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數控機床的發展歷史,經過磨練才到今天的科技

發布時間:2019-08-04 | 關注:

數控機床的發展歷史,經過磨練才到今天的科技


數字控制機床:是用數字代碼形式的信息(程序指令),控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床,簡稱數控機床。

特點:數控機床具有廣泛的適應性,加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令;加工性能比一般自動機床高,可以精確加工復雜型面,因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件,并能獲得良好的經濟效果。隨著數控技術的發展,采用數控系統的機床品種日益增多,有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。

發展簡史:1948年,美國帕森斯公司接受美國空軍委托,研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣,精度要求高,一般加工設備難以適應,于是提出計算機控制機床的設想。

1949年,該公司在美國麻省理工學院(MIT)伺服機構研究室的協助下,開始數控機床研究,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數控銑床,不久即開始正式生產,于1957年正式投入使用。這是制造技術發展過程中的一個重大突破,標志著制造領域中數控加工時代的開始。數控加工是現代制造技術的基礎,這一發明對于制造行業而言,具有劃時代的意義和深遠的影響。世界上主要工業發達都十分重視數控加工技術的研究和發展。當時的數控裝置采用電子管元件,體積龐大,價格昂貴,只在航空工業等少數有特殊需要的部門用來加工復雜型面零件;

1959年,制成了晶體管元件和印刷電路板,使數控裝置進入了第二代,體積縮小,成本有所下降;

1960年以后,較為簡單和經濟的點位控制數控鉆床,和直線控制數控銑床得到較快發展,使數控機床在機械制造業各部門逐步獲得推廣。

我國于1958年開始研制數控機床,成功試制出配有電子管數控系統的數控機床,1965年開始批量生產配有晶體管數控系統的三坐標數控銑床。

1965年,出現了第三代的集成電路數控裝置,不僅體積小,功率消耗少,且可靠性提高,價格進一步下降,促進了數控機床品種和產量的發展。

60年代末,先后出現了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數控系統(簡稱DNC),又稱群控系統;采用小型計算機控制的計算機數控系統(簡稱CNC),使數控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。

1974年,研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數控裝置(簡稱MNC),這是第五代數控系統。第五代與第三代相比,數控裝置的功能擴大了一倍,而體積則縮小為原來的1/20,價格降低了3/4,可靠性也得到極大的提高。

80年代初,隨著計算機軟、硬件技術的發展,出現了能進行人機對話式自動編制程序的數控裝置;數控裝置愈趨小型化,可以直接安裝在機床上;數控機床的自動化程度進一步提高,具有自動監控刀具破損和自動檢測工件等功能。分類經過幾十年的發展,目前的數控機床已實現了計算機控制并在工業界得到廣泛應用,在模具制造行業的應用尤為普及。針對車削、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求,開發了各種門類的數控加工機床。

數控機床種類繁多,一般將數控機床分為16大類:數控車床(含有銑削功能的車削中心)數控銑床(含銑削中心)數控鏗床以銑程削為主的加工中心。數控磨床(含磨削中心)、數控鉆床(含鉆削中心)、數控拉床、數控刨床、數控切斷機床、數控齒輪加工機床、數控激光加工機床、數控電火花線切割機床、數控電火花成型機床(含電加工中心)、數控板村成型加工機床、數控管料成型加工機床其他數控機床組成,數控機床通常由控制系統、伺服系統、檢測系統、機械傳動系統及其他輔助系統組成。

控制系統用于數控機床的運算、管理和控制,通過輸入介質得到數據,對這些數據進行解釋和運算并對機床產生作用;伺服系統根據控制系統的指令驅動機床,把來自數控裝置的脈沖信號轉換成機床移動部件的運動指令,使刀具和零件執行數控代碼規定的運動;檢測系統則是用來檢測機床執行件(工作臺、轉臺、滑板等)的位移和速度變化量,并將檢測結果反饋到輸入端,與輸入指令進行比較,根據其差別調整機床運動;機床傳動系統是由進給伺服驅動元件至機床執行件之間的機械進給傳動裝置;輔助系統種類繁多,如:固定循環(能進行各種多次重復加工)、自動換刀(可交換指定刀具)、傳動間隙補償償機械傳動系統產生的間隙誤差)等等。

