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數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史和趨勢篇一

摘 要

為了適應(yīng)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢，簡化一般工廠中工人的勞動量，在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用簡單的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。就實(shí)際情況分析，一般的機(jī)械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要高精密的數(shù)控系統(tǒng)，但考慮一般機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)相對比較困難，而且實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)復(fù)雜，設(shè)備比較龐大。然而這些問題可以在一個(gè)非常簡單的數(shù)控系統(tǒng)中很容易的得到很好的解決。隨著微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，性能的不斷提高，大范圍應(yīng)用的普及，應(yīng)用一個(gè)簡單的數(shù)控系統(tǒng)來完成一般的工作，在一般的小型工廠中足可以實(shí)現(xiàn)。

本次設(shè)計(jì)的銑床，除了能進(jìn)行銑削加工，主軸上安裝不同的刀具時(shí)，還可以進(jìn)行鉆孔或攻絲加工。所以我們采用了如下的設(shè)計(jì)方案：進(jìn)給系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速直流伺服電動機(jī)，滾珠絲杠，雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊間隙，導(dǎo)軌副采用直線滾動導(dǎo)軌副，主傳動系統(tǒng)采用無級調(diào)速電機(jī)。

在設(shè)計(jì)過程中，我得到了老師的精心指導(dǎo)，幫我收集了很多我無法找到的資料。袁老師在完成繁重的教學(xué)任務(wù)之余，經(jīng)常拖著疲憊的身體，對我們的工作進(jìn)行仔細(xì)地審查，針對我們的情況，進(jìn)行了耐心的講解，從設(shè)計(jì)的原理到結(jié)構(gòu)功能，做出了大量的指導(dǎo)性工作，使我們對所要設(shè)計(jì)的課題有了更深的了解，在這里也要感謝同組同學(xué)的熱心幫助，同學(xué)們總是微笑著面對我的提問，耐心講解，使我對有些問題有更加清楚的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：總體結(jié)構(gòu)布局 銑床傳動方式 主傳動系統(tǒng) 進(jìn)給系統(tǒng)

abstract in order to adapt to the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to complete its work, do not need high-precision numerical control system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very complex to achieve, equipment relatively r, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good the development of micro-computer system, the continuous improvement of performance, large-scale application of the universal application of a simple numerical control system to complete the work in general, the small factories in general can be achieved in processing center, in addition to a milling, spindle installed on a different tool, can also carry out drilling or tapping ore, we have adopted the design of the programmes are as follows: feeding system using the inertia of wide speed range dc servo motor, ball screw, double-nut pads adjust preload gap, the rails of a rail line rolling deputy, the main drive system adopts the-speed the design process, i was given the careful guidance of teachers hsu, to help me collect a lot i can not find the teachers completed the arduous task of teaching, while towing tired of the daily physical, to our work carefully review the situation against us, on a patient, from design to the principles of structure and function, to a lot of guidance, so that we have to design the machine gained a deeper understanding of the same group here also like to thank the enthusiastic help students, the students have always smiling face

of my question, patiently explained to me for some the problem is more clear ds ：the overall structure layout transmission feed system main drive system

目 錄

1緒論...................................................................2 1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展.......................................2 1.2數(shù)控機(jī)床的組成及分類.....................................3 1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)...........................................3 2設(shè)計(jì)的主要參數(shù)及基本思想...............................................4 2.1 課題要求.............................................................4 2.2 總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...........................................................4 2.3 銑床總布局的確定.....................................................5 3數(shù)銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算.....................................................6 3.1 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì).....................................................6 3.2 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì).......................................................9 3.3 進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算......................................................10 4 數(shù)控系統(tǒng)的介紹及選擇..................................................10 4.1數(shù)控及計(jì)算機(jī)數(shù)控....................................................10 4.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部工作過程........................................10 4.3數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)......................................................11 5 夾具的選擇及介紹......................................................11 5.1 數(shù)控銑床夾具介紹....................................................11 5.2 技術(shù)要求............................................................12 5.3 對夾具零部件的要求..................................................13 結(jié)論...................................................................15 致謝...................................................................16 參考文獻(xiàn)................................................................17

1緒論

機(jī)械制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的機(jī)械制造業(yè)在工業(yè)總產(chǎn)值中占40%。可以說，沒有發(fā)達(dá)的機(jī)械制造業(yè)，就不可能有國家的真正繁榮的富強(qiáng)。而機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平，則是反映國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。提高加工效率、降低生產(chǎn)成本、提高加工質(zhì)量、快速更新產(chǎn)品，是機(jī)械制造業(yè)競爭和發(fā)展的基礎(chǔ)，也是機(jī)械制造業(yè)技術(shù)水平的標(biāo)志。

1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展

數(shù)字控制機(jī)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(yùn)動速度和軌跡進(jìn)行自動加工的機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機(jī)床高，可以精確加工復(fù)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(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)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(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動化程度進(jìn)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。

隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動編程。未來數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。

1.2 數(shù)控機(jī)床的組成及分類

1.2.1 數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床由：程序、輸人/輸出裝置、cnc單元、伺服系統(tǒng)、位置反饋系統(tǒng)、機(jī)床本體組成:（1）程序的存儲介質(zhì)，又稱程序載體（2）輸人/輸出裝置（3）cnc單元(4)伺服系統(tǒng)(5)位置反饋系統(tǒng)（檢測反饋系統(tǒng)）(6)機(jī)床的機(jī)械部件。對于加工中心類的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機(jī)械手等部件，數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但傳動結(jié)構(gòu)要求更為簡單，在精度、剛度、抗震性等方面要求更高，而且其傳動和變速系統(tǒng)更便于實(shí)現(xiàn)自動化擴(kuò)展。1.2.2 數(shù)控機(jī)床分類

數(shù)控機(jī)床按所能實(shí)現(xiàn)的控制功能分為點(diǎn)位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。根據(jù)機(jī)床伺服驅(qū)動控制方式的不同，可將機(jī)床分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制三種類型。

1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

1、數(shù)控系統(tǒng)取代了通用機(jī)床的手工操作，具有充分的柔性，只要重新編制零件程序，更換相應(yīng)工裝，就能加工出新的零件。

2、零件加工精度一致性好，避免了通用機(jī)床加工時(shí)人為因素的影響。

3、生產(chǎn)周期短，特別適合小批量、單件零件的加工。

4、可加工復(fù)雜形狀的零件，如二維輪廓或三維輪廓加工。

5、易于調(diào)整機(jī)床，與其他加工方法相比，所需調(diào)整時(shí)間較少。

6、易于建立計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備初期投資大。

7、由于系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，增加了維修的技術(shù)難度和維修費(fèi)用。設(shè)計(jì)的主要參數(shù)及基本思想

2.1 課題要求

三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床可實(shí)現(xiàn)x向（縱向）、y（橫向）、z（升降）三個(gè)方向的自動移動，控制靈活，定位準(zhǔn)確，精度高，剛性好，可用端銑刀或立銑刀完成平面銑削，臺階面銑削，開槽、凸輪曲面加工，型腔曲面加工以及外形曲面的加工。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)可選用進(jìn)口或國 6

產(chǎn)三軸數(shù)控系統(tǒng)，配置靈活，機(jī)床的三個(gè)方向定位精度達(dá)0.012，重復(fù)定位精度0.006。機(jī)床動力頭可選用標(biāo)準(zhǔn)銑削頭，也可選用專用單軸銑削頭或多軸銑削頭，效率高，剛性好，精度高，用于平面加工可達(dá)平面度0.03／300。

2.2 總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)要求：

⑴、具有大的切削功率，高的靜、動態(tài)剛度和良好的抗震性能； ⑵、具有較高的幾何精度、傳動精度和熱穩(wěn)定性； ⑶、具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動化的結(jié)構(gòu)部件。

