數(shù)控機(jī)床構(gòu)造概述

第一章數(shù)控機(jī)床概述1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念1.3數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理1.4數(shù)控機(jī)床的分類1.5數(shù)控機(jī)床的持點(diǎn)1.6數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)與功能1.7數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展過程1946年誕生了世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)，它為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。六年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展，如圖1-1所示。1.數(shù)控(NC)階段(1952-1970年)早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，這對當(dāng)時的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路制成一臺機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控(HARD-WIREDNC)，簡稱為數(shù)控(NC)。下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即：

1952年的第一代一電子管數(shù)控機(jī)床；

1959年的第二代一晶體管數(shù)控機(jī)床；

1965年的第三代一集成電路數(shù)控機(jī)床。2.計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段(1970至今)

到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)，其運(yùn)算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，這比邏輯電路專用計(jì)算機(jī)成本低、可靠性高。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段。

1971年，美國Intel公司首次將計(jì)算機(jī)的兩個最核心的部件一運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器(MICRO-PROCES-SOR），又稱中央處理單元(簡稱CPU)。1974年，微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有多余，不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理，而且，當(dāng)時的小型計(jì)算機(jī)可靠性也不理想。雖然早期的微處理器速度和功能都還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。因?yàn)槲⑻幚砥魇峭ㄓ糜?jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。到了1990年，PC機(jī)(個人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)稱微機(jī))的性能已發(fā)展到很高的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且PC機(jī)生產(chǎn)批量很大，價格便宜，可靠性高。因此，數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代，即：

1970年的第四代一小型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床；

1974年的第五代一微型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床；

1990年的第六代一基于PC機(jī)的數(shù)控機(jī)床。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它所覆蓋的領(lǐng)域如圖1-2所示。1.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理淪等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，它的性能日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。同時，為了滿足市場和科技發(fā)展的需要，數(shù)控技術(shù)及其裝備正朝著下述幾個方向發(fā)展:上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展1.高速、高效、高精度和高可靠性高速、高效和高精度是機(jī)械加工的目標(biāo)。要提高加工效率，首先必須提高切削和進(jìn)給速度，同時還要縮短加工時間；要確保加工質(zhì)量，必須提高機(jī)床部件運(yùn)動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。(1)高速：參考下面的指標(biāo)上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展①主軸轉(zhuǎn)速：機(jī)床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電動機(jī))，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min。②進(jìn)給速度：它是指快速移動速度的高速化和切削進(jìn)給速度的高速化。目前CNC裝置所具有的最高進(jìn)給速度為：1μm脈沖當(dāng)量時，100m/min；0.01μm脈沖當(dāng)量時,240m/min，且可獲得復(fù)雜型面的精確加工。③運(yùn)算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運(yùn)算速度的極大提高，使得當(dāng)分辨率為0.1μm,0.01μm時仍能獲得高達(dá)24~240m/min的進(jìn)給速度。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展④換刀速度：目前國外先進(jìn)加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達(dá)0.5s。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計(jì)成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展(2)高效依靠快速、準(zhǔn)確的數(shù)字量傳遞技術(shù)，對高性能的機(jī)床執(zhí)行部件進(jìn)行高精密度、高響應(yīng)速度的實(shí)時處理，現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床自動換刀時間最短可達(dá)0.5s以內(nèi)，采用新的刀庫和換刀機(jī)械手，使選刀動作更快速、可靠；采用各種形式的交換工作臺，使裝卸工件的時間縮短；采用快換夾具，刀具裝置以及實(shí)現(xiàn)對工件原點(diǎn)快速確定等，縮短時間定額，實(shí)現(xiàn)高效化。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展(3)高精度從精密加工發(fā)展到超精密加工(特高精度加工)，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(<10nm)，其應(yīng)用范圍口趨廣泛。超精密加工主要包括：超精密切削(車、銑)、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工(三束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。近10多年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由±10μm提高到±5μm,精密級加工中心的加工精度則從±3-5μm，提高到±1-1.5μm。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控控機(jī)機(jī)的的產(chǎn)產(chǎn)生生與與發(fā)發(fā)展展(4)高可可靠靠性性高可可靠靠性性是是指指數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)的的可可靠靠性性要要高高于于被被控控設(shè)設(shè)備備的的可可靠靠性性在在一一個個數(shù)數(shù)量量級級以以上上，，但但也也不不是是可可靠靠性性越越高高越越好好，，仍仍然然是是適適度度可可靠靠。。因因?yàn)闉樯躺唐菲肥苁苄孕詢r價比比約約束束。。