數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展

第一章概論一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展（一）產(chǎn)生：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機(jī)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)得提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。數(shù)字控制機(jī)床就是為了解決單件、小批量、特別是復(fù)雜型面零件加工的自動化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。

第一臺數(shù)控機(jī)床是1952年美國PARSONS公司與麻省理工學(xué)院（MIT）合作研制的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，可用于加工復(fù)雜曲面零件。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展先后經(jīng)歷了電子管（1952年）、晶體管（1959年）、小規(guī)摸集成電路（1965年）、大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī)（1970年）和微處理機(jī)或微型機(jī)算機(jī)（1974年）等五代數(shù)控系統(tǒng)。（二）數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢1高速化：采用高速的32位以上的微處理器，可提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率及實(shí)現(xiàn)連續(xù)小程序段的高速、高精加工。日本產(chǎn)的FANUC15系統(tǒng)開發(fā)出64位CPU系統(tǒng)，能達(dá)到最小移動單位0.1um時(shí)，最大進(jìn)給速度為100m/min。2多功能化3智能化：引進(jìn)了自適應(yīng)控制技術(shù).自適應(yīng)控制（AdaptiveControl，簡稱AC）技術(shù)是能調(diào)節(jié)在加工過程中所測得的工作狀態(tài)特性，且能使切削過程達(dá)到并維持最佳狀態(tài)的技術(shù)。4高精度化：通過減少數(shù)控系統(tǒng)誤差和采用補(bǔ)償技術(shù)可提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。5高可靠性：通過提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質(zhì)量，采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化來提高其可靠性。二、數(shù)控技術(shù)的基本概念1數(shù)字控制（NumericalControl)，簡稱NC，它是采用數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)加工自動化的控制技術(shù)，用數(shù)字化信號對機(jī)床的運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床稱作數(shù)控機(jī)床。2NC機(jī)床：早期的數(shù)控機(jī)床的NC裝置是由各種邏輯元件、記憶元件組成隨機(jī)邏輯電路由硬件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，稱作硬件數(shù)控，用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床稱作NC機(jī)床。3CNC機(jī)床：現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用微處理器或?qū)Ｓ梦C(jī)的數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControl）由事先存放在存儲器里的系統(tǒng)程序（軟件）來實(shí)現(xiàn)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，并通過接口與外圍設(shè)備進(jìn)行聯(lián)接，這樣的機(jī)床稱作CNC機(jī)床。三、數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理1工作原理圖紙存儲介質(zhì)數(shù)控裝置輸入輸出CNC裝置伺服驅(qū)動裝置伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)切削驅(qū)動裝置機(jī)床主體檢測裝置2組成（1）程序的存儲介質(zhì)（紙帶、磁帶或磁盤等）（2）輸入輸出裝置（3）數(shù)控裝置（是數(shù)控機(jī)床的核心，接受脈沖信號經(jīng)過譯碼、運(yùn)算和邏輯處理將指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，使設(shè)備按軌定的動作執(zhí)行）（4）伺服裝置（是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的運(yùn)動）（5）檢測反饋裝置（作用是對機(jī)床的實(shí)際運(yùn)動速度、方向、位移量以及加工狀態(tài)加以檢測并將結(jié)果反饋給數(shù)控裝置，計(jì)算出與指令位移之間的偏差并發(fā)出糾正誤差指令）（6）機(jī)床主體（是加工運(yùn)動的實(shí)際機(jī)械部件，主要包括主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件如工作臺、拖板、刀架，和支承部件如床身、立柱等，還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位部件、夾緊、換刀機(jī)械手等輔助裝置。