还打进了美国市场。是台湾数控机床的技术和质量超过美国了吗？显然不是。那他们靠的是什么？重要的一条就是在企业管理和产品营销上下了工夫。而我们长期以来把主要精力放在开发技术和提高水平上，忽视了经营管理、市场开拓、产品营销等方面的工作，结果在新技术、新产品开发出来以后，在产品质量提高以后，企业仍然处于产品销售不畅的困境〔1〕。国内外的经验说明，数控产品的竞争力不仅取决于技术，更取决于经营管理能力和营销能力。因此，从现在起我们应将管理和营销作为产业发展重点，真正摆脱计划经济时代所遗留下来的思维方式和工作习惯的束缚，建立适应市场的高效、灵敏的运行机制和有效的激励机制。通过这种机制，一方面切实加强企业管理，激发企业负责人和广大职工的负责精神、创造精神和献身精神，努力提高产品的竞争能力；另一方面充分调动企业内外、行业内外一切积极因素，大力加强市场开拓力度，奋力打通营销渠道。可以坚信，有过硬竞争力的产品，再加上北京开关厂那样的“找、挣、钻、抢”精神，我们就一定能在市场竞争中取得胜利。1.4 大力加强技术支持和服务数控系统和数控机床作为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的。以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题就是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，以后谁还敢买我们的产品。因此，应将对用户的技术支持和服务当成重要的日常工作来抓，使我们在市场上向纵深挺进时，有一个强大后方。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立以技术支持和服务为核心的强大后方。当然，为赢得主动，后方也须主动出击。目前，利用先进的信息技术手段（如网络和多媒体），将为建立新一代立体化的技术支持和服务体系开辟新的途径。1.5 坚持可持续发展道路可持续发展是下一世纪企业发展的重要战略，我国数控产业要有大的发展也必须坚持走可持续发展的道路。绿色是实现可持续发展的重要途径，其主要思想是清洁和节约。为此应大力加强绿色数控产品的开发，加速促进数控产品、数控产业以及整个制造业的绿色化，主要战略措施应考虑以下几方面：①有效减少产品制造及使用过程中的环境污染。如减少数控机床的铸件结构，消除铸造对环境的污染；将数控机床主轴的润滑以油气润滑、喷油润滑等取代油雾润滑，减少对生产环境的污染；在精密数控机床及其运行环境的温度控制中取消氟利昂制冷的恒温技术；以电传动代替机械传动，减少噪声污染。②大幅度降低资源消耗和能源消耗。如以软件代替硬件，从而减少硬件制造的资源和能源消耗及污染，并减少产品寿命结束后硬件装置的拆卸回收问题；以永磁驱动代替感应驱动，提高效率和功率因数，节约能源；以电传动代替机械传动，提高效率，减少能源消耗。③加强用数控技术改造传统机床。这既符合运用信息技术和自动化技术改造传统产业，使传统产业生产技术和装备现代化这一产业可持续发展的目标得以实现，又可取得巨大的经济效益。我国拥有普通机床数百万台，加强用数控技术改造传统机床将成为下世纪我国数控领域的重要发展方向。④大力发展绿色数控机床。绿色数控机床应是材料消耗少、能耗低、无污染，寿命长且便于拆卸回收的新型机床。例如，以并联结构代替串联结构就是开发绿色数控机床的一条途径，这是因为并联结构机床消耗的金属材料仅为常规串联结构机床的几分之一，其加工量也比常规机床大幅度减少，特别是消除了大型结构件的铸造，这将显著降低机床制造过程中的能源消耗和对环境的污染。此外，并联结构机床有利于采用电传动，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。国际标准化组织制定了ISO14000环境管理标准，全球环境问题“法律化”的趋势正在进一步发展，可持续发展将成为企业通向国际市场的通行证〔2〕。因此，我们的数控产品要在下一世纪走向国际市场，我们的企业就必须“从我做起，从现在做起”。2 技术途径2.1 发展具有中国特色的新一代PC数控系统数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。实践证明，10年来我们所走的PC数控道路是完全正确的。PC机（包括工业PC）产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业PC主机的MTBF已达30年〔3〕）。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。此外，以通用微机作为数控平台还可获得快速的技术进步，当PC机升级换代时，数控系统也可相应升级换代，从而长期保持技术上的优势，在竞争中立于不败之地。目前，PC数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）专用数控加PC前端的复合式结构；（2）通用PC加位控卡的递阶式结构。另外还有一种正在发展的数字化分布式结构。其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。这种系统虽然性能很好，但由于开发和生产成本太高，近期难以被国内广大用户所接受。我们认为，上述结构并不是符合中国国情的最好方案，适合中国国情的应是将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。几十年的经验表明，可靠性好坏是国产数控系统能否发展的关键。虽然影响数控系统可靠性的因素很多，但过大的硬件规模和较低的硬件制造工艺水平往往对可靠性造成最大的威胁。以往，国产数控系统在总体设计时由于种种原因的限制，不得不选用技术指标不太高的普通CPU，这样，为完成数控的复杂功能往往需要由多个CPU来组成系统，有时还需另加一些专用或通用硬件电路来实现数控系统的一些高实时性功能（如细插补、位置伺服控制等），从而造成系统硬件规模庞大。对于数控系统这种批量不大的产品，在国内现有工艺条件下，很难从硬件制造的角度保证系统的可靠性，因而使得国产数控系统在生产现场的表现不佳，对国产数控系统的形象和声誉造成严重影响，使得不少用户现在还心有余悸。因此，我们在开发新型数控系统时，应优先选用新型高性能CPU（如高主频的Pentium II、Pentium III等）作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。此外，还应在软件设计、电源设计、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计和施工等方面采用强抗扰高可靠性设计与制造技术，从而全面提高系统的可靠性。由于一个新型高性能CPU可以代替数十个普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平台上不仅可以完成数控系统的基本功能（如信息处理、刀补计算、插补计算、加减速控制等）和开关量控制功能（内装PLC），而且还可以完成伺服控制功能。这样，以前由DSP完成的数字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量变换控制等）均可由PC中的CPU完成，从而实现内装式伺服控制，这不仅有效缩小了数控部分的硬件规模，而且还大幅度缩小了伺服控制部分硬件规模。这种具有内装PLC和内装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个PC平台外，剩下的只有驱动机床运动的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又消除了信息传递瓶颈，提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统（包括电机）售价将可降至现有数控系统的一半左右。显然，这种高性能、高可靠性、低成本的新型数控系统将具有极强的竞争力，有望为开创中国数控的新局面作出贡献。此外，集成化PC数控系统还有一大优点，就是容易实现开放式结构。这是因为，这种系统的硬件本身已经是完全开放的，构成开放式数控系统的工作完全在软件上，只要制定好标准和协议，从信息处理、轨迹插补、加减速控制、开关量控制到伺服控制都可以实现开放，从而可大大方便用户的使用。