数控技术发展和应用

数控技术发展和应用太原理工大学董长双一、前言

数控技术是使用计算机对整个机械机械加工过程进行信息处理与控制，达到生产过程自动化的一门技术。是FMS、CIMS的技术基础。数控机床是当代机械制造业的装备主流。数控技术范围覆盖很多领域：

(1)机械制造技术；

(2)信息处理、加工、传输技术；

(3)自动控制技术；

(4)伺服驱动技术；

(5)传感器技术；(6)微电子技术；(7)软件技术等。二、数控技术的产生

20世纪40年末，JohnparsonsandFrankstulenparsonscorporation,（Traversecity,Michigan)提出了数控加工思想。theideaofusingcoordinatepositiondatacontainedonpunchedcardstodefineandmachinethesurfacecontoursofairfoilshapesairfoil±0.0015inch(±0.038mm)

1951年4月，美国空军和MIT伺服实验室签协议，研发数控机床。

1952年3月，第一台数控机床在MIT问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。当时控制程序是记录在纸带上的字符和数字，故称数字控制机床。

1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出。

1959年，KeaneyandTrecherCo.研制了第一台加工中心（MC),加工中心是具有刀库和自动换刀装置的数控机床。

1967年，MollinCo.研制了第一台柔性制造系统（FMS）(DavidWilliamson)。(System24,(24hr/day,16hrhumanworkerunattended)IBM1360/140,7machinetools)柔性制造系统是由加工系统（若干台数控机床和加工中心）、物料运送及管理系统和计算机管理系统组成的自动加工线。CincinnatiMillingMachineCo.VerticalHydro-Telmillingmachine

292vacuumtubes计算机集成制造系统(computerintegratedmanufacturingsystem:CIMS)计算机集成制造(CIM)是一种企业生产制造与生产管理进行优化的哲理。这种哲理首先是在1974年美国JosephHarrington博士在其论文《ComputerIntegratedManufacturing》中提出的。CIM是针对企业所面临的激烈市场竞争形势而提出的组织企业生产的一种哲理。其基本思想是：①制造企业中的各个部分（即从市场分析、经营决策、工程设计、制造过程、质量控制、生产指挥到售后服务）是一个互相紧密相关的整体；②整个制造过程本质上可以抽象成一个数据的搜集、传递、加工和利用的过程，最终产品仅是数据的物化表现。前者体现了集成的思想，它将企业决策、经营管理、生产制造、销售及售后服务有机地结合在一起；后者就是信息制造观的思想。

CIMS定义：由一个多级计算机控制硬件结构，配合一套订货、销售、设计、制造和管理综合为一体的软件系统所构成的全盘自动化制造系统。计算机集体制造系统体系结构CIMS：三、数字控制与数控机床基本概念与分类基本概念

数字控制（NC，numericalcontrol）GB8129-87,用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。

数控系统（NCsystem）：实现数控技术的机电控制设备；

数控机床：装备了数控系统的机床。

机床：机床是从金属的毛坯上切削掉多余的材料，使工件具有要求的形状和寸，取得规定的精度和光洁度。

普通机床：人工手动操作的机床。机床类别及代号：（JB1838-85）车床（C）钻床（Z）镗床（T）磨床（M）齿轮加工机床（Y）螺纹加工机床（S)铣床（X）刨插床（B)拉床（L）特种加工机床（D）锯床（G)其他加工机床（Q)（GB/T15375-94）车床（C）钻床（Z）镗床（T）磨床（M）齿轮加工机床（Y）螺纹加工机床（S)铣床（X）刨插床（B)拉床（L）锯床（G)其他加工机床（Q)数控机床加工过程

零件图首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。加工程序数控装置

伺服系统

机床数控机床的组成

本图是数控机床的组成框图。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，数控装置是数控系统的核心。

1．输入/输出设备

2.控制面板3．数控装置

4．伺服单元

5．PLC及接口

6．机床本体

7．测量装置伺服单元、驱动装置和测量装置

伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机（鼠笼型三相感应电机），实现零件切削加工运动。要求：高转速（10000r/min），大功率（2.2~250kW)，宽调速范围(1:10~1:1000)。进给伺服驱动装置和进给电机（永磁同步电机）,实现零件切削加工成形运动。要求：定位精度高，响应速度快，调度范围宽，低速大转矩。测量装置位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用：保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令。进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）PLC、机床I/O电路和装置

PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；1969年，美国数字设备公司（DEC-DigitalEquipmentCorporation)研制出世界第1台PLC，并在GM公司汽车自动装配线上试用成功。独立式、嵌入式。机床I/O电路和装置：

实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；)功能：接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号控制辅助装置完成机床相应的开关动作并接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。数控机床物理结构数控机床的特点优点：1．

适应性强；2．

加工精度高、质量稳定；3．

生产效率高、经济效益好；4．

减轻操作者的劳动强度、操作简单；5．有利于生产管理的现代化；6.具有故障诊断和监控能力；

问题：

1．造价较高；

2．调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；

3．对编程人员的技术水平要求较高。数控机床特别适合高精度、复杂零件的加工

80年代的东芝事件

1987年5月27日，日本警视厅逮捕了日本东芝机械公司铸造部部长林隆二和机床事业部部长谷村弘明。东芝机械公司曾与挪威康士堡公司合谋，非法向前苏联出口大型铣床等高技术产品。上世纪60年代末，苏联情报机关在美国海军机要部门建立的间谍网不断获得美国核潜艇跟踪苏联潜艇的情报。苏联潜艇的噪音很大，美国海军在200海里以外就能侦测到。

1979年底，克格勃高级官员奥西波夫以全苏技术机械进口公司副总经理的身份，通过日本和光贸易股份公司驻莫斯科事务所所长熊谷独与日本伊藤忠商社、东芝公司和挪威康士堡公司接上了头。在巨大的商业利益的诱惑下，东芝公司和康士堡公司同意向苏联提供四台MBP—11OS型九轴数控大型船用螺旋桨铣床，此项合同成交额达37亿日元（1850万美圆）。这种高约10米、宽22米、重250吨的铣床，可以精确地加工出巨大的螺旋桨，使潜艇推进器发出的噪音大大降低。

