数控机床大作业

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、数控机床组成。

基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。

1）加工程序载体。

数控机床使用加工程序实现对机床的控制。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和**，存储在一种程序载体上，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到cnc单元。

2）数控装置。

数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用cnc（computer numerical control）形式。cnc系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。

因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。

3）伺服与测量反馈系统。

伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。

4）机床主体。

机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。

5）数控机床辅助装置。

辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。

2、数控机床原理。

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。

3、数控机床关键技术。

1）热变形误差补偿功能。

在机械工程中，各种热源的影响常会产生复杂的变形，破坏力机床各系统间的相对位置精度，造成了加工误差。因此，高精度机床要求在规定的恒温条件下使用。普通环境下使用的数控机床为保证较高的定位精度和加工精度，须使用温度补偿功能来消除加工误差，温度补偿控制器具备热测量、热变形建模、补偿和反馈功能。

2）主轴振动自抑制功能。

切削振动的产生不仅恶化零件的加工表面质量，降低机床、刀具的使用寿命，还会产生危害操作人员的噪声，严重时使切削加工无法进行。为了避免产生振动或减小振动的强度，有时不得不降低切削用量，致使机床、刀具的性能得不到充分的发挥，限制了机床切削效率的提高。因此深入研究机床切削稳定性变化规律并提出有效的抑制方法，对于提高机械产品的加工质量和机床的切削效率具有重要的意义。

3）智能刀具监控技术。

刀具状态监测系统必须能够对刀具加工**现的各种异常进行可靠监测，如刀具的破损、刀具非正常切入和碰撞，以及刀具不同部位的磨损等。刀具状态监测主要包括：刀具破损监测与刀具磨损监测等。

通过智能刀具监控技术实现刀具的智能监控。

4、数控机床展望及发展趋势。

1）高速、高效。

提高数控机床的运作速度，一方面可以提高工作效率，保证工件的质量，另一方面可以减低劳动成本，零部件的高速加工在生产中已经得到了广泛应用。

2）高精度。

高精度提高数控机床的加工精度是世界工业强国不断追求的目标，它主要由机床制造的几何精度和机床使用的加工精度两个方面组成。提高精度可以通过减少误差，提高机床稳定性以及利用补偿技术和辅助措施来实现。目前使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达208m/min，加速度2g，并且还有发展余地。

3）高可靠性。

高可靠性数控机床的可靠性是数控系统制造商和数控机床制造商最关注的问题，对于一台数控机床来说，如果稳定性不够，发生故障的可能性较大的话，不仅会影响正常的制造，还增大制造成本增加。直接影响生产效率。所以，数控机床的可靠性是检验产品质量的关键指标。

4）模块化。

模块化的设计思想已经广泛应用于各设计行业。数控机床设计也不例外的广泛使用模块制造功能各异的设备。所设计的模块往往是是通用的，企业用户可以根据生产需要随时更换所需模块。

采用模块化思想的数控机床增加了数控机床的灵活性，降低了企业生产成本，提高了企业生产效率，增强企业竞争的能力。严格按照模块化的设计思想设计数控机床，不仅能有效的保障操作员和设备运行的安全，同时也是保证数控车床能够达到产品技术性能、充分发挥数控机床的加工特点；此外，模块化的设计还有助于增强数控车床的使用效率，减少故障率，提高数控车床的生产水平。

5）智能化。

智能化已经成为各行各业生产已经的共同理念，智能加工就是以一种模拟的网络化监控加上数字化网络技术支持，把需要由人来操作的工作流程通过电脑编程制定成一种固定的模式，由机器控制代替人力控制的一种模式。简单的智能化应用包括智能诊断、智能监控、智能维修。

6）网络化。

网络化数控机床的网络化又称“e-制造”，是把数控系统通过网络连接和网络控制，在计算机上操作使用，虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。

7）技术集成和技术复合。

技术集成和技术复合是今后数控机床发展的另一趋势。为了提高生产率，出现复合加工机床，复合加工机床突出体现了工件在一次装卡中完成大部分或全部加工工序，从而达到减少机床和夹具、免去工序间的搬运和储存、提高工件加工精度、缩短加工周期和节约作业面积的目的。这类机床可以进行复合工序的操作，例如车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，甚至还可以跨加工类别的技术复合，如激光-冲压、金属切割-激光等技术复合，这类复合加工机床的出现极大地缩短了辅助时间，提高了生产率。

8）开放性。

基于通用计算机的开放式体系结构的数控机床系统已经成为其发展的主要方向，开放化的系统可以使数控机床应用于不同的平台之上，可以与其他不同的系统相互操作，增加数控机床系统的兼容性，这种开放的、交互的数控机床具有操作简便、维护方便等特点，提高了数控机床在企业中的普及率。

9）绿色化。

人口、资源和环境已经成为制约人类发展的三大问题。为寻求符合环保要求的机床，干式和微量冷却类型数控机床应用越来越广泛。操作工人的环境、加工材料、冷却液的使用会成为衡量数控机床的绿色水平，因此绿色清洁的数控机床成为今后数控机床的主导方向。

目前，我国的数控机床产业面临新的挑战，我们必须抓住机遇，加快与国际合作的步伐，应当重点发展大型、精密、高速、智能化数控装备和数控系统及功能部件，打破长期依赖进口的现状，满足机械、冶金、能源等国民经济建设和航空、航天、军工等国防工业建设的基本要求。

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