數(shù)控機床概述

數(shù)控機床的歷史

1946年世界上誕生了第一臺電子管計算機。2~3年后,美國人開始研究把計算機技術(shù)應(yīng)用于機床的控制。1952年制成了世界上第一臺三坐標數(shù)控銑床。之后bendix等公司開始生產(chǎn)數(shù)控機床及數(shù)控裝置。

國外數(shù)控機床的發(fā)展情況

繼美國1952年制造出數(shù)控機床后，英國和日本在1958年制造出數(shù)控機床。德國在1959制造出數(shù)控機床。工業(yè)應(yīng)用中，數(shù)控機床日益顯示出具有技術(shù)上的先進性、經(jīng)濟上的合理性，適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要。數(shù)控機床已從軍事工業(yè)轉(zhuǎn)移到幾乎所有的民用工業(yè),如機械制造、金屬加工等其他行業(yè)，成為工業(yè)發(fā)達國家一種不可缺少的重要設(shè)備。

美國1958年、日本1960年分別試制出了能夠自動更換刀具的數(shù)控機床。顯著地提高了機床的生產(chǎn)率和零件加工的自動化程度。極大地改善了生產(chǎn)者的勞動條件，數(shù)控機床取得了重大發(fā)展。以后這種技術(shù)在臥式鏜銑床、車床、磨床及自動測量機上都有廣泛的應(yīng)用。

數(shù)控機床在實際加工過程中有30多種因素直接或間接影響到零件的加工效果.在一般條件下，機床工作不會隨著這些因素的變化而變化，因而未能充分發(fā)揮數(shù)控機床的能力。1964年美國Bendix公司試制了一臺采用“自適應(yīng)控制技術(shù)”的數(shù)控銑床,在零件加工過程中，機床自動測量零件尺寸,表面粗糙度。調(diào)整、確定切削用量（改變切削速度和進給量），使切削過程處于最佳狀態(tài)，保證獲得較高的生產(chǎn)率，較好的加工質(zhì)量，較長的刀具壽命，也就是最大的經(jīng)濟效益。

繼美國之后，英.日.德也相繼制造出了“適應(yīng)控制”的數(shù)控機床。

適應(yīng)控制技術(shù)也是數(shù)控機床的一個重要發(fā)展。

隨著數(shù)控機床控制技術(shù)的發(fā)展，過去一臺計算機只能控制一臺數(shù)控機床，逐步發(fā)展到一臺或幾臺計算機可以控制幾十臺、甚至二百多臺數(shù)控機床，叫做計算機對數(shù)控機床進行“群控”。群控控制系統(tǒng)使機械零件的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)管理發(fā)生了革命性的變革，產(chǎn)生了后來的無人化車間。

我國數(shù)控機床的發(fā)展狀況

我國數(shù)控機床是從1958年開始研制的。1968年

清華大學制成第一臺小型數(shù)控立銑。1980年前

我國數(shù)控機床的86%為線切割機床（低端數(shù)控機床）。1985年后

我國已能生產(chǎn)45種各類數(shù)控機床滿足工業(yè)發(fā)展的需要，數(shù)控裝置的穩(wěn)定性，可靠性有了明顯的改善,同時數(shù)控機床功能部件的專業(yè)廠也逐漸形成規(guī)模。進入90年代中期國產(chǎn)數(shù)控裝置開始嶄露頭角，進入21世紀，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)開始形成生產(chǎn)規(guī)模、擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，打破了西方對高端數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。

國產(chǎn)中低端數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)路線上，采用了開放式的體系平臺。隨著計算機技術(shù)的進步，其穩(wěn)定性、可靠性都有了長足的進步。特別是中國駐南斯拉夫大使館被轟炸后，中國高層領(lǐng)導逐步認清了數(shù)控技術(shù)對提高國家綜合實力的重要性，從政策到資金對數(shù)控技術(shù)的開發(fā)、研究給予了極大地傾斜，極大地加快了數(shù)控技術(shù)在我國的發(fā)展。相信在不久的將來,國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)一定能趕上或達到世界先進水平。

數(shù)控機床的組成

根據(jù)數(shù)控機床的工作原理，數(shù)控機床主要有控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、機床本體和測量裝置等五部分組成。如圖所示。1）控制介質(zhì)

它是用于記載各種加工信息的載體。從而控制機床的運動，實現(xiàn)零件的加工。（如主運動的啟動、變速停止、進給運動的方向、速度和位移量、刀具的選擇交換、冷卻潤滑的開關(guān)等。）。目前數(shù)控機床加工零件時，通常是編程人員（工程師或操作工人）按照圖紙，零件的尺寸和工藝要求用手工編寫零件加工程序。也就是用G代碼編寫零件加工程序，并將這些代碼存儲在控制介質(zhì)上。