为了掩人耳目，苏联没有向日本订购与九轴五联动铣床相配套的计算机控制系统，而是要求挪威国营武器制造公司———康士堡贸易公司向东芝公司提供四台NC—2000数字控制装置，由东芝公司完成总装后，出口苏联。苏联为此还与康士堡公司单独签订了秘密合同。这种数控装置通常与不受“巴统”限制的两轴机床配套使用，但是只要改变一下配线和电路，就可作为九轴机床的数控装置。

东芝事件

一个月后，东芝公司即向日本通产省申领向苏联出口的许可证。申领书隐瞒了九轴机床的高性能，伪称产品是用于加工水力发电机叶片的简易TDP—70／110型两轴机床，从而获得了通产省的出口许可证。这四台精密机床顺利到达苏联并很快发挥作用。到1985年，苏联制.造出的新型潜艇噪音仅相当于原来潜艇的10％，使美国海军只能在20海里以内才能侦测出来。1986年10月，一艘美国核潜艇因为没有侦测到它正在追踪的苏联潜艇的噪音而与苏联潜艇相撞。

1985年12月，苏联、日本秘密协议当事人之一、东芝公司的熊谷独因与他的雇主发生纠纷而辞职，并愤而向“巴统”主席盖尼尔.陶瑞格揭发了东芝事件。陶瑞格立即要求日方调查此事。日本通产省对东芝公司进行调查时，东芝公司以预先签署的假合同和其它技术文件为证，对此事矢口否认。经过进一步调查，1987年初，美国人掌握了苏联从日本获取精密机床的真凭实据。在美国的压力下，日本警视厅对东芝公司进行突击检查，查获了全部有关秘密资料，并逮捕了涉案人员。在以后的几个月里，美国朝野群情激愤，再三谴责日本，并对东芝公司进行了制裁。当时的日本首相中曾根康弘不得不向美国表示道歉，日本方面还花1亿日元在美国的50多家报纸上整版刊登“悔罪广告”。心惊胆颤的挪威政府除了向美国保证今后决不再发生类似事件外，还关闭了康士堡公司驻莫斯科办事处，并停止了该公司正在与东欧国家进行的全部贸易。不久后，挪威又以从事窃取科技情报的间谍活动为由，驱逐了苏联一名外交官和三名贸易代表。静音潜艇的技术

东芝事件巴黎统筹委员会(简称“巴统”)两有趣事情1.苏工程师晚上安装调试两台机床2.30岁挪威电脑技师波路斯塔特喜结良缘数控机床的分类从不同的角度对数控机床进行分类，常见的有以下几种分类方法：按运动控制轨迹分类

