数控机床在发展和应用论文

数控机床在发展和应

用论文

Revised on November 25, 2020

网络教育学院

本科生毕业论文（设计）

题目：数控机床在我国发展和应用

学习中心：

层次：专科起点本科

专业：机械设计制造及其自动化

年级： 2011 年春季

学号：

学生：

指导教师：徐磊

完成日期：2013 年3月 4 日

内容摘要

本文以数控机床为研究对象，首先阐述了数控机床的发展历程，尤其对其进给伺服系统和机械传动系统的发展过程进行了详细描述，接下来对我国数控机床的发展现状与发展趋势进行了介绍，并分析了其存在的问题，最后提出了针对我国数控机床的发展策略。

关键词：变电站；直击雷防护；雷电侵入波防护；接地保护

目录

前言

自20世纪末开始，我国制造业就开始了逐渐由制造大国向制造强国迈进了脚步，机床制造业也跟着取得数控机床快速增长的业绩。机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，既是生产力要素，又是重要商品。机床的发展和创新在一定程度上能映射出加工技术的主要趋势。近年来, 我国在数控机床和机床工具行业对外合资合作进一步加强, 无论在精度、速度、性能, 还是智能化方面都取得了相当的成绩。

在国际贸易中, 很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的主要机电出口产品。因此，对数控机床技术的发展历程进行总结分析，将有助于推进我国数控机床技术实现跨越式发展的目标。

1 数控机床的发展进程

自上世纪50年代以来，世界数控机床主要经历了数控NC（Numerical Control）和计算机数控CNC（Computer Numerical Control）2个阶段[2]。

数控NC阶段主要经历了以下3代：

第1代数控系统，始于50年代初年，系统全部采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件电路完成。

第2代数控系统，始于50年代末，以晶体管元件和印刷电路板广泛应用于数控系统为标志。

第3代数控系统，始于60年代中期，由于小规模集成电路的出现，使其体积变小、功耗降低，可靠性提高，推动了数控系统的进一步发展。

计算机数控CNC阶段也经历了3代：

第4代数控系统，始于70年代，当首个采用小型计算机的CNC装置芝加哥展览会上露面时，标志着CNC技术的问世。

第5代数控系统，70年代后期，中、大规模集成电路技术所取得成就，促使价格低廉、体积更小、集成度更高、工作可靠的微处理器芯片的产生，并逐步应用于数控系统。

第6代数控系统，始于90年代初，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统正朝着以个人计算机(PC)为基础，向着开放化、智能化、网络化等方面进一步发展。

数控机床通常由控制系统、进给伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。其中进给伺服系统作为数控机床的重要功能部件，其性能是决定数控机床加工性能的极其重要的技术指标。因此提高进给伺服系统的动态特性与静态特性的品质是人们始终追求的目标。接下来主要介绍一下进给伺服系统和机械传动系统的发展历程。

进给伺服系统

机床进给伺服系统，一般是上位置控制、速度控制、伺服电动机、检测部件以及机械传动机构五大部分组成。但在习惯上，通常是将位置控制部分与数控装置做在一起，而且也不包括机械传动机构。因此，习惯上所说的进给伺服系统，只是指速度控制、伺服电动机和检测部件三部分。而且，将速度控制部分称之为伺服单元或驱动器。按照伺服系统的结构特点，它通常有四种基本结构类型：开环、闭环、半闭环及混合闭环。而在机床中应用得最为广泛的是半闭环结构，这是由于它的环路中非线性因素少，容易整定，可以比较方便地通过补偿来提高位置控制精度，而且电气控制部分与执行机械相对独立，系统通用性强。

为了提高数控机床的性能，对机床用进给伺服系统提出了很高的要求。由于各种数控机床所完成的加工任务不同，所以对进给伺服系统的要求也不尽相同，但大致可概括为以下四个方面。

（1）高精度为了保证零件加工质量和提高效率，要保证数控机床的定位精度和加工精度。因此，在位置控制中要求有高的定位精度，如5μm、1μm等；而在速度控制中，要求有高的调速精度、强的抗负载扰动的能力，也即要求静态和动态速降尽可能小。

（2）快响应为了保证轮廓切削形状精度和加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要求系统有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，位置跟踪误差（位置跟踪精度）要小。

（3）宽调速范围它是指在额定负载时电动机能提供的最高转速与最低转速之比。对于一般的数控机床而言，要求进给伺服系统能在0～24m/min下都能正常工作。

（4）低速大转矩根据机床加工特点，大都是在低速时进行重切削，既要求在低速时进给伺服系统有大的转矩输出。

为了满足上述四点要求，对进给伺服系统的执行元件－－伺服电动机也提出了相应的要求，它们是：

（1）电动机在整个转速范围内都能平滑地运转，转矩波动要小，特别在低速时应仍有平稳的速度而无爬行现象。

（2）电动机应有一定的过载能力，以满足低速、大转矩的要求。

（3）为了满足快速响应的要求，电动机必须具有较小的转动惯量和大的堵转转矩、尽可能小的机电时间常数和起动电压。

（4）电动机应能承受频繁的起动、制动和反转。

机械传动系统

机械传动的作用：机械传动的作用是传递运动和力，常用机械传动系统的的类型有齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动、链传动、轮系等。

齿轮传动：齿轮传动是依靠主动齿轮依次拨动从动齿轮来实现的，其基本要求之一是其瞬时角速度之比必须保持不变。齿轮传动的分类：齿轮传动的类型较多，按照两齿轮传动时的相对运动为平面运动或空间运动，可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两大类。直齿圆柱齿轮轮齿的初始接触处是跨过整个齿面而伸展开来的线。斜齿轮轮齿的初始接触是一点，当齿进入更多的啮合时，它就变成线。在直齿圆柱齿轮中，接触是平行于回转轴线的。在斜齿轮中，该线是跨过齿面的对角线。它是齿轮逐渐进行啮合并平稳的从一个齿到另一个齿传递运动，那样就使斜齿轮具有高速重载下平稳传递运动的能力。斜齿轮使轴的轴承承受径向和轴向力。当轴向力变的大了或由于别的原因而产生某些影响时，那就可以使人字齿轮。双斜齿轮（人字齿轮）是与反向的并排地装在同一轴上的两个斜齿轮等效。他们产生相反的轴向推力作用，这样就消除了轴向推力。当两个或者跟多个单向斜齿轮在同一轴上时，齿轮的齿向应作选择，以便产生最小的轴向推力。