航空制造要求數(shù)控機床具有先進(jìn)性、集成性、柔性、高精度和高穩(wěn)定性。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，是數(shù)控機床的大腦。
更快更強的數(shù)控系統(tǒng)使得數(shù)控機床具備更加強大的運算和處理能力，能夠完成更為復(fù)雜和精細(xì)的加工。復(fù)合功能使數(shù)控機床顯著提高零件的加工效率，機械加工趨向于高精度、多品種、小批量、低成本、短周期和復(fù)雜化的加工。隨著數(shù)控機床越來越多地被應(yīng)用到航空零件的生產(chǎn)中來，航空零件的加工能力得到了明顯的提高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件型面能夠使用數(shù)字化加工完成，而其采用普通設(shè)備是很難加工的。
雖然零件的加工能力有所提高，但數(shù)控機床的應(yīng)用水平還有待提高，不論是編程技術(shù)還是加工技術(shù)，都還有許多可以提升的空間。數(shù)控機床高級功能的開發(fā)，提高數(shù)控機床的加工效率，以及最大限度地發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)越性已經(jīng)成為技術(shù)人員面臨的最大難題。
1. 數(shù)控機床功能開發(fā)內(nèi)容
航空制造數(shù)控機床功能開發(fā)包括以下幾方面內(nèi)容：
開發(fā)數(shù)控機床的硬件功能，比如鉆頭破損檢測功能開發(fā)，加工狀態(tài)下的刀長、半徑及機內(nèi)自動測量功能開發(fā)。這類功能開發(fā)是針對部分?jǐn)?shù)控機床引進(jìn)時未配置在線測量裝置等硬件設(shè)施而言的，是將先進(jìn)的設(shè)備引入生產(chǎn)過程，從而提高生產(chǎn)過程的先進(jìn)性。
將操作系統(tǒng)的高級指令引入生產(chǎn)過程，進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)控加工的先進(jìn)性。開發(fā)機床操作系統(tǒng)的高級指令，比如可編程的零點偏移、可編程的旋轉(zhuǎn)等。
高級編程語言的二次開發(fā)，能夠更大程度地提高數(shù)控加工的先進(jìn)性。
借助高級指令編制有特定功能的模板程序，做有規(guī)律的計算， 對機床數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測、判斷，進(jìn)而簡化、優(yōu)化加工過程或在加工過程中增加防錯功能，屬于采用已知系統(tǒng)高級語句編制模塊程序，更能有針對性地解決零件生產(chǎn)中遇到的問題。
2. 數(shù)控機床應(yīng)用典型問題
數(shù)控機床應(yīng)用中，常出現(xiàn)編程效率及加工效率較低，加工過程容易出錯的問題，比較有代表性的有：
數(shù)控銑螺紋數(shù)控程序的編制需要計算的參數(shù)較多，編程過程相對復(fù)雜且易出錯，所以編制銑螺紋程序效率低且出錯率高。
對于具有均布孔或均布槽的零件，加工每個孔都要執(zhí)行重復(fù)的數(shù)控程序，加工部位余量大時還需要重復(fù)調(diào)用同一條數(shù)控程序上不同的刀補值去除余量。
這種重復(fù)量較大的編程工作，工作量較大，編程效率低。重復(fù)的上刀工作量大，容易出錯。
由于某些數(shù)控機床坐標(biāo)軸行程所限，編程時不能采用循環(huán)模式，只能編寫點位坐標(biāo)，編程效率低且容易出錯。
加工過程中刀具的破損如果沒及時發(fā)現(xiàn)，很有可能造成零件的報廢。
采用輪廓編程方式加工零件時，操作者需要在機床內(nèi)輸入刀具半徑，輸入的半徑不同，刀具的切削軌跡也不一樣。輸錯刀具半徑容易導(dǎo)致零件超差。
數(shù)控加工零件之前需要建立加工坐標(biāo)系，操作人員需要將各坐標(biāo)軸原點輸入機床中，操作者輸入?yún)?shù)時容易出錯。
3. 數(shù)控機床功能綜合開發(fā)
防錯功能開發(fā)。通過操作人員來把關(guān)，防止錯誤發(fā)生，這種防錯方式的主體是人，實際操作過程中防錯的效果和人的能力及注意力有著直接的關(guān)系，不能實現(xiàn)100%防錯。采用特殊的技術(shù)手段來控制操作過程，由計算機來把關(guān)，滿足條件則加工，不滿足條件則停止，基本可以實現(xiàn)100%防錯。具體包括：