1.点位控制数控机床

2.直线控制数控机床

3.轮廓控制数控机床按伺服系统的类型分类1．开环控制数控机床

一般用于经济型数控机床和旧机床改造

2．闭环控制数控机床

理论上，该系统可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量，具有很高的位置精度，但位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，很容易造成系统的不稳定，因此要求系统的动态特性要求高，闭环系统的设计、安装和调试都有相当的难度。主要用于精度要求很高的镗铣床，超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床。3．半挡闭环控制提数控机床半闭环码数控系碰统精度贿比开环鞋系统好西，比闭甘环差，厨同时具际有结构缺简单，消调试方捐便等特估点，在懂现代数饱控机床姥中得到居广泛应译用。按数控系烤统体系结屈构分类1传续统封闭摸式数控颗系统早期开惯发的封页闭系统腊结构数园控系统药，系统亩的扩展脸、改变惨必须求社助于开疼发商。炮目前占垫领着数贩控系统感的大部塌分市场套。如F模UNU逼C0叮系列、卫MIT脖SUB居ISH始IM慌50、遮Sim震ens互810残等。2“努PC”抱嵌入“相NC”眯结构数捡控系统制造商在酷既不愿放需弃多年来促积累的数摔控技术资席源、又想坊利用计算艇机丰富的感软件资源花的情况下明开发的产漠品。具有姿一定的开仗放性，但谷NC体系案结构不开不放，用户改无法介入崖系统核心龙。如FU休NUC顾16i、钱18i、滩21i，零Sime厅ns84催0D，N朴um10愧60等。3“攻NC”箭嵌入“畅PC”茂结构开及放数控饰系统PC+扑运动控玩制卡构侵成。如悉PMA错C-N倡C数控铲系统（龄美国D杠elt胶aT炸au)阶,M眨AZA锹TRO蓬L6玻40C举NC秋(MA棒ZAK杂)4全软辰件型开放君数控系统系统的计换算机数控胳软件全部援装在计算川机中，而嫩硬件部分累仅是与伺谈服驱动装针置和外部劲Ｉ／Ｏ之委间的标准逆通用接口殖。如O却pen给CNC天（美国Ｍ盾DSI）锻PA80往00NT耕(德国传Powe育rAu柔toma病tion夹)按工艺行用途分封类1.切削加工肝类：如数件控铣床、棚数控车床蚀、数控磨消床、加工饼中心、数鸽控齿轮加良工机床、夕FMC等生。2.成机型加工类派：数控折鲜弯机、数跟控弯管机影、数控冲嫂压机等。3.特酒种加工类垒：数控线匀切割机、嗓电火花加偶工机、激重光加工机即等。4.其剥它类型：舒数控装配咽机、数控液测量机、因机器人等粱。5.舱虚拟轴孩机床、伪快速成总型机虚拟轴锦机床虚拟轴机货床(Vi汉rtua并lax氏iam展achi堡net库ool)也称并河联机床鼓（Pa导ral戴lel货ki茶nem驾ati舞cs腾mac勉hin达et遮ool舒)虚拟轴巾机床（蚀Vi累rtu枝al教Axi壮sM泳ach歇ine筝To返ols僵）实只质上是进机器人荣与机床段的混合同物，其晴在结构赌上完全滩不同于垒传统的返数控机鉴床，具及有模块能化程度图高，结程构简单遣，速度芬、动态较响应快险，造价炭低等优场点。克写服了传志统的机知床设备堂一些无恳法避免郊的固有泉缺陷，敌如：非内对称、喂复杂的公结构，拼笨重的走床身立超柱，单狗一的加璃工能力削，较低律的动态谷响应特去性等。菜19晕94膏年在蓬IMT袋S一塞经展出练，就在亚世界范静围内引恒起轰动槐，多家此媒体把源这种机则床称为约“机床辩结构的蒜重大革蜜命”，窄“2谈1世救纪的新域一代数农控加工绝设备”她。不过秩数年时色间，这宿种机床期就得到北了快速衣的发展屿。目前丧，国内移已有许麻多单位异对并联惨机构装献备和工帮艺技术唤开始进眯行了研满究。清绣华大学色与天津央大学合尖作于已199生7年勤底研制摸出我国分第一台若大型镗唤铣类虚台拟轴机想床原型崭样机，添并于臂199防8年氏4形月在第渗四届中腐国机床转工具商构品展览呜交易会艘上展出吊，受到佩各界广机泛重视蛙。虚拟轴机逗床特点煎和用途：机床特跪点：由于采叔用珩架蒙结构，彻机床重米量轻高刚度勒、高精汁度、高头速度及世高加速摄度实现庆6自梢由度空碗间位姿饮灵活变甜化机床用讨途：特别适校合于曲械面加工励，如螺揉旋桨叶慕片、汽餐轮机叶晴片、复及杂光学后透镜、怨模具型油腔等复两杂三维敞曲面。更换执婆行机构战后可用沿于移载建、装配丽、能束闷加工等哗。虚拟轴机粗床基本理芒论虚拟轴的的设计尤理论。该理论包骡括6个伸稳缩杆的长越度决定动奏平台位置充的一般理首论及特例荡、虚拟轴畅机床的运柔动分析、菜虚拟轴机挠床的力学亩分析等壶。虚拟轴机洲床的控制州技术。虚拟轴跟机床机蚀械结构靠简单是碰以控制回系统的畏复杂为蜻条件的剧。虚拟轴机兔床的误差额分析技术沿。虚拟轴比夫传统机床外具有更高未的精度，津但是存在抽影响加工时精度的因搁素。快速成矩型（R场api互dP堵rot黎oty史pin育gR筐P)快速成恼型是一踢种快速裤生成模胜型或者丙零件的脱制造技桨术。在医计算机物控制与凡管理下萄，依靠卵已有的隙CAD脆数据，顷采用材脉料精确羡堆积的熟方式形，即由痛点堆积纠成面，断由面堆亩积成三高维，最良终生成绞实体。抽依靠此闭技术可洒以生成目非常复鹅杂的实宽体，而问且成型描的过程徐中无需婶模具的令辅助乎。快速成型厚技术的研椒究始于1铅970年借代，但是游直到19据80年代俊末才逐渐闸出现了成提熟的制造付设备。美线国3M公具司的Al精anJ钢.Her善bert猪（197疤8年）、健日本名古抗屋市工业帖研究所的叶小玉秀男偷（198退0年）、夹美国UV宫P公司的累Char石les鸭W.H摇ull（范1982影年）、日乎本大阪工搅业技术研手究所的丸利谷洋二（围1993搅年），各猛自独立地内提出了快姓速成型的适技术设想锣，实现的钩材料和方递式有差异蓄，但均以响多层叠加并固化坝来产生实乖体。在1裁986年渡，Cha瓦rles剃W.驻Hull侵在美国获仪得了光固把化立体造孟型设备（太SLA）层的专利，称标志着快如速成型技莲术即开始扛进入实用锄阶段，在亏设计领域刚及汽车工伯业上有广绑泛应用。目前已有俊十余种不迈同方法，顷如光固化悦立体造型块（SLA滴）、层片浆叠加制造听（LOM膛）、选择渴性激光烧锣结（SL肚S）、熔愚融沉积造仅型（FD庭M）、掩秩模固化法盼（SGC察）、三维副印刷法（迟TDP）猾、喷粒法葱（BPM肆）等。其床中SLA贼是使用最技早和最广激泛的技术质，约占全悄部快速成辈型设备的串70％左境右。工艺过程收：实体造型裁的构建：裤三维建穿模，反求度工程。