2、提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度

機(jī)床的剛度是指在切削力和其他力作用下，抵抗變形能力。機(jī)床的床身和立柱等支承件，采用鋼板和型鋼焊接而成具有減小質(zhì)量提高剛度的顯著優(yōu)點(diǎn)。用鋼板焊接有可能將構(gòu)件做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，從而有利于提高構(gòu)件的剛度。在立柱的中間布置上隔板，可以提高構(gòu)件的剛度。

合理的結(jié)構(gòu)布局也可以提高剛度。本次設(shè)計(jì)的銑床工作臺只做橫向和縱向進(jìn)給運(yùn)動，刀具可以上下移動，這樣可以避免加工較重零件時(shí)，升降式工作臺剛度不足的問題。

3、提高機(jī)床的抗震性

裝配在一起的旋轉(zhuǎn)部件，應(yīng)保證同軸，并且要消除傳動間隙。裝在機(jī)床是的電機(jī)等旋轉(zhuǎn)部件需隔振安裝。減少機(jī)床內(nèi)部震源或降低激振力，就減少了產(chǎn)生強(qiáng)迫振動的可能性，相當(dāng)于提高了機(jī)床的抗震性。

4、提高低速進(jìn)給的平穩(wěn)性和運(yùn)動剛度

⑴、減少動、靜摩擦系數(shù)之差

執(zhí)行部件所受的摩擦阻力主要來自導(dǎo)軌副，因此，選用滾動導(dǎo)軌，此外采用具有防爬作用的導(dǎo)軌潤滑油，這種導(dǎo)軌潤滑油中加有極性添加劑，能在導(dǎo)軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改變了導(dǎo)軌的摩擦特性。另外在進(jìn)給傳動系統(tǒng)中，采用滾珠絲杠螺母副，也可以減少摩擦系數(shù)之差。

⑵、提高傳動系統(tǒng)的傳動剛度

適當(dāng)加大傳動軸的直徑，加強(qiáng)支承座的剛度，對軸承、絲杠螺母副和絲杠本身進(jìn)行預(yù)緊可以提高傳動剛度。

5、較小機(jī)床的熱變形

機(jī)床的熱變形，特別是數(shù)控機(jī)床的熱變形，是影響加工精度的重要因素，引起熱變形的熱源主要是機(jī)床的內(nèi)部熱源，如主電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)發(fā)熱，摩擦以及切削熱等。熱變形影響加工精度的原因，主要由于熱源分布不均勻，熱源產(chǎn)生的熱量不等，各處零部件的質(zhì)量不均，形成各部位的溫升不一致，從而產(chǎn)生不均勻的溫度場和不均勻的熱膨脹變形，以致影響刀具與工件的正確相對位置。減少機(jī)床熱變形及其影響措施是：

⑴、減少機(jī)床內(nèi)部熱源和發(fā)熱量 采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承。

⑵、改善散熱和隔熱條件 主軸部件用強(qiáng)制潤滑冷卻，甚至采用制冷后的潤滑油進(jìn)行循環(huán)冷卻；切削過程中發(fā)熱最大，要進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，并且要自動及時(shí)排屑。

本機(jī)床可以安裝在恒溫車間，并在使用前進(jìn)行預(yù)熱，使機(jī)床達(dá)到熱穩(wěn)定后再進(jìn)行加工，這是在使用時(shí)防止熱變形影響的一種措施。

6.提高機(jī)床的加工精度

由于滾珠絲杠不能自鎖，所以在z坐標(biāo)軸的伺服電機(jī)上應(yīng)加上制動器。以防止主軸箱因自重滑落，影響加工精度。

2.3 銑床總布局的確定

根據(jù)以上所寫的內(nèi)容確定銑床的總布局如下圖所示

1.立柱 2.主軸箱 3.床身 4.工作臺 5.導(dǎo)軌3數(shù)銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算

3.1 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1.1 序言

數(shù)控銑床是高度自動化機(jī)床，數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)是：①機(jī)床有足夠高的轉(zhuǎn)速和大的功率，以適應(yīng)高效率加工的需要；②主軸轉(zhuǎn)速的變換迅速可靠，一般能自動變速；③主軸應(yīng)有足夠高的剛度和回轉(zhuǎn)精度；④主軸轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)很廣，如對鋁合金材料的高速切削，幾乎沒有上限的限制，主軸最高轉(zhuǎn)速取決于主傳動系統(tǒng)中傳動元件的允許極限(如主軸軸承允許的極限轉(zhuǎn)速)，而最低轉(zhuǎn)速則根據(jù)加工不銹鋼等難加工材料的要求來確定。

主傳動系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)要求是：①具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。數(shù)控銑床就要為了

保證加工時(shí)能選擇合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。②、具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的制造精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支承跨距等，以提高主軸組件的剛度。③、良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床上一般既要進(jìn)行粗加工，又要進(jìn)行精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動部件不平衡以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此在主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力－抗震性。3.1.2 銑床主傳動方式的選擇

主軸動力由無級調(diào)速電機(jī)產(chǎn)生，其與主軸直接相連來實(shí)現(xiàn)主軸的運(yùn)動。

主軸電機(jī)采用北京數(shù)控設(shè)備廠的besk－3型調(diào)頻主軸電機(jī)，其轉(zhuǎn)速范圍為22.5－4500r/min,額定功率為3kw。交流調(diào)速電機(jī)能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動機(jī)高，磨損和故障也少。

3.1.3 主軸組件的設(shè)計(jì) ①、對主軸組件的性能要求：

主軸組件是機(jī)床主要部件之一。它的性能，對整機(jī)性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍也很大，所以對主軸組件的主要性能提出如下要求：

旋轉(zhuǎn)精度：主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指在裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心表面（銑床軸端的7：24錐孔）的徑向和軸向跳動。旋轉(zhuǎn)精度取決于各主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能，潤滑劑和主軸組件的平衡。

剛度：剛度主要反映機(jī)床或部件抵抗外載荷的能力。影響剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式，前后支承的跨距和主軸前懸伸，傳動 10

件的布置方式等。數(shù)控機(jī)床既要完成粗加工，又要完成精加工，因此對其主軸組件的剛度應(yīng)提出更高的要求。

溫升：溫升將引起熱變形使主軸伸長，軸承間隙的變化，降低了加工精度；溫升也會降低潤滑度的粘度，惡化潤滑條件。因此對高精度機(jī)床應(yīng)研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控溫等。

可靠性：數(shù)控機(jī)床是高度自動化機(jī)床，所以必須保證工作可靠性。

精度保持性：對數(shù)控機(jī)床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。以上這些要求，有的是矛盾的。例如高剛度與高速，高速與低溫升，高速與高精度等。這要具體問題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。本次設(shè)計(jì)的銑床，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。

②、主軸組件的組成和軸承選型：

主軸組件，包括主軸、軸承、傳動件和相應(yīng)的緊固件。主軸組件的構(gòu)造，主要是支承部分的構(gòu)造。主軸的端部是標(biāo)準(zhǔn)的。因此，研究主軸組件，主要是研究主軸的支承部分。

主軸較粗，主軸軸承的直徑較大。相對來說，軸承的負(fù)載較輕。因此在一般情況下，承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要指標(biāo)。

主軸軸承，應(yīng)根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速選擇。為了提高剛度和精度，主軸軸承的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。這是主軸軸承的主要特點(diǎn)。

為了提高剛度和承載能力，主軸為雙支承，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承組合，雙列短圓柱滾子軸承只能承受徑向載荷，雙向推力角接觸角接觸軸承與雙列圓柱滾子軸承相配套，用于承受軸向載荷。后支承采用成對面對面安裝的角接觸軸承可承受雙向載荷。

3.2 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成

數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機(jī)械傳動部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)；機(jī)械傳動部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動系統(tǒng)；檢測元件與反饋電路組成檢測裝置，亦稱檢測系統(tǒng)。

