數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展

第一章概論一、數(shù)控機床的產(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)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機械結(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算機（1970年）和微處理機或微型機算機（1974年）等五代數(shù)控系統(tǒng)。（二）數(shù)控機床的發(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，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)誤差和采用補償技術(shù)可提高數(shù)控機床的加工精度。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)字化信息實現(xiàn)加工自動化的控制技術(shù)，用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進(jìn)行控制的機床稱作數(shù)控機床。2NC機床：早期的數(shù)控機床的NC裝置是由各種邏輯元件、記憶元件組成隨機邏輯電路由硬件來實現(xiàn)數(shù)控功能，稱作硬件數(shù)控，用這種技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)控機床稱作NC機床。3CNC機床：現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用微處理器或?qū)Ｓ梦C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）來實現(xiàn)控制邏輯，實現(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，這樣的機床稱作CNC機床。三、數(shù)控機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)行機構(gòu)切削驅(qū)動裝置機床主體檢測裝置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)控機床的核心，接受脈沖信號經(jīng)過譯碼、運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)控機床執(zhí)行機構(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)換成機床執(zhí)行部件的運動）（5）檢測反饋裝置（作用是對機床的實際運動速度、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，計算出與指令位移之間的偏差并發(fā)出糾正誤差指令）（6）機床主體（是加工運動的實際機械部件，主要包括主運動部件、進(jìn)給運動執(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）實現(xiàn)多種函數(shù)的插補（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）各種補償功能：如刀具半徑、刀具長度補償?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，人機對話、程序的輸入、編輯及修改。4數(shù)數(shù)控機機床的的特點點數(shù)控機機床與與普通通機床床相比比，具具有以以下特特點：：１）適適應(yīng)性性強適適應(yīng)應(yīng)性是是指數(shù)數(shù)控機機床隨隨生產(chǎn)產(chǎn)對象象變化化而變變化的的適應(yīng)應(yīng)能力力。２）精精度高高工工作過過程不不需要要人工工干預(yù)預(yù)，而而是自自動工工作的的，且且通過過實時時檢測測裝置置來修修正或或補償償以獲獲得更更高的的精度度。３）效效率高高數(shù)數(shù)控機機床可可以采采用較較大的的切削削用量量，而而且具具有自自動換換速、、自動動換刀刀和其其他輔輔助操操作自自動化化的功功能。。４）減減輕勞勞動強強度、、改善善勞動動條件件。５）有有利于于生產(chǎn)產(chǎn)管理理的現(xiàn)現(xiàn)代化化。四、數(shù)數(shù)控機機床的的分類類1按工工業(yè)用用途分分類（1））數(shù)控控車床床（NCLathe）（2））數(shù)控控銑床床(NCMillingMachine)（3））數(shù)控控鉆床床(NCDrillingMachine)(4)數(shù)控控鏜床床(NCBoringMachine)（5））數(shù)控控齒輪輪加工工機床床(NCGearingHoldingMachine)（6））數(shù)控控平面面磨床床(NCSurfaceGrindingMachine)（7）數(shù)控控外圓磨床床(NCExternalCylindricalGrindingMachine)（8）數(shù)控控輪廓磨床床(NCContourGrindingMachine)（9）數(shù)控控工具磨床床(NCToolGrindingMachine)（10）數(shù)數(shù)控坐標(biāo)磨磨床(NCJigGrindingMachine)（11）數(shù)數(shù)控電火花花加工機床床(NCDieselingElectricDischargeMachine)（12）數(shù)數(shù)控線切割割機床(NCWireDischargeMachine)（13）數(shù)數(shù)控激光加加工機床(NCLaserBeamMachine)（14）數(shù)數(shù)控沖床(NCPunchingPress)（（15）加工中中心(MachineCenter)（16）數(shù)數(shù)控超聲波波加工機床床NCUltrasonicMachine)（17）其其他（如三三坐標(biāo)測量量機等）2按運動動方式分類類（1）點位位控制系統(tǒng)統(tǒng)（PositioningControl）只控制制刀具從一一點到另一一點的位置置，而不控控制移動軌軌跡，在移移動過程中中刀具不進(jìn)進(jìn)行切削加加工。