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淺談數控機床的產生與發展
來源: | 作者:symtcn | 發布時間: 709天前 | 1042 次瀏覽 | 分享到:
數控機床是在普通機床的基礎上發展起來的,由于它具有良好的柔性、高的加工精度和穩定性、能加工復雜零件、減輕了工人的勞動強度......
        數控機床是在普通機床的基礎上發展起來的,由于它具有良好的柔性、高的加工精度和穩定性、能加工復雜零件、減輕了工人的勞動強度和易于實現現代化管理等一系列優點,目前在機械制造行業中得到了廣泛的應用。
        1946年誕生了世界上第一臺計算機,讓人類進入了信息化社會,六年后,計算機技術用到機床上,從此,傳統機床產生了本質的變化,半個世紀過去了,數控機床歷經了兩個階段和六代的發展。特別是到1970年,通用小型的計算機業開始發展,計算速度大幅提高,于是將它移植到數控系統的核心部件,從此進入了計算機數控(CNC)階段,一直到現在的第六代,基于PC機的數控機床。
        伴隨著計算機技術的發展,數控機床技術也相應的得到發展,不斷的采用計算機、控制理論的最新技術成就,它的性能日臻完善,應用領域越來越廣大,為了滿足新的市場需求、新的需求,當前世界數控技術及其裝備正朝著如下特點發展:
  1)高速、高效、高精度和搞可靠性發展。其中高速體現在主軸高轉速,高進給速度、高運算速度和高換刀速度。
      2)模塊化、智能化、柔性化和集成化。
      3)開放性。
      4)新一代數控加工工藝與裝備。
  
        目前,美國、日本和德國是當今世界上在數控機床科研、設計、制造和使用上技術最先進、經驗最豐富的國家。因其社會條件不同,各有特點。美國政府重視機床工業的發展,美國國防部等部分因其軍事方面的需求而不斷的提出機床的發展方向、科研任務,并提供足夠的經費,網絡世界的人才,注重效率和創新,再加上計算機技術先進,因此在機床制造業一路領先;德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位,在多方面大力扶植,特別是理論和實際應用的結合,基礎科研和應用技術科研并重,企業和科研部門密切結合,在數控機床的共性和特性問題上深入研究,在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進適用、貨真價實,出口全世界,特別是世界聞名的西門子公司;日本在重視人才及機床元部件配套上學習德國,在質量管理及數控技術上學習美國,結果在有些方面青出于藍而勝于藍;我國在數控機床方面與西方發達國家有不小差距,2002以來我國連續三年成為世界機床消費和進口第一大國,我們需要看清形勢,充分認識國產數控機床的不,努力發展先進技術裝備,以縮小與發達國家的差距。
  
        數控機床通常是有程序載體、CNC裝置、伺服系統、檢測與反饋裝置、輔助裝置,機床本體組成。程序載體是用于存取零件加工程序的裝置,可將裝置加工程序以一定的格式和代碼存儲在載體上,程序載體可以是磁盤、磁帶、硬盤和閃存卡等;
  
        
CNC裝置是機床實現自動加工的核心,是整個數控機床的靈魂所在。主控制系統主要由CPU、存儲器、控制器等組成。數控系統的主要控制對象是位置、角度、速度等機械量,以及溫度、壓力、流量等物理量.其控制方式又可分為數據運算處理控制和時序邏輯控制兩大類。其中主控制器內的擂補模塊就是根據所讀入的零件程序,通過譯碼、編譯等處理后,進行相應的刀具軌跡插補運算,并通過與各坐標伺服系統的位置、速度反饋信號的比較,從而控制機床各坐標軸的位移;
  
        伺服系統是數控系統和機床本體之間的電傳動聯系環節.主要由伺服電動機、驅動控制系統和位置檢測與反饋裝置等組成.伺服電動機是系統的執行元件,驅動控制系統則是伺服電動機的動力源.
  
