【文章內(nèi)容簡介】 具、供給切削液等）和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數(shù)字化的代碼來表示，通過控制介質(zhì)將數(shù)字信息送入專用的或通用的計算機，計算機對輸入的信息進行處理與運算，發(fā)出各種指令來控制機床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，是機床自動加工出所需要的零件。/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文第二章 數(shù)控機床的發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展從１９５２年第一臺數(shù)控機床問世后，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)先后經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控ＰＣ機的通用CNC系統(tǒng)。其中前三代為第一階段，稱作為硬件連接數(shù)控，簡稱ＮＣ系統(tǒng)；后三代為第二階段，乘坐計算機軟件數(shù)控，簡稱ＣＮＣ系統(tǒng)。 機床的發(fā)展趨勢數(shù)控機床總的發(fā)展趨勢是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。（1）工序集中 20世紀50年代末期，在一般數(shù)控機床的基礎上開發(fā)了數(shù)控加工中心，即自備刀具庫的自動換刀數(shù)控機床。在加工中心機床上，工件一次裝夾后，機床的機械手可以自動更換刀具，連續(xù)的對工件進行多種工序加工。目前，加工中心機床的刀具庫容量可達到100多把刀具，～2秒。加工中心機床使工序集中在一臺機床上完成，減少了由于工序分散，工件多次安裝引起的定位誤差，提高了加工精度，同時也減少了機床的臺數(shù)與占地面積，壓縮了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時間，有效的提高了數(shù)控機床的生產(chǎn)效率和數(shù)控加工的經(jīng)濟效益。（2）高速、高效、高精度高速、高效、高精度是機械加工的目標，數(shù)控機床因其價格昂貴，在上述三方面的發(fā)展也就更為突出。（3）方便使用數(shù)控機床制造廠把建立友好的人機界面、提高數(shù)控機床的可靠性作為提高競爭能力的主要方面。1）加工編程方便手工編程和自動編程已經(jīng)使用了幾十年，有了長足的發(fā)展，在手工編程方面，開發(fā)了多種加工循環(huán)、參數(shù)編程和除直線、圓弧以外的各種插補功能，CAD/CAM的研究發(fā)展，從技術(shù)上來講可以替代手工編程。但是一套適用的CAD/CAM軟件加上計算機硬件，/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文投資較大，學習、掌握時間較長，對大多數(shù)的簡單工件很不經(jīng)濟。近年來，發(fā)展起來的圖形交互式編程系統(tǒng)（WOP，又稱面向車間編程），很受用戶歡迎。這種編程方式不使用G、M代碼，而是借助圖形菜單，輸入整個圖形塊以及相應參數(shù)作為加工指令，形成加工程序，與傳統(tǒng)加工時的思維方式類似。圖形交互編程方法在制定標準后，有可能成為各種型號的數(shù)控機床統(tǒng)一的編程方法。2）使用方法數(shù)控機床普遍采用彩色CRT進行人機對話、圖形顯示和圖形模擬的。有的數(shù)控機床將采用說明書、編程指南、潤滑指南等存入系統(tǒng)共使用者調(diào)閱。/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文第三章 數(shù)控機床的分類 按加工工藝方法分類 ．金屬切削類數(shù)控機床與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床等。盡管這些數(shù)控機床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機床的動作和運動都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動化程度。在普通數(shù)控機床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機床。加工中心機床進一步提高了普通數(shù)控機床的自動化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進行銑、鏜、鉆、擴、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機床的臺數(shù)和占地面積，縮短了輔助時間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。．特種加工類數(shù)控機床除了切削加工數(shù)控機床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控等離子弧切割機床、數(shù)控火焰切割機床以及數(shù)控激光加工機床等。．板材加工類數(shù)控機床常見的應用于金屬板材加工的數(shù)控機床有數(shù)控壓力機、數(shù)控剪板機和數(shù)控折彎機等。近年來，其它機械設備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標測量機、自動繪圖機及工業(yè)機器人等。/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文 按控制運動軌跡分類．點位控制數(shù)控機床位置的精確定位，在移動和定位過程中不進行任何加工。