基本概述
数控技术(Numerical Control Technology)及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。数控技术是当今先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology, AMT)和装备最核心的技术。数控机床(Numerical Control Machine)是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物,它集机械制造技术、信息技术、计算机技术、微电子技术和自动化技术等多学科为一体,具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点,是当代制造业的重要装备。
当今世界各国制造业通过发展数控技术,建立数控机床产业,促使制造业跨人了一个崭新的发展阶段,从而提高制造能力和水平,提高发展经济的适应能力和竟争能力。总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术,已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术的几个概念
数控技术是用数字化信号对机床运行及其加工过程进行控制的一种方法,简称数控。
数控系统,根据ISO的定义:“数控系统是一种控制系统,它自动阅读输入载体上事先给定的数字,并将其译码,从一而使机床移动和加工零件。”
数控机床是一种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符号编码指令规定的程序。
数控技术的组成
数控技术由机床本体、数控系统及外围技术三部分组成,如图1一i所示。
机床本体主要由床身、立柱、导轨、工作台等基础件和刀架、刀库等配套件组成。
数控系统由输人/输出设备、计算机数控装置、可编程控制器( Programmable Logic Control , PLC)及主轴伺服驱动装置、进给伺服驱动装置以及测量装置等组成。其中,计算机数控装置是数控系统的核心。
外围技术主要包括工具技术(主要指刀具系统)、编程技术和管理技术。
工作原理
数控机床的工作原理是:首先按照零件加工的技术和工艺要求编写零件加工程序,然后将加工程序输人到数控装置,最后通过数控装置控制主轴的转动、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、工件和其他辅助装置按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。
基本组成
数控机床一般由程序载体、输人装置、数控装置(CNC)、伺服驱动系统、强电控制装置、位置检测装置、机床(主运动机构、进给运动机构、辅助动作机构)组成。
1.程序载体
程序载体是对数控机床进行控制,建立人与数控机床某种联系的媒介物。在程序载体上存储加工零件所需要的全部几何信息和工艺信息。它可以是穿孔纸带、磁盘等,采用哪一种存储载体,取决于数控装置的设计类型。
2.输人装置
输人装置的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号,传送并存入数控装置内。根据程序存储介质的不同,输人装置可以是光电阅读机、软盘驱动器等。有些数控机床,不用任何程序存储载体,而是将数控程序单的内容通过数控装置上的键盘,用手工方式(MDI方式)输人,或者将数控程序由编程计算机用通信方式传送到数控装置。
3.数控装置
数控装置是数控机床的核心,它接受输人装置送来的脉冲信号,经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种信号和指令控制机床的各个部分,进行规定、有序的动作。
4.伺服驱动系统
伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置(电机)组成,并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。每个作进给运动的执行部件,都配有一套伺服驱动系统。它是机床工作的动力装置,CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施。从某种意义上说,数控机床功能的强弱主要取决于CNC装置,而数控机床性能的高低主要取决于伺服驱动系统。
5.强电控制装置
强电控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制系统。其主要作用是接收数控装置输出的主运动变速、刀具选择交换、辅助装置动作等指令信号,经必要的编译、逻辑判断、功率放大后,直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件,以完成指令所规
定的动作。此外,还有行程开关和监控检测等开关信号也要经过强电控制装置送到数控装置进行处理。
6.检测装置
检测装置也称反馈元件,通常安装在机床的工作台或丝杠上,它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置,供CNC装置与指令值比较产生误差信号,以控制机床向消除该误差的方向移动。因此,检测装置是高性能数控机床的重要组成部分。此外,可以在线显示机床移动部件的坐标值,大大提高工作效率和.工件的加工精度。
