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摘要：专用数控铣床是一个高难度的机电一体化产品，涉及到众多学科领域，包括机械设计技术，电工电子技术，传感器技术，信息处理技术，自动控制原理等。本课题研制的专用数控铣床，可以极大地提高一定角度圆弧的加工效率和精度，对于节省生产资源具有重要的意义。
关键词：组合机床数控铣床 加工工艺 编程
中图分类号：TG547文献标识码： A
一、组合机床概述
组合机床是一种自动化或半自动化的机床，它可以对一种或者一类零件进行多轴、多刀、多工位的加工。它是由大量的通用部件以及少量的专用部件组合而成。
通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件，主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。
近年来，我国国民生产总值飞速增长，国家对机械类产品的需求也在不断的增大。如何降低生产成本，提高经济效益，研制出配置灵活、具有一定加工柔性并可满足同类型不同尺寸零件加工的高效机床己经成为了制造业的发展方向。为了缩短产品的生产周期、提高其生产效率，对于需要重复工序加工的大批量零件生产，组合机床的使用正在大范围的普及。
专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件己经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。
专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、惚孔、铰孔、钟孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。
二、专用数控铣床的工作原理
1、以飞轮外圆圆弧加工工艺分析：
图1飞轮零件图
飞轮毛坯是铸铁件，本文设计的专用铣床就是用于如图1所示的飞轮44°圆弧面的加工。
2、技术要求:
①弧面半径为72mm，误差在0.2mm以内，粗糙度达到3.2;
②角度要求不高，允许一定的误差;
③大批量加工，每个工作日加工量达到700-800。
3、目前圆弧型面加工的方法可分为两类:
①在普通铣床上用回转工作台铣削。手动安装带有专用夹具的回转工作台，用手摇动工作台的蜗轮蜗杆手柄以控制进给，从而铣出圆弧面。此法劳动强度大，生产效率低，不适合大批量加工。
②用数控铣床铣削。随着数控机床的日益发展和普及，各种曲面的加工都能通过插补算法在直角坐标系里实现加工，且精度和可靠性大为提高。但数控铣床的成本较高，适合多种类小批量加工。
基于以上情况，使用专用铣床，既能实现数控，降低劳动强度，也适合大批量加工。
技术要求显示圆弧面加工余量为6mm，铣削可分粗铣和精铣，粗铣5mm，精铣1 mm。走刀路线如图2所示铣刀沿A-B-C-D方向逆铣。
图2进、退刀示意图
3、 圆弧成形算法分析
直角坐标系中的圆弧成形：
圆弧插补(circular interpolation，即给出两点间的插补数字信息，借此信息控制刀具与工件的相对涌动，使其按规定的圆弧加工出理想曲面的一种插补方式。
在直角坐标系中运用较多的圆弧插补算法是逐点比较法，下面就逐点比较法圆弧插补算法为例分析圆弧拟合程度。
直角坐标系:
X轴:工作台径向进给
Y轴:工作台横向进给
Z轴:主轴进给
逐点比较法每进给一步需要四个节拍，即:
①偏差判别。判别偏差符号
②坐标进给。根据偏差情况图形靠拢，缩小偏差。
③新偏差计算。进给一步后差判别的依据。
确定加工点是在规定图形的外面还是里面。控制X坐标或y坐标进给一步，使加工点向规定计算加工点与规定图形的新偏差，作为下一步偏差判别的依据。
④终点判别。根据这一步進给结果，判定终点是否到达，如果未到终点，继续插补;如果终点己到就停止插补。逐点比较法的工作流程图如图3所示。
图3逐点比较法工作循环图
三、数控铣床常用指令的编程技巧
