數(shù)控機(jī)床概述

數(shù)控機(jī)床概述

數(shù)控機(jī)床的歷史

1946年世界上誕生了第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)。2~3年后,美國(guó)人開始研究把計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制。1952年制成了世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床。之后bendix等公司開始生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控裝置。

國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展情況

繼美國(guó)1952年制造出數(shù)控機(jī)床后，英國(guó)和日本在1958年制造出數(shù)控機(jī)床。德國(guó)在1959制造出數(shù)控機(jī)床。工業(yè)應(yīng)用中，數(shù)控機(jī)床日益顯示出具有技術(shù)上的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)上的合理性，適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要。數(shù)控機(jī)床已從軍事工業(yè)轉(zhuǎn)移到幾乎所有的民用工業(yè),如機(jī)械制造、金屬加工等其他行業(yè)，成為工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一種不可缺少的重要設(shè)備。

美國(guó)1958年、日本1960年分別試制出了能夠自動(dòng)更換刀具的數(shù)控機(jī)床。顯著地提高了機(jī)床的生產(chǎn)率和零件加工的自動(dòng)化程度。極大地改善了生產(chǎn)者的勞動(dòng)條件，數(shù)控機(jī)床取得了重大發(fā)展。以后這種技術(shù)在臥式鏜銑床、車床、磨床及自動(dòng)測(cè)量機(jī)上都有廣泛的應(yīng)用。

數(shù)控機(jī)床在實(shí)際加工過(guò)程中有30多種因素直接或間接影響到零件的加工效果.在一般條件下，機(jī)床工作不會(huì)隨著這些因素的變化而變化，因而未能充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的能力。1964年美國(guó)Bendix公司試制了一臺(tái)采用“自適應(yīng)控制技術(shù)”的數(shù)控銑床,在零件加工過(guò)程中，機(jī)床自動(dòng)測(cè)量零件尺寸,表面粗糙度。調(diào)整、確定切削用量（改變切削速度和進(jìn)給量），使切削過(guò)程處于最佳狀態(tài)，保證獲得較高的生產(chǎn)率，較好的加工質(zhì)量，較長(zhǎng)的刀具壽命，也就是最大的經(jīng)濟(jì)效益。

繼美國(guó)之后，英.日.德也相繼制造出了“適應(yīng)控制”的數(shù)控機(jī)床。

適應(yīng)控制技術(shù)也是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要發(fā)展。

隨著數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展，過(guò)去一臺(tái)計(jì)算機(jī)只能控制一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，逐步發(fā)展到一臺(tái)或幾臺(tái)計(jì)算機(jī)可以控制幾十臺(tái)、甚至二百多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，叫做計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行“群控”。群控控制系統(tǒng)使機(jī)械零件的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)管理發(fā)生了革命性的變革，產(chǎn)生了后來(lái)的無(wú)人化車間。

我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)數(shù)控機(jī)床是從1958年開始研制的。1968年

清華大學(xué)制成第一臺(tái)小型數(shù)控立銑。1980年前

我國(guó)數(shù)控機(jī)床的86%為線切割機(jī)床（低端數(shù)控機(jī)床）。1985年后

我國(guó)已能生產(chǎn)45種各類數(shù)控機(jī)床滿足工業(yè)發(fā)展的需要，數(shù)控裝置的穩(wěn)定性，可靠性有了明顯的改善,同時(shí)數(shù)控機(jī)床功能部件的專業(yè)廠也逐漸形成規(guī)模。進(jìn)入90年代中期國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝置開始嶄露頭角，進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)開始形成生產(chǎn)規(guī)模、擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，打破了西方對(duì)高端數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。

國(guó)產(chǎn)中低端數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)路線上，采用了開放式的體系平臺(tái)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，其穩(wěn)定性、可靠性都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。特別是中國(guó)駐南斯拉夫大使館被轟炸后，中國(guó)高層領(lǐng)導(dǎo)逐步認(rèn)清了數(shù)控技術(shù)對(duì)提高國(guó)家綜合實(shí)力的重要性，從政策到資金對(duì)數(shù)控技術(shù)的開發(fā)、研究給予了極大地傾斜，極大地加快了數(shù)控技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展。相信在不久的將來(lái),國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)一定能趕上或達(dá)到世界先進(jìn)水平。

數(shù)控機(jī)床的組成

根據(jù)數(shù)控機(jī)床的工作原理，數(shù)控機(jī)床主要有控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床本體和測(cè)量裝置等五部分組成。如圖所示。1）控制介質(zhì)

它是用于記載各種加工信息的載體。從而控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的加工。（如主運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)、變速停止、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量、刀具的選擇交換、冷卻潤(rùn)滑的開關(guān)等。）。目前數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，通常是編程人員（工程師或操作工人）按照?qǐng)D紙，零件的尺寸和工藝要求用手工編寫零件加工程序。也就是用G代碼編寫零件加工程序，并將這些代碼存儲(chǔ)在控制介質(zhì)上。

