第一篇：數控精雕機床發展情況

數控精雕機床發展情況

標簽：鼎億數控精雕機床|精雕機技術目前，我國除具有設計與生產常規的數控精雕機床（包括MNC系統的車、銑，加工中心機床等）外，還生產出了柔性制造系統。

1984年北京機床研究所研制成功了FMC—1和FMC—2柔性加工單元，之后又開始了柔性制造系統的開發工作，并與日本發那科公司合作，在北京機床研究所內建立了第一條柔性制造系統（JCS—FMC—1型），用于加工直流伺服電機的軸類、法蘭盤類、刷架體類和殼體類的14種零件。

近年來，依靠我國科技人員的努力，已先后研制成功并在北京、長春等地安裝使用了FMS。這一切說明，我國的機床cnc126.com“ target=”_blank“ class=”relatedlink">數控技術已經進入了一個新的發展時期。預計在不遠的將來，我國將會趕上和超過世界先進國家的水平。

精雕機技術發展趨勢 性能發展方向、高速高精高效化、速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。

第二篇：數控電火花機床操作加工

第六章

數控電火花機床操作加工

一、概述

電火花加工又稱放電加工（Electrical Discharge Machining 簡稱EDM），是一種直接利用電能和熱能進行加工的新工藝，基本原理是基于工具和工件（正、負電極）之間脈沖火花放電，產生局部、瞬時高溫，把金屬材料逐步腐蝕，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質量預定的加工要求。

二、電火花成形加工 1.電火花加工機床

常見的電火花成形加工機床由機床主體、脈沖電源、伺服系統、工作液循環系統等幾個部分組成。

（1）機床主體：包括床身、工作臺、立柱、主軸頭及潤滑系統。用于夾持工具電極及支承工件，保證它們的相對位置，并實現電極在加工過程中的穩定進給運動。

（1）脈沖電源：把工頻的交流電流轉換成一定頻率的單向脈沖電流。（2）伺服進給系統：使主軸作伺服運動。

（3）工作液循環過濾系統：提供清潔的、有一定壓力的工作

2．電火花成形加工的原理

電火花成形加工的基本原理是基于工具和工件（正、負電極）之間脈沖火花放電時的電腐蝕現象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質量預定的加工要求。要達到這一目的，必須創造下列條件：

（1）必須使接在不同極性上的工具和工件之間保持一定的距離以形成放電間隙。一般為0.01～0.1mm左右。

（2）脈沖波形是單向的，如圖所示。

（3）放電必須在具有一定絕緣性能的液體介質中進行。

（4）有足夠的脈沖放電能量，以保證放電部位的金屬熔化或氣化。如圖，自動進給調節裝置能使工件和工具電極保持給定的放電間隙。脈沖電源輸出的電壓加在液體介質中的工件和工具電極(以下簡稱電極)上。當電壓升高到間隙中介質的擊穿電壓時，會使介質在絕緣強度最低處被擊穿，產生火花放電。瞬間高溫使工件和電極表面都被蝕除掉一小塊材料，形成小的凹坑。

一次脈沖放電之后，兩極間的電壓急劇下降到接近于零，間隙中的電介質立即恢復到絕緣狀態。此后，兩極間的電壓再次升高，又在另一處絕緣強度最小的地方重復上述放電過程。多次脈沖放電的結果，使整個被加工表面由無數小的放電凹坑構成 極性效應

（1）什么是極性效應？

在脈沖放電過程中，工件和電極都要受到電腐蝕。但正、負兩極的蝕除速度不同，這種兩極蝕除速度不同的現象稱為極性效應。

（2）為什么會有極性效應？ 產生極性效應的基本原因是由于

電子的質量小，其慣性也小，在電場力作用下容易在短時間內獲得較大的運動速度，即使采用較短的脈沖進行加工也能大量、迅速地到達陽極，轟擊陽極表面。而正離子由于質量大，慣性也大，在相同時間內所獲得的速度遠小于電子。

①當采用短脈沖進行加工時，大部分正離子尚未到達負極表面，脈沖便已結束，所以負極的蝕除量小于正極。這時工件接正極，稱為“正極性加工”。

②當用較長的脈沖加工時，正離子可以有足夠的時間加速，獲得較大的運動速度，并有足夠的時間到達負極表面，加上它的質量大，因而正離子對負極的轟擊作用遠大于電子對正極的轟擊，負極的蝕除量則大于正極。這時工件接負極，稱為“負極性加工”。

（3）極性效應在電火花加工過程中的作用

在電火花加工過程中，工件加工得快，電極損耗小是最好的，所以極性效應愈顯著愈好，3．電火花加工的特點及應用 1)電火花加工的特點

數控機床與編程

130(1）優點

① 適合于機械加工方法難于加工的材料的加工，如淬火鋼、硬質合金、耐熱合金 ②可加工特小孔、深孔、窄縫及復雜形狀的零件，如各種型孔、立體曲面、復雜形狀的工件，小孔、深孔、窄縫等。(2)缺點

①只能加工導電工件;②加工速度慢;③由于存在電極損耗，加工精度受限制。2）電火花成形加工的應用

電火花成形加工主要用于電火花穿孔（用電火花成形加工方法加工通孔）和電火花型腔加工。

電火花穿孔加工主要用于加工沖模和異形孔，電火花型腔加工主要用于加工各類型腔模和各類復雜的型腔零件。

型腔加工屬于盲孔加工，金屬蝕除量大，工作液循環困難，電蝕產物排除條件差，電極損耗不能用增加電極長度和進給來補償；加工面積大，加工過程中要求電規準的調節范圍也較大；型腔復雜，電極損耗不均勻，影響加工精度。

4．影響電火花成形加工因素 1）影響加工速度的因素

（1）加工速度以mm3 /min表示。（2）增加矩形脈沖的峰值電流和脈沖寬度；減小脈間；合理選擇工件材料、工作液，改善工作液循環等能提高加工速度。

2）影響加工精度的因素

工件的加工精度除受機床精度、工件的裝夾精度、電極制造及裝夾精度影響之外，主要受放電間隙和電極損耗的影響。

(1)電極損耗對加工精度的影響 在電火花加工過程中，電極會受到電腐蝕而損耗，電極的不同部位，其損耗不同。

（2）放電間隙對加工精度的影響

①由于放電間隙的存在，使加工出的工件型孔(或型腔)尺寸和電極尺寸相比，沿加工輪廓要相差一個放電間隙(單邊間隙)；

②實際加工過程中放電間隙是變化的，加工精度因此受到一定程度的影響。3）影響表面質量的因素

脈沖寬度、峰值電流大，表面粗糙度值大。5.電火花成形加工工藝

1）電火花冷沖模穿孔加工工藝方法

(1）直接法 直接法是用加長的鋼凸模作電極加工凹模的型孔，加工后將凸模上的損耗部分去除。凸、凹模的配合間隙靠控制脈沖放電間隙來保證。

(2）混合法 凸模的加長部分選用與凸模不同的材料，如鑄鐵、銅等粘接或釬焊在凸模上，與凸模一起加工，以粘接或釬焊部分作穿孔電極的工作部分。當凸、凹模配合間隙很小不好直接保證放電間隙時時，可將電極的工作部分用化學浸蝕法蝕除一層金屬，反之，可以用電鍍法將電極工作部位的斷面尺寸均勻擴大以滿足加工時的間隙要求。

