隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展伶离，機(jī)電產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜添毒。產(chǎn)品的精度要求越來(lái)越高、更新?lián)Q代的周期也越來(lái)越短暑锈，從而促進(jìn)了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展糊批。尤其是宇航、軍工哀卿、造船叛赚、汽車(chē)和模具加工等行業(yè)，用普通機(jī)床進(jìn)行加工（精度低稽揭、效率低俺附、勞動(dòng)度大）已無(wú)法滿足生產(chǎn)要求肥卡，從而一種新型的用數(shù)字程序控制的機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種機(jī)床是一種綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)事镣、自動(dòng)控制步鉴、精密測(cè)量和機(jī)械設(shè)計(jì)等新技術(shù)的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的自動(dòng)化機(jī)床璃哟。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼氛琢，或其他符號(hào)編碼指令（刀具移動(dòng)軌跡信息）規(guī)定的程序。具體地講随闪，把數(shù)字化了的刀具移動(dòng)軌跡的信息輸入到數(shù)控裝置阳似，經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算铐伴，從而實(shí)現(xiàn)控制刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)撮奏，加工出所需要的零件的機(jī)床，即為數(shù)控機(jī)床当宴。

1. 數(shù)控機(jī)床工作原理

按照零件加工的技術(shù)要求和工藝要求瘾枉，編寫(xiě)零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置贼欧，通過(guò)數(shù)控裝置控制機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)缸日、更換刀具勤友，以及工件的夾緊與松開(kāi)，冷卻绝话、潤(rùn)滑泵的開(kāi)與關(guān)李联，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序狼隶、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作睬够，從而加工出符合圖紙要求的零件。

2. 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)赞约、數(shù)控裝置枯瞒、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體四個(gè)部分組成，如圖1-1-1所示固弥。

圖1-1-1  數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程

1）控制介質(zhì)  控制介質(zhì)以指令的形式記載各種加工信息吻育，如零件加工的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)和刀具運(yùn)動(dòng)等淤井，將這些信息輸入到數(shù)控裝置布疼，控制數(shù)控機(jī)床對(duì)零件切削加工。

2）數(shù)控裝置  數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心币狠，其功能是接受輸入的加工信息游两，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和邏輯處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖贱案，并通過(guò)伺服系統(tǒng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件按加工程序指令運(yùn)動(dòng)肛炮。

3）伺服系統(tǒng)  伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，通常所說(shuō)數(shù)控系統(tǒng)是指數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)的集成轰坊，因此說(shuō)伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)铸董。數(shù)控裝置發(fā)出的速度和位移指令控制執(zhí)行部件按進(jìn)給速度和進(jìn)給方向位移。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都配備一套伺服系統(tǒng)肴沫，有的伺服系統(tǒng)還有位置測(cè)量裝置粟害，直接或間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量，并反饋給數(shù)控裝置明因，對(duì)加工的誤差進(jìn)行補(bǔ)償脏貌。

4）機(jī)床本體  數(shù)控機(jī)床的本體與普通機(jī)床基本類(lèi)似，不同之處是數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單扭皿、剛性好站绑，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠代替普通機(jī)床的絲杠和齒條傳動(dòng)，主軸變速系統(tǒng)簡(jiǎn)化了齒輪箱澄锉，普遍采用變頻調(diào)速和伺服控制季佣。

二、數(shù)控機(jī)床分類(lèi)

數(shù)控機(jī)床可以根據(jù)不同的方法進(jìn)行分類(lèi)驮屑，常用的分類(lèi)方法有按數(shù)控機(jī)床加工原理分類(lèi)溪茶、按數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)和按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類(lèi)。

1.按數(shù)控機(jī)床加工原理分類(lèi)

按數(shù)控機(jī)床加工原理可把數(shù)控機(jī)床分為普通數(shù)控機(jī)床和特種加工數(shù)控機(jī)床论稠。

1）普通數(shù)控機(jī)床  如數(shù)控車(chē)床徊极、數(shù)控銑床、加工中心经融、車(chē)削中心等各種普通數(shù)控機(jī)床狡秋，其加工原理是用切削刀具對(duì)零件進(jìn)行切削加工。

2）特種加工數(shù)控機(jī)床  如線切割數(shù)控機(jī)床雏节，對(duì)硬度很高的工件進(jìn)行切割加工胜嗓；如電火花成型加工數(shù)控機(jī)床，采用電火花原理對(duì)工件的形腔進(jìn)行加工钩乍。

2.按數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)

數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡主要有三種形式：點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)兼蕊、直線控制運(yùn)動(dòng)和連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)。

1）點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)  點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)指刀具相對(duì)工件的點(diǎn)定位件蚕，一般對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)特殊要求孙技，為提高生產(chǎn)效率和保證定位精度，機(jī)床設(shè)定快速進(jìn)給排作，臨近終點(diǎn)時(shí)自動(dòng)降速牵啦，從而減少運(yùn)動(dòng)部件因慣性而引起的定位誤差亚情。

2）直線控制運(yùn)動(dòng)  直線控制運(yùn)動(dòng)指刀具或工作臺(tái)以給定的速度按直線運(yùn)動(dòng)。

3）連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)  連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)也稱(chēng)為輪廓控制運(yùn)動(dòng)哈雏，指刀具或工作臺(tái)按工件的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)楞件，運(yùn)動(dòng)軌跡為任意方向的直線、圓弧裳瘪、拋物線或其它函數(shù)關(guān)系的曲線土浸。這種數(shù)控系統(tǒng)有一個(gè)軌跡插補(bǔ)器，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度精確計(jì)算并控制各個(gè)伺服電機(jī)沿軌跡運(yùn)動(dòng)熟央。