实体造型荷的离散处躁理：将说复杂的模尝型用一系线列的微小衣三角形平饿面来近似纱模拟，每既个小三角例形用3拼个顶点桌坐标和一据个法矢量移来描述榴（STL捕格式文件走）实体造型纲的分层处血理：成型剧高度方向芽上用一系侄列固定间召隔的平面述切割被离蚊散过的模亮型，以便靠提取截面锻的轮廓信磁息。间隔严可以小至由亚毫米级锅。成型加工醋：成型零鼠件的后屑处理：可去除支割撑，另炸外还可催能需要无进行打丘磨、抛递光、涂缝上油漆顿，或在窜高温炉颗中烧结窄以提高年强度光固化立颠体造型陆（SLA艺）该技术爹以光敏树脂炎的聚合反退应为基础。挠在计算机范控制下的紫外激光，旅沿着零查件各分订层截面兽轮廓，臣对液态树脂进捎行逐点植扫描，合使被扫纳描的树软脂薄层呢产生聚合反贿应，由点黑逐渐形果成线，较最终形腿成零件炼的一个尽薄层的未固化截振面，而内未被扫狱描到的终树脂保聚持原来蝇的液态罢。当一疼层固化盏完毕，饺升降工责作台移激动一个杰层片厚悲度的距夸离，在闹上一层睬已经固炉化的树密脂表面较再覆盖痒一层新仙的液态猜树脂，狠用以进网行再一占次的扫给描固化劫。新固膛化的一族层牢固并地粘合气在前一弱层上，板如此循葡环往复纤，直到背整个零谣件原型摆制造完昆毕。特点：有较高乓的精度慢和较好闯的表面虾质量，化能制造看形状特且别复杂捡（如空洞心零件槽）和特披别精细迫（如工但艺品、律首饰等害）的零腿件。层片叠功加制造换（LO路M）层片叠蔑加制造森工艺是嘉将单面断涂有热孔溶胶（倘在被加绿热状态舟下可产鹊生粘性）的箔斜材（纸嚼、陶瓷涂箔、金拦属箔等界）通过震热辊加俭热粘接立在一起脱，位于隆上方的公激光器撕按照C德AD分在层模型既所获数至据，用乞激光束影将箔材召切割成脚所制零休件的内扭外轮廓倘，然后卡新的一秀层箔材乔再叠加帮在上面老，通过索热压装笛置和下怕面已切运割层粘非合在一检起，激挡光束再无次切割晃，在每赵一层进洗行切割找和粘合其的过程普，直至此整个零输件模型敏制作完凭成，选择性激括光烧结（悔SLS）这种工喂艺也是抛以激光脱器为能止量源，摊通过红外激光束使漏塑料、蜡妹、陶瓷、允金属或其锅复合物的滤粉末均匀枝地烧结在喊加工平面冶上。在工梯作台上均田匀铺上一维层很薄（恒亚毫米级尺）的粉未牙作为原料研，激光束椅在计算机重的控制下调，通过扫弓描器以一杰定的速度贱和能量密伤度按分层浇面的二维环数据扫描简。经过激浙光束扫描尚后，相应楼位置的粉待末就烧结聚成一定厚肃度的实体命片层，未恐扫描的地土方仍然保羡持松散的煎粉末状。明这一层扫滤描完毕，妇随后需要创对下一层吩进行扫描宰。先根据麻物体截层浸厚度而升续降工作台拐，铺粉滚食筒再次将就粉末铺平骑，可以开缴始新一层尖的扫描。垃如此反复喜，直至扫喉描完所有芽层面。去乒掉多余粉裹末，并经备过打磨、悲烘干等适绞当的后处絮理，即可症获得零件惜。目前应乳用此工艺导时，以蜡辽粉末及塑州料粉末作讽为原料较前多，而用祝金属粉或岭陶瓷粉进召行粘接或仔烧结的工么艺尚未获胆得实用。三维印刷纲工艺（3拍DP）三维印刷千工艺，也享称为三维姐打印。1未989年笋，美国麻璃省理工恩学院的Em液anu煤el智M.建Sac薄hs和唱Joh惨nS梁.H沫agg吧ert中y等在美美国申辨请了三趋维印刷苗技术的兄专利，北之后E惜man棋uel额M.奔Sa怠chs蚊和Jo酷hn写S.呆Hag煤ger屡ty又漠多次对软该技术灿进行完册善，形雄成了今抽天的三兴维印刷扇快速成瞒型工艺戏。通饰过这个怎工艺，类在每一景层粘结脂完毕后坏，成型伶缸下降箱一个距伐离（等鼓于层厚常），供般粉缸上暮升一段右高度，迷推出多旱余粉末移，并被窄铺粉辊艇推到成允型缸，症铺平并士被压实制。喷头迅在计算吊机控制贱下，按吓照下一雄个截面航的二维而几何信碗息进行懒运动，跑有选择磨地喷射蝴粘结剂砌，最终棒构成层绣面。原哨理和打郑印机非首常相似笑，即为第三维打包印这一抓名称的职由来。丘铺粉辊抵铺粉时熔多余的端粉末被笑粉末收绝集装置惜收集。锤如此周陪而复始肉地送粉握、铺粉想和喷射赞粘结剂栽，最终捐完成一何个三维致粉体的僻粘结，跃从而生孝产制品哗。三场维P工拼艺与S饲LS工例艺都是凑将粉末禁材料选遍择性地兰粘结成多为一个坟整体。据其最大原的不同混之处在踪蝶于三维炼P工艺布不用将迷粉末材蔑料熔融衣，而是痰通过喷界嘴本身仆会喷出天粘合剂粥，将这坟些材料鼻粘合在偿一起欲。熔融沉半积造型巩（FD辜M）1993旗年美国S默trat初asy公朽司开发出密了第一台宋基于熔融辅沉积造型施的设备。皂将CAD帖模型分为形一层层极肆薄的截面曲，生成控臂制FDM堪喷嘴移动仇轨迹的二险维几何信伪息。FD估M加热头示把热熔性菠材料（A茶BS树脂都、尼龙、默蜡等）加讽热到临界霉状态，呈趁现半流体缸性质，在岛计算机控煎制下，沿星CAD确能定的二维疑几何信息冷运动轨迹拦，喷头将垄半流动状翁态的材料招挤压出来额，凝固形禾成轮廓形细状的薄层笼。当一层叶完毕后，或通过垂直斩升降系统道降下新形叶成层，进邀行固化。挂这样层层嫁堆积粘结垦，自下而铜上形成一眼个零件的减三维实体计。FDM工员艺的关键姐是保持材聋料的半流忘动性。这打些材料并脱没有固定止的熔点，困需要精确棒控制其温抽度。快速成油型（原塔形）特蜡点使用三陵维扫描匪和快速较成型技蜓术，将杨原作进碎行复制炎，可以坐保留极射其复杂谎的细节脏。可生成宇高复杂肃度的产购品。产品制造赌过程几乎蚂与零件的孤复杂程度艇无关，相龙比传统制怀造方式（错如铸造），使绿用快速黎成型技身术可以例制作出艰外形极还为复杂乐的产品因，对于婚传统工倚艺来说疼，一些母特殊的稳形状无沙法完成结。便于修改肥，生产迅蔑速。整个生产脉过程数字械化，与C斩AD模型剃具有直接蹄的关联，猫可随时修河改数据后饺进行制造藏，尤其适猫用于产品乳设计阶段败的模型制扩造。固定的辽制造成桥本。传统的模上型制作往狭往先需要澡模具，需单要耗费大置量时间，招且模具的作制造成本圾往往较高目。快速成馋型技术的谱单个成品叨制作成本诵往往高于瓦使用模具疯进行批量生著产的平均闪成本，与但是无呼需模具赢的一次缘瑞性投资歪，对于乱只需要即小规模多生产的绘情况（坐比如在野新产品原开发中核的设计纵模型）示，使用晕快速成飘型技术炒可以降唱低成本武。固定的的框生产效率棕。使用快速因成型技术免生产任何骡产品均使狗用雷同的喂材料堆积辜方式，对恶某一特定裙的产品的沾生产而言洁可能不是欠最优的方产式。比如踢，生产时众间会随着顷产品体积围的增大而庆迅速增加但。按联动摸轴数分2轴联动巷（平面曲衫线）3轴联动咐（空间曲胜面，球头界刀）4轴联动蔬（空间曲委面）5轴联动拾及6轴联娘动（空间顾曲面）摘。联动轴数摸越多数控牛系统的控奏制算法就站越复杂。按功能贞水平分康类1.高梢级型数控清系统猜2.格普及型数扬控系统童3.冤经济型革数控系统性能类别CPU位数联动轴数分辨率

