【文章內(nèi)容簡介】 而發(fā)展。 伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電動機和伺服驅(qū)動裝置組成，是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。它的基本作用是接收數(shù)控裝置發(fā)來的指令脈沖信號，控制機床執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移量，以完成零件的自動加工。 通常數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)兩部分組成，各公司的數(shù)控產(chǎn)品也是將兩者作為一體的。 機床主體也稱主機，包括機床的主運動部件、進給運動部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺 (刀架 )、導軌等。數(shù)控機床與普通機床不同，它的主運動和各個坐標軸的進給運動都是由單獨的伺服電動機驅(qū)動，所以 它的傳動鏈短、結(jié)構(gòu)比較簡單。為了保證數(shù)控機床的快速響應(yīng)特性，在數(shù) 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 7 控機床上還普遍采用精密滾珠絲杠副和直線滾動導軌副。在加工中心上還配備有刀庫和自動換刀裝置。同時還有一些良好的配套設(shè)施，如冷卻、自動排屑、自動 潤 滑、 防護 和對刀 儀 等，以 利 于 充 分發(fā) 揮 數(shù)控機床的功能。 此外 為了保證數(shù)控機床的 高 精度、 高效率 和 高 自動化加工，數(shù)控機床的其他機械結(jié)構(gòu)也產(chǎn) 生了 很大 的 變 化。 2. 數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床與普通機床加工零件的 區(qū)別 ，在于數(shù)控機床是按照程序自動加工零件，而普通機床由工 人手 工操作來加工零件。在數(shù)控機床上 只 要 改變 控制機床動作 的程序，就可以 達 到加工不同零件的 目 的。由于是一種程序控制過程，數(shù)控機床相應(yīng)形成了以 下幾 個特 點 。 1. 采用數(shù)控機床可以 提高 零件的加工精度、 穩(wěn) 定產(chǎn)品的質(zhì)量。 因 為數(shù)控機床按照 預 定的加工程序進行加工，加工過程中 消除 了操作者 人 為的操作 誤差 ，所以零件加工的一 致 性好，而 且 加工精度還可以 利 用 軟 件來進行 校正 補 償 ，因此 可以 獲得 比機床本 身 所能 達 到的精度還要 高 的加工精度及 重復 定位精度。 2. 數(shù)控機床可以完成普通機床 難 以完成或 根 本不能加工的具有 復雜曲面的零件的加工。 因此 它在 航空航天 、造 船 、 模 具等加工 業(yè) 中 得 到 廣泛 應(yīng)用。 3. 采用數(shù)控機床比普通機床可以 提高生 產(chǎn) 效率 2～ 3 倍 ， 尤 其是對 某 些復雜 零件的加工， 生 產(chǎn) 效率 可以 提高十幾倍甚至幾十倍 。 4. 可以實 現(xiàn) 一機多用。一些數(shù)控機床將 幾 種普通機床功能 合 一，加上刀庫與自動換刀裝置構(gòu)成加工中心，如果能配置數(shù)控轉(zhuǎn)臺或分度轉(zhuǎn)臺， 則 可以實現(xiàn) 一 次安 裝、多面加工。 5. 采用數(shù)控機床有 利 于向計算機控制與 管 理 生 產(chǎn)方面發(fā) 展 ，為實 現(xiàn)生 產(chǎn)過程自動化 創(chuàng) 造了 條 件。 數(shù)控機床的主要技術(shù)參數(shù) 1. 主要規(guī)格尺寸 數(shù)控 車 床的主要規(guī) 格 尺寸有床 身 上最 大 工件 回 轉(zhuǎn)直 徑 、刀架上最 大 工件 回轉(zhuǎn)直 徑 、加工最 大 工件 長 度、最 大 車 削直 徑 等。數(shù)控 銑 床、加工中心的主要規(guī)格 尺寸有工作臺面尺寸、工作臺 T 形 槽 、工作行程等。 2. 