機床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點的坐標值，不控制點與點之間的運動軌跡，因此幾個坐標軸之間的運動無任何聯(lián)系。可以幾個坐標同時向目標點運動，也可以各個坐標單獨依次運動。這類數(shù)控機床主要有數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機等。點位控制數(shù)控機床的數(shù)控裝置稱為點位數(shù)控裝置。．直線控制數(shù)控機床直線控制數(shù)控機床可控制刀具或工作臺以適當?shù)倪M給速度，沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工，進給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。直線控制的簡易數(shù)控車床，只有兩個坐標軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個坐標軸，可用于平面的銑削加工。現(xiàn)代組合機床采用數(shù)控進給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動動力頭帶有多軸箱的軸向進給進行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機床。數(shù)控鏜銑床、加工中心等機床，它的各個坐標方向的進給運動的速度能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整，兼有點位和直線控制加工的功能，這類機床應該稱為點位/直線控制的數(shù)控機床。．輪廓控制數(shù)控機床輪廓控制數(shù)控機床能夠?qū)蓚€或兩個以上運動的位移及速度進行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機床移動部件的起點/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文與終點坐標，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機床。數(shù)控火焰切割機、電火花加工機床以及數(shù)控繪圖機等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點位/直線控系統(tǒng)更為復雜，在加工過程中需要不斷進行插補運算，然后進行相應的速度與位移控制?，F(xiàn)在計算機數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計算機數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。 按驅(qū)動裝置的特點分類這類控制的數(shù)控機床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅(qū)動部件通常為反應式步進電動機或混合式伺服步進電動機。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進給指令，經(jīng)驅(qū)動電路功率放大后，驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機床的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行監(jiān)測，也不能進行誤差校正。因此，步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機床，特別是簡易經(jīng)濟型數(shù)控機床。接對工作臺的實際位移進行檢測，將測量的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。圖13所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉(zhuǎn)動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進行位置控制，直至差值為零時為止。這類控制的數(shù)控機床，因把機床工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機床。閉環(huán)控制數(shù)控機床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復雜，成本高。半閉環(huán)控制數(shù)控機床是在伺服電動機的軸或數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進行修正。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現(xiàn)控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機床。半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設計成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。將以上三類數(shù)控機床的特點結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機床?；旌峡刂茢?shù)控機床特別適用于大型或重型數(shù)控機床，因為大型或重型數(shù)控機床需要較高的進給速度與相當高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式： / 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文（1）開環(huán)補償型。