2、⑴、①、②、③、④、⑤、⑵、① ② 量。

③

3、①、②、③、④、線性。

數(shù)控銑床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有： 能夠克服摩擦力和負(fù)載。很小的進(jìn)給位移量。高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度。足夠的調(diào)速范圍。

進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)無爬行現(xiàn)象。在動態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有：、具有足夠的加速和制動扭矩，以便快速的完成啟動制動過程。、具有良好的動態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質(zhì)負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能小。

對于數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動部件則有以下要求： 被加速的運(yùn)動部件具有較小的慣量。高的剛度。良好的阻尼。

傳動部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙等方面盡可能小的非現(xiàn)1

3.3 進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算

由于是靜連接，選普通平鍵，圓頭，普通平鍵連接的主要失效形式是鍵，軸上鍵槽和輪轂上鍵槽三者中較弱者被擊潰。由于輪轂上的鍵槽深度較淺，輪轂的材料強(qiáng)度通常在三者中也最弱，所以平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算通常以輪轂為計(jì)算對象，計(jì)算鍵聯(lián)接的強(qiáng)度時(shí)假設(shè)鍵與鍵槽側(cè)面的壓力均勻分布，并假設(shè)合力的作用點(diǎn)在軸半徑處4 數(shù)控系統(tǒng)的介紹及選擇 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心。數(shù)控機(jī)床根據(jù)功能和性能要求，配置不同的數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)不同，其指令代碼也有差別。因此，編程時(shí)應(yīng)按所使用數(shù)控系統(tǒng)代碼的編程規(guī)則進(jìn)行編程，功能越強(qiáng)大，操作越復(fù)雜。

4數(shù)控系統(tǒng)的介紹及選擇

4.1數(shù)控及計(jì)算機(jī)數(shù)控

用數(shù)值數(shù)據(jù)的裝置，在運(yùn)行過程中，不斷引入數(shù)值，從而對某一生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動控制，叫做數(shù)值控制，簡稱數(shù)控。用計(jì)算機(jī)控制加工功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)值控制，稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。數(shù)控系統(tǒng)包括程序輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、可編程序控制器（plc）、主軸驅(qū)動單元等。其中的數(shù)控裝置通常稱為數(shù)控或計(jì)算機(jī)數(shù)控。下圖為數(shù)控系統(tǒng)結(jié)

機(jī)床數(shù)控程序輸入設(shè)備輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（cnc）plc主軸控制單元速度控制單元主軸電動機(jī)進(jìn)給電動機(jī)位置監(jiān)測器圖4.1數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)代的數(shù)控裝置都是采用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置的核心，通過內(nèi)部信息處理過程來控制數(shù)控機(jī)床數(shù)控裝置通過主軸驅(qū)動單元控制主軸電動機(jī)的運(yùn)行，通過各坐標(biāo)軸的進(jìn)給伺服驅(qū)動單元控制數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)的運(yùn)動，通過可編程控制器控制機(jī)床的開關(guān)電路。數(shù)控操作人員可通過數(shù) 13

控裝置上的操作面板進(jìn)行各操作，或通過通信接口，由遠(yuǎn)程進(jìn)行操作，操作情況及一些內(nèi)部信息處理結(jié)果可在數(shù)控裝置是顯示器中顯示。

一般情況下，在數(shù)控加工之前，啟動cnc，進(jìn)行讀入數(shù)控加工程序。此時(shí)，在數(shù)控裝置內(nèi)部是控制程序作用下，通過程序輸入裝置或輸入接口讀入數(shù)控加工程序，并存放于cnc的零件程序存儲器或存儲區(qū)域內(nèi)。當(dāng)開始加工時(shí)，在控制程序作用下將零件加工程序從存儲器中讀出，按程序段進(jìn)行處理。先進(jìn)行譯碼處理，將零件加工程序中的信息轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)便于進(jìn)行處理的內(nèi)部形式，并將程序段的內(nèi)容分成位置數(shù)據(jù)和控制指令，一并存放相應(yīng)的存儲區(qū)域。根據(jù)數(shù)據(jù)和指令的性質(zhì)，以后大致進(jìn)行3中流程處理：位置數(shù)據(jù)處理、主軸驅(qū)動處理、及機(jī)床開關(guān)功能控制。

1、位置處理

位置數(shù)據(jù)處理過程按數(shù)序大致有以下三個(gè)階段：（1）、預(yù)處理。（2）、插補(bǔ)運(yùn)算。（3）、位置控制的處理。

2、主軸驅(qū)動處理

3、機(jī)床開關(guān)功能控制

4.2數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

本銑床的數(shù)控系統(tǒng)采用以工業(yè)pc機(jī)為硬件平臺，dos及其豐富的支持軟件為軟件平臺的是技術(shù)路線，使得系統(tǒng)具有可靠性好、性能價(jià)格比高、更新?lián)Q代和維護(hù)方便、便于二次開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)可與3到9軸聯(lián)動的銑床和加工中心配套使用。系統(tǒng)除具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控功能外，還內(nèi)設(shè)二級電子齒輪、內(nèi)裝式可編程序控制器、雙向式螺距補(bǔ)償、加工斷點(diǎn)保護(hù)與恢復(fù)、故障診斷與顯示功能。獨(dú)創(chuàng)的三維曲面直接插補(bǔ)功能，極大簡化了零件程序信息和加工輔助工作。此外，系統(tǒng)使用漢字菜單和在線幫助，操作方便，具有三維仿真校驗(yàn)及加工過程動態(tài)跟蹤能力，圖形顯示形象直觀。夾具的選擇及介紹

5.1 數(shù)控銑床夾具介紹

1．機(jī)床夾具的分類

機(jī)床夾具的種類很多，按驅(qū)動夾具工作的動力源分類，可分為手動夾具、氣動夾具、液動夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具和自夾緊夾具。2．機(jī)床夾具的組成

（1）、定位裝置。（2）、加緊元件。（3）、夾具體。（4）、其他元件及裝置。

3．工件、夾具在數(shù)控機(jī)床上的安裝工件、夾具在數(shù)控機(jī)床上的安裝與在普通機(jī)床上的安裝，其定位和夾緊的基本原則是一致的，所不同的是整個(gè)數(shù)控和工藝系統(tǒng)，包括數(shù)控程序的編制，工件、夾具在數(shù)控機(jī)床工作臺上的定位，都要求在工作臺上確定一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)。在工作臺上先確定零點(diǎn)，并建立x、y直角坐標(biāo)系。整個(gè)工作臺按x、y坐標(biāo)系，從零點(diǎn)起分成若干等分。在工作臺上安裝的工件、夾具的定位的位置都從坐標(biāo)原點(diǎn)，即機(jī)床工作臺零點(diǎn)算起，標(biāo)注為x和y的坐標(biāo)值。

從數(shù)控機(jī)床工作臺上的零點(diǎn)到夾具定位元件上的零點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值，以及從夾具定位元件上的零點(diǎn)到工件上的加工點(diǎn)的坐標(biāo)值是分開標(biāo)注的。但應(yīng)注意，工件上的加工點(diǎn)的x的坐標(biāo)值是數(shù)控機(jī)床工作臺上零點(diǎn)到夾具定位元件上的零點(diǎn)x的坐標(biāo)值和夾具定位元件上的零點(diǎn)到工件上的加工點(diǎn)的x的坐標(biāo)值之和。工件的y坐標(biāo)值的確定情況相同。

數(shù)控機(jī)床工作臺零點(diǎn)位置的選取有兩種方法：即固定零點(diǎn)和浮動零點(diǎn)。固定零點(diǎn)是把坐標(biāo)原點(diǎn)永遠(yuǎn)確定在一個(gè)位置上。浮動零點(diǎn)由編制數(shù)控機(jī)床程序人員根據(jù)實(shí)際方便的情況而確定的坐標(biāo)零點(diǎn)。夾具定位元件上的零點(diǎn)和工件上的加工點(diǎn)都可以被確定為坐標(biāo)原點(diǎn)。