對對于于每每天天工工作作兩兩班班的的無無人人工工廠廠而而言言，，如如果果要要求求在在16小時時內(nèi)內(nèi)連連續(xù)續(xù)正正常常工工作作，，無無故故障障率率P(t)=99%以上上的的話話，，則則，，數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的平均均無無故故障障運(yùn)運(yùn)行行時時間間MTBF就必必須須大大于于3000小時時，，（（對對于于由由不不同同數(shù)數(shù)量量的的數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床構(gòu)構(gòu)成成的的無無人人化化工工廠廠差差別別較較大大）），，如如果果只只對對一一臺臺數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床而而言言，，如如主主機(jī)機(jī)與與數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)的的失失效效率率之之比比為為10:1的話話（（注注：：數(shù)數(shù)控控的的可可靠靠比比主主機(jī)機(jī)高高一一個個數(shù)數(shù)量量級級））。。此此時時，，數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)的的MTBF就要要大大于于33333.3小時時，，而而其其中中的的數(shù)數(shù)控控裝裝置置、、主主軸軸及及驅(qū)驅(qū)動動等等的的MTBF就必必須須大大于于10萬小小時時。。上一一頁頁下一一頁頁返回回1.1數(shù)控控機(jī)機(jī)的的產(chǎn)產(chǎn)生生與與發(fā)發(fā)展展而目目前前，，國國外外數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)平平均均無無故故障障時時間間MTBF在7萬一一10萬小小時時以以上上，，國國產(chǎn)產(chǎn)數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)平平均均無無故故障障時時間間僅僅為為10000小時時左左右右，，國國外外整整機(jī)機(jī)平平均均無無故故障障工工作作時時間間達(dá)達(dá)800小時時以以上上，，而而國國內(nèi)內(nèi)最最高高只只有有300小時時。。上一一頁頁下一一頁頁返回回1.1數(shù)控控機(jī)機(jī)的的產(chǎn)產(chǎn)生生與與發(fā)發(fā)展展2.模塊塊化化、、智智能能化化、、柔柔性性化化和和集集成成化化(1)模塊塊化化、、專專門門化化與與個個性性化化為了了適適應(yīng)應(yīng)數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床多多品品種種、、小小批批量量的的特特點(diǎn)點(diǎn)，，機(jī)機(jī)床床結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)模模塊塊化化，，數(shù)數(shù)控控功功能能專專門門化化，，機(jī)機(jī)床床性性能能價價格格比比顯顯著著提提高高并并加加快快優(yōu)優(yōu)化化。。個個性性化化是是近近幾幾年年來來數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床特特別別明明顯顯的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢。。(2)智能能化化智能能化化包包括括在在數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的各各個個方方面面，，具具體體體體現(xiàn)現(xiàn)在在：：為為追追求求加加工工效效率率和和加加工工質(zhì)質(zhì)量量方方面面的的智智能能化化，，如如加加工工過過程程自自適適應(yīng)應(yīng)控控制制技技術(shù)術(shù)，，加加工工參參數(shù)數(shù)的的智智能能優(yōu)優(yōu)化化與與選選擇擇；；為為提提高高驅(qū)驅(qū)動動性性能能及及使使用用連連接接方方便便方方面面的的智智能能化化，，如如前前饋饋控控制制、、電電動動機(jī)機(jī)參參數(shù)數(shù)的的自自適適應(yīng)應(yīng)運(yùn)運(yùn)算算、、自自動動識識別別負(fù)負(fù)載載自自動動選選定定模模型型、、自自整整定定等等；；簡簡化化編編程、、簡簡化化操操作作方方面面的的智智能能化化，，如如智智能能化化的的自自動動編編程程，，智智能能化化的的人人機(jī)機(jī)界界面面等等;智能能故故障障診診斷斷與與自自修修復(fù)復(fù)技技術(shù)術(shù)、、智智能能監(jiān)監(jiān)控控方方面面的的內(nèi)內(nèi)容容，，方方便便系系統(tǒng)統(tǒng)的的診診斷斷及及維維修修等等。。上一一頁頁下一一頁頁返回回1.1數(shù)控控機(jī)機(jī)的的產(chǎn)產(chǎn)生生與與發(fā)發(fā)展展(3)柔性性化化和和集集成成化化數(shù)控控機(jī)機(jī)床床向向柔柔性性化化發(fā)發(fā)展展的的趨趨勢勢是是：：從從點(diǎn)點(diǎn)(數(shù)控控單單機(jī)機(jī)、、加加工工中中心心和和數(shù)數(shù)控控復(fù)復(fù)合合加加工工機(jī)機(jī)床床)、線線(FMC,FMS,FTI,FMI)向面面(工段段車車間間獨(dú)獨(dú)立立制制造造島島、、FA)、體體(CIMS、分分布布式式網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)集集成成制制造造系系統(tǒng)統(tǒng))的方方向向發(fā)發(fā)展展，，另一一方方面面，，向向注注重重應(yīng)應(yīng)用用性性和和經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)性性方方向向發(fā)發(fā)展展。。柔柔性性自自動動化化技技術(shù)術(shù)是是制制造造業(yè)業(yè)適適應(yīng)應(yīng)動動態(tài)態(tài)市市場場需需求求及及產(chǎn)產(chǎn)品品迅迅速速更更新新的的主主要要手手段段，，是是各各國國制制造造業(yè)業(yè)發(fā)發(fā)展展的的主主流流趨趨勢勢，，是是先先進(jìn)進(jìn)制制造造領(lǐng)領(lǐng)域域的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)技技術(shù)術(shù)。。重點(diǎn)點(diǎn)：：以提提高高可可靠靠性性、、實(shí)實(shí)用用化化為為前前提提，，以以易易于于聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)和和集集成成為為目目標(biāo)標(biāo)；；注注重重加加強(qiáng)強(qiáng)單單元元技技術(shù)術(shù)的的開開拓拓、、完完善善；；CVC單機(jī)機(jī)向向高高精精度度、、高高速速度度和和高高柔柔性性方方向向發(fā)發(fā)展展；；數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床及及其其構(gòu)構(gòu)成成柔柔性性制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)能能方方便便地地與與(CAD,CAM,CAPP,MTS聯(lián)結(jié)結(jié)，，向向信信息息集集成成方方向向發(fā)發(fā)展展；；網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)系系統(tǒng)統(tǒng)向向開開放放、、集集成成和和智智能能化化方方向向發(fā)發(fā)展展。。上一一頁頁下一一頁頁返回回1.1數(shù)控控機(jī)機(jī)的的產(chǎn)產(chǎn)生生與與發(fā)發(fā)展展3.開放放性性由于于數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)生生產(chǎn)產(chǎn)廠廠家家技技術(shù)術(shù)的的保保密密，，傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)是是一一種種專專用用封封閉閉式式系系統(tǒng)統(tǒng)，，各各個個廠廠家家的的產(chǎn)產(chǎn)品品之之間間以以及及與與通通用用計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)之之間間不不兼兼容容，，維維修修、、升升級級困困難難，，難難以以滿滿足足市市場場對對數(shù)數(shù)控控技技術(shù)術(shù)的的需需求求，，為為適適應(yīng)應(yīng)數(shù)數(shù)控控進(jìn)進(jìn)線線、、聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)、、普普及及型型、、個個性性化化、、多多品品種種、、小小批批量量、、柔柔性性化化及及數(shù)數(shù)控控迅迅速速發(fā)發(fā)展展的的要要求求，，最最重重要要的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢是是體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的開開放放性性，，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)生生產(chǎn)產(chǎn)開開放放式式的的數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)，，開開放放式式數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)，，具具有有標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化的的人人機(jī)機(jī)界界面面和和編編程程語語言言，，軟軟、、硬硬件件兼兼容容，，維維修修方方便便，，如如圖1-3所示為開開放式數(shù)數(shù)榨裝置置的概念念結(jié)構(gòu)。。