2017年5月23日

數(shù)控機床

基本概述精工技術(shù)(Numerical Control Technology)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。精工技術(shù)是當(dāng)今先進制造技術(shù)(Advanced Manufacturing Technology, AMT)和裝備最核心的技術(shù)。精工機床(Numerical Control Machine)是電子信息技術(shù)和傳統(tǒng)機械加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它集機械制造技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和自動化技術(shù)等多學(xué)科為一體，具有高效率、高精度、高自動化和高柔性的特點，是當(dāng)代制造業(yè)的重要裝備。當(dāng)今世界各國制造業(yè)通過發(fā)展精工技術(shù)，建立精工機床產(chǎn)業(yè)，促使制造業(yè)跨人了一個嶄新的發(fā)展階段，從而提高制造能力和水平，提高發(fā)展經(jīng)濟的適應(yīng)能力和竟?fàn)幠芰??？傊?，大力發(fā)展以精工技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)，已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。精工技術(shù)的幾個概念精工技術(shù)是用數(shù)字化信號對機床運行及其加工過程進行控制的一種方法，簡稱精工。精工系統(tǒng)，根據(jù)ISO的定義:“精工系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從一而使機床移動和加工零件。” 精工機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用代碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。精工技術(shù)的組成精工技術(shù)由機床本體、精工系統(tǒng)及外圍技術(shù)三部分組成，如圖1一i所示。機床本體主要由床身、立柱、導(dǎo)軌、工作臺等基礎(chǔ)件和刀架、刀庫等配套件組成。精工系統(tǒng)由輸人/輸出設(shè)備、計算機精工裝置、可編程控制器( Programmable Logic Control , PLC)及主軸伺服驅(qū)動裝置、進給伺服驅(qū)動裝置以及測量裝置等組成。其中，計算機精工裝置是精工系統(tǒng)的核心。外圍技術(shù)主要包括工具技術(shù)(主要指刀具系統(tǒng))、編程技術(shù)和管理技術(shù)。工作原理精工機床的工作原理是:首先按照零件加工的技術(shù)和工藝要求編寫零件加工程序，然后將加工程序輸人到精工裝置，最后通過精工裝置控制主軸的轉(zhuǎn)動、進給運動、更換刀具以及工件的夾緊與松開、冷卻潤滑泵的開與關(guān)，使刀具、工件和其他輔助裝置按加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。基本組成精工機床一般由程序載體、輸人裝置、精工裝置(CNC)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、強電控制裝置、位置檢測裝置、機床(主運動機構(gòu)、進給運動機構(gòu)、輔助動作機構(gòu))組成。 1.程序載體程序載體是對精工機床進行控制，建立人與精工機床某種聯(lián)系的媒介物。在程序載體上存儲加工零件所需要的全部幾何信息和工藝信息。它可以是穿孔紙帶、磁盤等，采用哪一種存儲載體，取決于精工裝置的設(shè)計類型。 2.輸人裝置輸人裝置的作用是將程序載體上的精工代碼變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存入精工裝置內(nèi)。根據(jù)程序存儲介質(zhì)的不同，輸人裝置可以是光電閱讀機、軟盤驅(qū)動器等。有些精工機床，不用任何程序存儲載體，而是將精工程序單的內(nèi)容通過精工裝置上的鍵盤，用手工方式(MDI方式)輸人，或者將精工程序由編程計算機用通信方式傳送到精工裝置。 3.精工裝置精工裝置是精工機床的核心，它接受輸人裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過精工裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機床的各個部分，進行規(guī)定、有序的動作。 4.伺服驅(qū)動系統(tǒng) 伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置(電機)組成，并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成精工機床的進給系統(tǒng)。它根據(jù)精工裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移。每個作進給運動的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動系統(tǒng)。它是機床工作的動力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施。從某種意義上說，精工機床功能的強弱主要取決于CNC裝置，而精工機床性能的高低主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 5.強電控制裝置強電控制裝置是介于精工裝置和機床機械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。