5.2 技術(shù)要求

在夾具的設(shè)計(jì)中，不可避免的需要用到諸如螺釘、螺栓、螺母、定位銷等機(jī)械零件，在夾具中它們各自起著相當(dāng)重要的作用，有它們才能保證生產(chǎn)的正常的運(yùn)行。這些機(jī)械零件可分為標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件，下面將逐一介紹機(jī)械零件的一些相關(guān)的要求。

1、制造零件及不見采用的材料應(yīng)符合相應(yīng)的國標(biāo)（gb）的規(guī)定，允許采用機(jī)械性能不低于原規(guī)定牌號的其他材料制造。

2、拉四方鋼材（按gb906-66<冷拉四方鋼品種>），六角鋼材（按gb907-66<冷拉六方鋼品種>）或圓鋼材（按gb905-66<冷拉四方鋼品種>）制造的零件，其外形尺寸符合要求時(shí)，可不加 15

工。

3、鑄件及鍛件機(jī)械加工余量和尺寸公差暫時(shí)按各部相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4、鑄件不許有裂紋、氣孔、砂眼、縮松、夾渣等缺陷，澆口、冒口、結(jié)疤、粘砂應(yīng)清除干凈，鍛件不許有裂紋、皺折、飛邊、毛刺等缺陷。

5、需機(jī)械加工的鑄件或鍛件加工前應(yīng)經(jīng)時(shí)效處理或是退火、正火處理。

6、零件焊縫不應(yīng)有未填滿的弧坑、氣孔、溶渣雜質(zhì)、基體材料燒傷等缺陷。

7、熱處理后的零件不許有裂紋或是龜裂等缺陷。

8、零件上的內(nèi)外螺紋均不得滲碳。

9、零件上有配合要求的表面應(yīng)經(jīng)防銹處理，鋼制零件的其余表面除有特殊要求外應(yīng)經(jīng)氧化處理。

10、凡加工要求注公差的尺寸，其尺寸公差應(yīng)按gb1804-79〈公差與配合未注公差尺寸的極限偏差>it13的規(guī)定。

11、非配合的錐度和角度和自由度公差用按表1的規(guī)定.5.3 對夾具零部件的要求

設(shè)計(jì)專用夾具零件及部件時(shí)，其公差和技術(shù)要求可依據(jù)夾具總裝配圖上的配合性質(zhì)和技術(shù)要求并參照《夾具零件及部件技術(shù)條件》（gb2259-80）制訂，設(shè)計(jì)的要求一般情況下可包括以下內(nèi)容： 1.夾具零件毛坯的技術(shù)要求：

如毛坯質(zhì)量、硬度、毛坯熱處理以及精度要求等。2.夾具零件的熱處理的技術(shù)要求：

包括為改善機(jī)械加工性能和為達(dá)到要求的機(jī)械性能而提出的熱處理要求。3.夾具零件的尺寸公差，見下表4。4.結(jié)論

本次設(shè)計(jì)的銑床，除了能進(jìn)行銑削加工，主軸上安裝不同的刀具時(shí)，還可以進(jìn)行鉆孔或攻絲加工。所以我們采用了如下的設(shè)計(jì)方案：進(jìn)給系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速直流伺服電動機(jī)，滾珠絲杠，雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊間隙，導(dǎo)軌副采用直線滾動導(dǎo)軌副，主傳動系統(tǒng)采用無級調(diào)

速電機(jī)。本次設(shè)計(jì)我們綜合考慮了以下內(nèi)容：

1.伺服電動機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：控制系統(tǒng)簡單，工作可靠，成本低�？刂菩阅芎�，在一定的頻率下，能按控制頻率的要求快速啟動、停和反轉(zhuǎn)。改變控制脈沖頻率，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨之變化。并可在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，是開環(huán)控制系統(tǒng)的理想元件。

2.滾珠絲杠副傳動的優(yōu)點(diǎn)：傳動效率高，摩擦損失小，其功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1/4～1/3。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向可消除空程死區(qū)，定位精度高，剛性好。啟動力矩小，運(yùn)動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高，同步性好。磨損小，使用壽命長，精度保持性好。由于滾珠絲杠不能自鎖，故z坐標(biāo)軸上應(yīng)加制動器來解決這一問題。

3.圓螺母—墊片調(diào)整間隙并預(yù)緊，該方式結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。4.直線運(yùn)動滾動導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)：

（1）.將滾珠式直線導(dǎo)軌副做成標(biāo)準(zhǔn)部件，只要安裝在相對運(yùn)動的導(dǎo)軌平面上，就可以組成合適的導(dǎo)軌。從而設(shè)計(jì)和裝配簡單方便；

（2）.在所有方向均能承受載荷；

（3）.通過預(yù)加負(fù)荷，可以得到高精度、高剛度以及承受切削負(fù)荷的運(yùn)動剛度；（4）.由于具有自動調(diào)整功能，因而可達(dá)微米級的運(yùn)動精度；

（5）．摩擦系數(shù)小和動、靜摩擦系數(shù)很接近。因此，運(yùn)動輕便，摩擦力小，摩擦發(fā)熱小，磨損小，可避免出現(xiàn)爬行，有較高的定位精度。

5．無級調(diào)速電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：對于直線運(yùn)動的執(zhí)行器官，可以認(rèn)為是恒定牽引力的，因此，拖動它的電動機(jī)，也應(yīng)該是恒轉(zhuǎn)矩的，無級調(diào)速電機(jī)可以進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，因此可以直接和主軸連接。

汽車節(jié)能是汽車節(jié)能減排的重要組成部分，本文通過世界各國對汽車節(jié)能減排采取的應(yīng)對政策出發(fā)，闡述汽車節(jié)能減排的重要意義，并且通過講述汽車的發(fā)展簡史表明，高效、節(jié)能、環(huán)保新能源汽車已經(jīng)成為世界各國主要的研究目標(biāo)，由于新能源汽車現(xiàn)在還處于起步階段，所以我國如果想在世界汽車之林中有所成就的話，新能源汽車無疑是我們發(fā)展的最新目標(biāo)，通過人、車、路分析節(jié)能減排的因素及應(yīng)對策略。

我國汽車工業(yè)在選擇汽車節(jié)能技術(shù)及節(jié)能產(chǎn)品時(shí)，要綜合考慮我國汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，借鑒國際上汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，選擇合適我國國情的節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，歸納起來主要考慮：節(jié)能效果顯著，節(jié)能貢獻(xiàn)率大；國內(nèi)有比較成熟的技術(shù)儲備，國際上有可靠的技術(shù)來源；有利于自主品牌的發(fā)展；經(jīng)濟(jì)可行；有害排放少；標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)相對比較完善。

結(jié)束語

制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。本文在對數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的分析，對我國數(shù)控領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展途徑進(jìn)行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營銷為重點(diǎn)，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路的總體發(fā)展戰(zhàn)略。在此基礎(chǔ)上，研究了發(fā)展新型數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件、數(shù)控機(jī)床整機(jī)等的具體技術(shù)途徑。

我們衷心希望，我國科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經(jīng)濟(jì)給我們帶來的難得機(jī)遇，迎接競爭全球化帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在21世紀(jì)使我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭而共同努力奮斗！

致 謝

時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。在這個(gè)美好的季節(jié)里，我在電腦上敲出了最后一個(gè)字，心中涌現(xiàn)的不是想象已久的歡欣，卻是難以言喻的失落。是的，隨著論文的終結(jié)，意味著我生命中最純美的學(xué)生時(shí)代即將結(jié)束，盡管百般不舍，這一天終究會在熙熙攘攘的喧囂中決絕的來臨。

