李 偉

（四川工商職業(yè)技學(xué)院，四川 都江堰 611830）

數(shù)控機床是在普通機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于它具有良好的柔性、高加工精度和穩(wěn)定性、能加工復(fù)雜零件、減輕了工人的勞動強度和易于實現(xiàn)現(xiàn)代化管理等一系列優(yōu)點，目前在機械制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 數(shù)控機床原理

數(shù)控機床一般由信息載體、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等四部分組成。信息載體即穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶和磁盤等，用于記錄程序編制的內(nèi)容，并通過光電紙帶閱讀機、磁帶機和磁盤驅(qū)動器等讀入裝置輸送給數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，也就是常說的NC（普通數(shù)控裝置）或CNC（計算機數(shù)控裝置），NC是數(shù)控機床發(fā)展初期的一種形式，現(xiàn)在的數(shù)控機床大多使用CNC系統(tǒng)。數(shù)控裝置的作用是接受讀入裝置輸入的加工信息，經(jīng)過譯碼處理和運算，發(fā)出相應(yīng)的指令脈沖給伺服系統(tǒng)，完成零件加工。伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行部分，由電動機和傳動裝置組成。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控裝置傳來的指令脈沖信號，控制機床執(zhí)行件（工作臺或刀架）運動的位移和速度。機床本體主要是機械部件，包括主運動部件、進給運動部件和支承部件等。對于數(shù)控機床部件來講，機械部件結(jié)構(gòu)較通用機床簡單，但其各項技術(shù)指標要求比通用機床要高。在數(shù)控機床上進行加工時，首先根據(jù)零件圖編制程序，編程的代碼和指令格式大多符合ISO標準和相應(yīng)的國家標準。然后將程序通過信息載體輸入到NC或CNC中，由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序內(nèi)容發(fā)出指令，一方面由伺服系統(tǒng)中的電動機通過傳動裝置控制機床執(zhí)行件的運動，另一方面控制機床的其它輔助運動，如主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向選擇，冷卻泵的開停等。兩方面協(xié)同動作，共同完成加工內(nèi)容。

2 數(shù)控機床的常見的分類方法

（1）按伺服系統(tǒng)類型分類。分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。由伺服系統(tǒng)控制機床執(zhí)行件運動時，雖然其接受了數(shù)控裝置的指令要求值，但實際位移量并不一定等同于指令要求值，也就是存在一定的誤差。這一誤差是由伺服電動機的轉(zhuǎn)角誤差、減速齒輪的傳動誤差、滾珠絲杠的導(dǎo)程誤差以及導(dǎo)軌副抵抗爬行的能力這四項因素綜合反映的。開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于使用的電動機不同、是否進行執(zhí)行件的測量及誤差補償以及誤差補償范圍的大小不同。開環(huán)系統(tǒng)如圖2所示，由于不進行執(zhí)行件的測量及誤差補償，所以結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，精度相對較低，成本低，一般用于精度要求不太高的中小型數(shù)控機床上。閉環(huán)系統(tǒng)如圖3所示，精度高，成本高，主要用于精度要求較高的大型和精密數(shù)控機床上。半閉環(huán)系統(tǒng)如圖4所示，介于兩者之間，只對部分誤差進行補償，因此從理論上講其加工精度不如全閉環(huán)系統(tǒng)。

（2）按控制運動的方式分類。分為點位控制、直線控制和輪廓控制三種。點位控制數(shù)控機床在加工平面內(nèi)只控制刀具相對于工件的定位點的坐標位置，而對定位移動的軌跡不作要求。這類控制系統(tǒng)主要用于數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和測量機等。直線控制數(shù)控機床能控制刀具或工件的適當(dāng)?shù)倪M給運動，沿平行于坐標軸的方向進行直線移動和加工，或者控制兩個坐標軸以相同的速度運動，沿45°斜線進行切削加工。這類控制系統(tǒng)主要用于數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床以及某些加工中心。輪廓控制數(shù)控機床能同時控制兩個或兩個以上坐標軸，使刀具與工件作相對運動，加工復(fù)雜零件。單純的點位控制和直線控制機床很少，大部分為輪廓控制數(shù)控機床。輪廓控制數(shù)控機床能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動加工，也能進行點位和直線控制。這類控制系統(tǒng)主要用于數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床以及加工中心機床。

（3）按工藝用途分類。分為一般數(shù)控機床和數(shù)控加工中心。一般數(shù)控機床指與一般通用機床相對應(yīng)的數(shù)控車、銑、鉆、鏜、磨和齒輪加工機床。加工中心最顯著的特點是具有刀庫和換刀機械手，能夠?qū)崿F(xiàn)多工序加工。刀庫的容量應(yīng)為二十把刀以上，但是一般常說的四方刀架、八方刀架等不屬于刀庫的范疇。

（4）按數(shù)控裝置的功能分類。分為數(shù)控機床、簡易數(shù)控機床和經(jīng)濟型數(shù)控機床。數(shù)控機床的數(shù)控裝置功能齊全，能夠進行自動編程、自動測量和自動故障診斷等。簡易數(shù)控機床的功能單一，僅具備實現(xiàn)自動化的基本功能，并采用直觀輸入方式，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。通用機床可采用單片機或單板機經(jīng)數(shù)控化改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床，性能可靠，操作簡便。

3 數(shù)控機床控制技術(shù)的發(fā)展

機械設(shè)備最早的控制裝置是手動控制器。目前，繼電器—接觸器控制仍然是我國機械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。到了20世紀20～50年代，出現(xiàn)了交磁放大機—電動機控制，這是一種閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制精度和快速性都有了提高。20世紀60年代出現(xiàn)了晶體管——晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)運性能大為改善，而且減少了機械設(shè)備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機—電動機控制系統(tǒng)。在20世紀60年代出現(xiàn)丁一種能夠根據(jù)需要方便地改變控制程序，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制器。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，在20世紀70年代出現(xiàn)了一種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器——可編程序控制器。這種器件完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它具備了計算機控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點，故目前已作為一種標準化通用設(shè)備普通應(yīng)用于工業(yè)控制。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的應(yīng)用日益廣泛，并進一步推動了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了自動編程系統(tǒng)、計算機數(shù)控系統(tǒng)、計算機群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。計算機集成制造系統(tǒng)及計算機輔助設(shè)計、制造一體化是機械制造一體化的高級階段，可實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計到制造的全部自動化。綜上所述，機械設(shè)備控制技術(shù)的產(chǎn)生，并不是孤立的，而是各種技術(shù)相互滲透的結(jié)果。它代表了正在形成中的新一代的生產(chǎn)技術(shù)，已顯示出并將越來越顯示出強大的威力。

總之，數(shù)控機床由于一系列優(yōu)點，已在機床工業(yè)中日漸受到人們的重視，而且數(shù)控技術(shù)的發(fā)展也使機床的結(jié)構(gòu)、種類發(fā)生了一系列的變化。