【文章內(nèi)容簡介】 種控制功能的數(shù)控機床現(xiàn)代數(shù)控機床大多數(shù)有兩坐標或以上聯(lián)動控制刀具半徑和長度補償?shù)鹊裙δ馨绰?lián)動軸數(shù)也可分兩軸聯(lián)動兩軸半三軸四軸五軸聯(lián)動等隨著制造技術的發(fā)展多坐標聯(lián)動控制也越來普遍控制方式分類1開環(huán)控制系統(tǒng)它是指沒有位置檢測反饋裝置的控制方式特點是結構簡單價格低廉但難以實現(xiàn)運動部件的快速控制廣泛應用于步進電機低扭矩高精度速度中等的小型設備德驅動控制中特別在微電子生產(chǎn)設備中2半閉環(huán)控制系統(tǒng)它是指在電動機軸或絲桿的端部裝有角位移角速度檢測裝置通過位置檢測反饋裝置反饋給數(shù)控裝置的比較器與輸入指令比較用差值控制運動部件特點是調試方便良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性結構緊湊但在機械傳動鏈的誤差無法得校正或消除目前采用滾珠絲扛螺母機構有很好的精度和精度保持性和采取看可靠的消除反向運動間隙的機構可以滿足大多數(shù)的數(shù)控機床用戶因此被廣泛的采用且成為首選的控制方式3閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機床最終的運動部件的相應位置安裝直線或回轉式檢測裝置將直接測量到的位移或角位移反饋到數(shù)控裝置的比較器中與輸入指令位移量比較用差值控制運動部件優(yōu)點是將機械傳動鏈的全部環(huán)節(jié)都包含在閉環(huán)內(nèi)精度取決于檢測裝置的精度超過半閉環(huán)系統(tǒng)缺點是價格昂貴對機構和傳動鏈要求嚴格不然會引起振蕩降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性加工水平分類一般把數(shù)控機床分為精密型普通型經(jīng)濟型數(shù)控機床水平的高低一般取決于以下幾個參數(shù)和功能 1中央處理單元經(jīng)濟型數(shù)控8位CPU精密和普通型有16位發(fā)展到32或64位且采用精簡指令集的CPU2分辨率和進給速度經(jīng)濟型數(shù)控分別率10μm進給速度815mmin普通型數(shù)控分別率1μm進給速度1524mmin精密型數(shù)控分別率01μm進給速度24100mmin 3多軸聯(lián)動功能經(jīng)濟型數(shù)控23軸聯(lián)動普通與精密型數(shù)控35軸聯(lián)動甚至更多 4顯示功能經(jīng)濟型數(shù)控只有簡單的數(shù)碼顯示或簡單的CRT字符顯示普通型則有較為齊全的CRT顯示還有圖形人及對話自診等功能精密型則還有三維圖形顯示 5通信功能經(jīng)濟型無通信功能普通型有RS232或DNC等接口精密型有MAP等高性能通信接口除以上四種分類外目前還有用數(shù)控裝置的構成方式來分類分硬件和軟件數(shù)控控制坐標軸數(shù)和聯(lián)動咒術方式分位三軸二聯(lián)動和四軸四聯(lián)動等13數(shù)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)控機床最早誕生于美國1948年美國帕森斯公司在研制加工直升機葉片輪廓檢查用樣板的機床時提出了數(shù)控機床的設想后受美國空軍委托與麻省理工學院合作于1952年試制了世界上第一臺三坐標數(shù)控立式銑床其數(shù)控系統(tǒng)采用電子管1960年開始德國日本中國等都陸續(xù)地開發(fā)生產(chǎn)及使用數(shù)控機床中國于1968年由北京第一機床廠研制出第一臺數(shù)控機床1974年微處理器直接用于數(shù)控機床進一步促進了數(shù)控機床的普及應用和飛速發(fā)展由于微電子和計算機技術的不斷發(fā)展數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)一直在不斷更新到目前為止已經(jīng)歷過以下幾代變化第一代數(shù)控19521959年采用電子管構成的硬件數(shù)控系統(tǒng) 第二代數(shù)控19591965年采用晶體管電路為主的硬件數(shù)控系統(tǒng)第三代數(shù)控1965年開始采用小中規(guī)模集成電路的硬件數(shù)控系統(tǒng)第四代數(shù)控1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機數(shù)控系統(tǒng)第五代數(shù)控1974年開始采用微型計算機控制的數(shù)控系統(tǒng)第六代數(shù)控1990年開始采用工控PC機的通用CNC系統(tǒng)前三代為第一階段數(shù)控系統(tǒng)主要是由硬件聯(lián)結構成稱為硬件數(shù)控后三代稱為計算機數(shù)控其功能主要由軟件完成 