其主要作用是接收精工裝置輸出的主運動變速、刀具選擇交換、輔助裝置動作等指令信號，經(jīng)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后，直接驅(qū)動相應(yīng)的電器、液壓、氣動和機械部件，以完成指令所規(guī)定的動作。此外，還有行程開關(guān)和監(jiān)控檢測等開關(guān)信號也要經(jīng)過強電控制裝置送到精工裝置進行處理。 6.檢測裝置檢測裝置也稱反饋元件，通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。因此，檢測裝置是高性能精工機床的重要組成部分。此外，可以在線顯示機床移動部件的坐標(biāo)值，大大提高工作效率和.工件的加工精度。 7.機床的機械部件精工機床的機械部件包括:主運動部件，進給運動執(zhí)行部件如工作臺、拖板及其傳動部件和床身立柱等支承部件，此外，還有冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。對于加工中心類的精工機床，還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機械手等部件?；痉诸?精工機床的品種規(guī)格很多，可以從不同的角度進行分類，常用的分類方法有:按控制系統(tǒng)的特點分類、按何服系統(tǒng)控制方式分類、按工藝用途分類和按精工系統(tǒng)的功能水平分類。按控制系統(tǒng)特點的分類按精工機床運動軌跡的控制系統(tǒng)的特點分類，可將精工機床分為點位控制精工機床、直線控制精工機床和輪廓控制精工機床三種類型。 1.點位控制(Point to Point Control)精工機床這類精工機床的主要特點是只控制刀具(或工作臺)從一點移動到另一點的準(zhǔn)確定位，精工機床移動部件在移動中不進行加工，只要求以最快的速度從一點移動到另一點。至于點與點之間的移動軌跡(路徑與方向)并無嚴(yán)格要求，各坐標(biāo)軸之間的運動并不相關(guān)。例如，精工鉆床、精工鎖床、精工沖床等。 2.直線控制(Line Control )精工機床這類機床是在點位控制基礎(chǔ)上，除控制點與點之間的準(zhǔn)確定位外，而且還要求從一點到另一點之間按直線移動、按指定的進給速度作直線切削。例如，平面銑削的精工銑床、階梯車削的精工車床、磨削加工的精工磨床，按指定的進給速度作直線切削。 3.輪廓控制(Contouring Control)精工機床輪廓控制精工機床也稱為連續(xù)控制精工機床，其特點是能夠同時對兩個或兩個以上運動坐標(biāo)位移和速度進行連續(xù)相關(guān)控制，不僅要控制起點、終點坐標(biāo)的準(zhǔn)確性，而且對每瞬時的位移和速度進行嚴(yán)格的連續(xù)控制，使刀具與工件間的相對運動符合工件加工輪廓的表面要求。例如，具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上聯(lián)動的精工銑床、精工車床、精工磨床和加工中心等。目前的大多數(shù)金屬切削機床的精工系統(tǒng)都是輪廓控制系統(tǒng)。按伺服系統(tǒng)控制方式的分類由精工裝置.發(fā)出脈沖或電壓信號，通過伺服系統(tǒng)控制機床各運動部件運動。精工機床按伺服系統(tǒng)控制方式分類有三種形式:開環(huán)控制精工機床、閉環(huán)控制精工機床和半閉環(huán)控制精工機床。 1.開環(huán)控制(Open Loop Control)精工機床這類機床的伺服進給系統(tǒng)中沒有位移檢測反饋裝置，控制系統(tǒng)采用步進電機，輸人數(shù)據(jù)經(jīng)過精工系統(tǒng)運算，輸出指令脈沖控制步進電機工作，然后通過機械傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成刀架或工作臺的位移。這種控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋校正，對執(zhí)行機構(gòu)不檢測，無反饋控制信號，因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備成本低，位移精度一般不高，工作速度受到步進電機的限制。但其控制方便，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，在我國廣泛用于經(jīng)濟型精工機床或舊設(shè)備的精工改造中。 2.閉環(huán)控制(Closed Loop Control)精工機床這類機床又稱全閉環(huán)控制機床，其檢測裝置安裝在機床刀架或工作臺等執(zhí)行部件上，用以直接檢測這些執(zhí)行部件的實際運行位置(直線位移)，反饋給精工裝置，將其與精工裝置的指令位置(或位移)相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作，直至到達(dá)實際位置，誤差值消除，因此稱之為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用伺服電機，有位置測量元件和位置比較電路，直接檢測校正，位置控制精度很高。但由于它將滾珠絲杠螺母副及機床工作臺這些大慣量環(huán)節(jié)放在閉環(huán)之內(nèi)，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響，調(diào)試?yán)щy，而且設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。 3.半閉環(huán)控制(Semi-closed Loop Control)精工機床這類機床的位置檢測元件安裝在伺服電機上，通過測量伺服電機的角位移間接計算出機床工作臺等執(zhí)行部件的實際位置(或位移)。