數(shù)控專業(yè)技術論文(2)
數(shù)控專業(yè)技術論文篇二
數(shù)控車床技術發(fā)展淺析
摘要： 數(shù)控技術，簡稱數(shù)控(NumeriealControl--NC)，是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機進行控制，因此，也可以稱為計算機數(shù)控.采用了數(shù)控技術進行控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控機床.它是一種綜合應用了計算機技術、自動控制技術、精密測量技術和機床設計等先進技術的典型機電一體化產品，是現(xiàn)代制造技術的基礎，它很好地解決了形狀結構復雜、精度要求高、小批量及多變零件的加工問題且能穩(wěn)定產品的加工質量，降低工人勞動強度，大幅度提高生產效率。機床控制也是數(shù)控技術應用最早、最廣泛的領域，因此，數(shù)控機床的水平代表了當前數(shù)控技術的發(fā)展水平和方向。與普通機床相比，數(shù)控機床能夠自動換刀、自動變更切削參數(shù)，完成平面、回旋面、平面曲線的加工，加工精度和生產效率都比較高，因而應用日益廣泛。
一、數(shù)控的發(fā)展歷史
1952年美國帕森斯(PARSONS)公司與麻省理工學院(MIT)合作試制了世界上第一臺三坐標聯(lián)動、利用脈沖乘法器原理工作、直線插補連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床。1954年11月美國本迪克斯公司(Bendix一eooperation)生產了世界上第一臺工業(yè)用數(shù)控機床。最初由電子管控制，隨后經歷了用晶體管控制、集成電路控制(NC)、計算機控制(CNC)，直到用微處理器控制(MNC)。數(shù)控系統(tǒng)到現(xiàn)在已經發(fā)展到了第六代，數(shù)控系統(tǒng)采用電子管的為第一代(1952年)，晶體管的為第二代(1959年)，小規(guī)模集成電路的為第三代(1965年)，20世紀70年代小型計算機開始用于數(shù)控系統(tǒng)(1970年)，成為第四代數(shù)控系統(tǒng)。1974年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第五代。前三代數(shù)控系統(tǒng)是屬于采用專用控制計算機的硬接線(硬件)數(shù)控系統(tǒng)，一般稱為普通數(shù)控系統(tǒng)，簡稱NC;從第四代開始的數(shù)控系統(tǒng)稱為軟接線(軟件)數(shù)控，即計算機數(shù)控(CNC)，其控制功能大部分由軟件技術來實現(xiàn)，因而使得硬件得到簡化，系統(tǒng)可靠性得到提高，功能更加靈活和完善[l.]。從20世紀末到今天，在生產中使用較多的數(shù)控系統(tǒng)還是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代數(shù)控系統(tǒng)的ePu采用80286、80386芯片，用DOS3.3、DOS6.2軟件。隨著個人計算機的飛速發(fā)展，芯片的集成度越來越高，功能越來越強，成本也越來越低，軟件和外圍器件又越來越好，出現(xiàn)了以個人計算機(PC機)為平臺的數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)進入第六代(1990年)。第六代數(shù)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代個人計算機(PC機)、采用Windows95、Windows98或Windows20OO操作系統(tǒng)。第五代數(shù)控系統(tǒng)的存儲量小，只有32KB、64KB，為解決存儲器小的問題而采用RS232、Rs485接口，與計算機通信傳輸。由于受到通信瓶頸限制，不能進行高速進給，當插補線段長度小于0.05mm時加速度只有每分鐘幾百毫米，不能滿足高速進給的需要。而第六代數(shù)控系統(tǒng)的存儲量可達120GB以上，cAD、cAM的加工代碼可通過網絡傳到硬盤上，網絡速度比RS232接口速度提高了幾千倍，加工數(shù)據可在加工前全部存儲到硬盤上，避免了邊加工邊傳送數(shù)據的缺點，解決了高速高精度加工的問題。第六代數(shù)控系統(tǒng)采用標準的計算機顯示器，分辨率高、價格低、可靠性好，而且具有網絡通信功能。
二、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢
隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)控機床不斷采用計算機、控制理論等領域的最新技術成就，它的性能日臻完善，應用領域日益擴大。同時，為了滿足市場和科學技術發(fā)展的需要，為了達到現(xiàn)代制造技術對數(shù)控技術提出的更高要求，當前，世界數(shù)控技術及其裝備正朝著下述幾個方向發(fā)展。要提高加工效率，首先必須提高切削和進給速度，同時，還要縮短加工時間;要確保加工質量，必須提高機床部件運動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。
1.高速、高效
機床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質量和精度。超高速加工技術對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質、低成本生產有廣泛的適用性。新一代數(shù)控機床(含加工中心)只有通過高速化大幅度縮短切削工時才-可能進一步提高其生產率。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機床，特別是高速加工中心的開發(fā)應用緊密相關。20世紀90年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元(電主軸，轉速15000一100000r/min)、高速且高加/減速度的進給運動部件(快移速度60一120m/min，切削進給速度高達6Om/min)、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達到了新的技術水平。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)(含監(jiān)控系統(tǒng))和防護裝置等一系列技術領域中關鍵技術的解決，數(shù)控機床正在朝高速方向發(fā)展。
2.高精度
從精密加工發(fā)展到超精密加工(特高精度加工)，是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(<10納米)，其應用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削(車、銑)、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工(三束加工及微細電火花加工、微細電解加工和各種復合加工等)。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，對超精密加工技術不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機床，完善現(xiàn)代超精密加工技術，以適應現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。精密化是為了適應高新技術發(fā)展的需要，也是為了提高普通機電產品的性能、質量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術的發(fā)展和對機電產品性能與質量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。
3.高可靠性
高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設備的可靠性一個數(shù)量級以上。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障工作時間(MTBF)就必須大于3000小時。MTBF大于3000小時，對于由不同數(shù)量的數(shù)控機床構成的無人化工廠差別就大多了，若只對一臺數(shù)控機床而言，如果主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10：1的話(數(shù)控系統(tǒng)的可靠性比主機高一個數(shù)量級)，則此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于10萬小時。
因此，數(shù)控機床以其高效率和高精度的加工特點日益成為現(xiàn)代制造領域的基礎裝備，以數(shù)控技術為核心的數(shù)控系統(tǒng)裝配和制造水平已經成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志。
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