主軸系統(tǒng) 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 8 數(shù)控機床主軸采用直 流 或 交流 電動機驅(qū)動，具有較 寬 的 調(diào) 速 范圍 和較 高 的回 轉(zhuǎn)精度，主軸本 身 的 剛 度與 抗振 性比較好。 現(xiàn) 在數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速普遍能達 到 5000r/min～ 10000r/min 甚至更高 。 數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床種 類很 多，規(guī) 格 不一， 人 們從不同的 角 度對其進行了分 類 。 按機械運動軌跡分類 數(shù)控機床按其刀具與工件相對運動的方 式 ，可以分為 點 位控制、直線控制和 輪廓 控制。 1. 點位控制數(shù)控機 床 這 類 數(shù)控機床的特 點 是要 求 保證 點 與 點之間 的 準確 定位。它 只 能控制行程的 終點 坐標 值 ，對于兩 點之間 的運動軌 跡 不作 嚴格 要 求 。對于 點 位控制的 孔 加工機床 只 要 求獲得 精 確 的 孔 系坐標，在刀具運動過程中，不進行切削加工。如圖 所示為 點 位控制 鉆孔 加工示 意 圖。 圖 點位控制鉆孔加工示意圖 此類 數(shù)控機床有數(shù)控 鉆 床、數(shù)控 鏜 床、數(shù)控沖床、 三 坐標 測 量機、 印 制電路 板 鉆 床等。 2. 直線控制數(shù)控機床 這 類 數(shù)控機床的特 點 是不 僅 要控制行程的 終點 坐標 值 ，還要保證在兩 點之間 機床的刀具 走 的是一 條 直線，而 且 在 走 直線的過程中 往往 要進行切削。如 圖 所示為直線控制切削加工示 意 圖。 此類 數(shù)控機床有數(shù)控 車 床、數(shù)控 銑 床、數(shù)控 磨 床、數(shù)控 鏜 床等。 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 9 現(xiàn) 代組 合 機床采用數(shù)控技術(shù)，驅(qū)動各種動 力頭 、多軸 箱 軸向進給 鉆 、 鏜 、銑 等加工，也算是一種直線控制數(shù)控機床。直線控制也稱為單軸數(shù)控。 3. 輪廓控制數(shù)控機床 這 類 數(shù)控機床的特 點 是不 僅 要控制行程的 終點 坐標 值 ，還要保證兩 點之間的軌 跡 要按一定的 曲 線進行。即這種系統(tǒng) 必須 能夠?qū)蓚€或兩個以上坐標方向的同時運動進行 嚴格 的 連續(xù) 控制。如圖 所示為 輪廓 控制 銑 削加工示 意 圖。 現(xiàn) 代數(shù)控機床 絕大 部分都具有兩坐標或兩坐標以上 聯(lián) 動的功能， 除此之外還具有刀具 半徑 補 償 、刀具 長 度補 償 、機床軸向運動 誤差 補 償 、絲杠 螺距誤差補 償 、 齒側(cè)間隙誤差 補 償 等一系 列 功能。 圖 直線控制切削加工示意圖 圖 輪廓控制銑削加工示意圖 按伺服系統(tǒng)的類型分類 1. 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 這 類 機床 沒 有來自位置傳 感器 的 反饋 信號，數(shù)控系統(tǒng)將零件程序處理后，輸出數(shù)字指令信號給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動機床運動。 例 如采用 步 進電動機的伺服系統(tǒng)就是一個 開環(huán) 伺服系統(tǒng)，如圖 所示。 圖 開環(huán)伺服系統(tǒng) 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 10 這 類 機床的 優(yōu)點 是結(jié)構(gòu)簡單、較為經(jīng) 濟 、 維護維修 方 便 ， 但 是 速度及精度低 ， 適 于精度要 求 不 高 的中 小 型機床，多用于對 舊 機床的數(shù)控化 改 造。 2. 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 這 類 機床上裝有位置 檢測 裝置，直接對工作臺的位移量進行 測 量。