反饋至位置比較電路，與指令中的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作。這種用推算方法間接測量工作臺位移，不能補償精工機床傳動鏈零件的誤差，因此稱之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于它將絲杠螺母副及機床.工作臺等大慣量環(huán)節(jié)排除在閉環(huán)控制系統(tǒng)之外，不能補償它們的運動誤差，精度受到影響，但系統(tǒng)穩(wěn)定性有所提高，調(diào)試比較方便。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設(shè)備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。按工藝用途的分類按工藝用途可把精工機床分為金屬切削精工機床、金屬成形精工機床和精工特種加工機床。1.金屬切削精工機床如精工車床、精工銑床、加工中心、車削中心等各種普通精工機床，其加工原理是用切削刀具對零件進行切削加工。2，金屬成形精工機床金屬成形精工機床是指使用擠、沖、壓、拉等成形工藝的精工機床，如精工壓力機、精工折彎機、精工彎管機等。3.精工特種加工機床這類機床包括精工線切割機床、精工電火花加工機床、精工激光切割機床、精工火焰切割機床等。按精工系統(tǒng)功能水平的分類按照精工系統(tǒng)的功能水平，精工機床可以分為經(jīng)濟型(低檔或簡易型).、普及型(中檔型)和高檔型三種類型。這種分類方法沒有明確的定義和確切的分類界限，不同的國家分類的含義也不同，且精工技術(shù)在不斷發(fā)展，不同時期的含義也在不斷發(fā)展變化。下面的論述僅作為功能水平分類的參考條件。 1.經(jīng)濟型精工機床這類機床的驅(qū)動元件一般是由步進電機實現(xiàn)的開環(huán)驅(qū)動，控制軸數(shù)為3軸或3軸以下，脈沖當(dāng)量或進給分辨率為10一5 µm，快速進給速度可達(dá)10 m/min。精工系統(tǒng)多為8位單板機或單片機，用數(shù)碼管顯示，一般不具備通信功能。這類機床結(jié)構(gòu)一般比較簡單，精度中等，能滿足加工形狀比較簡單的直線、斜線、圓弧及螺紋加工，價格比較便宜。 2.普及型或中檔型精工機床這類機床采用直流或交流伺服電機實現(xiàn)半閉環(huán)驅(qū)動，能實現(xiàn)4軸或4軸以下聯(lián)動控制，進給分辨率為1µm，快進速度可達(dá)15一24 m/min，一般采用l6或32位處理器，具有RS - 232C通信接口，具有圖形顯示功能及面向用戶宏程序功能。此類精工機床的品種很多，幾乎覆蓋了各種機床類型，其發(fā)展趨勢是趨向于簡單、實用，不追求過多功能，保持價格適當(dāng)且不斷有所降低。 3.高檔型精工機床這類機床是指加工復(fù)雜形狀的多軸聯(lián)動精工銑床或加工中心，功能強、工序集中、自動化程度高、具有高柔性。一般采用64位以上微處理器，形成多CPU結(jié)構(gòu)。采用數(shù)字化交流伺服電機形成閉環(huán)驅(qū)動，并開始使用直線伺服電機，具有主軸伺服功能，能實現(xiàn)5軸以上聯(lián)動，最高分辨率可達(dá)0. 1µ.m或更小，******快進速度可達(dá)100 m/min以上;具有三維動畫功能進行加工仿真檢驗和宜人的圖形用戶界面，同時還具有多功能智能監(jiān)控系統(tǒng)和面向用戶的宏程序功能，有很強的智能診斷和智能工藝數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)加工條件的自動設(shè)定，且實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)和通信?；咎攸c 與普通機床相比，精工機床具有以下特點。 1.適合于復(fù)雜異形零件的加工精工機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 2.具有高度柔性在精工機床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經(jīng)常調(diào)整機床。因此，精工機床適用于零件頻繁更換的場合。也就是適合單件、小批生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)省了大量工藝設(shè)備的費用。 3.加工精度高精工機床有較高的加工精度，一般在0. 005一0. 1 mm，精工機床的加工精度不受零件復(fù)雜程度的影響。精工機床是按數(shù)字信號形式控制的，精工裝置每輸出一個脈沖信號，則機床移動部件移動一個脈沖當(dāng)量(一般為0. 001 mm )，而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由精工裝置進行補償。因此，精工機床具有較高的加工精度。 4.加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠精工加工過程，對于同一批零件，由于使用同一機床和刀具以及同一加工程序，刀具的運動軌跡完全相同，精工機床自始至終都根據(jù)精工程序自動進行加工，可以避免人為的誤差，這就保證了零件加工的一致性好且質(zhì)量穩(wěn)定。 5.生產(chǎn)率高精工機床可有效地減少零件的加工時間和輔助時間，精工機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給量的范圍都比普通機床大，允許機床進行大切削量的強力切削，精工機床目前正進人高速加工時代，精工機床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，減少了半成品的工序間周轉(zhuǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。一般為普通機床的3一5倍，對某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 6.