【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 而發(fā)展。 伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)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(lái)的指令脈沖信號(hào)，控制機(jī)床執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移量，以完成零件的自動(dòng)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(jī)床主體也稱主機(jī)，包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(tái) (刀架 )、導(dǎo)軌等。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床不同，它的主運(yùn)動(dòng)和各個(gè)坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是由單獨(dú)的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以 它的傳動(dòng)鏈短、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。為了保證數(shù)控機(jī)床的快速響應(yīng)特性，在數(shù) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 7 控機(jī)床上還普遍采用精密滾珠絲杠副和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。在加工中心上還配備有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置。同時(shí)還有一些良好的配套設(shè)施，如冷卻、自動(dòng)排屑、自動(dòng) 潤(rùn) 滑、 防護(hù) 和對(duì)刀 儀 等，以 利 于 充 分發(fā) 揮 數(shù)控機(jī)床的功能。 此外 為了保證數(shù)控機(jī)床的 高 精度、 高效率 和 高 自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床的其他機(jī)械結(jié)構(gòu)也產(chǎn) 生了 很大 的 變 化。 2. 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的 區(qū)別 ，在于數(shù)控機(jī)床是按照程序自動(dòng)加工零件，而普通機(jī)床由工 人手 工操作來(lái)加工零件。在數(shù)控機(jī)床上 只 要 改變 控制機(jī)床動(dòng)作 的程序，就可以 達(dá) 到加工不同零件的 目 的。由于是一種程序控制過(guò)程，數(shù)控機(jī)床相應(yīng)形成了以 下幾 個(gè)特 點(diǎn) 。 1. 采用數(shù)控機(jī)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(jī)床按照 預(yù) 定的加工程序進(jìn)行加工，加工過(guò)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(lái)進(jìn)行 校正 補(bǔ) 償 ，因此 可以 獲得 比機(jī)床本 身 所能 達(dá) 到的精度還要 高 的加工精度及 重復(fù) 定位精度。 2. 數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床 難 以完成或 根 本不能加工的具有 復(fù)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(jī)床比普通機(jī)床可以 提高生 產(chǎn) 效率 2～ 3 倍 ， 尤 其是對(duì) 某 些復(fù)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(shí) 現(xiàn) 一機(jī)多用。一些數(shù)控機(jī)床將 幾 種普通機(jī)床功能 合 一，加上刀庫(kù)與自動(dòng)換刀裝置構(gòu)成加工中心，如果能配置數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)或分度轉(zhuǎn)臺(tái)， 則 可以實(shí)現(xiàn) 一 次安 裝、多面加工。 5. 采用數(shù)控機(jī)床有 利 于向計(jì)算機(jī)控制與 管 理 生 產(chǎn)方面發(fā) 展 ，為實(shí) 現(xiàn)生 產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化 創(chuàng) 造了 條 件。 數(shù)控機(jī)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(zhǎng) 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(tái)面尺寸、工作臺(tái) T 形 槽 、工作行程等。 2. 主軸系統(tǒng) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 8 數(shù)控機(jī)床主軸采用直 流 或 交流 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速普遍能達(dá) 到 5000r/min～ 10000r/min 甚至更高 。 數(shù)控機(jī)床的分類 數(shù)控機(jī)床種 類很 多，規(guī) 格 不一， 人 們從不同的 角 度對(duì)其進(jìn)行了分 類 。 按機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡分類 數(shù)控機(jī)床按其刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方 式 ，可以分為 點(diǎn) 位控制、直線控制和 輪廓 控制。 1. 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī) 床 這 類 數(shù)控機(jī)床的特 點(diǎn) 是要 求 保證 點(diǎn) 與 點(diǎn)之間 的 準(zhǔn)確 定位。它 只 能控制行程的 終點(diǎn) 坐標(biāo) 值 ，對(duì)于兩 點(diǎn)之間 的運(yùn)動(dòng)軌 跡 不作 嚴(yán)格 要 求 。