2）電火花型腔加工工藝方法

(1）單電極加工方法 單電極加工法是指用一個電極加工出所需型腔。用于下列幾種情況：

①用于加工形狀簡單、精度要求不高的型腔，加工經過預加工的型腔。

②用機床搖動加工型腔。首先采用低損耗、高生產率的粗規準進行加工，然后利用搖動按照粗、中、精的順序逐級改變電規準、加大電極的平動量，以補償前后兩個加工規準之間型腔側面放電間隙差和表面微觀不平度差，實現型腔側面仿型修光，完成整個型腔模的加工。

數控機床與編程

131(2）多電極加工法 多電極加工法是用多個電極，依次更換加工同一個型腔。每個電極都要對型腔的整個被加工表面進行加工。用多電極加工法加工的型腔精度高，尤其適用于加工尖角、窄縫多的型腔。

(3）分解電極法 分解電極法是根據型腔的幾何形狀，把電極分解成主型腔電極和副型腔電極分別制造。

3）電極材料

(1)常用電極材料的種類和性能見表。(2）電極材料的選用

①電火花穿孔：紫銅、鑄鐵、鋼等。

②型腔加工常用電極材料主要是石墨和紫銅。紫銅組織致密，適用于形狀復雜輪廓清晰、精度要求較高模具。石墨電極容易成形，密度小，宜作大、中型電極。4）電規準的選擇與轉換

(1)什么是電規準？電火花加工中所選用的一組電脈沖參數稱為電規準。(2)電規準的選擇

在生產中主要通過工藝試驗確定電規準。通常要用幾個規準才能完成凹模型孔加工的全過程。電規準分為粗、中、精三種。從—個規準調整到另一個規準稱為電規準的轉換。

①粗規準 主要用于粗加工。對它的要求是生產率高，工具電極損耗小。被加工表面的粗糙度Ra＞12．5μm。采用較大的電流峰值，較長的脈沖寬度(ti＝20～60μs)。

②中規準 是粗、精加工間過度性加工所采用的電規準，③精規準 用來進行精加工，要求在保證沖模各項技術要求（如配合間隙、表面粗糙度和刃口斜度）的前提下盡可能提高生產率。小的電流峰值、高頻率和短的脈沖寬度(ti＝2～6μs)。被加工表面粗糙度可達Ra =1.6～0.8μm。

5）電極的裝夾與校正

在電火花加工中，機床主軸進給方向都應該垂直于工作臺。因此工具電極的工藝基準必須平行于機床主軸頭的垂直坐標。即工具電極的裝夾與校正必須保證工具電極進給加工方向垂直于工作臺平面。

(1)工具電極的裝夾

由于在實際加工中碰到的電極形狀各不相同，加工要求也不一樣。常用的電極夾具有如圖幾種。

(2)工具電極的校正

工具電極的校正方式有自然校正和人工校正兩種: ①自然校正就是利用電極在電極柄和機床主軸上的正確定位來保證電極與機床的正確關系；

②人工校正一般以工作臺面x、y水平方向為基準，用百分表、千分表、塊規或角尺在電極橫、縱(即x、y方向)兩個方向作垂直校正和水平校正，保證電極軸線與主軸進給軸線一致，保證電極工藝基準與工作臺面x、y基準平行。

6）課堂討論已知零件是電機風葉塑料模，電火花加工如圖電機風葉塑料模型腔，已知材料為45號鋼，型腔表面粗糙度Ra＝2.5μm，討論以下問題：

? 分析零件圖； ? 選擇電極的材料； ? 選擇加工方式；

? 加工中應注意的其它問題。

數控機床與編程 132

第三篇：最先進的數控加工機床

此機器為德國著名的德馬吉DMG Deckel Maho 5軸萬能機床，使用德國openmind公司hypermill軟件。

日本Daishin Seiki公司為了紀念公司創立50周年，使用于德馬吉DMU 60P DUOBLOCK 5軸聯動高精度數控加中心，將一塊鋁錠一次成型加工成為一個十分精巧的山地摩托頭盔，這也獲得了09年日本機械加工獎的金獎。Dsishin seikl公司使用了德國hypermill 的軟件版本號2009.1，他們表示希望通過制造此頭盔將此機器和軟件發揮到極限，展示公司的實力，三位工程師花費了總計約150小時進行編程。

德國DMU 60 P duoBLOCK數控機床指標----

僅為 4.5 秒的屑-屑換刀時間，以及極高的機床精度，使得該系列萬能銑床成為了5軸加工中心新的里程碑。通過 duoBLOCK®方案與帶一體式、直接測量系統的精確回轉工作臺的組合，duoBLOCK®機床展現出更大的準確度、高動態性能以及由此帶來的生產率的大幅提高。以最小的底座提供600 x 700 x 600 mm的大型加工空間是 DMU 60 P duoBLOCK®的另一大亮點。這些令人難忘的性能還可以通過各種選配項得到進一步的提高。

> 大尺寸優化加工空間具有最佳的暢通性和更高的透明度、配有 19" 顯示屏的 DMG ERGOline®Control 控制面板和最先進的 5 軸控制技術

> 現在600 系列也提供了 duoBLOCK®方案的更多價值：在精度、堅固性、動態性和人體工程學方面都具突出表現

> 標配快速、垂直的鏈式刀庫，可選配最多 180 個刀位

> 供各種應用情況使用的主軸型號： 12,000 rpm, 18,000 rpm, 24,000 rpm

> 精密加工重達 700 kg 的重型工件

五軸聯動數控機床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復雜曲面的機床，這種機床系統對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業有著舉足輕重的影響力。現在，大家普遍認為，五軸聯動數控機床系統是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。也是鑒于此美國歐盟及日本一直將一些高精度的五軸機床列為限制出口產品

