數(shù)控機(jī)械床基礎(chǔ).doc

課題一 數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)基 礎(chǔ) 篇課題一 數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)1了解數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展。2了解數(shù)控機(jī)床的概念和組成。3了解數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)與應(yīng)用。4了解數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用。1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類(lèi)工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求更高、形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類(lèi)產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自動(dòng)化機(jī)床顯然無(wú)法適應(yīng)這些要求。同時(shí)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，生產(chǎn)企業(yè)也迫切需要進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。在這種背景下，一種新型的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了，它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量及新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，形成了今后機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)并指明了機(jī)械制造工業(yè)設(shè)備的發(fā)展方向。1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床的研制最早是從美國(guó)開(kāi)始的。1948年，美國(guó)帕森斯公司（Parsons Co.）在完成研制加工直升機(jī)漿葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初步設(shè)想。1949年，在美國(guó)空軍后勤部的支持下，帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，開(kāi)始數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過(guò)3年的研究，世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)樣機(jī)于1952年試制成功。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制系統(tǒng)銑床，其數(shù)控系統(tǒng)全部采用電子管元件，其數(shù)控裝置體積比機(jī)床本體還要大。后來(lái)經(jīng)過(guò)3年的改進(jìn)和自動(dòng)編程研究，該機(jī)床于1955年進(jìn)入試用階段。此后，其他一些國(guó)家（如德國(guó)、英國(guó)、日本、前蘇聯(lián)和瑞典等）也相繼開(kāi)展數(shù)控機(jī)床的研制開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。1959年，美國(guó)克耐杜列克公司（Keaney & Trecker）首次成功開(kāi)發(fā)了加工中心（Machining Center），這是一種有自動(dòng)換刀裝置和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的數(shù)控機(jī)床，可以在一次裝夾中對(duì)工件的多個(gè)平面進(jìn)行多工序的加工。但是，直到20世紀(jì)50年代末，由于價(jià)格和其他因素的影響，數(shù)控機(jī)床僅限于航空、軍事工業(yè)應(yīng)用，品種也多為連續(xù)控制系統(tǒng)。直到20世紀(jì)60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)一步提高了可靠性且價(jià)格下降，一些民用工業(yè)開(kāi)始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)為鉆床、沖床等點(diǎn)定位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)應(yīng)用范圍不斷地得到擴(kuò)展。2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況自1952年美國(guó)研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測(cè)量等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)展階段。第1代數(shù)控機(jī)床：19521959年采用電子管元件構(gòu)成的專(zhuān)用數(shù)控裝置（Numerical Control，NC）。第2代數(shù)控機(jī)床：從1959年開(kāi)始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第3代數(shù)控機(jī)床：從1965年開(kāi)始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。第4代數(shù)控機(jī)床：從1970年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（Computer Numerical Control，CNC）。第5代數(shù)控機(jī)床：從1974年開(kāi)始采用微型計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（Microcomputer Numerical Control，MNC）。近年來(lái)，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)日益成熟，其成果正不斷滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控（DNC）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。這些高級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)。（1）計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)所謂計(jì)算機(jī)直接數(shù)控（Direct Numerical Control，DNC）系統(tǒng)，即使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)為數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)編程，編程結(jié)果直接通過(guò)數(shù)據(jù)線輸送到各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的控制箱。