近20年來隨著科學技術的發(fā)展先進制造技術的興起和不斷成熟對數(shù)控技術提出了更高的要求目前數(shù)控技術主要朝以下方向發(fā)展1向高速度高精度方向發(fā)展速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標直接關系到產(chǎn)品的質量和檔次產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和在市場上的競爭能力在加工精度方面近10年來普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm精密級加工中心則從35μm提高到115μm并且超精密加工精度已開始進入納米級0001μm加工精度的提高不僅在于采用了滾珠絲杠副靜壓導軌直線滾動導軌磁浮導軌等部件提高了CNC系統(tǒng)的控制精度應用了高分辨率位置檢測裝置而且也在于使用了各種誤差補償技術如絲杠螺距誤差補償?shù)毒哒`差補償熱變形誤差補償空間誤差綜合補償?shù)仍诩庸に俣确矫娓咚偌庸ぴ从?0世紀90年代初以電主軸和直線電機的應用為特征使主軸轉速大大提高進給速度達60m／min以上進給加速度和減速度達到12g以上主軸轉速達100000rmin以上高速進給要求數(shù)控系統(tǒng)的運算速度快采樣周期短還要求數(shù)控系統(tǒng)具有足夠的超前路徑加減速優(yōu)化預處理能力前瞻處理有些系統(tǒng)可提前處理5000個程序段為保證加工速度高檔數(shù)控系統(tǒng)可在每秒內(nèi)進行200010000次進給速度的改變2向柔性化功能集成化方向發(fā)展數(shù)控機床在提高單機柔性化的同時朝單元柔性化和系統(tǒng)化方向發(fā)展如出現(xiàn)了數(shù)控多軸加工中心換刀換箱式加工中心等具有柔性的高效加工設備出現(xiàn)了由多臺數(shù)控機床組成底層加工設備的柔性制造單元Flexible Manufacturing CellFMC柔性制造系統(tǒng)Flexible Manufacturing SystemFMS柔性加工線Flexible Manufacturing LineFML在現(xiàn)代數(shù)控機床上自動換刀裝置自動工作臺交換裝置等已成為基本裝置隨著數(shù)控機床向柔性化方向的發(fā)展功能集成化更多地體現(xiàn)在工件自動裝卸工件自動定位刀具自動對刀工件自動測量與補償集鉆車鏜銑磨為一體的萬能加工和集裝卸加工測量為一體的完整加工等3向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機領域不斷滲透和發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展在新一代的數(shù)控系統(tǒng)中由于采用進化計算Evolutionary Computation模糊系統(tǒng)Fuzzy System和神經(jīng)網(wǎng)絡Neural Network等控制機理性能大大提高具有加工過程的自適應控制負載自動識別工藝參數(shù)自生成運動參數(shù)動態(tài)補償智能診斷智能監(jiān)控等功能1引進自適應控制技術 由于在實際加工過程中影響加工精度因素較多如工件余量不均勻材料硬度不均勻刀具磨損工件變形機床熱變形等這些因素事先難以預知以致在實際加工中很難用最佳參數(shù)進行切削引進自適應控制技術的目的是使加工系統(tǒng)能根據(jù)切削條件的變化自動調節(jié)切削用量等參數(shù)使加工過程保持最佳工作狀態(tài)從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產(chǎn)效率 2故障自診斷自修復功能 在系統(tǒng)整個工作狀態(tài)中利用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝程序隨時對數(shù)控系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設備進行自診斷自檢查一旦出現(xiàn)故障立即采用停機等措施并進行故障報警提示發(fā)生故障的部位和原因等并利用冗余技術自動使故障模塊脫機接通備用模塊 3刀具壽命自動檢測和自動換刀功能 利用紅外聲發(fā)射激光等檢測手段對刀具和工件進行檢測發(fā)現(xiàn)工件超差刀具磨損和破損等及時進行報警自動補償或更換刀具確保產(chǎn)品質量 4模式識別技術 應用圖像識別和聲控技術使機床自己辨識圖樣按照自然語言命令進行加工 5智能化交流伺服驅動技術 目前已研究能自動識別負載并自動調整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)包括智能化主軸交流驅動裝置和進給伺服驅動裝置使驅動系統(tǒng)獲得最佳運行 4向高可靠性方向發(fā)展數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關心的主要指標它主要取決于數(shù)控系統(tǒng)各伺服驅動單元的可靠性為提高可靠性目前主要采取以下措施 1采用更高集成度的電路芯片采用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路以減少元器件的數(shù)量提高可靠性 2通過硬件功能軟件化以適應各種控制功能的要求同時通過硬件結構的模塊化標準化通用化及系列化提高硬件的生產(chǎn)批量和質量 3增強故障自診斷自恢復和保護功能對系統(tǒng)內(nèi)硬件軟件和各種外部設備進行故障診斷報警當發(fā)生加工超程刀損干擾斷電等各種意外時自動進行相應的保護