第四篇：日本機床發展1

日本機床發展史

（時間:2011-11-14 共有 人次瀏覽）

1、近代機床源自英國

1769年英國人詹姆斯.瓦特發明了蒸汽機揭開了產業革命的帷幕.然而,按理論要制成這個蒸汽機,得用正確的尺寸來加工可稱作其心臟的氣缸內面和活塞外周,這是絕對條件.使其加工成為可能的就是“臥式鏜床”，這是由英國人約翰。威爾森于1775年制成的，為制造蒸汽機作出了巨大的貢獻。

1797年英國人亨利。莫茲利創制成被稱為近代機床鼻祖的帶有機動進給刀架的鐵制螺紋切削車床，并于1800年完成了其改良型。機床，作為制作機器的機器，被稱作“工作母機”，而莫茲利的近代車床則可謂是產出工作母機的始祖機器。

到了19世紀，作為工作母機的機床在美國扎下了根。獨立戰爭、南北戰爭所需要的軍火生產加速了機床的發展。

零部件需要統一規格的軍火產業的發展，孕育出銑床（艾黎。惠特尼。1827年）、磨床（布朗—夏普，1868年）、磚塔車床（拉姆節蓀）、自動車床（斯潘塞）等用于批量生產的機床并促使其進步。

而且，在美國作為汽車生產而創建的大批量生產方式也被應運于機床的生產線中。直線往復進行的切削加工也因加工大面積平面之需要而應運而生，自1820年起，就有羅伯特、布拉托、傅克斯、庫雷緬特等先驅者從事研究。

1900年美英兩國各自開發出高速度鋼刀具，使得機床的生產效率和加工精度有了顯著的進步。于是作為強力有型有特色的英國機床的利用價值再次受到了青睞，以至英式和美式兩種系統的機床在國際市場上形成了對抗。

此前，1800年代后半葉由于被譽為機床新技術的奠定人的約瑟夫。R.。布朗等的成就，機床工業的主導權已由英國轉移至美國。

同時，進入1900年代后，在德國出現了超硬刀具，給機械加工帶來了革命性的變化。

在這種百花繚亂的技術革新的形勢下，機床產業似乎與全球進入又一輪軍備競賽趨勢相聯運，瀕臨第二次世界大戰而呈現異常繁榮的景象，其技術也跟著得到了顯著發展。

2、急劇變動的機床生產國

以第二次世界大戰為契機，機床的發展方向向如何減少人工、而又能制造高精度工件方面轉移。同時，機床的生產國也由以歐美為中心擴展發展中國家、甚至新興工業國家，伴隨著生產國的增加，全球機床生產規模也擴大。

讓我們聚焦于切削型，便可觀察到其近年來的特征是：1970年全世界機床生產總額是60億美元，1980年增加到200億美元，到1990年為339億美元，到2006年則增加到434億美元（估算值）了。推動其急劇增長的最大原因是1952年美國開發的、其后以日本為中心經過劇烈的技術革新和普及的NC機床的問世。

伴隨著NC機床的出現，加上作為戰后世界框架的東西冷戰結構的終結、中國及亞洲各國工業化進展、蘇聯的崩潰以及市場的全球化這種劇烈的形勢變化，機床生產國也發生了劇烈的變動。

例如，1987年的狀況是美國占全世界生產比重第一位，第二位是蘇聯，第三位是西德，第四位是日本，第五位是英國，然而按2006年推定值聽排位則變為：第一位日本、第二位德國、第三位中國，第四位意大利，第五位韓國。長年引領世界機床生產的美國和蘇聯（現在的俄國）現在已大步退后，取而代之的日本自1982年登上頭把椅以來，一直獨領風騷，而德國僅以微弱之差緊隨其后。

同時勢力日增的是中國。2002年超過美國，生產總額排位第四，2005年躍居第三，2009年終于超過了日本和德國坐上了生產總額世界第一的寶座。成長為世界工廠的中國，同時又作為機床的消費大國，市場也急劇擴大，2002年以來大大超越德國、日本和美國，獨占鰲頭。

3、關聯軍火，得以發展

據最早的記錄，在日本，1872年（明治5年）東京炮兵工廠自家制造了2臺銑床和臺式雙頭臥式鉆床，次年安裝了中島工廠的3臺臺式銑床和2臺多軸鉆床。當然與今日的銑床和鉆床不可同日而語，要簡單得多。

日本的機床工業與槍炮和艦艇等軍火密切關聯才發展起來的。

機床雖然在江戶幕府末期已經從荷蘭、法國等國進口，但是在軍火需求旺盛的甲午戰爭（1894-1895）時，日本還沒有一個像樣的機器和廠家。于是，痛感其勢在必行的日本軍部竭盡其所能著手培育機床工業。

在這種軍部的保護和甲午戰爭后整個景氣繁榮以及軍火產生擴大的背景下，機床工業逐漸萌芽，不久爆發的日俄點戰爭（1904-1905年）便成為了一個轉機。

日俄戰爭中，各地民間工廠開始制造用于軍需品尤其是用于生產炮彈的機床，以此為契機，明治20年代（1888-1897年）問世的池貝工廠和日石新瀉鐵工所，或者明治30年代（1898-1907年）初創業的大隈面機商會（大隈鐵工所，現為OKUMA）和若山鐵工所（現為新日本工機）等提高了作為機床廠家的地位。

至今還保存著的最早的日本國產機床是池貝莊太郎先生（池貝工廠及而后的池貝的創始人）于1889年制作的自家用的9英寸車床。

明治（1868-1912年）末期至大正（1912-1926年）初期整個日本經濟正處于蕭條之際，仿佛迎來了救星似的，1914年爆發了第一次世界大戰。這次戰爭給日本產業界帶來了空前的景氣，機床業也不例外。

至此在蕭條中苦苦掙扎的工廠不僅恢復了生氣，甚至涌現也許多自稱是機床制造商的新廠家。例如創建于明治40年代（1908-1912年）的唐津鐵工所、東京瓦斯電氣工業（后來的日立精機，于2002年和森精機制作所合并）、久保田鐵工所（現為KUBOTA）、小松制作所（現為KOMATU）等，規模也擴大到有從業人員200至700人中等工廠。

當時歐美各國忙于戰爭，沒有余力出口機床到國外，英國、中國等國開始從日本進口機床。從1915年至919年，日本產量的大約10%用于出口。

1921年，政府主辦的首次機床展覽會在大阪舉行同，有大約80個國產機參展。不過，說是國產機，幾乎都是外國產品的仿造品。但是，據說各廠家正是通過參加該展覽會這個機會開始致力于獨自的設計和講究材料以及提高產品的精度的，從喚起這種意識的角度而言，這是一屆意義深遠的展覽會。