2.2 推进数控功能部件的专业化生产解决数控系统问题后，如何实现数控机床的模块化设计与制造便是我国机床制造企业快速响应市场需求，在竞争中获胜的另一关键。要实现数控机床的模块化设计制造，必须解决数控机床功能部件的专业化生产问题。目前我国在这方面离实际需求还有相当大的差距。因此，在今后的若干年内，我们必须大力促进数控机床功能部件的开发和专业化生产。其要点如下：(1)新型永磁电主轴单元 电主轴已成为国际市场上最热门的数控机床功能部件。但目前这类产品几乎都为感应异步型，存在以下突出问题：①转子上存在绕组，有大电流流过，因此转子发热严重，直接影响主轴精度；②低速出力小且转矩脉动大，难以满足宽范围切削要求；③效率和功率因素低，不仅电机体积和重量大而且要求逆变器容量大、耗能多；④控制系统复杂、成本高。因此，利用我国稀土永磁材料的优势，开发新型大功率、高效率、宽调速范围永磁同步型交流电主轴单元，将可有效解决现有电主轴存在的问题，形成具有中国特色的新一代电主轴产品。由于永磁电主轴的机械结构和控制系统都较感应异步型电主轴简单，因此易于进行专业化大规模生产。当然，这还要攻克主轴支承（陶瓷轴承、流体动静压轴承、磁悬浮轴承）技术、高精度高速动平衡技术、高速驱动、检测与控制技术、高可靠性安全保证技术等关键技术。(2)廉价的高性能伺服系统 目前，一套进给交流伺服系统（驱动器+电机）的价格一般都在万元以上，主轴伺服系统的价格高达数万元，已成为降低国产数控机床成本的一大障碍。因此，应配合新型集成化国产数控系统的发展，大力开发廉价的高性能内装式伺服系统。由于内装式伺服的硬件部分只有电机和功率接口，充分利用我国的永磁资源优势，通过专业化生产可以把电机的造价降下来，而采用智能化的IPM模块作为功率接口也很便宜，因此将内装式进给伺服的价格控制在数千元以内，将内装式主轴伺服的价格控制在2万元以内，将是完全可能的。(3)直线交流伺服系统 直线交流伺服系统是下一世纪数控机床不可缺少的功能部件，目前我国还没有成熟产品，因此应加强研究、开发和推广应用。考虑到常规机床的防磁问题较难解决，而并联机床的防磁相对容易，因此可为常规结构机床开发感应异步型直线电机，为并联结构机床开发永磁同步型直线电机，从而扬长避短，构成符合实际应用要求的新型高速高精度进给系统。在此基础上，可进一步开发将驱动与支承合二为一的磁悬浮工作台。(4)零传动数控转台与摆头 数控转台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度，因而必须另辟蹊径开发新型零传动（无机械传动链）数控转台和摆头，以促进我国高速高精度多坐标数控机床的发展。(5)高速高精度检测装置 高速高精度是下世纪数控机床发展的主题，这不但需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此应在现有技术基础上，进一步开发0.1 μm以上精度的高速(60 m/min以上)线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技术国外对我国是封锁的。2.3 加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗数控产业化的最终成功将体现在数控机床的全国产化和市场占有率上。在上述总体战略指导下，采取抓两头（低价位数控机床和高速高效数控机床）、带中间（普通数控机床）、促重型（重型关键装备）的方针，将是在国内市场上快速收复失地，在国际市场上稳步进军，最终打赢国产数控机床市场翻身仗的一种有效战术和策略。关于普通数控机床的发展已有许多文章作了专门论述，因此下面仅就低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床的发展问题作一讨论。(1)大力发展低价位数控机床 低价位机床是功能满足用户要求(无功能浪费)、技术指标适中、可靠性好、价格便宜的普及型数控机床。这类机床已成为国际市场上数控机床的发展趋势之一，也是国内众多用户渴求的产品，其市场前景相当广阔。然而，如果采用国外数控系统（包括伺服）按照传统思路来发展低价位机床，是很难将价格降至广大用户所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化国产数控系统来发展高性能的低价位数控机床，将是一条最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此构成的全国产普及型数控车床的售价完全可以控制在10万元以内，三坐标数控铣床可控制在15万元左右，加工中心可控制在20万元左右。此价位的国产数控机床将是具有较强竞争力的。(2)加速开发高速高效数控机床 高速高效是数控机床发展的另一大潮流。发展高速高效数控机床的技术途径可有以下几条：①通过提高切削速度和进给速度，从而达到成倍提高生产效率，有效提高零件的表面加工质量和加工精度并解决常规加工难以解决的某些特殊材料（如铝钛合金、模具钢、淬硬钢）和特殊形状零件（如复杂薄壁零件）的高效加工问题。②通过工艺复合，减少工件的安装次数，有效缩短搬运和装夹时间。例如，将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圆周铣加工孔和以螺旋轨迹插补实现不钻底孔的直接攻丝等新加工方法，大幅度减少换刀次数，提高加工效率。④为数控机床开发智能寻位加工功能，消除对精密夹具和人工找正的依赖，有效缩短单件小批加工的准备时间。在我国现实条件下如果沿用传统思路是难以实现上述途径的，因此，必须立足国情，结合实际勇于创新，大胆探索新的道路。 考虑到常规数控机床在总体结构上基本上采用工件和刀具沿各自导轨共同运动的方案，一方面由于机床传动环节刚性不足和导轨中的摩擦阻力较大，使运动部件难以获得高的进给速度；另一方面由于工件、夹具和工作台的总质量比较大，使之难以获得高的加速度。此外，传统机床结构是一种串联开链结构，组成环节多、结构复杂，并且由于存在悬臂部件和环节间的联接间隙，不容易获得高的总体刚度，因此难以适应高速高效加工的特殊要求。为此，开发国产高速高效数控机床时，可采用工件固定，以直线电机组成并联短链直接驱动主轴和刀具运动、将高速高精度传动与高刚度支撑合二为一的适合于高速高效加工中心的新型结构。采用该结构的高速高效数控机床不但速度高、刚度高，如果在传动与控制上处理得当，可以达到比常规机床更高的加工精度和加工质量，而且具有机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，制造成本低，易于经济化批量生产等显著优点。因此，沿此思路发展高速高效数控机床将是一条符合国情、易于取得成功的道路。(3)突破重型数控机床的设计制造技术 重型数控机床（特别是多坐标重型数控机床）是国民经济和国防生产中的重大关键设备，属于战略物资，真正先进的重型数控机床国外是不可能卖给我们的，因此，在我国下世纪数控产品的发展中必须依靠自己的力量进行解决。发展重型数控机床必须有过硬的基础，我们在数控机床国产化的进程中应不断总结经验，加强基础技术和关键技术研究，充分发挥我国产学研相结合的优势，各部门通力合作、共同努力，争取在下世纪初取得突破性进展。目前，在发展重型数控机床中除需加强基础理论研究外，还应加强其关键技术研究。例如，重型机床的控制就是需要加以特殊解决的关键问题。因重型机床加工的工件特别昂贵不允许报废，为了确保机床工作可靠，在数控系统中可采用双（或多）CPU冗余工作方案，以确保运算和控制的绝对正确，并在出现故障时自动诊断、自动修复或自动替补，确保加工不出问题。此外，在电源上可采取双蓄电池供电的全隔离供电方案，即一组电池在给系统供电时，可对另一组电池进行充电，电网与控制系统是完全隔离的。这就彻底消除了重型车间中电网电压波动厉害、干扰严重对数控系统造成的影响，从而有效保证系统的可靠性。又如，重型数控机床的驱动也是一大关键问题。当行程长度超过5 m，普通滚珠丝杆就难以胜任大负荷的传动，因此目前一般采用预加负载的双齿轮-齿条机构、静压蜗杆-蜗母条机构、四足（或双足）爬行进给机构等来实现长行程传动。但这些方案存在结构复杂、速度和加速度低、动态性能差、难以达到高精度、维护保养复杂等问题。为此可发展阵列式高效直线电机直接驱动技术和空间并联机构驱动技术，以新的途径来解决重型数控机床的高速、高精度驱动问题。除此之外，机床结构的优化设计、长行程精密检测、重力变形补偿、切削力变形补偿、热变形补偿等也是重型数控机床中必须解决的关键问题，必须予以充分重视。3 结语制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！作者简介周 凯 男，1954年生。清华大学（北京市 100084）精密仪器与机械学系副教授、工学博士。主要从事数控技术、机电控制工程、制造科学与制造系统等方面的研究工作。取得科研成果15项。发表论文70余篇。参考文献1 杨皖苏，严鸿和.机械科学与技术,1997，26(4):1～62 陈玉祥.中国机械工程, 1998，9(5):1～43 周延佑.中国机械工程,1998，9(5): 5～24