改善勞動條件精工機床加工前經(jīng)調(diào)整好后，輸人程序并啟動，機床就能自動連續(xù)地進行加工，直至加工結(jié)束。操作者主要從事程序的輸人、編輯，裝卸零件，刀具準(zhǔn)備，加工狀態(tài)的觀測，零件的檢驗等工作，勞動強度極大降低，機床操作者的勞動趨于智力型工作。另外，機床一般是封閉式加工，既清潔，又安全。 7.利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化采用精工機床有利于向計算機控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化創(chuàng)造條件。精工機床的加工，可預(yù)先精確估計加工時間，所使用的刀具、夾具可進行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理。精工機床使用數(shù)字信號與標(biāo)準(zhǔn)代碼為控制信息，易于實現(xiàn)加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化，目前已與計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)有機地結(jié)合起來，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。8.易于建立計算機通信網(wǎng)絡(luò) 精工機床具有的通信接口.可實現(xiàn)計算機之間的連接，組成工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)，采用制造自動化協(xié)議(MAP)規(guī)范，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的計算機管理與控制。精工機床是使用數(shù)字信息作為控制信息，易于與CAD系統(tǒng)連接，形成CAD/CAM一體化系統(tǒng)，是FMS,CIMS等現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。9.維修困難精工機床是典型的機電一體化產(chǎn)品，技術(shù)含量高，對維修人員的技術(shù)要求很高。發(fā)展歷史精工機床是在機械制造技術(shù)和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其過程大致如下。 1948年，最早采用數(shù)字控制技術(shù)進行機械加工的思想是美國帕森斯公司( Parsons Co. )，當(dāng)時在研制加工直升機螺旋槳葉片輪廓檢驗用樣板的機床時，由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難于實現(xiàn)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機床的設(shè)想。 1949年，該公司與美國麻省理工學(xué)院（MIT）開始共同研究，并于1952年試制成功第一臺三坐標(biāo)精工銑床，當(dāng)時的精工裝置采用電子管元件。這就是精工機床的第一代。 1953年，美國空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，考慮從事計算機自動編程的研究，這就是創(chuàng)制自動編程系統(tǒng)的開始。1955年研制成功AP'T ( Automatically Programmed Tools)是自動編程系統(tǒng)的開始。 1959年，計算機行業(yè)研制出晶體管元器件，精工裝置采用了晶體管元件和印刷電路板，使精工裝置進入了第二代。1959年，美國克耐·杜列克公司(Keaney & Treker Co.)在世界土首先研制成功帶有自動換刀裝置的精工機床，稱為“加工中心” (Machining Center) 。 1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路。由于它體積小、功耗低，使精工系統(tǒng)的可靠性得以進一步提高，精工系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代，都是采用專用控制計算機的硬件邏輯精工系統(tǒng)。裝有這類精工系統(tǒng)的機床為普通精工(Numerical Gontrol , NC)機床。 1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路精工裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了精工機床種類和數(shù)量的發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，小型計算機開始取代專用精工計算機，精工的許多功能由軟件程序?qū)崿F(xiàn)。這樣組成的精工系統(tǒng)稱為計算機精工系統(tǒng)(Computer Numerical Contrul ,CNC ) 。1970年在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了精工機床采用小型計算機的計算機精工裝置。精工系統(tǒng)發(fā)展到了第四代。 1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存儲器的微型計算機精工裝置(簡稱MNC)，這是第五代精工系統(tǒng)。 20世紀(jì)80年代初，隨著計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進行人機對話式自動編制程序的精工裝置;精工裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上;精工機床的自動化程度進一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。 