3．按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類(lèi)

由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號(hào)交豪，通過(guò)伺服系統(tǒng)控制機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類(lèi)有三種形式：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)冗宠、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)善占。

1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)  這種控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)，無(wú)位置測(cè)量元件抄蔬，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算遮英，輸出指令脈沖控制步進(jìn)電機(jī)工作，如圖1-1-2所示音共，這種控制方式對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不檢測(cè)厅瘩，無(wú)反饋控制信號(hào)，因此稱(chēng)之為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)宗恩。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備成本低选畴，調(diào)試方便，操作簡(jiǎn)單辙使，但控制精度低，工作速度受到步進(jìn)電機(jī)的限制茶宵。

圖1-1-2  開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)　

2）閉環(huán)控制系統(tǒng)  這種控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用伺服電機(jī)危纫，有位置測(cè)量元件和位置比較電路。如圖1-1-3所示乌庶，測(cè)量元件安裝在工作臺(tái)上种蝶，測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位移值反饋給數(shù)控裝置。位置比較電路將測(cè)量元件反饋的工作臺(tái)實(shí)際位移值與指令的位移值相比較瞒大，用比較的誤差值控制伺服電機(jī)工作螃征，直至到達(dá)實(shí)際位置，誤差值消除透敌，此稱(chēng)之為閉環(huán)控制盯滚。閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高，但要求機(jī)床的剛性好酗电，對(duì)機(jī)床的加工魄藕、裝配要求高内列，調(diào)試較復(fù)雜，而且設(shè)備的成本高背率。

圖1-1-3  閉環(huán)控制系統(tǒng)

比較電路,與指令中的位移值相比較话瞧，用比較的誤差值控制伺服電機(jī)工作。這種用推算方法間接測(cè)量工作臺(tái)位移蛇筷，不能補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)鏈零件的誤差鹅媒，因此稱(chēng)之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)慧菜，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易矛郁，設(shè)備的成本介于開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。

圖1-1-4 半閉環(huán)控制系統(tǒng)

三净纬、數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)控機(jī)床是50年代發(fā)展起來(lái)的新型自動(dòng)化機(jī)床膛画，較好解決了形狀復(fù)雜、精密打洋、小批量零件的加工問(wèn)題癞亩，具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)剥跃。由于數(shù)控機(jī)床綜合了電子計(jì)算機(jī)绪痘、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)笙寻、精密測(cè)量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等諸方面的先進(jìn)技術(shù)钱雷，使得數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，數(shù)控機(jī)床的功能越來(lái)越強(qiáng)大吹零。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在數(shù)控功能罩抗、數(shù)控伺服系統(tǒng)、編程方法灿椅、數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)和監(jiān)控功能套蒂、自動(dòng)調(diào)整和控制技術(shù)等方面的發(fā)展。

1. 數(shù)控功能的擴(kuò)展

1）數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)的增加茫蛹，有的數(shù)控系統(tǒng)能同時(shí)控制幾十根軸操刀。

2）數(shù)控系統(tǒng)中微處理器處理字長(zhǎng)的增加，目前廣泛采用32位微處理器婴洼。

3）數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話骨坑、進(jìn)行交互式圖形編程。

4）基于PC的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展柬采，使數(shù)控系統(tǒng)得到更多硬件和軟件的支持欢唾。

2. 數(shù)控伺服系統(tǒng)的發(fā)展

1）交流伺服系統(tǒng)替代直流伺服系統(tǒng)。

2）前饋控制技術(shù)的發(fā)展  增加了速度指令控制粉捻，使跟蹤滯后誤差減小匕冠。

3) 高速電主軸和程序段超前處理技術(shù)（LOOK AHEAD）使高速小線段加工得以實(shí)現(xiàn)胚僧。

4）多種補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用  如機(jī)械靜摩擦與動(dòng)摩擦非線性補(bǔ)償，機(jī)床精度誤差的補(bǔ)償和切削熱膨脹誤差的補(bǔ)償逾族。

5）位置檢測(cè)裝置檢測(cè)精度的提高  采用細(xì)分電路大大提高了檢測(cè)裝置的分辧率渡厦。

3. 編程方法的發(fā)展

1）在線編程技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)前臺(tái)加工操作床斜，后臺(tái)同時(shí)編程审鸿。

2）面向車(chē)間編程方法（WOP）的發(fā)展，即輸入加工對(duì)象的加工軌跡好侈，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)生成加工程序超茎。

3）CAD／CAM技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造瞻聪。

4．?dāng)?shù)控機(jī)床的檢測(cè)和監(jiān)控功能的增強(qiáng)

數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中對(duì)刀具和工件在線檢測(cè)标霎，發(fā)現(xiàn)工件超差，刀具磨損和破損及時(shí)反饋或報(bào)警處理椎崎。

5．自動(dòng)調(diào)整控制技術(shù)的應(yīng)用 

按加工要求铡说，數(shù)控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整工作參數(shù)，使加工過(guò)程始終達(dá)到最佳工作狀態(tài)缰犁。

綜上所述淳地，由于數(shù)控機(jī)床不斷采納科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的各種新技術(shù)，使得其功能日趨完善帅容，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的地位也顯得越來(lái)越重要颇象，數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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