先上图书馆找资料找 精密加工和特种加工 之类的书里面很全手写的很好
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1在material property-placity，定义金属的应力-应变值，2左边上应力，右边上应变。这里指的上真实应力-应变。3应力值的第一行必须是0。4把你的数据填完后，在最后一行填上比上一行数据大一些的值。即，让该应力-应变曲线最后的斜率要大。5在step里将Nlg点选为on其他的不要动就好了。
A 马克思主义、列宁主义、毛泽东思想、邓小平理论B 哲学、宗教C 社会科学总论D 政治、法律E 军事F 经济G 文化科学、教育、体育H 语言、文字I 文学J 艺术K 历史、地理N 自然科学总论O 数理科学和化学P 天文学、地球科学Q 生物科学R 医药、卫生S 农业科学T 工业技术U 交通运输V 航空、航天X 环境科学、安全科学Z 综合性图书A 马克思主义、列宁主义、毛泽东思想、邓小平理论A1 马克思、恩格斯著作A11 选集、文集A12 单行著作A13 书信集、日记、函电、谈话A14 诗词A15 手迹A16 专题汇编A18 语录A2 列宁著作A3 斯大林著作A4 毛泽东著作A49 邓小平著作A5 马克思、恩格斯、列宁、斯大林、毛泽东、邓小平著作汇编A7 马克思、恩格斯、列宁、斯大林、毛泽东、邓小平生平和传记A8 马克思主义、列宁主义、毛泽东思想、邓小平理论的学习和研究 B 哲学、宗教B0 哲学理论B1 世界哲学B2 中国哲学B3 亚洲哲学B4 非洲哲学B5 欧洲哲学B6 大洋洲哲学B7 美洲哲学B80 思维科学B81 逻辑学（论理学）B82 伦理学（道德哲学）B83 美学B84 心理学B9 宗教C 社会科学总论C0 社会科学理论与方法论C1 社会科学现状及发展C2 社会科学机构、团体、会议C3 社会科学研究方法C4 社会科学教育与普及C5 社会科学丛书、文集、连续性出版物C6 社会科学参考工具书[C7] 社会科学文献检索工具书C8 统计学C91 社会学C92 人口学C93 管理学[C94] 系统科学C95 民族学C96 人才学C97 劳动科学D 政治、法律D0 政治理论D1 国际共产主义运动D2 中国共产党D33/37 各国共产党D4 工人、农民、青年、妇女运动与组织D5 世界政治D6 中国政治D73/77 各国政治D8 外交、国际关系D9 法律D90 法的理论（法学）D91 法学各部门D92 中国法律D93/97 各国法律D99 国际法E 军事E0 军事理论E1 世界军事E2 中国军事E3/7 各国军事E8 战略学、战役学、战术学E9 军事技术E99 军事地形学、军事地理学F 经济F0 经济学F0-0 马克思主义政治经济学（总论）F01 经济学基本问题F02 前资本主义社会生产方式F03 资本主义社会生产方式F04 社会主义社会生产方式F05 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男 1959.2内蒙古呼和浩特市土默特左旗大学专科 机械制造 1980.7 月高级实验师 机械设计与制造 2001.5学术兼职和专业经历 :1980 年 7 月毕业于内蒙古林学院机电工程系林业设计与制造专业 .1993 年在内蒙古农牧学院“农业机械化工程”助教班结业。从 1980 年 7 月留校至今，前后从事了“金属切削原理与刀具” “金属切削机床” “液压与气压传动” 的实验教学工作及农牧业机械新产品的研制与开发。同时也参加了“新鲜草料压缩工程优化设计及对新型草料产品的实验研究”“电阻点（凸）焊机动态机械性能参数的识别及集成测试装置的研究”等课题的研究与实验工作。近年来在国家核心期刊及学报上发表相关专业论文 10 余篇。
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近年来，快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研和新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床用刀具种类、规格繁多，数量庞大，往往令人眼花缭乱，不得要领。现将有关数控刀具科普性知识和近几年来数控刀具材料、结构、应用等领域的新产品、科技现状及发展趋势就其精要，在此简要分述，以便了解掌握相关数控刀具新产品信息的要点。 一、数控刀具分类简要二、数控刀具材料新产品科技近况与发展趋势 1、概述： 近年来，数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在高速（超高速）、硬质（含耐热、难加工）、干式、精细（超精）数控机加工技术领域。刀具材料新产品的研发在超硬材料（金刚石、表面改性涂层材料、TIC基类金属陶瓷、立方氮化硼、Al203、Si3n4基类陶瓷），W、CO类涂层和细颗粒（超细颗粒）硬质合金基体及含Go类粉末冶金高速钢等领域进展速度较快。 2、超硬材料领域：金刚石（钎焊聚晶、单晶）各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工有色金（合金）及有色金属-非金属复合材料零部件的高速、高效、干（湿）式机械切削加工行业中。其概况分述如下： 汽车、摩托车行业：聚晶、人造单晶金刚石面铣刀、镗刀、车刀、铰刀、复合（组合）孔加工等数控刀具等正大量应用于高强度、高硬度Si--Al合金零部件自动生产线上； 竹木地板、家具行业：聚晶、CVD厚膜沉积金刚石（复合片）立铣刀、三面刃成形铣刀、面铣刀等类刀具正大量应用于高硬度复合竹木地板、家具及门窗…等零部件自动生产线上； 航空、航天、汽车及电子信息技术行业：金刚石CVD薄膜涂层数控刀具（以整体WCO类硬质合金刀具为主）多应用于铣削、车削、钻削、铰削及锪削加工高强度铝合金（铸、锻）、纤维-金属层板、碳纤维热塑性复合材料、镁合金、石墨、陶瓷…等零部件，满足高速、高寿命、干式机加工技术要求。各厂商正不断地改进金刚石涂层工艺技术，提高金刚石薄膜与刀具基体的结合牢度和致密度； 精细（超精）机加工技术领域：单晶天然、人造金刚石刀具应用于各种精密仪器透镜、反射镜、计算机磁盘、复印机（录像机）磁鼓…等工件的精细（超精、纳米级）车削加工； 单晶金刚石刀具还被应用于眼科角膜手术精细切割和印刷制板精细雕刻…等行业。 各厂商正在不断改进金刚石各类刀具的刃磨工艺技术、刃磨精度及刃磨效率。 ●表面改性涂层材料主要有：TiN、TiCN、TiALN、ALTiN、Al2O3、CrN、ZrC、MoS2、WS2…等，采用计算机控制PVD、PCVD、CVD涂层工艺技术，将上述涂层材料用于对立铣刀、铰刀、钻头、复合（组合）孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉（推）刀及各种机夹可转位刀片的表面改性涂层处理（基体为高速钢、WCo类硬质合金、Ti基类金属陶瓷），满足高速、高寿命切削加工高强度、高硬度铸铁（钢）、锻钢、不锈钢、钛合金、镍合金、镁合金、铝合金、粉末冶金、竹木…等材质工件的生产技术不同要求。刀具表面改性涂层工艺技术对于大幅度提高数控刀具的切削性能，具有成本低、见效快的特点，该工艺技术可根据各种切削加工技术要求，机动灵活地变换涂层材料，工艺技术较优。