数控机床的应用与发展研究
数控机床的发展过程与应用研究数控机床的发展过程与应用研究摘要制造业是衡量一个国家综合实力和现代化水平的一个重要指标。数控技术是先进制造技术的基础，随着世界制造业的转移，我国正在逐步成为世界加工厂。本文首先从数控机床的分类、数控机床的编程切入；再细致的介绍数控机床的伺服系统及检测元件；从数控机床的零部件及运动的分析得出诊断的故障；最后，对数控机床的发展趋势以及先进制造技术进行了一些预测和探究。关键词 数控机床； 数控编程； 数控加工The development of CNC machine tools and applied researchAbstract Manufacturing is an important indicator to measure a country's comprehensive strength and the level of modernization. CNC technology is the foundation of advanced manufacturing technology, with the transfer of world manufacturing, China is gradually becoming the world's factory. this paper start with the classification from CNC machine tools and the CNC machine programming; then detailed descripes the servo system of CNC machine tools and testing devices; from CNC machine toolss parts and motion analysis to the fault diagnosis; Finally, make some explore and predict for the development of CNC machine tools trends and advanced manufacturing technology.Keywords CNC machine tools; CNC programming; CNC machining目录引言 11数控机床的分类 21.1按加工工艺方法分类 21.2按控制运动轨迹分类 31.3按伺服驱动特点分类 42数控机床的伺服系统及检测元件 72.1概述 72.2数控机床伺服驱动装置 72.2数控机床检测装置113数控加工程序编制163.1编程的基本概念163.2基本编程指令183.3数控车床的程序编制233.4数控铣床的程序编制254数控机床的故障诊断274.1概述274.2数控机床机械故障的诊断274.3人工智能在故障诊断中的应用305数控技术的发展与应用前景325.1我国数控机床的现状325.2数控机床的发展趋向325.3先进制造技术简介34结束语37致谢语38参考文献39数控机床的发展过程与应用研究引言现代数控技术集机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感器检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的基础，它的发展和应用开创了制造业的新时代，使得世界制造业的格局发生了巨大变化。数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段，它的广泛使用给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来了深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计；数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。 作为数控技术的物质载体数控机床，不仅是体现现代机械加工技术的重要设备，也是衡量一个国家现代化水平的重要标志。本课题从数控机床的起源、数控机床的发展过程及数控机床的应用，并通过相关的应用实例，以达到透彻地了解数控机床的目的。通过本课题的研究，可以对数控机床国内外的发展及在工程设计中的实际应用有比较全面的了解，并能正确地选择数控机床和应用，为毕业以后的实际工作打下良好的基础1 数控机床的分类 数控机床品种规格繁多，对数控机床的分类方法较多，但定义明确，一般有以下几种分类方法。1.1按加工工艺方法分类1、普通数控机床普通数控机床是指加工用途，加工工艺相对单一的数控机床。按照加工用途可分为数控车床、数控铣床、数控镗床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。这些数控机床虽然加工工艺方法各异，控制方式也各不相同，但他们与传统的同类机床相比，具有精度一致性好，生产率及自动化程度高的共同特点。除了数控金属切削数控机床以外，数控技术还大量用于压力机、冲床、弯管机、折弯机、电火花加工机床等。此外非加工设备中心也是数控技术应用的重要领域，如：数控多坐标测量机，自动绘图机及工业机器人等广泛采用了数控技术。2、加工中心普通数控机床一般只能进行单一工艺的加工，如前所述，在普通数控机床增加自动换刀装置（ATC）可以成为加工中心。加工中心进一步提高了数控机床的自动化程度和生产效率。以铣、镗、钻加工中心为例，工件通过一次装夹，就可以完成大部分加工面的铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，因此特别适合法兰，箱体类零件的加工。从实际工程使用中，习惯上将适用于钻、铣、镗类的加工中心，直接称为加工中心；将适合于车削类加工的加工中心，称为车削中心；但只带有回转刀架的数控机床，由于加工用途、工艺相对简单单一、换刀装置比较简单，故仍称为数控车床。加工中心可以有效的避免工件多次安装造成的定位误差，且减少机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产率和加工质量，因此，它是目前数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。特别是近来、国内外开发了集铣、镗、钻、车、磨等加工于一体的数控加工机床，此类加工中心，由于其用途十分广泛，因此被称为“万能加工中心”。如前所述，在加工中心的基础上，通过增加多工作台（托盘）自动交换装置（APC）以及其他相关装置，组成的加工单元称为柔性加工单元（FMC）。FMC是柔性制造系统的基础，因此，通常归入柔性制造系统的领域。1.2按控制运动轨迹分类 1、点位控制数控机床 点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 2、直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。 3、轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。1.3按伺服驱动的特点分类1、开环控制数控机床 图1-3-1 开环控制数控机床的系统框图 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。2、闭环控制数控机床闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图1-3-2所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过A将速度反