20世紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了PC + CNC智能精工系統(tǒng)，即以PC機為控制系統(tǒng)的硬件部分，在PC機上安裝NC軟件系統(tǒng)，此種方式系統(tǒng)維護方便，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造。由于基于PC的開放式精工技術(shù)可以充分利用PC機豐富的軟、硬件資源和適于PC機的各種先進技術(shù)，已成為精工技術(shù)的發(fā)展趨勢。精工系統(tǒng)從1952年開始，經(jīng)歷了第一代的電子管、第二代的晶體管、第三代的小規(guī)模集成電路、第四代的計算機精工以及第五代的軟件精工和微處理器的發(fā)展過程。現(xiàn)在精工系統(tǒng)發(fā)展迅猛、性能愈來愈強大，可以滿足不同層面用戶的需要，精工系統(tǒng)的性能決定了精工機床的功能。發(fā)展趨勢 1.精工系統(tǒng) 推動精工技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是精工系統(tǒng)。當(dāng)今占絕對優(yōu)勢的微處理器精工系統(tǒng)的發(fā)展極為迅速，而且勢頭不減。(1)新一代精工系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu)。從20世紀(jì)90年代以來，世界上許多精工系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機為平臺和豐富的軟、硬件資源，開發(fā)了開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代精工系統(tǒng)。近幾十年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國科學(xué)制造中心與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站/機床控制器體系結(jié)構(gòu)”（NGC），歐共體的“自動化系統(tǒng)中開放式體系結(jié)構(gòu)”(OSACA)，日本的OSEC計劃等。 (2)新一代精工系統(tǒng)控制性能大大提高。精工系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，精工系統(tǒng)引人了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ?，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。 2.機床結(jié)構(gòu) （1）提高機床支承部件及結(jié)合部件的剛度。對提高精工機床的動態(tài)特性有重要作用，人們正在對支承件的材料、布局結(jié)構(gòu)形式及結(jié)合方式作進一步探索。 (2)向高速化發(fā)展。近些年來，隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新資料的應(yīng)用，對精工機床加工的高速化請求越來越高。主軸轉(zhuǎn)速，機床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機)，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000 r/min;運算速度，微處理器的迅速發(fā)展為精工系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障;換刀速度，現(xiàn)在國外優(yōu)秀加工中心的刀具交流時間廣泛已在1s左右，高的已達(dá) 0. 5s。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0. 9s.。 (3)向高精度化發(fā)展.提高精工機床及加工中心加工精度的方法是提高精度診斷技術(shù)、提高圓弧插補補償精度和定位精度;提高精工系統(tǒng)的分辨率可提高機床的位置精度。精工機床精度的請求當(dāng)今己經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。; (4)不斷擴大功能復(fù)合化。復(fù)合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能實現(xiàn)從毛坯至成成品的多種要素加工。根據(jù)其構(gòu)造個性可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)劑刀具的輔助時間以及中心過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)工序的分散的生產(chǎn)方法具有明顯優(yōu)勢。 3.伺服驅(qū)動系統(tǒng) 當(dāng)代精工機床的伺服系統(tǒng)趨向于采用數(shù)字式交流伺服與主驅(qū)動(或伺服)，把微電子技術(shù)與計算機引進電機控制，使交流伺服電機的位置、速度及電流調(diào)節(jié)逐步實現(xiàn)數(shù)字化，進一步提高控制精度、速度及柔性。隨之進給速度提高到60一200 m/min。在必須采用直線伺服電機驅(qū)動，實現(xiàn)所謂的“零傳動”的直線伺服進給方式，主軸驅(qū)動采用高速大功率電主軸，即將電機轉(zhuǎn)子直接套裝在機床主軸上。在數(shù)字控制基礎(chǔ)上，能采用軟件控制，可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，且有前饋控制功能和學(xué)習(xí)控制功能及各種軟件補償功能.。