数控加工刀具沿工件的加工轮廓插补

　　数控加工的过程是刀具沿工件所要加工的轮廓移动（注：某些机床实际上是工作台移动而不是刀具运动，但为了编程上的方便，假定刀具相对于工件移动）———插补过程。如图1、图2所示。按机床运动的控制轨迹，分为以下几种类型。

　　（1）点位控制的数控机床

　　点位控制只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位，对于点与点之间运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了实现既快又精确的定位，两点间位移的移动一般先快速移动，然后慢速趋近定位点，以保证定位精度，图3所示为点位控制的运动轨迹。

图1 车削加工刀具运动轨迹

图2 铣削加工刀具运动轨迹

图3 数控机床的点位加工轨迹

　　具有点位控制功能的机床主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床等。随着数控技术的发展和数控系统价格的降低，单纯用于点位控制的数控系统已不多见。

　　（2）直线控制数控机床

　　直线控制数控机床也称为平行控制数控机床，其特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和路线（轨迹），但其运动路线只是与机床坐标轴平行移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个（即数控系统内不必有插补运算功能），在移动的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削，一般只能加工矩形、台阶形零件。具有直线控制功能的机床主要有比较简单的数控车床、数控铣床、数控磨床等。这种机床的数控系统也称为直线控制数控系统。同样，单纯用于直线控制的数控机床也不多见。

　　（3）轮廓控制数控机床

　　轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其控制特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度同时进行控制。为了满足刀具沿工件轮廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求，必须将各坐标运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来。因此在这类控制方式中，就要求数控装置具有插补运算功能，所谓插补就是根据程序输入的基本数据（如直线的终点坐标、圆弧的终点坐标和圆心坐标或半径），通过数控系统内插补运算器的数学处理，把直线或圆弧的形状描述出来，也就是一边计算，一边根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲，从而控制各坐标轴的联动位移量与要求的轮廓相符合。在运动过程中刀具对工件表面连续进行切削，可以进行各种直线、圆弧、曲线的加工。轮廓控制的加工轨迹如图4所示。

图4 数控铣床的轮廓加工轨迹

　　这类机床主要有数控车床、数控铣床、数控线切割机床、加工中心等，其相应的数控装置称为轮廓控制数控系统。根据它所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面几种形式。

　　1 二轴联动主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线柱面。

　　2 二轴半联动主要用于三轴以上机床的控制，其中两根轴可以联动，而另外一根轴可以作周期性进给。如图5所示就是采用这种方式用行切法加工三维空间曲面。

　　3 三轴联动一般分为两类，一类就是X、Y、Z 三个直线坐标轴联动，比较多的用于数控铣床、加工中心等，如图7所示用球头铣刀铣切三维空间曲面。另一类除了同时控制X、Y、Z其中两个直线坐标外，还同时控制围绕其中某一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴。如车削加工中心，它除了纵向（Z轴）、横向（X轴）两个直线坐标轴联动外，还需同时控制围绕Z轴旋转的主轴（C轴）联动。

　　4 四轴联动同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动，图6所示为同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴与一个工作台回转轴联动的数控机床。

图5 二轴半联动的曲面加工

图6 三轴联动的加工曲面

图7 四轴联动的数据控机床

图8 五轴联动的加工中心

　　5 五轴联动除同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴联动外，还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的A、B、C坐标轴中的两个坐标轴，形成同时控制五个轴联动。这时刀具可以被定在空间的任意方向，如图8所示。比如控制刀具同时绕X轴和Y轴两个方向摆动，使刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓曲面成法线方向，以保证被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，减小被加工表面的粗糙度。