数控机床的基本原理与发展趋势

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：数控机床的发展数控，即数字控制。目前，数控技术已经成为现代制造技术的基础支撑，数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。数控机床的基本原理数控机床是指采用数字控制技术对机床加工过程进行自动控制的一类机床。简而言之，数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。

（1）数控机床的发展

数控，即数字控制（Numerical Control，NC）。数控技术，即NC技术，是指用数字化信息（数字量及字符）发出指令并实现自动控制的技术，这是近代发展起来的一种自动控制技术。目前，数控技术已经成为现代制造技术的基础支撑，数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各个经济发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。

1952年，麻省理工学院（MIT）在一台立式铣床上装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床，如图7－2所示，这是一台试验性机床。1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，美国本迪克斯公司（Bendix－Cooperation）正式生产出第一台工业用的数控机床。

在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。

数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐—特雷克公司（Keaney＆Trecker Corp.）开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。

图7－2　世界上第一台数控机床

现代数控机床正在向高速化、高精度化、高可靠性、高一体化、网络化和智能化等方向发展。

机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅提高加工效率，降低加工成本，而且可提高零件的表面加工质量和精度。

精密加工正朝着超精密加工（特高精度加工）发展，其加工精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级，应用范围日趋广泛。

数控机床的可靠性越来越高，当前国外数控装置的平均无故障运行时间（MTBF）已达6 000 h以上，驱动装置达30 000 h以上。

数控技术的智能化内容体现在数控系统中的各个方面：主要涉及如自适应控制，工艺参数自动生成；前馈控制，电动机参数的自适应运算，自动识别负载自动选定模型，自整定；智能化的自动编程，智能化的人机界面；智能诊断，智能监控等方面。

数控机床向柔性自动化系统发展的趋势：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛）、体（分布式网络集成制造系统，CIMS）的方向发展。

（2）数控机床的基本原理

数控机床（Numerical Control Machine Tools）是指采用数字控制技术对机床加工过程进行自动控制的一类机床。国际信息处理联盟第五次技术委员会对数控机床作的定义是：“数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码或其他编码指令规定的程序。”它是集现代机械制造技术、自动控制技术及计算机信息技术于一体，采用数控装置或计算机来部分或全部地取代一般通用机床在加工零件时的各种动作（如启动、加工顺序、改变切削量、主轴变速、选择刀具、冷却液开停以及停车等）的人工控制，是高效率、高精度、高柔性和高自动化的光、机、电一体化的数控设备。

简而言之，数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。