三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。感恩之情難以用語言量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語致以最崇高的敬意。

還要感謝我的父母，給予我生命并竭盡全力給予了我接受教育的機(jī)會，養(yǎng)育之恩沒齒難忘；

他們不僅培養(yǎng)了我對中國傳統(tǒng)文化的濃厚的興趣，讓我在漫長的人生旅途中使心靈有了虔敬的歸依，而且也為我能夠順利的完成畢業(yè)論文提供了巨大的支持與幫助。在未來的日子里，我會更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負(fù)父母對我的殷殷期望！我一定會好好孝敬和報(bào)答他們！還有許多人，也許他們只是我生命中匆匆的過客，但他們對我的支持和幫助依然在我記憶中留底了深刻的印象。在此無法一一羅列，但對他們，我始終心懷感激。最后，我要向在百忙之中抽時(shí)間對本文進(jìn)行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位師長表示感謝！

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數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史和趨勢篇二

數(shù)控機(jī)床的歷史、現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

前言

在工程訓(xùn)練中心的兩周實(shí)習(xí)，經(jīng)過對各項(xiàng)工種的體驗(yàn)，我深深體會到了科技的力量。在鉗工和車工實(shí)習(xí)時(shí)，勞累三天，就只做出來那么幾件不是很合格的產(chǎn)品；可是在數(shù)控車間，一兩個(gè)小時(shí)內(nèi)，通過編程可以輕松的做出很多高精度的產(chǎn)品。這使我對數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生了濃厚興趣，所以開始上網(wǎng)瀏覽關(guān)于數(shù)控機(jī)床的前世今生，增加我對數(shù)控機(jī)床的了解。

一、數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動作。過去的數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了一個(gè)由單一向多元轉(zhuǎn)換的一個(gè)過程，數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展是整個(gè)世界經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展的重要體現(xiàn)。數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)著不可替代的位置，與我們生活的各個(gè)方面都有直接或間接的關(guān)系。未來數(shù)控機(jī)床將會有一個(gè)前所未有的發(fā)展，世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展.二、數(shù)控機(jī)床的歷史

2.1第一臺數(shù)控機(jī)床的誕生

1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。1949年，該公司在美國麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機(jī)床研究，并于1952年試制成功第一臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，不久即開始正式生產(chǎn)。2.2早期的發(fā)展歷史

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(jià)格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計(jì)算機(jī)直接控制多臺機(jī)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(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(簡稱cnc),使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計(jì)算機(jī)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(kuò)大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價(jià)格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)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(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動化程度進(jìn)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。

三、數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀 3.1 高速化

隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對數(shù)控機(jī)床加工的高速化要求越來越高。

（1）主軸轉(zhuǎn)速：機(jī)床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min；

（2）進(jìn)給率：在分辨率為0.01μm時(shí)，最大進(jìn)給率達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工；

（3）運(yùn)算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出cpu已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運(yùn)算速度的極大提高，使得當(dāng)分辨率為0.1μm、0.01μm時(shí)仍能獲得高達(dá)24～240m/min的進(jìn)給速度；

（4）換刀速度：目前國外先進(jìn)加工中心的刀具交換時(shí)間普遍已在1s左右，高的已達(dá)0.5s。德國chiron公司將刀庫設(shè)計(jì)成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時(shí)間僅0.9s。3.2 高精度化

數(shù)控機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補(bǔ)償越來越獲得重視。（1）提高cnc系統(tǒng)控制精度：采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使cnc控制單位精細(xì)化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已開發(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機(jī)，其位置檢測精度可達(dá)到0.01μm/脈沖），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法；

（2）采用誤差補(bǔ)償技術(shù)：采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%；

（3）采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運(yùn)動軌跡精度，并通過仿真預(yù)測機(jī)床的加工精度，以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運(yùn)行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量。3.3 功能復(fù)合化

復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺機(jī)床上實(shí)現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時(shí)間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。

加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機(jī)床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。

在2005年中國國際機(jī)床展覽會（cimt2005）上，國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機(jī)床（包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等）以及可實(shí)現(xiàn)4～5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等。3.4 控制智能化

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控機(jī)床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的目的。

（3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實(shí)現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位。

（4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機(jī)床發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事故進(jìn)行回放和仿真，用以確定錯(cuò)誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

（5）智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。

（6）智能4m數(shù)控系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量（measurement）、建模（modelling）、加工（manufacturing）、機(jī)器操作（manipulator）四者（即4m）融合在一個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。3.5 體系開放化（1）向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計(jì)和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；

（2）向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴(kuò)充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求；

（3）數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的建立：國際上正在研究和制定一種新的cnc系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)iso14649（step-nc），以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗。3.6 驅(qū)動并聯(lián)化

并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動性不夠等固有缺陷，在機(jī)床主軸（一般為動平臺）與機(jī)座（一般為靜平臺）之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。

并聯(lián)機(jī)床作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前機(jī)床技術(shù)的一個(gè)重要研究方向，受到了國際機(jī)床行業(yè)的高度重視，被認(rèn)為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來在機(jī)床行業(yè)中最有意義的進(jìn)步”和“21世紀(jì)新一代數(shù)控加工設(shè)備”。

3.7 極端化(大型化和微型化)國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機(jī)床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機(jī)床包括微切削加工(車、銑、磨)機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大。3.8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化 對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個(gè)部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等)。例如，日本mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個(gè)稱為信息塔(e-tower)的外部設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報(bào)警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。

3.9 新型功能部件

為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括： 高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；直線電動機(jī)：近年來，直線電動機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機(jī)床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1fn1系列三相交流永磁式同步直線電動機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)床以及動態(tài)性能和運(yùn)動精度要求高的機(jī)床等；德國ex-cell-o公司的xhc臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個(gè)直線電動機(jī)；電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機(jī)與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)。

總結(jié)

縱觀數(shù)控機(jī)床的發(fā)展之路，我們可以清晰的認(rèn)識到數(shù)控的發(fā)展他不僅代表著整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展，也代表著整個(gè)社會的進(jìn)步。中國是一個(gè)制造業(yè)大國，主要依靠資源、勞動力、價(jià)格等方面的優(yōu)勢。而在產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)和自主創(chuàng)新方面與國外的差距還是很大。中國是數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)抓住就會努力發(fā)展。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)的核心基礎(chǔ)，是國家工業(yè)和國防工業(yè)現(xiàn)代化的重要手段，我們要加快發(fā)展，力爭早日實(shí)現(xiàn)由中國制造向中國創(chuàng)造的轉(zhuǎn)變！

參考文獻(xiàn)：

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數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史和趨勢篇三

中國五軸數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國五軸加工機(jī)床和技術(shù)突破了國外的封鎖，取得了快速發(fā)展。五軸五聯(lián)動加工機(jī)床國內(nèi)生產(chǎn)廠家已增至20家。從1999年開始，在cimt、ccmt等國際、國內(nèi)機(jī)床展覽會上，國內(nèi)的五軸數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品紛紛亮相，國內(nèi)五軸數(shù)控機(jī)床的市場逐漸打開。

cim t99、ccmt2000分別推出3臺國產(chǎn)五軸聯(lián)動機(jī)床；cimt2001國際機(jī)床展覽會上，北京第一機(jī)床廠和桂林機(jī)床股份有限公司分別展出了主軸轉(zhuǎn)速10000r/min的五軸高速龍門加工中心；北京市機(jī)電院的主軸轉(zhuǎn)速15000r/min 的五軸高速立式加工中心；清華大學(xué)與昆明機(jī)床股份有限公司聯(lián)合研制的xnz63，采用標(biāo)準(zhǔn)stewart平臺結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)六自由度聯(lián)動；大連機(jī)床廠自行研制的串并聯(lián)機(jī)床dcb—510，其數(shù)控系統(tǒng)由清華大學(xué)開發(fā)，該機(jī)床通過并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)x、y、z軸直線運(yùn)動，由串聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)a、c軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動，其直線快速進(jìn)給速度可達(dá)80m/min。這些機(jī)床均已達(dá)到國際先進(jìn)水平，體現(xiàn)出我國機(jī)床工業(yè)為國防尖端工業(yè)發(fā)展提供裝備的實(shí)力又有突破性提高。