中央計(jì)算機(jī)具有足夠的內(nèi)存容量，因此可統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理與控制大量的零件程序。利用分時(shí)操作系統(tǒng)，中央計(jì)算機(jī)可以同時(shí)完成一群數(shù)控機(jī)床的管理與控制，因此也稱(chēng)它為計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)。目前DNC系統(tǒng)中的各臺(tái)數(shù)控機(jī)床都有各自獨(dú)立的數(shù)控系統(tǒng)，并與中央計(jì)算機(jī)連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制，而不再考慮讓一臺(tái)計(jì)算機(jī)去分時(shí)完成所有數(shù)控裝置的功能。隨著DNC技術(shù)的發(fā)展，中央計(jì)算機(jī)不僅用于編制零件的程序以控制數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程，而且進(jìn)一步控制工件與刀具的輸送，形成了一條由計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線，它為柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利條件。（2）柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS）也叫做計(jì)算機(jī)群控自動(dòng)線，它是將一群數(shù)控機(jī)床用自動(dòng)傳送系統(tǒng)連接起來(lái)，并置于一臺(tái)計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制之下，形成一個(gè)用于制造的整體。其特點(diǎn)是由一臺(tái)主計(jì)算機(jī)對(duì)全系統(tǒng)的硬、軟件進(jìn)行管理，采用DNC方式控制兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的數(shù)控加工中心機(jī)床，對(duì)各臺(tái)機(jī)床之間的工件進(jìn)行調(diào)度和自動(dòng)傳送；利用交換工作臺(tái)或工業(yè)機(jī)器人等裝置實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)上料和下料，使機(jī)床每天24小時(shí)均能在無(wú)人或極少人的監(jiān)督控制下進(jìn)行生產(chǎn)。如日本FANUC公司有一條FMS由60臺(tái)數(shù)控機(jī)床、52個(gè)工業(yè)機(jī)器人、兩臺(tái)無(wú)人自動(dòng)搬運(yùn)車(chē)、一個(gè)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)組成，這個(gè)系統(tǒng)每月能加工10000臺(tái)伺服電機(jī)。（3）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS），是指用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制從定貨、設(shè)計(jì)、工藝、制造到銷(xiāo)售的全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化的高效率的柔性集成制造系統(tǒng)。它是在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化（例如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、柔性制造系統(tǒng)等）的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他管理信息系統(tǒng)的發(fā)展逐步完善的，有各種類(lèi)型計(jì)算機(jī)及其軟件系統(tǒng)的分析、控制能力，可把全廠的生產(chǎn)活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)全廠性的綜合自動(dòng)化。3我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況我國(guó)從1958年開(kāi)始由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等單位首先研制數(shù)控機(jī)床，并試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。從1965年開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到20世紀(jì)60年代末至70年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓插齒機(jī)等獲得成功。與此同時(shí)，還開(kāi)展了數(shù)控銑床加工平面零件自動(dòng)編程的研究。19721979年是數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和使用階段，例如清華大學(xué)成功研制了集成電路數(shù)控系統(tǒng)；在車(chē)、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開(kāi)始研究和應(yīng)用數(shù)控技術(shù)；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降臺(tái)銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開(kāi)始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，隨著改革開(kāi)放政策的實(shí)施，我國(guó)先后從日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。如北京機(jī)床研究所從日本FANUC公司引進(jìn)FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列產(chǎn)品的制造技術(shù)；上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國(guó)GE公司的MTC1數(shù)控系統(tǒng)等。在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開(kāi)發(fā)出BSO3經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和BSO4全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)等。到“八五”末期，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的品種已有200多個(gè)，產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)10000臺(tái)的水平，是1980年的500倍。我國(guó)數(shù)控機(jī)床在品種、性能以及控制水平上都有了新的飛躍，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)繼往開(kāi)來(lái)的發(fā)展階段。