各厂商正在不断提高涂层工艺技术、改进涂层材料及开发纳米级多功能涂层材料，旨在不断提高涂层结合牢度、耐磨性、抗冲击韧性等，尽力扩大应用范围。 ●Ti基类金属陶瓷（TiCN系）各种机夹可转位车刀、镗刀、铰刀、铣刀、复合（组合）孔加工数控刀具及整体式立（球头）铣刀、铰刀等数控刀具正在应用于高强度、高硬度铸铁（钢）合金、锻钢合金、淬火钢合金、耐热合金、粉末冶金零部件自动生产线上，以满足高速、高效、硬质、干（湿）式精细机加工技术要求。各厂商正采用添加不同的微量元素及烧结工艺技术，研发新型金属陶瓷材料产品，旨在不断提高其抗弯强度、抗冲击韧性、耐磨性。日本的金属陶瓷刀具已经占硬质合金刀具总量的30％～40％。世界上，该类刀具应用面也呈迅速扩大的趋势。 ●立方氮化硼聚晶复合片铣刀（面铣刀、玉米齿立铣刀、球头立铣刀）、镗刀、车刀、铰刀、复合（组合）孔加工等数控刀具（钎焊、机夹可转位两种结构形式）大量应用于高强度、高硬度铸铁（钢）合金、锻钢合金、淬火钢合金、粉末冶金等零部件自动生产线上，满足高速、高效、硬质、精细机加工技术要求。 ●Al203、Si3N4基类陶瓷（晶须增韧类）各种机夹可转位车刀、铣刀等数控刀具应用于高强度、高硬度、耐磨铸铁（钢）、锻钢、高锰钢、淬火钢、粉末冶金、工程塑料、耐磨复合材料等零部件生产线上，满足高速、高效、硬质、干式机加工技术要求。目前，各厂商通过对Al203、Si3N4基类陶瓷材料添加不同微量元素及创新生产工艺技术，研发新型中、细颗粒陶瓷材料和功能梯度（多相）陶瓷材料产品，旨在不断提高其抗弯强度、抗冲击韧性。 3、W、CO类涂层和细颗粒（超细颗粒）硬质合金材料领城： W、CO类细（中）颗粒硬质合金基体材料为适应各种表面改性涂层材料的涂覆工艺技术要求添加各种微量元素，满足于各种机加工工艺技术对可转位刀片切削性能的要求而发展的；超细颗粒硬质合金基体材料研发和应用分两个方面：在电子、信息技术产业用于加工纤维-金属复合层板材料工件的微型钻头、立铣刀，其基体材料向着高韧性方向发展，表面涂覆金刚石薄膜，以增加刀具表面硬度和耐磨性；模具行业、飞机、汽轮机、汽车…等制造行业，用于切削加工高强度、高硬度铸铁（钢）、锻钢、铝合金（铸、锻）、粉末冶金材料工件的整体式立（球头）铣刀、专用挤压刀具、铰刀（Φ30mm＜直径＞Φ4mm）、钻头、复合（组合）孔加工刀具…等数控刀具，其基体材料向着高硬度、高韧性方向发展。一般不涂层，多次重磨使用。 4、含Co类粉末冶金高速钢材料领城： 以改进制粉、热压工艺、添加微量元素创新的粉末冶金高速钢（含Co类）材料，制成各种成形拉刀（整体式、组合式）、高速滚刀、剃（插）齿刀、丝锥、波纹刃立铣刀、成形立铣刀及滚（挤、碾压）压刀具，大量应用于轿车、摩托车、航空发动机、汽轮机…等制造行业，加工高强度、高硬度铸铁（钢）合金、合金结构钢（锻）、耐热合金钢、不锈钢、整体铝合金（热锻）、高Si--Al合金材料工件。根据切削加工技术不同的要求，其表面分别配涂TiN、TiCN、TiALN、CrN、MoS2、ZrC…等涂层材料，满足高速、高效、硬质精密机加工技术要求。 数控刀具材料是较活跃的材料科技领城，其每一新产品的面市，会使机加工技术跃上一个新台阶，各厂商历来十分重视该领城的研发科技。三、数控刀具新结构、新品种科技发展近况与趋势 1、概述： 近年来，数控刀具的科技成果主要体现在研发一刀多切削功能、提高其刀刃切削性能方面，适应高速（超高速）、硬质（含耐热、难加工）、干式、精细（超精）切削及高效率数控机加工切削技术要求。随着零件毛坯制造技术进步，零件毛坯几何尺寸及切削余量控制较为精确，数控刀具新结构、新品种的研发主要集中在轻、中负荷切削范围内，并以专用孔加工、拉削、滚（挤、碾压）压、铣削及车削等五类刀具的变革较为活跃，配套研发其相应刀片断屑槽形。 2、数控工具系统： 近几年国际上出现了以"HSK"工具系统逐步替代各厂商研发的其它各类工具系统的发展趋势。欧州发达国家沿用德国DIN69893－1号HSK工具系统标准，国际标准化组委会为其制定了ISO／DIS标准。HSK工具系统具有动、静刚度高、定位（迥转）精度好、充许转速高（≤150000p．r．m）等特点。既便于规笵工具管理，又总体上节约了工具费用、降低生产成本。其首先应用于加工中心、数控镗铣床，逐渐扩大到各类车床（车削中心）、磨床（磨削中心）、数控专机及数控加工自动生线上，使用范围几乎覆盖所有刀具领域。 3、孔加工刀具类： 在刀具门类中，孔加工刀具是一大家族，其小改小革层出不穷，在此就其主要突出的新结构、新品种简要分述如下： ● 数控钻头： 整体式钻头：钻尖切削刃由对称直线型改进为对称圆弧型（r＝1／2D），以增长切削刃、提高钻尖寿命；钻芯加厚，提高其钻体刚度，用"S"型横刃（或螺旋中心刃）替代传统横刃，减小轴向钻削阻力，提高横刃寿命；采用不同顶角阶梯钻尖及负倒刃，提高分屑、断屑、钻孔性能和孔的加工精度；镶嵌模块式硬质（超硬）材料齿冠；油孔内冷却及大螺旋升角（≤40°）结构等。最近研制出整体式细颗粒陶瓷（Si3N4）、Ti基类金属陶瓷材料钻头。 机夹式钻头：钻尖采用长方异形专用对称切削刃、钻削力径向自成平衡的可转位刀片替代其它几何形状、钻削力径向总体合成平衡的可转位刀片，以减小钻削振动，提高钻尖自定心性能、寿命和孔的加工精度。 ● 复合（组合）孔加工数控刀具： 集合了钻头、铰刀、扩（锪）孔刀及挤压刀具的新结构、新技术，整体式、机夹式、专用复合（组合）孔加工数控刀具研发速度很快。总体而言：采用镶嵌模块式硬质（超硬）材料切削刃（含齿冠）及油孔内冷却、大螺旋槽等结构是其目前发展趋势。 ● 数控铰刀： 大螺旋升角（≤45°）切削刃、无刃挤压铰削及油孔内冷却的结构是其总体发展方向，最大铰削孔径己达φ≤400mm。 ● 镗刀： 单刃微调精密镗刀正被多刃扩（锪）孔刀、铰刀及复合（组合）孔加工专用数控刀具替代。国外研制出采用工具系统内部推拉杆轴向运动或高速离心力带平衡滑块移动，一次走刀完成镗削球面（曲面）、斜面及反向走刀切削加工零件背面的数控智能精密镗刀，代表了镗刀发展方向。 ● 丝锥： 研发出大螺旋升角（≤45°）丝锥，其切削锥视被加工零件材料软、硬状况，设计专用刃倾角、前角等。 ● 扩（锪）孔刀： 多刃、配置各种数控工具柄及模块式可调微型刀夹的结构形式是目前扩（锪）孔刀具发展方向。 4、数控铣刀类： 整体式立铣刀：硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角（≤62°）结构，立铣刀头部的过中心端刃往往呈弧线（或螺旋中心刃）形、负刃倾角，增加切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表精度及刀具寿命。适应数控高速、平稳三维空间铣削加工技术的要求。 机夹式立铣刀：由各类机夹立铣刀的由可转位刀片（往往设有三维断屑槽形）组合而成的侧齿、端齿与过中心刃端齿（均为短切削刃），可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。 数控铣刀均已采计算机辅助设计、切削摸拟仿真及数控加工技术成形制造。 机夹式数控面铣刀：刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，切削刃采用大前角、负刃倾角，可转位刀片（几何形状多种）带有三维断屑槽形。 数控铣刀、专用复合孔加工刀具均应用了高速回转体动平衡及安全夹固技术，一些高速回转刀体上还应用空气动力学原理，利用旋风冷切削刃，在干式切削加工时降低切削刃的温度，提高刀具寿命。 5、车刀、 切槽、切断类型车刀发展了集车端面、外园、仿形、切槽、切断、倒角加工的一刀多功能车削刀具，刀片夹紧方式采用镶嵌式弹性刀体、切削力自位固定的结构，十分适用和新颖。 6、拉削刀具类： 在现代数控加工技术的支持下，研发出各种专用外轮廓精密成形、组合拉刀及车-拉组合成形拉削刀具，配以专用数控机床。使汽车部分工件批产效率成几十倍提高，而且产品质量、精度十分稳定。 7、其它刀具： 汽车、摩托车专用的小模数渐开线外齿轮、花键轴零部件批产工艺采用滚压、搓挤无屑加工工艺技术，研发出专用刀具及特种数控机床，使特定的工件批产效率提高几十倍，而且质量、精度十分稳定。四、结束语 拉削、滚压、搓挤刀具和复合（组合）孔加工数控刀具的创新成果往往会引起机加工观念上的巨大变革，再集成刀具材料及特种数控机床领域的创新科技成果，所产生的社会效益和经济效益也是巨大的。 