4、制造事業法奠定了基礎

大正末年起日益蕭條的日本經濟于1931年陷入了深淵。機床的生產每年遞減10~20%，各廠家都陷入瀕臨破產的泥坑而不能自拔。

然而1931年8月發生的滿洲事變又一次挽救了這次蕭條，日本機床工業與軍火產業攜手互濟重新步入成長期。

同時，機床工業對文明國家而言，不僅僅是軍火產業，也是整個機械工業的基礎，這種認識也得到了廣泛認同。1938年7月政府制定了《機床制造事業法》，也開始對機床廠家的培育。

被指定該法認可的工廠意味著向一流廠家邁出了第一步，實際上，如不被指定便不能享受免稅等政府給的優惠。為此，許多廠家進行各種努力，或增加設備，或建立產品檢驗組織來滿足被認可的條件（普通的機床制造廠設備為200臺）。

這種為被指定而努力創造條件的做法，也為日本機床工業追趕世界水準打下了堅實的基礎。從這個意義上來說，該時期的法律制定與企業的努力對后世也產生了重要的影響。

著名的廠家一齊停止了皮帶塔輪式機器的生產，改換生產電機直接連接型機器。并致力于可同外國產品抗爭的高效率、新型機器的設計和制造。

政府為了提高技術水準和實現規格化，協同軍部和廠家設計出起名為S型（Standard）機床的普通車床、鉆床、銑床等標準型號，并一起加以公開。S型車床頗有聲譽，戰后還在生產。

1937年盧溝橋事變爆發，日本經濟逐漸轉入戰時體制，5年后制定的重要產業統制令，將機床完全置于政府的編制下了。

此外，1939年起德國發動了戰爭，德國的機床需求激增，加上次年美國禁止對日出口，日本再也不能依存外國的機床了。為此，舉國上下大搞坐標鏜床、螺紋磨床和齒輪磨床等的國產化。

廠家的數量隨著需求的擴大而增加，1940年擁有設備20臺以上的公司超過400家。1943年產量達到6億日元（14萬噸）記錄了日本機床產業史上最高產量。

廠家激增是由于經濟統制，為纖維機械等民生產業生產的機械工廠轉為生產機床，現存的廠家收買了紡織廠等后新設機床廠所致。

然而生產激增的1943年，同時材料又嚴重不足。第二次世界大戰也接近尾聲，不久將結束，在這期間，有過變更通用機的設計，簡化構造，節省材料來生產機床的時期。所生產出來的產品便是近似于單功能機床的所謂的“戰時型機床”。

5、轉業者頻出的戰爭結束后的混亂期

留下巨大傷痕，第二次世界大戰結束了。沒有了軍需的機床廠有許多轉向生產炒鍋、煮鍋、鋤頭、犁等民用品、農機具。也有不少的工廠或者回到了戰前原來的經營范圍，或者轉向其他行業，暫時生產土木機械、纖維機械等。

這種混亂幾乎持續了10年，到1955年才出現了擺脫混亂的趨向。1956年的經濟白皮書甚至開始使用“戰后已經結束”這種表達方式了。隨著經濟復興的進展，對機床的需求也日益增加，加上作為節省外匯的一環限制機床進口，國產機床市場生機勃勃。

這時，有的企業開始與國外企業進行技術合作，國產機床很快填補了戰爭中和戰后時期的技術空白，開始呈現恢復的兆頭。

作為機械加工技術的的招牌，開始倡導高速強力切削，技術與成本核算瓶頸諸多的許多專用機床也開始生產了。但是引進這種新技術的優秀產品對中小用戶來說則是可望不可及，并未普及到基層。

6、日本獨創技術的萌芽

經過戰后復興期，進入昭和年30年代（1955-1964）后，機床產業終于伴隨著強勁的復蘇力開始了新的成長。從那時起玩直至1970年代，機床業界的顯著發展被歷史所稱道。

在技術方面，基本上趕上了歐美發達國家水平，擺脫了過去仿造時代的束縛，開始融入與日本產業結構相匹配的獨創性。產品的精密度和功能大幅提高，國際競爭力開始形成，為今日的強有力的競爭力打下了基礎。

在生產方面，1962年創記錄地達到生產總額1000億日元，在世界上躍入第五位主要機床生產國，僅次于當時的美國、西德、蘇聯和英國。

這次發越，其背景是被稱作神武景氣、巖戶景氣那種一而再、再而三的日本國內的經濟盛景，“投資引來新一輪的投資”的那種投資意欲旺盛的氣氛中，需求急速膨脹，機床廠家受其影響也積極地進行設備增強投資。

這種擴大規模大批量生產的結果使得價格下降，即便高級機型，中小廠家也能夠買得起了。被稱為經濟型車床的普機一再開發也是這個時期。

其間，受1965年（昭和40年）前后發生的所謂“昭和40年蕭條”的影響破產企業頻出，為了加強企業間的連帶關系，由通過?。ìF為經濟產業省）主導并實施了集團化等政策。

然而，這基本上也不過是經濟增長過程中暫時的衰退。一旦擺脫了停滯，由家電和以汽車大眾化為背景的汽車產業領頭，經濟景氣和機床需求重拾升勢，迎來了高增長期即為表達前所未有之意借用更無史可考的神話故事來命名的“伊奘諾景氣”期。

此時產業界出現的一個課題就是嚴重的人手不足。生產技術上追求省力化，機床作為其強有力的推進者深受青睞。尤其是數控機床，備受關注，它的出現促進了更高層次的技術革新。

由于這種NC機床需求的高漲和傳統的通用車床及鉆床等的批量生產正規化，1970年機床生產首次突破3000億日元大頭，充分享受了戰后最大的好景氣。

7、石油危機來襲

進入20世紀以來美國貿易收支首次出現赤字，在此背景下，尼克松總統于1971年8月提出保衛美元政策，世界為美元危機而震動。持續了大約5年的“伊奘諾景氣”開始蒙上陰影的日本，也由于對美出口依存太高，受到美國保衛美元政策的直接沖擊。以此為契機，國際貨幣進行了調整，日元經過4個月的浮動匯率制升值了16.88%（其后于1973年改為浮動匯率制）。1美元兌換360日元變為1美元兌換308日元，如何削減成本維護國際競爭力成為產業界的緊急課題。

在這種環境變化的背景下，機床業界在技術層面加強了立足于群組技術的群控、系統化取向，在需求層面又確定了要以NC機床為中心，省力、省人化機種便成為更新設備投資 的中心。