7.机床的机械部件
数控机床的机械部件包括:主运动部件,进给运动执行部件如工作台、拖板及其传动部件和床身立柱等支承部件,此外,还有冷却、润滑、排屑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心类的数控机床,还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件。
基本分类
数控机床的品种规格很多,可以从不同的角度进行分类,常用的分类方法有:按控制系统的特点分类、按何服系统控制方式分类、按工艺用途分类和按数控系统的功能水平分类。
按控制系统特点的分类
按数控机床运动轨迹的控制系统的特点分类,可将数控机床分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床三种类型。
1.点位控制(Point to Point Control)数控机床
这类数控机床的主要特点是只控制刀具(或工作台)从一点移动到另一点的准确定位,数控机床移动部件在移动中不进行加工,只要求以最快的速度从一点移动到另一点。至于点与点之间的移动轨迹(路径与方向)并无严格要求,各坐标轴之间的运动并不相关。例如,数控钻床、数控锁床、数控冲床等。
2.直线控制(Line Control )数控机床
这类机床是在点位控制基础上,除控制点与点之间的准确定位外,而且还要求从一点到另一点之间按直线移动、按指定的进给速度作直线切削。例如,平面铣削的数控铣床、阶梯车削的数控车床、磨削加工的数控磨床,按指定的进给速度作直线切削。
3.轮廓控制(Contouring Control)数控机床
轮廓控制数控机床也称为连续控制数控机床,其特点是能够同时对两个或两个以上运动坐标位移和速度进行连续相关控制,不仅要控制起点、终点坐标的准确性,而且对每瞬时的位移和速度进行严格的连续控制,使刀具与工件间的相对运动符合工件加工轮廓的表面要求。例如,具有两坐标或两坐标以上联动的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。目前的大多数金属切削机床的数控系统都是轮廓控制系统。
按伺服系统控制方式的分类
由数控装置.发出脉冲或电压信号,通过伺服系统控制机床各运动部件运动。数控机床按伺服系统控制方式分类有三种形式:开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。
1.开环控制(Open Loop Control)数控机床
这类机床的伺服进给系统中没有位移检测反馈装置,控制系统采用步进电机,输人数据经过数控系统运算,输出指令脉冲控制步进电机工作,然后通过机械传动系统转换成刀架或工作台的位移。这种控制系统由于没有检测反馈校正,对执行机构不检测,无反馈控制信号,因此称之为开环控制系统。开环控制系统的设备成本低,位移精度一般不高,工作速度受到步进电机的限制。但其控制方便,结构简单,价格便宜,在我国广泛用于经济型数控机床或旧设备的数控改造中。
2.闭环控制(Closed Loop Control)数控机床
这类机床又称全闭环控制机床,其检测装置安装在机床刀架或工作台等执行部件上,用以直接检测这些执行部件的实际运行位置(直线位移),反馈给数控装置,将其与数控装置的指令位置(或位移)相比较,用比较的误差值控制伺服电机工作,直至到达实际位置,误差值消除,因此称之为闭环控制。闭环控制系统绝大多数采用伺服电机,有位置测量元件和位置比较电路,直接检测校正,位置控制精度很高。但由于它将滚珠丝杠螺母副及机床工作台这些大惯量环节放在闭环之内,系统稳定性受到影响,调试困难,而且设备的结构复杂,成本高。
3.半闭环控制(Semi-closed Loop Control)数控机床
这类机床的位置检测元件安装在伺服电机上,通过测量伺服电机的角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置(或位移)。反馈至位置比较电路,与指令中的位移值相比较,用比较的误差值控制伺服电机工作。这种用推算方法间接测量工作台位移,不能补偿数控机床传动链零件的误差,因此称之为半闭环控制系统。由于它将丝杠螺母副及机床.工作台等大惯量环节排除在闭环控制系统之外,不能补偿它们的运动误差,精度受到影响,但系统稳定性有所提高,调试比较方便。半闭环控制系统的控制精度高于开环控制系统,调试比闭环控制系统容易,设备的成本介于开环与闭环控制系统之间。
按工艺用途的分类
按工艺用途可把数控机床分为金属切削数控机床、金属成形数控机床和数控特种加工机床。
1.金属切削数控机床
如数控车床、数控铣床、加工中心、车削中心等各种普通数控机床,其加工原理是用切削刀具对零件进行切削加工。
2,金属成形数控机床
金属成形数控机床是指使用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控机床,如数控压力机、数控折弯机、数控弯管机等。
3.数控特种加工机床
这类机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床、数控火焰切割机床等。
按数控系统功能水平的分类
按照数控系统的功能水平,数控机床可以分为经济型(低档或简易型).、普及型(中档型)和高档型三种类型。这种分类方法没有明确的定义和确切的分类界限,不同的国家分类的含义也不同,且数控技术在不断发展,不同时期的含义也在不断发展变化。下面的论述仅作为功能水平分类的参考条件。