4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)從數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動(dòng)化是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單臺(tái)主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動(dòng)化程度，還要求具有更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的適應(yīng)能力。我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控設(shè)備的主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)1000040000r/min，進(jìn)給速度達(dá)到3060m/min，換刀時(shí)間t2.0s，表面粗糙度Ra0.008m。在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANUC公司、德國(guó)的SIEMENS公司和美國(guó)的A-B公司，其產(chǎn)品都在向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微處理器，標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到了1MB以上，機(jī)床分辨率可達(dá)0.1m，高速進(jìn)給速度可達(dá)100m/min，控制軸數(shù)可達(dá)16個(gè)，并采用先進(jìn)的電裝工藝。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流驅(qū)動(dòng)已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。1.2 數(shù)控機(jī)床的概念及組成1數(shù)控機(jī)床的概念數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的機(jī)床控制技術(shù)。數(shù)字控制（Numerical Control，簡(jiǎn)稱(chēng)NC）是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床（NC Machine）就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。它是一種綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)和精密機(jī)械技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。國(guó)家信息處理聯(lián)盟（International Federation of Information Processing，簡(jiǎn)稱(chēng)IFIP）第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼和其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。2數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)很多，但任何一種數(shù)控機(jī)床都是由控制介質(zhì)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)和機(jī)床本體等若干基本部分組成，如圖1-1所示。圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成（1）控制介質(zhì)數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，不需要操作工人直接操縱機(jī)床，但機(jī)床又必須執(zhí)行人的意圖，這就需要在人與機(jī)床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中間媒介物即稱(chēng)為控制介質(zhì)。在控制介質(zhì)上存儲(chǔ)著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對(duì)工件位移信息，因此，控制介質(zhì)就是將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置類(lèi)型的不同而不同，常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤(pán)和USB接口介質(zhì)等?？刂平橘|(zhì)上記載的加工信息要經(jīng)過(guò)輸入裝置傳送給數(shù)控裝置，常用的輸入裝置有光電紙帶輸入機(jī)、磁帶錄音機(jī)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和USB接口等。除了上述幾種控制介質(zhì)外，還有一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用數(shù)碼撥盤(pán)、數(shù)碼插銷(xiāo)或利用鍵盤(pán)直接輸入程序和數(shù)據(jù)。另外，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用CAD/CAM軟件在其他計(jì)算機(jī)上編程，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信（如局域網(wǎng)），將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。（2）數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控裝置是一種控制系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié)。它能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機(jī)床進(jìn)給并加工零件。數(shù)控系統(tǒng)通常由輸入裝置、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置4部分組成，如圖1-2所示。圖1-2 數(shù)控裝置結(jié)構(gòu)輸入裝置接受由穿孔帶閱讀機(jī)輸出的代碼，經(jīng)識(shí)別與譯碼之后分別輸入到各個(gè)相應(yīng)的寄存器，這些指令與數(shù)據(jù)將作為控制與運(yùn)算的原始數(shù)據(jù)?？刂破鹘邮茌斎胙b置的指令，根據(jù)指令控制運(yùn)算器與輸入裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的各種操作（如控制工作臺(tái)沿某一坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)、主軸變速和冷卻液的開(kāi)關(guān)等）以及控制整機(jī)的工作循環(huán)（如控制閱讀機(jī)的啟動(dòng)或停止、控制運(yùn)算器的運(yùn)算和控制輸出信號(hào)等）。運(yùn)算器接受控制器的指令，將輸入裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種運(yùn)算，并不斷向輸出裝置送出運(yùn)算結(jié)果，使伺服系統(tǒng)執(zhí)行所要求的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于加工復(fù)雜零件的輪廓控制系統(tǒng)，運(yùn)算器的重要功能是進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。