【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 診斷、對(duì)刀、傳輸、調(diào)度、管理等也都由機(jī)床自動(dòng)完成，這樣減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件。 數(shù)控加工的尺寸精度通常在 之間，而且不受零件形狀復(fù)雜程度的影 響，加工中消除了操作者的認(rèn)為誤差，提高了同批零件尺寸的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定。 數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的控制信息是加工程序。當(dāng)加工對(duì)象改變時(shí)，除了相應(yīng)更換盤套類零件數(shù)控車削加工工藝設(shè)計(jì) 2 刀具和解決工件裝夾方式外，只要重新編寫并輸入該零件的加工程序，便可自動(dòng)加工出新的零件，不必對(duì)機(jī)床作任何復(fù)雜的調(diào)整，這樣縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，給新產(chǎn)品的研制開發(fā)以及產(chǎn)品的改進(jìn)、改型提供了捷徑。 數(shù)控機(jī)床的加工效率高，一方面是自動(dòng)化程度高，在一次裝夾中能完成較多表面的加工，省去了劃線、多次裝夾、檢測(cè)等工序；另一方面是 數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度高，空行程時(shí)間短。目前，數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)到 50007000r/min，數(shù)控高速磨削的砂輪線速度達(dá)到 100200m/s，加工中心的主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)到 2021050000r/min，各軸的快速移動(dòng)速度達(dá)到1824m/min。 由于數(shù)控機(jī)床是使用數(shù)字信息，易于與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（ CAD/CAM）系統(tǒng)聯(lián)接，形成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造與數(shù)控機(jī)床緊密結(jié)合的一體化系統(tǒng)。 當(dāng)然，數(shù)控加工在某些方面也有不足之處，這就是數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，加工成本高，技術(shù)復(fù)雜，對(duì)工藝和編 程要求較高，加工中難以調(diào)整，維修困難。為了提高數(shù)控機(jī)床的利用率，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，需要切實(shí)解決好加工工藝與程序編制、刀具的供應(yīng)、編程與操作人員的培訓(xùn)等問題。 數(shù)控加工的發(fā)展 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 歷程 與 分類 自 1952 年第一臺(tái)數(shù)控銑床在美國誕生以來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床得到了迅速的發(fā)展和更新?lián)Q代。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展先后經(jīng)歷了電子管（ 1952 年）、晶體管 （ 1959 年） 、小規(guī)模集成電路（ 1965 年） 、大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī) （ 1970 年） 和微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī) （ 1974年） 等五代數(shù)控系統(tǒng)。前三代系統(tǒng)采用專用電子線路實(shí)現(xiàn)的硬件式數(shù)控系統(tǒng)，一般稱為普通數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 NC。第四代和第五代系統(tǒng)是采用微處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路組成的軟件式數(shù)控系統(tǒng)，稱為現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 CNC（ 第四代 ） 和 MNC（第五代）。由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的控制功能大部分是由軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，因而使硬件進(jìn)一步得到了簡(jiǎn)化，系統(tǒng)可靠性提高，功能更加靈活和完善。目前現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)幾乎完全取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)。 隨著數(shù)控系統(tǒng)的不斷更新?lián)Q代，數(shù)控機(jī)床的品種也得以不斷地發(fā)展，產(chǎn) 量也不斷地提高。目前，世界數(shù)控機(jī)床的品種已超過 1500 種，幾乎所有品種的機(jī)床都實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)量近 15 萬臺(tái)，產(chǎn)值超過 200 億美元，數(shù)控機(jī)床總擁有量達(dá)到 100 萬臺(tái)以上。 我國數(shù)控機(jī)床的研制始于 1958 年，由清華大學(xué)研制了最早的樣機(jī)。 1966 年我國誕生了第一臺(tái)用直線 圓弧插補(bǔ)的晶體管數(shù)控系統(tǒng)。 1970年初研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)。 1980年以來，通過研究和引進(jìn)技術(shù)，我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展很快，現(xiàn)已掌握了 56 軸聯(lián)動(dòng)、螺距誤差補(bǔ)償、圖形顯示和高精度伺服系統(tǒng)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前已有幾十個(gè)單位在從事不同層畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 次的數(shù) 控機(jī)床的生產(chǎn)與開發(fā)，形成了具有小批量生產(chǎn)能力的生產(chǎn)基地。數(shù)控機(jī)床的品種已超過 500 種，其中金屬切削機(jī)床品種數(shù)控化率已達(dá) 20%。 1） 按加工工藝方法分類 （ 1） 金屬切削類數(shù)控機(jī)床 與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)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(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)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(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。 