1973年10月起至11月中東產油國家決定大幅度提高原油價格。原油進口依存度高達99%以上的日本受到巨大打擊，不僅是產業界連一般消費社會也震動了。當時正好推行列島改造政策，土地和建材等價格異常地暴漲，就像晴天霹靂似的又來了個石油資源供應的嚴格限制，引發起物價瘋漲、缺貨、藏貨、囤貨的異常事態，幾近恐慌狀態。

產業界的設備投資急劇萎縮，機床需求急減。日本機床工業會的會員訂單統計從1973年的2592億日元到次年下滑正至1456億日元。如考慮暴漲的價格，實際上減少近半。虧損企業不斷涌現，出賣資產、縮編人員、募集希望退職人員等，各種減磅措施都在實施，但還是阻擋不了破產企業頻出的現象。

8、市場與技術的機電一體化

始于石油危機的大蕭條從1977年開始企穩。機床工業的恢復具有在半導體技術日新月異發展背景下的機電一體化進展和出口市場急劇擴大的特征。

生產金額頻創歷史記錄，1978年達到3655億日元，以后直至1981年的8513億日元，年看更新記錄。

按金額統計的生產規模急劇擴大的最大原因是機電一體化帶來的單價的上升。生產額中NC機床所占的比率1976年為22.4%，到1978年時為29.4%。1979為41.1%，這期間每年增長10%以上。家族經營的小規模加工業者也開始配備普及型NC機床，需求的范圍急速擴大，加快了NC化率的步伐。

同時，出口也于1979年突破了2000億日元大關，出口比率（生產總額中出口所占的比率）為42.7%，與上出口比率44.8%一樣，機床以這個時期為界急速轉變成出口產業。

機床生產隨著國國內外市場的擴大而擴大，1985年達到10511億日元，首次超過10000億日元大關。其最大的原因是，70年代后半葉出現的C（Computer計算機）NC的機床應運技術水準大幅提高，遠遠凌駕于可以說計算機老家的歐美，在全球構筑成強有力的國際競爭力。

9、一路飆升型增長方式的終結

對日本制造的機床出口急劇擴大，自然引起進口方歐美各國的強烈不滿，有時甚至彌漫著險惡的氣氛。其結果便是1985年10月發達5國首腦會談中提出的強烈的誘導日元升值的“廣場協議”，之后，日元從1美元+240日元前后，一下子暴漲至130日元，“日元升值蕭條”襲擊了日本。貿易默察的日益嚴重以及對美機床出口數量的自主限制、歐洲對日本機床出口實行監視等措施的實施，使得市場急遽縮小。

但是此時的日本產業界還留有很強的復原能力。在1989、1990時所謂的泡沫景氣頂峰期，機床的生產額為擴大到13034億日元，日本機床工業會統計的訂單額擴大到14121億日元（均為1990年數值），這個業績至今保持著本機床供需的最高記錄。頂峰時期的1990年僅國內需求就超過10000億日元（按訂單統計），可見國內產業界的設備投資是何等活躍。

作為促進市場擴大的要素，少不了技術層面的高度化。尋根究底般地追求高速化、復合化、高精度化這種帶有普遍性的課題，同時又以計算機為核心的信息系統這一裝置喚起機床的新需求，這些都沒錯。

然而，戰后一路飆升的日本經濟，隨著泡沫景氣的崩潰，轉身向下突入了負增長時代。機床訂單1993年為5317億日元，從1993年的頂峰一下少了60%以上，機床工業陷入大混亂狀態中。

1995年起，因對泡沫時期設置的設備需要更新和對地球環境問題投資的啟動，機床的需求才終于開始擺脫漫長的平成蕭條。同時，機床廠家在負增長時期和為迎接21世紀到來而開展的企業重建（Restructuring）活動也如火如茶，可以說開始了新一輪的機床工業的建設。

但是，正當人心思變重新奮起的時候，泡沫時期遭受的深重創傷的后遺癥尤其在金融機關和不動產、大型建筑公司等企業不斷顯現。為處理這巨大的負的遺產政府投入了巨額資金我，結果給剛點燃的產業的經濟活動潑了一盆冷水。1997年和1998的重新回到10000億日元以上的機床生產額，到1999年一下子同比下滑26.8%。為7395億日元。

急速發展的IT（信息技術）化從根本改變著物品制造的手法，喚起了手機、計算機等IT關聯設備的爆發性的需求。這給機床需求帶來了良好影響，2000年的機床市場對電子電氣機械和精密設備的需求大幅增加。然而，生氣勃勃的景象也不過眨眼間的功夫，次年2001年手機需求便到了頭，以此為契機遭受了前所未有的IT蕭條。其結果，不僅IT關聯領域，廣泛的制造業的設備投資受到抑制，機床需求也大幅減少。

盡管如此，即便IT和半導體業界陷入蕭條的深淵、設備投資遭遇嚴寒，這個期間汽車工業的設備投資卻十分堅實。這是因為在保護地球環境這個終及目標下，對低耗油、輕量化、安全性能高以及追求更高生產效率等的先行投資十分活躍之緣故。于是，機床業界在因IT蕭條而大幅下滑的低迷的需求中，提高了對汽車工業的依存度。

2003年后半期IT和半導體業界又重新有了生氣。其背景是具有照相機功能的手機、數碼相機、薄型大畫面電視和DVD（多目的光盤）等被稱作所謂的數碼家電的商品群的快速增長引領了投資。

2002年10月起，機床訂單也由減少轉為增加，至2006年11朋連續50個月增長。這個記錄超過1997年恢復期的45個月，為迄今時間最長。

汽車和數碼家電銷售的順暢引發了世界同時的好景氣。為追求廉價勞動力和廉價的制造成本，從80年代起制造工廠已經開始向亞洲轉移，尤其顯著的是向擁有巨大市場的中國傾斜。

汽車和數碼家電市場的繁榮誘發了進入中國等亞洲國家的企業和工廠的設備投資，日本機床充分享受了空前的中國熱。受這種國內外好景氣的支撐，2007年機床訂單超過了泡沫時期的頂峰，達到15899億日元。

今后這種IT化的投資將橫向擴大，范圍將拓得更寬廣。加上為保護地球環境的技術革新，減少地球負荷的投資，正式啟動也還在后頭呢！

2008年9月美國金融危機引發的全球經濟同時蕭條，整個制造業不敢進行設備投資，機床需求劇減。為此，2004年4月以來連續保持的機床訂單總額超10000億日元的記錄，到2008年9月中斷了，共維持了53個月。

