【文章內(nèi)容簡介】 用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡稱 CNC） ,使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微 處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（簡稱MNC），這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴(kuò)大了一倍，而體積則縮小為原來的 1/20，價(jià)格降低了 3/4，可靠性也得到極大的提高。 80 年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對話式自動(dòng)編制程3 序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，具有自動(dòng)監(jiān)控刀具破損和自動(dòng)檢測工件等功能。 數(shù)控機(jī)床 的 組成 數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng) 用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和控制，通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對機(jī)床產(chǎn)生作用；伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)床，把來自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)指令，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動(dòng)；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機(jī)床執(zhí)行件 (工作臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、滑板等 )的位移和速度變化量，并將檢測結(jié)果反饋到輸入端，與輸入指令進(jìn)行比較，根據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動(dòng)；機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)是由進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)元件至機(jī)床執(zhí)行件之間的機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)裝置；輔助系統(tǒng)種類繁多，如：固定循環(huán) (能進(jìn)行各種多次重復(fù)加工 )、自動(dòng)換刀 (可交換指定 刀具 )、傳動(dòng)間隙補(bǔ)償償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差 )等等。 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 工藝范圍 數(shù)控 車床 是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復(fù)雜的軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過程序控制自動(dòng)完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。 加工精度 由于數(shù)控 車床 具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控 車床 還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工 過程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比普通車床 要寬得多。 由于數(shù)控 車床 剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以 車 代磨。 數(shù)控 車床 具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控 車床 還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大4 的進(jìn)給量，要求小的部位選用小 的進(jìn)給量。 由于數(shù)控 車床 具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分 車床 數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的回轉(zhuǎn)體零件。 普通 車床 所能 車 削的螺紋類型相當(dāng)有限，它只能 車 等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺(tái) 車床 只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控 車床 不但能 車 削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能 車 變螺距螺紋，還可以 車 高精度螺紋。 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 將普通機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床 ,是許多機(jī)械生產(chǎn)廠 家在沒有大量資金投入的情況下所走的設(shè)備技術(shù)改造之路 1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造方案不同 1 得到的經(jīng)濟(jì)效益也不同 1 針對常德紡織機(jī)械廠提出的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 車床 改造的技措任務(wù) ,結(jié)合其它廠家以往數(shù)控 車床 改造的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) ,我們開展了深入細(xì)致的調(diào)研工作 ,特別是對沈陽第一機(jī)床廠的數(shù)控 車床 進(jìn)行了熟悉了解析經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 車床 改造的價(jià)值效益 . 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 4 月 19 日從第七屆中國國際機(jī)床展獲悉，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也越來越快，數(shù)控機(jī)床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。高性能：隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的 增強(qiáng)，數(shù)控機(jī)床也實(shí)現(xiàn)多臺(tái)集中控制，甚至遠(yuǎn)距離遙控。高精度：數(shù)控機(jī)床本身的精度和加工件的精度越來越高，而精度的保持性要好。高速度：數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)行的速度將大大加快。高柔性：數(shù)控機(jī)床的柔性化將向自動(dòng)化程度更高的方向發(fā)展，將管理、物流及各相應(yīng)輔機(jī)集成柔性制造系統(tǒng)。模塊化：數(shù)控機(jī)床要縮短周期和降低成本，就必然向模塊化方向發(fā)展，這既有利于制造商又有利于客戶。我國近幾年數(shù)控機(jī)床雖然發(fā)展較快，但與國際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長，應(yīng)變能力差。為了縮小與世界先進(jìn)水平的差距，有關(guān) 專家建議機(jī)床企業(yè)應(yīng)在以下 6 個(gè)方面著力研究： 1．加大力度實(shí)施質(zhì)量工程，提高數(shù)控機(jī)床的無故障率。 2．跟蹤國際水平，使數(shù)控機(jī)床向高效高精方面發(fā)展。 3．加大成套設(shè)計(jì)開發(fā)能力上求突破。 4．發(fā)揮服務(wù)優(yōu)勢，擴(kuò)大市場占有率。 5 5．多品種制造，滿足不同層次的用戶。 6．模塊化設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期，快速響應(yīng)市場。數(shù)控機(jī)床使用范圍越來越大，國內(nèi)國際市場容量也越來越大，但競爭也會(huì)加劇，我們只有緊跟先進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的大方向，并不斷創(chuàng)新，才能趕超世界先進(jìn)水平。 第 2 章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 總體方案設(shè)計(jì)要求 總體方案 設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計(jì)算機(jī)的選擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 （ 1）普通 車床 數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （ 2）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 3）根據(jù)普通 車床 最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位微機(jī)。在 8 位微機(jī)中， MCS— 51 系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度 快、抗干擾能力強(qiáng)、具有很高的性價(jià)比，因此，可選 MCS—51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 （ 4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （ 6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。 （ 7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng) 精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 6 7 8 9 10 （ 8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 總體設(shè)計(jì)方案的確定 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇 考慮到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本容易調(diào)試和維護(hù)，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 車床 應(yīng)選用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求采用 8 位微機(jī)。由于 MCS51 系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)性能價(jià)格比高 等特點(diǎn)，決定采用 MCS51 系列的 80C31單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、顯示器， I/O 接口及光隔離電路，步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。 機(jī)械傳動(dòng)方式 為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要