國產(chǎn)五軸葉片加工機(jī)床目前已能批量生產(chǎn)，北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司的五軸葉片加工中心已有十多臺在東方汽輪機(jī)廠使用，替代了進(jìn)口產(chǎn)品。首臺為航空發(fā)動機(jī)葉片加工的產(chǎn)品已通過使用方認(rèn)可和驗(yàn)收。桂林機(jī)床股份有限公司十余臺五軸加工銑床進(jìn)入航空制造業(yè)。大連、沈陽、濟(jì)二等機(jī)床廠的五軸五聯(lián)動加工機(jī)床也進(jìn)入了航空航天制造業(yè)和通用機(jī)械制造業(yè)。

沈陽機(jī)床集團(tuán)有限公司最近自主研發(fā)的主軸a、b軸擺動的五軸立式加工中心和龍門加工中心，打破國外長期技術(shù)封鎖，首臺即得到了飛機(jī)制造業(yè)的青睞。華中數(shù)控等公司已能生產(chǎn)和提供五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和加工軟件。

要特別強(qiáng)調(diào)的是，今后要特別重視新工藝的研究與創(chuàng)新，從而促進(jìn)數(shù)控產(chǎn)品的創(chuàng)新；要特別重視數(shù)控加工工藝參數(shù)的優(yōu)化和建立數(shù)據(jù)庫的工作，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。要特別重視新材料的研究與應(yīng)用，以提高數(shù)控機(jī)床性能；要特別重視數(shù)控技術(shù)的智能化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，其前景廣闊。

針對國產(chǎn)五軸數(shù)控機(jī)床，政府應(yīng)大力支持，數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)和機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)特別重視，要不懈地努力工作，使我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展從跟隨變?yōu)轭I(lǐng)跑。

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史和趨勢篇四

數(shù)控機(jī)床論文—數(shù)控加工中的補(bǔ)償

數(shù)控加工中的補(bǔ)償

補(bǔ)償（偏置）的概念在我們生活中應(yīng)用很多，例如，汽車駕駛員在駕駛汽車?yán)@過一塊石頭的時(shí)候，他要讓汽車*石頭的一邊繞過石頭，而且他要考慮到汽車是有一定寬度的，所以讓汽車中心線遠(yuǎn)離石頭至少半個(gè)車寬的距離。在20世紀(jì)60～70年代的數(shù)控加工中沒有補(bǔ)償?shù)母拍睿�所以編程人員不得不圍繞刀具的理論路線和實(shí)際路線的相對關(guān)系來進(jìn)行編程，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。補(bǔ)償?shù)母拍畛霈F(xiàn)以后很大地提高了編程的工作效率。

在數(shù)控加工中有3種補(bǔ)償：

☆刀具長度的補(bǔ)償；

☆刀具半徑補(bǔ)償；

☆夾具補(bǔ)償。

這三種補(bǔ)償基本上能解決在加工中因刀具形狀而產(chǎn)生的軌跡問題。下面是三種補(bǔ)償在一般加

工編程中的應(yīng)用。

一、刀具長度補(bǔ)償：

1．刀具長度的概念刀具長度是一個(gè)很重要的概念。我們在對一個(gè)零件編程的時(shí)候，首先要指定零件的編程中心，然后才能建立工件編程坐標(biāo)系，而此坐標(biāo)系只是一個(gè)工件坐標(biāo)系，零點(diǎn)一般在工件上。長度補(bǔ)償只是和z坐標(biāo)有關(guān)，它不象x、y平面內(nèi)的編程零點(diǎn)，因?yàn)榈毒呤怯芍鬏S錐孔定位而不改變，對于z坐標(biāo)的零點(diǎn)就不一樣了。每一把刀的長度都是不同的，例如，我們要鉆一個(gè)深為50mm的孔，然后攻絲深為45mm，分別用一把長為250mm的鉆頭和一把長為350mm的絲錐。先用鉆頭鉆孔深50mm，此時(shí)機(jī)床已經(jīng)設(shè)定工件零點(diǎn)，當(dāng)換上絲錐攻絲時(shí)，如果兩把刀都從設(shè)定零點(diǎn)開始加工，絲錐因?yàn)楸茹@頭長而攻絲過長，損壞刀具和工件。此時(shí)如果設(shè)定刀具補(bǔ)償，把絲錐和鉆頭的長度進(jìn)行補(bǔ)償，此時(shí)機(jī)床零點(diǎn)設(shè)定之后，即使絲錐和鉆頭長度不同，因補(bǔ)償?shù)拇嬖�，在調(diào)用絲錐工作時(shí)，零點(diǎn)z坐標(biāo)已經(jīng)自動向z+（或z）補(bǔ)償了絲錐的長度，保證了加工零點(diǎn)的正確。

2.刀具長度補(bǔ)償?shù)墓ぷ魇褂玫毒唛L度補(bǔ)償是通過執(zhí)行含有g(shù)43（g44）和h指令來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)我們給出一個(gè)z坐標(biāo)值，這樣刀具在補(bǔ)償之后移動到離工件表面距離為z的地方。另外一個(gè)指令g49是取消g43（g44）指令的，其實(shí)我們不必使用這個(gè)指令，因?yàn)槊堪训毒叨加凶约旱拈L度補(bǔ)償，當(dāng)換刀時(shí)，利用g43（g44）h指令賦予了自己的刀長補(bǔ)償而自動取消了前一把刀具的長

度補(bǔ)償。

3.刀具長度補(bǔ)償?shù)膬煞N方式(1)用刀具的實(shí)際長度作為刀長的補(bǔ)償（推薦使用這種方式）。使用刀長作為補(bǔ)償就是使用對刀儀測量刀具的長度，然后把這個(gè)數(shù)值輸入到刀具長度補(bǔ)償寄存器中，作為刀長補(bǔ)償。使用刀具長度作為刀長補(bǔ)償?shù)睦碛扇缦拢?/p>

首先，使用刀具長度作為刀長補(bǔ)償，可以避免在不同的工件加工中不斷地修改刀長偏置。這樣一把刀具用在不同的工件上也不用修改刀長偏置。在這種情況下，可以按照一定的刀具編號規(guī)則，給每一把刀具作檔案，用一個(gè)小標(biāo)牌寫上每把刀具的相關(guān)參數(shù)，包括刀具的長度、半徑等資料，事實(shí)上許多大型的機(jī)械加工型企業(yè)對數(shù)控加工設(shè)備的刀具管理都采用這種辦法。這對于那些專門設(shè)有刀具管理部門的公司來說，就用不著和操作工面對面地告訴刀具的參數(shù)了，同時(shí)即使因刀庫容量原因把刀具取下來等下次重新裝上時(shí)，只需根據(jù)標(biāo)牌上的刀長數(shù)值作為刀具長度補(bǔ)償而

不需再進(jìn)行測量。

其次，使用刀具長度作為刀長補(bǔ)償，可以讓機(jī)床一邊進(jìn)行加工運(yùn)行，一邊在對刀儀上進(jìn)行其他刀具的長度測量，而不必因?yàn)樵跈C(jī)床上對刀而占用機(jī)床運(yùn)行時(shí)間，這樣可以充分發(fā)揮加工中心的效率。這樣主軸移動到編程z坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)，就是主軸坐標(biāo)加上（或減去）刀具長度補(bǔ)償后的z

