數控機床是綜合應用了當代最新科技成果而發(fā)展起來(lái)的新型機械加工機床，40年來(lái)，數控機床在品種、 數量、 加工范圍與加工精度等方面有了情人的發(fā)展同，大規模集成電路和重型計算機的發(fā)展和完善，使數控機床的逐年下降，而精度和可靠性卻大提高。數控機床不僅表現為安生量迅速增長(cháng)，而且在質(zhì)量、性能和控制方式上也有明顯改善。目前，數控機床正朝著(zhù)以下幾個(gè)方面發(fā)展。

1.數控機床結構的發(fā)展

數控機床加工工件時(shí)，完全根據計算機發(fā)出的指令自動(dòng)進(jìn)行加工，不允許頻繁測量和進(jìn)行手動(dòng)補償，這就要求機床結構具有較高的靜剛度與動(dòng)剛度，同時(shí)要提高結構的熱穩定性，提高機械進(jìn)給系統的剛度并消除其中的間隙，消除爬行。這樣可以避免振動(dòng)、熱變形、爬行和間隙等影響，從而搞被加工工件的精度。

同時(shí)數控機床由普通數控機床向數控加工中心發(fā)展，加工中心可使多道工序集中在一臺機床上完成，減少了機床，壓縮了半成品庫存存量，減少了工序的輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。

繼數控加工中心出現之后，又出現了數控機床、工業(yè)機器人（或工件交換機）和工件臺架組成的加工單元，工件的裝卸、 加工實(shí)現全自支化控制。

為實(shí)現工件自動(dòng)裝卸，以鏜銑床為基礎的數控加工中心可使用兩個(gè)交換工作臺。一個(gè)工作臺加工工件時(shí)，別一個(gè)工作臺由工人裝夾待加工的工伯，在計算機控制下，自動(dòng)地把待加工工伯送去加工，并自動(dòng)指卸下加工好的工件，工件由自動(dòng)輸送車(chē)搬動(dòng)。如果這種加工中心有較多的交換工作臺，便可實(shí)現長(cháng)時(shí)間無(wú)人看管加工。這種形式的數控機床稱(chēng)為柔性制造單元。

2.計算機控制性能的發(fā)展

目前，數控系統大都采用多個(gè)微處理器組成的微型計算機作為數控裝置的核心，因而數控機床的功能大大增強。但隨著(zhù)著(zhù)人們對數控機床的精度和進(jìn)給速度要求進(jìn)一步提高，要求計算機的運算速度就更高�，F在計算機控制系統使用的16位CPU不涌滿(mǎn)意足這種要棣，所以國外各大公司競相開(kāi)發(fā)32位微處理器的超高頻算機數控系統。這種控制系統更像通用的計算機，可以使用感觸盤(pán)作為外存儲器并且允許使用高級語(yǔ)言編程。計算機數控系統還可含有可編程控制器，可完全代替傳統的斷電器邏輯控制，取消了龐大的電氣控制箱。

3.伺服驅動(dòng)系統的發(fā)展

最早的數控機床采用步時(shí)宜電機和液壓轉矩入大器（又稱(chēng)電液脈沖馬達）作為驅動(dòng)電機。功率較大，可直接驅動(dòng)機床，使用方便，逐漸取代了電流脈沖馬達。

20世紀60年代初期，美國和歐洲采用液壓伺服系統。同期，日本首先研制出一種新型小慣直流伺服電機，其動(dòng)態(tài)響應快，不亞于液壓伺服系統，同時(shí)，用來(lái)驅動(dòng)直流伺服電機的大功率晶閘管整流器的價(jià)格下降，所以在60年代中后期數控機床上普遍采用小慣量直流伺服電機。小慣量直流伺服電機最大的特點(diǎn)是轉速高，用于機床進(jìn)給驅動(dòng)時(shí)，必須使用齒輪減速箱，為了省去齒輪箱，70年代，美國蓋梯茨公司首先研制成功了大慣量直流伺服電機，又稱(chēng)寬調速直流伺服電機，可以直接與機床的絲械相連。目前，許多數控機床都是使用大慣量直流伺服電機。

直流伺服電機結構復雜，經(jīng)常需要維修。80年代初期美國通用電氣公司成功研制出籠型異步交流伺服電機。交流伺服電機的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有時(shí)快時(shí)電刷，避免了滑動(dòng)摩擦，盍時(shí)無(wú)火花，進(jìn)一步搞了可靠性，交流伺服電機也可以直接與滾珠絲杠相互連接，調整范圍與大尼量直流伺服電機相近。根據統計，歐美日近年生產(chǎn)的數控機床，采用交流伺服電機進(jìn)行調速的占80%以上，采用直流伺服電機的所占比例不足20%/楞以捍出，采用交流伺服電機的調整系統已以成為數控機床的主要調速方法。

