數控機床概述

數控機床概述

數控機床的歷史

1946年世界上誕生了第一臺電子管計算機。2~3年后,美國人開始研究把計算機技術應用于機床的控制。1952年制成了世界上第一臺三坐標數控銑床。之后bendix等公司開始生產數控機床及數控裝置。

國外數控機床的發(fā)展情況

繼美國1952年制造出數控機床后，英國和日本在1958年制造出數控機床。德國在1959制造出數控機床。工業(yè)應用中，數控機床日益顯示出具有技術上的先進性、經濟上的合理性，適應了現代工業(yè)技術發(fā)展的需要。數控機床已從軍事工業(yè)轉移到幾乎所有的民用工業(yè),如機械制造、金屬加工等其他行業(yè)，成為工業(yè)發(fā)達國家一種不可缺少的重要設備。

美國1958年、日本1960年分別試制出了能夠自動更換刀具的數控機床。顯著地提高了機床的生產率和零件加工的自動化程度。極大地改善了生產者的勞動條件，數控機床取得了重大發(fā)展。以后這種技術在臥式鏜銑床、車床、磨床及自動測量機上都有廣泛的應用。

數控機床在實際加工過程中有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，機床工作不會隨著這些因素的變化而變化，因而未能充分發(fā)揮數控機床的能力。1964年美國Bendix公司試制了一臺采用“自適應控制技術”的數控銑床,在零件加工過程中，機床自動測量零件尺寸,表面粗糙度。調整、確定切削用量（改變切削速度和進給量），使切削過程處于最佳狀態(tài)，保證獲得較高的生產率，較好的加工質量，較長的刀具壽命，也就是最大的經濟效益。

繼美國之后，英.日.德也相繼制造出了“適應控制”的數控機床。

適應控制技術也是數控機床的一個重要發(fā)展。

隨著數控機床控制技術的發(fā)展，過去一臺計算機只能控制一臺數控機床，逐步發(fā)展到一臺或幾臺計算機可以控制幾十臺、甚至二百多臺數控機床，叫做計算機對數控機床進行“群控”。群控控制系統(tǒng)使機械零件的生產方式，生產管理發(fā)生了革命性的變革，產生了后來的無人化車間。

我國數控機床的發(fā)展狀況

我國數控機床是從1958年開始研制的。1968年

清華大學制成第一臺小型數控立銑。1980年前

我國數控機床的86%為線切割機床（低端數控機床）。1985年后

我國已能生產45種各類數控機床滿足工業(yè)發(fā)展的需要，數控裝置的穩(wěn)定性，可靠性有了明顯的改善,同時數控機床功能部件的專業(yè)廠也逐漸形成規(guī)模。進入90年代中期國產數控裝置開始嶄露頭角，進入21世紀，國產數控系統(tǒng)開始形成生產規(guī)模、擁有自主版權的五軸聯動數控系統(tǒng)，打破了西方對高端數控系統(tǒng)的壟斷。

國產中低端數控系統(tǒng)在技術路線上，采用了開放式的體系平臺。隨著計算機技術的進步，其穩(wěn)定性、可靠性都有了長足的進步。特別是中國駐南斯拉夫大使館被轟炸后，中國高層領導逐步認清了數控技術對提高國家綜合實力的重要性，從政策到資金對數控技術的開發(fā)、研究給予了極大地傾斜，極大地加快了數控技術在我國的發(fā)展。相信在不久的將來,國產數控系統(tǒng)一定能趕上或達到世界先進水平。

數控機床的組成

根據數控機床的工作原理，數控機床主要有控制介質、數控裝置、伺服驅動裝置、機床本體和測量裝置等五部分組成。如圖所示。1）控制介質

它是用于記載各種加工信息的載體。從而控制機床的運動，實現零件的加工。（如主運動的啟動、變速停止、進給運動的方向、速度和位移量、刀具的選擇交換、冷卻潤滑的開關等。）。目前數控機床加工零件時，通常是編程人員（工程師或操作工人）按照圖紙，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，并將這些代碼存儲在控制介質上。