對(duì)于 點(diǎn) 位控制的 孔 加工機(jī)床 只 要 求獲得 精 確 的 孔 系坐標(biāo)，在刀具運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不進(jìn)行切削加工。如圖 所示為 點(diǎn) 位控制 鉆孔 加工示 意 圖。 圖 點(diǎn)位控制鉆孔加工示意圖 此類 數(shù)控機(jī)床有數(shù)控 鉆 床、數(shù)控 鏜 床、數(shù)控沖床、 三 坐標(biāo) 測(cè) 量機(jī)、 印 制電路 板 鉆 床等。 2. 直線控制數(shù)控機(jī)床 這 類 數(shù)控機(jī)床的特 點(diǎn) 是不 僅 要控制行程的 終點(diǎn) 坐標(biāo) 值 ，還要保證在兩 點(diǎn)之間 機(jī)床的刀具 走 的是一 條 直線，而 且 在 走 直線的過(guò)程中 往往 要進(jìn)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(jī)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 9 現(xiàn) 代組 合 機(jī)床采用數(shù)控技術(shù)，驅(qū)動(dòng)各種動(dòng) 力頭 、多軸 箱 軸向進(jìn)給 鉆 、 鏜 、銑 等加工，也算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。直線控制也稱為單軸數(shù)控。 3. 輪廓控制數(shù)控機(jī)床 這 類 數(shù)控機(jī)床的特 點(diǎn) 是不 僅 要控制行程的 終點(diǎn) 坐標(biāo) 值 ，還要保證兩 點(diǎn)之間的軌 跡 要按一定的 曲 線進(jìn)行。即這種系統(tǒng) 必須 能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的同時(shí)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行 嚴(yán)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(jī)床 絕大 部分都具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上 聯(lián) 動(dòng)的功能， 除此之外還具有刀具 半徑 補(bǔ) 償 、刀具 長(zhǎng) 度補(bǔ) 償 、機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng) 誤差 補(bǔ) 償 、絲杠 螺距誤差補(bǔ) 償 、 齒側(cè)間隙誤差 補(bǔ) 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(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 這 類 機(jī)床 沒(méi) 有來(lái)自位置傳 感器 的 反饋 信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)將零件程序處理后，輸出數(shù)字指令信號(hào)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。 例 如采用 步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)就是一個(gè) 開(kāi)環(huán) 伺服系統(tǒng)，如圖 所示。 圖 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 10 這 類 機(jī)床的 優(yōu)點(diǎn) 是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、較為經(jīng) 濟(jì) 、 維護(hù)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(jī)床，多用于對(duì) 舊 機(jī)床的數(shù)控化 改 造。 2. 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 這 類 機(jī)床上裝有位置 檢測(cè) 裝置，直接對(duì)工作臺(tái)的位移量進(jìn)行 測(cè) 量。數(shù)控裝置發(fā)出進(jìn)給信號(hào)后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng) 使 工作臺(tái)移動(dòng) ； 位置 檢測(cè) 裝置 檢測(cè) 出工作臺(tái)的實(shí)際位移， 并反饋 到輸入 端 ，與指令信號(hào)進(jìn)行比較，驅(qū) 使 工作臺(tái)向其 差值減小的方向運(yùn)動(dòng)，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(jī)床可以 消除 由于傳動(dòng)部件制造中 存 在的精度 誤差 給工件加工帶來(lái)的 影 響，從而 得 到 很高 的精度。 但 是由于 很 多機(jī)械傳動(dòng) 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(jì)和 調(diào)整 都 非 常 困難 。 閉環(huán) 伺服系統(tǒng)的 優(yōu)點(diǎn) 是精度 高 。 但 其系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 調(diào)整困難 、結(jié)構(gòu) 復(fù)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(jī)床 這 類 數(shù)控機(jī)床采用 安 裝在進(jìn)給絲杠或電動(dòng)機(jī) 端頭 上的轉(zhuǎn) 角測(cè) 量 元 件 測(cè) 量絲杠 旋 轉(zhuǎn) 角 度，來(lái) 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(tái)， 因此 可以 獲得穩(wěn) 定 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 11 的控制特性。而 且 由于采用了 高 分 辨率 的 測(cè) 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(jī)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(jī)床按功能 水平 分為 高 、中、 低檔三類 。