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普及數(shù)控機床知識 獲得良好經(jīng)濟效果
閱讀：965 發(fā)布時間：2013-11-5
國內(nèi)數(shù)控機床的市場需求加大，數(shù)控機床的新品頻出。從我國目前機床行業(yè)的發(fā)展情況來看,自產(chǎn)數(shù)控機床仍遠遠無法滿足國內(nèi)市場的需求,特別是中數(shù)控機床的比例嚴重偏低。數(shù)控機床具有廣泛的適應性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令，才能獲得良好的經(jīng)濟效果。
數(shù)控機床具有廣泛的適應性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機床高，可以加工復雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟效果。
隨著數(shù)控技術的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。
1948年，美國帕森斯公司接受美國*委托，研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出計算機控制機床的設想。1949年，該公司在美國麻省理工學院伺服機構研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機床研究，并于1952年試制成功*臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數(shù)控銑床，不久即開始正式生產(chǎn)。
當時的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊需要的部門用來加工復雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數(shù)控裝置進入了第二代，體積縮小，成本有所下降；1960年以后，較為簡單和經(jīng)濟的點位控制數(shù)控鉆床，和直線控制數(shù)控銑床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機床在機械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。
1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數(shù)控機床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)機化為特征的第四代。
1974年，研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數(shù)控裝置與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。
80年代初，隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，出現(xiàn)了能進行人機對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數(shù)控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。
數(shù)控機床主要由數(shù)控裝置、伺服機構和機床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動輸入。
數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的輸入部分、運算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實現(xiàn)的控制功能分為點位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。
點位控制是只控制刀具或工作臺從一點移至另一點的準確定位，然后進行定點加工，而點與點之間的路徑不需控制。采用這類控制的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控坐標鏜床等。
直線控制是除控制直線軌跡的起點和終點的準確定位外，還要控制在這兩點之間以的進給速度進行直線切削。采用這類控制的有平面銑削用的數(shù)控銑床，以及階梯軸車削和磨削用的數(shù)控車床和數(shù)控磨床等。
連續(xù)軌跡控制坐標方向的聯(lián)合運動。為了使刀具按規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓，數(shù)控裝置具有插補運算的功能，使刀具的運動軌跡以zui小的誤差逼近規(guī)定的輪廓曲線，并協(xié)調(diào)各坐標方向的運動速度，以便在切削過程中始終保持規(guī)定的進給速度。采用這類控制的有能加工曲面用的數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床和加工中心等。
伺服機構分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種類型。開環(huán)伺服機構是由步進電機驅(qū)動線路，和步進電機組成。每一脈沖信號使步進電機轉(zhuǎn)動一定的角度，通過滾珠絲杠推動工作臺移動一定的距離。這種伺服機構比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。
半閉環(huán)伺服機構是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達、速度檢測器和位置檢測器組成。位置檢測器裝在絲杠或伺服馬達的端部，利用絲杠的回轉(zhuǎn)角度間接測出工作臺的位置。常用的伺服馬達有寬調(diào)速直流電動機、寬調(diào)速交流電動機和電液伺服馬達。位置檢測器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機構所能達到的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機構，為大多數(shù)中小型數(shù)控機床所采用。
閉環(huán)伺服機構的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服機構相同，只是位置檢測器安裝在工作臺上，可直接測出工作臺的實際位置，故反饋精度高于半閉環(huán)控制，但掌握調(diào)試的難度較大，常用于高精度和大型數(shù)控機床。閉環(huán)伺服機構所用伺服馬達與半閉環(huán)相同，位置檢測器則用長光柵、長感應同步器或長磁柵。
為了保證機床具有很大的工藝適應性能和連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，數(shù)控機床結構設計的特點是具有足夠的剛度、精度、抗振性、熱穩(wěn)定性和精度保持性。進給系統(tǒng)的機械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。機床采用塑料減摩導軌、滾動導軌或靜壓導軌，以提高運動的平穩(wěn)性并使低速運動時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。由于采用了寬調(diào)速的進給伺服電動機和寬調(diào)速的主軸電動機，可以不用或少用齒輪傳動和齒輪變速，這就簡化了機床的傳動機構。
機床布局便于排屑和工件裝卸，部分數(shù)控機床帶有自動排屑器和自動工件交換裝置。大部分數(shù)控機床采用具有微處理器的可編程序控制器，以代替強電柜中大量的繼電器，提高了機床強電控制的可靠性和靈活性。隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。
