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浅谈数控机床b09020227 吴庚 机械设计制造及其自动化摘要：数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它的出现以及所带来的巨大效益，世界各国科学界和工业界的普遍重视。随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂自动化的基础。本文主要介绍数控机床的出现与发展，工作原理原理与结构组成，应用维护及其未来发展趋势。 关键词：数控加工、数控机床、自动控制。 ABSTRACT：Nc machine tool is the comprehensive application of computer, automatic control, automatic detection and precision machinery and other high-tech product, its occurrence and brings great benefit, the world science and industry is paid great attention to. Along with the rapid development of scientific technology, numerical control machine tool is the measure of a national machinery manufacturing industry the important symbol of the levels of. The development of nc machine tool is the current our country the only way of mechanical manufacturing technical reform, is the foundation of future factory automation. This paper mainly introduces nc machine tools appearance and development, principle of work principle and structure, the application of maintenance and its future development trend. Keywords: CNC machining, CNC machine tools, automatic control. 前沿：在科技技术迅猛发展的当今时代，数控技术已经成功的从手动机床操作完成了自身的蜕变。我们今天面对着这样的事实，数控工艺已经从一种传统的手工操作发展到全自动操作，随着相关技术的发展和进步，不断有新的知识融入到数控中。数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械技术的高新科技产物，它的出现带来了巨大的经济效益。数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动的对被加工工件进行加工我们把从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称数控程序，它是机床数控系统的应用软件。数控系统的种类繁多，它们使用的数控程序的语言规则和格式也不相同。一数控机床的出现和发展数字是数字控制（Numerical control）的简称，是近代发展起来的用数字化信息进行控制的自动控制技术。其含义使用以数值和符号构成的数字信息自动控制机床的运转，数控机床也称NC机床。随着科技技术的的发展，数控系统发展如下： 第一代：1952年，电子管控制的第一台三坐标联动的铣床； 第二代：1959年，晶体管控制的“加工中心”； 第三代：1965年，出现了小规模集成电路。使数控系统的可靠性进一步提高； 第四代：1967年，以计算机作为控制单元的数控系统FMS，柔性制造系统； 第五代：1970年，美国因特尔开发使用了微处理器-CNC。 二数控机床的分类按加工工艺方法分类：1.金属切削类数控机床，点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。2.直线控制数控机床，直线控制数控机床可控刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。3.轮廓控制数控机床，轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上的运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床的移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移。三数控机床介绍1.数控机床的概念,数控机床是数字控制机床（Computer numerical control）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。2.数控机床组成它由以下几个部分组成：1) 主机：他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 2) 数控装置：是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 3) 驱动装置：他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 4) 辅助装置：指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备：可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。如果想真正发挥数控机床的高效率就必须从加强对数控机床的管理及普及对数控机床的应用技术着手。有必要对基层技术管理干部进行高质量的培训和考试，让基层技术管理干部真正了解数控系统的加工原理、数控工艺及数控程序的编制。3.数控机床的工作原理数控机床加工零件时，首先因编制零件的加工程序，这是数控机床的工作指令。将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变化、启停、进给运动的方向。速度和位移量以及其它已达到对工件的加工要求。四数控机床的优点1. 机床有足够高的转速和大的功率，以适应高效率加工的需求；2. 主轴转速的变换速率可靠，能满足自动变速；3. 主轴有高的刚度与回转精度使加工件精度更好；4. 