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的的產(chǎn)生與與發(fā)展目前，國國內(nèi)外對對開放式式數(shù)控系系統(tǒng)研究究如下：：例如，美美國在20世紀(jì)90年代初提提出了開開發(fā)下一一代控制制器的計(jì)計(jì)劃NGC(VextGenerationController)，以后又又提出了了OMAC(OpcnModulararchitectureController)一劃，歐歐洲在20世紀(jì)90年代初開開始OSACA(OpenSystemarchitectureforControlswithinautomationsystem)計(jì)劃，以以及目前前正發(fā)展展的基于于PC的開放式式數(shù)控系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)(PC嵌入CNC型,CNC嵌入PC型、全軟軟件CVC型)等。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的的產(chǎn)生與與發(fā)展4.新一代數(shù)數(shù)控加工工工藝與與裝備為適應(yīng)制制造自動動化的發(fā)發(fā)展，向向FMC，F(xiàn)MS和CIMS提供基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)備，，要求數(shù)數(shù)字控制制制造系系統(tǒng)不僅僅能完成成通常的的加工功功能，而而且還要要具備自自動測量量、自動動上下料料、自動動換刀、、自動更更換主軸軸頭(有時帶坐坐標(biāo)變換換)、自動誤誤差補(bǔ)償償、自動動診斷、、進(jìn)線和和聯(lián)網(wǎng)等等功能，，廣泛地地應(yīng)用于于機(jī)器人人和物流流系統(tǒng)，，出現(xiàn)了了數(shù)控技技術(shù)的并并聯(lián)化和和網(wǎng)絡(luò)化化。圍繞數(shù)控控技術(shù)、、制造過過程技術(shù)術(shù)在快速速成型、、并聯(lián)機(jī)機(jī)構(gòu)機(jī)床床、機(jī)器器人化機(jī)機(jī)床、多多功能機(jī)機(jī)床等整整機(jī)方面面和高速速電主軸軸、直線線電動機(jī)機(jī)、軟件件補(bǔ)度等等單元技技術(shù)方面面先后有有所突破破。并聯(lián)聯(lián)桿系結(jié)結(jié)構(gòu)的新新型數(shù)控控機(jī)床實(shí)實(shí)用化，，如圖1-4所示為并并聯(lián)機(jī)床床。以計(jì)計(jì)算機(jī)輔輔助管理理和工程程數(shù)據(jù)庫庫、因特特網(wǎng)等為為主體的的制造信信息支上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的的產(chǎn)生與與發(fā)展持技術(shù)和和智能化化決策系系統(tǒng)。對對機(jī)械加加工中海海量信息息進(jìn)行存存儲和實(shí)時理。。應(yīng)用數(shù)數(shù)字化網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)術(shù)，使機(jī)機(jī)械加工工整個系系統(tǒng)趨于于資源合理支配配并高效效地應(yīng)用用。國內(nèi)內(nèi)外一些些著名數(shù)數(shù)控機(jī)床床和數(shù)控控系統(tǒng)制造公司司都在近近幾年推推出了相相關(guān)的新新概念和和樣機(jī)，，例如：：日本山山心，日日本大隈(Okuma)機(jī)床公司司展出的的信息技技術(shù)廣場場(IT廣場)，德國西西門子(Siemens)公司展出出的開放放制造環(huán)環(huán)境(OME)等，反映映了數(shù)控控機(jī)床加加工向網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化方方向的發(fā)發(fā)展趨勢勢?？傊?，新新一代數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)技術(shù)水水平大大大提高，，促進(jìn)了了數(shù)控機(jī)機(jī)床性能能向高精精度、高高速度、、高柔性性化方向向發(fā)展，，機(jī)械加加工向虛虛擬制造造方向發(fā)發(fā)展，使使現(xiàn)代加加工技術(shù)術(shù)水平不不斷提高高。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的的產(chǎn)生與與發(fā)展1.1.3各國數(shù)控控機(jī)床的的發(fā)展?fàn)顮顩r美國、德德國、日日本三國國是當(dāng)今今世界上上在數(shù)控控機(jī)床科科研、設(shè)設(shè)計(jì)、制制造和使使用上技技術(shù)最先先進(jìn)、經(jīng)經(jīng)驗(yàn)最多多的國家家。因其其社會條條件不同同，各有有特點(diǎn)。。(1)美國的數(shù)數(shù)控發(fā)展展史美國政府府重視機(jī)床工業(yè)業(yè)，美國國國防部部等部門門因其軍軍事方面面的需求求而不斷斷提出機(jī)機(jī)床的發(fā)發(fā)展方向向、科研研任務(wù)，，并且提提供充足足的經(jīng)費(fèi)費(fèi)，且網(wǎng)網(wǎng)羅世界界人才，，特別講講究“效效率”和和“創(chuàng)新新”，注注重基礎(chǔ)礎(chǔ)科研。。因而在在機(jī)床技技術(shù)上不不斷創(chuàng)新新。如1952年研制出出世界第第一臺數(shù)數(shù)控銑床床，1958年研制出出加工中中心，20世紀(jì)70年代初研研制成柔柔性制造造系統(tǒng)(FMS),1987年首創(chuàng)開開放式數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)等。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的的產(chǎn)生與與發(fā)展由于美國國首先結(jié)結(jié)合汽車車、軸承承生產(chǎn)需需求，充充分發(fā)展展了大批批量生產(chǎn)產(chǎn)自動化化所需的的自動線線，而且且電子、、計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)在在世界上上領(lǐng)先，，因此，，其數(shù)控控機(jī)床的的主機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)、制制造及數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)基礎(chǔ)扎扎實(shí)，且且一貫重重視科研研和創(chuàng)新新，故其其高性能數(shù)數(shù)控機(jī)床床技術(shù)在在世界也也一直領(lǐng)領(lǐng)先。當(dāng)今美國國生產(chǎn)宇宇航等使使用的高高性能數(shù)數(shù)控機(jī)床床，其存存在的教教訓(xùn)是，，偏重于于基礎(chǔ)科科研，忽忽視應(yīng)用用技術(shù)，，且在20世紀(jì)80年代政府府一度放放松了引引導(dǎo)，致致使數(shù)控控機(jī)床產(chǎn)產(chǎn)量增加加緩慢，，于1982年被后進(jìn)進(jìn)的日本本超過，，并大量量進(jìn)口。。從20世紀(jì)90年代起，，糾正過過去偏向向，數(shù)控控機(jī)床技技術(shù)上轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向?qū)嵱糜?，產(chǎn)量量又逐漸漸上升。。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的的產(chǎn)生與與發(fā)展(2)德國的數(shù)數(shù)控發(fā)展展史德國政府府一貫重視視機(jī)床工業(yè)業(yè)的重要要戰(zhàn)略地地位，在在多方面面大力扶扶植。于于1956年研制出出第一臺臺數(shù)控機(jī)機(jī)床后，，德國特特別注重重科學(xué)試試驗(yàn)，理理淪與實(shí)實(shí)際相結(jié)結(jié)合，基基礎(chǔ)科研研與應(yīng)用用技術(shù)科科研并重重。企業(yè)業(yè)與大學(xué)學(xué)科研部部門緊密密合作，，對數(shù)控控機(jī)床的的共性和和特性問問題進(jìn)行行深入的的研究，，在質(zhì)量量上精益益求精。。德國的數(shù)數(shù)控機(jī)床床質(zhì)量及及性能良良好、先先進(jìn)實(shí)用用、貨真真價實(shí)，，出口遍遍及世界界，尤其其是大型型、重型型、精密密數(shù)控機(jī)機(jī)床。