隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求，超高速切削、超精密數(shù)控加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的各個(gè)組成部分提出了更高的性能指標(biāo)，（導(dǎo)讀：大朗數(shù)控車床CNC車削加工工藝概述http://paroma.cn/Article/dalangshukongchechua_1.html）。當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，朝著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)高速度與高精度化

速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到數(shù)控加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是在超高速切削、超精密數(shù)控加工技術(shù)的實(shí)施中，它對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸位移速度和定位精度提出了更高的要求;另外，這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)又是相互制約的，也就是說要求位移速度越高，定位精度就越難提高?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床配備了高性能的數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)，其位移分辨率和進(jìn)給速度已可達(dá)到1μm(100~240m/min)、0.1μm(24m/min)、0.01μm(400~800mm/min)。為實(shí)現(xiàn)更高速度、更高精度的指標(biāo)，月前主要在下面幾方面采取措施進(jìn)行研究。

①數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的微處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。目前已由原來的8位CPLT過渡到16位和32位CPU及64位CPU，主頻已由原來的5MHz提高到16MHz,20MHz,32MHz，有些系統(tǒng)已開始采用雙CPU結(jié)構(gòu)。以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，即提高插補(bǔ)運(yùn)算的速度和精度。

②伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的定位精度、進(jìn)給速度。所謂數(shù)字伺服系統(tǒng)，指的是伺服系統(tǒng)中的控制信息用數(shù)字量來處理。隨著數(shù)字信號(hào)微處理器速度的大幅度提高，伺服系統(tǒng)的信息處理可完全用軟件來完成，這就是當(dāng)前所說的“數(shù)字伺服”。數(shù)字伺服系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在電機(jī)上有專用CPU用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，它一般具有下列特性。

a.采用現(xiàn)代控制理論，通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)最佳最優(yōu)控制。

b.數(shù)字伺服系統(tǒng)是一種離散系統(tǒng)，它是由采樣器和保持器兩個(gè)基本環(huán)節(jié)組成的。其校正環(huán)節(jié)PID控制由軟件實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)處理位置、速度和電流構(gòu)成的三反饋全部數(shù)字化。

C.數(shù)字伺服系統(tǒng)具有較高的動(dòng)、靜態(tài)精度。在檢測靈敏度、時(shí)間和溫度漂移以及噪聲和外部干擾方面有極大的優(yōu)越性。

d.系統(tǒng)一般配有SERCOS(Seria)Real-titheCommunicationSystem—串行實(shí)時(shí)通信系統(tǒng))板。這種新的標(biāo)準(zhǔn)接口提供了數(shù)字驅(qū)動(dòng)設(shè)備、I/O端口與運(yùn)動(dòng)/機(jī)床控制器之間的開放的數(shù)字化接門。與現(xiàn)場總線相比，它可以實(shí)現(xiàn)高速位置閉環(huán)控制，處理多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的控制，同時(shí)可以采用精確、高效的光纖接口，以確保通信過程的無噪聲，簡化模塊之間的電纜連接，提高系統(tǒng)的可靠性。

在采用全數(shù)字伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開始采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的“零傳動(dòng)”直線伺服進(jìn)給方式。直線伺服電機(jī)是為了滿足數(shù)控機(jī)床向高速、超高速方向發(fā)展而開發(fā)的新型伺服系統(tǒng)。

③機(jī)床靜、動(dòng)摩擦的非線性補(bǔ)償控制技術(shù)機(jī)械動(dòng)、靜摩擦的非線性會(huì)導(dǎo)致機(jī)床爬行。除了在機(jī)械結(jié)構(gòu)上采取措施降低摩擦外，新型的數(shù)控伺服系統(tǒng)具有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)械系統(tǒng)靜、動(dòng)摩擦非線性的控制功能。