加工稳定，精度高，重复精度高，5. 大量减少了工装数量使效率提高。五数控机床的故障检测1. 初始化回复法：用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障。2. 参数更改，程序更正法：系统参数是确定系统功能的依据。3. 调节，最佳化调整法。4. 备件替换法。5. 改善电源质量法。6. 维修信息跟踪法。 六提高数控机床加工效率的方法提高数控设备的应用效率，必须同时提高设备的利用率、材料去除率和零件的合格率，基于目前国内航空企业在数控设备使用方面存在的差距，其根本的解决方法是同时提高管理水平和技术水平。具体途径分析如下：1. 管理途径建立结构件数控加工单元，实现 “规模”生产。一方面，基于现有的工艺布局，各企业内部的零件加工路线分工和数控车间内部的机床任务安排应尽量按照零件的结构特性分类来布置，建立成组生产单元，以提高生产准备效率和操作工的熟练度；另一方面，在制造工业内部进行能力规划，逐步在各厂建立工作包或部件加工单元，形成类似于空客公司的协作生产组织形式，以降低企业的重复投资，并进一步简化同类型零件的数控加工流程，提高数控生产准备效率和整体数控技术应用水平。 严格用人制度，提高操作人员队伍素质。改变传、帮、带的传统数控操作工培训模式，建立严格的数控操作人员上岗制度，要求上岗前必须对所操作设备的各项性能、操作注意事项等进行全面掌握，对所加工零件的结构特点、难点、加工流程以及加工注意事项在加工前全面了解，避免边学边干的现象，杜绝操作失误、消除操作差异、提高设备利用率及产品合格率。 “借用”设备制造商能力，提高设备完好率。国内企业的数控设备目前基本以自主维护和维修为主，只在极个别的故障情况下才会向设备供应商求援，基于目前技术水平和设备完好率较低的实际状况，各企业应针对关键设备与设备供应商签订定期维护的协议，并对关键零部件加大库存，一方面确保设备状况的完好，另一方面可以通过现场的协作与沟通提高设备自主维护和维修的技术水平。2.技术途径 加快工艺、程编及仿真技术的研究应用步伐。简单合理的工艺流程、合理的加工刀具轨迹和准确的加工预测是实现高效数控加工的前提和基础，可以通过厂所协作等模式将先进的理论和技术转化为国内企业的自主技术，以尽快缩短与世界先进水平的差距。 加大数控刀具技术应用。提高设备的材料去除率，唯一的途径就是在不影响设备正常使用的前提下提高切削用量，因此，在零件结构允许的情况下尽量使用大直径刀具，对提高材料去除率非常有效，另外，使用高品质的刀具进行高速切削也是控制变形、提高材料去除率的有效方法。 加快检验技术的研究应用，简化加工流程。在产品加工已初步实现数字化的现实情况下，全尺寸检验的主导思想和检验手段必须改变，以进一步减少数控机床辅助停机时间、简化工艺流程。加快机床维修技术的进步，不断提高数控设备的完好率3.提高数控从业人员综合素质人的因素是做事成败的关键，数控从业人员综合素质的高低对数控机床加工效率同样具有决定性的作用。一台高效的数控机床，由一群毫无数控知识的人来管理、来操作，数控机床的功能与作用必定得不到应有的发挥。数控从业人员包括数控机床的操作者、机床维护人员、数控编程员等，其中，数控编程员水平的高低对提高数控加工效率起着决定性的作用。提高数控编程人员的综合素质是许多企业着重解决的问题，现在许多企业的领导在选择数控编程员时，存在着认识上的误区，一般热衷于将那些刚从大专院校毕业或从业不久的大学生安排在该岗位，认为现在数控程序一般是运用CAD/CAM软件编程，大学生的知识面新、接受能力强，在短时期内，完全可以胜任数控编程工作，这种认识是十分偏面的。的确，运用CAD/CAM软件创建一个一般复杂程序零件的模型或编制一个符合于零件几何形状的数控程序是很简单的。但要将一个程序编制得合理、可操作性强或高效，却不是一件容易的事。数控编程员只有具备了丰富的机械加工经验和数控加工方面的知识，才能成为一个合格编程员。机械加工经验只能从生产实践中获得，由于编程员缺乏机械加工方面的基本知识，所编制的程序不合理、编制的程序加工效率不高，甚至于无法使用，在目前的许多企业非常普遍。一个编程员水平的高低，反映在处理加工细节方面的能力，所以，企业选择数控编程员最佳人选应是那些在企业从事了多年传统工艺工作的工艺人员。这些人在企业从事工艺工作的时间长，机械加工经验丰富，学习能力强，考虑问题比较全面，编制的数控程序会相对合理、可操作性强，可以做到传统加工与数控加工的合理衔接，从而使企业普通机床与数控机床的潜能得到最大限度的发挥。4.做好刀具选型与管理工作刀具是制造业主要消耗品之一，每个制造厂家每年都会消耗大量的刀具。制造业追求高品质刀具的脚步从来没有停止过，这是因为无论是传统加工还是数控加工对刀具的依赖性都很强，一台先进的数控机床设备，没有高品质的刀具与之配套，要想提高加工效率几乎是不可能做到的事。尤其在高速加工与超高速加工技术中，超硬材料刀具是实现高速加工与超高速加工的前提和先决条件。为满足各种先进设备与新型材料对刀具的需要，刀具制造业也在发生着日新月异的变革，主要表现在：从事刀具研究与制造的企业、从事刀具销售的队伍越来越庞大；刀具的品牌与种类越来越多，刀具的品质越来越好等方面。目前，刀具材料已从碳素钢和合金工具钢，经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN）。切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的12m/min提高到1200m/min以上。提高企业数控加工效率，在刀具方面要做的主要工作是：一方面针对企业数控设备、加工对象及材料做好刀具的选型；另一方面要做好已购买刀具的使用与管理。由于刀具的国内外品牌很多，良莠不齐，企业在做刀具选型时一定要擦亮眼睛，注重性价比，多咨询、多实践、多比较。搞好刀具管理主要是要建立健全企业刀具借用与回收制度，同时要搞好企业工具库建设，做到帐目明细清晰。6. 做好传统加工与数控加工合理衔接工艺工作由于历史的原因，传统的加工设备在短时间内不会退出制造业的舞台，先进的数控机床与相对落后的普通机床并存，是目前乃至今后很长一段时期内绝大多数企业的设备现状。从工艺的角度，根据各企业的设备现状、产品规模现状、零件结构形式与工人的技术现状来进行产品工艺设计，合理编制出每一个零件的工艺流程，使每个零件传统加工与数控加工工序合理衔接，对提高数控机床的加工效率至关重要。因此，一般在编制零件加工工艺流程时，应遵循以下原则：传统加工以粗加工为主，数控加工以精加工为主；曲面加工多考虑选择数控加工；三维以上型面的加工，应首选数控加工；单件零件的加工一般首选传统设备加工；批量生产的零件应多考虑数控加工。七数控机床的发展趋势1. 数控系统发展趋势1）采用开放式结构，进线、联网、专用要求。2）向智能化发展。3）具有自动编程、模糊控制、学习控制、自适应控制。2. 数控机床的