主要依存汽車、建設機械和農業機械等需求的機床市場現正處于在很大的結構轉換的漩渦中。這種市場變革，也就是說，逼迫日本機床業界無論技術、管理和銷售方法都須變革。如何改變自己？可以說，現在已經被迫站立在新的企業重組的舞臺上了。

來源: 精密機床網

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第五篇：數控編程及其發展

數控加工技術概述（轉帖）

數控編程及其發展

數控編程是目前CAD/CAPP/CAM系統中最能明顯發揮效益的環節之一，其在實現設計加工自動化、提高加工精度和加工質量、縮短產品研制周期等方面發揮著重要作用。在諸如航空工業、汽車工業等領域有著大量的應用。由于生產實際的強烈需求，國內外都對數控編程技術進行了廣泛的研究，并取得了豐碩成果。下面就對數控編程及其發展作一些介紹。

1.1 數控編程的基本概念

數控編程是從零件圖紙到獲得數控加工程序的全過程。它的主要任務是計算加工走刀中的刀位點（cutter location point簡稱CL點）。刀位點一般取為刀具軸線與刀具表面的交點，多軸加工中還要給出刀軸矢量。

1.2 數控編程技術的發展概況

為了解決數控加工中的程序編制問題，50年代，MIT設計了一種專門用于機械零件數控加工程序編制的語言，稱為APT（Automatically Programmed Tool）。其后，APT幾經發展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進，增加多坐標曲面加工編程功能）、APT-AC（Advanced contouring）(增加切削數據庫管理系統)和APT-/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進版。

采用APT語言編制數控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優點，使數控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難以和CAD數據庫和CAPP系統有效連接；不容易作到高度的自動化，集成化。

針對APT語言的缺點，1978年，法國達索飛機公司開始開發集三維設計、分析、NC加工一體化的系統，稱為為CATIA。隨后很快出現了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統，這些系統都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了CAD和CAM向一體化方向發展。到了80年代，在CAD/CAM一體化概念的基礎上，逐步形成了計算機集成制造系統（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，為了適應CIMS及CE發展的需要，數控編程系統正向集成化和智能化方向發展。

在集成化方面，以開發符合STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data）標準的參數化特征造型系統為主，目前已進行了大量卓有成效的工作，是國內外開發的熱點；在智能化方面，工作剛剛開始，還有待我們去努力。NC刀具軌跡生成方法研究發展現狀

數控編程的核心工作是生成刀具軌跡，然后將其離散成刀位點，經后置處理產生數控加工程序。下面就刀具軌跡產生方法作一些介紹。

2.1 基于點、線、面和體的NC刀軌生成方法

CAD技術從二維繪圖起步，經歷了三維線框、曲面和實體造型發展階段，一直到現在的參數化特征造型。在二維繪圖與三維線框階段，數控加工主要以點、線為驅動對象，如孔加工，輪廓加工，平面區域加工等。這種加工要求操作人員的水平較高，交互復雜。在曲面和實體造型發展階段，出現了基于實體的加工。實體加工的加工對象是一個實體（一般為CSG和B-REP混合表示的），它由一些基本體素經集合運算（并、交、差運算）而得。實體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工，大面積切削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的數控編程系統的研究與開發，是特征加工的基礎。

實體加工一般有實體輪廓加工和實體區域加工兩種。實體加工的實現方法為層切法（SLICE），即用一組水平面去切被加工實體，然后對得到的交線產生等距線作為走刀軌跡。本文從系統需要角度出發，在ACIS幾何造型平臺上實現了這種基于點、線、面和實體的數控加工。

2.2 基于特征的NC刀軌生成方法

參數化特征造型已有了一定的發展時期，但基于特征的刀具軌跡生成方法的研究才剛剛開始。特征加工使數控編程人員不在對那些低層次的幾何信息（如：點、線、面、實體）進行操作，而轉變為直接對符合工程技術人員習慣的特征進行數控編程，大大提高了編程效率。

W.R.Mail和A.J.Mcleod在他們的研究中給出了一個基于特征的NC代碼生成子系統，這個系統的工作原理是：零件的每個加工過程都可以看成對組成該零件的形狀特征組進行加工的總和。那么對整個形狀特征或形狀特征組分別加工后即完成了零件的加工。而每一形狀特征或形狀特征組的NC代碼可自動生成。目前開發的系統只適用于2.5D零件的加工。

Lee and Chang開發了一種用虛擬邊界的方法自動產生凸自由曲面特征刀具軌跡的系統。這個系統的工作原理是：在凸自由曲面內嵌入一個最小的長方塊，這樣凸自由曲面特征就被轉換成一個凹特征。最小的長方塊與最終產品模型的合并就構成了被稱為虛擬模型的一種間接產品模型。刀具軌跡的生成方法分成三步完成：（1）、切削多面體特征；（2）、切削自由曲面特征；（3）、切削相交特征。

Jong-Yun Jung研究了基于特征的非切削刀具軌跡生成問題。文章把基于特征的加工軌跡分成輪廓加工和內區域加工兩類，并定義了這兩類加工的切削方向，通過減少切削刀具軌跡達到整體優化刀具軌跡的目的。文章主要針對幾種基本特征（孔、內凹、臺階、槽），討論了這些基本特征的典型走刀路徑、刀具選擇和加工順序等，并通過IP（Inter Programming）技術避免重復走刀，以優化非切削刀具軌跡。另外，Jong-Yun Jong還在他1991年的博士論文中研究了制造特征提取和基于特征的刀具及刀具路徑。

特征加工的基礎是實體加工，當然也可認為是更高級的實體加工。但特征加工不同于實體加工，實體加工有它自身的局限性。特征加工與實體加工主要有以下幾點不同：

從概念上講，特征是組成零件的功能要素，符合工程技術人員的操作習慣，為工程技術人員所熟知；實體是低層的幾何對象，是經過一系列布爾運算而得到的一個幾何體，不帶有任何功能語義信息；實體加工往往是對整個零件（實體）的一次性加工。但實際上一個零件不太可能僅用一把刀一次加工完，往往要經過粗加工、半精加工、精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具進行加工；有時一個零件既要用到車削，也要用到銑削。因此實體加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工則從本質上解決了上述問題；特征加工具有更多的智能。對于特定的特征可規定某幾種固定的加工方法，特別是那些已在STEP標準規定的特征更是如此。如果我們對所有的標準特征都制定了特定的加工方法，那么對那些由標準特征夠成的零件的加工其方便性就可想而知了。倘若CAPP系統能提供相應的工藝特征，那么NCP系統就可以大大減少交互輸入，具有更多的智能。而這些實體加工是無法實現的；