1、G92与G54-G59的应用：
G54-G59是调用加工前设定好的坐标系，而G92是在程序中设定的坐标系，用了G54-(G59就没有必要再使用G92否则G54-G59会被替换，应当避免
(1)一旦使用了G92设定坐标系，再使用G54-G59则不起任何作用除非断电重新启动系统，或接着用G92设定所需新的工件坐标系
(2)使用G92的程序结束后，若机床没有回到G92设定的起点，就再次启动此程序，机床当前所在位置就成为新的工件坐标原点，易发生事故所以，一定要慎用。
2、同一条程序段中，相同指令(相同地址符)或同一组指令，后出现的起作用
例如：G01G90Z10.OZ20.OF200 ;执行的是Z20.O,Z轴直接到达9达Z20.0，而小是Z 10.0
G10G00X50.0Y30.OF200;执行的是G00(虽有F值，但也不执行G01)，但不同组的指令代码.在同程序段中互换先后顺序执行效果相同
例如:G90G55G00X0Y0Z60.0;和G00G90G55X0Y0Z60.0:相同
四、控铣床编程的一般步骤
1、对零件进行图纸分析
在这我们以腔型的零件为例，首先要做的就是测绘来得出精确的零件图纸，以此得到的数据和图纸来设计出模具。在对任何一个腔型的零件进行加工前我们要做的就是对特点充分了解，来保证加工的可行性;然后就涉及到加工工具的选择，并对塑件模型进行设计，从而完成对一个零件的整体设计，完成加工前的准备。
2、零件加工路线的选择和工艺参数的确定
加工的路线也是指进给路线、切到点和换刀点等，而工艺参数则是对切削深度和速度以及进给速度、主轴转速的分析确定。这关系到一个零件加工成败。就像一个毛坯为100mm*50mm*40mm板材，要把它加工成规则的立方体，就要控制切削深度 。
3、数值计算
因为数控铣床绝大部分控制系统都有刀补的功能，所以只需要计算出相邻几何元素切点的坐标值，从而得出起点、终点的坐标值即可编写程序并输入数据完成该编程
根据我们先前己经计算出几何元素切点的坐标值和己经设计好的加工参数及其辅助动作，在根据数控铣床系统的规定的使用我们都得到的坐标指令代码与程序段的格式，然后逐段的编写出零件加工的程序命令，并且输入CNC装置的存储器当中，结束整个编程。
4、实例分析
⑴我们以腔型零件为例：
型腔类零件的特点，它主要是由一些凹槽、岛屿和平面组成的，所以我们一般选择手动编程，因为腔型的零件一般是没有曲面的。在这选择一个简单的模具塑料插座。我们在加工前要根据该零件的特点来设计，保证该零件的顺利完成。加工工具的选择。我们首先要对塑件进行一个详细的测绘，在测绘时我们要用到一个二维软件Au-toCAD，这样我们绘图很方便。当然我们还要用到其他的软件如Pro/E来定义刀具的路径，还要利用它来进行二维操作。塑件的测绘、造型和设计。测绘中的数据要准确并且要做好记录。并根据己准备好的草图利用软件Pro/E来进行二维造型，测绘的数据要与造型的数据一致:最后就是利用Master CAM软件来仿真加工，然后根据测试的数据完成编程。
⑵再以平面类零件的加工为例分析
数控铣床主要是对平面类零件的加工制造，而这种典型的加工制造基本上就是对各种盖板、凸轮以及整体结构件中的框、肋进行加工。对于一般不是很复杂的选择手动编程更方便些，第一步还是确定具体的加工路线，基本上是按照先主后次、先粗后精这个基本原则;然后是要安排好刀具的切入和切出加工路线，避免因交接处重复切削或法线方向切出而在工件表面上产生痕迹;接下来是对刀具的选择，这步尤其重要，因为不同的加工模式对刀具的要求不一样，所以在设计这种平面类零件是要分别选不重磨硬质合金端铣刀、立铣刀，且用试切法对刀，以完成此步骤;确定切削用量;最后一步是程序编制。
结束语：
综上，掌握数控铣床的编程技巧，能够更好地提高加工效率，保证加工质量，避免加工中出现不必要的错误，这需要我们在实践中不断总结经验，不断提高，从而使编程、加工能力进步加强，为数控加工事业的发展作贡献。
参考文献：
[1] 胡寿松.自动控制原理.北京:科学出版社，2003.