1.经济型数控机床
这类机床的驱动元件一般是由步进电机实现的开环驱动,控制轴数为3轴或3轴以下,脉冲当量或进给分辨率为10一5 µm,快速进给速度可达10 m/min。数控系统多为8位单板机或单片机,用数码管显示,一般不具备通信功能。这类机床结构一般比较简单,精度中等,能满足加工形状比较简单的直线、斜线、圆弧及螺纹加工,价格比较便宜。
2.普及型或中档型数控机床
这类机床采用直流或交流伺服电机实现半闭环驱动,能实现4轴或4轴以下联动控制,进给分辨率为1µm,快进速度可达15一24 m/min,一般采用l6或32位处理器,具有RS - 232C通信接口,具有图形显示功能及面向用户宏程序功能。此类数控机床的品种很多,几乎覆盖了各种机床类型,其发展趋势是趋向于简单、实用,不追求过多功能,保持价格适当且不断有所降低。
3.高档型数控机床
这类机床是指加工复杂形状的多轴联动数控铣床或加工中心,功能强、工序集中、自动化程度高、具有高柔性。一般采用64位以上微处理器,形成多CPU结构。采用数字化交流伺服电机形成闭环驱动,并开始使用直线伺服电机,具有主轴伺服功能,能实现5轴以上联动,最高分辨率可达0. 1µ.m或更小,最大快进速度可达100 m/min以上;具有三维动画功能进行加工仿真检验和宜人的图形用户界面,同时还具有多功能智能监控系统和面向用户的宏程序功能,有很强的智能诊断和智能工艺数据库,能实现加工条件的自动设定,且实现计算机联网和通信。
基本特点
与普通机床相比,数控机床具有以下特点。
1.适合于复杂异形零件的加工
数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工,因此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。
2.具有高度柔性
在数控机床上加工零件,主要取决于加工程序,它与普通机床不同,不必制造、更换许多工具、夹具,不需要经常调整机床。因此,数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发,缩短了生产准备周期,节省了大量工艺设备的费用。
3.加工精度高
数控机床有较高的加工精度,一般在0. 005一0. 1 mm,数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响。数控机床是按数字信号形式控制的,数控装置每输出一个脉冲信号,则机床移动部件移动一个脉冲当量(一般为0. 001 mm ),而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿。因此,数控机床具有较高的加工精度。
4.加工质量稳定、可靠
数控加工过程,对于同一批零件,由于使用同一机床和刀具以及同一加工程序,刀具的运动轨迹完全相同,数控机床自始至终都根据数控程序自动进行加工,可以避免人为的误差,这就保证了零件加工的一致性好且质量稳定。
5.生产率高
数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间,数控机床的主轴转速和进给量的范围都比普通机床大,允许机床进行大切削量的强力切削,数控机床目前正进人高速加工时代,数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工,减少了半成品的工序间周转时间,提高了生产效率。一般为普通机床的3一5倍,对某些复杂零件的加工,生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。
6.改善劳动条件
数控机床加工前经调整好后,输人程序并启动,机床就能自动连续地进行加工,直至加工结束。操作者主要从事程序的输人、编辑,装卸零件,刀具准备,加工状态的观测,零件的检验等工作,劳动强度极大降低,机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外,机床一般是封闭式加工,既清洁,又安全。
7.利于生产管理现代化
采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展,为实现生产过程自动化创造条件。数控机床的加工,可预先精确估计加工时间,所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息,易于实现加工信息的标准化,目前已与计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)有机地结合起来,是现代集成制造技术的基础。
8.易于建立计算机通信网络
数控机床具有的通信接口.可实现计算机之间的连接,组成工业局域网络(LAN),采用制造自动化协议(MAP)规范,实现生产过程的计算机管理与控制。数控机床是使用数字信息作为控制信息,易于与CAD系统连接,形成CAD/CAM一体化系统,是FMS,CIMS等现代制造技术的基础。
9.维修困难
数控机床是典型的机电一体化产品,技术含量高,对维修人员的技术要求很高。
发展历史
数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的,其过程大致如下。