未來數(shù)控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機床品種越來越多；激光加工等技術將應用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。
數(shù)控機床具有廣泛的適應性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機床高，可以加工復雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟效果。
隨著數(shù)控技術的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。
1948年，美國帕森斯公司接受美國*委托，研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出計算機控制機床的設想。1949年，該公司在美國麻省理工學院伺服機構研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機床研究，并于1952年試制成功*臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數(shù)控銑床，不久即開始正式生產(chǎn)。
當時的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊需要的部門用來加工復雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數(shù)控裝置進入了第二代，體積縮小，成本有所下降；1960年以后，較為簡單和經(jīng)濟的點位控制數(shù)控鉆床，和直線控制數(shù)控銑床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機床在機械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。
1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數(shù)控機床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)機化為特征的第四代。
1974年，研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數(shù)控裝置與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。
80年代初，隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，出現(xiàn)了能進行人機對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數(shù)控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。
數(shù)控機床主要由數(shù)控裝置、伺服機構和機床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動輸入。
數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的輸入部分、運算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實現(xiàn)的控制功能分為點位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。
點位控制是只控制刀具或工作臺從一點移至另一點的準確定位，然后進行定點加工，而點與點之間的路徑不需控制。采用這類控制的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控坐標鏜床等。
直線控制是除控制直線軌跡的起點和終點的準確定位外，還要控制在這兩點之間以的進給速度進行直線切削。采用這類控制的有平面銑削用的數(shù)控銑床，以及階梯軸車削和磨削用的數(shù)控車床和數(shù)控磨床等。
連續(xù)軌跡控制坐標方向的聯(lián)合運動。為了使刀具按規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓，數(shù)控裝置具有插補運算的功能，使刀具的運動軌跡以zui小的誤差逼近規(guī)定的輪廓曲線，并協(xié)調(diào)各坐標方向的運動速度，以便在切削過程中始終保持規(guī)定的進給速度。采用這類控制的有能加工曲面用的數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床和加工中心等。
伺服機構分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種類型。開環(huán)伺服機構是由步進電機驅(qū)動線路，和步進電機組成。每一脈沖信號使步進電機轉(zhuǎn)動一定的角度，通過滾珠絲杠推動工作臺移動一定的距離。這種伺服機構比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。
半閉環(huán)伺服機構是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達、速度檢測器和位置檢測器組成。位置檢測器裝在絲杠或伺服馬達的端部，利用絲杠的回轉(zhuǎn)角度間接測出工作臺的位置。常用的伺服馬達有寬調(diào)速直流電動機、寬調(diào)速交流電動機和電液伺服馬達。位置檢測器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機構所能達到的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機構，為大多數(shù)中小型數(shù)控機床所采用。
閉環(huán)伺服機構的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服機構相同，只是位置檢測器安裝在工作臺上，可直接測出工作臺的實際位置，故反饋精度高于半閉環(huán)控制，但掌握調(diào)試的難度較大，常用于高精度和大型數(shù)控機床。閉環(huán)伺服機構所用伺服馬達與半閉環(huán)相同，位置檢測器則用長光柵、長感應同步器或長磁柵。
為了保證機床具有很大的工藝適應性能和連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，數(shù)控機床結構設計的特點是具有足夠的剛度、精度、抗振性、熱穩(wěn)定性和精度保持性。進給系統(tǒng)的機械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。機床采用塑料減摩導軌、滾動導軌或靜壓導軌，以提高運動的平穩(wěn)性并使低速運動時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。由于采用了寬調(diào)速的進給伺服電動機和寬調(diào)速的主軸電動機，可以不用或少用齒輪傳動和齒輪變速，這就簡化了機床的傳動機構。
機床布局便于排屑和工件裝卸，部分數(shù)控機床帶有自動排屑器和自動工件交換裝置。大部分數(shù)控機床采用具有微處理器的可編程序控制器，以代替強電柜中大量的繼電器，提高了機床強電控制的可靠性和靈活性。隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。
未來數(shù)控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機床品種越來越多；激光加工等技術將應用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。