3數(shù)控系統(tǒng)的主要功能（1）多坐標(biāo)控制（多軸聯(lián)動）（2）準(zhǔn)備功能（G功能）（3）實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)的插補(bǔ)（直線、圓弧、拋物線等）（4）代碼轉(zhuǎn)換（EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換、英制/公制轉(zhuǎn)換、絕對值/增量值轉(zhuǎn)換等）（5）固定循環(huán)加工（6）指定進(jìn)給速度（7）指定主軸轉(zhuǎn)速（8）輔助功能：指定主軸的起、停、反向，冷卻系統(tǒng)的開、關(guān)等。（9）刀具選擇功能（10）各種補(bǔ)償功能：如刀具半徑、刀具長度補(bǔ)償?shù)?。?1）字符圖形在顯示器(CRT)上的顯示（12）故障的診斷及顯示、與外部設(shè)備的連網(wǎng)及通信。（13）存儲加工程序，人機(jī)對話、程序的輸入、編輯及修改。

4數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，具有以下特點(diǎn)：１）適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性是指數(shù)控機(jī)床隨生產(chǎn)對象變化而變化的適應(yīng)能力。２）精度高工作過程不需要人工干預(yù)，而是自動工作的，且通過實(shí)時(shí)檢測裝置來修正或補(bǔ)償以獲得更高的精度。３）效率高數(shù)控機(jī)床可以采用較大的切削用量，而且具有自動換速、自動換刀和其他輔助操作自動化的功能。４）減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件。５）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。四、數(shù)控機(jī)床的分類1按工業(yè)用途分類（1）數(shù)控車床（NCLathe）（2）數(shù)控銑床(NCMillingMachine)（3）數(shù)控鉆床(NCDrillingMachine)(4)數(shù)控鏜床(NCBoringMachine)（5）數(shù)控齒輪加工機(jī)床(NCGearingHoldingMachine)（6）數(shù)控平面磨床(NCSurfaceGrindingMachine)（7）數(shù)控外圓磨床(NCExternalCylindricalGrindingMachine)（8）數(shù)控輪廓磨床(NCContourGrindingMachine)（9）數(shù)控工具磨床(NCToolGrindingMachine)（10）數(shù)控坐標(biāo)磨床(NCJigGrindingMachine)（11）數(shù)控電火花加工機(jī)床(NCDieselingElectricDischargeMachine)（12）數(shù)控線切割機(jī)床(NCWireDischargeMachine)（13）數(shù)控激光加工機(jī)床(NCLaserBeamMachine)（14）數(shù)控沖床(NCPunchingPress)（15）加工中心(MachineCenter)（16）數(shù)控超聲波加工機(jī)床NCUltrasonicMachine)（17）其他（如三坐標(biāo)測量機(jī)等）2按運(yùn)動方式分類（1）點(diǎn)位控制系統(tǒng)（PositioningControl）只控制刀具從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的位置，而不控制移動軌跡，在移動過程中刀具不進(jìn)行切削加工。

刀具的三種路徑（1）（2）（3）XYZ（2）直線控制系統(tǒng)（Straight-lineControl）是控制刀具或機(jī)床工作臺以給定的速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸方向，由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確移動，并且在移動過程中進(jìn)行直線切削加工。（3）輪廓控制系統(tǒng)（ContourControl）是對兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行連續(xù)控制，并能對機(jī)床移動部件的位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，即要控制加工的軌跡，加工出要求的輪廓。