數(shù)控機床的原理分類及數(shù)控技術的發(fā)展研究

李紀明

【摘要】數(shù)控機床是運用數(shù)控技術對零件進行加工和控制的機床，是在普通機床的基礎上發(fā)展起來的，數(shù)控機床有非常明顯的優(yōu)勢，加工精度較高、柔性較好，而且相對穩(wěn)定，能夠加工復雜的零件，因此在很大程度上降低了工人的勞動強度，也更加符合現(xiàn)代化管理的要求，因此在機械制造行業(yè)得到了廣泛的引用。數(shù)控機床的種類有很多，本文對數(shù)控機床的原理、分類進行了分析，并探討了數(shù)控技術的發(fā)展。

【關鍵詞】數(shù)控機床 原理分類 數(shù)控技術 發(fā)展

數(shù)控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品，涉及到計算機軟件技術、電子技術、自動控制技術、液壓與氣動技術、白動檢測技術和精密機械技術等多個領域，隨著可續(xù)而技術的不斷進步，目前數(shù)控機床已經(jīng)被廣泛的使用到了企業(yè)的生產(chǎn)工作中，對工作人員提出了更高的要求。

一、數(shù)控機床的原理

數(shù)控機床主要由程序編制及程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體和輔助控制裝置幾個部分組成，在數(shù)控機床工作的過程中，第一，將編制好的加工程序通過操作面板進行操作，將數(shù)字信息傳送到數(shù)控裝置中；第二，數(shù)控裝置在接收到信號之后，對信號進行處理，并將處理之后的信號以脈沖信號的形式進行分配，一方面發(fā)送進給的執(zhí)行命令給進給伺服系統(tǒng)，另一方面將指令信號發(fā)給可編程序控制器；第三，在可編程序控制器接到指令信號之后，控制機床本體立即執(zhí)行相應的指令，并將執(zhí)行情況反饋給數(shù)控裝置；第四，在伺服系統(tǒng)接收到進給執(zhí)行命令之后，會驅(qū)動機床本體的各個坐標軸按照指令的要求進行精確的位移，從而完成工件的加工；第五，在機床本體各個坐標軸進行位移的過程中，檢測裝置會將位移的實測值實時的反饋給數(shù)控裝置，并向伺服系統(tǒng)發(fā)出補償執(zhí)行指令，直至實測值與指令值一致；第六，如果在各個坐標軸位移的過程中，超過了指令值，限位裝置就會向數(shù)控裝置發(fā)出超程的信號，數(shù)控系統(tǒng)在報警的同時會給伺服系統(tǒng)發(fā)出停止執(zhí)行的命令。

總而言之，數(shù)控機床的工作原理可以簡要概括為數(shù)控裝置內(nèi)的計算機通過對輸入裝置輸入信息進行處理之后，通過伺服系統(tǒng)向機床主軸和進給機構發(fā)出相應的指令，機床主體按照指令進行相應的運動，控制工件的運動軌跡、進給速度和位移量，并通過檢測反饋裝置完成檢測反饋工作，實現(xiàn)對工件的加工。

二、數(shù)控機床的分類

根據(jù)不同的標準，可以將數(shù)控機床分類，以下主要介紹了按伺服系統(tǒng)類型分類、按控制運動的方式分類、按工藝用途分類和按數(shù)控裝置的功能分類四種。