數(shù)控裝置發(fā)出進給信號后，經(jīng)伺服驅(qū)動 使 工作臺移動 ； 位置 檢測 裝置 檢測 出工作臺的實際位移， 并反饋 到輸入 端 ，與指令信號進行比較，驅(qū) 使 工作臺向其 差值減小的方向運動，直到 差值 等于零為 止 。圖 所示為 閉環(huán) 伺服系統(tǒng)。 圖 閉環(huán)伺服系統(tǒng) 這 類 數(shù)控機床可以 消除 由于傳動部件制造中 存 在的精度 誤差 給工件加工帶來的 影 響，從而 得 到 很高 的精度。 但 是由于 很 多機械傳動 環(huán)節(jié) 包括 在 閉環(huán) 控制的 環(huán)路內(nèi) ，各部件的 摩擦 特性、 剛 性以及 間隙 等都是 非 線性量，直接 影 響到伺服系統(tǒng)的 調(diào)節(jié) 參數(shù)。 因此 ， 閉環(huán) 伺服系統(tǒng)的設(shè)計和 調(diào)整 都 非 常 困難 。 閉環(huán) 伺服系統(tǒng)的 優(yōu)點 是精度 高 。 但 其系統(tǒng)設(shè)計和 調(diào)整困難 、結(jié)構(gòu) 復雜 、成本 高 ，主要用于一些精度要 求很高 的 鏜銑 床、 超 精密 車 床、 超 精密 銑 床、加工中心等。 3. 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 這 類 數(shù)控機床采用 安 裝在進給絲杠或電動機 端頭 上的轉(zhuǎn) 角測 量 元 件 測 量絲杠 旋 轉(zhuǎn) 角 度，來 間 接 獲得 位置 反饋 信息。圖 所示為 半閉環(huán) 伺服系統(tǒng)。 圖 半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 這種系統(tǒng)的 閉環(huán)環(huán)路內(nèi) 不包括絲杠、 螺母 副及 工作臺， 因此 可以 獲得穩(wěn) 定 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 11 的控制特性。而 且 由于采用了 高 分 辨率 的 測 量 元 件，可以 獲得 比較 滿意 的精度及速度。 大 多數(shù)數(shù)控機床采用 半閉環(huán) 伺服系統(tǒng)，如數(shù)控 車 床、數(shù)控 銑 床、加工中心等。 按功能水平分類 數(shù)控機床按功能 水平 分為 高 、中、 低檔三類 。數(shù)控機床功能 水平 的 高低 主要由它們的主要技術(shù)參數(shù)、功能指標和 關(guān) 鍵部件的功能 水平 等 決 定，主要包括以 下內(nèi)容 。 1. 中央處理單元 (CPU) 低檔 數(shù)控機床一 般 采用 8 位 CPU； 而中、 高檔 數(shù)控機床 已 經(jīng)由 16 位 CPU，發(fā) 展 到 32 位或 64 位 CPU， 并 用具有精簡指令集 (RISC)的 CPU。 2. 分辨率和進給速度 低檔 數(shù)控機床的分 辨率 為 10 μm，進給速度為 6m/min～ 15m/min； 中 檔 數(shù)控機床的分 辨率 為 1 μm，進給速度為 12m/min～ 24m/min；高檔 數(shù)控機床的分辨率 為 μm 或 更小 ，進給速度為 24m/min～ 100m/min，或 更高 。 3. 多軸聯(lián)動功能 低檔 數(shù)控機床多為 2～ 3 軸 聯(lián) 動 ； 中、 高檔 數(shù)控機床 則 都是 3～ 5 軸 聯(lián) 動，或 更 多。 4. 顯示功能 低檔 數(shù)控機床一 般只 有簡單的數(shù)碼 顯 示或簡單的 陰極射 線 管 (CRT)字 符顯示功能 ； 中 檔 數(shù)控機床有較 齊 全的 CRT 顯 示功能，如字 符 、圖形、 人 機對 話 、自 診斷 等功能 顯 示 ；高檔 數(shù)控機床還有 三維 動 態(tài) 圖形 顯 示功能。 5. 通信功能 低檔 數(shù)控機床 無 通信功能 ； 中 檔 數(shù)控機床有 RS232C 或直接數(shù)控 (DNC，也稱 群 控 )等接口。 