數(shù)字控制機床是用數(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、運動速度和軌跡進行自動加工的機床,簡稱數(shù)控機床。
1.特點
數(shù)控機床具有廣泛的適應性,加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令;加工性能比一般自動機床高,可以加工復雜型面,因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件,并能獲得良好的經(jīng)濟效果。
隨著數(shù)控技術的發(fā)展,采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多,有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進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*委托,研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣,精度要求高,一般加工設備難以適應,于是提出計算機控制機床的設想。1949年,該公司在美國麻省理工學院(mit)伺服機構研究室的協(xié)助下,開始數(shù)控機床研究,并于1952年試制成功*臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數(shù)控銑床,不久即開始正式生產,于1957年正式投入使用。這是制造技術發(fā)展過程中的一個重大突破,標志著制造領域中數(shù)控加工時代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術的基礎,這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言,具有劃時代的意義和深遠的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數(shù)控加工技術的研究和發(fā)展。
當時的數(shù)控裝置采用電子管元件,體積龐大,價格昂貴,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)濟的點位控制數(shù)控鉆床,和直線控制數(shù)控銑床得到較快發(fā)展,使數(shù)控機床在機械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。我國于1958年開始研制數(shù)控機床,成功試制出配有電子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床,1965年開始批量生產配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標數(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,價格進一步下降,促進了數(shù)控機床品種和產量的發(fā)展。60年代末,先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)(簡稱dnc),又稱群控系統(tǒng);采用小型計算機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)(簡稱cnc),使數(shù)控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。
1974年,研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數(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)控裝置的功能擴大了一倍,而體積則縮小為原來的1/20,價格降低了3/4,可靠性也得到極大的提高。
80年代初,隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展,出現(xiàn)了能進行人機對話式自動編制程序的數(shù)控裝置;數(shù)控裝置愈趨小型化,可以直接安裝在機床上;數(shù)控機床的自動化程度進一步提高,具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。
3.分類
經(jīng)過幾十年的發(fā)展,目前的數(shù)控機床已實現(xiàn)了計算機控制并在工業(yè)界得到廣泛應用,在模具制造行業(yè)的應用尤為普及。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)控加工機床。數(shù)控機床種類繁多,一般將數(shù)控機床分為16大類。
4.組成
數(shù)控機床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成??刂葡到y(tǒng)用于數(shù)控機床的運算、管理和控制,通過輸入介質得到數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)進行解釋和運算并對機床產生作用;伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅動機床,把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉換成機床移動部件的運動指令,使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運動;檢測系統(tǒng)則是用來檢測機床執(zhí)行件(工作臺、轉臺、滑板等)的位移和速度變化量,并將檢測結果反饋到輸入端,與輸入指令進行比較,根據(jù)其差別調整機床運動;機床傳動系統(tǒng)是由進給伺服驅動元件至機床執(zhí)行件之間的機械進給傳動裝置;輔助系統(tǒng)種類繁多,如:固定循環(huán)(能進行各種多次重復加工)、自動換刀(可交換刀具)、傳動間隙補償償機械傳動系統(tǒng)產生的間隙誤差)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、運算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實現(xiàn)的控制功能分為點位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。
點位控制是只控制刀具或工作臺從一點移至另一點的準確定位,然后進行定點加工,而點與點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)控坐標鏜床等。
直線控制是除控制直線軌跡的起點和終點的準確定位外,還要控制在這兩點之間以的進給速度進行直線切削。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)控制兩個或兩個以上坐標方向的聯(lián)合運動。為了使刀具按規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓,數(shù)控裝置具有插補運算的功能,使刀具的運動軌跡以zui小的誤差逼近規(guī)定的輪廓曲線,并協(xié)調各坐標方向的運動速度,以便在切削過程中始終保持規(guī)定的進給速度。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。