數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生

1.1.1　數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生

　　1948年，美國(guó)帕森斯（Parsons）公司在研制直升機(jī)葉片加工機(jī)床時(shí)，提出了數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想，后由空軍部門(mén)委托帕森斯公司和麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)研究所進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的研究工作，歷經(jīng)三年，于1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。

　　數(shù)控機(jī)床的研制成功是機(jī)械制造業(yè)的一次技術(shù)革命，使機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。此后，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也從宇航工業(yè)逐步擴(kuò)展到船舶、汽車(chē)、鐵道、電力和建筑等民用機(jī)械制造業(yè)。

　　1997年，我國(guó)制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T8129―1997），對(duì)數(shù)值控制（數(shù)控）做出如下定義：用數(shù)值數(shù)據(jù)的控制裝置，在運(yùn)行過(guò)程中，不斷地引入數(shù)值數(shù)據(jù)，從而對(duì)某一生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制（numerical　control，NC）。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、軟硬件的提高，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)控（computer　numerical　control，CNC）系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)完全由軟件處理數(shù)字信息，具有真正的柔性，使數(shù)控系統(tǒng)性能大大提高。

　　現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床都采用了CNC：將加工零件的各種操作以及主軸轉(zhuǎn)動(dòng)、刀架的移動(dòng)等動(dòng)作用不同的代碼事先輸入機(jī)床，計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理運(yùn)算，而后發(fā)出不同指令去控制伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出所需的合格零件。

　　1.1.2　數(shù)控機(jī)床的發(fā)展

　　1.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的性能價(jià)格比不斷提高，不斷更新?lián)Q代。過(guò)去曾只被少數(shù)企業(yè)擁有的數(shù)控機(jī)床如今已有了更廣闊的用武之地，為大多數(shù)現(xiàn)代企業(yè)所必備。

　　經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的核心部分――數(shù)控系統(tǒng)，先后歷經(jīng)了六代的變化，即電子管時(shí)代、晶體管時(shí)代、集成電路時(shí)代、小型計(jì)算機(jī)時(shí)代、微處理計(jì)算機(jī)時(shí)代和通用CNC系統(tǒng)時(shí)代。其中，前三代稱(chēng)作硬件數(shù)控（NC）階段；后三代為計(jì)算機(jī)軟件控制（CNC）階段。

　　2.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著人們對(duì)產(chǎn)品的要求日益多樣化，高質(zhì)量、高效益和多品種、小批量、柔性生產(chǎn)方式成為企業(yè)生存發(fā)展的必要條件，而單件小批量零部件產(chǎn)品占機(jī)械加工總量的80%以上，這樣就要求數(shù)控機(jī)床向著工序集中、高速、高效、高精度以及使用方便等方向發(fā)展。

　�。�1）工序集中

　　數(shù)控加工中心是繼普通數(shù)控機(jī)床后出現(xiàn)的自動(dòng)化程度更高的數(shù)控機(jī)床，它可以從自備的刀庫(kù)中用機(jī)械手自動(dòng)更換刀具，連續(xù)地對(duì)被加工工件進(jìn)行多種工序的加工。五面加工的加工中心，去刀、取刀和換刀的整個(gè)過(guò)程在1s左右。為五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工的鋁合金樣件。

　　加工中心使大多數(shù)工序都集中在一臺(tái)機(jī)床上完成，減少了由于工序分散、工件多次裝夾引起的定位誤差，提高了加工精度，同時(shí)還減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)與占地面積，壓縮了半成品的庫(kù)存量，減少了工序間的輔助時(shí)間，有效地提高了數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率和數(shù)控加工的經(jīng)濟(jì)效益。

　�。�2）高速、高效、高精度

　　以上“三高”是機(jī)械加工的目標(biāo)，也是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)之一。

　�。�3）使用方便

　　使用方便包括編制程序方便和操作機(jī)床方便兩方面。

　�、倬幹瞥绦蚍奖悖簲�(shù)控機(jī)床完全依賴(lài)程序來(lái)加工，編好程序至關(guān)重要。從一開(kāi)始的手工編程到自動(dòng)編程以及最新的圖形交互式編程，編寫(xiě)程序變得更為方便。

　�、诓僮鳈C(jī)床方便：數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中普遍使用動(dòng)態(tài)顯示屏進(jìn)行人機(jī)對(duì)話、圖形顯示和圖形模擬等技術(shù)。對(duì)于一些操作說(shuō)明、錯(cuò)誤信息等也有提示。

　　3.數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍

　　數(shù)控機(jī)床具有普通機(jī)床所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，但目前還不能完全取代普通機(jī)床，主要原因是它不能以最經(jīng)濟(jì)的方式解決加工制造過(guò)程中的所有問(wèn)題。

　　根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)，將被加工的零件按適合數(shù)控加工的程度分為下列三類(lèi)：

　　（1）最適應(yīng)類(lèi)

　　對(duì)于這種類(lèi)型的零件，不應(yīng)過(guò)多地考慮生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)性，只要有可能，都應(yīng)優(yōu)選數(shù)控加工方案：

　　①形狀復(fù)雜、加工要求高，用普通機(jī)床無(wú)法加工或雖能加工但很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件。

　�、谟脭�(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或復(fù)雜曲面輪廓零件。

　�、劬哂须y測(cè)量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸等特點(diǎn)的不開(kāi)敞內(nèi)腔的殼體或盒形零件。

　�、鼙仨氃谝淮窝b夾中完成銑、鏜、锪、鉸和攻螺紋等多個(gè)工序的零件。

　�。�2）較適應(yīng)類(lèi)

　　對(duì)于這種類(lèi)型的零件，除了可加工性外，還要綜合考慮生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性，一般應(yīng)盡量選擇數(shù)控加工方案：

　　①在普通機(jī)床上加工極易受人為因素（如情緒波動(dòng)、體力強(qiáng)弱、技術(shù)水平高低等）干擾，零件價(jià)值又高，一旦質(zhì)量失控便會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失的零件。

　�、谠谄胀�機(jī)床上加工時(shí)必須制造復(fù)雜專(zhuān)用夾具的零件。

　�、坌枰�多次更改設(shè)計(jì)后才能定型的零件。

　�、茉谄胀�機(jī)床上加工需要作長(zhǎng)時(shí)間調(diào)整的零件。

　�、萦闷胀�機(jī)床加工時(shí)，生產(chǎn)率很低或勞動(dòng)強(qiáng)度很大的零件。

　�。�3）不適應(yīng)類(lèi)

　　對(duì)于這種類(lèi)型的零件，采用數(shù)控加工后，既不經(jīng)濟(jì)，又不能提高生產(chǎn)率，還可能弄巧成拙或得不償失，一般不應(yīng)選擇數(shù)控加工方案：

　�、傺b夾困難或完全靠找正定位來(lái)保證加工精度的零件。

　�、诩庸び嗔亢懿环�(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上無(wú)在線檢測(cè)系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整零件坐標(biāo)位置的零件。

　�、郾仨氂锰囟ǖ墓に囇b備協(xié)調(diào)加工的零件。

　�、苌�產(chǎn)批量大的零件（不排除其中個(gè)別工序用數(shù)控機(jī)床加工）。