德德國特別別重視數(shù)數(shù)控機(jī)床床主機(jī)及及配套件件的先進(jìn)進(jìn)實(shí)用，，其機(jī)、、電、液液、氣、、光、刀刀具、測測量、數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)、各種種功能部部件，在在質(zhì)量、、性能上上居世界界前列。。如西門門子公司司的數(shù)控控系統(tǒng)，，均為世世界聞名名，竟相相采用。。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的的產(chǎn)生與與發(fā)展(3)日本的數(shù)數(shù)控發(fā)展展史日本政府府對機(jī)床床工業(yè)的的發(fā)展異常重視視，通過規(guī)規(guī)劃、法法規(guī)(如“機(jī)振振法”““機(jī)電法法”“機(jī)機(jī)信法””等)引導(dǎo)發(fā)展展。在重重視人才才及機(jī)床床元部件件配套上上學(xué)習(xí)德德國，在在質(zhì)量管管理及數(shù)數(shù)控機(jī)床床技術(shù)上上學(xué)習(xí)美美國，結(jié)結(jié)果在有有些方面面青出出于藍(lán)而而勝于藍(lán)藍(lán)。自1958年研制出出第一臺臺數(shù)控機(jī)機(jī)床后，，1978年產(chǎn)量(7342臺)超過美國國(5688臺)，至今產(chǎn)產(chǎn)量、出出口量一一直居世世界首位位(2001年產(chǎn)量46604臺，出口口27409臺，占59%)。戰(zhàn)略上上先仿后后創(chuàng)，先先生產(chǎn)量量大而廣廣的中檔檔數(shù)控機(jī)機(jī)床，大大量出口口，占據(jù)據(jù)世界廣廣大市場場。在20世紀(jì)80年代開始始進(jìn)一步步加強(qiáng)科科研，向向高性能能數(shù)控機(jī)機(jī)床發(fā)展展。日本本FANUC公司戰(zhàn)略正確確，仿創(chuàng)結(jié)合合，針對性性地發(fā)展展市場所所需各種種低中高高檔數(shù)控控系統(tǒng)，，在技術(shù)術(shù)上領(lǐng)先先，在產(chǎn)產(chǎn)上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的的產(chǎn)生與與發(fā)展量上居世世界第一一。該公公司現(xiàn)有有職工3674人，科研研人員超超過600人，月產(chǎn)產(chǎn)能力7000套，銷售售額在世世界市場場上占50%，在日本本國內(nèi)約占7000，對加速速日本和和世界數(shù)數(shù)控機(jī)床床的發(fā)展展起了重重大的促促進(jìn)作用用。(4)我國的現(xiàn)現(xiàn)狀我國數(shù)控控技術(shù)的的發(fā)展起起步于20世紀(jì)勸年年代，通通過“六六五”期期間引進(jìn)進(jìn)數(shù)控技技術(shù)，““七五””期間組組織消化化吸收““科技攻攻關(guān)”，，我國數(shù)數(shù)控技術(shù)術(shù)和數(shù)控控產(chǎn)業(yè)取取得了相相當(dāng)大的的成績。。特別是是最近幾幾年，我我國數(shù)控控產(chǎn)業(yè)發(fā)發(fā)展迅速速，1998-2004年，國產(chǎn)產(chǎn)數(shù)控機(jī)機(jī)床產(chǎn)量量和消費(fèi)費(fèi)量的年年平均增增長率分分別為39.1%和34.900。盡管如如此，進(jìn)進(jìn)口機(jī)床床的發(fā)展展勢頭依依然強(qiáng)勁勁，從2002年開始，，中國連連上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機(jī)的的產(chǎn)生與與發(fā)展續(xù)三年成成為世界界機(jī)床消消費(fèi)第一一大國、、機(jī)床進(jìn)進(jìn)口第一一大國。。2004年中國機(jī)機(jī)床主機(jī)機(jī)消費(fèi)高高達(dá)95億美元，，國內(nèi)數(shù)數(shù)控機(jī)床床制造企企業(yè)，在在中高檔檔與大型型數(shù)控機(jī)機(jī)床的研研究開發(fā)發(fā)方面與與國外的的差距更更加明顯顯，70%以上的此此類設(shè)備備和絕大大多數(shù)的的功能部部件均依依賴進(jìn)口口。由此此可見，，國產(chǎn)數(shù)控控機(jī)床特特別是中中高檔數(shù)數(shù)控機(jī)床床仍然缺缺乏市場場竟?fàn)幜α?，究其原因因主要在在于國產(chǎn)產(chǎn)數(shù)控機(jī)機(jī)床的研研究開發(fā)發(fā)深度不不夠、制制造水平平依然落落后、服服務(wù)意識識與能力力欠缺、、數(shù)控系系統(tǒng)生產(chǎn)產(chǎn)應(yīng)用推推廣不力力及數(shù)控控人才缺缺乏等。。我們應(yīng)應(yīng)看清形形勢，認(rèn)認(rèn)識不足足，努力力發(fā)展先先進(jìn)技術(shù)術(shù)，加大大技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新與培培訓(xùn)服務(wù)務(wù)力度，，以縮短短與發(fā)達(dá)達(dá)國家之之間的差差距。上一頁返回1.2機(jī)床中有有關(guān)數(shù)控控的基本本概念1.數(shù)字控制制(NumericalControl)簡稱數(shù)控控，是一一種自動動控制技技術(shù)，是是用數(shù)字字化信號號對機(jī)床床的運(yùn)動動及其加加工過程程進(jìn)行控控制的一一種方法法。2.數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)(NumericalControlsystem)數(shù)控系統(tǒng)是一一種程序控制制系統(tǒng)，它能能邏輯地處理理輸入到系統(tǒng)統(tǒng)中具有特定定代碼的程序序，并將其澤澤碼，從而使使機(jī)床運(yùn)動并并加工零件。。即采用數(shù)字字控制的系統(tǒng)統(tǒng)。3.計(jì)算機(jī)數(shù)控系系統(tǒng)(ComputerNumericalControlsystem)計(jì)算機(jī)數(shù)控系系統(tǒng)是由裝有有數(shù)控系統(tǒng)程程序的專用計(jì)計(jì)算機(jī)、輸入入輸出設(shè)備、、可編程控制制器(PLC)、存儲器、主主軸驅(qū)動及進(jìn)進(jìn)給驅(qū)動裝置置等部分組成成。用計(jì)算機(jī)機(jī)控制實(shí)現(xiàn)數(shù)數(shù)控功能的系系統(tǒng)。下一頁返回1.2機(jī)床中有關(guān)數(shù)數(shù)控的基本概概念4.伺服驅(qū)動(ServoDrive)在數(shù)控機(jī)床上上，伺服驅(qū)動動的控制對象象通常是機(jī)床床坐標(biāo)軸的位位移(包括速度、方方向和位置)，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)是伺服電動動機(jī)，對輸入入指令信號進(jìn)進(jìn)行控制和功功率放大的是是伺服放大器器(又稱驅(qū)動器、、放大器、伺伺服單元等)，實(shí)際位移量量的檢測通過過檢測裝置進(jìn)進(jìn)行。伺服驅(qū)驅(qū)動的作用主主要是按照數(shù)數(shù)控裝置給定定的速度運(yùn)行行和給定的位位置定位。5.數(shù)控機(jī)床(VumcricalControlMachincTools)數(shù)控機(jī)床是用用數(shù)字指令進(jìn)進(jìn)行控制的機(jī)機(jī)床，機(jī)床的的所有運(yùn)動，，包括主運(yùn)動動、進(jìn)給運(yùn)動動與各種輔助助運(yùn)動都是用用輸入數(shù)控裝裝置的數(shù)字信信號來控制的的，其加工過過程可用如圖1-5所示的框圖來來描述。上一頁下一頁返回1.2機(jī)床中有關(guān)數(shù)數(shù)控的基本概概念6.數(shù)控技術(shù)(NumericalControltechnology)數(shù)控技術(shù)是用用數(shù)字量及字字符發(fā)出指令令并實(shí)現(xiàn)自動動控制的技術(shù)術(shù)。目前，計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)、柔性制造單單元(FMC)、柔性制造系系(FMS)、計(jì)算機(jī)集成成制造系統(tǒng)(CIMS),敏捷制造(AM)和智能制造(IM)等先進(jìn)制造技技術(shù)都建立在在數(shù)控技術(shù)基基礎(chǔ)上。上一頁下一頁返回1.2機(jī)床中有關(guān)數(shù)數(shù)控的基本概概念上一頁返回7.計(jì)算機(jī)輔輔助設(shè)計(jì)和制制造簡稱CAD/CAM，是是以計(jì)算機(jī)作作為主要技術(shù)術(shù)手段，處理理各種數(shù)字信信息與圖形信信息，輔助完完成從產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)到加工制制造整個過程程的各項(xiàng)活動動。模具CAD/CM技術(shù)術(shù)的主要特點(diǎn)點(diǎn)是：設(shè)計(jì)與與制造過程的的緊密聯(lián)系一一設(shè)計(jì)制造一一體化，其實(shí)實(shí)質(zhì)是設(shè)計(jì)和和制造造的綜綜合計(jì)算機(jī)化化，主要設(shè)計(jì)計(jì)與制造加工工的是各類模模具零件。