控制介質(zhì)可以是磁帶、軟磁盤或其他可以存儲(chǔ)信息的載體。目前通常是直接用存儲(chǔ)器（如軟磁盤、U盤）作為載體，用計(jì)算機(jī)鍵盤和操作面板（工程面板）上的按鍵將加工程序鍵入數(shù)控裝置。零件加工程序在液晶顯示器上顯示出來(lái)。

2）數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。它由輸入裝置、存儲(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置組成。它的功能是接收輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件對(duì)代碼進(jìn)行處理后，輸出相應(yīng)的指令脈沖。這些控制信號(hào)中最基本的信號(hào)，是經(jīng)過(guò)插補(bǔ)運(yùn)算后的各坐標(biāo)軸（即作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的各執(zhí)行部件）的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和位移量指令。

另外，為了保證零件的正常加工,還必需對(duì)機(jī)床的一些輔助運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制.因此,在數(shù)控裝置與機(jī)床之間還有強(qiáng)電控制裝置，其主要作用是接受數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動(dòng)變速、刀具選擇、交換、各輔助裝置等動(dòng)作的指令信號(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)的繼電器，以完成液壓及機(jī)械部件的指令規(guī)定的動(dòng)作。執(zhí)行完這些動(dòng)作后的開關(guān)信號(hào)也要經(jīng)由強(qiáng)電控制裝置送數(shù)控裝置進(jìn)行處理。

為了滿足不同機(jī)床的多種控制要求，數(shù)控系統(tǒng)的配置和組成有很大的區(qū)別，數(shù)控系統(tǒng)的配置體現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的水平。

3）伺服驅(qū)動(dòng)裝置

伺服驅(qū)動(dòng)裝置由伺服發(fā)大器（俗稱伺服單元或驅(qū)動(dòng)器）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成（如功率步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)等）。將伺服驅(qū)動(dòng)裝置與機(jī)床上的機(jī)械傳動(dòng)部件相聯(lián)接就構(gòu)成了數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。

伺服驅(qū)動(dòng)裝置接受數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給速度、方向、位移量的指令脈沖，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)電路的放大，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)把運(yùn)動(dòng)傳遞給機(jī)械傳動(dòng)裝置。

每個(gè)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動(dòng)裝置。

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。半閉環(huán)和閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中使用了位置檢測(cè)裝置。間接或直接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量。并將指令位移量與實(shí)際位移量進(jìn)行比較，其誤差經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換放大后再對(duì)執(zhí)行部件的位移量進(jìn)行補(bǔ)償。4）機(jī)床

數(shù)控機(jī)床的主要機(jī)械部件有：主運(yùn)動(dòng)部件，（車床主軸箱，銑床主軸箱、及支撐它們的床身及立柱等）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件，如工作臺(tái)、拖板等。此外還有冷卻、潤(rùn)滑及鐵屑收集器等部件。對(duì)于加工中心還應(yīng)有刀庫(kù)及用于刀具交換的機(jī)械手等。

與普通機(jī)床相比數(shù)控機(jī)床在設(shè)計(jì)上的特點(diǎn)是,有更高的機(jī)床精度、更大的剛性和抗振性。導(dǎo)軌副的動(dòng)、靜磨擦系數(shù)差值要小，在低速移動(dòng)時(shí)不能爬行。傳動(dòng)間隙及反向傳動(dòng)間隙要小。否則指令脈沖位移量將被間隙吞噬掉了。5）測(cè)量裝置測(cè)量裝置的作用是將機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際位置（工作臺(tái)的速度、方向和位移量）等參數(shù)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)反饋回?cái)?shù)控裝置。以校核執(zhí)行部件的實(shí)際速度、方向、位移量。最后數(shù)控裝置發(fā)出補(bǔ)償指令，最終做到執(zhí)行部件的位移量與指令位移量相一致。開環(huán)系統(tǒng)沒有測(cè)量裝置。常用的測(cè)量裝置“有光柵尺”，和“光電編碼器”等。

數(shù)控裝置的分類：

一按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的不同分類

（1）開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中沒有測(cè)量裝置。數(shù)控裝置根據(jù)程序所要求的進(jìn)給速度，方向和位移量輸出一定頻率和數(shù)量的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后，每一個(gè)進(jìn)給指令脈沖驅(qū)動(dòng)功率步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。經(jīng)減速齒輪、絲桿螺母付轉(zhuǎn)化成工作臺(tái)的當(dāng)量直線位移。如果工作臺(tái)的實(shí)際位移增多或減少數(shù)控裝置將不予理會(huì)，不會(huì)補(bǔ)發(fā)指令脈沖加以補(bǔ)償。（2）

閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)

數(shù)控裝置將位移指令與位置檢測(cè)裝置（如光柵尺、直線感應(yīng)同步器等）測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)進(jìn)行比較。根據(jù)其差值與指令進(jìn)給位移的要求，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換后，隨時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正。使得工作臺(tái)的實(shí)際位移量與指令位移量相一致。

閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給速度快、精度高是數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向。（3）半閉環(huán)控系統(tǒng)機(jī)床將位置檢測(cè)裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的端部或是絲桿的端部，雖