高檔 數(shù)控機床有制造自動化 協(xié)議 (MAP)等 高 性能通信接口， 且具有 聯(lián)網(wǎng) 功能。 數(shù)控機床按功能 水平 的 另 一種分 類 是將數(shù)控機床分為經(jīng) 濟 (簡 易 )型、普及(全功能 )型和 高檔 型。全功能型機床 并 不 追求 過多功能，以實用為 準 ，也稱為標 準 型。經(jīng) 濟 型數(shù)控機床是 根 據(jù)實際機床的 使 用要 求 制造的， 并合 理地簡化了系統(tǒng)， 降低 了 價格 。在 我國 ，經(jīng) 濟 型數(shù)控機床是指裝備了功 能簡單、 價格低 、 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 12 使 用方 便 的 低檔 數(shù)控系統(tǒng)的機床，主要用于 車 床、線切 割 機床及其他普通機床的數(shù)控化 改 造等。 按加工方式分類 1. 金屬切削類數(shù)控機床 如數(shù)控 車 床、數(shù)控 鉆 床、數(shù)控 磨 床、數(shù)控 銑 床、數(shù)控 齒輪 加工機床、加工中心、 虛擬 軸加工機床等。 2. 金屬成型類數(shù)控機床 如數(shù)控 折彎 機、數(shù)控 彎管 機、數(shù)控沖床、數(shù)控 回 轉(zhuǎn) 頭壓力 機等。 3. 數(shù)控特種加工機床 如數(shù)控線切 割 機床、數(shù)控電 火花 成型機、數(shù)控 激光 切 割 機、數(shù)控 火焰 切 割機等。 數(shù)控機床的發(fā)展與作用 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 隨著 計算機、 微 電 子 、信息 、自動控制、精密 檢測 及機械制造技術(shù)的 高 速發(fā) 展 ，機床數(shù)控技術(shù)有了 長 足 的進 步 。 近 幾 年 一些相 關(guān) 技術(shù)的發(fā) 展 ，如刀具及新材料 的發(fā) 展 ，主軸伺服和進給伺服、 超高 速切削等技術(shù)的發(fā) 展 ，以及對機械產(chǎn)品質(zhì)量的要 求越 來 越高 等，加速了數(shù)控機床的發(fā) 展 。 目前 數(shù)控機床 正 朝著 高速度、 高 精度、 高 工序集中度、 高復合 化和 高 可 靠 性等方向發(fā) 展 。 世界 數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā) 展 趨勢 主要體 現(xiàn) 在以 下幾 個方面： 1. 高速高效高精度 2. 柔性化 3. 工藝復合化和多軸化 4. 實時智能化 5. 結(jié)構(gòu)新型化 6. 編程技術(shù)自動化 7. 集成化 8. 開放式閉環(huán)控制模 式 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 13 數(shù)控機床在先進制造技術(shù)中的作用 自從 20 世紀 中 期 ， 人 們將計算機技術(shù) 引 用到控制機床加工 飛 機機 翼樣 板的 復雜曲 線中以來，數(shù)控技術(shù)在機床控制方面 取 得 了 廣泛 、 深 入的發(fā) 展 ， 開始是數(shù)控 銑 床，接 著 是數(shù)控 車 床、數(shù)控 鉆 床、數(shù)控 鏜 床、數(shù)控 磨 床、數(shù)控線切 割機床， 之 后是加工中心、 車 削中心、數(shù)控沖床、數(shù)控 彎管 機、數(shù)控 折彎 機、板材 加工中心、數(shù)控 齒輪 機床、數(shù)控 激光 加工機床、數(shù)控 火焰 切 割 機等。這些都成為 現(xiàn) 代制造 業(yè) 的 關(guān) 鍵設(shè)備，是它們保證了 現(xiàn) 代制造 業(yè) 向 高 精度、 高 速度、 高效率 、 高 柔 性化的方向發(fā) 展 。 由于數(shù)控機床的出 現(xiàn) ，帶動了 CAD/CAM 技術(shù)向?qū)嵱没⒐こ袒l(fā) 展 ，特別 是計算機技術(shù)的 迅 速發(fā) 展 ， 推 動 CAD/CAM 技術(shù)向 更高 層 次 和 更高水平 發(fā) 展 ，而 且 進一 步 發(fā) 展