  數控系統發出的指令信號與位置反饋信號比較后作為位移指令,再經過驅動系統的功率放大后,驅動電動機運轉,通過機械傳動裝置帶動工作臺或刀架運動。
  
  檢測與反饋裝置有利于提高數控機床的加工精度,將導軌和主軸的移動軌跡參數檢測出來,裝百年城數字信號反饋到數控裝置,根據反饋的信息進行校正。
  
  輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置輸出的開關量指令信號,經過編譯、邏輯判別和運動,再經功率放大后驅動相應的電器,帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規定的開關量動作。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令,刀具的選擇和交換指令,冷卻、潤滑裝置的啟動停止,工件和機床部件的松開、夾緊,分度工作臺轉位分度等開關輔助動作。
  
  數控機床的機床本體與傳統機床相似,由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統、潤滑系統、冷卻裝置等組成。但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統、刀具系統的結構以及操作機構等方面都已發生了很大的變化。種變化的目的是為了滿足數控機床的要求和充分發揮數控機床的特點。
  
  數控機床工作原理,用數控機廠加工零件時,首先應將加工零件的幾何信息和工藝信息編織成加工程序,有輸入裝置輸送到數控系統中,經過數控系統的處理、運算、按各個坐標軸的分量送到各軸的驅動電路中,經過放大進行伺服電機驅動,帶動各軸運動,并進行反饋控制,使刀具與工件及其他裝置嚴格地按照加工程序規定的順序、軌跡和參數有條不紊的工作,從而加工出零件的全部輪廓。
  
  數控機床已越來越多的應用于現代制造業,并發揮出普通機床無法比擬的優勢,數控機床主要有以下幾特點:1)傳動鏈短,與普通機床相比主軸驅動不再是電機變速,而是采用橫向和縱向進給分別由兩臺伺服電機驅動運動完成。2)剛性高,為了與數控系統的高精度相匹配,數控機床的剛性高,以便適應高精度的加工要求。3)輕拖動,刀架移動采用滾珠絲杠副,摩擦小,移動輕便。絲杠兩端的支承式專用軸承,其壓力角比普通軸承大,在出廠時便選配好;數控機床的潤滑部分采用油霧自動潤滑,這些措施都使得數控機床移動輕便。
  
  數控機床加工特點:1)自動化程度高,可以減輕操作者的體力勞動強度。數控加工過程是按輸入的程序自動完成的,操作者只需起始對刀、裝卸工件、更換刀具,在加工過程中,主要是觀察和監督機床運行。但是,由于數控機床的技術含量高,操作者的腦力勞動相應提高。2)加工零件精度高、質量穩定。數控機床的定位精度和重復定位精度都很高,較容易保證一批零件尺寸的一致性,只要工藝設計和程序正確合理,加之精心操作,就可以保證零件獲得較高的加工精度,也便于對加工過程實行質量控制。3)生產效率高。數控機床加工是能再一次裝夾中加工多個加工表面,一般只檢測首件,所以可以省區普通機床加工時的不少中間工序,如劃線尺寸檢測等,減少了輔助時間,而且由于數控加工出的零件質量穩定,為后續工序帶來方便,其綜合效率明顯提高。4)便于新產品研制和改型。數控加工一般不需要很多復雜的工藝裝備,通過編制加工程序就可把形狀復雜和精度要求較高的零件加工出來,當產品改型,更改設計時,只要改變程序,而不需要重新設計工裝。所以,數控加工能大大縮短產品研制周期,為新產品的研制開發,產品的改進、改型提供了捷徑。
  
  適合數控機床加工的零件:1)最適合多品種中小批量零件。隨著數控機床制造成本的逐步下降,現在不管是國內還是國外,加工大批量零件的情況也已經出現。加工很小批量和單件生產時,如能縮短程序的調試時間和工裝的準備時間也是可以選用的。2)精度要求高的零件。有于數控機床的剛性好,制造精度高,對刀精確,能方便的進行尺寸補償,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況下,表面粗糙度取決于切削速度和進給速度普通機床是恒定轉速,直徑不同切削速度就不同,像數控車床具有恒線速切削功能,車端面、不同直徑外圓時可以用相同的線速度,保證表面粗糙度值既小且一致。在加工表面粗糙度不同的表面時,粗糙度小的表面選用小的進給速度,粗糙度大的表面選用大些的進給速度,可變性很好,這點在普通機床很難做到。4)輪廓形狀復雜的零件。任意平面曲線都可以用直線或圓弧來逼近,數控機床具有圓弧插補功能,可以加工各種復雜輪廓的零件。
  
  總結:對于我國的數控行業,必須使國產數控系統先進、可靠,狠抓產品質量與配套件過關,打好技術基礎。近期重在打基礎,建信譽,擴大國產數控機床的市場份額,遠期謀求趕超世界先進水平,大步走向世界市場;必須狠抓根本,堅持“以人為本”,加速提高人員素質、培養各種專家人才,從根本上改變目前低效、落后的狀態。人是一切事業成敗的根本,層層都要重視“培才、選才、用才”,建立學習型企業,樹立企業文化,加速培育新人,培訓在職人員。
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