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浅谈数控机床的产生与发展

发表时间:2015/4/23 作者:佚名 
关键字:数控机床 数控系统 
伴随着计算机技术的发展,数控机床技术也相应的得到发展,不断的采用计算机、控制理论的最新技术成就,它的性能日臻完善,应用领域越来越广大。

  数控机床是在普通机床的基础上发展起来的,由于它具有良好的柔性、高的加工精度和稳定性、能加工复杂零件、减轻了工人的劳动强度和易于实现现代化管理等一系列优点,目前在机械制造行业中得到了广泛的应用。 

  1946年诞生了世界上第一台计算机,让人类进入了信息化社会,六年后,计算机技术用到机床上,从此,传统机床产生了本质的变化,半个世纪过去了,数控机床历经了两个阶段和六代的发展。特别是到1970年,通用小型的计算机业开始发展,计算速度大幅提高,于是将它移植到数控系统的核心部件,从此进入了计算机数控(CNC)阶段,一直到现在的第六代,基于PC机的数控机床。 

  伴随着计算机技术的发展,数控机床技术也相应的得到发展,不断的采用计算机、控制理论的最新技术成就,它的性能日臻完善,应用领域越来越广大,为了满足新的市场需求、新的需求,当前世界数控技术及其装备正朝着如下特点发展:  

  1)高速、高效、高精度和搞可靠性发展。其中高速体现在主轴高转速,高进给速度、高运算速度和高换刀速度。

  2)模块化、智能化、柔性化和集成化。
  3)开放性。
  4)新一代数控加工工艺与装备。  

  目前,美国、日本和德国是当今世界上在数控机床科研、设计、制造和使用上技术最先进、经验最丰富的国家。因其社会条件不同,各有特点。美国政府重视机床工业的发展,美国国防部等部分因其军事方面的需求而不断的提出机床的发展方向、科研任务,并提供足够的经费,网络世界的人才,注重效率和创新,再加上计算机技术先进,因此在机床制造业一路领先;德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位,在多方面大力扶植,特别是理论和实际应用的结合,基础科研和应用技术科研并重,企业和科研部门密切结合,在数控机床的共性和特性问题上深入研究,在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进适用、货真价实,出口全世界,特别是世界闻名的西门子公司;日本在重视人才及机床元部件配套上学习德国,在质量管理及数控技术上学习美国,结果在有些方面青出于蓝而胜于蓝;我国在数控机床方面与西方发达国家有不小差距,2002以来我国连续三年成为世界机床消费和进口第一大国,我们需要看清形势,充分认识国产数控机床的不,努力发展先进技术装备,以缩小与发达国家的差距。 

  数控机床通常是有程序载体、CNC装置、伺服系统、检测与反馈装置、辅助装置,机床本体组成。程序载体是用于存取零件加工程序的装置,可将装置加工程序以一定的格式和代码存储在载体上,程序载体可以是磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等; 

  CNC装置是机床实现自动加工的核心,是整个数控机床的灵魂所在。主控制系统主要由CPU、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量,以及温度、压力、流量等物理量.其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序,通过译码、编译等处理后,进行相应的刀具轨迹插补运算,并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较,从而控制机床各坐标轴的位移; 

  伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节.主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成.伺服电动机是系统的执行元件,驱动控制系统则是伺服电动机的动力源. 

  数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令,再经过驱动系统的功率放大后,驱动电动机运转,通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。 

  检测与反馈装置有利于提高数控机床的加工精度,将导轨和主轴的移动轨迹参数检测出来,装百年城数字信号反馈到数控装置,根据反馈的信息进行校正。 

  辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号,经过编译、逻辑判别和运动,再经功率放大后驱动相应的电器,带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令,刀具的选择和交换指令,冷却、润滑装置的启动停止,工件和机床部件的松开、夹紧,分度工作台转位分度等开关辅助动作。 

  数控机床的机床本体与传统机床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。 

  数控机床工作原理,用数控机厂加工零件时,首先应将加工零件的几何信息和工艺信息编织成加工程序,有输入装置输送到数控系统中,经过数控系统的处理、运算、按各个坐标轴的分量送到各轴的驱动电路中,经过放大进行伺服电机驱动,带动各轴运动,并进行反馈控制,使刀具与工件及其他装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊的工作,从而加工出零件的全部轮廓。 

  数控机床已越来越多的应用于现代制造业,并发挥出普通机床无法比拟的优势,数控机床主要有以下几特点:1)传动链短,与普通机床相比主轴驱动不再是电机变速,而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成。2)刚性高,为了与数控系统的高精度相匹配,数控机床的刚性高,以便适应高精度的加工要求。3)轻拖动,刀架移动采用滚珠丝杠副,摩擦小,移动轻便。丝杠两端的支承式专用轴承,其压力角比普通轴承大,在出厂时便选配好;数控机床的润滑部分采用油雾自动润滑,这些措施都使得数控机床移动轻便。  

  数控机床加工特点:1)自动化程度高,可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的,操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具,在加工过程中,主要是观察和监督机床运行。但是,由于数控机床的技术含量高,操作者的脑力劳动相应提高。2)加工零件精度高、质量稳定。数控机床的定位精度和重复定位精度都很高,较容易保证一批零件尺寸的一致性,只要工艺设计和程序正确合理,加之精心操作,就可以保证零件获得较高的加工精度,也便于对加工过程实行质量控制。3)生产效率高。数控机床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面,一般只检测首件,所以可以省区普通机床加工时的不少中间工序,如划线尺寸检测等,减少了辅助时间,而且由于数控加工出的零件质量稳定,为后续工序带来方便,其综合效率明显提高。4)便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备,通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来,当产品改型,更改设计时,只要改变程序,而不需要重新设计工装。所以,数控加工能大大缩短产品研制周期,为新产品的研制开发,产品的改进、改型提供了捷径。 

  适合数控机床加工的零件:1)最适合多品种中小批量零件。随着数控机床制造成本的逐步下降,现在不管是国内还是国外,加工大批量零件的情况也已经出现。加工很小批量和单件生产时,如能缩短程序的调试时间和工装的准备时间也是可以选用的。2)精度要求高的零件。有于数控机床的刚性好,制造精度高,对刀精确,能方便的进行尺寸补偿,所以能加工尺寸精度要求高的零件。3)表面粗糙度值小的零件。在工件和刀具的材料、精加工余量及刀具角度一定的情况下,表面粗糙度取决于切削速度和进给速度普通机床是恒定转速,直径不同切削速度就不同,像数控车床具有恒线速切削功能,车端面、不同直径外圆时可以用相同的线速度,保证表面粗糙度值既小且一致。在加工表面粗糙度不同的表面时,粗糙度小的表面选用小的进给速度,粗糙度大的表面选用大些的进给速度,可变性很好,这点在普通机床很难做到。4)轮廓形状复杂的零件。任意平面曲线都可以用直线或圆弧来逼近,数控机床具有圆弧插补功能,可以加工各种复杂轮廓的零件。  

  总结:对于我国的数控行业,必须使国产数控系统先进、可靠,狠抓产品质量与配套件过关,打好技术基础。近期重在打基础,建信誉,扩大国产数控机床的市场份额,远期谋求赶超世界先进水平,大步走向世界市场;必须狠抓根本,坚持“以人为本”,加速提高人员素质、培养各种专家人才,从根本上改变目前低效、落后的状态。人是一切事业成败的根本,层层都要重视“培才、选才、用才”,建立学习型企业,树立企业文化,加速培育新人,培训在职人员。