【正文】 。美國(guó) CINCINNATI 公司的 HyperMach 機(jī) 床進(jìn)給速度最大達(dá) 60m/min，快速為 100m/min，加速度達(dá) 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá) 60 000r/min。 數(shù)控，機(jī)床，模具設(shè)計(jì) ,數(shù)控車床，數(shù)控技術(shù) 在加工精度方面，近 10 年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10μm提高到 5μm，精密級(jí)加工中心則從 3～ 5μm，提高到 1～ ，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí) ()。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。一般認(rèn)為， 1 臺(tái) 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于 2 臺(tái) 3 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)， 5 軸聯(lián)動(dòng)加工可比 3 軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。 在 EMO2021 展會(huì)上，新日本工機(jī)的 5 面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工 可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。 數(shù)控，機(jī)床，模具設(shè)計(jì) ,數(shù)控車床，數(shù)控技術(shù) 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參 數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。目前許多國(guó)家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美 國(guó)的 NGC(The Next Generation WorkStation/Machine Control)、歐共體的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)，中國(guó)的 ONC(Open Numerical Control System)等。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮 明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在 EMO2021 展中，日本山崎馬扎克（ Mazak)公司展出的CyberProduction Center（智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱 CPC)；日本大隈（ Okuma）機(jī)床公司展出IT plaza（信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱 IT 廣場(chǎng) )；德國(guó)西門子 (Siemens)公司展出的 Open Manufacturing 畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì) 共 29 頁(yè) 第 6 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Environment（開放制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱 OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。我國(guó)在 2021 年也開始進(jìn)行中國(guó)的 ONC 數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都是基于 ISO6983 標(biāo)準(zhǔn)，即采用 G， M 代碼描述如何（ how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過(guò)程，顯然，他已越來(lái)越不能滿足現(xiàn) 代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。 STEPNC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。而在新標(biāo)準(zhǔn)下， NC 程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。 目前，歐美國(guó)家非常重視 STEPNC 的研究，歐洲發(fā)起了 STEPNC 的 IMS 計(jì)劃 (～)。美國(guó)的 STEP Tools 公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型 (Super Model)，其目標(biāo)是用 統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過(guò)程。 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì) 我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年，近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為 3 個(gè)階段：第一階段從 1958 年到 1979 年，即封閉式發(fā)展階段。第二階段是在國(guó)家的 六五 、 七五 期間以及 八五 的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。第三階段是在國(guó)家的 八五 的后期和 九五 期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段。在 九五 末期，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá) 50％，配國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達(dá)到了 10％。 1)． 奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控 技術(shù) 我國(guó)現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。 3).建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍 雖然在數(shù)控技術(shù) 的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)高端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。 從國(guó)際上來(lái)看，對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計(jì)大致如下。 2).產(chǎn)業(yè)化水平上，市場(chǎng)占有率低，品種覆蓋率小 ，還沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對(duì)差；可靠性不高，商品化程度不足；國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。 分析存在上述差距的主要原因有以下幾個(gè)方面。對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長(zhǎng)期性的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足；對(duì)市場(chǎng)的不規(guī)范、國(guó)外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足；對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析 不夠。從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的時(shí)候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的時(shí)候少；沒(méi)有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。不良機(jī)制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)施困難。企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)。 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 戰(zhàn)略考慮 我國(guó)是制造大國(guó)，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)制造業(yè)將進(jìn)一步 空芯 。 我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，首先從社會(huì)安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國(guó)就 業(yè)的壓力，保障社會(huì)的穩(wěn)定；其次從國(guó)防安全看，西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制， 東芝事件 和 考克斯報(bào)告 就是最好的例證。 