所謂插補(bǔ)運(yùn)算就是將每個(gè)程序段輸入的工件輪廓上的某起始點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)送入運(yùn)算器，經(jīng)過(guò)運(yùn)算之后在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)密化”，并按控制器的指令向輸出裝置送出計(jì)算結(jié)果。輸出裝置根據(jù)控制器的指令將運(yùn)算器送來(lái)的計(jì)算結(jié)果輸送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)功率放大驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的坐標(biāo)軸，使機(jī)床完成刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)。目前均采用微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置。微型計(jì)算機(jī)的中央處理單元（CPU）又稱(chēng)微處理器，是一種大規(guī)模集成電路。它將運(yùn)算器、控制器集成在一塊集成電路芯片中。在微型計(jì)算機(jī)中，輸入與輸出電路采用大規(guī)模集成電路，即所謂的I/O接口。微型計(jì)算機(jī)擁有較大容量的寄存器，并采用高密度的存儲(chǔ)介質(zhì)，如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤(pán)存儲(chǔ)器等。存儲(chǔ)器可分為只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）兩種類(lèi)型，前者用于存放系統(tǒng)的控制程序，后者存放系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的工作參數(shù)或用戶(hù)的零件加工程序。微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的工作原理與上述硬件數(shù)控裝置的工作原理相同，只是前者采用通用的硬件，不同的功能通過(guò)改變軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此更為靈活與經(jīng)濟(jì)。（3）伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床本體的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)或使執(zhí)行部分動(dòng)作，以加工出符合要求的工件。指令信息是脈沖信息的體現(xiàn)，每個(gè)脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當(dāng)量。機(jī)械加工中一般常用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖，目前所使用的數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量一般為0.001mm/脈沖。伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，它的好壞直接影響著數(shù)控加工的速度、位置、精度等。伺服機(jī)構(gòu)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置，隨數(shù)控系統(tǒng)的不同而不同。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)常用步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)；閉環(huán)系統(tǒng)常用寬調(diào)速直流電機(jī)和電液伺服驅(qū)動(dòng)裝置等。（4）輔助控制系統(tǒng)輔助控制系統(tǒng)是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的強(qiáng)電控制裝置。它接受數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動(dòng)變速、刀具選擇交換、輔助裝置動(dòng)作等指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械部件，以完成各種規(guī)定的動(dòng)作。此外，有些開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)過(guò)輔助控制系統(tǒng)傳輸給數(shù)控裝置進(jìn)行處理。（5）機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，由機(jī)床的基礎(chǔ)大件（如床身、底座）和各種運(yùn)動(dòng)部件（如工作臺(tái)、床鞍、主軸等）所組成。它是完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。其具有以下特點(diǎn)：l 數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸與伺服傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)裝置。l 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度、阻尼精度和耐磨性。l 更多采用了高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。與傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體布局，傳動(dòng)系統(tǒng)與刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)及操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很多變化。這些變化的目的是為了滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，因此，必須建立數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的新概念。1.3 數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)與應(yīng)用當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的品種很多，結(jié)構(gòu)、功能各不相同，通?？梢园聪率龇椒ㄟM(jìn)行分類(lèi)。1按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分類(lèi)按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡不同，可分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、直線控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床。（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制（Positioning Control）又稱(chēng)為點(diǎn)到點(diǎn)控制（Point to Point Control）。