①鉆頭破損檢測功能開發(fā)。能在加工過程中有效地檢測刀具磨損情況，刀具受損后會報警，避免刀具受損繼續(xù)加工零件導(dǎo)致的零件超差。
②立式車床、臥式車床刀心對刀防錯功能開發(fā)，分別建立對刀點檢驗?zāi)０澹庸で皩Φ饵c進(jìn)行檢查，如果操作者沒有修改對刀點，則程序中止，能有效避免零件超差。
③刀補防錯。建立刀具半徑檢查模板，加工前對刀具半徑值進(jìn)行檢查，如果輸入的半徑值不符合要求則程序中止，能有效避免零件超差。
④G54銑加工防錯功能和數(shù)控車床加工G54防錯功能開發(fā)。這兩項分別建立坐標(biāo)系檢測的子程序，程序運行前調(diào)用檢測子程序，如果坐標(biāo)系有誤則程序中止，可有效地避免零件超差。
數(shù)控機床功能綜合開發(fā)，實現(xiàn)“全程序無人干預(yù)”加工。“全程序無人干預(yù)”加工，是指被加工工件安裝在數(shù)控機床上后， 在沒有人工干預(yù)的狀態(tài)下， 一次程序啟動完成加工、檢測過程。它將過去產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率依賴于人員技能水平的傳統(tǒng)加工形式， 轉(zhuǎn)變?yōu)橛扇绦颉o人干預(yù)加工控制和設(shè)備功能進(jìn)行保證的新形式，最終實現(xiàn)高效、精密、全程序和無人干預(yù)加工。
具體包括：
①固化刀柄、刀具，優(yōu)化切削參數(shù)，完成刀具壽命的精確統(tǒng)計;根據(jù)無人干預(yù)數(shù)控加工需要，優(yōu)化加工流程，增加測量程序，減少重復(fù)加工，并將原有的程序作為子程序串聯(lián)編制在加工流程程序中，同時將“自動對刀”、“測量暫停”及“提示指令”固化在流程監(jiān)控數(shù)控程序中，且在監(jiān)控程序中通過采用坐標(biāo)系框架指令、刀具參數(shù)高級指令，實現(xiàn)對加工全過程進(jìn)行監(jiān)控和管理。
②通過對刀半徑補償、刀長補償及坐標(biāo)原點的監(jiān)控，消除操作者在數(shù)據(jù)錄入過程中的人為失誤，同時采用信息提示方式使操作更為簡潔易懂，更有效降低操作者參與率。
③坐標(biāo)原點防錯，通過絕對坐標(biāo)和調(diào)整坐標(biāo)數(shù)值的判斷，并在超范圍時報警，消除操作者在原點設(shè)置過程中誤操作。
④優(yōu)化切削用量;根據(jù)無人干預(yù)數(shù)控加工需要，優(yōu)化加工流程，減少重復(fù)加工，并將原有的程序作為子程序串聯(lián)編制在加工流程程序中。
⑤增加自動對刀指令，代替以往的人工對刀操作;同時將全部加工程序串聯(lián)，通過固化加工參數(shù)，使全過程加工自動完成。全過程實現(xiàn)無干預(yù)或少干預(yù)。
⑥數(shù)控車床在線測量技術(shù)功能開發(fā)。在線檢測可以顯著提升加工效率，避免脫機檢測返修帶來的二次裝夾定位，保證加工質(zhì)量。可以對正在加工中的零件進(jìn)行實時修正與補償，以消除廢次品的產(chǎn)生。擴大數(shù)控機床功能，改善數(shù)控機床性能，提高數(shù)控機床效率。對車削過程自動測量技術(shù)、刀具自動校正技術(shù)和刀具自動補償技術(shù)開展深入研究，可以實現(xiàn)某些加工、測量及刀具補償自動化完成，提高零件加工效率和數(shù)控機床利用率。
開發(fā)機床復(fù)合功能，提高機床智能化水平。機床生產(chǎn)廠家應(yīng)開發(fā)機床復(fù)合功能，大幅提高機床智能化水平。數(shù)控機床復(fù)合功能的實現(xiàn)，依賴于針對工件和刀具的實時檢測與智能判斷、數(shù)據(jù)運算、刀具管理及系統(tǒng)控制。高靈敏度的探針，高速處理芯片，體積更小、響應(yīng)速度更快的傳感器和執(zhí)行器等自動化產(chǎn)品和技術(shù)將會得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控機床在編好程序以后，機床按照程序規(guī)定的命令執(zhí)行，在加工過程中，機床可以隨時監(jiān)測刀具是否出現(xiàn)磨損，主軸是否有發(fā)熱、振動等情況，可以隨時干預(yù)加工過程， 改變運行參數(shù)， 降低轉(zhuǎn)速、減少進(jìn)給速度，保護(hù)機床或者停止運轉(zhuǎn)等。機床生產(chǎn)廠家應(yīng)明確數(shù)控機床的發(fā)展趨勢，掌握數(shù)控機床發(fā)展方向，使數(shù)控機床功能復(fù)合化、智能化，從而滿足客戶的需求。