In recent years, the rapid development of technology for NC processing technology of NC machine tool structure of basic scientific research and new product research and development. All major manufacturers of the world many kinds of cutter for NC machine tool production, specifications, the large number of often dizzying, to no avail. Now the NC cutting tools of science knowledge and application in recent years CNC tooling materials, structures, new product, present situation and development trend of science and technology in areas such as its essentials, this summary as described, numerical control tool to understand the relevant new product information. Classification brief second, NC, CNC tool tool material new product overview of the current situation and development trend of science and technology 1,: in recent years, the results set for basic scientific research and new product CNC cutting tool materials in high speed (high speed), hard (including heat-resistant and hard machining), dry, fine (Super fine) CNC machining technology. Tool material new product research and development of superhard materials (surface modification of diamond, coating materials, TIC-based metal ceramic, CBN, Al203, Si3n4 ceramic base class), w, CO classes, coatings and fine particles (ultrafine particles) Go-containing powder metallurgy high-speed steel and cemented carbide substrate areas of progress more quickly. 2, super hard materials: Diamond (brazing polycrystalline, monocrystalline) tool was quickly applied to high hardness, high strength, difficult to process color gold (alloy) and non-ferrous metals-non-metallic composite material parts and components of high speed, high efficiency, dry (wet) in the mechanical machining industry. Their profiles are as follows: automotive and motorcycle industry: polycrystalline, synthetic single crystal diamond face milling cutters, boring, turning tools, reamers, composite (combined) holemaking NC cutting tools are used, such as Si--Al of high strength, high hardness alloy parts on automatic production line; Bamboo flooring and furniture industry: poly Crystal, CVD diamond thick film deposition (PDC) Mills, three side milling cutters, cutters, and other such tools are widely used in high hardness combined with bamboo wood floors, furniture and door forth Parts on automatic production line; Aviation, aerospace, automotive and electronic and information technology industry: CVD diamond thin film coated CNC tool (WCO class cemented as a whole) applied to milling, turning, drilling, reaming and with feedout heads machining high strength aluminum alloy (casting, forging), fibre-metal plates, carbon fiber reinforced thermoplastic composite material, magnesium alloys, graphite, ceramics forth Parts for high speed, high life expectancy, dry machining technology requirements. All the manufacturers are constantly developed diamond coating process technology, improving the fastness and the combination of diamond-like carbon films with tool substrate density; Fine (superfinish) machining technology: single crystal lens with natural and synthetic diamond cutters used in precision instruments, mirrors, computer disks, copiers (VCR) drum SB Work fine (Super fine and nanometer) turning; Single crystal diamond cutting tool has also been applied to the eye cornea surgery fine cutting and fine printing plate engraving sth And other industries. Manufacturers are constantly improving grinding technology of diamond cutting tools, sharpening ...