其運(yùn)動軌跡是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。3按控制方式分類（1）開環(huán)控制（OpenLoopControl）即不帶位置測量元件，數(shù)控裝置根據(jù)控制介質(zhì)上的指令信號，經(jīng)控制運(yùn)算發(fā)出指令脈沖，使伺服驅(qū)動元件轉(zhuǎn)過一定的角度，并通過傳動齒輪、滾珠絲杠螺母副，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如工作臺）移動或轉(zhuǎn)動。特點(diǎn)是沒有來自位置測量元件的反饋信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作情況不進(jìn)行檢查，指令流向?yàn)閱蜗颍刂凭容^低。開環(huán)控制驅(qū)動裝置工作臺數(shù)控裝置控制介質(zhì)指令脈沖伺服電機(jī)齒輪箱（2）閉環(huán)控制（ClosedLoopControl）是將位置檢測裝置安裝于機(jī)床運(yùn)動部件上，加工中將測量到的實(shí)際位置值反饋。另外通過與伺服電機(jī)剛性連接的測速元件，隨時(shí)實(shí)測驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，得到速度反饋信號，并與速度指令信號相比較，其比較的差值對伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨時(shí)進(jìn)行校正，直至實(shí)現(xiàn)移動部件工作臺的最終精確定位。閉環(huán)控克制測速元攝器件位移指肥令位移反饋速度反饋位置檢測藥裝置工作臺（3）半閉環(huán)控酬制（Se吧mi-C德lose鵝dLo弦opC顫ontr霸ol）是承將位置檢蠻測裝置安姐裝于驅(qū)動界電動機(jī)軸窗端或安裝蛇于傳動絲烈杠端部，西間接地測封量移動部賊件（工作雜臺）的實(shí)察際位置或砍位移。半閉環(huán)控街制測速元娃器件位移指令位移反饋速度反饋位置檢倘測裝置工作臺五、主妹要數(shù)控壩機(jī)床介采紹1數(shù)最控車床撲：機(jī)床誤主體包節(jié)括主軸英、溜板景、刀架課等。數(shù)睜控系統(tǒng)樹包括電皇顯示器氣（CR障T）、資控制面貝板、強(qiáng)朵電控制繞系統(tǒng)。2數(shù)控霧銑床：適壘于加工三繼維復(fù)雜曲銳面。3加草工中心胃：即具野有自動納刀具交耀換裝置兩，并能繩進(jìn)行多弄種工序嶺加工的轟數(shù)控機(jī)苗床。4數(shù)控賞鉆床：主事要完成鉆漲孔、功絲市功能，同粒時(shí)也可以揀完成簡單亡的銑削功橡能，刀庫哨可以存放戰(zhàn)多種刀具鏈。5數(shù)控簽?zāi)ゴ玻褐鲹硪迷诟吣缶?、高扣硬度加工趙表面。6數(shù)盆控電火區(qū)花成形伙機(jī)床：鄰是利用搏兩個(gè)不雜同極性漫的電極消在絕緣名液體中潛產(chǎn)生放呢電現(xiàn)象壁，去除豪材料進(jìn)膠而完成白加工。7數(shù)既控線切告割機(jī)床劫：工作坐原理與梯電火花彼成形機(jī)啟床一樣注，其電魂極是電哥極絲，雪加工液密一般采辮用去離鳳子水。六、先進(jìn)哥制造系統(tǒng)悶簡介（其向核心是生烤產(chǎn)加工設(shè)肢備的數(shù)控咽化、柔性盡化和精密浴化）1柔性杠制造系統(tǒng)唯（FMS河）愈根據(jù)浙自動化程撈度及功能強(qiáng)可分為三敞類：（1）物單機(jī)數(shù)肆控加工派：是用虧一臺數(shù)掛控機(jī)床紐奉或加工伐中心加膜工機(jī)械鼓零件。（2）柔性加懲工單元近（Fl僑exi悲ble柔Ma央chi萌nin莖gC妻ell仇）是一息種人的假參與減思到最小慢時(shí)，能霉連續(xù)地乖對同一跡零件族錄內(nèi)不同負(fù)的零件所進(jìn)行自表動化加尿工（包封括工件各、刀具券、廢屑臟等在單棒元內(nèi)部紡的運(yùn)輸苦和交換子）的最握小加工冒單元。（3）熔柔性制逐造系統(tǒng)反（Fl文exi督ble純Ma滑nuf食act旬uri享ng俊Sys斗tem避）是由膠加工系黨統(tǒng)（由尺一組數(shù)逢控機(jī)床媽和其他隨自動化暫工藝設(shè)禿備，如脫清洗機(jī)去、成品術(shù)實(shí)驗(yàn)機(jī)租、噴漆阿機(jī)等組擴(kuò)成）、勾物料自脖動儲運(yùn)出系統(tǒng)和辜信息控憑制系統(tǒng)錯(cuò)三者相犁結(jié)合，枕由中央壯計(jì)算機(jī)蛋管理使棵之自動歷運(yùn)轉(zhuǎn)的嬌制造系浸統(tǒng)。2計(jì)算耀機(jī)集成制覆造系統(tǒng)（繞Comp毛uter奧Int就egra香ted突Manu斯fact煌urin鵲gSy鉗stem課）CIM辦S的構(gòu)船成可以險(xiǎn)分以下被幾個(gè)部框分：（1）既設(shè)計(jì)過將程輸（2）購加工制矩造過程（3）計(jì)墓算機(jī)輔助也生產(chǎn)管理創(chuàng)（陽4）集成柜方法及技明術(shù)思考題癢：1、際數(shù)控機(jī)斥床由哪攤幾部分艱組成？肚簡述數(shù)防控機(jī)床煮各組成描部分的苦作用。2、完什么是甜數(shù)字控冒制、柔呢性制造阻單元（債FMC魄）、直縱接數(shù)控而（DN伍C）？3、沫什么是穗點(diǎn)位控消制？4、什王么是開環(huán)含控制、閉蝕環(huán)控制和睛半閉環(huán)控長制系統(tǒng)？5、其他枝：6、從久數(shù)控機(jī)賄床的產(chǎn)羞生和發(fā)踏展論述臭其在機(jī)晨械制