数控机床的发展历程
点击次数:1500 发布时间:2015-06-27

数控技术已作为一门学科出现在了各大中专院校的课堂上,甚至机械类的本科生也都在学习该学科,足以证明它作为一门科学的重要性。

  
  我的这篇论文是基于工作岗位的实践,进行的数控机床方面的研究。数控机床已应用于工厂企业机械加工的各个领域,它的产品多以轴、盘、套筒类零件为主,适用于加工小批量、率、程序多变的零件的加工生产。
  
  文中对本人所在的力达数控机床进行了概括性的描述。并对一轴类零件的图样进行了分析、编程等阐述。图样由AutoCAD设计软件制作,其中有相应的尺寸标注。此零件结构虽简单,但它却反映了数控机床产品特征和车削的部分加工范围。后文还有对减少数控钻床加工事故方面的经验的浅谈。可谓麻雀虽小,五脏俱全"
  
  数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。
  
  1.特点
  
  数控机床具有广泛的适应性,加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高,可以加工复杂型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件,并能获得良好的经济效果。
  
  随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多,有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。
  
  2.发展简史
  
  1948年,美国帕森斯公司接受美国*委托,研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出计算机控制机床的设想。1949年,该公司在美国麻省理工学院(MIT)伺服机构研究室的协助下,开始数控机床研究,并于1952年试制成功*台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床,不久即开始正式生产,于1957年正式投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破,标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础,这一发明对于制造行业而言,具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。
  
  当时的数控装置采用电子管元件,体积庞大,昂贵,只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件;1959年,制成了晶体管元件和印刷电路板,使数控装置进入了第二代,体积缩小,成本有所下降;1960年以后,较为简单和经济的点位控制数控钻床,和直线控制数控铣床得到较快发展,使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。我国于1958年开始研制数控机床,成功试制出配有电子管数控系统的数控机床,1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。
  
  1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,进一步下降,促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC),又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC,使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
  
  1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC),这是第五代数控系统。第五代与第三代相比,数控装置的功能扩大了一倍,而体积则缩小为原来的1/20,降低了3/4,可靠性也得到极大的提高。
  
  80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
  
  3.分类
  
  经过几十年的发展,目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用,在模具制造行业的应用尤为普及。针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求,开发了各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多,一般将数控机床分为16大类。
  
  4.组成
  
  数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制,通过输入介质得到数据,对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用;伺服系统根据控制系统的指令驱动机床,把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动指令,使刀具和零件执行数控代码规定的运动;检测系统则是用来检测机床执行件(工作台、转台、滑板等)的位移和速度变化量,并将检测结果反馈到输入端,与输入指令进行比较,根据其差别调整机床运动;机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置;辅助系统种类繁多,如:固定循环(能进行各种多次重复加工)、自动换刀(可交换指定刀具)、传动间隙补偿偿机械传动系统产生的间隙误差)等等。
  
  5.数字控制
  
  数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。
  
  点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位,然后进行定点加工,而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。
  
  直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外,还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床,以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。
  
  连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓,数控装置具有插补运算的功能,使刀具的运动轨迹以zui小的误差逼近规定的轮廓曲线,并协调各坐标方向的运动速度,以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。
  
  国外数控的发展状况
  
  20世纪90年代,世界机床进口额中大部分是数控机床,美国进口机床的数控化率达70,我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。
  
  目前,国外的数控系统已完成了从16位机向32位机和伺服驱动从直流式向交流全数字式的转变,数控系统体系结构从封闭转向开放,从而使数控系统可充分利用计算机技术的丰富资源,能根据控制对象的要求迅速、灵活地更换软硬件,并能及时吸收新技术,使得数控技术发展步伐加快,开发周期缩短。国外数控技术及数控机床发展的一些趋势为:
  
  1).开放式智能化的数控系统成为数控技术的发展方向。
  
  2).5轴联动加工兴起,所谓高速即意味着5"
  
  3).数控加工网络化,提高了机床的生产使用效率。
  
  4).以高速主轴和直线电机的应用为特征,高速加工进一步向纵深发展。
  
  5).车铣复合加工中心更具前途。
  
  6).“"数控技术发展,基于工业PC机、PCI/ISA总线、通用操作系统+实时内核的数控系统大量涌现。
  
  现在国外数控产品也已经达到了一个相当高的工艺水平,例如硬件上采用模块化接口、标准计算机零件,软件上非常简单实用,方便用户使用。
  
  我认为我们可以借鉴韩日等国的发展经验,采用拿来主义的策略。其实今天所有的国外数控系统制造商都已在中国建立了分公司或代表处,向中国用户提供与世界同步的本土化的。中国的数控机床制造商只要从他们那里引进和使用这些与世界同步的数控系统及关键零部件,我们数控机床(数控立式钻床)的技术含量和精度很快就可以赶上欧美的同类企业,打响我们的民族品牌。


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