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数控车加工薄壁组合零件工艺分析与加工方案摘要：在数控车加工过程中，经常碰到一些薄壁零件的加工。本文详细分析了薄壁零件加工的特点、防止变形的工艺方法、车刀几何角度及切削参数的选择，结合在教学实践中的实例设计出加工方案。关键词：薄壁零件 工艺分析 加工方案1 薄壁工件的加工特点车薄壁工件时，由于工件的刚性差，在车削过程中，可能产生以下现象。1.1 因工件壁薄，在夹压力的作用下容易产生变形。从而影响工件的尺寸精度和形状精度。当采用如图1所示三爪卡盘夹紧工件加工内孔时，在夹紧力的作用下，会略微变成三角形，但车孔后得到的是一个圆柱孔。当松开卡爪，取下工件后，由于弹性恢复，外圆恢复成圆柱形，而内孔则如图2所示变成弧形三角形。若用内径千分尺测量时，各个方向直径D相等，但已变形不是内圆柱面了，这种现象称之为等直径变形。1.2 因工件较薄，切削热会引起工件热变形，从而使工件尺寸难以控制。对于线膨胀系数较大的金属薄壁工件，如在一次安装中连续完成半精车和精车，由切削热引起工件的热变形，会对其尺寸精度产生极大影响，有时甚至会使工件卡死在夹具上。1.3 在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度，形状、位置精度和表面粗糙度。2 减少和防止薄壁件加工变形的方法2.1 工件分粗，精车阶段 粗车时，由于切削余量较大，夹紧力稍大些，变形也相应大些；精车时，夹紧力可稍小些，一方面夹紧变形小，另一方面精车时还可以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。2.2 合理选用刀具的几何参数 精车薄壁工件时，刀柄的刚度要求高，车刀的修光刃不易过长（一般取0.2~0.3mm），刃口要锋利。2.3 增加装夹接触面 如图3所示采用开缝套筒或一些特制的软卡爪。使接触面增大，让夹紧力均布在工件上，从而使工件夹紧时不易产生变形。2.4 应采用轴向夹紧夹具 车薄壁工件时，尽量不使用径向夹紧，而优先选用如图4所示轴向夹紧方法。工件靠轴向夹紧套（螺纹套）的端面实现轴向夹紧，由于夹紧力F沿工件轴向分布，而工件轴向刚度大，不易产生夹紧变形。2.5 增加工艺肋 有些薄壁工件在其装夹部位特制几根工艺肋，以增强此处刚性，使夹紧力作用在工艺肋上，以减少工件的变形，加工完毕后，再去掉工艺肋。2.6 充分浇注切削液 通过充分浇注切削液，降低切削温度，减少工件热变形。3 数控车削薄壁件参数选择数控车床进行薄壁件加工时，具有较大的优势，对于直径较小（φ160mm以内），长度短（250mm以下），壁厚为2-2.5mm的薄壁工件，可以一次性车削成型。但应注意不要夹持在薄壁部位，同时应选择合适的刀具角度，具体的刀具角度如下。3.1 外圆精车刀 Kr=90°～93°，Kr’=15°α0=14°～16°，α01=15°，γ0适当增大，刀具材料为YW1硬质合金。3.2 内孔精车刀 Kr=60°，Kr1=30°，γ0=35°α0=14°～16°，α01=6°～8°，λs=5～6°，刀具材料为YW1硬质合金。 3.3 精加工车削参数Vc=160mm/min，f=0.1mm/r，αp=0.2～0.4mm。通过以上分析，本例的薄壁工件可采用悬臂装加的方式进行加工。4 加工薄壁件难点分析本例工件除了加工薄壁件的难点外，还有加工内凹半圆?外凸半圆以及T型槽的加工难点。对于内凹半圆，采用R3的圆弧形车刀进行加工；对于外凸半圆，则采用外切槽刀进行加工；对于T形槽 ，则采用35°菱形刀片机夹式车刀进行加工，其主偏角取93°，副偏角取52°。5 薄壁组合件加工方案本例加工薄壁组合工件如图8所示，加工方案如下：5.1 加工件3右侧内外轮廓如图5所示，注意先加工外轮廓，再加工外轮廓，保证φ58，ф52外圆尺寸，同时保证ф48，φ23内孔和内锥孔的精度要求。5.2 掉头装夹，以φ23内孔表面作为校正面进行校正，加工件3左侧外轮廓及内锥孔，保证各项精度要求。5.3 加工件2左侧内孔及外圆台阶如图6所示，保证φ70外圆尺寸，同时保证φ48，ф58内孔和M56×2-6H内螺纹的精度要求，用件3与之螺纹旋和，保证配合精度要求。5.4 拆除件2，加工件1左侧内外轮廓如图7所示，先加工外轮廓再加工内轮廓，注意薄壁件的悬臂加工以及外凸半圆和内凹半圆的加工刀具及加工方式。5.5 掉头采用一夹一顶的方式装夹件1，加工件1右侧外轮廓，保证φ58，φ48，φ23，φ16的外圆尺寸及M56×2-6g的外螺纹尺寸的精度要求。5.6 不拆除件1，用螺纹连接方式安装件2，加工件2外轮廓，保证φ80外圆及T形槽的各项精度要求。5.7 拆下件1，以件2的Ф80的外圆作为装夹表面，校正Ф48内轮廓后加工件2左侧内轮廓，保证Ф58内孔和M56×2-6H内螺纹的精度要求，用件3和件1与之试配，保证配合精度要求；如图8所示。5.8 拆下工件，去毛倒棱，进行工件组合并进行自检。本例的关键是进行合理的工艺分析，选择合理的加工方案，合理的选择刀具及切削参数，而工件的编程难度不大，这里就不再做叙述。6 结语本文阐述了薄壁工件的加工特点，减少和防止加工变形的方法，加工难点分析以及数控车削薄壁件参数的选择，确定了薄壁组合件加工方案。经生产实践证明，该加工方案切实可行，能保证薄壁组合件的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度和装配质量都满足图纸要求，可为类似零件和产品的机械加工提供一定的借鉴。参考文献：[1]刘立.数控车床编程与操作.北京：北京理工大学出版社.2006.8.[2]职业技能鉴定教材编审委员会.车工.北京：中国劳动出版社.2004.7.[3]穆国岩.数控加工编程与操作.北京：机械工业出版社.2008.8.转
