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大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文 文獻(xiàn)綜述
數(shù)控機(jī)床
數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床。
1、特點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。
2、發(fā)展簡史
1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。1949年，該公司在美國麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機(jī)床研究，并于1952年試制成功第一臺(tái)由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，不久即開始正式生產(chǎn)，于1957年正式投入使用。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個(gè)重大突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時(shí)代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時(shí)代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。
當(dāng)時(shí)的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價(jià)格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊需要的部門用來加工復(fù)雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代，體積縮小，成本有所下降；1960年以后，較為簡單和經(jīng)濟(jì)的點(diǎn)位控制數(shù)控鉆床，和直線控制數(shù)控銑床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。我國于1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，成功試制出配有電子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，1965年開始批量生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。
1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價(jià)格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡稱DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC），使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。
1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（簡稱MNC），這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴(kuò)大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價(jià)格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。
80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對話式自動(dòng)編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，具有自動(dòng)監(jiān)控刀具破損和自動(dòng)檢測工件等功能。
3、分類
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機(jī)床已實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制并在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及。 針對車削、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求，開發(fā)了各種門類的數(shù)控加工機(jī)床。數(shù)控機(jī)床種類繁多，一般將數(shù)控機(jī)床分為16大類：
數(shù)控車床(含有銑削功能的車削中心)
數(shù)控銑床(含銑削中心)
數(shù)控鏗床
以銑程削為主的加工中心．
數(shù)控磨床(含磨削中心)
數(shù)控鉆床(含鉆削中心)
數(shù)控拉床
數(shù)控刨床
數(shù)控切斷機(jī)床
數(shù)控齒輪加工機(jī)床
數(shù)控激光加工機(jī)床
數(shù)控電火花線切割機(jī)床
數(shù)控電火花成型機(jī)床(含電加工中心)
數(shù)控板村成型加工機(jī)床
數(shù)控管料成型加工機(jī)床
其他數(shù)控機(jī)床
4、組成
數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和控制，通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對機(jī)床產(chǎn)生作用；伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)床，把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)指令，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動(dòng)；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機(jī)床執(zhí)行件(工作臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、滑板等)的位移和速度變化量，并將檢測結(jié)果反饋到輸入端，與輸入指令進(jìn)行比較，根據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動(dòng)；機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)是由進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)元件至機(jī)床執(zhí)行件之間的機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)裝置；輔助系統(tǒng)種類繁多，如：固定循環(huán)(能進(jìn)行各種多次重復(fù)加工)、自動(dòng)換刀(可交換指定刀具)、傳動(dòng)間隙補(bǔ)償償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差)等等。
5、數(shù)字控制
數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的輸入部分、運(yùn)算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實(shí)現(xiàn)的控制功能分為點(diǎn)位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。
點(diǎn)位控制是只控制刀具或工作臺(tái)從一點(diǎn)移至另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，然后進(jìn)行定點(diǎn)加工，而點(diǎn)與點(diǎn)之間的路徑不需控制。采用這類控制的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控坐標(biāo)鏜床等。
直線控制是除控制直線軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要控制在這兩點(diǎn)之間以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行直線切削。采用這類控制的有平面銑削用的數(shù)控銑床，以及階梯軸車削和磨削用的數(shù)控車床和數(shù)控磨床等。
連續(xù)軌跡控制（或稱輪廓控制）能夠連續(xù)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)。為了使刀具按規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓，數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算的功能，使刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡以最小的誤差逼近規(guī)定的輪廓曲線，并協(xié)調(diào)各坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度，以便在切削過程中始終保持規(guī)定的進(jìn)給速度。采用這類控制的有能加工曲面用的數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床和加工中心等。
6、伺服機(jī)構(gòu)
伺服機(jī)構(gòu)分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種類型。開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路，和步進(jìn)電機(jī)組成。每一脈沖信號使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，通過滾珠絲杠推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。這種伺服機(jī)構(gòu)比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。
半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達(dá)、速度檢測器和位置檢測器組成。位置檢測器裝在絲杠或伺服馬達(dá)的端部，利用絲杠的回轉(zhuǎn)角度間接測出工作臺(tái)的位置。常用的伺服馬達(dá)有寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)、寬調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)和電液伺服馬達(dá)。位置檢測器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床所采用。
閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)相同，只是位置檢測器安裝在工作臺(tái)上，可直接測出工作臺(tái)的實(shí)際位置，故反饋精度高于半閉環(huán)控制，但掌握調(diào)試的難度較大，常用于高精度和大型數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)所用伺服馬達(dá)與半閉環(huán)相同，位置檢測器則用長光柵、長感應(yīng)同步器或長磁柵。
7、關(guān)鍵零部件
為了保證機(jī)床具有很大的工藝適應(yīng)性能和連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是具有足夠的剛度、精度、抗振性、熱穩(wěn)定性和精度保持性。進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。機(jī)床采用塑料減摩導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，以提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性并使低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。
由于采用了寬調(diào)速的進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)和寬調(diào)速的主軸電動(dòng)機(jī)，可以不用或少用齒輪傳動(dòng)和齒輪變速，這就簡化了機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)床布局便于排屑和工件裝卸，部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有自動(dòng)排屑器和自動(dòng)工件交換裝置。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用具有微處理器的可編程序控制器，以代替強(qiáng)電柜中大量的繼電器，提高了機(jī)床強(qiáng)電控制的可靠性和靈活性。
隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。
8、發(fā)展方向
未來數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中。