刀具從某一位置向另一位置移動(dòng)時(shí)，不管中間的移動(dòng)軌跡如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置，就稱(chēng)為點(diǎn)位控制。點(diǎn)位控制機(jī)床的特點(diǎn)是只控制移動(dòng)部件由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，而對(duì)它們的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的軌跡沒(méi)有嚴(yán)格要求，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。因此，為了盡可能地減少移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和定位時(shí)間，兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)先以快速移動(dòng)到接近新點(diǎn)位的位置，然后進(jìn)行連續(xù)降速或分級(jí)降速，使之慢速趨近定位點(diǎn)，以保證其定位精度。點(diǎn)位控制加工示意圖如圖1-3所示。這類(lèi)機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)和數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱(chēng)為點(diǎn)位控制數(shù)控裝置。（2）直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制（Straight Cut Control）又稱(chēng)平行切削控制（Parallet Cut Control）。這類(lèi)控制除了控制點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條直線，而且對(duì)移動(dòng)的速度也有控制，因?yàn)檫@一類(lèi)機(jī)床在兩點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí)要進(jìn)行切削加工。直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)的準(zhǔn)確位置（距離），還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間移動(dòng)的速度和軌跡，其軌跡一般由與各軸線平行的直線段組成。它和點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于當(dāng)機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，可以沿一個(gè)坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行切削加工，而且其輔助功能比點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床多。直線控制加工示意圖如圖1-4所示。 圖1-3 點(diǎn)位控制加工示意圖 圖1-4 直線控制加工示意圖這類(lèi)機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)車(chē)床、數(shù)控磨床和數(shù)控鏜銑床等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱(chēng)為直線控制數(shù)控裝置。（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制又稱(chēng)連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。輪廓控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸聯(lián)動(dòng)，具有插補(bǔ)功能。它不僅要控制加工過(guò)程中的每一點(diǎn)的位置和刀具移動(dòng)速度，還要加工出任意形狀的曲線或曲面。輪廓控制加工示意圖如圖1-5所示。屬于輪廓控制機(jī)床的有數(shù)控坐標(biāo)車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等。其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱(chēng)為輪廓控制裝置。輪廓控制裝置比點(diǎn)位、直線控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，功能齊全得多。2按伺服系統(tǒng)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)按伺服系統(tǒng)類(lèi)型不同，可分為開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床和半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。圖1-5 輪廓控制加工示意圖（1）開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制（Open loop Control）數(shù)控機(jī)床通常不帶位置檢測(cè)元件，伺服驅(qū)動(dòng)元件一般為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖后，脈沖便經(jīng)過(guò)放大，并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定角度，再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-6所示。這種系統(tǒng)沒(méi)有被控對(duì)象的反饋值，系統(tǒng)的精度完全取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距精度和機(jī)械傳動(dòng)的精度，其控制線路簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，精度較低（一般可達(dá)0.02mm），通常應(yīng)用于小型或經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。圖1-6 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制（Closed loop Control）數(shù)控機(jī)床通常帶位置檢測(cè)元件，隨時(shí)可以檢測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位移并反饋給數(shù)控裝置，與設(shè)定的指令值進(jìn)行比較后，利用其差值控制伺服電動(dòng)機(jī)，直至差值為零。這類(lèi)機(jī)床一般采用直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。位置檢測(cè)元件常有直線光柵、磁柵、同步感應(yīng)器等。閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-7所示。由閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理可以看出，系統(tǒng)精度主要取決于位置檢測(cè)裝置的精度，從理論上講，它完全可以消除由于傳動(dòng)部件制造中存在的誤差給工件加工帶來(lái)的影響，所以這種系統(tǒng)可以得到很高的加工精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有很大的難度，直線位移檢測(cè)元件的價(jià)格比較昂貴，主要用于一些精度要求較高的鏜銑床、超精車(chē)床和加工中心。