数控专业的毕业论文叶片五轴联动加工刀位轨迹的生成 针对大型混流式叶片各曲面的特点，进行合理的刀位轨迹规划和计算，是使所生成的刀位轨迹无干涉、无碰撞、稳定性好、编程效率高的关键。由于五轴加工的刀具位置和刀具轴线方向是变化的，因此五轴加工的是由工件坐标系中的刀位点位置矢量和刀具轴线方向矢量 组成，刀轴可通过前倾角和倾斜角来控制，于是我们可 根据曲面在切削点处的局部坐标计算出刀位矢量和刀轴 矢量。从加工效率、 表面质量和切削工 艺性能来看，选择 沿叶片造型的参数 线作为铣削加工的 方向分多次粗铣和 一次精铣，然后划 分加工区域，定义 与机床有关的参数， 根据以上所选叶片 的加工部位、装夹 图, 混流式叶片的刀轨生成 定 位 方 式 、 机 床 、 刀具及切削参数和余量分布情况将叶片分为多个组合面 分别进行加工。通过对曲面曲率的分布情况的分析对于 不同的区域采用不同的面铣刀。粗加工给出每次加工的 余量，精加工采用同一直径的铣刀，根据粗糙度要求给 定残余高度，根据具体情况选择切削类型、切削参数、 刀轴方向、进退刀方式等参数，生成的刀位轨迹如图, 所示。但是对于像叶片这样的曲率变化很大而又不均匀 的雕塑曲面零件我们还要根据情况作大量的刀位编辑， 并且必须进一步通过切削仿真做干涉和碰撞检查修改和 编辑刀轨。!"#叶片五轴联动数控加工仿真 数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序。在计算机上仿真验证多轴联动加工的刀具轨迹，辅助进行加工刀具干涉检查和机床与叶片的碰撞检查，取代试切削或试加工过程，可大大地降低制造成本，并缩短研制周期，避免加工设备与叶片和夹具等的碰撞，保证加工过程的安全。加工零件的"!代码在投入实际的加工之前通常需要进行试切，水轮机叶片是非常复杂的雕塑曲面体，开发利用数控加工仿真技术是其成功采用五轴联动数控加工的关键。在此，我们首先进电子商务资料库,8:'/.%1&'-/:8(行工艺系统分析，明确机床!"!系统型号、机床结构形式和尺寸、机床运动原理和机床坐标系统。用三维!,-软件建立机床运动部件和固定部件的实体几何模型，并转换成仿真软件可用的格式，然后建立刀具库，在仿真软件中新建用户文件，设置所用!"!系统，并建立机床运动模型，即部件树，添加各部件的几何模型，并准确定位，最后设置机床参数。 接下来将叶片模型变换到加工位置计算出刀具轨迹，再以此轨迹进行叶片切削过程、刀位轨迹和机床运动的三维动态仿真。这样就可以清楚的监控到叶片加工过程中的过切与欠切、刀杆和联接系统与叶片、机床各运动部件与叶片和夹具间的干涉碰撞，从而保证了数控编程的质量，减少了试切的工作量和劳动强度，提高了编程的一次成功率，缩短了产品设计和加工周期，大大提高生产效率。如在数控加工行业进行推广，可产生巨大的经济和社会效益。叶片的切削仿真如图.所示，叶片的机床加工仿真如图/所示。图. 混流式叶片的切削仿真图/ 混流式叶片的机床加工仿真!"$叶片刀位轨迹的后置处理 后置处理是数控编程的一个重要内容，它将我们前面生成的刀位数据转换成适合具体机床的数据。后处理最基本的两个要素就是刀轨数据和后处理器。我们应首先了解龙门移动式五坐标数控铣镗床的结构、机床配备的附属设备、机床具备的功能及功能实现的方式和机床配备的数控系统，熟悉该系统的"!编程包括功能代码的组成、含义。然后应用通用后置处理器导向模板，根据以上掌握的知识，开发定制专用后置处理器。然后将我们已得刀位源文件进行输入转换成可控制机床加工的"!代码。% 结束语 复杂曲面的多轴联动数控编程是一涉及到众多领域知识的复杂流程，是数字化仿真及优化的过程。本文介绍的大型水轮机叶片的多轴联动编程技术，已用于工程实际大型叶片的数控编程中，实现了大型转轮叶片的五轴联动数控加工的刀位轨迹计算和加工仿真，保证了后续数控加工的质量和效率，已作为大型水轮机叶片五轴联动数控加工的编程工具用于实际生产中。 雕塑曲面体混流式叶片的多轴联动数控加工编程技术摘要：转轮叶片是水轮机能量转换的关键部件，也是最难加工的零件，目前多轴联动数控加工是解决该类大型雕塑曲面零件最有效的加工方法。多轴联动数控加工编程则是实现其高精度和高效率加工的最重要环节。本文介绍混流式水轮机叶片五轴联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到转轮叶片三维造型、刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、后置变换等关键技术。通过对这些技术的链接和研究，开发实现了大型叶片的多轴联动加工。关键词：数控编程 引言 水轮机是水力发电的原动机，水轮机转轮叶片的制造，转轮的优劣，对水电站机组的安全、可靠性、经济性运行有着巨大的影响。水轮机转轮叶片是非常复杂的雕塑面体。在大中型机组制造工艺上，长期以来采用的“砂型铸造—— —砂轮铲磨——立体样板检测 —的制造工艺，不能有效地保证叶片型面的准确性和制造质量。目前采用五轴联动数控加工技术是当今机械加工中的尖端高技术。大型复杂曲面零件的数控加工编程则是实现其数字化制造的最重要的技术基础，其数控编程技术是一个数字化仿真评价及优化过程。其 关键技术包括：复杂形状零件的三维造型及定位，五 轴联动刀位轨迹规划和计算，加工雕塑曲面体的刀轴 控制技术，切削仿真及干涉检验，以及后处理技术等。 大型复杂曲面的多轴联动数控编程技术使雕塑曲面体 转轮叶片的多轴数控加工成为可能，这将大大推动我 国水轮机行业的发展和进步，为我国水电设备制造业 向着先进制造技术发展奠定基础。" 大型混流式水轮机叶片的多轴数控加工编程过程大型复杂曲面零件的五轴联动数控编程比普通零件编程要复杂得多，针对混流式叶片体积大并且型面曲率变化大的特点，通过分析加工要求进行工艺设计，确定加工方案，选择合适的机床、刀具、夹具，确定合理的走刀路线及切削用量等；建立叶片的几何模型、计算加工过程中的刀具相对于叶片的运动轨迹，然后进行叶片的切削仿真以及机床的运动仿真，反复修改加工参数、刀具参数和刀轴控制方案，直到仿真结果确无干涉碰撞电子商务资料库:7-1%"(63;63&;-发生，则按照机床数控系统可接受的程序格式进行后处理，生成叶片加工程序。其具体编程过程如图-所示。 图-大型混流式叶片的五轴联动数控加工编程流程!"! 混流式水轮机叶片的三维几何建模 混流式叶片这一复杂雕塑曲面体由正面、背面、与上冠相接的带状回转面、与下环相接的带状回转面、 大 ， 可 编 写 一 个.*/0程序读入这些三维坐标点，然后采用双三次多补片曲面片通过自由形式特征的通过曲线的方法进行曲面造型，如图1所示。叶片的毛坯形状可从设计数据点进行偏置计算处理，或者从三维测量得到的点云集方式确定对叶片的各个曲面分别进行"234$曲面造型，并缝合成实体。!"# 叶片加工工艺规划 加工方案和加工参数的选择决定着数控加工的效率和质量。