1948年,最早采用数字控制技术进行机械加工的思想是美国帕森斯公司( Parsons Co. ),当时在研制加工直升机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的机床时,由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难于实现,于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。
1949年,该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究,并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床,当时的数控装置采用电子管元件。这就是数控机床的第一代。
1953年,美国空军与麻省理工学院协作,考虑从事计算机自动编程的研究,这就是创制自动编程系统的开始。1955年研制成功AP'T ( Automatically Programmed Tools)是自动编程系统的开始。
1959年,计算机行业研制出晶体管元器件,数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板,使数控装置进入了第二代。1959年,美国克耐·杜列克公司(Keaney & Treker Co.)在世界土首先研制成功带有自动换刀装置的数控机床,称为“加工中心” (Machining Center) 。
1965年,出现了小规模集成电路。由于它体积小、功耗低,使数控系统的可靠性得以进一步提高,数控系统发展到第三代。
以上三代,都是采用专用控制计算机的硬件逻辑数控系统。装有这类数控系统的机床为普通数控(Numerical Gontrol , NC)机床。
1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床种类和数量的发展。
随着计算机技术的发展,小型计算机开始取代专用数控计算机,数控的许多功能由软件程序实现。这样组成的数控系统称为计算机数控系统(Computer Numerical Contrul ,CNC ) 。1970年在美国芝加哥国际机床展览会上,首次展出了数控机床采用小型计算机的计算机数控装置。数控系统发展到了第四代。
1974年,研制成功使用微处理器和半导体存储器的微型计算机数控装置(简称MNC),这是第五代数控系统。
20世纪80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
20世纪90年代后期,出现了PC + CNC智能数控系统,即以PC机为控制系统的硬件部分,在PC机上安装NC软件系统,此种方式系统维护方便,易于实现网络化制造。由于基于PC的开放式数控技术可以充分利用PC机丰富的软、硬件资源和适于PC机的各种先进技术,已成为数控技术的发展趋势。
数控系统从1952年开始,经历了第一代的电子管、第二代的晶体管、第三代的小规模集成电路、第四代的计算机数控以及第五代的软件数控和微处理器的发展过程。
现在数控系统发展迅猛、性能愈来愈强大,可以满足不同层面用户的需要,数控系统的性能决定了数控机床的功能。
发展趋势
1.数控系统
推动数控技术发展的关键因素之一是数控系统。当今占绝对优势的微处理器数控系统的发展极为迅速,而且势头不减。
(1)新一代数控系统采用开放式体系结构。从20世纪90年代以来,世界上许多数控系统生产厂家利用PC机为平台和丰富的软、硬件资源,开发了开放式体系结构的新一代数控系统。近几十年许多国家纷纷研究开发这种系统,如美国科学制造中心与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”(NGC),欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”(OSACA),日本的OSEC计划等。
(2)新一代数控系统控制性能大大提高。数控系统在控制性能上向智能化发展。随着人工智能在计算机领域的广泛应用和发展,数控系统引人了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理,不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能,而且人机界面极为友好,并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。
2.机床结构
(1)提高机床支承部件及结合部件的刚度。对提高数控机床的动态特性有重要作用,人们正在对支承件的材料、布局结构形式及结合方式作进一步探索。
(2)向高速化发展。近些年来,随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新资料的应用,对数控机床加工的高速化请求越来越高。主轴转速,机床采用电主轴(内装式主轴电机),主轴最高转速达200000 r/min;运算速度,微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障;换刀速度,现在国外优秀加工中心的刀具交流时间广泛已在1s左右,高的已达 0. 5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式,以主轴为轴心,刀具在圆周布置,其刀到刀的换刀时间仅0. 9s.。
(3)向高精度化发展.提高数控机床及加工中心加工精度的方法是提高精度诊断技术、提高圆弧插补补偿精度和定位精度;提高数控系统的分辨率可提高机床的位置精度。数控机床精度的请求当今己经不局限于静态的几何精度,机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。;