（3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制（SemiClosed loop Control）數(shù)控機(jī)床通常將位置檢測(cè)元件安裝在伺服電動(dòng)機(jī)的軸上或滾珠絲杠的端部，不直接反饋機(jī)床的位移量，而是檢測(cè)伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角，將此信號(hào)反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行指令比較，用差值控制伺服電動(dòng)機(jī)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-8所示。圖1-7 閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖1-8 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)因?yàn)榘腴]環(huán)伺服系統(tǒng)的反饋信號(hào)取自電動(dòng)機(jī)軸的回轉(zhuǎn)，因此系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置處于反饋回路之外，其剛度、間歇等非線性因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性沒(méi)有影響，調(diào)試方便。同樣，機(jī)床的定位精度主要取決于機(jī)械傳動(dòng)裝置的精度，但是現(xiàn)在的數(shù)控裝置均有螺距誤差補(bǔ)償和間歇補(bǔ)償功能，不需要將傳動(dòng)裝置各種零件的精度提得很高，通過(guò)補(bǔ)償就能將精度提高到絕大多數(shù)用戶(hù)都能接受的程度。再加上直線位移檢測(cè)裝置比角位移檢測(cè)裝置昂貴得多，因此，除了對(duì)定位精度要求特別高或行程特別長(zhǎng)，不能采用滾珠絲杠的大型機(jī)床外，絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。3按工藝用途進(jìn)行分類(lèi)按工藝用途不同，可分為金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床、金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床、數(shù)控特種加工機(jī)床和其他類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床。（1）金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心。切削類(lèi)機(jī)床發(fā)展最早，目前種類(lèi)繁多，功能差異也較大，加工中心能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。這類(lèi)機(jī)床都有一個(gè)島庫(kù)，可容納10100把刀具。其特點(diǎn)是：工件一次裝夾可完成多道工序。為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，有的加工中心使用雙工作臺(tái)，一面加工，一面裝卸，工作臺(tái)可以自動(dòng)交換。（2）金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控組合沖床和數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。這類(lèi)機(jī)床起步晚，但目前發(fā)展很快。（3）數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控特種加工機(jī)床有線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、火焰切割機(jī)和數(shù)控激光機(jī)切割機(jī)床等。（4）其他類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床其他類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)床等。4按數(shù)控系統(tǒng)功能水平進(jìn)行分類(lèi)按數(shù)控系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)、功能指標(biāo)和關(guān)鍵部件的功能水平不同，數(shù)控機(jī)床可分為低、中、高3個(gè)檔次。國(guó)內(nèi)還分為全功能數(shù)控機(jī)床、普及型數(shù)控機(jī)床和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。這些分類(lèi)方法劃分的界線是相對(duì)的，不同時(shí)期的劃分標(biāo)準(zhǔn)有所不同，大體有以下幾個(gè)方面。（1）控制系統(tǒng)CPU的檔次低檔數(shù)控系統(tǒng)一般采用8位CPU，中、高檔數(shù)控系統(tǒng)采用16位或64位的CPU，現(xiàn)在有些CNC裝置已采用64位的CPU。（2）分辨率和進(jìn)給速度分辨率為位移檢測(cè)裝置所能檢測(cè)到的最小位移單位，分辨率越小，則檢測(cè)精度越高。它取決于檢測(cè)裝置的類(lèi)型和制造精度。一般認(rèn)為，分辨率為10m，進(jìn)給速度為810m/min是低檔數(shù)控機(jī)床；分辨率為1m，進(jìn)給速度為1020m/min是中檔數(shù)控機(jī)床；分辨率為0.1m，進(jìn)給速度為1520m/min是高檔數(shù)控機(jī)床。通常分辨率應(yīng)比機(jī)床所要求的加工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。（3）伺服系統(tǒng)類(lèi)型 一般采用開(kāi)環(huán)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)的為低檔數(shù)控機(jī)床；中、高檔數(shù)控機(jī)床則采用半閉環(huán)或閉環(huán)的直流伺服或交流伺服系統(tǒng)。（4）坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)也是常用區(qū)分機(jī)床檔次的一個(gè)標(biāo)志。按同時(shí)控制的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，可分為2軸聯(lián)動(dòng)、3軸聯(lián)動(dòng)、2.5軸聯(lián)動(dòng)（任一時(shí)刻3軸中只能實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，另一軸則是點(diǎn)位或直線控制）、4軸聯(lián)動(dòng)、5軸聯(lián)動(dòng)等。低檔數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)一般不超過(guò)2軸；中、高檔的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)則為35軸。（5）通信功能低檔數(shù)控系統(tǒng)一般無(wú)通信能力；中檔數(shù)控系統(tǒng)可以有RS-232C或直接（DirectNumerical Control，簡(jiǎn)稱(chēng)DNC）接口；高檔數(shù)控系統(tǒng)還可以有制造自動(dòng)化協(xié)議（Manufacturing Automation Protocol，簡(jiǎn)稱(chēng)MAP）通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能。