強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終 端產(chǎn)品為主，以整機(jī)（如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等）帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒(méi)有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。 在競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì) 共 29 頁(yè) 第 9 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 2 章 常見數(shù)控機(jī)床的類型、原理及結(jié)構(gòu) 按數(shù)控機(jī)床的加工功能 點(diǎn)位控制 (positioning control)數(shù)控機(jī)床 控制特點(diǎn)：在加工平面內(nèi)，從一個(gè)位置快速移動(dòng)到下一個(gè)位置，并有高的定 位精度。用于加工孔系（鉆、鏜、沖），這類數(shù)控機(jī)床有：數(shù)控鉆床、 鏜床 、沖床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。速度在一定范圍可調(diào)。還有數(shù)控組合機(jī)床。也稱連續(xù)控制或多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。常用于車削回轉(zhuǎn)曲面、銑削平面曲線輪廓零件（平面凸輪）。 加工平面輪廓時(shí)，無(wú)論輪廓是什么曲線組成，常用小段直線來(lái)逼近曲線： 以銑削平面輪廓為例，設(shè)當(dāng)前銑刀回轉(zhuǎn)中心在 I/點(diǎn)，輪廓上的切削點(diǎn)為 I，在單位時(shí)間內(nèi)，數(shù)控系統(tǒng)控制刀具相對(duì)工件在 X、 Y兩個(gè)坐標(biāo)軸方向同時(shí)進(jìn)給 ΔxI和 Δyi產(chǎn)生合成直線位移 ΔLi，移到 J 點(diǎn)，從而在工件上加工出一小段直線 IJ，逼近弧段 IJ，如此連續(xù)控制 X、 Y 軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，便可加工出多段小直線組成的折線來(lái)逼近曲線輪廓。運(yùn)算條件：合成進(jìn)給速度、單位時(shí)間長(zhǎng)短、輪廓曲線方程、由 刀具半徑 和加工裕量所決定的刀具中心偏移量 。 ① 兩軸半聯(lián)動(dòng)加工 對(duì)任何 曲面，以平行于某坐標(biāo)平面的平面連續(xù)剖分，得到一系列平面曲線。就可加工出該曲面。 ② 三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工 三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，刀具作空間曲線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。還可加工曲面輪廓。與兩軸半不同的是，刀具作空間曲線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，從而，使刀具在工件上切出的軌跡是平面曲線，切痕規(guī)則，容易得到低的表面粗糙度。但從加工效率和加工表面粗糙度考慮，對(duì)很多曲面，采用三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工是不合適的，需要采用更多的坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)來(lái)加工。若采用圓柱銑刀周邊切削方式，因是直紋，在加工中，使刀具與加工型面始終保持貼合，不僅加工表面光潔，而且效率高。這就是四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工。 加工時(shí)，使銑刀端面與切削點(diǎn)的切平面重合（凸面）或與切平面成某一夾角（凹面，避免產(chǎn)生刀刃干涉）。故需要 X、 Y、 Z 和繞兩個(gè)坐標(biāo)的角度聯(lián)動(dòng)控制，即五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制。 按所用進(jìn) 給伺服系統(tǒng)的類型分類 開環(huán) (open loop )數(shù)控機(jī)床 開環(huán)數(shù)控機(jī)床采用開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。 控制原理：數(shù)控裝置根據(jù)所要求的進(jìn)給速度和進(jìn)給位移，輸出一定頻率和數(shù)量的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后，每個(gè)進(jìn)給脈沖驅(qū)動(dòng)功率步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，在經(jīng)減速齒輪、絲杠螺母副，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)當(dāng)量直線位移（稱為脈沖當(dāng)量）。無(wú)須對(duì)實(shí)際位移進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)際上，由于存在步距角誤差、轉(zhuǎn)動(dòng)間隙和誤差，實(shí)際位移與指令位移之間有誤差。開環(huán)伺服系統(tǒng)多用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床或?qū)εf機(jī)床進(jìn)行改造。由安裝在進(jìn)給執(zhí)行部件上的位移檢測(cè)裝置直接檢測(cè)的實(shí)際位移，經(jīng)反饋回路反饋給數(shù)控裝置，數(shù)控裝置將位移指令與實(shí) 際位移進(jìn)行比較，根據(jù)其差值與指令進(jìn)給速度的要求，按一定的規(guī)律進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，得到進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度指令。從而控制工作臺(tái)準(zhǔn)確的按指令位移和速度運(yùn)動(dòng)。由位置控制和速度控制構(gòu)成的雙閉環(huán)控制，可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)精度更高、速度更快、驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)。則構(gòu)成半閉環(huán)控制。由于不是直接檢測(cè)實(shí)際位移進(jìn)行控制，所以，精度低于閉環(huán)控制，但仍比開環(huán)的精度高?，F(xiàn)在，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都采用半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。它的輸入處理、插補(bǔ)運(yùn)算和控制功能，都是由專用的固定組合邏輯電路來(lái)實(shí) 現(xiàn)。因而改變或增減控制和運(yùn)算功能時(shí)，需要改變硬件電路。 計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC)機(jī)床 使用計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（軟線數(shù)控裝置）。輸入處理、插補(bǔ)運(yùn)算等主要數(shù)控功能幾乎全部由系統(tǒng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。修改或增減功能，不需變動(dòng)硬件電路，只需改變系統(tǒng)軟件。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類似。 1). 動(dòng)力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓 力能；是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。它們的作用是根據(jù)需要無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 5). 工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過(guò)油泵和液動(dòng)機(jī) 實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。一些液壓設(shè)備的液壓系統(tǒng)雖然很復(fù)雜，但它通常都由一些基本回路組成，所以掌握一些基本回路的組成、原理和特點(diǎn)將有助于認(rèn)識(shí)分析一個(gè)完成的液壓系統(tǒng)。 如 1．單級(jí)調(diào)壓回路 如圖所示，在液壓泵出口處設(shè)置并聯(lián)溢流閥 2 即可組成單級(jí)調(diào)壓回 路，從而控制了液壓系統(tǒng)的工作壓力。實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的方法不同有多種案 ,下面介紹一 種常用的快速運(yùn)動(dòng)回路。其特點(diǎn)為當(dāng)液壓缸前進(jìn)時(shí)，活塞從液壓缸右側(cè)排出的油再?gòu)淖髠?cè)進(jìn)入液壓缸，增