采用高分辨率位置檢測裝置，如高分辨率脈沖編碼器，不僅可以提高位移檢測分辨率，而且還可以通過微分形成速度信號，同時實現(xiàn)速度檢測功能。 4..精工裝置向高速、高效、高精度、高可靠性發(fā)展要提高加工效率，首先必須提高切削和進給速度，同時，還要縮短加工時間;要確保加工質(zhì)量，必須提高機床部件運動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證。為此，必須要有高性能的精工裝置作保證。機床向高速化方向發(fā)展，充分發(fā)揮現(xiàn)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，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。 5.智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化 21世紀(jì)的精工裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在精工技術(shù)系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)載、自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)地診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的精工系統(tǒng)封閉性和精工應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題，精工系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為精工系統(tǒng)發(fā)展的未來之路。目前開放式精工系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范，運行平臺、精工系統(tǒng)功能庫以及精工系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。精工裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式，如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。 6.重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立精工標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。精工技術(shù)誕生后的50多年間的信息交換都是基于ISO 6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G ,M代碼描述如何加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代精工技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO 14649 ( STEP - NC )，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。STEP一NC的出現(xiàn)可能是精工技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于精工技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP一NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)下，這正是精工技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向:，其次，STEP一NC精工系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙(約75% )、加工程序編制時間(約35%)和加工時間(約50%)、. 7.模塊化、柔性化和集成化為了適應(yīng)精工機床多品種、小批量的特點，機床結(jié)構(gòu)要模塊化，精工功能要專門化，機床性能價格比要顯著提高并加快優(yōu)化。精工機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(精工單機、加工中心和精工復(fù)合加工機床)、線(FMC，F(xiàn)MS，F(xiàn)ML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展;另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。精工機床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD,CAM,CAPP,MIS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展;網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。 8.機床的操作與編程新一代精工機床要有用戶控制界面，使得機床操作與編程更為方便。應(yīng)實現(xiàn)人機交.互式宏程序設(shè)計、三維圖形仿真實驗，而且進一步實現(xiàn)“前臺加工，后臺程序編制”的所謂前后臺功能，進一步提高精工機床的利用率。此外還要有實物示教編程，高效的CAD/CAPP/CAM集成化自動編程。還應(yīng)引進圖像識別、聲控識別等模式識別技術(shù)，使系統(tǒng)能自己辨認(rèn)圖像，按照自然語言進行加工等。 (t)簡化編程，提高柔性和精度是當(dāng)前精工軟件的開發(fā)重點課題之一。