數(shù)控機床工作原理組成及發(fā)展趨勢

1、數(shù)控機床工作原理組成及開展趨勢數(shù)控機床工作原理組成及開展趨勢論文關(guān)鍵詞：數(shù)控機床工作原理,開展趨勢數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，它是用數(shù)字信號控制機床運動及其加工過程。具體地說，將刀具移動軌跡等加工信息用數(shù)字化的代碼記錄在程序介質(zhì)上，然后輸入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過譯碼、運算，發(fā)出指令，自動控制機床上的刀具與工件之間的相對運動，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件，這種機床即為數(shù)控機床。一：數(shù)控機床的種類按數(shù)控機床運動軌跡分類數(shù)控機床運動軌跡主要有三種形式：點位控制運動、直線控制運動和連續(xù)控制運動。按進給伺服系統(tǒng)控制方式分類由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號，通過伺服系統(tǒng)控制機床各運動部件運動。數(shù)控機床

2、按進給伺服系統(tǒng)控制方式分類有三種形式：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。二：數(shù)控機床的硬件構(gòu)成數(shù)控機床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置(CNC)、伺服單元、驅(qū)動裝置(或稱執(zhí)行機構(gòu))、可編程控制器(PLC)及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量裝置組成。2.數(shù)控加工程序指令代碼在數(shù)控機床加工程序中，我國和國際上都廣泛使用準備功能G指令、輔助功能M指令、進給功能F指令、刀具功能T指令和主軸轉(zhuǎn)速功能S指令等5種指令代碼來描述加工工藝過程和數(shù)控機床的各種運動特征。需要說明的是，數(shù)控機床的指令在國際上有很多標準，并不完全一致。而隨著數(shù)控加工技術(shù)的開展、不斷改良和創(chuàng)新，其系統(tǒng)功能更加強大和使用上會

3、更加方便。在不同數(shù)控系統(tǒng)之間，功能指令字也會更加豐富，程序格式上的差異也會一定存在。3.數(shù)控機床的編程自從第一臺數(shù)控銑床誕生后，數(shù)控加工技術(shù)在全世界各國得到迅速開展，對現(xiàn)代機械制造加工技術(shù)的開展起到重大推動作用。數(shù)控加工技術(shù)不僅涉及數(shù)控加工設(shè)備，還涉及數(shù)控加工工藝、工裝和加工過程的自動控制等。在目前生產(chǎn)中，數(shù)控加工設(shè)備的種類很多，不僅有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控沖床、電加工機床，車銑教工中心、鏜銑加工中心、齒輪加工中心，還有各種柔性制造單元等等。從數(shù)控系統(tǒng)控制的軸數(shù)上看，不僅有簡單的二軸控制、三軸控制、四軸、五軸控制，在高檔數(shù)控系統(tǒng)中已經(jīng)可以控制在幾十個軸以上的運動狀態(tài)。數(shù)控加工技術(shù)的

4、廣泛應(yīng)用突顯在航空航天技術(shù)、汽車制造、模具制造、輪船制造、電子制造等各個制造行業(yè)中，和我們?nèi)粘９ぷ?、生活密切相關(guān)。下面，就數(shù)控加工技術(shù)根底知識作一簡單介紹。數(shù)控加工編程的根本概念a數(shù)控編程所謂數(shù)控編程就是把零件的工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移量等信息用數(shù)控語言記錄在程序單上，并經(jīng)校核的全過程。為了與數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部程序系統(tǒng)軟件及自動編程用的零件源程序相區(qū)別，把從外部輸入的直接用于加工的程序稱為數(shù)控加工程序，簡稱為數(shù)控程序。b數(shù)控加工程序編制的方法數(shù)控編程大體經(jīng)過了機器語言編程、高級語言編程、代碼格式編程和人機對話編程與動態(tài)仿真這樣幾個階段。在上個世紀70年代，美國電子工業(yè)協(xié)會EIA和

5、國際標準化組織ISO先后對數(shù)控機床坐標軸和運動方向、數(shù)控程序編程的代碼、字符和程序段格式等制定了假設(shè)干標準和標準我國按照ISO標準也制定了相應(yīng)的國家標準和部頒標準，從而出現(xiàn)了用代碼和標示符號，按照嚴格的格式書寫的數(shù)控加工源程序代碼格式編程程序。這種編寫源程序技術(shù)的重大進步，意義極為深遠。在這種編程方式出現(xiàn)后，但凡數(shù)控系統(tǒng)不管檔次上下，均具有編程功能。因為編程過程的大為簡化，使得機床操作者只要查閱、細讀系統(tǒng)說明書就有能力編程。從而使數(shù)控機床走向大范圍、廣領(lǐng)域的應(yīng)用。數(shù)控加工程序編制方法主要分為手工編程與自動編程兩種。4.數(shù)控機床的開展趨勢為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)開展的需要，為了到達現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)

6、控技術(shù)提出的更高的要求，數(shù)控未來仍然繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向開展。a、開放式為適應(yīng)數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速開展的要求，最重要的開展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國、歐共體及日本開展開放式數(shù)控的方案等。b、基于PC的第六代方向基于PC所具有的開放性、低本錢、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承當(dāng)數(shù)控的任務(wù)。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更

7、加普遍。c、高速化、高效化機床向高速化方向開展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工本錢，而且還可提高零件的外表加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低本錢生產(chǎn)有廣泛的適用性。90年代以來，隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅(qū)動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)含監(jiān)控系統(tǒng)和防護裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化開展步伐。高速主軸單元電主軸，轉(zhuǎn)/min、高速且高加/減速度的進給運動部件快移速度60120m/min，

8、切削進給速度高達60m/min、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，到達了新的技術(shù)水平。根據(jù)高效率、大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動技術(shù)的飛速開展，高速直線電機的推廣應(yīng)用，開發(fā)出一批高速、高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機床以滿足汽車、農(nóng)機等行業(yè)的需求。還由于新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期加快，模具、航空、等工業(yè)的加工零件不但復(fù)雜而且品種增多。d、高精度化精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)開展的需要，也是為了提高普通機電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。從精密加工開展到超精密加工特高精度加工，是世界各工業(yè)強國致力開展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級隨著高新技術(shù)的開展和對

9、機電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。為了滿足用戶的需要，近10多年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10m提高到5m，精密級加工中心的加工精度那么從35m，提高到11.5m。e、高可靠性數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因為是商品，受性能價格比的約束。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率P(t)99%以上的話，那么數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。MTBF大于3000小時，對于由不同數(shù)量的數(shù)控機床構(gòu)成的無人化工廠差異就大多了，我們只對一臺

10、數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10：1的話數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于10萬小時。f、智能化隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的不斷滲透和開展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面。1應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，到達改良系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。2引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。3引入故障診斷專家系統(tǒng)4智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最正確的運行?？梢酝ㄟ^自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最正確的運行。綜上所述，由于數(shù)控機床不斷采納科學(xué)技術(shù)開展中的各種新技術(shù)，使得其功能日趨完善，數(shù)控技術(shù)在機械加工中的地位也顯得越來越重要，數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)開展的必然趨勢。5結(jié)束語本文