數字控制數控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的輸入部分、運算部分、控制部分和輸出部分等。數控裝置按所能實現的控制功能分為點位控制、直線控制、連續軌跡控制三類。點位控制是只控制刀具或工作臺從一點移至另一點的準確定位,然后進行定點加工,而點與點之間的路徑不需控制。采用這類控制的有數控鉆床、數控鏜床和數控坐標鏜床等。直線控制是除控制直線軌跡的起點和終點的準確定位外,還要控制在這兩點之間以指定的進給速度進行直線切削。采用這類控制的有平面銑削用的數控銑床,以及階梯軸車削和磨削用的數控車床和數控磨床等。連續軌跡控制(或稱輪廓控制)能夠連續控制兩個或兩個以上坐標方向的聯合運動。為了使刀具按規定的軌跡加工工件的曲線輪廓,數控裝置具有插補運算的功能,使刀具的運動軌跡以小的誤差逼近規定的輪廓曲線,并協調各坐標方向的運動速度,以便在切削過程中始終保持規定的進給速度。采用這類控制的有能加工曲面用的數控銑床、數控車床、數控磨床和加工中心等。

伺服機構伺服機構分為開環、半閉環和閉環三種類型。開環伺服機構是由步進電機驅動線路,和步進電機組成。每一脈沖信號使步進電機轉動一定的角度,通過滾珠絲杠推動工作臺移動一定的距離。這種伺服機構比較簡單,工作穩定,容易掌握使用,但精度和速度的提高受到限制。半閉環伺服機構是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達、速度檢測器和位置檢測器組成。位置檢測器裝在絲杠或伺服馬達的端部,利用絲杠的回轉角度間接測出工作臺的位置。常用的伺服馬達有寬調速直流電動機、寬調速交流電動機和電液伺服馬達。

位置檢測器有旋轉變壓器、光電式脈沖發生器和圓光柵等。這種伺服機構所能達到的精度、速度和動態特性優于開環伺服機構,為大多數中小型數控機床所采用。閉環伺服機構的工作原理和組成與半閉環伺服機構相同,只是位置檢測器安裝在工作臺上,可直接測出工作臺的實際位置,故反饋精度高于半閉環控制,但掌握調試的難度較大,常用于高精度和大型數控機床。

閉環伺服機構所用伺服馬達與半閉環相同,位置檢測器則用長光柵、長感應同步器或長磁柵。關鍵零部件為了保證機床具有很大的工藝適應性能和連續穩定工作的能力,數控機床結構設計的特點是具有足夠的剛度、精度、抗振性、熱穩定性和精度保持性。進給系統的機械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等,以盡量減小反向間隙。機床采用塑料減摩導軌、滾動導軌或靜壓導軌,以提高運動的平穩性并使低速運動時不出現爬行現象。由于采用了寬調速的進給伺服電動機和寬調速的主軸電動機,可以不用或少用齒輪傳動和齒輪變速,這就簡化了機床的傳動機構。機床布局便于排屑和工件裝卸,部分數控機床帶有自動排屑器和自動工件交換裝置。

大部分數控機床采用具有微處理器的可編程序控制器,以代替強電柜中大量的繼電器,提高了機床強電控制的可靠性和靈活性。隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速發展,數控機床的控制系統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;數控系統本身將普遍實現自動編程。發展方向未來數控機床的類型將更加多樣化,多工序集中加工的數控機床品種越來越多;激光加工等技術將應用在切削加工機床上,從而擴大多工序集中的工藝范圍;數控機床的自動化程度更加提高,并具有多種監控功能,從而形成一個柔性制造單元,更加便于納入高度自動化的柔性制造系統中。

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