它的基本控制選用步進電動機的開環(huán)伺服機構(gòu)，另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機械系統(tǒng)的誤差。（2）半閉環(huán)補償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中A是速度測量元件（如測速發(fā)電機），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文第四章 數(shù)控車的工藝與工裝削數(shù)控車床加工工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數(shù)控車床是一次裝夾，連續(xù)自動加工完成所有車削工序，因而應注意以下幾個方面。對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產(chǎn)生機械的、化學的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。進給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進給量大，切削溫度上升，后面磨損大進給伺服系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的正確調(diào)節(jié)是最重要的，應該在位置開環(huán)的條件下作最佳化調(diào)節(jié)，既不過沖又要保持一定的硬特性。它受機床坐標軸機械特性的制約，一旦導軌和機械傳動鏈 的狀態(tài)發(fā)生變化，就需重調(diào)速度環(huán)調(diào)節(jié)器。(6)電器硬件電路隨著PLC功能的不斷強大，電器硬件電路主要任務是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類執(zhí)行電器(繼電器、接觸器)，很少還有繼電器邏輯電路的存在。但是一些進口機床柜中還有使用自含一定邏輯控制的專用組合型繼電器的情況，一旦這類元件出現(xiàn)故障，除了更換之外，還可以將其去除而由PLC邏輯取而代之，但是這不僅需要對該專用電器的工作原理有清楚的了解，還要對機床的PLC語言與程序深入掌握才行。(7)機床(電器部分)包括所有的電動機、電磁閥、制動器、各種開關(guān)等。它們是實現(xiàn)機床各種動作的執(zhí)行者和機床各種現(xiàn)實狀態(tài)的報告員。這里可能的主要故障多數(shù)屬于電器件自身的損壞和連接電線、電纜的脫開或斷裂。/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文(8)速度測量通常由集裝于主軸和進給電動機中的測速機來完成。它將電動機實際轉(zhuǎn)速匹配成電壓值送回伺服驅(qū)動系統(tǒng)作為速度反饋信號，與指令速度電壓值相比較，從而實現(xiàn)速度的精確控制。這里應注意測速反饋電壓的匹配聯(lián)接，并且不要拆卸測速機。由此引起的速度失控多是由于測速反饋線接反或者斷線所致。(9)位置測量較早期的機床使用直線或圓形同步感應器或者旋轉(zhuǎn)變壓器，而現(xiàn)代機床多采用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測量元件。它們對機床坐標軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量，將測量值反饋到CNC并與指令位移相比較直至坐標軸到達指令位置，從而實現(xiàn)對位置的精確控制。位置環(huán)可能出現(xiàn)的故障多為硬件故障，例如位置測量元件受到污染，導線連接故障等。(10)外部設備一般指PC計算機、打印機等輸出設備，多數(shù)不屬于機床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。(1)數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機(已很少使用)，CNC鍵盤(一般輸入操作)，數(shù)控系統(tǒng)配備的硬盤及驅(qū)動裝置(用于大量數(shù)據(jù)的存儲保護)、磁帶機(較少使用)、PC計算機等等。(2)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床的中樞，它將接到的全部功能指令進行解碼、運算，然后有序地發(fā)出各種需要的運動指令和各種機床功能的控制指令，直至運動和功能結(jié)束。數(shù)控系統(tǒng)都有很完善的自診斷能力，日常使用中更多地是要注意嚴格按規(guī)定操作，而日常的維護則主要是對硬件使用環(huán)境的保護和防止系統(tǒng)軟件的破壞。(3)可編程邏輯控制器是機床各項功能的邏輯控制中心。它將來自CNC的各種運動及功能指令進行邏輯排序，使它們能夠準確地、協(xié)調(diào)有序地安全運行；同時將來自機床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給CNC，使CNC能及時準確地發(fā)出進一步的控制指令，如此實現(xiàn)對整個機床的控制。當代PLC多集成于數(shù)控系統(tǒng)中，這主要是指控制軟件的集成化，而PLC硬件則在規(guī)模較大的系統(tǒng)中往往采取分布式結(jié)構(gòu)。PLC與CNC的集成是采取軟件接口實現(xiàn)的，一般系統(tǒng)都是將二者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由系統(tǒng)對所有地址的信息狀態(tài)進行實時監(jiān)控，根據(jù)各接口信號的現(xiàn)時狀態(tài)加以分析判斷，據(jù)此作出進一步的控制命令，完成對運動或功能的控制。