4.自適應控制

閉環(huán)控制的數控機床，主要監控機床和刀具的相對位置或移動(dòng)軌跡的精度。數控機床嚴格按照加工前編制的程序自動(dòng)進(jìn)行加工，但是有一些因素（例如，工件加工余量不一致，工件的材料質(zhì)量不均勻，刀具磨損等引起的切削的變化，以及加工時(shí)溫度的變化等），在編制程序時(shí)無(wú)法準確考慮，往往根據可能出現的最壞情況估算，這樣就沒(méi)有充分發(fā)揮數控機床的能力。如果能在加工過(guò)程式中，根據實(shí)際參數的變化值，自動(dòng)改變機床切削進(jìn)給量，使數控機床能適應任一瞬時(shí)的變化，始妖冶保持在最佳加工狀態(tài)，這種控制方法叫自適應控制方法，其工作過(guò)程式是通過(guò)各種傳感順測得的加工過(guò)程式中參數的變化信息，并傳送到自適應控制器，與預先存儲的有關(guān)數據進(jìn)行比較分析，然后發(fā)出校正指令送到數控裝置，自動(dòng)修正程序中的有關(guān)數據。

計算機控制裝置為自自適應挖掘提供了物質(zhì)條件，只要在傳感器檢測技術(shù)方面有所突破，數控機床的自適應能力必將大大提高。

5.計算機群控

計算機群控可以簡(jiǎn)單地理解為，用一臺大型通用計算機直接控制一群機訂，科稱(chēng)DNC系統。根據機床群與計算機連接的方式不同，可以分為間接型和計算機網(wǎng)絡(luò )三種不同方式。

間接型DNC是使用主計算機控制每臺數控機床，加工程序全存放在主計算機內，加工伯件時(shí)，由主計算機將加工程序分別送到每臺數控機床的數控裝置中，每臺數控機床還保留插補運算等控制功能。

在直接型DNC中，機床群中每臺機床不再安裝數控裝置，只有一個(gè)由伺服驅動(dòng)電路和操作面板組成的機床控制器。加工過(guò)程所需要的插補運算等功能全部集中，由主計算機完成。這種系統內的任何一臺數控機床都不能脫離主計算機單獨工作。

計算機網(wǎng)絡(luò )DNC系統，該系統使用計算機網(wǎng)絡(luò )協(xié)調各個(gè)數控機床工作，最終可以將該系統與整個(gè)工廠(chǎng)的計算機邊成網(wǎng)絡(luò )，形成一個(gè)較大的、較完整的制造系統。

6.柔性制造系統（FMS）

柔性制造系統是一種把自動(dòng)化加工設備、物流自動(dòng)化加工處理和信息流自動(dòng)處理融為一體的智能化加工系統。進(jìn)入20世紀80年代之后，柔性制造系統得到迅速發(fā)展。

(1)加工子系統

根據工件的工藝要求，加工子系統差別很大。加工子系統由數控車(chē)床、數控端面外圓磨床、  數控車(chē)床、立式加工中心和臥式加工中心組成，五個(gè)加工單元配有四臺工業(yè)機器人，單元2還配有數控清洗機，該系統可以加工伺服電機的軸類(lèi)、法蘭盤(pán)類(lèi)、支架體類(lèi)和殼體類(lèi)等共14種零件。

(2)物流子系統

該系統由自動(dòng)輸送小車(chē)、各種輸送機構、機器人、工件裝卸站、工件存儲工位、刀具輸入輸出夔刀庫等構成。物流子系統在計算機的控制下生動(dòng)完成刀具和工件的輸送工作。

(3)信息流子系統

該系統由主計算機、分級計算機及其接口、外圍設備、各種控制裝置的硬件和軟件組成。信息流子系統的主要功能是實(shí)現各子系統之間的信息聯(lián)系，對系統進(jìn)行管理，確保系統的正常工作。對一個(gè)復雜系統，只有通過(guò)計算機分組管理才能對系統進(jìn)行更有效的管理，保證在工作時(shí)各部分保持協(xié)調一致。

對FMS，計算機系統一般分為三級：第一級為主計算機，又稱(chēng)為管理計算機。管理計算機要根據調度作業(yè)命或命令根據現聲反饋信號（如故障、報警信號）運行“作業(yè)高度軟件”，實(shí)現各種工況的作業(yè)調度計劃，并對下一級計算機發(fā)出相應的控制指令；第二級為過(guò)程控制計算機，包括計算機群控（DNC）、刀具管理計算機和工件管理計算機，其作用是接收主計算楊的指令，根據指令對下屬設備實(shí)施具體管理；第三級由各設備的控制計算機構成，實(shí)現具體的程序動(dòng)作。

信息流子系統由中央管理計算機、物流控制計算機、單元控制計算機、各數控機床和機器人中的數控裝置及信息傳送網(wǎng)絡(luò )組成。

 

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