【正文】 .......................... 24 第 6 章 總結(jié) .......................................................................................................................... 26 謝辭 ....................................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 28 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁 第 1 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 1 章 概述 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 近些年來，由于世界經(jīng)濟(jì)與政治格局的變化，中國在世界制造業(yè)中的地位也有了很大的改變，對于數(shù)控加工技術(shù)的掌握也越來越成熟。目前，世界上許多的發(fā)達(dá)國家在制造業(yè)方面的 生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了某種層次上的高峰，通過鋼鐵冶煉產(chǎn)業(yè)、機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)與微電子科技上的完美結(jié)合，使得其制造業(yè)的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量都得到了跨越式的提高。在這樣的背景下，我國的數(shù)控技術(shù)也有了很大的發(fā)展，在生產(chǎn)中對于數(shù)控機(jī)床的使用也日益廣泛。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的非常關(guān)鍵的設(shè)備，它是一種綜合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、精密檢測系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、自動控制以及復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu) 的機(jī)械加工器械，在機(jī)械制造業(yè)中得到越來越普遍的應(yīng)用。 數(shù)控技術(shù)是數(shù)字化制造和制造自動化的核心技術(shù)支持 科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)發(fā)生了深 刻的變化，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高，因此對加工機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備提出了三高（高性能、高精度和高自動化）的要求。 在機(jī)械產(chǎn)品中，單件和小批量產(chǎn)品占到 70%~80%。由于這類產(chǎn)品的生產(chǎn)批量小、品種多，一般都采用通用機(jī)床加工。當(dāng)產(chǎn)品改型時(shí)，加工所用的機(jī)床與工藝裝備均需作相應(yīng)的變換和調(diào)整，而且通用機(jī)床的自動化程度不高，基本上由人工操作，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。要實(shí)現(xiàn)這類產(chǎn)品的自動化成為機(jī)械制造業(yè)中長期未能解決的難題。 大批大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，如汽車、摩托車、家用電器等零件，為了解決高 產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的問題，多采用專用機(jī)床、組合機(jī)床、專用自動化機(jī)床以及專用自動生產(chǎn)線和自動化車間進(jìn)行生產(chǎn)。但是應(yīng)用這些專用生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)周期長，產(chǎn)品改型不易，因而使新產(chǎn)品的開發(fā)周期增長，生產(chǎn)設(shè)備使用的柔性很差。 現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的一些關(guān)鍵零部件，如在造船、航天、航空、機(jī)床及國防部門的產(chǎn)品零件，往往都精度復(fù)雜、加工批量小、改型頻繁，顯然不能在專用機(jī)床或組合機(jī)床上加工。而借助靠模和仿行機(jī)床，或者借助劃線和樣板用手工操作的方法來加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大限制。特別對空間的復(fù)雜曲線曲面，在普通機(jī)床上根本無法實(shí)現(xiàn)。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展的幾個(gè)主要階段 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生后隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展 (1)1952 年至 1959 年：第一代數(shù)控系統(tǒng)，采用電子管元件 。(2)20 世紀(jì) 60 年代前期：第二代數(shù)控系統(tǒng)，采用晶體管元件 。(3)20 世紀(jì) 60 年代后期：第三代數(shù)控系統(tǒng)，采用集成電路 。(4)20 世紀(jì) 70 年代前期：第四代數(shù)控系統(tǒng)，采用大規(guī)模集成電路和小型通用計(jì)算機(jī) 。(5)20 世紀(jì) 70 年代后期開始：第五代數(shù)控系統(tǒng)，采用微處理器和微 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁 第 2 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 型計(jì)算機(jī)。 數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷的 5 個(gè)時(shí)代可以分為 2 個(gè)階段。第一、二、三代數(shù)控系統(tǒng)主要由電器的硬件和連線組成，所以稱之為 接線邏輯數(shù)控系統(tǒng)（ Wired Logic NC）或硬數(shù)控系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是具有很多的硬件電路和連接接點(diǎn)，電路復(fù)雜，可靠性不好，這是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的第一階段。第四、五兩代數(shù)控系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)硬件和軟件組成，所以稱之為 CNC 系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是控制和運(yùn)行主要由軟件來完成，容易擴(kuò)大功能、柔性好、可靠性高，因此也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控機(jī)床分類及數(shù)控加工的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床的分類 (1)按工 藝用途分類 1)一般數(shù)控機(jī)床 (鉆床、車床、銑床、鏜床、磨床和齒輪加工機(jī)床 )。 2) 數(shù)控加工中心 。 (2) 按加工方式分類 1)金屬切削類：如數(shù)控車、鉆、鏜、銑、磨、加工中心等 。 2)金屬成型類：如數(shù)控折彎機(jī)、彎管機(jī)、四轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等 。 3) 特殊加工類： 如數(shù)控線切割、電火花、激光切割機(jī)等 。 4) 其他類：如數(shù)控火焰切割機(jī)、三坐標(biāo)測量機(jī)等。 (3) 按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類 1) 兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：兩軸聯(lián)動，用于加工 各種曲線輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車床 。 2) 三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：三軸聯(lián)動，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。 3) 多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：四軸或五軸聯(lián)動，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。 (4) 按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類 1) 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 。 2) 閉環(huán)控制（ Closed Loop Control）數(shù)控機(jī)床 。 3) 半閉環(huán)控制（ Semiclosed Loop Control）數(shù)控機(jī)床 。 數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn) 隨 著先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，要求現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床向高速度、高精度、高可靠性、智能化和更完善的功能方向發(fā)展。 (1)高速度、高精度化 高速化指數(shù)控機(jī)床的高速切削和高速插補(bǔ)進(jìn)給，目標(biāo)是在保證加工精度的前提下，提高加工速度。這不僅要求數(shù)控系統(tǒng)的處理速度快，同時(shí)還要求數(shù)控機(jī)床具有大功率和大轉(zhuǎn)矩的高速主軸、高速進(jìn)給電動機(jī)、高性能的刀具、穩(wěn)定的高頻動態(tài)剛度。 高 精度包括高進(jìn)給分辨率、高定位精度和重復(fù)定位精度、高動態(tài)剛度、高性能閉環(huán)交流數(shù)字 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁 第 3 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 伺服系統(tǒng)等。 數(shù)控機(jī)床由于裝備有新型的數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，使機(jī)床的分辨率和進(jìn)給速度達(dá)到(24m ／ min)， lμm(100~240m ／ min)，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)逐步由 16位 CPU 過渡到 32位 CPU。日本產(chǎn)的 FANUCl5 系統(tǒng)開發(fā)出 64 位 CPU 系統(tǒng)，能達(dá)到最小移動單位 時(shí)，最大進(jìn)給速度為100m／ min。 FANUCl6 和 FANUCl8 采用簡化與減少控制基本指令的 RISC(Reduced Instruction Set Computer)精簡指令計(jì)算機(jī)，能進(jìn)行更高速度的數(shù)據(jù)處理，使一個(gè)程序段的處理時(shí)間縮短到 ，連續(xù) lmm 移動指令的最大進(jìn)給速度可達(dá)到 120m／ min。 本交流伺服電動機(jī)已裝上每轉(zhuǎn)可產(chǎn)生 100萬個(gè)脈沖的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度可達(dá)到 ／脈沖及在位置伺服系統(tǒng)中采用前饋控制與非線性控制等方法。補(bǔ)償技術(shù)方面，除采用齒隙補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償、刀具補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)外，還開發(fā)了熱補(bǔ)償技術(shù)，減少由熱變形引起的加工誤差。 (2） 開放式 要 求新一代數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)是一種開放式、模塊 化的體系結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)的構(gòu)成要素應(yīng)是模塊化的，同時(shí)各模塊之間的接口必須是標(biāo)準(zhǔn)化的； 系統(tǒng)的軟件、硬件構(gòu)造應(yīng)是 “ 透明的 ” 、 “ 可移植的 ” ； 系統(tǒng)應(yīng)具有 “ 連續(xù)升級 ” 的能力。 為 滿足現(xiàn)代機(jī)械加工的多樣化需求，新一代數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)更趨向于 “ 開放式 ” ：機(jī)床結(jié)構(gòu)按模塊化、系列化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，以便縮短供貨周期，最大限度滿足用戶的工藝需求。數(shù)控機(jī)床的很多部件的質(zhì)量指標(biāo)不斷提高，品種規(guī)格逐漸增加、機(jī)電一體化內(nèi)容更加豐富，因此專門為數(shù)控機(jī)床配套的各種功能部件已完全商品化。 (3） 智能化 所 謂智能化數(shù)控系統(tǒng)，是指 具有擬人智能特征，智能數(shù)控系統(tǒng)通過對影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測、建模、提取特征、自動感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對進(jìn)給速度、切削深度、坐標(biāo)移動、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過程處于最佳狀態(tài)。 （ 4） 復(fù)合化 復(fù)合化加工，即在一臺機(jī)床上工件一次裝夾便可以完成多工種、多工序的加工，通過減少裝卸刀具、裝卸工件、調(diào)整機(jī)床的輔助時(shí)間，實(shí)現(xiàn) — 機(jī)多能，最大限度提高機(jī)床的開機(jī)率和利用率。60 年代初期，在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上開發(fā)了數(shù)控加工中心（ MC）， 即自備刀庫的自動換刀數(shù)控機(jī)床。在加工中心機(jī)床上，工件一次裝夾后，機(jī)床的機(jī)械手可自動更換刀具，連續(xù)地對工件的各加工面進(jìn)行多種工序加工。目前加工中心的刀庫容量可多達(dá) 120 把左右，自動換刀裝置的換刀時(shí)間為 l~2s。加工中心中除了鏜銑類加工中心和車削類車削中心外，還出現(xiàn)了集成型車 /銑加工中心、自動更換電極的電火花加工中心，帶有自動更換砂輪裝置的內(nèi)圓磨削加工中心等。 隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，打破了原有機(jī)械分類的工藝性能界限，出現(xiàn)了相互兼容、擴(kuò)大工藝范圍的趨勢。復(fù)合加工技術(shù)不僅是加工中心、車削中心等在同類技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的復(fù) 合，而且正向不同類技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)合發(fā)展。 多軸同時(shí)聯(lián)動移動，是衡量數(shù)控系統(tǒng)的重要指標(biāo)，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的控制軸數(shù)可多達(dá) 16 軸， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁 第 4 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 同時(shí)聯(lián)動軸數(shù)已