数控专业技术论文(2)
数控专业技术论文篇二
数控车床技术发展浅析
摘要： 数控技术，简称数控(NumeriealControl--NC)，是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控.采用了数控技术进行控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控机床.它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础，它很好地解决了形状结构复杂、精度要求高、小批量及多变零件的加工问题且能稳定产品的加工质量，降低工人劳动强度，大幅度提高生产效率。机床控制也是数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代表了当前数控技术的发展水平和方向。与普通机床相比，数控机床能够自动换刀、自动变更切削参数，完成平面、回旋面、平面曲线的加工，加工精度和生产效率都比较高，因而应用日益广泛。
一、数控的发展历史
1952年美国帕森斯(PARSONS)公司与麻省理工学院(MIT)合作试制了世界上第一台三坐标联动、利用脉冲乘法器原理工作、直线插补连续控制的立式数控铣床。1954年11月美国本迪克斯公司(Bendix一eooperation)生产了世界上第一台工业用数控机床。最初由电子管控制，随后经历了用晶体管控制、集成电路控制(NC)、计算机控制(CNC)，直到用微处理器控制(MNC)。数控系统到现在已经发展到了第六代，数控系统采用电子管的为第一代(1952年)，晶体管的为第二代(1959年)，小规模集成电路的为第三代(1965年)，20世纪70年代小型计算机开始用于数控系统(1970年)，成为第四代数控系统。1974年微处理器开始用于数控系统，数控系统发展到第五代。前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬接线(硬件)数控系统，一般称为普通数控系统，简称NC;从第四代开始的数控系统称为软接线(软件)数控，即计算机数控(CNC)，其控制功能大部分由软件技术来实现，因而使得硬件得到简化，系统可靠性得到提高，功能更加灵活和完善[l.]。从20世纪末到今天，在生产中使用较多的数控系统还是第五代数控系统。第五代数控系统的ePu采用80286、80386芯片，用DOS3.3、DOS6.2软件。随着个人计算机的飞速发展，芯片的集成度越来越高，功能越来越强，成本也越来越低，软件和外围器件又越来越好，出现了以个人计算机(PC机)为平台的数控系统，数控系统进入第六代(1990年)。第六代数控系统采用现代个人计算机(PC机)、采用Windows95、Windows98或Windows20OO操作系统。第五代数控系统的存储量小，只有32KB、64KB，为解决存储器小的问题而采用RS232、Rs485接口，与计算机通信传输。由于受到通信瓶颈限制，不能进行高速进给，当插补线段长度小于0.05mm时加速度只有每分钟几百毫米，不能满足高速进给的需要。而第六代数控系统的存储量可达120GB以上，cAD、cAM的加工代码可通过网络传到硬盘上，网络速度比RS232接口速度提高了几千倍，加工数据可在加工前全部存储到硬盘上，避免了边加工边传送数据的缺点，解决了高速高精度加工的问题。第六代数控系统采用标准的计算机显示器，分辨率高、价格低、可靠性好，而且具有网络通信功能。
二、数控机床的发展趋势
随着计算机技术的发展，数控机床不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，它的性能日臻完善，应用领域日益扩大。同时，为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高要求，当前，世界数控技术及其装备正朝着下述几个方向发展。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。
1.高速、高效
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。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。新一代数控机床(含加工中心)只有通过高速化大幅度缩短切削工时才-可能进一步提高其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控机床，特别是高速加工中心的开发应用紧密相关。20世纪90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元(电主轴，转速15000一100000r/min)、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60一120m/min，切削进给速度高达6Om/min)、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统(含监控系统)和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，数控机床正在朝高速方向发展。
2.高精度
从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工)，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级(<10纳米)，其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削(车、铣)、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工(三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等)。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技发展的需要。精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。
3.高可靠性
高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性一个数量级以上。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率P(t)=99%以上的话，则数控机床的平均无故障工作时间(MTBF)就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，若只对一台数控机床而言，如果主机与数控系统的失效率之比为10：1的话(数控系统的可靠性比主机高一个数量级)，则此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。
因此，数控机床以其高效率和高精度的加工特点日益成为现代制造领域的基础装备，以数控技术为核心的数控系统装配和制造水平已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。
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