目前這類軟件件較多，典型型的CAD/CAM軟件件主要有MasterCAM,CAXA-DEAS,UG,CATIA等等，其中我國國應(yīng)用較多的的有MasterCAM,CAXA、Pro/E,UG等軟件。。1.3數(shù)控機(jī)床的組組成與工作原原理1.3.1數(shù)控機(jī)床的組組成數(shù)控機(jī)床是利利用數(shù)控技術(shù)術(shù)，準(zhǔn)確地按按照事先編制制好的程序，，自動加工出出所需工件的的機(jī)電一體化化設(shè)備。在現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械制造造中，特別是是在航空、造造船、國防、、汽車模具及及計(jì)算機(jī)工業(yè)業(yè)中得到廣泛泛應(yīng)用。數(shù)控控機(jī)床通常是是由程序載體體、CNC裝置、伺服系系統(tǒng)、檢測與與反饋裝置、、輔助裝置、、機(jī)床本體組組成，如圖1-6所示。1.程序載體程序載體是用用于存取零件件加工程序的的裝置?？蓪⒘慵庸こ坛绦蛞砸欢ǖ牡母袷胶痛a碼(包括機(jī)床上刀刀具和零件的的相對運(yùn)動軌軌跡、工藝參參數(shù)和輔助運(yùn)運(yùn)動等)存儲在載體上上，程序載體體可以是磁盤盤、磁帶、硬硬盤和閃存卡卡等。下一頁返回1.3數(shù)控機(jī)床的組組成與工作原原理2.CNC裝置(又稱計(jì)算機(jī)數(shù)數(shù)控裝置)CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心，，它的組成包包括：微處理理器CPU、存儲器、局局部總線、外外圍邏輯電路路及與數(shù)控系系統(tǒng)其他組成成部分聯(lián)系的的接口及相應(yīng)應(yīng)控制軟件。。如圖1-7所示為CNC數(shù)控裝置組成成。CNC裝置的功能：：是接收從輸輸入裝置送來來的脈沖信號號；并將信號號通過數(shù)控裝裝置的系統(tǒng)軟軟件或邏輯電電路的編澤、、運(yùn)算和邏輯輯處理后，輸輸出各種信號號和控制指令令。在這些控控制指令中，，除了送給伺伺服系統(tǒng)的位位置和速度指指令外，還送送給輔助控制制裝置的機(jī)床床輔助動作指指令。最終控控制機(jī)床的各各部分，使其其按照規(guī)定的的、有序的動動作執(zhí)行。上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機(jī)床的組組成與工作原原理3.伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是CNC裝置和機(jī)床本本體的聯(lián)系環(huán)環(huán)節(jié)，其作用用：是把來自自CNC裝置的微弱指指令信號調(diào)解解、轉(zhuǎn)換、放放大后驅(qū)動伺伺服電動機(jī)，，通過執(zhí)行部部件驅(qū)動機(jī)床床移部件的運(yùn)運(yùn)動，使工作作臺精確定位位或使刀具和和工件及主軸軸按規(guī)定的軌軌跡運(yùn)動，最最后加工出符符合圖樣要求求的零件。它它的伺服精度度和動態(tài)響應(yīng)應(yīng)是影響數(shù)控控機(jī)床加工精精度、表面質(zhì)質(zhì)量和生產(chǎn)率率的重要因素素之一。伺服系統(tǒng)組成成包括：驅(qū)動動裝置和執(zhí)行行裝置兩大部部分。驅(qū)動裝置包括括：主軸伺服服單元(轉(zhuǎn)速控制)、進(jìn)給驅(qū)動單單元(位置和速度控控制)、回轉(zhuǎn)工作臺臺和刀庫伺服服控制裝置以以及它們相應(yīng)應(yīng)的伺服電動動機(jī)等。常用用的伺服電動動機(jī)有，步進(jìn)進(jìn)電動機(jī)、直直流伺服上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機(jī)床的組組成與工作原原理電動機(jī)和交流流伺服電動機(jī)機(jī)。伺服電動動機(jī)是系統(tǒng)的的執(zhí)行元件，，驅(qū)動控制系統(tǒng)則則是伺服電動動機(jī)的動力源源。數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)出的指令令信號與位置反饋饋信號比較后后作為位移指指令，再經(jīng)過過驅(qū)動系統(tǒng)的的功率放大后，驅(qū)驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過機(jī)機(jī)械傳動裝置置帶動工作臺臺或刀架運(yùn)動。4.檢測與反饋裝裝置與反饋裝置有有利于提高數(shù)數(shù)控機(jī)床加工工精度。它的的作用是:將機(jī)床導(dǎo)軌和和的位移量、、移動速度等等參數(shù)檢測出出來，通過模模數(shù)轉(zhuǎn)換變成成數(shù)字信號，，并反饋到數(shù)數(shù)控裝置中，，數(shù)控裝置根根據(jù)反饋回來來的信息進(jìn)行行判斷并發(fā)出出相應(yīng)的指令令，糾正所產(chǎn)產(chǎn)生的誤差。。常用的檢測測裝置有編碼碼器、光柵、、感應(yīng)同步器器、磁柵、霍霍爾上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機(jī)床的組組成與工作原原理檢測元件等。。如圖1-8所示為光電編編碼器。5.輔助裝置輔助裝置是把把計(jì)算機(jī)送來來的輔助控制制指令(M,S,T等)經(jīng)機(jī)床接口轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成強(qiáng)電信信號，用來控控制主軸電動動機(jī)啟停和變變速、冷卻液液的開關(guān)及分分度工作臺的的轉(zhuǎn)位和自動動換刀等動作作。它主要包包括儲備刀具具的刀庫、自自動換刀裝置置ATC(Auto-maticToolChanger)、自動托盤交交換裝置APC(AutomaticPalletchanger)、回轉(zhuǎn)工作臺臺、卡盤、工工件接收器、、對刀儀以及及液壓、氣動動、冷卻、潤潤滑、排屑裝裝置等，如圖1-9所示。6.機(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的本本體是指其機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體體。它是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)加工零件的的上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機(jī)床的組組成與工作原原理執(zhí)行部件，主主要有主運(yùn)動動部件(主軸、主運(yùn)動動傳動機(jī)構(gòu))、進(jìn)運(yùn)動部件(工作臺、拖板板及相應(yīng)的傳傳動機(jī)構(gòu))、支承件(床身、立柱等等)以及輔助裝置置等，如圖1-10所示。1.3.2數(shù)控機(jī)床的工工作原理用數(shù)控機(jī)床加加工零件時，，首先應(yīng)將加加工零件的幾幾何信息和工工藝信息編制制成加工程序序，由輸入裝裝置送入數(shù)控控系統(tǒng)中，經(jīng)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的處理、運(yùn)運(yùn)算，按各坐坐標(biāo)軸的分量量送到各軸的的驅(qū)動電路，，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、、放大進(jìn)行伺伺服電動機(jī)的的驅(qū)動，帶動動各軸運(yùn)動，，并進(jìn)行反饋饋控制，使刀刀具與工件及及其他輔助裝裝置嚴(yán)格地按按照加工程序序規(guī)定的順序序、軌跡和參參數(shù)有條不紊紊地工作，從從而加工出零零件的全部輪輪廓。如圖1-11所示為數(shù)控加加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換的工作原原理。上一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床的分分類目前，數(shù)控機(jī)機(jī)床品種齊全全，規(guī)格繁多多，為了便于于了解和研究究，可從不同同角度和按照照多種原則進(jìn)進(jìn)行分類。1.按工藝用途分分類數(shù)控機(jī)床按工工藝用途可分分為以下4類。1.切削加工類數(shù)數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控車車床(NCLathc)、數(shù)控銑床(NCMillingMachine)、數(shù)控鉆床(NCDrillingMachine)、數(shù)控撞床(NCBoringMachine)、數(shù)控平面磨磨床(NCSurfaceGrindingMachine)和加工中心(MachineCenter)等。如圖1-12(a),(b),(c),(d)所示。2.成型加工類數(shù)數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控折折彎機(jī)、數(shù)控控彎管機(jī)、數(shù)數(shù)控沖床、數(shù)數(shù)控轉(zhuǎn)頭壓力力機(jī)等。如圖1-13(a),(b)所示。下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床的分分類3.