④高速大功率電主軸的應(yīng)用在超高速數(shù)控加工中，對(duì)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速提出了極高的要求(10000~75000r/min)，傳統(tǒng)的齒輪變速主傳動(dòng)系統(tǒng)已不能適應(yīng)其要求。為此，比較多地采用了所謂“內(nèi)裝式電機(jī)主軸”(Build-inMotorSpindle)簡稱“電主軸”。它是采用主軸電機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，即采用無外殼電機(jī)，將其空心轉(zhuǎn)子直接套裝在機(jī)床主軸上，帶有冷卻套的定子則安裝在主軸單元的殼體內(nèi)，機(jī)床主軸單元的殼體就是電機(jī)座，實(shí)現(xiàn)了變頻電機(jī)與機(jī)床主軸一體化。主軸電機(jī)的軸承需要采用磁浮軸承、液體動(dòng)靜壓軸承或陶瓷滾動(dòng)軸承等形式，以適應(yīng)主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。

⑤配置高速、功能強(qiáng)的內(nèi)裝式可編程控制器(PLC)提高可編程控制器的運(yùn)行速度，來滿足數(shù)控機(jī)床高速數(shù)控加工的速度要求.新型的PLC具有專用的CPU，基本指令執(zhí)行時(shí)間可達(dá)0.2μs/步.編程步數(shù)達(dá)到1600。步以上。利用PLC的高速處理功能，使CNC與PLC之間有機(jī)地結(jié)合起來，滿足數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中的各種實(shí)時(shí)控制要求。

(2)多功能化

①數(shù)控機(jī)床采用一機(jī)多能.以最大限度地提高設(shè)備利用率。

②前臺(tái)加工、后臺(tái)編輯的前后臺(tái)功能，以充分提高其工作效率和機(jī)床利用率。

③具有更高的通信功能，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床除具有通信口，DNC功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)功能。

(3)智能化

①引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)自適應(yīng)控制AC(AdaptiveControl)技術(shù)的目的是要求在隨機(jī)變化的數(shù)控加工過程中，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)數(shù)控加工過程中所測得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)自動(dòng)校正自身的工作參數(shù)，以達(dá)到或接近最佳工作狀態(tài)。由于在實(shí)際數(shù)控加工過程中.大約有30余種變量直接或間接地影響數(shù)控加工效果，如工件毛坯余量不均勻、材料硬度不均勻、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形等等.這些變量事先難以預(yù)知，編制加工程序時(shí)只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以至在實(shí)際數(shù)控加工中，很難用最佳參數(shù)進(jìn)行切削。而自適應(yīng)控制系統(tǒng)則能根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，如伺服進(jìn)給參數(shù)、切削用量等，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的數(shù)控加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。

②采用故障自診斷、自修復(fù)功能這主要是指利用CNC系統(tǒng)的內(nèi)裝程序?qū)崿F(xiàn)在線故障診斷，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采取停機(jī)等措施，并通過CRT進(jìn)行故障報(bào)警.提示發(fā)生故障的部位、原因等。井利用“冗余”技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，接通備用模塊。

③刀具壽命自動(dòng)檢測和自動(dòng)換刀功能利用紅外、聲發(fā)射(AE),激光等檢測手段，對(duì)刀具和工件進(jìn)行檢測。發(fā)現(xiàn)工件超差、刀具磨損、破損等，進(jìn)行及時(shí)報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)償或更換備用刀具，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

④引進(jìn)模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用圖像識(shí)別和聲控技術(shù)，使機(jī)器自己辨識(shí)圖樣，按照自然語言命令進(jìn)行數(shù)控加工。

(4)高的可靠性

數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)，它取決于數(shù)控系統(tǒng)和各伺服驅(qū)動(dòng)單元的可靠性。為提高可靠性，目前主要采取以下幾方面的措施。

①提高系統(tǒng)硬件質(zhì)量。

②采用硬件結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化方式。

③增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能。

除上述幾方面外，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)正向小型化、數(shù)控編程自動(dòng)化等方向發(fā)展。

相關(guān)標(biāo)簽：數(shù)控加工，CNC加工