(μm)进给速度(m/min)其它高级型1.325=<0.1>=24,(1μm)；

>=10,(0.1μm)三维动态，MAP,

数字交流伺服普及型16<5,3>0.1,<10<24,(1μm)；

<10,(0.1μm)字符/图形

交流伺服经济型8/16<3<10<8字符,步进电机三、数届控机床遮的选型1.喝机床朝类型的小选择2.数独控机床波与数控岂系统的揉指标、河功能数控机角床的主吗要指标涂：（1）规扑格指标行程范围闹、工作台法面尺寸、召承载能力瓦、主轴功绳率和进给创轴扭矩、踏控制轴数翁和联动轴形数（2）精伴度指标定位精度故（一般定绢位精度±捆0.01掘mm、最渡高±0.其4μm）重复定位矛精度蓝（一般重灾复定位精特度±0验.005腾mm、最密高±0.智3μm）分度精度回零精度（3）性基能指标最高主辞轴转速膜和最大相加速度最高进苏给速度丸和最快较移动速旷度（4）可谷靠性指标平均无咏故障工康作时间乱（MT它BF）平均修复纷时间（M趣TTR）数控系统顾功能（1）控话制功能控制轴纳数和联行动轴数（2）准依备功能指定机蛛床的动谨作方式（3）楼插补功购能现在数聪控系统写不仅有涌直线、玻圆弧插律补功能肾，而且忘有抛物驾线、椭猎圆、螺积旋线、刮样条曲着线钉插补功际能。（4）分撤辨率（脉迷冲当量）对控制系欲统，分辨拨率是可以筒控制的最摧小位移量框它具有以端下两方面勿的含义：a表甜示数控系未统发出一钻个指令脉君冲，经伺超服系统驱疤动机床上篮的工件（促或刀具）内移动的最屈小位移量额。称外部脉冲满当量。b院表示内碰部运算龄的最小赵设定单锡位，称内部脉汇冲当量，比外部妹脉冲当量夫小得多。傍数控系统把在输出位仆移量前会熔自动将其抬转换成外敲部脉冲当莲量。（5）受进给功氏能a进桶给速度控荐制m坏m/mi另n适b蒸同步进给损速度控制万c进给引倍率控制（6）自狭动加减速租功能机械设赢备状态狭改变时竞，系统孩具有自插动加减机速功能仪，避免侨或减小卷冲击。（7）主技轴功能a主怒轴转速控说制r/与min愁b宅恒线速度皱控制河c主轴定渣向控制飞d披C轴控脂制e主轴捉倍率控制（8）辅长助功能控制机屋床辅助俩装置通讽断（如紧主轴启僵停、转幸向、刀新库启停散、切削庸液启停杨等）（9）刀灶具管理功寻能实现刀具柱几何尺寸像和刀具寿胆命管理。（10）奴补偿功能a他刀具半彼径和长衰度补偿抛b传蚕动链误仁差补偿悦c序非线芒性误差牲补偿（11波）程序姓编制功惕能a手工介编程级b哗自动编程语言式自门动编程：APT(斜自动编酒程工具)几何描筋述；运顾动描述钱；后处谊理描述将；辅助团描述。CAD案/CA肌M（计姑算机辅艳助设计恰、计算谨机辅助住制造）惰图形交抓互编程榜：（UG量,p雨ro/参E等）（12）茫固定循环布功能将实现鸭典型动垒作的程野序预先幅编好并墙存储到羽内存中费，用代茧码指定轿，加工牲时调用这类础已成为固兔定循环指建令的代码颗，可大大闯简化编程弄。（13筝）人机材对话功北能数控系锤统配有佣薄膜场锅效应晶飘体管（炊TFT队）显示沸屏，实怨现字符没、图形痒显示，以便用全户的操弹作和使吩用。（14）冶自诊断功净能a旬开机自读诊断讽b秩在线鼠自诊断葵c规离线自较诊断符d弃远程奸通信诊灭断（15亏）通讯歼功能RS-崖232安接口、疮Int赵ern纱et接掘口四、数控猜技术的发岂展计算机艇技术的弄每一点颤进步都列在推动茫数控技绕术向前级发展。“六代”1电寒子管，1锯952，坛Pars滤ons沫Corp漠,MI构T,美空硬军后勤司宏令部合作盼，第一台张立式铣；捷(292笔电子管）2晶院体管、印馆刷电路，明1959呼，晶体管化元件的出独现使电子络设备的体岗积大大减疲小，数控证系统中广歇泛采用晶士体管和印计刷电路板企，K&T羡开发第一疑台加工中授心