在普通數(shù)控機(jī)床加裝一個(gè)刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工 中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)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(chǔ)上增加了一個(gè)容量較大的刀庫和自動(dòng)換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對(duì)箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、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(jī)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(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積，縮短了輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 （ 2） 特種加工類數(shù)控機(jī)床 除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花 成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。 （ 3） 板材加工類數(shù)控機(jī)床 常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎機(jī)等。 近年來，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。 2） 按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類 （ 1） 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此幾個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無任何聯(lián)系?？梢詭讉€(gè)坐標(biāo)同時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以各個(gè)坐標(biāo)單 獨(dú)依次運(yùn)動(dòng)。 這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。 （ 2） 直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工，進(jìn)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(jiǎn)易數(shù)控車床，只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個(gè)坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控鏜銑床、加工中心等機(jī)床，它的各個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能，這類機(jī)床應(yīng)該稱為點(diǎn)位 /直線控制的數(shù)控機(jī)床。 盤套類零件數(shù)控車削加工工藝設(shè)計(jì) 4 （ 3） 輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)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(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及 數(shù)控繪圖機(jī)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(diǎn)位 /直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。 3） 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類 （ 1） 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測(cè)元件，伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)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(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 （ 2） 閉環(huán)控制數(shù)控車床 接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度，也與傳動(dòng)鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。這類控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺(tái)納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位 精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 （ 3） 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角位移電流檢測(cè)裝置（如光電編碼器等），通過檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對(duì)誤差進(jìn)行修正。通過測(cè)速元件 A 和光電編碼盤 B 可間接檢測(cè)出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)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(cè)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 （ 4） 混合控制數(shù)控機(jī)床 將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床。混合控制數(shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜。 自動(dòng)編程系統(tǒng)的發(fā)展 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 在上世紀(jì) 50 年代后期，美國首先研制成功了 APT 系統(tǒng)。由于它具有語言直觀易懂、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，很快就成為廣泛使用的自動(dòng)編程 系統(tǒng)。到了上世紀(jì) 60 年代和 70 年代，又先后發(fā)展了 APTⅢ 和 APTⅣ 系統(tǒng)，主要用于輪廓零件的編程，也可以用于點(diǎn)位加工和多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床程序的編制。 APT 語言系統(tǒng)很龐大，需要大型通用計(jì)算機(jī)，不適用于中小用戶。為此，還發(fā)展了一些比較靈活、針對(duì)性強(qiáng)的可用小型計(jì)算機(jī)的自動(dòng)編程系統(tǒng)，如用于兩坐標(biāo)輪廓零件編程的 ADAPT 系統(tǒng)等。 在西歐和日本，也在引進(jìn)美國技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展了各自的自動(dòng)編程系統(tǒng)，如德國的EXAPT 系統(tǒng)、法國的 IFAPT 系統(tǒng)、英國的 2CL 系統(tǒng)以及日本的 FAPT 和 HAPT 系統(tǒng)等。我國的自動(dòng)編程系統(tǒng)發(fā)展較晚，但進(jìn)步 很快，目前主要有用于航空零件加工的 SKC 系統(tǒng)以及 ZCK、 ZBC 和用于線切割加工的 SKG 等系統(tǒng)。 自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展 隨著 CNC 技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及系統(tǒng)工程學(xué)的發(fā)展，為單機(jī)數(shù)控化向計(jì)算機(jī)控制的多機(jī)制造系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展創(chuàng)造了必要