/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文不同廠商的PLC有不同的PLC語言和不同的語言表達形式，因此，力求熟悉某一機床PLC程序的前提是先熟悉該機床的PLC語言。(4)主軸驅(qū)動系統(tǒng)接受來自CNC的驅(qū)動指令，經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩(功率)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動主電動機轉(zhuǎn)動，同時接受速度反饋實施速度閉環(huán)控制。它還通過PLC將主軸的各種現(xiàn)實工作狀態(tài)通告CNC用以完成對主軸的各項功能控制。主軸驅(qū)動系統(tǒng)自身有許多參數(shù)設定，這些參數(shù)直接影響主軸的轉(zhuǎn)動特性，其中有些不可丟失或改變的，例如指示電動機規(guī)格的參數(shù)等，有些是可根據(jù)運行狀態(tài)加以調(diào)改的，例如零漂等。通常CNC中也設有主軸相關(guān)的機床數(shù)據(jù)，并且與主軸驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)作用相同，因此要注意二者取一，切勿沖突。(5)進給伺服系統(tǒng)接受來自CNC對每個運動坐標軸分別提供的速度指令，經(jīng)速度與電流(轉(zhuǎn)矩)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機床坐標軸運動，同時接受速度反饋信號實施速度閉環(huán)控制。它也通過PLC與CNC通信，通報現(xiàn)時工作狀態(tài)并接受CNC的控制。進給伺服系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的正確調(diào)節(jié)是最重要的，應該在位置開環(huán)的條件下作最佳化調(diào)節(jié)，既不過沖又要保持一定的硬特性。它受機床坐標軸機械特性的制約，一旦導軌和機械傳動鏈 的狀態(tài)發(fā)生變化，就需重調(diào)速度環(huán)調(diào)節(jié)器。(6)電器硬件電路隨著PLC功能的不斷強大，電器硬件電路主要任務是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類執(zhí)行電器(繼電器、接觸器)，很少還有繼電器邏輯電路的存在。但是一些進口機床柜中還有使用自含一定邏輯控制的專用組合型繼電器的情況，一旦這類元件出現(xiàn)故障，除了更換之外，還可以將其去除而由PLC邏輯取而代之，但是這不僅需要對該專用電器的工作原理有清楚的了解，還要對機床的PLC語言與程序深入掌握才行。(7)機床(電器部分)包括所有的電動機、電磁閥、制動器、各種開關(guān)等。它們是實現(xiàn)機床各種動作的執(zhí)行者和機床各種現(xiàn)實狀態(tài)的報告員。這里可能的主要故障多數(shù)屬于電器件自身的損壞和連接電線、電纜的脫開或斷裂。(8)速度測量通常由集裝于主軸和進給電動機中的測速機來完成。它將電動機實際轉(zhuǎn)速匹配成電壓值送回伺服驅(qū)動系統(tǒng)作為速度反饋信號，與指令速度電壓值相比較，從/ 27河南農(nóng)業(yè)大學 2010屆畢業(yè)論文而實現(xiàn)速度的精確控制。這里應注意測速反饋電壓的匹配聯(lián)接，并且不要拆卸測速機。由此引起的速度失控多是由于測速反饋線接反或者斷線所致。(9)位置測量較早期的機床使用直線或圓形同步感應器或者旋轉(zhuǎn)變壓器，而現(xiàn)代機床多采用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測量元件。它們對機床坐標軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量，將測量值反饋到CNC并與指令位移相比較直至坐標軸到達指令位置，從而實現(xiàn)對位置的精確控制。位置環(huán)可能出現(xiàn)的故障多為硬件故障，例如位置測量元件受到污染，導線連接故障等。(10)外部設備一般指PC計算機、打印機等輸出設備，多數(shù)不屬于機床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。(1)數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機(已很少使用)，CNC鍵盤(一般輸入操作)，數(shù)控系統(tǒng)配備的硬盤及驅(qū)動裝置(用于大量數(shù)據(jù)的存儲保護)、磁帶機(較少使用)、PC計算機等等。(2)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床的中樞，它將接到的全部功能指令進行解碼、運算，然后有序地發(fā)出各種需要的運動指令和各種機床功能的控制指令，直至運動和功能結(jié)束。數(shù)控系統(tǒng)都有很完善的自診斷能力，日常使用中更多地是要注意嚴格按規(guī)定操作，而日常的維護則主要是對硬件使用環(huán)境的保護和防止系統(tǒng)軟件的破壞。(3)可編程邏輯控制器是機床各項功能的邏輯控制中心。它將來自CNC的各種運動及功能指令進行邏輯排序，使它們能夠準確地、協(xié)調(diào)有序地安全運行；同時將來自機床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給CNC，使CNC能及時準確地發(fā)出進一步的控制指令，如此實現(xiàn)對整個機床的控制。當代PLC多集成于數(shù)控系統(tǒng)中，這主要是指控制軟件的集成化，而PLC硬件則在規(guī)模較大的系統(tǒng)中往往采取分布式結(jié)構(gòu)。PLC與CNC的集成是采取軟件