數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱,是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床367. 該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序,并將其譯碼,用代碼化的數(shù)字表示,通過信息載體輸入數(shù)控裝置,經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號,控制機床的動作,按圖紙要求的形狀和尺寸,自動地將零件加工出來3.
機床本體:是數(shù)控機床的主體,由床身、立柱、主軸、工作臺、進給機構(gòu)等組成。它是用于完成各種切削加工的機械部分,具有結(jié)構(gòu)上具有較高的動態(tài)剛性、阻尼精度及耐磨性,傳動簡潔、結(jié)構(gòu)簡單,采用高效、無間隙傳動裝置和元件等特點58.
數(shù)控系統(tǒng):是機床的 “靈魂” 部分,基本分為驅(qū)動裝置和控制及檢測裝置兩類。驅(qū)動裝置包括高速主軸、力矩電機、直線電機、普通電機和步進電機等;控制及檢測裝置包括 CNC 系統(tǒng)、可編程序控制器、進給伺服控制模塊、位置檢測模塊等。CNC 單元是數(shù)控機床的核心,它接受數(shù)字化信息,經(jīng)過數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、插補、邏輯處理后,將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng),伺服系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進給運動278.
傳動系統(tǒng):是連接驅(qū)動系統(tǒng)和機床運動部件的中間環(huán)節(jié),包括齒輪、皮帶、滾珠絲杠等。其作用是將驅(qū)動系統(tǒng)的動力傳遞給機床的運動部件,實現(xiàn)精確的運動控制78.
伺服系統(tǒng):作為數(shù)控機床的動力源,包括伺服電機、伺服驅(qū)動器等,根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令,驅(qū)動機床各部件進行精確的運動8.
測量系統(tǒng):是數(shù)控機床的感知器官,包括編碼器、光柵尺、激光干涉儀等,可實時檢測機床的運動狀態(tài)和加工精度,為控制系統(tǒng)提供反饋信息78.
輔助系統(tǒng):包含冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)等,用于保證機床的正常運行和加工質(zhì)量78.
編程:根據(jù)加工零件的設(shè)計圖紙,利用計算機編程軟件編寫出加工程序。加工程序是一系列指令,用數(shù)字和字符編碼表示,詳細描述了加工過程中機床需要執(zhí)行的動作,包括切削深度、速度、進給量以及刀具路徑等47.
輸入:編寫好的加工程序通過 USB、串口或其他數(shù)據(jù)傳輸方式被輸入到數(shù)控系統(tǒng)中47.
處理:數(shù)控系統(tǒng)接收到加工程序后,對程序進行解析和處理,計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)會計算出每一段指令對應的機床運動軌跡,并將這些指令轉(zhuǎn)化為電信號47.
控制:電信號通過伺服系統(tǒng)傳遞給機床的各個執(zhí)行部件,如主軸和進給機構(gòu),伺服系統(tǒng)能夠精確控制電機的運動,使機床按照加工程序指定的路徑和速度進行加工47.
加工:在執(zhí)行過程中,數(shù)控車床的刀具按照預設(shè)的軌跡進行切削,加工出符合設(shè)計要求的零件47.
反饋與調(diào)整:數(shù)控車床通常配備有反饋裝置,如光柵尺或球柵尺,用于實時測量機床的位置,并將反饋信息發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)反饋信息對機床的位置進行微調(diào),以保證加工精度47.
高度柔性:加工過程主要取決于加工程序,當加工零件改變時,一般只需要更改數(shù)控程序,無需制造和更換許多模具、夾具,也不必經(jīng)常重新調(diào)整機床,適用于所加工的零件頻繁更換的場合,特別適合單件、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā),能顯著縮短生產(chǎn)準備周期,節(jié)省大量工藝裝備的費用2.
加工精度高:一般可達 0.05—0.1mm,甚至更高。因為數(shù)控裝置每輸出一脈沖信號,機床移動部件移動一具脈沖當量,且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲桿螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進行補償,所以定位精度比較高12.
加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠:在相同的機床、相同的加工條件下,使用相同的刀具和加工程序,數(shù)控機床加工的零件走刀軌跡完全相同,從而保證了零件的一致性好,質(zhì)量穩(wěn)定2.
生產(chǎn)率高:可有效地減少零件的加工時間和輔助時間。其主軸轉(zhuǎn)速和進給量的范圍大,允許機床進行大切削量的強力切削,移動部件具有快速移動和定位功能,配合加工中心的刀庫使用,可實現(xiàn)在一臺機床上進行多道工序的連續(xù)加工,極大地提高了生產(chǎn)率,一般為普通機床的 3~5 倍2.
自動化程度高:能減輕操作者的勞動強度,其自動化操作也有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化236.
按工藝用途分類:可分為數(shù)控銑打機、數(shù)控斜床身銑打機、數(shù)控雙頭車床、數(shù)控雙頭立車、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控沖床等。
按運動方式分類:可分為點位控制數(shù)控機床、直線控制數(shù)控機床和輪廓控制數(shù)控機床1.
按伺服系統(tǒng)的控制方式分類:可分為開環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控機床、閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控機床和半閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控機床1.
廣泛應用于機械制造、電子行業(yè)、醫(yī)療器械、航空航天、模具制造等領(lǐng)域,用于加工高精度的零件、電子元件和部件、醫(yī)療器械和植入物、航空發(fā)動機部件和航天器結(jié)構(gòu)件、模具和模具配件等78.
1952 年第一臺數(shù)控機床誕生,1955 年,第一臺工業(yè)用數(shù)控機床由美國 Bendix 公司生產(chǎn)出來,1960 年以后其他一些工業(yè)國家,如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用數(shù)控機床 。之后經(jīng)歷了兩個階段 6 次迭代,數(shù)控機床由早期的 NC(硬件數(shù)控)系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在使用較廣的 CNC(硬件 + 軟件數(shù)控)系統(tǒng)1.