特征加工有利于實現從CAD、CAPP、NCP及CNC系統的全面集成，實現信息的雙向流動，為CIMS乃至并行工程（CE）奠定良好的基礎；而實體加工對這些是無能為力的。

2.3 現役幾個主要CAD/CAM系統中的NC刀軌生成方法分析

現役CAM的構成及主要功能

目前比較成熟的CAM系統主要以兩種形式實現CAD/CAM系統集成：一體化的CAD/CAM系統（如：UGII、Euclid、Pro/ENGINEER等）和相對獨立的CAM系統（如：Mastercam、Surfcam等）。前者以內部統一的數據格式直接從CAD系統獲取產品幾何模型，而后者主要通過中性文件從其它CAD系統獲取產品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統，都由五個模塊組成，即交互工藝參數輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態仿真模塊和后置處理模塊。下面僅就一些著名的CAD/CAM系統的NC加工方法進行討論。

UGII加工方法分析

一般認為UGII是業界中最好，最具代表性的數控軟件。其最具特點的是其功能強大的刀具軌跡生成方法。包括車削、銑削、線切割等完善的加工方法。其中銑削主要有以下功能：、Point to Point：完成各種孔加工；、Panar Mill：平面銑削。包括單向行切，雙向行切，環切以及輪廓加工等；、Fixed Contour：固定多軸投影加工。用投影方法控制刀具在單張曲面上或多張曲面上的移動，控制刀具移動的可以是已生成的刀具軌跡，一系列點或一組曲線；、variable Contour：可變軸投影加工；、Parameter line：等參數線加工?？蓪螐埱婊蚨鄰埱孢B續加工；、Zig-Zag Surface：裁剪面加工；、Rough to Depth：粗加工。將毛坯粗加工到指定深度；、Cavity Mill：多級深度型腔加工。特別適用于凸模和凹模的粗加工；、Sequential Surface：曲面交加工。按照零件面、導動面和檢查面的思路對刀具的移動提供最大程度的控制。

EDS Unigraphics還包括大量的其它方面的功能，這里就不一一列舉了。

STRATA加工方法分析

STRATA是一個數控編程系統開發環境，它是建立在ACIS幾何建模平臺上的。

它為用戶提供兩種編程開發環境，即NC命令語言接口和NC操作C++類庫。它可支持三軸銑削，車削和線切割NC加工，并可支持線框、曲面和實體幾何建模。其NC刀具軌跡生成方法是基于實體模型。STRATA基于實體的NC刀具軌跡生成類庫提供的加工方法包括：

Profile Toolpath：輪廓加工；

AreaClear Toolpath：平面區域加工；

SolidProfile Toolpath：實體輪廓加工；

SolidAreaClear Toolpath：實體平面區域加工；

SolidFace ToolPath：實體表面加工；

SolidSlice ToolPath：實體截平面加工；

Language-based Toolpath：基于語言的刀具軌跡生成。

其它的CAD/CAM軟件，如Euclid, Cimitron, CV,CATIA等的NC功能各有千秋，但其基本內容大同小異，沒有本質區別。

2.4 現役CAM系統刀軌生成方法的主要問題

按照傳統的CAD/CAM系統和CNC系統的工作方式，CAM系統以直接或間接（通過中性文件）的方式從CAD系統獲取產品的幾何數據模型。CAM系統以三維幾何模型中的點、線、面、或實體為驅動對象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機床，在整個CAD /CAM及CNC系統的運行過程中存在以下幾方面的問題：

CAM系統只能從CAD系統獲取產品的低層幾何信息，無法自動捕捉產品的幾何形狀信息和產品高層的功能和語義信息。因此，整個CAM過程必須在經驗豐富的制造工程師的參與下，通過圖形交互來完成。如：制造工程師必須選擇加工對象（點、線、面或實體）、約束條件（裝夾、干涉和碰撞等）、刀具、加工參數（切削方向、切深、進給量、進給速度等）。整個系統的自動化程度較低。

在CAM系統生成的刀具軌跡中，同樣也只包含低層的幾何信息（直線和圓弧的幾何定位信息），以及少量的過程控制信息（如進給率、主軸轉速、換刀等）。因此，下游的CNC系統既無法獲取更高層的設計要求（如公差、表面光潔度等），也無法得到與生成刀具軌跡有關的加工工藝參數。

CAM系統各個模塊之間的產品數據不統一，各模塊相對獨立。例如刀具定位文件只記錄刀具軌跡而不記錄相應的加工工藝參數，三維動態仿真只記錄刀具軌跡的干涉與碰撞，而不記錄與其發生干涉和碰撞的加工對象及相關的加工工藝參數。

CAM系統是一個獨立的系統。CAD系統與CAM系統之間沒有統一的產品數據模型，即使是在一體化的集成CAD/CAM系統中，信息的共享也只是單向的和單一的。CAM系統不能充分理解和利用CAD系統有關產品的全部信息，尤其是與加工有關的特征信息，同樣CAD系統也無法獲取CAM系統產生的加工數據信息。

這就給并行工程的實施帶來了困難。數控仿真技術

3.1計算機仿真的概念及應用

從工程的角度來看，仿真就是通過對系統模型的實驗去研究一個已有的或設計中的系統。分析復雜的動態對象，仿真是一種有效的方法，可以減少風險，縮短設計和制造的周期，并節約投資。計算機仿真就是借助計算機，利用系統模型對實際系統進行實驗研究的過程。它隨著計算機技術的發展而迅速地發展，在仿真中占有越來越重要的地位。計算機仿真的過程可通過圖1所示的要素間的三個基本活動來描述：

建?；顒邮峭ㄟ^對實際系統的觀測或檢測，在忽略次要因素及不可檢測變量的基礎上，用物理或數學的方法進行描述，從而獲得實際系統的簡化近似模型。這里的模型同實際系統的功能與參數之間應具有相似性和對應性。

仿真模型是對系統的數學模型（簡化模型）進行一定的算法處理，使其成為合適的形式（如將數值積分變為迭代運算模型）之后，成為能被計算機接受的“可計算模型”。仿真模型對實際系統來講是一個二次簡化的模型。

仿真實驗是指將系統的仿真模型在計算機上運行的過程。仿真是通過實驗來研究實際系統的一種技術，通過仿真技術可以弄清系統內在結構變量和環境條件的影響。

計算機仿真技術的發展趨勢主要表現在兩個方面：應用領域的擴大和仿真計算機的智能化。計算機仿真技術不僅在傳統的工程技術領域（航空、航天、化工等方面）繼續發展，而且擴大到社會經濟、生物等許多非工程領域，此外，并行處理、人工智能、知識庫和專家系統等技術的發展正影響著仿真計算機的發展。數控加工仿真利用計算機來模擬實際的加工過程，是驗證數控加工程序的可靠性和預測切削過程的有力工具，以減少工件的試切，提高生產效率。