MI顷LWAU妙KEE-记MATI知C。3小嚷规模集成晌电路,1蝴965,浆由于它体搭积小、功忆耗低，使耗数控系统甜的可靠性倍得以进一乏步提高。勺1967忆英国最初馒的FMS早.4通西用小型计虑算机,1耐970，怪在美国芝志加哥国际住机床展览层会上，首仅次展出了胸一台以通白用小型计浓算机作为叶数控装置毫的数控系她统，特征符为许多数雕控功能由饲软件完成车。5微知处理器，生1974美，开始出功现的以微舰处理器为巩核心的数伴控系统被挑人们誉为潜第五代数烫控系统，主近30年芳来，装备科微处理机笛数控系统网的数控机级床得到飞奏速发展和海广泛应用渡。6易基于P记C（P俊C-B赴ASE浑D）的粱数控,牢20世钉纪80环年代，翼基于P库C开发献式数控仰系统。数控技术遮发展趋势1．高筑速高精度机床向高熊速化方向每发展，可秩充分发挥岛现代刀具绵材料的性克能，可大亚幅度提高必加工效率吹、降低加欲工成本，改提高零件便的表面加描工质量和线精度。规上世石纪90年塌代以来，瞒高速主轴欲单元（电冠主轴，转耀速150障00－1扒0000柏0r/m扣in）、箭高速且高斧加/减速长度的进给懒运动部件关（快移速拴度60~钩120m插/min朵，切削进块给速度高脑达60m圈/min洲）、高性餐能伺服系震统以及工其具系统都超出现了新踏的突破。高速切紧削加工193蹈1年德志国切削院物理学哭家萨洛蒙(Sal睁omo泉n)提出高秃速切削娘理论。在常规底的切削际速度范灯围内，仙切削温逮度随着膏切削速狠度的增生大而提紧高。对淹于每一疾种工件持材料，坝存在一苗个速度释范围，厅在这个馒范围内曲，由于班切削速胃度太高摘，任何皮刀具都慈无法承侮受，切将削加工摧不可能访进行。短但是，到当切削冈速度进顾一步提部高，超讽过这个姐范围后跌，切削油温度反滨而降低首。同时利切削力期也会大浆幅度下梳降。通常把切焰削速度比虫常规切削铸速度高出珠5~10事倍以上的筋切削叫做彻高速切削招。车削:熔700~号7000叹m/mi肿n;铣削：3杆00~6挂000m陆/min昏;钻削：2肌00~1具100m球/min撑;磨削：阅150坡~36园0m/老s;与传统切章削加工相难比，高速蛋切削加工肉发生了本棋质性的飞广跃，其单橡位功率的素金属切除春率提高了挨30%～缸40%，费切削力矩降低了3倘0%，刀渡具的切削曲寿命提高衣了70%情，留于工寄件的切削茫热大幅度晶降低，低竿阶切削振库动几乎消培失。Sal盲omo苹n切削攻速度与查温度实沟验曲线CPU采杨用64位恩专用总线盾结构，采雁用全数字牧伺服、运颤用AI（凭Adva强nce懒Inte汉rpol薯atio习n)H为RV(享High血Res感pons拘eVe古ctor姥)简被易指令集娱CPU（检RISC辉）等。（FU刷NUC点SE尿RVO旋HR垂V4序伺服位经置以纳丽米为单袭位采样拖，使用绣αi脉方冲编码览器16丙000栗000餐p/r盛。）高速：进给速坟度：经80晒m/m明in快进速茎度：言12敲0m/赏min主轴转速程：1缘瑞0000穿0r/m赛in加速度：染2g换刀时间缩慧：突0.4sCINC泛INNA疲IT公司买Hyp区erMa转ch机床专：进给速度它：6约0m/m陡in快进速雨度：匹10称0m/择min主轴转业速：晴60各000泰r/m临in高精度：普通级：缴5μm精密级甚：1μ附m超精密总级：0弃.01嗓μm2．杀智能化数控系统超的智能化屯主要体现支在以下几粘个方面：（1）盖智能璃化适应钩控制技亡术（随孔加工过咽程切削脱条件的圆变化，泰自动地蚁调整切去削用量这，实现愉加工过功程最佳暗化）（2）圣自动怒编程技片术（3）具限有故障自预动诊断功妄能（4）判智能化交干流伺服驱话动装置智能化交恋流伺服驱搁动装置包殖括智能主面轴交流伺弃服驱动装妙置和智能支进给交流炉伺服驱动往装置。能自动识岛别电动机北及负载的臂转动惯量贼，并自动掏对控制系桑统参数进裙行优化和亲调整，使河驱动系统凑获得最佳僻运行效果测。（5）陷加工参数边智能优化柜与选择以加工纺工艺参繁数数据坦库为支纳撑，建萍立专家嫩系统，向通过它羡提供优缎化的切亲削参数究，使加蛙工系统楼始终处监于最优叉和最经滥济的工驻作状态窜，达到脾提高编门程效率练和加工罪工艺技赔术水平委。智能制胃造技术炭包括球专家系饶统、模灶糊推理五和人工虽神经网武络三大民部分。专家系统先是采旗集领域娱专家的摔知识，旷然后将愉知识分爬解为事哈实与规贝则，存及储于知改识库中涨，通过签推理作书出决策煎。模糊推理模糊推侧理又称然模糊逻么辑，它舞是依靠港模糊集田和模糊胳逻辑模裕型进行摸多个因遮素的综迅合考虑爱，采用独关系矩鸽阵算法蜻模型、渔隶属度男函数、阴加权、荐约束等拢方法，锤处理模间糊的、饥不完全律的乃至荒相互矛内盾的信垒息。人工神经哀网络神经网节络是人帽脑部分您功能的说某些抽自象、简童化与模淡拟，由如数量巨鸣大的以刃神经元瓜为主的耕处理单软元互连码构成，诵通过神商经元的霸相互作鞠用来实殊现信息梁处理。3体悼系结构功开放化亩、柔性乒化传统的数遣控系统都杆是专门、把具有不同头的编程语浑言、非标梢准人机接稍口、多种掘实时操作系鬼统、非府标准的看硬件接腔口等特彻征，造记成了数胡控系统翠使用和躺维护的恭不便，巡寿也限制了数湖控技术桶的进一灾步发展舰。为了改解决这闲些问题绪，人们轨提出了拼“开放式耻数控系统”的概念敞。概念拆最早见岛于19遣87年往美国N熟GC纤(Ne寄xt茧Gen淡era狡tio圾nC伶ont虽rol笋ler誉)计划，纸NGC见控制技伙术通过旗实现基夺于相互毁操作和聋分级式驰的软件仔模块的赤“开放石式系统蹄体系结构堡标准规闷范（S秤OSA墓S）”笛找到解胶决问题贴的办法有。开放式蜡体系结碧构数控垄系统是亚开放式阀、高性眯能、智茎能化、忘网络化公数控系旱统的统称。其努核心是够开放式巧，既系爹统各模铲块与运温行平台难无关、翁系统中厕各模块烧之间的寻互操作性及通甩信接口的团统一性。现代开放时式数控系低统的体系歇结构技术赞要求：1）采用肯通用性开过放式闭环粉控制模式2）采鹿用通用唐计算机驻组成总揉线式、您模块化妇、开放对式体系走结构，映利用开慈放式的数控技术躲软、硬件够平台，可蹈视需求通也过重构、旨编辑调整针系统的组较成，便于既“剪裁”，扩洪展和生级保；功能可帅专用也可责通用，可展组成不同希挡次、不吴同类型、宿不同集成程度保的数控临系统；携功能价厚格比可如调，可肤集成用和户的技守术诀窍伐。体系结侧构满足柜了开放录式要求其，同时建也具有遍了柔性斑化。4.交冻互可视化为使设备状易操作和省维修，数墙控系统应逝具备以下乒三个特点京：1）用泼户界面耐图形化并，可通肾过窗口倍和菜单愁进行操捷作，以昏便蓝图驾编程和末快速编傍程、三烈维彩色辞立体动荷态显示预、图形爪模拟、吐图象动沙态跟踪丝式和仿真街及不同纹方向的辛视图和外局部显忠示比例度缩放功饼能的实冷现。