更快更強的數(shù)控系統(tǒng)使得數(shù)控機床具備更加強大的運算和處理能力，能夠完成更為復(fù)雜和精細(xì)的加工。復(fù)合功能使數(shù)控機床顯著提高零件的加工效率，機械加工趨向于高精度、多品種、小批量、低成本、短周期和復(fù)雜化的加工。隨著數(shù)控機床越來越多地被應(yīng)用到航空零件的生產(chǎn)中來，航空零件的加工能力得到了明顯的提高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件型面能夠使用數(shù)字化加工完成，而其采用普通設(shè)備是很難加工的。
雖然零件的加工能力有所提高，但數(shù)控機床的應(yīng)用水平還有待提高，不論是編程技術(shù)還是加工技術(shù)，都還有許多可以提升的空間。數(shù)控機床高級功能的開發(fā)，提高數(shù)控機床的加工效率，以及最大限度地發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)越性已經(jīng)成為技術(shù)人員面臨的最大難題。
1. 數(shù)控機床功能開發(fā)內(nèi)容
航空制造數(shù)控機床功能開發(fā)包括以下幾方面內(nèi)容：
開發(fā)數(shù)控機床的硬件功能，比如鉆頭破損檢測功能開發(fā)，加工狀態(tài)下的刀長、半徑及機內(nèi)自動測量功能開發(fā)。這類功能開發(fā)是針對部分?jǐn)?shù)控機床引進(jìn)時未配置在線測量裝置等硬件設(shè)施而言的，是將先進(jìn)的設(shè)備引入生產(chǎn)過程，從而提高生產(chǎn)過程的先進(jìn)性。
將操作系統(tǒng)的高級指令引入生產(chǎn)過程，進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)控加工的先進(jìn)性。開發(fā)機床操作系統(tǒng)的高級指令，比如可編程的零點偏移、可編程的旋轉(zhuǎn)等。
高級編程語言的二次開發(fā)，能夠更大程度地提高數(shù)控加工的先進(jìn)性。
借助高級指令編制有特定功能的模板程序，做有規(guī)律的計算， 對機床數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測、判斷，進(jìn)而簡化、優(yōu)化加工過程或在加工過程中增加防錯功能，屬于采用已知系統(tǒng)高級語句編制模塊程序，更能有針對性地解決零件生產(chǎn)中遇到的問題。
2. 數(shù)控機床應(yīng)用典型問題
數(shù)控機床應(yīng)用中，常出現(xiàn)編程效率及加工效率較低，加工過程容易出錯的問題，比較有代表性的有：
數(shù)控銑螺紋數(shù)控程序的編制需要計算的參數(shù)較多，編程過程相對復(fù)雜且易出錯，所以編制銑螺紋程序效率低且出錯率高。
對于具有均布孔或均布槽的零件，加工每個孔都要執(zhí)行重復(fù)的數(shù)控程序，加工部位余量大時還需要重復(fù)調(diào)用同一條數(shù)控程序上不同的刀補值去除余量。
這種重復(fù)量較大的編程工作，工作量較大，編程效率低。重復(fù)的上刀工作量大，容易出錯。
由于某些數(shù)控機床坐標(biāo)軸行程所限，編程時不能采用循環(huán)模式，只能編寫點位坐標(biāo)，編程效率低且容易出錯。
加工過程中刀具的破損如果沒及時發(fā)現(xiàn)，很有可能造成零件的報廢。
采用輪廓編程方式加工零件時，操作者需要在機床內(nèi)輸入刀具半徑，輸入的半徑不同，刀具的切削軌跡也不一樣。輸錯刀具半徑容易導(dǎo)致零件超差。
數(shù)控加工零件之前需要建立加工坐標(biāo)系，操作人員需要將各坐標(biāo)軸原點輸入機床中，操作者輸入?yún)?shù)時容易出錯。
3. 數(shù)控機床功能綜合開發(fā)
防錯功能開發(fā)。通過操作人員來把關(guān)，防止錯誤發(fā)生，這種防錯方式的主體是人，實際操作過程中防錯的效果和人的能力及注意力有著直接的關(guān)系，不能實現(xiàn)100%防錯。采用特殊的技術(shù)手段來控制操作過程，由計算機來把關(guān)，滿足條件則加工，不滿足條件則停止，基本可以實現(xiàn)100%防錯。具體包括：
①鉆頭破損檢測功能開發(fā)。能在加工過程中有效地檢測刀具磨損情況，刀具受損后會報警，避免刀具受損繼續(xù)加工零件導(dǎo)致的零件超差。