3.2數控仿真技術的研究現狀

數控機床加工零件是靠數控指令程序控制完成的。為確保數控程序的正確性，防止加工過程中干涉和碰撞的發生，在實際生產中，常采用試切的方法進行檢驗。但這種方法費工費料，代價昂貴，使生產成本上升，增加了產品加工時間和生產周期。后來又采用軌跡顯示法，即以劃針或筆代替刀具，以著色板或紙代替工件來仿真刀具運動軌跡的二維圖形（也可以顯示二維半的加工軌跡），有相當大的局限性。對于工件的三維和多維加工，也有用易切削的材料代替工件（如，石蠟、木料、改性樹脂和塑料等）來檢驗加工的切削軌跡。但是，試切要占用數控機床和加工現場。為此，人們一直在研究能逐步代替試切的計算機仿真方法，并在試切環境的模型化、仿真計算和圖形顯示等方面取得了重要的進展，目前正向提高模型的精確度、仿真計算實時化和改善圖形顯示的真實感等方向發展。

從試切環境的模型特點來看，目前NC切削過程仿真分幾何仿真和力學仿真兩個方面。幾何仿真不考慮切削參數、切削力及其它物理因素的影響，只仿真刀具-工件幾何體的運動，以驗證NC程序的正確性。它可以減少或消除因程序錯誤而導致的機床損傷、夾具破壞或刀具折斷、零件報廢等問題；同時可以減少從產品設計到制造的時間，降低生產成本。切削過程的力學仿真屬于物理仿真范疇，它通過仿真切削過程的動態力學特性來預測刀具破損、刀具振動、控制切削參數，從而達到優化切削過程的目的。

幾何仿真技術的發展是隨著幾何建模技術的發展而發展的，包括定性圖形顯示和定量干涉驗證兩方面。目前常用的方法有直接實體造型法，基于圖像空間的方法和離散矢量求交法。

3.3直接實體造型法

這種方法是指工件體與刀具運動所形成的包絡體進行實體布爾差運算，工件體的三維模型隨著切削過程被

不斷更新。

Sungurtekin和Velcker開發了一個銑床的模擬系統。該系統采用CSG法來記錄毛坯的三維模型，利用一些基本圖元如長方體、圓柱體、圓錐體等，和集合運算，特別是并運算，將毛坯和一系列刀具掃描過的區域記錄下來，然后應用集合差運算從毛坯中順序除去掃描過的區域。所謂被掃過的區域是指切削刀具沿某一軌跡運動時所走過的區域。在掃描了每段NC代碼后顯示變化了的毛坯形狀。

Kawashima等的接合樹法將毛坯和切削區域用接合樹（graftree）表示，即除了空和滿兩種結點，邊界結點也作為八*樹（oct-tree）的葉結點，接合樹的數據結構如圖2。邊界結點包含半空間，結點物體利用在這些半空間上的CSG操作來表示。接合樹細分的層次由邊界結點允許的半空間個數決定。逐步的切削仿真利用毛坯和切削區域的差運算來實現。毛坯的顯示采用了深度緩沖區算法，將毛坯劃分為多邊形實現毛坯的可視化。

用基于實體造型的方法實現連續更新的毛坯的實時可視化，耗時太長，于是一些基于觀察的方法被提出來。

3.4基于圖像空間的方法

這種方法用圖像空間的消隱算法來實現實體布爾運算。Van Hook采用圖象空間離散法實現了加工過程的動態圖形仿真。他使用類似圖形消隱的z_buffer思想，沿視線方向將毛坯和刀具離散，在每個屏幕象素上毛坯和刀具表示為沿z軸的一個長方體，稱為Dexel結構。刀具切削毛坯的過程簡化為沿視線方向上的一維布爾運算，見圖3，切削過程就變成兩者Dexel結構的比較：

CASE 1：只有毛坯，顯示毛坯，break；

CASE 2：毛坯完全在刀具之后，顯示刀具，break；

CASE 3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel結構，顯示刀具，break；

CASE 4：刀具切削毛坯內部，刪除毛坯的dexel結構，顯示刀具，break；

CASE 5：刀具切削毛坯內部，創建新的毛坯dexel結構，顯示毛坯，break；

CASE 6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel結構，顯示毛坯，break；

CASE 7：刀具完全在毛坯之后，顯示毛坯，break；

CASE 8：只有刀具，顯示刀具，break。

這種方法將實體布爾運算和圖形顯示過程合為一體，使仿真圖形顯示有很好的實時性。

Hsu和Yang提出了一種有效的三軸銑削的實時仿真方法。他們使用z_map作為基本數據結構，記錄一個二維網格的每個方塊處的毛坯高度，即z向值。這種數據結構只適用于刀軸z向的三軸銑削仿真。對每個銑削操作通過改變刀具運動每一點的深度值，很容易更新z_map值，并更新工件的圖形顯示。

3.5離散矢量求交法

由于現有的實體造型技術未涉及公差和曲面的偏置表示，而像素空間布爾運算并不精確，使仿真驗證有很大的局限性。為此Chappel提出了一種基于曲面技術的“點-矢量”(point-vector)法。這種方法將曲面按一定精度離散，用這些離散點來表示該曲面。以每個離散點的法矢為該點的矢量方向，延長與工件的外表面相交。通過仿真刀具的切削過程，計算各個離散點沿法矢到刀具的距離s（如圖4所示）。

設sg和sm分別為曲面加工的內、外偏差，如果sgsm則漏切。該方法分為被切削曲面的離散(discretization)、檢測點的定位（location）和離散點矢量與工件實體的求交(intersection)三個過程。采用圖像映射的方法顯示加工誤差圖形；零件表面的加工誤差可以精確地描寫出來。

總體來說，基于實體造型的方法中幾何模型的表達與實際加工過程相一致，使得仿真的最終結果與設計產品間的精確比較成為可能；但實體造型的技術要求高，計算量大，在目前的計算機實用環境下較難應用于實時檢測和動態模擬?；趫D像空間的方法速度快得多，能夠實現實時仿真，但由于原始數據都已轉化為像素值，不易進行精確的檢測。離散矢量求交法基于零件的表面處理，能精確描述零件面的加工誤差，主要用于曲面加工的誤差檢測。