（6）顯示功能低檔數(shù)控系統(tǒng)一般只有簡(jiǎn)單的數(shù)碼管顯示或單色CRT字符顯示；中檔數(shù)控系統(tǒng)則有較齊全的CRT顯示，不僅有字符，而且有二維圖形、人機(jī)對(duì)話、狀態(tài)和自診斷等功能；高檔數(shù)控系統(tǒng)還可以有三維圖形顯示、圖形編輯等功能。5按所用數(shù)控裝置的構(gòu)成方式分類(lèi)按所用數(shù)控裝置的構(gòu)成方式不同，可分為硬線數(shù)控系統(tǒng)和軟線數(shù)控系統(tǒng)。（1）硬線數(shù)控系統(tǒng)硬線數(shù)控系統(tǒng)使用硬線數(shù)控裝置，它的輸入處理、插補(bǔ)運(yùn)算和控制功能，都由專(zhuān)用的固定組合邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同功能的機(jī)床，其組合邏輯電路也不相同。改變或增減控制、運(yùn)算功能時(shí)，需要改變數(shù)控裝置的硬件電路。因此該系統(tǒng)通用性和靈活性差，制造周期長(zhǎng)，成本高。20世紀(jì)70年代初期以前的數(shù)控機(jī)床基本是屬于這種類(lèi)型。（2）軟線數(shù)控系統(tǒng)軟線數(shù)控系統(tǒng)也稱(chēng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，它使用軟線數(shù)控裝置。這種數(shù)控裝置的硬件電路由小型或微型計(jì)算機(jī)再加上通用或?qū)Ｓ玫拇笠?guī)模集成電路制成，數(shù)控機(jī)床的主要功能幾乎全部由系統(tǒng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以不同功能的數(shù)控機(jī)床其系統(tǒng)軟件也就不同，而修改或增減系統(tǒng)功能時(shí)，也不需要改動(dòng)硬件電路，只需要改變系統(tǒng)軟件。因此，該系統(tǒng)具有較高的靈活性，同時(shí)由于硬件電路基本是通用的，這就有利于大量生產(chǎn)、提高質(zhì)量和可靠性、縮短制造周期和降低成本。20世紀(jì)70年代中期以后，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，以及集成電路的集成度不斷提高，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)才得到不斷發(fā)展和提高，目前幾乎所有的數(shù)控機(jī)床都采用軟線數(shù)控系統(tǒng)。1.4 數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用1數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床是一種機(jī)電一體化的高效自動(dòng)機(jī)床，它具有以下加工特點(diǎn)。（1）具有廣泛的適應(yīng)性和較高的靈活性數(shù)控機(jī)床更換加工對(duì)象，只需要重新編制和輸入加工程序即可實(shí)現(xiàn)加工；在某些情況下，甚至只要修改程序中部分程序段或利用某些特殊指令就可實(shí)現(xiàn)加工（例如利用縮放功能指令就可實(shí)現(xiàn)加工形狀相同尺寸不同的零件）。這為單件、小批量多品種生產(chǎn)，產(chǎn)品改型和新產(chǎn)品試制提供了極大的方便，大大縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備及試制周期。（2）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定由于數(shù)控機(jī)床采用了數(shù)字伺服系統(tǒng)，數(shù)控裝置每輸出一個(gè)脈沖，通過(guò)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)使機(jī)床產(chǎn)生相應(yīng)的位移量（稱(chēng)為脈沖當(dāng)量），可達(dá)0.11m；機(jī)床傳動(dòng)絲杠采用間歇補(bǔ)償，螺距誤差及其傳動(dòng)誤差可由閉環(huán)系統(tǒng)加以控制，因此數(shù)控機(jī)床能達(dá)到較高的加工精度。例如普通精度加工中心，定位精度一般可達(dá)到每300mm長(zhǎng)度誤差不超過(guò)（0.0050.008）mm，重復(fù)精度可達(dá)到0.001mm。另外，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性和熱穩(wěn)定性都較好，制造精度能保證；其自動(dòng)加工方式避免了操作者的人為操作誤差，加工質(zhì)量穩(wěn)定，合格率高，同批加工的零件幾何尺寸一致性好。數(shù)控機(jī)床能實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)，可以加工普通機(jī)床很難加工甚至不可能加工的復(fù)雜曲面。（3）加工生產(chǎn)率高在數(shù)控機(jī)床上可選擇最有利的加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多道工序連續(xù)加工；也可實(shí)現(xiàn)多機(jī)看管。由于采用了加速、減速措施，使機(jī)床移動(dòng)部件能快速移動(dòng)和定位，大大節(jié)省可加工過(guò)程中的空程時(shí)間。（4）可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效率雖然數(shù)控機(jī)床分?jǐn)偟矫總€(gè)零件上的設(shè)備費(fèi)（包括折舊費(fèi)、維修費(fèi)、動(dòng)力消耗費(fèi)等）較高，但生產(chǎn)效率高，單件、小批量生產(chǎn)時(shí)節(jié)省輔助時(shí)間（如畫(huà)線、機(jī)床調(diào)整、加工檢驗(yàn)等），節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用。數(shù)控機(jī)床加工精度穩(wěn)定，減少?gòu)U品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低。2數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的性能特點(diǎn)決定了它的應(yīng)用范圍。對(duì)于數(shù)控加工，可按適應(yīng)程度將加工對(duì)象大致分為3類(lèi)。（1）最適應(yīng)類(lèi)加工精度要求高，形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是具有復(fù)雜曲線、曲面輪廓的零件，或具有不開(kāi)暢內(nèi)腔的零件。這類(lèi)零件用通用機(jī)床很難加工，很難檢測(cè)，質(zhì)量也難保證。必須在一次裝夾中完成銑、鉆、絞、锪或攻絲等多道工序的零件。（2）較適應(yīng)類(lèi)價(jià)格昂貴，毛坯獲得困難，不允許報(bào)廢的零件。這類(lèi)零件在普通機(jī)床上加工時(shí)，有一定難度，受機(jī)床的調(diào)整、操作人員的精神、工作狀態(tài)等多種因素影響，容易產(chǎn)生次品或廢品。為可靠起見(jiàn)，可選擇在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工。