坐標(biāo)數(shù)值。

（2）利用刀尖在z方向上與編程零點(diǎn)的距離值（有正負(fù)之分）作為補(bǔ)償值。這種方法適用于機(jī)床只有一個(gè)人操作而沒有足夠的時(shí)間來利用對刀儀測量刀具的長度時(shí)使用。這樣做當(dāng)用一把刀加工另外的工件時(shí)就要重新進(jìn)行刀長補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置。使用這種方法進(jìn)行刀長補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償值就是主軸從機(jī)床z坐標(biāo)零點(diǎn)移動到工件編程零點(diǎn)時(shí)的刀尖移動距離，因此此補(bǔ)償值總是負(fù)值而且很大。

二、刀具半徑補(bǔ)償：

1.刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍钫�像使用了刀具長度補(bǔ)償在編程時(shí)基本上不用考慮刀具的長度一樣，因?yàn)橛辛说毒甙霃窖a(bǔ)償，我們在編程時(shí)可以不要考慮太多刀具的直徑大小了。刀長補(bǔ)償對所有的刀具都適用，而刀具半徑補(bǔ)償則一般只用于銑刀類刀具。當(dāng)銑刀加工工件的外或內(nèi)輪廓時(shí)，就用得上刀具半徑補(bǔ)償，當(dāng)用端面銑刀加工工件的端面時(shí)則只需刀具長度補(bǔ)償。因?yàn)榈毒甙霃窖a(bǔ)償是一個(gè)比較難以理解和使用的一個(gè)指令，所以在編程中很多人不愿使用它。但是我們一旦理解和掌握了它，使用起來對我們的編程和加工將帶來很大的方便。當(dāng)編程者準(zhǔn)備編一個(gè)用銑刀加工一個(gè)工件的外形的程序時(shí)，首先要根據(jù)工件的外形尺寸和刀具的半徑進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算坐標(biāo)值來明確刀具中心所走的路線。此時(shí)所用的刀具半徑只是這把銑刀的半徑值，當(dāng)辛辛苦苦編完程序后發(fā)現(xiàn)這把銑刀不太適合要換用其他直徑的刀具，編程員就要不辭辛勞地重新計(jì)算刀具中心所走的路線的坐標(biāo)值。這對于一個(gè)簡單的工件問題不太大，對于外形復(fù)雜的模具來說重新計(jì)算簡直是太困難了。一個(gè)工件的外形加工分粗加工和精加工，這樣粗加工程序編好后也就是完成了粗加工。因?yàn)榻?jīng)過粗加工，工件外形尺寸發(fā)生了變化，接下來又要計(jì)算精加工的刀具中心坐標(biāo)值，工作量就更大了。此時(shí)，如果用了刀具半徑補(bǔ)償，這些麻煩都迎刃而解了。我們可以忽略刀具半徑，而根據(jù)工件尺寸進(jìn)行編程，然后把刀具半徑作為半徑補(bǔ)償放在半徑補(bǔ)償寄存器里。臨時(shí)更換銑刀也好、進(jìn)行粗精加工也好，我們只需更改刀具半徑補(bǔ)償值，就可以控制工件外形尺寸的大小了，對程序基本不

用作一點(diǎn)修改。

2.刀具半徑補(bǔ)償?shù)氖褂玫毒甙霃窖a(bǔ)償?shù)氖褂檬峭ㄟ^指令g41、g42來執(zhí)行的。補(bǔ)償有兩個(gè)方向，即沿刀具切削進(jìn)給方向垂直方向的左面和右面進(jìn)行補(bǔ)償，符合左右手定則；g41是左補(bǔ)償，符合左手定則；g42是右補(bǔ)償，符合右手定則，如圖3所示。圖3刀具半徑補(bǔ)償使用的左右手定則在使用g41、g42進(jìn)行半徑補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)特別注意使補(bǔ)償有效的刀具移動方向與坐標(biāo)。刀具半徑補(bǔ)償?shù)钠鸬段恢煤苤匾�，如果使用不�?dāng)?shù)毒咚�加工的路徑容易出錯(cuò)，如圖4所示。圖4刀具半徑補(bǔ)償?shù)钠鸬段恢萌绻�使g42補(bǔ)償有效的過程為刀具從位置1到2，則銑刀將切出一個(gè)斜面如圖4中所示的a－b斜面。正確的走刀應(yīng)該是在刀具沒有切削工件之前讓半徑補(bǔ)償有效，然后進(jìn)行正常的切削。如圖4所示，先讓銑刀在從位置1移動到位置3的過程中使補(bǔ)償有效，然后從位置3切削到位置2繼續(xù)以下的切削，則不會出現(xiàn)a－b斜面。因此，在使用g41、g42進(jìn)行半徑補(bǔ)償時(shí)應(yīng)采取以下步驟：☆設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值；☆讓刀具移動來使補(bǔ)償有效（此時(shí)不能切削工件）；☆正確地取消半徑補(bǔ)償（此時(shí)也不能切削工件）。記住，在切削完成而刀具補(bǔ)償結(jié)束時(shí)，一定要用g40使補(bǔ)償無效。g40的使用同樣遇到和使補(bǔ)償有效相同的問題，一定要等刀具完全切削完畢并安全地推出工件以后才能執(zhí)行g(shù)40命令來取消補(bǔ)償。

三、夾具偏置補(bǔ)償正像刀具長度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償一樣讓編程者可以不用考慮刀具的長短和大小，夾具偏置可以讓編程者不考慮工件夾具的位置而使用夾具偏置。當(dāng)一臺加工中心在加工小的工件時(shí)，工裝上一次可以裝夾幾個(gè)工件，編程者不用考慮每一個(gè)工件在編程時(shí)的坐標(biāo)零點(diǎn)，而只需按照各自的編程零點(diǎn)進(jìn)行編程，然后使用夾具偏置來移動機(jī)床在每一個(gè)工件上的編程零點(diǎn)。夾具偏置是使用夾具偏置指令g54～g59來執(zhí)行的。還有一種方法就是使用g92指令設(shè)定坐標(biāo)系。當(dāng)一個(gè)工件加工完成之后，加工下一個(gè)工件時(shí)使用g92來重新設(shè)定新的工件坐標(biāo)系。上面是在數(shù)控加工中常用的三種補(bǔ)償，它給我們的編程和加工帶來很大的方便，能大大地提高工作效率。

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史和趨勢篇五

數(shù)控機(jī)床綜述

一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)ｇｂ／ｔ８１２９－１９９７，對機(jī)床數(shù)字控制的定義：用數(shù)字控制的裝置（簡稱數(shù)控裝置），在運(yùn)行過程中，不斷地引入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而對某一生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動控制，叫數(shù)字控制，簡稱數(shù)控。是一種靈活、通用、能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機(jī)床。

為了滿足多品種，小批量的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的，通用的，能夠適用產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床就是在這樣的背景下誕生與發(fā)展起來的。它為單件、小批量生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件提供了自動化的加工手段。

二、數(shù)控機(jī)床的基本工作原理

1.數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床主要由機(jī)床本體、數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、輔助裝置等幾個(gè)部分組成。機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床加工運(yùn)動的機(jī)械部分，主要包括支撐部件（床身、立柱）、主動部件（主軸箱）、進(jìn)給運(yùn)動部件（工作臺滑板、刀架）等。

數(shù)控系統(tǒng)是是數(shù)控機(jī)床的控制核心，一般是一臺專用的計(jì)算機(jī)。

驅(qū)動裝置是數(shù)控機(jī)床的一些配套部件，包括刀庫、液壓裝置、氣動裝置、冷卻系統(tǒng)、排屑裝置、夾具、換刀機(jī)械手等。

計(jì)算機(jī)控制裝置由硬件和軟件兩部分組成。硬件的主體是計(jì)算機(jī)，包括中央處理器、輸入/輸出部分和位置控制部分。軟件有管理軟件和控制軟件。管理軟件包括輸入/輸出、顯示和診斷程序等；控制軟件包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算和位置控制等程序。