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

2）數控裝置

數控裝置是數控機床的核心。它由輸入裝置、存儲器、控制器、運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，經過數控裝置的系統(tǒng)軟件對代碼進行處理后，輸出相應的指令脈沖。這些控制信號中最基本的信號，是經過插補運算后的各坐標軸（即作進給運動的各執(zhí)行部件）的進給速度、進給方向和位移量指令。

另外，為了保證零件的正常加工,還必需對機床的一些輔助運動實現自動控制.因此,在數控裝置與機床之間還有強電控制裝置，其主要作用是接受數控裝置輸出的主運動變速、刀具選擇、交換、各輔助裝置等動作的指令信號經過必要的編譯，邏輯判斷，功率放大后直接驅動相應的繼電器，以完成液壓及機械部件的指令規(guī)定的動作。執(zhí)行完這些動作后的開關信號也要經由強電控制裝置送數控裝置進行處理。

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

3）伺服驅動裝置

伺服驅動裝置由伺服發(fā)大器（俗稱伺服單元或驅動器）和執(zhí)行機構兩個部分組成（如功率步進電機、交流伺服電機等）。將伺服驅動裝置與機床上的機械傳動部件相聯接就構成了數控機床的進給系統(tǒng)。

伺服驅動裝置接受數控裝置發(fā)出的進給速度、方向、位移量的指令脈沖，經伺服驅動電路的放大，驅動伺服電機，伺服電機把運動傳遞給機械傳動裝置。

每個作進給運動的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅動裝置。

伺服驅動系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。半閉環(huán)和閉環(huán)伺服驅動系統(tǒng)中使用了位置檢測裝置。間接或直接測量執(zhí)行部件的實際位移量。并將指令位移量與實際位移量進行比較，其誤差經過轉換放大后再對執(zhí)行部件的位移量進行補償。4）機床

數控機床的主要機械部件有：主運動部件，（車床主軸箱，銑床主軸箱、及支撐它們的床身及立柱等）進給運動部件，如工作臺、拖板等。此外還有冷卻、潤滑及鐵屑收集器等部件。對于加工中心還應有刀庫及用于刀具交換的機械手等。

與普通機床相比數控機床在設計上的特點是,有更高的機床精度、更大的剛性和抗振性。導軌副的動、靜磨擦系數差值要小，在低速移動時不能爬行。傳動間隙及反向傳動間隙要小。否則指令脈沖位移量將被間隙吞噬掉了。5）測量裝置測量裝置的作用是將機床工作臺的實際位置（工作臺的速度、方向和位移量）等參數轉化成電信號反饋回數控裝置。以校核執(zhí)行部件的實際速度、方向、位移量。最后數控裝置發(fā)出補償指令，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)沒有測量裝置。常用的測量裝置“有光柵尺”，和“光電編碼器”等。

數控裝置的分類：

一按進給伺服系統(tǒng)的不同分類

（1）開環(huán)進給伺服系統(tǒng)開環(huán)進給伺服系統(tǒng)中沒有測量裝置。數控裝置根據程序所要求的進給速度，方向和位移量輸出一定頻率和數量的進給指令脈沖，經驅動電路放大后，每一個進給指令脈沖驅動功率步進電機旋轉一個步距角。經減速齒輪、絲桿螺母付轉化成工作臺的當量直線位移。如果工作臺的實際位移增多或減少數控裝置將不予理會，不會補發(fā)指令脈沖加以補償。（2）

閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)

數控裝置將位移指令與位置檢測裝置（如光柵尺、直線感應同步器等）測得的實際位置反饋信號，隨時進行比較。根據其差值與指令進給位移的要求，按照一定的規(guī)律轉換后，隨時對驅動電機的轉速進行校正。使得工作臺的實際位移量與指令位移量相一致。

閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)進給速度快、精度高是數控機床的發(fā)展方向。（3）半閉環(huán)控系統(tǒng)機床將位置檢測裝置安裝在驅動電機的端部或是絲桿的端部，雖