數(shù)控機床發(fā)展及研究

王超

摘要：裝備制造業(yè)是國家工業(yè)的基石，它為新技術、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供重要的手段，是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。隨著電子技術與控制技術的興起和不斷成熟，數(shù)控技術對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。當今數(shù)控技術領域正在朝著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化、多軸化、高可靠性等方向發(fā)展。

關鍵詞：數(shù)控裝備；發(fā)展趨勢

前言

數(shù)控技術是指用數(shù)字、文字、符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制的技術。它是自動化、柔性化、敏捷化和數(shù)字化制造加工等現(xiàn)代制造業(yè)的重要基礎與關鍵技術，是發(fā)展軍事工業(yè)的重要戰(zhàn)略技術，也是衡量一個國家工業(yè)化水平的重要標志。數(shù)控機床作為一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設發(fā)展的重要裝備。

1 .發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

1952年，在美國誕生第一臺數(shù)控機床。由于早期計算機的運算速度低，不能適應機床實時控制的要求，因此人們通過采用數(shù)字邏輯電路組成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，稱為硬件連接數(shù)控，簡稱為數(shù)控（NC）。至1970年，由于通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)，于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（CNC）階段。至1974年，微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)，雖然早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。至1990年，PC機的性能高度發(fā)展，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段。

我國數(shù)控技術起步于20 世紀50 年代。自1958年研制出第一臺數(shù)控機床，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。現(xiàn)已基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術，初步形成了自主數(shù)控產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)品的性能經(jīng)不斷改進有了較大的提高。但由于數(shù)控系統(tǒng)相關技術自主創(chuàng)新能力不足尚且無法與國外先進技術相比，因此仍然與國外先進水平存在一定的差距。

2. 數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及工作原理

數(shù)控機床一般由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、強電控制柜、機床本體和各類輔助裝置組成。與傳統(tǒng)機床相比，數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點。其中，數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，它能夠從內(nèi)部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或統(tǒng)軟件進行編譯，運算處理后，輸出幾種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規(guī)定的有序運動和動作。

在使用數(shù)控機床時，首先要將被加工零件圖紙的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序； 然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)信息處理、 分配，使各坐標移動若干個最小位移量，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。

3 .發(fā)展趨勢

3.1 高速化、高精度化

隨著計算機技術的不斷進步，微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障。促進了數(shù)控技術水平的提高，數(shù)控裝置、進給伺服驅(qū)動裝置和主軸伺服驅(qū)動裝置的性能也隨之提高，使得現(xiàn)代數(shù)控設備隨著工業(yè)的高速發(fā)展以及新材料的應用，對加工的高速化要求越來越高。其主要方面體現(xiàn)在：主軸轉(zhuǎn)速、進給率、運算速度、換刀速度等方面。同時，由于先進理論的研發(fā)以及高分辨率位置檢測裝置采用的應用，數(shù)控機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。并通過提高CNC系統(tǒng)控制精度、采用誤差補償技術等技術提高精度。

3.2 功能復合化

復合機床根據(jù)結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。通過采用復合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。

3.3 控制智能化

隨著人工智能在計算機領域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ埽胰藱C界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。

3.4 設計、制造綠色化

綠色設計是在不犧牲產(chǎn)品功能、質(zhì)量和成本的前提下，系統(tǒng)考慮產(chǎn)品開發(fā)、制造及其活動對環(huán)境的影響，從而使得產(chǎn)品在整個生命周期中對環(huán)境的負面影響最小，資源利用率最高。而綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代制造模式，通過綠色生產(chǎn)過程生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品。隨著世界經(jīng)濟的迅速發(fā)展，尤其是國內(nèi)改革開放以來工業(yè)化程度的加快，所帶來的環(huán)境污染問題越來越嚴重，環(huán)境保護的呼聲越來越高，環(huán)保問題已經(jīng)成為各國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的制約因素之一。數(shù)控機床作為裝備制造業(yè)的核心，能否順應環(huán)保趨勢，加大綠色設計與制造的研制，將是影響經(jīng)濟發(fā)展的重要要素之一。

參考文獻：

[1]梁訓，王宣，周延佑.機床技術發(fā)展的新動向[J].世界制造技術與裝備市場.2001（3）：21-28.

[2]鄧奕等.現(xiàn)代數(shù)控機床及應用.北京：國防工業(yè)出版社.2008.

[3]畢飛.我國數(shù)控機床使用率低的原因分析.機電新產(chǎn)品導報，2003，（6）： 59-60.

[4]劉雄偉，張定華等.數(shù)控加工理論與編程技術北京：機械工業(yè)出版社.2000.

[5]董淳.數(shù)控系統(tǒng)技術發(fā)展的新趨勢[J]. 可編程控制器與工廠自動化.2006.

[6]胡占齊，楊莉.機床數(shù)控技術[M].北京：機械工業(yè)出版社.2007.