最新机床行业综述

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1、中 北 大 学现代机械设计与制造论文研究方向：深孔加工 数控技术及数控机床摘要：介绍了数控加工技术及数控机床的主要原理、分类及特点等。关键词：数控；数控机床；特点Numerical Control Technology and Numerical Control MachineJiang Min（Mechanical Engineering and Automation School, North University of China, Taiyuan, Shanxi 030051, China）Abstract: This paper introduces the numerical co

2、ntrol processing technology and the principle, classification and features, etc of the NC machine.Keywords: numerical control; NC machine; feature前言 数控机床是由美国发明家约翰帕森斯上个世纪发明的。随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。目前，欧、美、日等工业化国家

3、已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。1 数控技术1.1 定义 1.1.1 数控 数控（英文名字：Numerical Control 简称：NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computerized Numerical Control )，简称CNC，国外一般都称为CNC，很少再用NC这个概念了。 1.1.2 数控技术数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴

4、制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，如数控机床等。其技术涉及多个领域：(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)软件技术等。 数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技

5、术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的，加工时用手摇动机械刀具切削金属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度的。现代工业早已使用电脑数字化控制的机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。这就是我们说的“数控加工”。数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域，更是模具加工的发展趋势和重要和必要的技术手段。 “CNC”是英文Computerized Numerical Control（计算机数字化控制）的缩写。 数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们

6、把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。 这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高

7、的零件。由于数控机床要按照程序来加工零件，编程人员编制好程序以后，输入到数控装置中来指挥机床工作。程序的输入是通过控制介质来的。 数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。 这种从零件图纸生成指令的过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于

8、控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件 由于数控机床要按照程序来加工零件，编程人员编制好程序以后，输入到数控装置中来指挥机床工作。程序的输入是通过控制介质来的，图1为数控程序。2 数控机床 2.1 定义数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件，即

9、机床的操作命令以数值数据的形式进行表达，工作过程按照规定的程序自动进行图1 数控编程程序2.2 原理 数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主机组成。 (1) 信息载体 又称为控制介质，是人与被控对象之间建立联系的媒介，在信息载体上存储着数控设备的全部操作信息。信息载体有多种形式 , 目前一般采用微处理机数控系统，系统内存容量大大增加，数控系统内存 ROM 中有编程软件，零件程序也能较多地直接保存在数控系统内存 RAM 中。 (2) 数控装置 接收来自信息载体的控制信息并转换成数控设备的操作（指令）信号。硬件数控装置由输入装置、控制器、运算器和输出装置等四大部分组成。

10、(3) 输入装置接 受由穿孔带阅读机输出的代码，经过识别与译码之后分别输送到各相应的寄存器，这些指令与数据将作为控制与运算的原始依据。 (4 )控制器 接受输入装置的指令，根据指令控制运算器与输出装置，以实现对机床的各种操作（例如控制工作台沿着某一坐标轴的运动，主轴变速或冷却液的开关等）以及控制整机的工作循环（例如控制阅读机的起动、停止，控制运算器的运算，控制输出讯号等）。 (5) 运算器 接受控制器的指令，将输入装置送来的数据进行某种运算，并不断向输出装置送出运算结果。对于加工复杂零件的轮廓控制系统，运算器的重要功能是进行插补运算，所谓插补就是将每程序段输入的工件轮廓上的某起始点和终点的坐标

11、数据送入运算器，经过运算之后在起点与终点之间进行“数据密化”，并按控制器的指令向输出装置送出计算结果。 (6) 输出装置 根据控制器的指令将运算器送来的计算结果输送到伺服系统，经过功率放大，驱动相应的坐标轴，使机床完成刀具相对工件的运动。 目前均采用微型计算机作为数控装置。它的工作原理与上述装置基本相同，数控装置已由NC发展到计算机控制 (Computer Numerical Control-CNC)。如图3所示。 (7) 基本原理 在数控机床上实现数字化信号控制时，已经对机床的主要直线运动规定了坐标、正负方向、起点、运动当量，每台机床都能建立起一个由X、Y、Z轴组成的机床固有的直角坐标系。控

12、制切削点的轨迹实际上是控制直角坐标系内3个坐标的运动量和运动速度，因此，数字化信号就可以使用，表示，用这些坐标文字加后面的数值来控制切削点的运动轨迹（见图3），在直角坐标系基础上再引入3个回转轴A、B、C来解决工件不同回转面上的加工，改善刀具切削条件，满足工件和刀具的展成运动要求，避免工件和刀杆的干涉等。图2 CNC的结构图3切削点在机床坐标系的运动为了描述这些加工轨迹，把各可控坐标的运动量分割为一些最小单位量，即最小位移量，由数控系统按零件加工程序要求，使切削点沿各控制坐标移动若干个最小位移量，合成运动即刀具与工件的相对运动，从而完成零件加工。2.3 分类 金属切削类数控机床,包括数控车床,

13、数控钻床，数控铣床,数控磨床，数控镗床发及加工中心.这些机床都有适 用于单件、小批量和多品种的零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。按运动方式分类（1）点位控制 点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工序。如数控钻床、数按坐标镗床、数控焊机和数控弯管机等。 （2）直线控制 点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另一个位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线进给运动。 （3）轮廓控制 轮廓控制数控机床的特点是机床的

14、运动部件能够实现两个坐标轴同时进行联动控制。它不仅要求控制机床运动部件的起点与终点坐标位置，而且要求控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要求控制运动轨迹，将零件加工成在平面内的直线、曲线或在空间的曲面。 按控制方式分类（1）开环控制 即不带位置反馈装置的控制方式。 （2）半闭环控制 指在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地 检测出运动部件的位移反馈给数控装置的比较器，与输入的指令进行比较，用差值控制运动部件。 （3）闭环控制 是在机床的最终的运动部件的相应位置直接直线或回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移值反馈到数控装置的比较器中与输入指令移量进行

15、比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。 按数控制机床的性能分类经济型数控机床；中档数控机床；高档数控机床。 按所用数控装置的构成方式分类硬线数控系统；软线数控系统。2.4 特点数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点： （1）对加工对象的适应性强1，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法； （2）加工精度高，具有稳定的加工质量； （3）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； （4）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； （5）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； （6）有利于生产管理的现代化 数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础； （7）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高； （8）可靠性高。 参考文献【1】 李雪梅，王斌武. 数控机床.电子工业出版社 2010.【2】 夏凤芳. 数控机床. 高等教育出版社. 2005.【3】 邹新宇。数控编程