在通用機(jī)床上加工生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量難穩(wěn)定控制的零件。用于改型比較、供性能測(cè)試的零件（它們要求尺寸一致性好）；多品種、多規(guī)格、單件小批量生產(chǎn)的零件。（3）不適應(yīng)類(lèi)利用毛坯作為粗基準(zhǔn)定位進(jìn)行加工或定位完全需要人工找正的零件。數(shù)控機(jī)床無(wú)在線檢測(cè)系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)調(diào)整零件位置坐標(biāo)的情況下，加工余量很不穩(wěn)定的零件。必須用特定的工藝裝備，或依據(jù)樣板、樣件加工的零件或加工內(nèi)容。需大批量生產(chǎn)的零件。隨著數(shù)控機(jī)床性能的提高、功能的完善和成本的降低，隨著數(shù)控加工用的刀具、輔助用具的性能不斷改善提高和數(shù)控加工工藝的不斷改進(jìn)，利用數(shù)控機(jī)床高自動(dòng)化、高精度、工藝集中的特性，將數(shù)控機(jī)床用于大批量生產(chǎn)的情況逐漸多起來(lái)。因此，適應(yīng)性是相對(duì)的，會(huì)隨著科技的發(fā)展而發(fā)生變化。1.5 先進(jìn)制造技術(shù)21世紀(jì)，人類(lèi)邁入了一個(gè)知識(shí)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)代，傳統(tǒng)的制造技術(shù)以及制造模式正在發(fā)生質(zhì)的飛躍，先進(jìn)制造技術(shù)在制造業(yè)中開(kāi)始逐步被應(yīng)用，推動(dòng)制造業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，開(kāi)始逐步被應(yīng)用的先進(jìn)制造技術(shù)包括快速原型法、虛擬制造技術(shù)、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)等。1快速原型法隨著需求的多樣化與產(chǎn)品生命周期的變短，使零件與產(chǎn)品的批量減小、交貨期縮短，為適應(yīng)市場(chǎng)的這種變化，國(guó)外在20世紀(jì)80年代后期在CADCAM、數(shù)據(jù)處理、CNC、激光傳感技術(shù)充分發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展出一種全新概念的先進(jìn)的零件原型制造技術(shù)快速原型制造，即“疊層制造”技術(shù)?？焖僭头ǎㄓ址Q(chēng)快速成形法），它與虛擬制造技術(shù)一起，被稱(chēng)為未來(lái)制造業(yè)中的兩大支柱。（1）快速原型法基本原理快速原型法是綜合運(yùn)用CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光加工技術(shù)和材料技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到三維實(shí)體原型制造一體化的系統(tǒng)技術(shù)。它采用軟件離散化材料堆積的原理實(shí)現(xiàn)零件的成形?？焖僭椭圃煸砣鐖D1-9所示。圖1-9 快速原型制造原理其具體過(guò)程如下：采用CAD軟件設(shè)計(jì)出零件的三維曲面或?qū)嶓w模型；如已有零件的話從零件實(shí)樣掃描得到三維輪廓數(shù)據(jù)。根據(jù)工藝要求，按照一定的厚度在某坐標(biāo)方向（如Z向）對(duì)生成的CAD模型進(jìn)行切面分層，生成各個(gè)截面的二維平面信息。每層厚度可為0.050.5mm，一般用適中的0.1mm左右，以保證原型足夠光潔并足夠快速。對(duì)層面信息進(jìn)行工藝處理，選擇加工參數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成刀具移動(dòng)軌跡和數(shù)控加工代碼。對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行仿真，確認(rèn)數(shù)控代碼的正確性。利用數(shù)控裝置精確控制激光束或其他工具的運(yùn)動(dòng)，在當(dāng)前的工作層（二維）上采用輪廓掃描，加工出適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤?。鋪上一層新的成形材料，進(jìn)行下一次的加工，直到整個(gè)零件加工完畢。可以看出，快速成形過(guò)程是由三維到二維（軟件離散化），再由二維到三維（材料堆積）的工作過(guò)程?？焖僭头ú粌H可用于原始設(shè)計(jì)中快速生成零件實(shí)物，也可用來(lái)快速?gòu)?fù)制實(shí)物（包括對(duì)其放大、縮小、修改）。（2）快速原型技術(shù)的主要工藝方法光固化立體成形制造法（LSL法）LSL法是以各類(lèi)樹(shù)脂為成形材料，以氦鎘激光器為能源，以樹(shù)脂受熱固化為特征的快速成形方法。實(shí)體分層制造法（LOM法）LOM法是以片材（如制片、塑料薄膜或復(fù)合材料）為材料，利用CO2激光器為能源，用激光束切割片狀的邊界，形成某一層的輪廓，各層間的粘接利用加熱、加壓的方法，最后形成零件的形狀。該方法取材廣泛，成本低。選擇性激光燒結(jié)制造法（SLS法）SLS法是采用各種粉末（金屬、陶瓷、臘粉和塑料等）為材料，利用滾子鋪粉，用CO2高功率激光器對(duì)粉末進(jìn)行加熱直到燒結(jié)成塊，利用該方法可以加工出能直接使用的金屬件。溶融沉積制造法（FDM法）FDM法是采用蠟絲為原料，利用電加熱方式將蠟絲熔化成蠟液，蠟液由噴嘴噴到指定的位置固定，一層層地加工出零件。該方法污染小，材料可以回收。（3）快速原型法的特點(diǎn)快速原型法的特點(diǎn)如下：l 適合于形狀復(fù)雜的、不規(guī)則零件的加工。l 減少對(duì)熟練技術(shù)工人的要求。l 下腳料沒(méi)有或極少，是一種環(huán)保型的制造技術(shù)。l 成功地解決了CAD中三維造型“看得見(jiàn)，摸不著”的問(wèn)題。l 系統(tǒng)柔性高，只需修改CAD模型就可生成不同形狀的零件。l 技術(shù)集成，設(shè)計(jì)制造一體化。l 具有廣泛的材料適應(yīng)性。l 不需要專(zhuān)門(mén)的工裝夾具和模具，縮短了新產(chǎn)品的試制時(shí)間。因此，快速原型法主要適用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，快速單件及小批量零件制造，形狀復(fù)雜零件的制造，模具設(shè)計(jì)與制造以及難加工材料零件的加工制造。2虛擬制造技術(shù)虛擬制造技術(shù)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為前提，對(duì)企業(yè)的全部生成、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)進(jìn)行建模，并在計(jì)算機(jī)上“虛擬”地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)加工制造、計(jì)劃制定、生成調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理、成本財(cái)務(wù)管理、質(zhì)量管理甚至市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)等在內(nèi)的全部企業(yè)功能，在求得系統(tǒng)的最佳運(yùn)行參數(shù)后，再據(jù)此實(shí)現(xiàn)企業(yè)的物理運(yùn)行。虛擬制造包括設(shè)計(jì)過(guò)程的仿真、加工過(guò)程