②立式車床、臥式車床刀心對刀防錯功能開發(fā)，分別建立對刀點檢驗?zāi)０澹庸で皩Φ饵c進(jìn)行檢查，如果操作者沒有修改對刀點，則程序中止，能有效避免零件超差。
③刀補防錯。建立刀具半徑檢查模板，加工前對刀具半徑值進(jìn)行檢查，如果輸入的半徑值不符合要求則程序中止，能有效避免零件超差。
④G54銑加工防錯功能和數(shù)控車床加工G54防錯功能開發(fā)。這兩項分別建立坐標(biāo)系檢測的子程序，程序運行前調(diào)用檢測子程序，如果坐標(biāo)系有誤則程序中止，可有效地避免零件超差。
數(shù)控機床功能綜合開發(fā)，實現(xiàn)“全程序無人干預(yù)”加工。“全程序無人干預(yù)”加工，是指被加工工件安裝在數(shù)控機床上后， 在沒有人工干預(yù)的狀態(tài)下， 一次程序啟動完成加工、檢測過程。它將過去產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率依賴于人員技能水平的傳統(tǒng)加工形式， 轉(zhuǎn)變?yōu)橛扇绦颉o人干預(yù)加工控制和設(shè)備功能進(jìn)行保證的新形式，最終實現(xiàn)高效、精密、全程序和無人干預(yù)加工。
具體包括：
①固化刀柄、刀具，優(yōu)化切削參數(shù)，完成刀具壽命的精確統(tǒng)計;根據(jù)無人干預(yù)數(shù)控加工需要，優(yōu)化加工流程，增加測量程序，減少重復(fù)加工，并將原有的程序作為子程序串聯(lián)編制在加工流程程序中，同時將“自動對刀”、“測量暫停”及“提示指令”固化在流程監(jiān)控數(shù)控程序中，且在監(jiān)控程序中通過采用坐標(biāo)系框架指令、刀具參數(shù)高級指令，實現(xiàn)對加工全過程進(jìn)行監(jiān)控和管理。
②通過對刀半徑補償、刀長補償及坐標(biāo)原點的監(jiān)控，消除操作者在數(shù)據(jù)錄入過程中的人為失誤，同時采用信息提示方式使操作更為簡潔易懂，更有效降低操作者參與率。
③坐標(biāo)原點防錯，通過絕對坐標(biāo)和調(diào)整坐標(biāo)數(shù)值的判斷，并在超范圍時報警，消除操作者在原點設(shè)置過程中誤操作。
④優(yōu)化切削用量;根據(jù)無人干預(yù)數(shù)控加工需要，優(yōu)化加工流程，減少重復(fù)加工，并將原有的程序作為子程序串聯(lián)編制在加工流程程序中。
⑤增加自動對刀指令，代替以往的人工對刀操作;同時將全部加工程序串聯(lián)，通過固化加工參數(shù)，使全過程加工自動完成。全過程實現(xiàn)無干預(yù)或少干預(yù)。
⑥數(shù)控車床在線測量技術(shù)功能開發(fā)。在線檢測可以顯著提升加工效率，避免脫機檢測返修帶來的二次裝夾定位，保證加工質(zhì)量。可以對正在加工中的零件進(jìn)行實時修正與補償，以消除廢次品的產(chǎn)生。擴大數(shù)控機床功能，改善數(shù)控機床性能，提高數(shù)控機床效率。對車削過程自動測量技術(shù)、刀具自動校正技術(shù)和刀具自動補償技術(shù)開展深入研究，可以實現(xiàn)某些加工、測量及刀具補償自動化完成，提高零件加工效率和數(shù)控機床利用率。
開發(fā)機床復(fù)合功能，提高機床智能化水平。機床生產(chǎn)廠家應(yīng)開發(fā)機床復(fù)合功能，大幅提高機床智能化水平。數(shù)控機床復(fù)合功能的實現(xiàn)，依賴于針對工件和刀具的實時檢測與智能判斷、數(shù)據(jù)運算、刀具管理及系統(tǒng)控制。高靈敏度的探針，高速處理芯片，體積更小、響應(yīng)速度更快的傳感器和執(zhí)行器等自動化產(chǎn)品和技術(shù)將會得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控機床在編好程序以后，機床按照程序規(guī)定的命令執(zhí)行，在加工過程中，機床可以隨時監(jiān)測刀具是否出現(xiàn)磨損，主軸是否有發(fā)熱、振動等情況，可以隨時干預(yù)加工過程， 改變運行參數(shù)， 降低轉(zhuǎn)速、減少進(jìn)給速度，保護(hù)機床或者停止運轉(zhuǎn)等。機床生產(chǎn)廠家應(yīng)明確數(shù)控機床的發(fā)展趨勢，掌握數(shù)控機床發(fā)展方向，使數(shù)控機床功能復(fù)合化、智能化，從而滿足客戶的需求。