數(shù)控機(jī)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(biāo)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(jī)床一 般 采用 8 位 CPU； 而中、 高檔 數(shù)控機(jī)床 已 經(jīng)由 16 位 CPU，發(fā) 展 到 32 位或 64 位 CPU， 并 用具有精簡(jiǎn)指令集 (RISC)的 CPU。 2. 分辨率和進(jìn)給速度 低檔 數(shù)控機(jī)床的分 辨率 為 10 μm，進(jìn)給速度為 6m/min～ 15m/min； 中 檔 數(shù)控機(jī)床的分 辨率 為 1 μm，進(jìn)給速度為 12m/min～ 24m/min；高檔 數(shù)控機(jī)床的分辨率 為 μm 或 更小 ，進(jìn)給速度為 24m/min～ 100m/min，或 更高 。 3. 多軸聯(lián)動(dòng)功能 低檔 數(shù)控機(jī)床多為 2～ 3 軸 聯(lián) 動(dòng) ； 中、 高檔 數(shù)控機(jī)床 則 都是 3～ 5 軸 聯(lián) 動(dòng)，或 更 多。 4. 顯示功能 低檔 數(shù)控機(jī)床一 般只 有簡(jiǎn)單的數(shù)碼 顯 示或簡(jiǎn)單的 陰極射 線 管 (CRT)字 符顯示功能 ； 中 檔 數(shù)控機(jī)床有較 齊 全的 CRT 顯 示功能，如字 符 、圖形、 人 機(jī)對(duì) 話 、自 診斷 等功能 顯 示 ；高檔 數(shù)控機(jī)床還有 三維 動(dòng) 態(tài) 圖形 顯 示功能。 5. 通信功能 低檔 數(shù)控機(jī)床 無(wú) 通信功能 ； 中 檔 數(shù)控機(jī)床有 RS232C 或直接數(shù)控 (DNC，也稱 群 控 )等接口。 高檔 數(shù)控機(jī)床有制造自動(dòng)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(jī)床按功能 水平 的 另 一種分 類 是將數(shù)控機(jī)床分為經(jīng) 濟(jì) (簡(jiǎn) 易 )型、普及(全功能 )型和 高檔 型。全功能型機(jī)床 并 不 追求 過(guò)多功能，以實(shí)用為 準(zhǔn) ，也稱為標(biāo) 準(zhǔn) 型。經(jīng) 濟(jì) 型數(shù)控機(jī)床是 根 據(jù)實(shí)際機(jī)床的 使 用要 求 制造的， 并合 理地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)， 降低 了 價(jià)格 。在 我國(guó) ，經(jīng) 濟(jì) 型數(shù)控機(jī)床是指裝備了功 能簡(jiǎn)單、 價(jià)格低 、 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 12 使 用方 便 的 低檔 數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，主要用于 車 床、線切 割 機(jī)床及其他普通機(jī)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(jī)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(jī)床、加工中心、 虛擬 軸加工機(jī)床等。 2. 金屬成型類數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控 折彎 機(jī)、數(shù)控 彎管 機(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)控 回 轉(zhuǎn) 頭壓力 機(jī)等。 3. 數(shù)控特種加工機(jī)床 如數(shù)控線切 割 機(jī)床、數(shù)控電 火花 成型機(jī)、數(shù)控 激光 切 割 機(jī)、數(shù)控 火焰 切 割機(jī)等。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與作用 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 隨著 計(jì)算機(jī)、 微 電 子 、信息 、自動(dòng)控制、精密 檢測(cè) 及機(jī)械制造技術(shù)的 高 速發(fā) 展 ，機(jī)床數(shù)控技術(shù)有了 長(zhǎng) 足 的進(jìn) 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(jìn)給伺服、 超高 速切削等技術(shù)的發(fā) 展 ，以及對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要 求越 來(lái) 越高 等，加速了數(shù)控機(jī)床的發(fā) 展 。 目前 數(shù)控機(jī)床 正 朝著 高速度、 高 精度、 高 工序集中度、 高復(fù)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(shì) 主要體 現(xiàn) 在以 下幾 個(gè)方面： 1. 高速高效高精度 2. 柔性化 3. 工藝復(fù)合化和多軸化 4. 實(shí)時(shí)智能化 5. 結(jié)構(gòu)新型化 6. 編程技術(shù)自動(dòng)化 7. 集成化 8. 開(kāi)放式閉環(huán)控制模 式 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 13 數(shù)控機(jī)床在先進(jìn)制造技術(shù)中的作用 自從 20 世紀(jì) 中 期 ， 人 們將計(jì)算機(jī)技術(shù) 引 用到控制機(jī)床加工 飛 機(jī)機(jī) 翼樣 板的 復(fù)雜曲 線中以來(lái)，數(shù)控技術(shù)在機(jī)床控制方面 取 得 了 廣泛 、 深 入的發(fā) 展 ， 開(kāi)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(jī)床， 之 后是加工中心、 車 削中心、數(shù)控沖床、數(shù)控 彎管 機(jī)、數(shù)控 折彎 機(jī)、板材 加工中心、數(shù)控 齒輪 機(jī)床、數(shù)控 激光 加工機(jī)床、數(shù)控 火焰 切 割 機(jī)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(jī)床的出 現(xiàn) ，帶動(dòng)了 CAD/CAM 技術(shù)向?qū)嵱没?、工程化發(fā) 展 ，特別 是計(jì)算機(jī)技術(shù)的 迅 速發(fā) 展 ， 推 動(dòng) CAD/CAM 技術(shù)向 更高 層 次 和 更高水平 發(fā) 展 ，而 且 進(jìn)一 步 發(fā) 展