有些精工系統(tǒng)具備控制和編程功能，系統(tǒng)內(nèi)包含大量固定循環(huán)、子程序和工藝數(shù)據(jù)，并能自動計算交點、切點等數(shù)據(jù)，使程序編制和校驗很方便。有的還有宏程序的設(shè)計功能，會話式自動編程、藍(lán)圖編程等功能，從語言編程發(fā)展到圖形編程。 (2)為適應(yīng)CIMS及CAD/CAM一體化技術(shù)的發(fā)展需要，精工編程系統(tǒng)出現(xiàn)了向集成化(精工編程在CAD/CAM系統(tǒng)中的集成)和智能化(將人的知識加入集成化的CAD/CAM系統(tǒng)中，并將人的判斷及決策交給機器完成)發(fā)展的趨勢。可以認(rèn)為集成化與智能化是當(dāng)前精工編程的發(fā)展方向。目前，在集成化方面已有許多研究成果，在智能化方面尚需開拓與努.力。 9.通信功能現(xiàn)代精工機床都應(yīng)具備強大的通信功能，可以與其他CNC系統(tǒng)、上位機、編程機及各種外設(shè)進行通信，滿足DNC(群控)、柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)，以及進一步聯(lián)網(wǎng)組成計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的要求，精工系統(tǒng)除了具備RS一232C或RS一422等高速遠(yuǎn)距離通信接口外，還應(yīng)具備DNC接口，采用符合ISO互聯(lián)(OSI)參考模型的有關(guān)協(xié)議，如MAP/MMS，即制造自動化協(xié)議/制造報文規(guī)范和現(xiàn)場總線等。今后，隨著計算技術(shù)、測試技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、材料和機械結(jié)構(gòu)等方面的研究和知識的進步，精工技術(shù)也必將面臨新課題的挑戰(zhàn)。小結(jié) 本章主要論述了精工系統(tǒng)、精工技術(shù)、精工機床的概念、精工技術(shù)的組成、精工機床的工作原理與組成、精工機床的分類及特點和精工技術(shù)的發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢。精工技術(shù)是用數(shù)字化信號對機床運行及其加工過程進行控制的一種方法，簡稱精工。精工系統(tǒng)，根據(jù)ISO的定義:“精工系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機床移動和加工零件。” 精工機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用代碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。精工技術(shù)由機床本體、精工系統(tǒng)及外圍技術(shù)三部分組成。精工機床的工作原理是：首先按照零件加工的技術(shù)和工藝要求編寫零件加工程序，然后將加工程序輸入到精工裝置，最后通過精工裝置控制主軸的轉(zhuǎn)動、進給運動、更換刀具以及工件的夾緊與松開、冷卻潤滑泵的開與關(guān)，使刀具、工件和其他輔助裝置按加工程序規(guī)定的次序、軌跡和參數(shù)進行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。精工機床一般由程序載體、輸入裝置、精工(CNC)裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、強電控制裝置、位置檢測裝置、機床(主運動機構(gòu)、進給運動機構(gòu)、輔助動作機構(gòu))組成。精工機床的品種規(guī)格很多，可以從不同的角度進行分類，常用的分類方法有：按控制系統(tǒng)的特點分類、按伺服系統(tǒng)控制方式分類、按工藝用途分類和按精工系統(tǒng)的功能水平分類。與普通機床相比，精工機床具有以下特點:①適合于復(fù)雜異形零件的加工；②具有高度柔性;③加工精度高;④加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠；⑤生產(chǎn)率高;⑥改善勞動條件；⑦利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化；⑧易于建立計算機通信網(wǎng)絡(luò)；⑨維修困難。簡要說明了精工機床的發(fā)展歷史和精工技術(shù)的發(fā)展趨勢。精工技術(shù)的發(fā)展趨勢：①精工系統(tǒng)，新一代精工系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu)，新一代精工系統(tǒng)控制性能大大提高;②機床結(jié)構(gòu)，提高機床支承部件及結(jié)合部件的剛度，向高速化發(fā)展，向高精度化發(fā)展，不斷擴大功能復(fù)合化;③伺服驅(qū)動系統(tǒng)，當(dāng)代精工機床的伺服系統(tǒng)趨向于采用數(shù)字式交流伺服與主驅(qū)動(或伺服)，把微電子技術(shù)與計算機引進電機控制，使交流伺服電機的位置、速度及電流調(diào)節(jié)逐步實現(xiàn)數(shù)字化，進一步提高控制精度、速度及柔性;④精工裝置向高速、高效、高精度、高可靠性發(fā)展;⑤智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化;⑥重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立;⑦模塊化、柔性化和集成化;⑧機床的操作與編程，簡化編程，精工編程在CAD/CAM系統(tǒng)中的集成和智能化;⑨通信功能。

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