CA6140普通车床数控化现状与发展

普通车床数控化现状与发展

引言：随着社会生产和科学技术的飞速发展，机械生产的日益复杂，需要越来越复杂的技术，普通的机床已经不能满足这些要求，所以数控机床得到了发展。这种新型的机床具有适应性强，加工精度高，加工质量稳定，生产效率高的优点而得到普遍的应用。它综合应用了电子计算机，自动控制，伺服驱动，机密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是未来机床发展的主流趋势。

一．数控机床的产生

数控机床起源于美国，1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床的研究，并与1952年试制成功第一台有大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产[1]。

当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需求的部门用来加工复杂型面零件：1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，是数控装置进入了第二代，体积小，成本有所下降：1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快的发展，是数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。

1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗小，而且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了有一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC）有成群控系统：采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC），是数控装置进土了一小型计算机化为特征的第四代。

1974年，研制成功使用微处理器和半导体存储器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的二十分之一，价格降低了四分之三，可靠性也得打了极大的提高。

80年代初，随着计算机软硬件的技术发展，出现了能进行人机对话时自动编制程序的数控装置：数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上：数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能[2~3]。

数控机床主要有数控装置，伺服机构和机床主题组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或有数控装置的键盘直接手动输入。

数控装置包括程序读入装置和有电子线路促成的输入部分，运算部分，控制分布和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制，直线公职，连续轨迹控制三类。私服机构分为开环，半闭环和闭环三种类型[4]。

为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度，精度，抗震性，热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠，静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨，滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性病是低速运动是不出现爬行现象。

由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用处轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的床动机构。机床布局便于排屑和工件装卸部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床抢点控制的可靠性和灵活性[5]。

随着微电子技术，计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能，具备完善的自诊断功能：可靠性也大大提高：数控系统本身将普遍实现自动编程。

未来的数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多：激光加工等技术将应用在切削加工机床山，从而扩大多工序集中的工艺范围：数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。

二．我国数控机床的发展现状

我国从1058年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床，并使之成功第一台电子管数控机床。从1965年开始，研制晶体管数控系统，知道60年代末和70年代初，研制的劈锥数控铣床，非圆锥插齿机等获得成功。与此同时，还开展了数控加工平面零件自动编程的研究。1972-1979年是数控机床的生产和试用阶段。从80年代初开始，随着我国开放政策的实施，先后从日本，美国，德国等国家引进先进的数控技术。上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统等。在引进，消化，吸收国外先进技术基础上，北京机床研究所有开发出BS03经济数控系统和BS04全功能数控系统，航空航天部706所研制出MNc864数控系统等。进而推动了我国数控技术的发展，是我国数控机床在品种上，性能上以及水泥工商均有了新的飞跃。我国的数控机床已跨入一个新的发展阶段[6]。

三．数控机床的发展趋势

1.高速化

随着汽车，国防，航空，航天等工业的高速发展以及铝合金等材料的应用，对数控机床的高速化要求越来越高。

2.高精度化

数控机床精度的要求现在应经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度，热变形以及对震动的监测和补偿越来越获得重视。

3.功能复合化

复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能的完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为公益复合型和工序符合性两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合加工中心，车铣复合车削中心，喜糖钻车复合复合加工中心等：工序复合型机床如多面多丑联动加工的复合机床和双逐臭车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸，更换和调整刀具的辅助时间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，现对于传统的供需分散的生产方法具有明显的优势。加工过程的复合化也导致了机床向模块化，多愁化发展。德国index公司最新推出的车削加工中心是模块化结构，该加工中心能够完成车削，铣削，钻削，滚齿，磨削，激光热处理等多种工序，

可完成复杂零件的全部加工，随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多愁联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。在2005年中国国际机床展览会上，国内外制造上展出了形式各异的多愁加工机床以及实现了4-5抽联动的五轴高速门市加工中心，五轴联动高速铣削中心等。

4.控制智能化

随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化，制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高[7]。

四．数控机床的改造意义

目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率[8]。

数控机床的改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在60年代已经开始迅速，发展的原因是多方面的，主要有技术，经济，市场和生产商的原因。我国是拥有300多万台机床的国家。而这些机床又大多是多年累计生产的普通机床，不论资金和我国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化改装，是我国现有设备技术改造迫切需要解决的课题。[9]用数控技术改造机床，正是适应了这一要求。它是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入微观的应用，不但技术上具有先进性，同时，在应用上比其他传统的自动化改装方案，有较大的通用性与可调性。而且所投入的改造费用低，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的三分之一到五分之一。[10]从若干但未成功应用的比例可以证明，投入使用后，确实成倍的提高了生产效率，减少了废品率，取得了显著的技术经济效益。因此，我国提出了从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，在足部推广全功能数控这条道路，适合我国的经济水平，教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造的主要方向之一。同时，它还可以作为全功数控机床应用的准备阶段，为今后使用全功能数控机床，培养人才，积累维护，使用经验，而且也是实现我国传统的机械制造技术向机电一体化的方向过渡的主要内容之一。

五．参考文献

[1] 唐仲文，等.机电一体化技术应用实例. 北京：机械工业出版社, 1997,8.1-17

[2] 张建民，等.机电一体化系统设计. 北京：北京理工大学出版社, 2003,7,45-53

[3] 徐时彬，机械设计手册. 北京：国防工业出版社, 1997,2 ，32-34

[4] 王永章,杜君文, 程国全. 数控技术. 北京：高等教育出版社, 2001,1.11-17

[5] 张柱银，熊显文. 数控原理与数控机床（第二版）.化学工业出版社, 2008, 7

[6] 熊光华. 数控机床.机械工业出版社, 2001,3.56-61

[7] 黄勇，陈子辰. 机床数控系统的发展趋势. 浙江大学出版社, 2005, 2.23-36

[8] 杨洪岩. 浅谈机床的数控化改造方法. 工业设计, 2009 ,9.11-16

[9] 兰通联. 提高数控机床改造精度方法探讨. 电子机械, 2010 ,5.2-23

[10] Jan Karlsson. ROBOT INVESTMENTS SURGE TO RECORD LEVELS. United Nations Economic Commission for Europe. Press Release ECE/STAT/05/P01. Geneva, 4 February 2005