我们根据要加工叶片的结构和特点可选择大型龙门移动式五坐标数控铣镗床，根据三点定位原理经大量的研究分析，决定在加工背面是采用通用的带球形的可调支撑，配以叶片焊接的定位销对叶片定位，在叶片上焊接必要的工艺块，采用一些通用的拉紧装置来装夹。加工正面时，采用在加工背面时配合铣出的和背面型面完全一致的胎具，将叶片背面放入胎具，利用焊接的工艺块进行调整找正，仍然采用通用的拉压装置进行装夹。由于叶片由多张曲面组合而 成，为了解决加工过程中的碰撞问题，我们采用沿流线 走刀，对于叶片的正背面进行分区域加工，根据曲面各 处曲率的不同采用不同直径的刀具、不同的刀轴控制方 式来加工。对每个面一般分多次粗铣和一次精铣。在机 床与工件和夹具不碰撞和不干涉情况下，尽量采用大直 径曲面面铣刀，以提高加工效率。叶片正背面我们选用 刀具直径!-56曲面面铣刀粗铣、!-16曲面面铣刀精铣， 叶片头部曲面采用!76的曲面面铣刀加工，出水边采用!76螺旋玉米立铣刀五轴联动侧铣。根据后续仿真情况 反复做刀位编辑，以寻求合理的加工方案。在满足加工 要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提下尽可能
加工工艺最好是利用软件设计，从工件的建模到工艺的编程都用软件完成（我们模具常用的UG、solidworks等），在进行后处理，把后处理的文件直接传到数控机床上，稍作修改，就可以加工出来了
浅谈数控机床零件加工前的准备 近年来，为了适应市场需要，不少职业技术学校相继开设了数控技术方面的专业。我校也于去年购置了两台经济型数控车床和一台数控床身铣床并配置华兴数控仿真软件（机床数控系统是南京华兴数控操作系统）以满足数控教学的要求。通过几个学期的教学实践，深感要做好数控机床操作，零件加工前的准备工作相当重要。 一、零件的加工程序编写及校验 在数控机床上加工零件，不管数控机床使用的是何种操作系统，必须要有与数控机床相适应的数控加工程序。首先，学生根据教师给出的零件图自行编制加工程序。在编写加工程序的时候先分析零件图，根据零件图的技术要求来分析加工工艺路线，确定加工步骤，合理选择加工中每一道工序中要使用的刀具以及加工中的切削用量参数，并进行与数控加工程序相关的数学处理。在数学处理时会出现一些繁琐的坐标计算问题，为简化计算和缩短计算时间，我们让学生在计算机模拟房内利用AutoCAD软件先绘制零件图，再利用AutoCAD软件的查询命令予以解决并记下数据。通过工艺分析与数学计算，再根据所确定的工艺路线与零件加工步骤来编写程序。在编写完数控加工程序之后，利用数控机床制造商提供的配套数控仿真教学软件在计算机模拟室进行反复校验和仿真模拟，以检查程序的正确性，同时，对坐标数值、进给量、刀补值等参数进一步处理，以适应实际加工需要。 为什么要这样做呢？因为一般职业技术学校受经费等原因限制，数控机床数量较少，学生要同时上数控机床校验不太可能，况且时间拖得长不利于教学。另一方面，通过校验还可以使学生在数控机床操作之前熟悉数控加工软件的使用方法以及熟悉数控机床的操作面板，为下一步的数控机床操作打好基础。最后，教师对每个学生编制的加工程序做全面细致的审核，确定最终加工程序。教师审核的内容主要是程序结构的合理性、走刀线路、主轴转速、进给量、吃刀深度以及刀具的选择等，在审核的同时为学生提出建设性的修改意见，使学生知道为什么要这样修改，不改会造成什么后果，程序确定之后，及时将程序记下以备操作。 二、加工材料及刀具、夹具的准备 程序准备仅仅是第一步，程序校验通过以后，接下来就是加工材料及刀具和夹具的准备。这一步工作做得如何，将直接影响到数控操作的最终效果和学生的学习兴趣，因此要认真做好。 目前，职业技术学校供数控机床操作教学用的材料主要是铝材、尼龙棒、钢材、石蜡、硬木砧板等，选用的材料要能最大限度地满足数控操作教学的要求，同时要考虑经济性。根据我校的实际情况，我们选择铝和石蜡作为车床和铣床的加工材料。刀具的选择则要根据被加工材料的表面形状、材质等来选择，由于我们所选用的这些材料没有很高的硬度，故对刀具无特别要求，选用普通刀具即可。但在加工时由于零件的形状和技术要求不同，要选择不同类型的刀具来加工，例如加工三角形螺纹要选择三角螺纹车刀，加工圆弧则要选择圆弧到或者是尖刀来进行加工等，合理的选择加工刀具是加工好零件的基本保证。夹具的选择比较简单，如在数控车床上加工铝棒和石蜡棒，铝棒和石蜡棒直接由三爪自定心卡盘夹紧即可；而在铣床上加工时，只要按普通铣床的要求，用压板将铝或石蜡板固定在工作台上或机用平口钳夹紧就可以了，夹紧力的控制以在加工过程中工件不发生移动为宜。 但是在实际数控机床加工应用中，要综合考虑数控机床的技术要求、夹具的特点、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素来正确选用刀具和夹具，而在学习过程中要求学生把石蜡材料看成是金属材料来进行加工，用加工金属材料的切削参数来加工石蜡材料，在加工过程中合理分配加工余量，将粗加工和精加工进行区分。通过以上做法，加工出的工件符合图纸要求，效果良好，达到了数控机床操作的目的。 三、数控机床的调整与对刀 数控加工程序编写完和零件材料准备好以及选择了恰当的刀具后，要对数控机床进行调整、润滑、检查等工作，确保数控机床的性能。然后再进行对刀，使数控机床上每一把刀具的刀位点在刀架转位后或换刀后，每把刀的刀位点的位置都重合在同一点。在对刀完成后即进行零件的试加工，以检验程序与对刀的精确性，如果试加工的零件的尺寸精度与形位公差不符合图纸要求，则要进行刀具偏差的微量修调，然后再进行试加工，一直到所加工的零件符合图纸要求。通过试加工以后，就可以对该零件进行批量加工了。一个数控加工的零件是否合格，数控机床的对刀起到关键的作用，也就是说所加工的零件是否合格的基本保证是对刀要准确。 四、安全教育工作 时时不忘安全，牢记安全第一的宗旨。针对机械加工的特点，在操作前进行安全教育是重要的。要求学生严格遵守数控实验室管理制度、数控机床安全操作规程。同时我们还以一些因违反操作规程而造成伤亡的典型案例来教育学生，要求学生在操作过程中要严肃、认真和细心，从而增强了学生的安全意识。在上机前我们还将数控机床操作步骤以讲义的形式分发给学生，要求学生细心领会和掌握，学生在数控机床操作过程中一定要按操作规程要求去做，确保不发生过安全事故。 教师只要在数控机床操作前认真做好准备工作，在数控机床操作教学中精心组织和指导，就一定能够收到很好的教学效果. 更多内容，请查看百度消息，希望对你有所帮助