[2] 戴曙.金属切削机床[M].北京：机械工业出版社，1993.
[3] 廖效果.数字控制机床[M].武汉：华中理工大学出版社，1992.
关键词：组合机床数控铣床 加工工艺 编程
中图分类号：TG547文献标识码： A
一、组合机床概述
组合机床是一种自动化或半自动化的机床，它可以对一种或者一类零件进行多轴、多刀、多工位的加工。它是由大量的通用部件以及少量的专用部件组合而成。
通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件，主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。
近年来，我国国民生产总值飞速增长，国家对机械类产品的需求也在不断的增大。如何降低生产成本，提高经济效益，研制出配置灵活、具有一定加工柔性并可满足同类型不同尺寸零件加工的高效机床己经成为了制造业的发展方向。为了缩短产品的生产周期、提高其生产效率，对于需要重复工序加工的大批量零件生产，组合机床的使用正在大范围的普及。
专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件己经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。
专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、惚孔、铰孔、钟孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。
二、专用数控铣床的工作原理
1、以飞轮外圆圆弧加工工艺分析：
图1飞轮零件图
飞轮毛坯是铸铁件，本文设计的专用铣床就是用于如图1所示的飞轮44°圆弧面的加工。
2、技术要求:
①弧面半径为72mm，误差在0.2mm以内，粗糙度达到3.2;
②角度要求不高，允许一定的误差;
③大批量加工，每个工作日加工量达到700-800。
3、目前圆弧型面加工的方法可分为两类:
①在普通铣床上用回转工作台铣削。手动安装带有专用夹具的回转工作台，用手摇动工作台的蜗轮蜗杆手柄以控制进给，从而铣出圆弧面。此法劳动强度大，生产效率低，不适合大批量加工。
②用数控铣床铣削。随着数控机床的日益发展和普及，各种曲面的加工都能通过插补算法在直角坐标系里实现加工，且精度和可靠性大为提高。但数控铣床的成本较高，适合多种类小批量加工。
基于以上情况，使用专用铣床，既能实现数控，降低劳动强度，也适合大批量加工。
技术要求显示圆弧面加工余量为6mm，铣削可分粗铣和精铣，粗铣5mm，精铣1 mm。走刀路线如图2所示铣刀沿A-B-C-D方向逆铣。
图2进、退刀示意图
3、 圆弧成形算法分析
直角坐标系中的圆弧成形：
圆弧插补(circular interpolation，即给出两点间的插补数字信息，借此信息控制刀具与工件的相对涌动，使其按规定的圆弧加工出理想曲面的一种插补方式。
在直角坐标系中运用较多的圆弧插补算法是逐点比较法，下面就逐点比较法圆弧插补算法为例分析圆弧拟合程度。
直角坐标系:
X轴:工作台径向进给
Y轴:工作台横向进给
Z轴:主轴进给
逐点比较法每进给一步需要四个节拍，即:
①偏差判别。判别偏差符号
②坐标进给。根据偏差情况图形靠拢，缩小偏差。
③新偏差计算。进给一步后差判别的依据。
确定加工点是在规定图形的外面还是里面。控制X坐标或y坐标进给一步，使加工点向规定计算加工点与规定图形的新偏差，作为下一步偏差判别的依据。
④终点判别。根据这一步進给结果，判定终点是否到达，如果未到终点，继续插补;如果终点己到就停止插补。逐点比较法的工作流程图如图3所示。
图3逐点比较法工作循环图
三、数控铣床常用指令的编程技巧
1、G92与G54-G59的应用：
G54-G59是调用加工前设定好的坐标系，而G92是在程序中设定的坐标系，用了G54-(G59就没有必要再使用G92否则G54-G59会被替换，应当避免
