【正文】 概述 加工工藝方法分類 ．金屬切削類數(shù)控機(jī)床 與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。 在普通數(shù)控機(jī)床加裝一 個(gè)刀庫(kù)和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了一個(gè)容量較大的刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對(duì)箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積，縮短了輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 ．特種加工類數(shù)控機(jī)床 除了切削加工數(shù)控機(jī)床以 外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。 ．板材加工類數(shù)控機(jī)床 常見(jiàn)的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等。近年來(lái)，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。 控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類 1． 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此幾 個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無(wú)任何聯(lián)系?？梢詭讉€(gè)坐標(biāo)同時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以各個(gè)坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動(dòng)。 這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。 ．直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。 直線控制的簡(jiǎn)易數(shù) 2 控車床，只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個(gè)坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工。代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺 服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控鏜銑床、加工中心等機(jī)床，它的各個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能，這類機(jī)床應(yīng)該稱為點(diǎn)位 /直線控制的數(shù)控機(jī)床。 ．輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀 。 常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位 /直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過(guò)程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實(shí)現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會(huì)帶來(lái)成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。 驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類 ．開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒(méi)有位置檢測(cè)元件， 伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)過(guò)齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來(lái)，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。但是，系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤 差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 ．閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度，也與傳動(dòng)鏈的誤差無(wú)關(guān)，因此其控制精度高。圖 13 所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中 A 為速度傳 感器、 C 為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電 3 路時(shí)，若工作臺(tái)沒(méi)有移動(dòng)，則沒(méi)有反饋量，指令值使得伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò) A 將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，通過(guò) C 將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進(jìn)行位置控制，直至差值為零時(shí)為止。這類控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺(tái)納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 ．半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的 傳動(dòng)絲杠上裝有角位移電流檢測(cè)裝置（如光電編碼器等），通過(guò)檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對(duì)誤差進(jìn)行修正。通過(guò)測(cè)速元件 A 和光電編碼盤 B 可間接檢測(cè)出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒(méi)有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測(cè)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 ．混合控制數(shù)控機(jī)床 將以上三類數(shù)控機(jī) 床的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式： （ 1）開環(huán)補(bǔ)償型。它的基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個(gè)校正電路。用裝在工作臺(tái)的直線位移測(cè)量元件的反饋信號(hào)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。 （ 2）半閉環(huán)補(bǔ)償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺(tái)上的直線位移測(cè)量元 件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中 A 是速度測(cè)量元件（如測(cè)速發(fā)電機(jī)）， B 是角度測(cè)量元件， C 是直線位移測(cè)量元件。 二 .豐富的高速切削刀具軌跡策略 以高切削速度、高進(jìn)給速度和高加工精度為主要特征的高速切削技術(shù)，最近十幾年發(fā)展迅在航空航天、模具制造及精密微細(xì)加工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此，高速加工技術(shù)的研究已成為國(guó)內(nèi)外制造領(lǐng)域重要的研究項(xiàng)目之一。 確定刀具路徑應(yīng)滿足的基本要求 高速切削不僅提高了對(duì)機(jī)床、夾具、刀具和刀柄的要求，同時(shí)也要求改進(jìn)刀具路徑策略， 4 因?yàn)槿袈窂讲缓侠恚谇邢鬟^(guò)程中就會(huì) 引起切削負(fù)荷的 突變，從而給零