刀具的三種種路徑（1）（2）（3）XYZ（2）直線線控制系統(tǒng)統(tǒng)（Straight-lineControl）是是控制刀具具或機床工工作臺以給給定的速度度，沿平行行于某一坐坐標(biāo)軸方向向，由一個個位置到另另一個位置置的精確移移動，并且且在移動過過程中進(jìn)行行直線切削削加工。（3）輪廓廓控制系統(tǒng)統(tǒng)（ContourControl）是對兩兩個或兩個個以上的坐坐標(biāo)軸同時時進(jìn)行連續(xù)續(xù)控制，并并能對機床床移動部件件的位移和和速度進(jìn)行行嚴(yán)格的控控制，即要要控制加工工的軌跡，，加工出要要求的輪廓廓。其運動動軌跡是任任意斜率的的直線、圓圓弧、螺旋旋線等。3按控制制方式分類類（1）開環(huán)控制（（OpenLoopControl）即不不帶位置測測量元件，，數(shù)控裝置置根據(jù)控制制介質(zhì)上的的指令信號號，經(jīng)控制制運算發(fā)出出指令脈沖沖，使伺服服驅(qū)動元件件轉(zhuǎn)過一定定的角度，，并通過傳傳動齒輪、、滾珠絲杠杠螺母副，，使執(zhí)行機機構(gòu)（如工工作臺）移移動或轉(zhuǎn)動動。特點是沒有有來自位置置測量元件件的反饋信信號，對執(zhí)執(zhí)行機構(gòu)的的動作情況況不進(jìn)行檢檢查，指令令流向為單單向，控制制精度較低低。開環(huán)控制驅(qū)動裝置工作臺數(shù)控裝置控制介質(zhì)指令脈沖伺服電機齒輪箱（2）閉環(huán)控制（（ClosedLoopControl））是將位置置檢測裝置置安裝于機機床運動部部件上，加加工中將測測量到的實實際位置值值反饋。另另外通過與與伺服電機機剛性連接接的測速元元件，隨時時實測驅(qū)動動電動機的的轉(zhuǎn)速，得得到速度反反饋信號，，并與速度度指令信號號相比較，，其比較的的差值對伺伺服電動機機的轉(zhuǎn)速隨隨時進(jìn)行校校正，直至至實現(xiàn)移動動部件工作作臺的最終終精確定位位。閉環(huán)控制測速元器件件位移指令位移反饋速度反饋位置檢測裝裝置工作臺（3）半閉環(huán)控制制（Semi-ClosedLoopControl）是將將位置檢測測裝置安裝裝于驅(qū)動電電動機軸端端或安裝于于傳動絲杠杠端部，間間接地測量量移動部件件（工作臺臺）的實際際位置或位位移。半閉環(huán)控制制測速元器件件位移指令位移反饋速度反饋位置檢測裝裝置工作臺五、主要數(shù)數(shù)控機床介介紹1數(shù)控車車床：機床床主體包括括主軸、溜溜板、刀架架等。數(shù)控控系統(tǒng)包括括電顯示器器（CRT）、控制制面板、強強電控制系系統(tǒng)。2數(shù)控銑銑床：適于于加工三維維復(fù)雜曲面面。3加工中中心：即具具有自動刀刀具交換裝裝置，并能能進(jìn)行多種種工序加工工的數(shù)控機機床。4數(shù)控鉆鉆床：主要要完成鉆孔孔、功絲功功能，同時時也可以完完成簡單的的銑削功能能，刀庫可可以存放多多種刀具。。5數(shù)控磨磨床：主要要用在高精精度、高硬硬度加工表表面。6數(shù)控電電火花成形形機床：是是利用兩個個不同極性性的電極在在絕緣液體體中產(chǎn)生放放電現(xiàn)象，，去除材料料進(jìn)而完成成加工。7數(shù)控線線切割機床床：工作原原理與電火火花成形機機床一樣，，其電極是是電極絲，，加工液一一般采用去去離子水。。六、先進(jìn)制制造系統(tǒng)簡簡介（其核核心是生產(chǎn)產(chǎn)加工設(shè)備備的數(shù)控化化、柔性化化和精密化化）1柔性制制造系統(tǒng)（（FMS））根根據(jù)自自動化程度度及功能可可分為三類類：（1））單機機數(shù)控控加工工：是是用一一臺數(shù)數(shù)控機機床或或加工工中心心加工工機械械零件件。（2））柔性加加工單單元（（FlexibleMachiningCell））是一一種人人的參參與減減到最最小時時，能能連續(xù)續(xù)地對對同一一零件件族內(nèi)內(nèi)不同同的零零件進(jìn)進(jìn)行自自動化化加工工（包包括工工件、、刀具具、廢廢屑等等在單單元內(nèi)內(nèi)部的的運輸輸和交交換））的最最小加加工單單元。。（3））柔性性制造造系統(tǒng)統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）是是由加加工系系統(tǒng)（（由一一組數(shù)數(shù)控機機床和和其他他自動動化工工藝設(shè)設(shè)備，，如清清洗機機、成成品實實驗機機、噴噴漆機機等組組成））、物物料自自動儲儲運系系統(tǒng)和和信息息控制制系統(tǒng)統(tǒng)三者者相結(jié)結(jié)合，，由中中央計計算機機管理理使之之自動動運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的制制造系系統(tǒng)。。2計計算機機集成成制造造系統(tǒng)統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystem））CIMS的的構(gòu)成成可以以分以以下幾幾個部部分：：（1））設(shè)計計過程程（（2）加加工制制造過過程（3））計算算機輔輔助生生產(chǎn)管管理（（4）集集成方方法及及技術(shù)術(shù)思考題題：1、數(shù)數(shù)控控機床床由哪哪幾部部分組組成？？簡述述數(shù)控控機床床各組組成部部分的的作用用。2、、什么么是數(shù)數(shù)字控控制、、柔性性制造造單元元（FMC）、、直接接數(shù)控控（DNC）？？3、什什么