數(shù)控專業(yè)技術(shù)論文(2)
數(shù)控專業(yè)技術(shù)論文篇二
數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展淺析
摘要： 數(shù)控技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)控(NumeriealControl--NC)，是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此，也可以稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控.采用了數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說(shuō)裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床.它是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它很好地解決了形狀結(jié)構(gòu)復(fù)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(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高生產(chǎn)效率。機(jī)床控制也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的領(lǐng)域，因此，數(shù)控機(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平和方向。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床能夠自動(dòng)換刀、自動(dòng)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(chǎn)效率都比較高，因而應(yīng)用日益廣泛。
一、數(shù)控的發(fā)展歷史
1952年美國(guó)帕森斯(PARSONS)公司與麻省理工學(xué)院(MIT)合作試制了世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)、利用脈沖乘法器原理工作、直線插補(bǔ)連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床。1954年11月美國(guó)本迪克斯公司(Bendix一eooperation)生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)工業(yè)用數(shù)控機(jī)床。最初由電子管控制，隨后經(jīng)歷了用晶體管控制、集成電路控制(NC)、計(jì)算機(jī)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(jīng)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(jì)70年代小型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jiǎn)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(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)，其控制功能大部分由軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而使得硬件得到簡(jiǎn)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(jì)末到今天，在生產(chǎn)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(gè)人計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，芯片的集成度越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，成本也越來(lái)越低，軟件和外圍器件又越來(lái)越好，出現(xiàn)了以個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC機(jī))為平臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第六代(1990年)。第六代數(shù)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC機(jī))、采用Windows95、Windows98或Windows20OO操作系統(tǒng)。第五代數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)量小，只有32KB、64KB，為解決存儲(chǔ)器小的問題而采用RS232、Rs485接口，與計(jì)算機(jī)通信傳輸。由于受到通信瓶頸限制，不能進(jìn)行高速進(jìn)給，當(dāng)插補(bǔ)線段長(zhǎng)度小于0.05mm時(shí)加速度只有每分鐘幾百毫米，不能滿足高速進(jìn)給的需要。而第六代數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)量可達(dá)120GB以上，cAD、cAM的加工代碼可通過網(wǎng)絡(luò)傳到硬盤上，網(wǎng)絡(luò)速度比RS232接口速度提高了幾千倍，加工數(shù)據(jù)可在加工前全部存儲(chǔ)到硬盤上，避免了邊加工邊傳送數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)顯示器，分辨率高、價(jià)格低、可靠性好，而且具有網(wǎng)絡(luò)通信功能。
二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，它的性能日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。同時(shí)，為了滿足市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對(duì)數(shù)控技術(shù)提出的更高要求，當(dāng)前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備正朝著下述幾個(gè)方向發(fā)展。要提高加工效率，首先必須提高切削和進(jìn)給速度，同時(shí)，還要縮短加工時(shí)間;要確保加工質(zhì)量，必須提高機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)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(jī)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(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。新一代數(shù)控機(jī)床(含加工中心)只有通過高速化大幅度縮短切削工時(shí)才-可能進(jìn)一步提高其生產(chǎn)率。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機(jī)床，特別是高速加工中心的開發(fā)應(yīng)用緊密相關(guān)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，歐、美、日各國(guó)爭(zhēng)相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元(電主軸，轉(zhuǎn)速15000一100000r/min)、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件(快移速度60一120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)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(dá)到了新的技術(shù)水平。隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長(zhǎng)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(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)(含監(jiān)控系統(tǒng))和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，數(shù)控機(jī)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(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)(<10納米)，其應(yīng)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(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超精密加工技術(shù)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(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時(shí)的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來(lái)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(shè)備的可靠性一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。對(duì)于每天工作兩班的無(wú)人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無(wú)故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)就必須大于3000小時(shí)。MTBF大于3000小時(shí)，對(duì)于由不同數(shù)量的數(shù)控機(jī)床構(gòu)成的無(wú)人化工廠差別就大多了，若只對(duì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如果主機(jī)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(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí))，則此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于10萬(wàn)小時(shí)。
因此，數(shù)控機(jī)床以其高效率和高精度的加工特點(diǎn)日益成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)裝備，以數(shù)控技術(shù)為核心的數(shù)控系統(tǒng)裝配和制造水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。
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