控制介質(zhì)可以是磁帶、軟磁盤或其他可以存儲信息的載體。目前通常是直接用存儲器（如軟磁盤、U盤）作為載體，用計算機鍵盤和操作面板（工程面板）上的按鍵將加工程序鍵入數(shù)控裝置。零件加工程序在液晶顯示器上顯示出來。

2）數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心。它由輸入裝置、存儲器、控制器、運算器和輸出裝置組成。它的功能是接收輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件對代碼進行處理后，輸出相應(yīng)的指令脈沖。這些控制信號中最基本的信號，是經(jīng)過插補運算后的各坐標軸（即作進給運動的各執(zhí)行部件）的進給速度、進給方向和位移量指令。

另外，為了保證零件的正常加工,還必需對機床的一些輔助運動實現(xiàn)自動控制.因此,在數(shù)控裝置與機床之間還有強電控制裝置，其主要作用是接受數(shù)控裝置輸出的主運動變速、刀具選擇、交換、各輔助裝置等動作的指令信號經(jīng)過必要的編譯，邏輯判斷，功率放大后直接驅(qū)動相應(yīng)的繼電器，以完成液壓及機械部件的指令規(guī)定的動作。執(zhí)行完這些動作后的開關(guān)信號也要經(jīng)由強電控制裝置送數(shù)控裝置進行處理。

為了滿足不同機床的多種控制要求，數(shù)控系統(tǒng)的配置和組成有很大的區(qū)別，數(shù)控系統(tǒng)的配置體現(xiàn)了數(shù)控機床控制系統(tǒng)的水平。

3）伺服驅(qū)動裝置

伺服驅(qū)動裝置由伺服發(fā)大器（俗稱伺服單元或驅(qū)動器）和執(zhí)行機構(gòu)兩個部分組成（如功率步進電機、交流伺服電機等）。將伺服驅(qū)動裝置與機床上的機械傳動部件相聯(lián)接就構(gòu)成了數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。

伺服驅(qū)動裝置接受數(shù)控裝置發(fā)出的進給速度、方向、位移量的指令脈沖，經(jīng)伺服驅(qū)動電路的放大，驅(qū)動伺服電機，伺服電機把運動傳遞給機械傳動裝置。

每個作進給運動的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動裝置。

伺服驅(qū)動系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。半閉環(huán)和閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)中使用了位置檢測裝置。間接或直接測量執(zhí)行部件的實際位移量。并將指令位移量與實際位移量進行比較，其誤差經(jīng)過轉(zhuǎn)換放大后再對執(zhí)行部件的位移量進行補償。4）機床

數(shù)控機床的主要機械部件有：主運動部件，（車床主軸箱，銑床主軸箱、及支撐它們的床身及立柱等）進給運動部件，如工作臺、拖板等。此外還有冷卻、潤滑及鐵屑收集器等部件。對于加工中心還應(yīng)有刀庫及用于刀具交換的機械手等。

與普通機床相比數(shù)控機床在設(shè)計上的特點是,有更高的機床精度、更大的剛性和抗振性。導軌副的動、靜磨擦系數(shù)差值要小，在低速移動時不能爬行。傳動間隙及反向傳動間隙要小。否則指令脈沖位移量將被間隙吞噬掉了。5）測量裝置測量裝置的作用是將機床工作臺的實際位置（工作臺的速度、方向和位移量）等參數(shù)轉(zhuǎn)化成電信號反饋回數(shù)控裝置。以校核執(zhí)行部件的實際速度、方向、位移量。最后數(shù)控裝置發(fā)出補償指令，最終做到執(zhí)行部件的位移量與指令位移量相一致。開環(huán)系統(tǒng)沒有測量裝置。常用的測量裝置“有光柵尺”，和“光電編碼器”等。

數(shù)控裝置的分類：

一按進給伺服系統(tǒng)的不同分類

（1）開環(huán)進給伺服系統(tǒng)開環(huán)進給伺服系統(tǒng)中沒有測量裝置。數(shù)控裝置根據(jù)程序所要求的進給速度，方向和位移量輸出一定頻率和數(shù)量的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路放大后，每一個進給指令脈沖驅(qū)動功率步進電機旋轉(zhuǎn)一個步距角。經(jīng)減速齒輪、絲桿螺母付轉(zhuǎn)化成工作臺的當量直線位移。如果工作臺的實際位移增多或減少數(shù)控裝置將不予理會，不會補發(fā)指令脈沖加以補償。（2）

閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)

數(shù)控裝置將位移指令與位置檢測裝置（如光柵尺、直線感應(yīng)同步器等）測得的實際位置反饋信號，隨時進行比較。根據(jù)其差值與指令進給位移的要求，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換后，隨時對驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速進行校正。使得工作臺的實際位移量與指令位移量相一致。

閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)進給速度快、精度高是數(shù)控機床的發(fā)展方向。（3）半閉環(huán)控系統(tǒng)機床將位置檢測裝置安裝在驅(qū)動電機的端部或是絲桿的端部，雖