数控机床概述

数控机床概述

数控机床的历史

1946年世界上诞生了第一台电子管计算机。2~3年后,美国人开始研究把计算机技术应用于机床的控制。1952年制成了世界上第一台三坐标数控铣床。之后bendix等公司开始生产数控机床及数控装置。

国外数控机床的发展情况

继美国1952年制造出数控机床后，英国和日本在1958年制造出数控机床。德国在1959制造出数控机床。工业应用中，数控机床日益显示出具有技术上的先进性、经济上的合理性，适应了现代工业技术发展的需要。数控机床已从军事工业转移到几乎所有的民用工业,如机械制造、金属加工等其他行业，成为工业发达国家一种不可缺少的重要设备。

美国1958年、日本1960年分别试制出了能够自动更换刀具的数控机床。显著地提高了机床的生产率和零件加工的自动化程度。极大地改善了生产者的劳动条件，数控机床取得了重大发展。以后这种技术在卧式镗铣床、车床、磨床及自动测量机上都有广泛的应用。

数控机床在实际加工过程中有30多种因素直接或间接影响到零件的加工效果.在一般条件下，机床工作不会随着这些因素的变化而变化，因而未能充分发挥数控机床的能力。1964年美国Bendix公司试制了一台采用“自适应控制技术”的数控铣床,在零件加工过程中，机床自动测量零件尺寸,表面粗糙度。调整、确定切削用量（改变切削速度和进给量），使切削过程处于最佳状态，保证获得较高的生产率，较好的加工质量，较长的刀具寿命，也就是最大的经济效益。

继美国之后，英.日.德也相继制造出了“适应控制”的数控机床。

适应控制技术也是数控机床的一个重要发展。

随着数控机床控制技术的发展，过去一台计算机只能控制一台数控机床，逐步发展到一台或几台计算机可以控制几十台、甚至二百多台数控机床，叫做计算机对数控机床进行“群控”。群控控制系统使机械零件的生产方式，生产管理发生了革命性的变革，产生了后来的无人化车间。

我国数控机床的发展状况

我国数控机床是从1958年开始研制的。1968年

清华大学制成第一台小型数控立铣。1980年前

我国数控机床的86%为线切割机床（低端数控机床）。1985年后

我国已能生产45种各类数控机床满足工业发展的需要，数控装置的稳定性，可靠性有了明显的改善,同时数控机床功能部件的专业厂也逐渐形成规模。进入90年代中期国产数控装置开始崭露头角，进入21世纪，国产数控系统开始形成生产规模、拥有自主版权的五轴联动数控系统，打破了西方对高端数控系统的垄断。

国产中低端数控系统在技术路线上，采用了开放式的体系平台。随着计算机技术的进步，其稳定性、可靠性都有了长足的进步。特别是中国驻南斯拉夫大使馆被轰炸后，中国高层领导逐步认清了数控技术对提高国家综合实力的重要性，从政策到资金对数控技术的开发、研究给予了极大地倾斜，极大地加快了数控技术在我国的发展。相信在不久的将来,国产数控系统一定能赶上或达到世界先进水平。

数控机床的组成

根据数控机床的工作原理，数控机床主要有控制介质、数控装置、伺服驱动装置、机床本体和测量装置等五部分组成。如图所示。1）控制介质

它是用于记载各种加工信息的载体。从而控制机床的运动，实现零件的加工。（如主运动的启动、变速停止、进给运动的方向、速度和位移量、刀具的选择交换、冷却润滑的开关等。）。目前数控机床加工零件时，通常是编程人员（工程师或操作工人）按照图纸，零件的尺寸和工艺要求用手工编写零件加工程序。也就是用G代码编写零件加工程序，并将这些代码存储在控制介质上。

控制介质可以是磁带、软磁盘或其他可以存储信息的载体。目前通常是直接用存储器（如软磁盘、U盘）作为载体，用计算机键盘和操作面板（工程面板）上的按键将加工程序键入数控装置。零件加工程序在液晶显示器上显示出来。

2）数控装置

数控装置是数控机床的核心。它由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。它的功能是接收输入装置输入的加工信息，经过数控装置的系统软件对代码进行处理后，输出相应的指令脉冲。这些控制信号中最基本的信号，是经过插补运算后的各坐标轴（即作进给运动的各执行部件）的进给速度、进给方向和位移量指令。

另外，为了保证零件的正常加工,还必需对机床的一些辅助运动实现自动控制.因此,在数控装置与机床之间还有强电控制装置，其主要作用是接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择、交换、各辅助装置等动作的指令信号经过必要的编译，逻辑判断，功率放大后直接驱动相应的继电器，以完成液压及机械部件的指令规定的动作。执行完这些动作后的开关信号也要经由强电控制装置送数控装置进行处理。

为了满足不同机床的多种控制要求，数控系统的配置和组成有很大的区别，数控系统的配置体现了数控机床控制系统的水平。

3）伺服驱动装置

伺服驱动装置由伺服发大器（俗称伺服单元或驱动器）和执行机构两个部分组成（如功率步进电机、交流伺服电机等）。将伺服驱动装置与机床上的机械传动部件相联接就构成了数控机床的进给系统。

伺服驱动装置接受数控装置发出的进给速度、方向、位移量的指令脉冲，经伺服驱动电路的放大，驱动伺服电机，伺服电机把运动传递给机械传动装置。

每个作进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动装置。

伺服驱动系统有开环、半闭环和闭环之分。半闭环和闭环伺服驱动系统中使用了位置检测装置。间接或直接测量执行部件的实际位移量。并将指令位移量与实际位移量进行比较，其误差经过转换放大后再对执行部件的位移量进行补偿。4）机床

数控机床的主要机械部件有：主运动部件，（车床主轴箱，铣床主轴箱、及支撑它们的床身及立柱等）进给运动部件，如工作台、拖板等。此外还有冷却、润滑及铁屑收集器等部件。对于加工中心还应有刀库及用于刀具交换的机械手等。

与普通机床相比数控机床在设计上的特点是,有更高的机床精度、更大的刚性和抗振性。导轨副的动、静磨擦系数差值要小，在低速移动时不能爬行。传动间隙及反向传动间隙要小。否则指令脉冲位移量将被间隙吞噬掉了。5）测量装置测量装置的作用是将机床工作台的实际位置（工作台的速度、方向和位移量）等参数转化成电信号反馈回数控装置。以校核执行部件的实际速度、方向、位移量。最后数控装置发出补偿指令，最终做到执行部件的位移量与指令位移量相一致。开环系统没有测量装置。常用的测量装置“有光栅尺”，和“光电编码器”等。

数控装置的分类：

一按进给伺服系统的不同分类

（1）开环进给伺服系统开环进给伺服系统中没有测量装置。数控装置根据程序所要求的进给速度，方向和位移量输出一定频率和数量的进给指令脉冲，经驱动电路放大后，每一个进给指令脉冲驱动功率步进电机旋转一个步距角。经减速齿轮、丝杆螺母付转化成工作台的当量直线位移。如果工作台的实际位移增多或减少数控装置将不予理会，不会补发指令脉冲加以补偿。（2）

闭环进给伺服系统

数控装置将位移指令与位置检测装置（如光栅尺、直线感应同步器等）测得的实际位置反馈信号，随时进行比较。根据其差值与指令进给位移的要求，按照一定的规律转换后，随时对驱动电机的转速进行校正。使得工作台的实际位移量与指令位移量相一致。

闭环进给伺服系统进给速度快、精度高是数控机床的发展方向。（3）半闭环控系统机床将位置检测装置安装在驱动电机的端部或是丝杆的端部，虽