特種加工類數(shù)數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控電電火花線切割割機(jī)床、數(shù)控控電火花成型型機(jī)床、數(shù)控控激光切割機(jī)機(jī)床、數(shù)控激激光熱處理機(jī)機(jī)床、數(shù)控激激光板料成形形機(jī)床、數(shù)控控等離子切割割機(jī)等。如圖1-14(a),(b)、(c)所示。4.其他類型數(shù)控控機(jī)床主要有數(shù)控三三坐標(biāo)測量機(jī)機(jī)、數(shù)控裝配配機(jī)、機(jī)器人人等。如圖1-15(a),(b)所示。上一頁下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床的分分類1.4.2按機(jī)床運(yùn)動軌軌跡分類1.點(diǎn)位控制數(shù)控控機(jī)床特點(diǎn)：只控制制運(yùn)動部件從從一個位置到到另一個位置置的準(zhǔn)確定位位，不管中間間的移動軌跡跡如何，在移移動的過程中中不進(jìn)行切削削加工，對兩兩點(diǎn)之間的移移動速度及運(yùn)運(yùn)動軌跡沒有有嚴(yán)格要求。。但通常為了了提高加工效效率，一般先先快速移動，，再慢速接近近終點(diǎn)。如圖1-16所示為點(diǎn)位控控制數(shù)控機(jī)床床加工示意圖圖。應(yīng)用：主要用用于平面內(nèi)的的孔系，主要要有數(shù)控鉆床床、數(shù)控坐標(biāo)標(biāo)撞床、數(shù)控控沖床等。隨隨著數(shù)控技術(shù)術(shù)的發(fā)展及價價格的降低，，單純用于點(diǎn)點(diǎn)位控制的數(shù)數(shù)控系統(tǒng)已不不多見。2.直線控制數(shù)控控機(jī)床特點(diǎn)：除了具具有控制點(diǎn)與與點(diǎn)之間的準(zhǔn)準(zhǔn)確定位功能能，還要保證證兩點(diǎn)之間按按直線運(yùn)動進(jìn)進(jìn)行切削加工工，刀具相對對于工件移動動的軌跡是平平行于機(jī)床各各坐標(biāo)軸的直直線或兩軸同同時上一頁下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床的分分類移動構(gòu)成45o的斜線。如圖1-17所示為直線控控制數(shù)控機(jī)床床加工示意圖圖。這類數(shù)數(shù)控機(jī)床主要要有：簡易的的數(shù)控車床、、數(shù)控銑床、、加工中心和和數(shù)控磨床等等。這種機(jī)床床的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)也稱為直線線控制數(shù)控系系統(tǒng)。同樣，，單純用于直直線控制的數(shù)數(shù)控機(jī)床也不不多見。3.輪廓控制數(shù)控控機(jī)床特點(diǎn)：能夠?qū)蓚€或兩個個以上的坐標(biāo)標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)續(xù)相關(guān)的控制制，不僅要控控制機(jī)床移動動部件的起點(diǎn)點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)，而且還要要控制整個加加工過程中每每一點(diǎn)的速度度和位移，也也即控制刀具具移動的軌跡跡，以加工出出任意斜線、、圓弧、拋物物線及其他函函數(shù)關(guān)系的曲曲線或曲面。。如圖1-18所示為輪廓控控制數(shù)控機(jī)床床加工示意圖圖。上一頁下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床的分分類這類數(shù)控機(jī)床床主要有：數(shù)數(shù)控車床、數(shù)數(shù)控銑床、數(shù)數(shù)控電火花線線切割機(jī)床和和加工中心等等。其相應(yīng)的的數(shù)控裝置稱稱為輪廓控制制數(shù)控系統(tǒng)，，根據(jù)它所控控制的聯(lián)動坐坐標(biāo)軸數(shù)不同同，又可以分分為下面幾種種形式:①二軸聯(lián)動:主要用于數(shù)控控車床加工回回轉(zhuǎn)曲面或數(shù)數(shù)控銑床加工工曲線柱面。。如圖1-19所示。②二軸半聯(lián)動動:主要用于三軸軸以上機(jī)床的的控制，其中中兩根軸可以以聯(lián)動，而另另外一根軸可可以做周期性性的點(diǎn)位或直直線控制。從從而實(shí)現(xiàn)三個個坐標(biāo)軸X,Y,Z內(nèi)的二維控制制。如圖1-20所示為采用這這種方式用行行切法加工三三維空間曲面面。上一頁下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床的分分類③三軸聯(lián)動:一般分為兩類類，一類就是是同時控制X,Y,Z三個直線坐標(biāo)標(biāo)軸聯(lián)動，比比較多的用于于數(shù)控銑床、、加工中心等等，如圖1-21所示用球頭銑銑刀銑切三維維空間曲面。。另一類是除除了同時控制制X,Y,Z中兩個直線坐坐標(biāo)外，還同同時控制圍繞繞其中某一直直線坐標(biāo)軸旋旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐坐標(biāo)軸。如車車削加工中心心，它除了縱縱向(Z軸)、橫向(X軸)兩個直線坐標(biāo)標(biāo)軸聯(lián)動外，，還需同時控控制圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的主軸軸(C軸)聯(lián)動。④四軸聯(lián)動:是指同時控制制X,Y,Z三個直線坐標(biāo)標(biāo)軸與某一旋旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)聯(lián)動，如圖1-22所示為同時控控制X,Y,Z三個直線坐標(biāo)標(biāo)軸與一個工工作臺回轉(zhuǎn)軸軸聯(lián)動的數(shù)控控機(jī)床。上一頁下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床的分分類⑤五軸聯(lián)動:是指除同時控控制X,Y,Z三個直線坐標(biāo)標(biāo)軸聯(lián)動外，，還同時控制制圍繞著這些些直線坐標(biāo)軸軸旋轉(zhuǎn)的A,B,C,坐標(biāo)軸中的兩兩個坐標(biāo)軸，，形成同時控控制五個軸聯(lián)聯(lián)動。這時刀刀具可以給定定在空間的任任意方向。如如圖1-23所示，比如控控制刀具同時時繞X軸和Y軸兩個方向擺擺動，使得刀刀具在其切削削點(diǎn)上始終保保持與被加工工的輪廓曲面面成法線方向向，以保證被被加工曲面的的光滑性，提提高其加工精精度和加工效效率，減小被被加工表面的的粗糙度，它它特別適合加加工透明葉片片、機(jī)翼等更更為復(fù)雜的空空間曲面。上一頁下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床的分分類1.4.3按伺服系統(tǒng)統(tǒng)控制方式式分類1.開環(huán)控控制數(shù)控機(jī)機(jī)床特點(diǎn)：是不帶測量反饋裝裝置，數(shù)控裝置置發(fā)出的指指令信號單單方向傳遞遞，故系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性好好。無位置反饋饋，所以精精度不高，，其精度主主要取決于于伺服驅(qū)動動系統(tǒng)的性性能。工作原理：如圖1-24。它是將控控制機(jī)床工工作臺或刀刀架運(yùn)動的的位移距離離、位移速速度、位移移方向和位位移軌跡等等參量通過過輸入裝置置輸入CNC裝置，CVC裝置置根據(jù)這些些參量指令令計(jì)算出進(jìn)進(jìn)給脈沖序序列(脈沖沖個數(shù)對應(yīng)應(yīng)位移距離離、脈沖頻頻率對應(yīng)位位移速度、、脈沖方向向?qū)?yīng)位移移方向、脈脈沖輸出的的次序?qū)?yīng)應(yīng)位移軌跡跡)，然后后對脈沖單單元進(jìn)行功功率放大，，形成驅(qū)動動裝置的控控制信號。。最后，由由驅(qū)動裝置置驅(qū)動工作作臺或刀架架按所要求求的速度、、軌跡、方方向和移動動距離，加加工出形狀狀、尺寸與與精度符合合要求的零零件。上一頁下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床床的分類開環(huán)控制數(shù)數(shù)控機(jī)床一一般由步進(jìn)電動機(jī)機(jī)作為伺服執(zhí)執(zhí)行元件。。具有運(yùn)行行平穩(wěn)、調(diào)調(diào)試方便、、維修簡單單、成本低低廉等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。在精度度和速度要要求不高、、驅(qū)動力矩矩不大的場場合得到廣廣泛應(yīng)用。。但由于步步進(jìn)電動機(jī)機(jī)的低頻共共振、失步步等原因，，使其應(yīng)用用逐漸減少少。在我國，經(jīng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控控機(jī)床一般般都采用開開環(huán)控制。。2.半閉環(huán)控制制數(shù)控機(jī)床床工作原理：如圖1-25所示，它是是從伺服電電動機(jī)或絲絲杠的端部部引出，通通過檢測電電動機(jī)和絲絲杠旋轉(zhuǎn)角角度來間接接檢測工作作臺的實(shí)際際位置或位位移。