控制器,采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上,称之为微处理器(MICROPROCESSOR),又可称为中央处理单元(简称CPU)。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强,控制一台机床能力有富裕(故当时曾用于控制多台机床,称之为群控),不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高,但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件,故仍称为计算机数控。
到了1990年,PC机(个人计算机,国内习惯称微机)的性能已发展到很高的阶段,可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。
总之,计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机;1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC(国外称为PC-BASED)。
还要指出的是,虽然国外早已改称为计算机数控(即CNC)了,而我国仍习惯称数控(NC)。所以我们日常讲的\数控\,实质上已是指\计算机数控\了。
1.3 数控机床的工作原理及组成 数控机床工作原理和结构简介
随着科学技术的发展,机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短,从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业,用普通
机床进行加工(精度低、效率低、劳动度大)已无法满足生产要求,从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制系统(数控系统)的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码,或其他符号编码指令(刀具移动轨迹信息)规定的程序。具体地讲,把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置,经过译码、运算,从而实现控制刀具与工件相对运动,加工出所需要的零件的机床,即为数控机床。 1. 数控机床工作原理
按照零件加工的技术要求和工艺要求,编写零件的加工程序,然后将加工程序输入到数控装置,通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具,以及工件的夹紧与松开,冷却、润滑泵的开与关,使刀具、工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作,从而加工出符合图纸要求的零件。 2. 数控机床结构
数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成。
数控机床的加工过程
1)控制介质 控制介质以指令的形式记载各种加工信息,如零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具运动等,将这些信息输入到数控装置,控制数控机床对零件切削加工。 2)数控装置 数控装置是数控机床的核心,其功能是接受输入的加工信息,经过数控装置的
系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理,向伺服系统发出相应的脉冲,并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。 3)伺服系统 伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置组成,通常所说数控系统是指数控装置与伺服系统的集成,因此说伺服系统是数控系统的执行系统。数控装置发出的速度和位移指令控制执行部件按进给速度和进给方向位移。每个进给运动的执行部件都配备一套伺服系统,有的伺服系统还有位置测量装置,直接或间接测量执行部件的实际位移量,并反馈给数控装置,对加工的误差进行补偿。 4)机床本体 数控机床的本体与普通机床基本类似,不同之处是数控机床结构简单、刚性好,传动系统采用滚珠丝杠代替普通机床的丝杠和齿条传动,主轴变速系统简化了齿轮箱,普遍采用变频调速和伺服控制。
1.4 数控机床的复合化 功能复合化
复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等;工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工,减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差,提高了零件加工精度,缩短了产品制造周期,提高了生产效率和制造商的市场反应能力,相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发
展。
2 国产机床的发展现状
2.1 国产机床与国际先进技术的差距在减小
1)标准
看一台机床水平的高低,要看它的重复定位精度,一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm(ISO标准.、统计法),就是一台高精度机床,在0.005mm(ISO标准.、统计法)以下,就是超高精度机床,高精度的机床,要有最好的轴承、丝杠。
谈到数控机床的“精度”时,务必要弄清标准、指标的定义及计算方法。
日本机床生产商标定“精度”时,通常采用JISB6201或JISB6336或JISB6338标准。JISB6201一般用于通用机床和普通数控机床,JISB6336一般用于加工中心,JISB6338则一般用于立式加工中心。上述三种标准在定义位置精度时基本相同,文中仅以JIS B6336作为例子,因为一方面该标准较新,另一方面相对于其它两种标准来说,它要稍稍精确一些。
欧洲机床生产商,特别是德国厂家,一般采用VDI/DGQ3441标准。 美国机床生产商通常采用NMTBA(National Machine Tool Builder's Assn)标准(该标准源于美国机床制造协会的一项研究,颁布于1968年,后经修改)。
上面所提到的这些标准,都与ISO标准相关联。
加工中心加工典型件的尺寸精度和形位精度为例对比国内外的水平,国内大致为0.008~0.010mm,而国际先进水平为0.002~0.003mm. 我国机床制造业的发展虽有起伏,但对数控技术和数控机床一直给予较大的关注,已具有较强的市场竞争力。但在中、高档数控机床方面,与国外一些先进产品与技术发展,仍存在较大差距,大部分处于技术跟踪阶段.
超精密加工目前是指尺寸和位置精度为0.01~0.3μm,形状和轮廓精度为0.003~0.1μm,表面粗糙度钢件Ra≤0.05μm、铜件Ra≤0.01μm。国内研制的超精密数控车床、数控铣床已投入生产使用。当前在品种上需发展超精密磨床和超精密复合加工机床,同时要进一步提升超精密主轴单元、超精密导轨副单元、超精密平稳驱动系统、超精密轮廓控制技术及纳米级分辨率数控系统的性能并加快其工程化。 超精密机床主要用于解决国内高新技术和国防关键产品的超精密加工,虽然需求量不很大,但它是一项受国外技术封锁的敏感技术。另一方面,超精密加工技术的深化研究,它的成果的下延将有助于需要量大的加工精度在亚微米级的高精密机床的研发和产业化。 2)国产机床的进步
近两年,我国重型数控机床发展最快,如重型数控龙门镗铣床,重型落地镗铣床,重型立、卧式车床等的年产量和市场消费量已居世界第一。重型机床发展之快速是我国电力、船舶、石化和矿山等重型设备制造大量需求直接拉动的反映。一批新产品如数控双龙门镗铣床、龙门车铣复合加工机床、动梁可交换工作台可换铣头五面体龙门