(1)一旦使用了G92设定坐标系，再使用G54-G59则不起任何作用除非断电重新启动系统，或接着用G92设定所需新的工件坐标系
(2)使用G92的程序结束后，若机床没有回到G92设定的起点，就再次启动此程序，机床当前所在位置就成为新的工件坐标原点，易发生事故所以，一定要慎用。
2、同一条程序段中，相同指令(相同地址符)或同一组指令，后出现的起作用
例如：G01G90Z10.OZ20.OF200 ;执行的是Z20.O,Z轴直接到达9达Z20.0，而小是Z 10.0
G10G00X50.0Y30.OF200;执行的是G00(虽有F值，但也不执行G01)，但不同组的指令代码.在同程序段中互换先后顺序执行效果相同
例如:G90G55G00X0Y0Z60.0;和G00G90G55X0Y0Z60.0:相同
四、控铣床编程的一般步骤
1、对零件进行图纸分析
在这我们以腔型的零件为例，首先要做的就是测绘来得出精确的零件图纸，以此得到的数据和图纸来设计出模具。在对任何一个腔型的零件进行加工前我们要做的就是对特点充分了解，来保证加工的可行性;然后就涉及到加工工具的选择，并对塑件模型进行设计，从而完成对一个零件的整体设计，完成加工前的准备。
2、零件加工路线的选择和工艺参数的确定
加工的路线也是指进给路线、切到点和换刀点等，而工艺参数则是对切削深度和速度以及进给速度、主轴转速的分析确定。这关系到一个零件加工成败。就像一个毛坯为100mm*50mm*40mm板材，要把它加工成规则的立方体，就要控制切削深度 。
3、数值计算
因为数控铣床绝大部分控制系统都有刀补的功能，所以只需要计算出相邻几何元素切点的坐标值，从而得出起点、终点的坐标值即可编写程序并输入数据完成该编程
根据我们先前己经计算出几何元素切点的坐标值和己经设计好的加工参数及其辅助动作，在根据数控铣床系统的规定的使用我们都得到的坐标指令代码与程序段的格式，然后逐段的编写出零件加工的程序命令，并且输入CNC装置的存储器当中，结束整个编程。
4、实例分析
⑴我们以腔型零件为例：
型腔类零件的特点，它主要是由一些凹槽、岛屿和平面组成的，所以我们一般选择手动编程，因为腔型的零件一般是没有曲面的。在这选择一个简单的模具塑料插座。我们在加工前要根据该零件的特点来设计，保证该零件的顺利完成。加工工具的选择。我们首先要对塑件进行一个详细的测绘，在测绘时我们要用到一个二维软件Au-toCAD，这样我们绘图很方便。当然我们还要用到其他的软件如Pro/E来定义刀具的路径，还要利用它来进行二维操作。塑件的测绘、造型和设计。测绘中的数据要准确并且要做好记录。并根据己准备好的草图利用软件Pro/E来进行二维造型，测绘的数据要与造型的数据一致:最后就是利用Master CAM软件来仿真加工，然后根据测试的数据完成编程。
⑵再以平面类零件的加工为例分析
数控铣床主要是对平面类零件的加工制造，而这种典型的加工制造基本上就是对各种盖板、凸轮以及整体结构件中的框、肋进行加工。对于一般不是很复杂的选择手动编程更方便些，第一步还是确定具体的加工路线，基本上是按照先主后次、先粗后精这个基本原则;然后是要安排好刀具的切入和切出加工路线，避免因交接处重复切削或法线方向切出而在工件表面上产生痕迹;接下来是对刀具的选择，这步尤其重要，因为不同的加工模式对刀具的要求不一样，所以在设计这种平面类零件是要分别选不重磨硬质合金端铣刀、立铣刀，且用试切法对刀，以完成此步骤;确定切削用量;最后一步是程序编制。
结束语：
综上，掌握数控铣床的编程技巧，能够更好地提高加工效率，保证加工质量，避免加工中出现不必要的错误，这需要我们在实践中不断总结经验，不断提高，从而使编程、加工能力进步加强，为数控加工事业的发展作贡献。
参考文献：
[1] 胡寿松.自动控制原理.北京:科学出版社，2003.
[2] 戴曙.金属切削机床[M].北京：机械工业出版社，1993.
[3] 廖效果.数字控制机床[M].武汉：华中理工大学出版社，1992.