2）计算遗可视化，损使信息交券流不再局牢限于用文节字和语言神表达，而妙可以直接环使用图形除、图象、投动画等可照视信息，坦使系统满产足参数自碰动设定、贼刀具补偿仆和刀具管假理数据的赵动态处理今和显示，购以及加工袖过程的可之视化仿真爷和自动编呼程设计等抽要求。3）数隐控编程缘瑞自动化镇，CA吨D/C睁AM图嗓形交互完自动编吐程和C设AD/漠CAP郊P/C坐AM集属成的全好自动编遗程是数洪控技术挂发展的惜新趋势酱。SIM批ENS馒840裤D蛇Sho基pmi迁ll、桐Sho谁ptu棒rn补软件。FAN翼UC系脑统采用淹“ma朱nua遥lg仙uid余eI摔”辅践助编程猎，操作步者可以范根据蓝导图输入常图形尺渡寸，无壤需G代辰码编程蜜，使数换控编程爷更接近烧工程语声言、用争图形符局号说话味。齿轮加工瓣软件多轴联率动刀具保磨软件凸轮轴及端曲轴加工坊软件法向矢量迫插补软件2012蚀年国家自菌然科学二遥等奖Z-10掀9-2-紧02复杂惩曲面数字拥化制造的战几何推理民理论和方涌法丁旅汉(北华中科技桂大学)，剪朱向阳(芒上海交通幕大学)，柳尹周平(获华中科技忌大学)，胃朱利民(毛上海交通之大学)，紫王煜朗(香港中捡文大学)5.通闹信网络化为了实老现机床植联网，鸡实现中娘央集中挖控制的田群控加耀工，数呜控系统额应该有挤强的网禾络功能拌，通过柳联网，愚可以在悠任何一巩台机床址上对其扬他机床阔进行编掠程、设陕定、操皮作、运哑行，不足同机床泊的画面数可同时谜显示在肿每一台宵机床的士屏幕上考，可进微行远程然化控制绞和无人概操作，航实现信费息共享千、兼容彻多种通逃信协议叉，既能爆满足单忍机需要佳，又能匠满足柔刚性制造歉单元、稀柔性制组造系统被、计算珍机集成涌制造系签统对基芳层设备宰的要求霸，同时振便于形闯成“全谦球制造颈”的基涨础单元锦的需求6.功射能复合缺化复合化替：在一台骡设备上帽实现多劲种工艺天步骤的煎加工，夫缩短加决工链车铣复合乐—车削中熟心（AT盟C，动力蚊刀头）；镗铣钻午复合—乒加工中畅心（ATC弊）、五面份加工中心滑（ATC舌，主轴立笛卧转换）傍；铣镗钻车计复合—复妖合加工中座心；可更换销主轴箱棍的数控端机床—望组合加泽工中心单；集车削构和激光词加工于梨一体的驳机床；测量/絮制造复叶合，在拢加工后察对工件茫进行在且线测量多功能复趋合化机床塌消除了车赌床、铣床局、磨床、童激光设备宏等之间的侮传统差异。（1）车坚削为主德国I盖NDE诵X公司禾的TRA店UBT倡NX6撒5多功能察数控车子削中心已，具有报双主轴耻、4个失刀塔，春第二主蓄轴可作菠Y轴移炸动；德艘国DM傍G公司筛的TW差IN6稠5双主伸轴车削堂中心，送上下各俘有一个眨转塔刀坐架，可秘实现6胡面加工毁，第二震主轴可伍作横向织移动等郊。（2）弃加工中真心的复怨合化日本M厨AZA吓K公司继的新机灯床为I吼nte狮gre墙xe盘-15睬50V灿型复合厉车铣加洲工中心虏，它将得5轴联汪动加工累中心的崇功能和萌CNC穿数控车夏削中心衣的功能景融合到诸了一起拿。在市元场中，呈Maz市ak公蛙司的I务nte鄙gre煌x系列术机床被糕看作是督多功能而机床的攻同义词碌。（3）斜磨削为婆主该类复合弄机床的代搜表为瑞士篮MAGE宝RLE公大司的MG谦R立式车耗磨复合加滴工机，机知床上方配彩有多个磨心头和一个宗车刀架，芝可以对零相件进行磨摩削和精车想；日本森愤精机制作静所的IG谷V-3N雄T磨头可库回转式立劈燕式磨床，买可在一次制装卡下对羊零件内外弓圆和端面摸进行加工浓；瑞士S史TUDE揪R公司的桥S33万猜能数控磨轨床，可以铅在一次装泥卡下实现裙多线螺纹砖加工和内崇外圆、端水面加工。7.惭数控机奴床机械砌结构创闹新1）直线控电机取代理滚珠丝杠传统的妙滚珠丝刊杠传动鲁链结构初需要丝缸杠轴承曾座，联存轴器等叼，结构足复杂，谊传动链释中精度榆损失多苦（轴承跑游隙、息丝杠螺田距误差筋、反响啄间隙等糊），而辞采用直趴线电机盲可以克慨服传动府链中丢斑失的精敢度，另捷外从电袄气角度司看，参珠数设置袍更直接缠、简便诸、精确形。平面电机2）电苦主轴取君代主轴鸟箱电主轴揉实现了黑变频电制机和机染床主轴惰之间的蹦“零传春动”，汗这是数淹控机床引传动的仔重大变每革。它掏克服了泪传统机信床皮带但或齿轮左传动的偷主轴系幼统在高津速下打定滑、振锁动和噪事音大、灭惯量大蚕等弊端悔，可良禽好地实峰现主轴寒转速的亲高速化钱，有效毅改善主馒轴高速主综合性艘能。3）重芬心驱动从力学窜角度分融析，在巨推动物改体移动陈时，如碑果作用份点不在译物体重泼心，则泰会产生秩一个扭屈矩，对诱机床定海位来讲警是一个幼不稳定茧扰动因守素，影象响轮廓内加工精坟度和稳岔定性。冰通常单欧滚珠丝败杠驱动衔力与工仆件受力质点总是楼随着加脂工轨迹塘变化而闹变化的够，既工非作台所闯受的扭裳矩总是般存在的蛮。采用嫩双丝杠板驱动（歼重心驱套动）能撤很好地肯解决上蛙述问题愿，最显摆著的作饭用就是答减少振置动，提纱高加工倍精度。振动随时族间的变化砌如图表所是示。重心驱动河设备很快腐就消除了剪振动，反迎之其他设洋备的振动拉则持续了剑较长时间万。使用位真于振动迟设备顶椅端的刀躬具加工导工件，款会造成趁加工面书质量的竿明显恶乌化。另外，膝如果在的振动时顷使用刀榆具切割读工件，缺也会轻成微磨损侍刀尖。往因此振珍动对刀盈具寿命隶来说实恒为大敌步。更严重的母是，如果并发生振动厘，数控装素置会将其宋作为正常灾指令之外摧的动作进皱行检测，到而为了修否正错误又钉要驱动进但给电动机它。如此反呆复，进一梨步加剧了朽振动。DCG认有DCG演无森精机公蚂司的车铣续复合加工通中心4.现史有机械结秆构的变革1）内冷式滚朽珠丝杠高速数皱控机床莫用新H盼MC系死列滚珠挣丝杠。补HMC记系列是径NSK街公司于副199梢7年推奖出的，锦由于采能用了“赶空心强娃冷”技振术，带稿来了滚铃珠丝杠底的革命饲。现在辆，NS泻K公司慢又对H退MC系液列进行粪了改进扶，滚珠艰采用了锯新的循贿环方式裂，在原牙有高速守的基础找上，实斤现了静与音、振侨动小的赠环保性说。2）内置铣削性电动机转除塔传统的铣引削机构涉厦及传动链季、齿轮等捏机械部件姐，结构、元制造工艺掩复杂，装趁置会产生旁大量的热回和振动。我而带内置而铣削电动村机转塔结莲构，最大议程度上减概少了热量除和振动的患产生，避竭免了传统境损耗，提吗高了加工洲精度和切苍削性能。3）箱中箱医、台中悦台结构4）衍架结构Tab尖le-校in-呆Tab牺le墓(台中巾台)刃结构采用框衬架式的乓箱形结如构，将厕一个移敌动部件钟嵌入另顾一个部泥件的框弄架箱中剂，达到匪提高刚甜度，减矿轻移动创部件质宇量的目嫂的，以宴适应6丸0m/迈min围以上尖快速移鞠动和进俱给的要矛求。德国DS汤-Tec纤hnol垂ogy奋公司的E缺cosp雄eed仙加工中心将一个浪回转体闯嵌入另奸一个回赞转体中魔，例如通，在B次轴工队作台中寸配置C抱轴工染作台，笑就构成庙了双坐晒标工作遮台的台盟中台结昆构(T狸abl幼e-i众n-t鸽abl妥e)德国E描EW或衍架结朝构HSM-缸Mode桃l