(4)不断扩大功能复合化。复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能实现从毛坯至成成品的多种要素加工。根据其构造个性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、更换和调剂刀具的辅助时间以及中心过程中产生的误差,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,相对于传统工序的分散的生产方法具有明显优势。
3.伺服驱动系统
当代数控机床的伺服系统趋向于采用数字式交流伺服与主驱动(或伺服),把微电子技术与计算机引进电机控制,使交流伺服电机的位置、速度及电流调节逐步实现数字化,进一步提高控制精度、速度及柔性。随之进给速度提高到60一200 m/min。在必须采用直线伺服电机驱动,实现所谓的“零传动”的直线伺服进给方式,主轴驱动采用高速大功率电主轴,即将电机转子直接套装在机床主轴上。在数字控制基础上,能采用软件控制,可以实现复杂的控制算法,且有前馈控制功能和学习控制功能及各种软件补偿功能.。
采用高分辨率位置检测装置,如高分辨率脉冲编码器,不仅可以提高位移检测分辨率,而且还可以通过微分形成速度信号,同时实现速度检测功能。
4..数控装置向高速、高效、高精度、高可靠性发展
要提高加工效率,首先必须提高切削和进给速度,同时,还要缩短加工时间;要确保加工质量,必须提高机床部件运动轨迹的精度,而可靠性则是上述目标的基本保证。为此,必须要有高性能的数控装置作保证。
机床向高速化方向发展,充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度。
5.智能化、开放式、网络化
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控技术系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容,方便系统地诊断及维修等。
为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题,数控系统开放化已经成为数控系统发展的未来之路。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范,运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式,如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。
6.重视新技术标准、规范的建立
数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50多年间的信息交换都是基于ISO 6983标准,即采用G ,M代码描述如何加工,其本质特征是面向加工过程,显然已经越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO 14649 ( STEP - NC ),其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化。STEP一NC的出现可能是数控技术领域的一次革命,对于数控技术的发展乃至整个制造业,将产生深远的影响。首先,STEP一NC提出一种崭新的制造理念,传统的制造理念中,NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下,NC程序可以分散在互联网下,这正是数控技术开放式、网络化发展的方向:,其次,STEP一NC数控系统还可大大减少加工图纸(约75% )、加工程序编制时间(约35%)和加工时间(约50%)、.
7.模块化、柔性化和集成化
为了适应数控机床多品种、小批量的特点,机床结构要模块化,数控功能要专门化,机床性能价格比要显著提高并加快优化。
数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是:从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC,FMS,FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展;另一方面向注重应用性和经济性方向发展。数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD,CAM,CAPP,MIS联结,向信息集成方向发展;网络系统向开放、集成和智能化方向发展。
8.机床的操作与编程
新一代数控机床要有用户控制界面,使得机床操作与编程更为方便。应实现人机交.互式宏程序设计、三维图形仿真实验,而且进一步实现“前台加工,后台程序编制”的所谓前后台功能,进一步提高数控机床的利用率。此外还要有实物示教编程,高效的CAD/CAPP/CAM集成化自动编程。还应引进图像识别、声控识别等模式识别技术,使系统能自己辨认图像,按照自然语言进行加工等。
(t)简化编程,提高柔性和精度是当前数控软件的开发重点课题之一。有些数控系统具备控制和编程功能,系统内包含大量固定循环、子程序和工艺数据,并能自动计算交点、切点等数据,使程序编制和校验很方便。有的还有宏程序的设计功能,会话式自动编程、蓝图编程等功能,从语言编程发展到图形编程。