在半閉環(huán)環(huán)環(huán)路內(nèi)，不不包括或只只包括少少量機(jī)械傳傳動環(huán)節(jié)，，可得到較較穩(wěn)定的控控制性能。。上一頁下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床床的分類其系統(tǒng)穩(wěn)定定性介于開開環(huán)和閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)之間。另外，滾珠珠絲杠的螺螺距誤差和和齒輪輪或同步帶帶輪等引起起的運(yùn)動誤誤差難以消消除。因此此，其系統(tǒng)統(tǒng)精度介于開開環(huán)和閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)之間。但大部分分可用誤差差補(bǔ)償?shù)姆椒椒ㄏ?，，因而仍可可獲得滿意意的精度。。半閉環(huán)控制制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單、調(diào)調(diào)試方便、、精度較高高，因此，，在現(xiàn)代CNC機(jī)床中中得到了廣廣泛的應(yīng)用用。3.全閉環(huán)環(huán)控制數(shù)控控機(jī)床工作原理：如圖1-26，它是采樣樣點(diǎn)從機(jī)床床的運(yùn)動部部件上直接接引出，通通過采樣工工作臺運(yùn)動動部件的實(shí)實(shí)際位置，，即對實(shí)際際位置進(jìn)行行檢測，可可以消除整整個傳動環(huán)環(huán)節(jié)的誤差差和間隙，，因而具具有很高的的位置控制制精度。上一頁下一頁返回1.4數(shù)數(shù)控機(jī)床床的分類但是，由于于位置環(huán)內(nèi)內(nèi)的許多機(jī)機(jī)械環(huán)節(jié)的的摩擦特性性、剛性和和間隙都是是非線性的的，故很容容易造成系系統(tǒng)的不穩(wěn)穩(wěn)定，造成成調(diào)試?yán)щy難。這類系系統(tǒng)主要用于精精度要求很很高的鏜銑床、超精精車床和螺螺紋車床等等。1.4.4按數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)功能水平平分類數(shù)控機(jī)床按按數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)功能水平平可分為低低、中、高高三檔。如表1-1所示。上一頁返回1.5數(shù)數(shù)控機(jī)床床的持點(diǎn)1.5.1數(shù)控機(jī)床床的設(shè)計(jì)特特點(diǎn)①采用了高高性能的主主軸及伺服服傳動系統(tǒng)統(tǒng)，機(jī)械結(jié)結(jié)構(gòu)得到簡簡化，傳動動鏈較短;②為了使連連續(xù)性自動動化加工，，機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)具有較高高的動態(tài)剛剛度及耐磨磨性，熱變變形小;③更多的采采用高效率率、高精度度的傳動部部件，如滾滾珠絲杠、、直線滾動動導(dǎo)軌等;④加工中心心帶有刀庫庫、自動換換刀裝置;⑤采用輔助助裝置:冷冷卻、排屑屑、防護(hù)、、潤滑、儲儲運(yùn)等裝置置。下一頁返回1.5數(shù)數(shù)控機(jī)床床的持點(diǎn)2數(shù)控機(jī)床的的加工特點(diǎn)點(diǎn)：主主要有以下下幾個方面面:1.加工精度高高、質(zhì)量穩(wěn)穩(wěn)定數(shù)控機(jī)床是是按數(shù)字形形式給出的的指令進(jìn)行行加工的，，脈沖當(dāng)量量普遍達(dá)到到0.001mm，且傳動鏈鏈之間的間間隙得到了了有效補(bǔ)償償。同時數(shù)數(shù)控機(jī)床的的傳動裝置置與床身結(jié)結(jié)構(gòu)具有很很高的剛度度和熱穩(wěn)定定性，容易易保證零件件尺寸的一一致性。因因此，數(shù)控控機(jī)床不僅僅具有較高高的加工精精度，而且且質(zhì)量穩(wěn)定定。2.生產(chǎn)效率高高、經(jīng)濟(jì)效效益好數(shù)控機(jī)床加加工零件粗粗加工時，，可以進(jìn)行行大切削用用量的強(qiáng)力力切削，移移動部件的的空行程時時間短，工工件裝夾時時間短，更更換零件時時幾乎不需需要調(diào)整機(jī)機(jī)床，有效效地縮短了了加工時間間。同時，，由于數(shù)控控機(jī)床對市市場需求響應(yīng)應(yīng)快，生生產(chǎn)效率率高，使使總成本下下降，可獲得得良好的的經(jīng)濟(jì)效效益。上一頁下一頁返回1.5數(shù)數(shù)控控機(jī)床的的持點(diǎn)3.對加工對對象的適適應(yīng)性強(qiáng)強(qiáng)數(shù)控機(jī)床床改變加加工零件件時，只只需改變變加工程程序，特特別適合合于單件件、小批批量、加加工難度度和精度度要求較較高的零零件的加加工。4.自動化程程度高，，勞動強(qiáng)強(qiáng)度低數(shù)控機(jī)床床加工是是自動進(jìn)進(jìn)行的，，工件加加工過程程不需要要人工干干預(yù)，且且自動化化程度較較高，大大大改善善了操作作者的勞勞動強(qiáng)度度。5.有利于現(xiàn)現(xiàn)代化管管理數(shù)控機(jī)床床使用數(shù)數(shù)字信息息與標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)代碼處處理、傳傳遞信息息，使用用了計(jì)算算機(jī)控制制方法，，為計(jì)算算機(jī)輔助助設(shè)計(jì)、、制造及及管理一一體化奠奠定了基基礎(chǔ)。6.具有很強(qiáng)強(qiáng)的通信信功能數(shù)控機(jī)床床通常具具有RS-232接口，有有的還備備有DNC接口，可可與CAD/CAM軟件的設(shè)設(shè)計(jì)與制制造相結(jié)結(jié)合。高高檔機(jī)床床還可與與MAP(制造自動動化協(xié)議議)相連，接接人工廠廠的通信信網(wǎng)絡(luò)，，適應(yīng)于于FMS,CIMS的應(yīng)用要要求。上一頁下一頁返回1.5數(shù)數(shù)控控機(jī)床的的持點(diǎn)5.3數(shù)數(shù)控機(jī)床床的結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)為保證高高精度、、高效率率的加工工，數(shù)控控機(jī)床的的結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)具有以以下特點(diǎn)點(diǎn):1.高剛剛度和高高抗振性由于數(shù)控控機(jī)床經(jīng)經(jīng)常在高高速和連連續(xù)重載載切削條條件下工工作，所所以，要要求機(jī)床床的床身身、工作作臺、主主軸、立立柱、刀刀架等主主要部件件均需有有很高的的剛度，，工作中中應(yīng)無變變形和振振動。例如：床身各部分合合理分布布加強(qiáng)筋筋，以承承受重載載與重切切削力；；工作臺與拖板應(yīng)應(yīng)具有足足夠的剛剛性，以以承受工工件重量量，并使使工作平平穩(wěn)；主軸在高速下下運(yùn)轉(zhuǎn)，，應(yīng)具有有較高的的徑向扭扭矩和軸軸向推力力；立柱在床身上上移動時時應(yīng)平穩(wěn)穩(wěn)，且能能承受大大的切削削力；刀架在切削加加工中應(yīng)應(yīng)平穩(wěn)而而無振動動等。上一頁下一頁返回1.5數(shù)數(shù)控控機(jī)床的的持點(diǎn)2.高靈敏度度數(shù)控機(jī)床床在加工工過程中中，要求求運(yùn)動部部件具有有高的靈靈敏度。。導(dǎo)軌部件件通常采用用滾動導(dǎo)導(dǎo)軌、塑塑料導(dǎo)軌軌、靜壓壓導(dǎo)軌等等，以減減少摩擦擦力，在在低速運(yùn)運(yùn)動時無無爬行現(xiàn)現(xiàn)象。由電動機(jī)機(jī)驅(qū)動，，經(jīng)滾珠珠絲杠或或靜壓絲絲杠帶動動數(shù)控機(jī)機(jī)床的工工作臺、、刀架等等部件的的移動，，主軸既既要在高高剛度、、高速下下回轉(zhuǎn)，，又要有有高靈敏敏度，因因而多數(shù)數(shù)采用滾滾動軸承承和靜壓壓軸承。。上一頁下一頁返回1.5數(shù)數(shù)控控機(jī)床的的持點(diǎn)3.熱變形小小為保證部部件的運(yùn)運(yùn)動精度度，要求求機(jī)床的的主軸、、工作臺臺、刀架架等運(yùn)動動部件的的發(fā)熱量量要小，，以防止止產(chǎn)生熱熱變形。。為此，，立柱一一般采取取雙壁框框式結(jié)構(gòu)構(gòu)，在提提高剛度度的同時時使零件件結(jié)構(gòu)對對稱，防防止因熱熱變形而而產(chǎn)生傾傾斜偏移移。通常常采用恒恒溫冷卻卻裝置，，減少主主軸軸承承在運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生生的熱量量。為減減少電動動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)熱的的影響，，在電動動機(jī)上安安裝有散散熱裝置置和熱管管消熱裝裝置。4.高精度保保持性在高速、、強(qiáng)力切切削下滿滿載工作作時，為為保證機(jī)機(jī)床長期期具有穩(wěn)穩(wěn)定的加加工精度度，要求求數(shù)控機(jī)機(jī)床具有有較高的的精度保保持性。。