（一）按伺服系統(tǒng)類型分類

按照不同的伺服系統(tǒng)類型，數(shù)控機床可以分為開環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機床、閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機床和半閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機床，在數(shù)控裝置發(fā)出指令之后，何服系統(tǒng)控制機床會按照指令執(zhí)行件運動時，但是盡管如此，在執(zhí)行件運動時也不可避免的會存在一定的誤差。滾珠絲杠的導程、減速齒輪和傳動、伺服電動機的轉(zhuǎn)角甚至是導軌的副抵抗爬行能力，都會影響執(zhí)行件的運動。對于這三種不同伺服系統(tǒng)的數(shù)控機床，所使用的電動機、對執(zhí)行件的測量和對誤差的補償都不相同。對于開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機床來說，具有維修方便、成本較低的優(yōu)點，但是由于不進行執(zhí)行件的測量和誤差誤差，因此精度不高，所以一般都是應用在一些中小型的數(shù)控機床上；閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點是精度高，但是與此同時成本也比較高，所以一般都是用在一些對精度有較高要求的大型、精密數(shù)控機床上；半閉環(huán)系統(tǒng)只對部分誤差進行補償，是一種介于兩者之間的系統(tǒng)，加工精度要高于開開環(huán)系統(tǒng)，但是無法與全閉環(huán)系統(tǒng)的加工精度相比。

（二）按控制運動的方式分類

根據(jù)不同的控制運動的方式，數(shù)控機床可以分為點位控制數(shù)控機床、直線控制數(shù)控機床和輪廓控制數(shù)控機床三種。在點位控制數(shù)控機床中，通過控制加工平面內(nèi)刀具相對于工件的定位點坐標位置，來完成數(shù)控加工的一種控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)一般應用在數(shù)控鉆床、數(shù)控躺床和測量機等方面。而對于直線控制數(shù)控機床，則是對刀具或工件的進給運動進行控制的一種控制系統(tǒng)，從而控制刀具能夠沿一定的方向和一定的速度進行運動，這種控制系統(tǒng)大多被應用在數(shù)控加工中心。對于輪廓控制數(shù)控機床，比較適合加工一些較為復雜的零件，是通過兩個以上坐標軸進行同時控制的一種數(shù)控機床，從而使刀具與工件作相對運動。在實際的生產(chǎn)中，所使用的大部分機床都是輪廓控制數(shù)控機床，這類控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用。

（三）按工藝用途分類

平時我們所說的數(shù)控機床和數(shù)控加工中心則是根據(jù)不同的工藝用途進行分類的，對于數(shù)控車、數(shù)控鉆、數(shù)控銑和齒輪加工等簡單的加工，一般都是數(shù)控機床；對于相對復雜擁有換刀機械手，能夠?qū)崿F(xiàn)多種工序加工的，一般稱之為數(shù)控加工中心。

（四）按數(shù)控裝置的功能分類

根據(jù)不同的數(shù)控裝置功能，數(shù)控機床有有簡易型和經(jīng)濟型之分，建議性的數(shù)控機床只具備單一的功能，但是價格相對便宜；而經(jīng)濟型的數(shù)控機床雖然功能不如數(shù)控機床健全，但是操作起來簡便，也具有相對可靠的性能。

三、數(shù)控技術的發(fā)展

隨著科學技術的不斷發(fā)展，數(shù)控機床結(jié)合了機械原理、機構學、控制理論、數(shù)值計算和計算機科學多門學科，并且隨著功能部件的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的運動速度、控制方式和運算能力都在不斷的提升，機床功能也逐漸向工藝復合、智能處理方向發(fā)展。在目前的制造系統(tǒng)中，工業(yè)機器人成為了在機床應用中的重要發(fā)展趨勢，將機器人與機床結(jié)合起來，能夠有效的結(jié)合二者的優(yōu)點，彌補不足，對于實現(xiàn)數(shù)控機床的全天連續(xù)無人化運轉(zhuǎn)有重要的幫助。

四、結(jié)束語

總而言之，相比于傳統(tǒng)的機床，數(shù)控機床表現(xiàn)出了一系列明顯的優(yōu)勢，并且逐漸的受到了人們的重視，隨著數(shù)控技術的發(fā)展，機床的結(jié)構、種類都發(fā)生了很大的變化，為了控制技術會越來越先進，新型機床會越來越多，因此對掌握數(shù)控機床的原理分類，對數(shù)控技術的發(fā)展進行研究具有非常重要的意義。

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