可按遥客户的场社地空间大杨小和使用裕需要组合泥不同的衍牵架跨距、池立柱高度伙和间距，拴最大加工栽范围可达倦151m艰×9m×瞧4.25容m。8.STE佳P—N帖CSTE猴P（I挥SO1请030拆3）绸（St泡and侄ard亏fo承rt故he冈Exc巧han拘ge裕of摊Pro善duc讨tM贺ode定lD驻ata铅－－绘ISO聪10偿303剥）(1)耀目前雨CNC必系统现谨状:绘制描述知加工零件冲几何形状种、尺寸公垫差和材料困等属性的还CAD图白纸，并以众符合ST殃EP标准悉的IGE简S格式存魂放到文件挨；将该IG肾ES文件没读入CA汗M系统，纱后置处理别成RS2柿74D（意ISO6掠983）钞标准定义三的G代码污；由CN葵C读入即G代码子文件进鞭行数控叶加工。可见目前虾CNC系疲统基于I额GES和唐ISO6访983标他准STEP经（ISO总1030习3）（雷Stan计dard抱for千the伯Exc孕hang络eof涛Pro串duct费Mod涌elD蒜ata－剂－IS染O10附303）忘是关于产正品数据表碗示和交换浇的国际标弃准，提供阻一种不依悔赖于具体分系统的中齿性机制，简能够描述毙产品整个桶生命周期题内的数据扬，实现各本个工业领网域产品信宣息的标准顾化。IGE还S建立CA矮D数据输床出的统一屯接口，使谅不同数据阶格式的C柳AD之间测可以交换侮数据。其寺本质特征树只是交换席数据，不盒能传递工接程图纸的惠真正意义皂。CAM与职CNC间刘采用IS爱O698退3，用G泪、M、S吨代码指定男机床轴运县动。其特择征是面向董加工过程进，描述如滨何（H浓OW）辩加工。这种始于止60年代石穿孔纸带坏时期的数孝控标准，歉已不能够岂满足当前志数控技术熔高速发展织的需要。缺点：按ISO698椅3由CA伍M生成仁的代码侄，数据区量极大森。不支持5类轴铣、样防条数据、古高速切削测等功能。设计信息睛生成G代箭码的同时芦丢失了尺婶寸公差、镇精度要求孕、表面光名洁度等大旧