除了應(yīng)應(yīng)正確選選擇有關(guān)關(guān)零件的的材料，，以防止止使用中中的變形形和快速速磨損外外，還要要求采取取一些工工藝性措措施，如如悴火、、磨削導(dǎo)導(dǎo)軌、粘粘貼抗磨磨塑料導(dǎo)導(dǎo)軌等，，以高運(yùn)運(yùn)動部件件的耐磨磨性。上一頁下一頁返回1.5數(shù)數(shù)控控機(jī)床的的持點(diǎn)5.高可靠性性數(shù)控機(jī)床床應(yīng)能在在高負(fù)荷荷下、長長時間無無故障地地連續(xù)工工作，因因而，對對機(jī)床部部件和控控制系統(tǒng)統(tǒng)的可靠靠性提出出了很高高的要求求。柔性制造造系統(tǒng)中中的數(shù)控控機(jī)床可可在24小時運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中實(shí)現(xiàn)現(xiàn)無人管管理，可可靠性顯顯得更為為重要。。為此，，除保證證運(yùn)動部部件不出出故障外外，頻繁繁動作的的刀庫、、換刀機(jī)機(jī)構(gòu)、托托盤、工工件交換換裝置等等部件，，必須保保證能長長期而可可靠地工工作。上一頁下一頁返回1.5數(shù)數(shù)控控機(jī)床的的持點(diǎn)6.工藝復(fù)合合化和功功能集成成化“工藝復(fù)復(fù)合化””---即“一次次裝夾、、多工序序加工””?！肮δ芗苫薄?--即指數(shù)控控機(jī)床的的自動換換刀機(jī)構(gòu)構(gòu)和自動動托盤交交換裝置置的功能能集成化化。隨著數(shù)控控機(jī)床向向柔性化化和無人人化發(fā)展展，功能能集成化化的水平平更高地地體現(xiàn)在在工件自自動定位位、機(jī)內(nèi)內(nèi)對刀、、刀具破破損監(jiān)控控、機(jī)床床與工件件精度檢檢測和補(bǔ)補(bǔ)償?shù)裙δ苌?。。由于生產(chǎn)產(chǎn)率發(fā)展展的需要要，數(shù)控控機(jī)床的的機(jī)械結(jié)結(jié)構(gòu)隨著著數(shù)控技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，兩兩者相互互促進(jìn)，，相互推推動，發(fā)發(fā)展了不不少不同同于普通通機(jī)床的的、完全全新穎的的機(jī)械結(jié)結(jié)構(gòu)和部部件。上一頁返回1.6數(shù)控機(jī)床床的主要要性能指指標(biāo)與功功能6.1數(shù)控機(jī)床床的規(guī)格格指標(biāo)規(guī)格指標(biāo)標(biāo)是指數(shù)數(shù)控機(jī)床床的基本本功能，，主要有有以下幾幾方面:1.行程范圍圍：是指坐標(biāo)標(biāo)軸可控控的運(yùn)動動區(qū)間，，它是直直接體現(xiàn)現(xiàn)機(jī)床加加工能力力的指標(biāo)標(biāo)參數(shù)，，一般指指數(shù)控機(jī)機(jī)床坐標(biāo)標(biāo)軸X,Y,Z的行程大大小構(gòu)成成的空間間加工范范圍。2.擺角范圍圍是指擺角角坐標(biāo)軸軸可控的的擺角區(qū)區(qū)間，數(shù)數(shù)控機(jī)床床擺角的的大小也也直接影影響加工工零件空空間部位位的能力力。3.主軸功率率和進(jìn)給給軸扭矩矩反映數(shù)控控機(jī)床的的加工能能力，也也可間接接反映該該數(shù)控機(jī)機(jī)床的剛剛度和強(qiáng)強(qiáng)度。下一頁返回1.6數(shù)控機(jī)床床的主要要性能指指標(biāo)與功功能4.控制軸數(shù)數(shù)和聯(lián)動動軸數(shù)控制軸數(shù)數(shù)是指機(jī)機(jī)床數(shù)控控裝置能能夠控制制的坐標(biāo)標(biāo)數(shù)目。。聯(lián)動軸數(shù)數(shù)是指機(jī)機(jī)床數(shù)控控裝置控控制的坐坐標(biāo)軸同同時達(dá)到到空間某某一點(diǎn)的的坐標(biāo)數(shù)數(shù)目。它它反映數(shù)數(shù)控機(jī)床床的曲面面加工能能力。5.刀具系統(tǒng)統(tǒng)主要指刀刀庫容量量及換刀刀時間，，它對生生產(chǎn)率有有直接影影響。刀庫容量量是指刀刀庫能存存放加工工所需要要的刀具具數(shù)量。。目前，常常見的中中小型加加工中心心多為16~60把，大型型加工中中心達(dá)100把以上。。換刀時間間是指帶帶有自動動交換刀刀具系統(tǒng)統(tǒng)的數(shù)控控機(jī)床，，將主軸軸上使用用的刀具具與裝在在刀庫上上的下一一工序需需用的刀刀具，進(jìn)進(jìn)行交換換所需要要的時間間。目前前國內(nèi)一一般在10~20s內(nèi)完完成成換換刀刀。。上一一頁頁下一一頁頁返回回1.6數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的主主要要性性能能指指標(biāo)標(biāo)與與功功能能1.6.2數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的精精度度指指標(biāo)標(biāo)1.分辨辨率率和和脈脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量分辨辨率率是是指指兩兩個個相相鄰鄰的的分分散散細(xì)細(xì)節(jié)節(jié)之之間間可可以以分分辨辨的的最最小小間間隔隔。。脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量是是指指數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)每每發(fā)發(fā)出出一一個個脈脈沖沖信信號號，，機(jī)機(jī)床床機(jī)機(jī)械械運(yùn)運(yùn)動動機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)就就產(chǎn)產(chǎn)生生一一個個相相應(yīng)應(yīng)的的位位移移量量，，通通常常稱稱其其為為脈脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量。。脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量是是設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的原原始始數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)之之一一，，其其數(shù)數(shù)值值的的大大小小決決定定數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的加加工工精精度度和和表表面面質(zhì)質(zhì)量量。。目前前，，普普通通數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的脈脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量一一般般采采用用0.001mm；簡易易數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的脈脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量一一般般采采用用0.01mm；精密密或或超超精精密密數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的脈脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量采采用用0.0001mm。上一一頁頁下一一頁頁返回回1.6數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的主主要要性性能能指指標(biāo)標(biāo)與與功功能能2.定定位位精精度度和和重重復(fù)復(fù)定定位位精精度度定位位精精度度：是是指指數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床工工作作臺臺等等移移動動部部件件所所達(dá)達(dá)到到的的實(shí)實(shí)際際位位置置的的精精度度。。而實(shí)實(shí)際際運(yùn)運(yùn)動動位位置置與與指指令令位位置置之之間間的的差差值值稱稱為為定位位誤誤差差。引起起定定位位誤誤差差的的因因素素包包括括：：伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)、、檢檢測測系系統(tǒng)統(tǒng)、、進(jìn)進(jìn)給給系系統(tǒng)統(tǒng)誤誤差差以以及及移移動動部部件件導(dǎo)導(dǎo)軌軌的的幾幾何何誤誤差差等等。。定定位位誤誤差差直直接接影影響響零零件件加加工工的的尺尺寸寸精精度度。。一一般般數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的定定位位精精度度為為±±0.01。。重復(fù)復(fù)定定位位精精度度：是是指指在在相相同同的的條條件件下下，，采采用用相相同同的的操操作作方方法法，，重重復(fù)復(fù)進(jìn)進(jìn)行行同同一一動動作作時時，，所所得得到到結(jié)結(jié)果果的的一一致致程程度度。。重復(fù)復(fù)定定位位精精度度受受伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)特特性性、、進(jìn)進(jìn)給給系系統(tǒng)統(tǒng)的的間間隙隙與與剛剛性性以以及及摩摩擦擦特特性性等等因因