(2)为适应CIMS及CAD/CAM一体化技术的发展需要,数控编程系统出现了向集成化(数控编程在CAD/CAM系统中的集成)和智能化(将人的知识加入集成化的CAD/CAM系统中,并将人的判断及决策交给机器完成)发展的趋势。可以认为集成化与智能化是当前数控编程的发展方向。目前,在集成化方面已有许多研究成果,在智能化方面尚需开拓与努.力。
9.通信功能
现代数控机床都应具备强大的通信功能,可以与其他CNC系统、上位机、编程机及各种外设进行通信,满足DNC(群控)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS),以及进一步联网组成计算机集成制造系统(CIMS)的要求,数控系统除了具备RS一232C或RS一422等高速远距离通信接口外,还应具备DNC接口,采用符合ISO互联(OSI)参考模型的有关协议,如MAP/MMS,即制造自动化协议/制造报文规范和现场总线等。
今后,随着计算技术、测试技术、微电子技术、计算机技术、材料和机械结构等方面的研究和知识的进步,数控技术也必将面临新课题的挑战。
小结
本章主要论述了数控系统、数控技术、数控机床的概念、数控技术的组成、数控机床的工作原理与组成、数控机床的分类及特点和数控技术的发展历史与发展趋势。
数控技术是用数字化信号对机床运行及其加工过程进行控制的一种方法,简称数控。
数控系统,根据ISO的定义:“数控系统是一种控制系统,它自动阅读输入载体上事先给定的数字,并将其译码,从而使机床移动和加工零件。”
数控机床是一种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符号编码指令规定的程序。
数控技术由机床本体、数控系统及外围技术三部分组成。
数控机床的工作原理是:首先按照零件加工的技术和工艺要求编写零件加工程序,然后将加工程序输入到数控装置,最后通过数控装置控制主轴的转动、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、工件和其他辅助装置按加工程序规定的次序、轨迹和参数进行工作,从而加工出符合图纸要求的零件。
数控机床一般由程序载体、输入装置、数控(CNC)装置、伺服驱动系统、强电控制装置、位置检测装置、机床(主运动机构、进给运动机构、辅助动作机构)组成。
数控机床的品种规格很多,可以从不同的角度进行分类,常用的分类方法有:按控制系统的特点分类、按伺服系统控制方式分类、按工艺用途分类和按数控系统的功能水平分类。
与普通机床相比,数控机床具有以下特点:①适合于复杂异形零件的加工;②具有高度柔性;③加工精度高;④加工质量稳定、可靠;⑤生产率高;⑥改善劳动条件;⑦利于生产管理现代化;⑧易于建立计算机通信网络;⑨维修困难。
简要说明了数控机床的发展历史和数控技术的发展趋势。数控技术的发展趋势:①数控系统,新一代数控系统采用开放式体系结构,新一代数控系统控制性能大大提高;②机床结构,提高机床支承部件及结合部件的刚度,向高速化发展,向高精度化发展,不断扩大功能复合化;③伺服驱动系统,当代数控机床的伺服系统趋向于采用数字式交流伺服与主驱动(或伺服),把微电子技术与计算机引进电机控制,使交流伺服电机的位置、速度及电流调节逐步实现数字化,进一步提高控制精度、速度及柔性;④数控装置向高速、高效、高精度、高可靠性发展;⑤智能化、开放式、网络化;⑥重视新技术标准、规范的建立;⑦模块化、柔性化和集成化;⑧机床的操作与编程,简化编程,数控编程在CAD/CAM系统中的集成和智能化;⑨通信功能。
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星瀚系列是宇匠数控打造的颠覆性产品,在高精度加工的情况下保证高速、高刚的特性,是真正意义的高速加工中心,其性能及质量可媲美进口高速加工中心。同时可配置超声波系统与石墨集尘系统,亦可运用在陶瓷等硬脆料、石墨等高粉尘料的加工;… [了解更多]
2021-09
星瀚S系列是宇匠数控打造的颠覆性产品,采用全闭环设计,在高精度加工的情况下保证高速、高刚的特性,是真正意义的高速加工中心,其性能及质量可媲美进口高速加工中心。同时可配置超声波系统与石墨集尘系统,亦可运用在陶瓷等硬脆料、石墨等高粉尘料的加工;… [了解更多]
2021-09
TC系列超声波陶瓷雕铣机,是利用了超声波高频振动原理作用于刀具,使刀具产生了16KHz-40KHz(每秒16000-40000次)的连续高强度脉冲冲击,带动磨头冲击工作。当工件的局部应力远远超过材料脆裂极限,材料局部破碎去除。 适用范围 特别适用于陶瓷(氧化锆、氧化铝、氮化铝… [了解更多]
2020-10
1 问题的提出数控加工夹具是数控CNC机械制造加工过程中用来 固定加工对象,使之占有正确的位置,以满足加工工艺条件、迅速、方便、安全地安装工件的装置。夹具通常由定位元件、夹紧装置 、对刀引导元件、分度装置、连接元件及夹具体等组成[1]。图1所示零件是应用于系列矿用防爆电器产品上的… [了解更多]
2019-09
0 引言 动梁龙门移动式加工中心适用于航空、重机、机电、造船、发电、核电、机床、印刷、轻纺、模具制造行业半精加工和精加工,也能用于粗加工。为了防止在加工中动梁重心偏移而影响加工精度和产品质量,大森公司研制开发 16i-g 系统用于威海华东数控动梁龙门移动式镗铣XKW2850 机… [了解更多]