2．?dāng)?shù)控機(jī)床加工基本原理

數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，是根據(jù)零件圖樣要求及加工工藝過程，將所用道具及機(jī)床各部件的移動量、速度及先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式編制成程序單，并輸入到機(jī)床專用計(jì)算機(jī)中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理，輸出各種信號指令，控制機(jī)床各部分進(jìn)行規(guī)定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的零件。

3.數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

特點(diǎn)

（1）適應(yīng)性強(qiáng)（2）精度高（3）效率高（4）減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件 應(yīng)用范圍

（1）多品種小批量零件（合理生產(chǎn)批量為10~100之間）；

（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求較高或必須用數(shù)學(xué)方法確定的復(fù)雜曲線、曲面等零件；

（3）需要頻繁改型的零件；

（4）鉆、鏜、鉸、锪、攻螺紋及銑削工序聯(lián)合進(jìn)行的零件，如箱體、殼體等；

（5）價(jià)格昂貴，不允許報(bào)廢的零件；

（6）要就百分之百檢驗(yàn)的零件；

（7）需要最小生產(chǎn)周期的急用零件。

三、數(shù)控機(jī)床分類

1.按控制道具與零件相對運(yùn)動軌跡分類

（1）點(diǎn)位控制或位置控制數(shù)控機(jī)床

點(diǎn)位控制或位置控制數(shù)控機(jī)床只能控制工作臺锪道具從一個(gè)位置精確地移動到另一位置，在移動過程中不進(jìn)行加工，各個(gè)運(yùn)動軸可以同時(shí)移動，也可以一次移動。

（2）輪廓控制數(shù)控機(jī)床

輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠同時(shí)對兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)控制，具有插補(bǔ)功能，工作臺或刀具邊移動邊加工。

2.按加工方式分類

（1）金屬切削類：如數(shù)控車、鉆、鏜、銑、磨、加工中心等。

（2）金屬成型類：如數(shù)控折彎機(jī)、彎管機(jī)、四轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。

（3）特殊加工類：如數(shù)控線切割、電火花、激光切割機(jī)等。

（4）其他類：如數(shù)控火焰切割機(jī)、三坐標(biāo)測量機(jī)等。

3.按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類

（1）兩坐表數(shù)控機(jī)床：兩軸聯(lián)動，用于加工各種曲線輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車床。

（2）三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：三軸聯(lián)動，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。

（3）多做表數(shù)控機(jī)床：四周貨物軸聯(lián)動，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。

4.按驅(qū)動系統(tǒng)的及控制方式分類

（1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

（2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

（3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

四、數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況

1.工業(yè)化國家數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況

數(shù)控機(jī)床的研制最早是從美國開始的。1952年帕森斯公司和麻省理工學(xué)院合作研制成功了世界第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床，它用來加工直升機(jī)葉片輪廓檢查用樣板。該數(shù)控機(jī)床采用專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算與控制和直線插補(bǔ)與輪廓控制的數(shù)控銑床，其控制計(jì)算機(jī)使用電子管原件。到20世紀(jì)70年代初，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展由使用電子管過渡到晶體管、印制電路及小規(guī)模集成電路，數(shù)控獲得許多功能可以用編制的專用程序來實(shí)現(xiàn)，而這些專用程序可以存儲在小型計(jì)算機(jī)的存儲器中，這就形成了軟接線數(shù)控，即計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)cnc。進(jìn)入到20世紀(jì)80年代，數(shù)控機(jī)床進(jìn)一步發(fā)展，近年來具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)如下：

（1）計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)又稱群控，其特點(diǎn)是：使用計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)過程加強(qiáng)管理，使程序的編制、生產(chǎn)的準(zhǔn)備與計(jì)劃安排等工作和機(jī)床工作協(xié)調(diào)一致，以提高各個(gè)數(shù)控機(jī)床的使用效率。

（2）自適應(yīng)控制機(jī)床

一般數(shù)控機(jī)床是按照預(yù)先編號的程序進(jìn)行加工的，但在編程時(shí)，實(shí)際上有許多參數(shù)只能參照過去的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來決定，不可能準(zhǔn)確地考慮到他們的一切變化，如毛坯的不均勻、刀具與零件材質(zhì)的變化、道具的磨損、零件的變形、熱傳導(dǎo)性的差別等，這些變化直接或間接地影響著加工質(zhì)量，使加工不能在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。如果控制系統(tǒng)能對實(shí)際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)幾十滴測量并反饋給機(jī)床進(jìn)行修正，則可使切削過程隨時(shí)都處在最佳狀態(tài)。雖為最佳狀態(tài)，指的是最高生產(chǎn)率、最低加工成本、最好的加工質(zhì)量等。

（3）柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)是在柔性制造單元基礎(chǔ)上研制和發(fā)展起來的。柔性制造單元是

一種在人的參與減少到最少是，能連續(xù)第對同一組零件內(nèi)不同的零件進(jìn)行自動化加工（包括零件在單元內(nèi)部的運(yùn)輸和交換）的最小單元。它既可以作為獨(dú)立使用的加工設(shè)備，又可以作為更大更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)或柔性自動線的基本組成模塊。

（4）計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程自動化，人們正著手研制包括計(jì)劃設(shè)計(jì)、工藝、加工、裝配、檢驗(yàn)、銷售等全過程都由計(jì)算機(jī)控制的集成生產(chǎn)系統(tǒng)。它具有計(jì)算機(jī)控制的自動化信息流和物質(zhì)流，對產(chǎn)品的構(gòu)思和設(shè)計(jì)直到最終裝配、檢驗(yàn)這一全過程進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)工廠自動化這一偉大的目標(biāo)。

2.我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況

我國數(shù)控機(jī)床的研制始于1958年，由清華大學(xué)研制出了最早的樣機(jī)。1966年誕生了第一灘用于直線-圓弧插補(bǔ)的晶體管數(shù)控系統(tǒng)。1970年北京第一機(jī)床廠的xk5040型數(shù)控升降臺銑床作為商品，小批量生產(chǎn)并推向市場。

20世紀(jì)80年代前期，在引入了日本fanuc數(shù)控技術(shù)吼，我國的數(shù)控機(jī)床才真正進(jìn)入小批量生產(chǎn)的商品化時(shí)代。

目前我國已經(jīng)有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，但絕大多數(shù)全功能數(shù)控機(jī)床還是采用國外的cnc系統(tǒng)。從機(jī)床的整體來看，無論是可靠性、精度、生產(chǎn)效率和自動化程度，與國外相比，還存在著不小的差距。

五、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢

未來數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1.數(shù)控技術(shù)水平

高精度：定位精度微米級、納米級；

高速度：主軸轉(zhuǎn)速10000r/min、快速進(jìn)給100m/min、換刀時(shí)間2到3s； 高柔性：多主軸、多工位、多刀庫；

多功能：立臥并用、復(fù)合加工；

高自動化：自動上下料、自動監(jiān)控、自動測量、自動通信。

對單臺主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動化程度，還要求其具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。

2.數(shù)控系統(tǒng)方面

目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，如日本的fanuc、德國的siemens和美國的ab公司產(chǎn)品都在向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。他們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位、32位甚至64位微處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件木塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到了數(shù)十兆字節(jié)以上，機(jī)床分辨率可達(dá)0.1um，快速進(jìn)給可達(dá)100m/min以上，一般控制軸數(shù)在3到15個(gè)，最多可達(dá)24個(gè)，并采用先進(jìn)的電裝工藝。

3.驅(qū)動系統(tǒng)方面

交流驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展迅速交流傳動系統(tǒng)已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。