數控技術的產生

1.1.1　數控技術的產生

　　1948年，美國帕森斯（Parsons）公司在研制直升機葉片加工機床時，提出了數控機床的初始設想，后由空軍部門委托帕森斯公司和麻省理工學院（MIT）伺服機構研究所進行數控機床的研究工作，歷經三年，于1952年試制成功世界上第一臺數控機床。

　　數控機床的研制成功是機械制造業的一次技術革命，使機械制造業的發展進入了一個新的階段。此后，數控機床的應用也從宇航工業逐步擴展到船舶、汽車、鐵道、電力和建筑等民用機械制造業。

　　1997年，我國制定了國家標準（GB/T8129―1997），對數值控制（數控）做出如下定義：用數值數據的控制裝置，在運行過程中，不斷地引入數值數據，從而對某一生產過程實現自動控制（numerical　control，NC）。

　　隨著計算機技術的發展、軟硬件的提高，出現了計算機數控（computer　numerical　control，CNC）系統。CNC系統完全由軟件處理數字信息，具有真正的柔性，使數控系統性能大大提高。

　　現在，數控機床都采用了CNC：將加工零件的各種操作以及主軸轉動、刀架的移動等動作用不同的代碼事先輸入機床，計算機對輸入的信息進行處理運算，而后發出不同指令去控制伺服系統或其他執行元件，使機床自動加工出所需的合格零件。

　　1.1.2　數控機床的發展

　　1.數控機床的發展

　　隨著計算機技術、微電子技術的高速發展，數控機床的性能價格比不斷提高，不斷更新換代。過去曾只被少數企業擁有的數控機床如今已有了更廣闊的用武之地，為大多數現代企業所必備。

　　經過幾十年的發展，數控機床的核心部分――數控系統，先后歷經了六代的變化，即電子管時代、晶體管時代、集成電路時代、小型計算機時代、微處理計算機時代和通用CNC系統時代。其中，前三代稱作硬件數控（NC）階段；后三代為計算機軟件控制（CNC）階段。

　　2.數控機床的發展趨勢

　　隨著人們對產品的要求日益多樣化，高質量、高效益和多品種、小批量、柔性生產方式成為企業生存發展的必要條件，而單件小批量零部件產品占機械加工總量的80%以上，這樣就要求數控機床向著工序集中、高速、高效、高精度以及使用方便等方向發展。

　　（1）工序集中

　　數控加工中心是繼普通數控機床后出現的自動化程度更高的數控機床，它可以從自備的刀庫中用機械手自動更換刀具，連續地對被加工工件進行多種工序的加工。五面加工的加工中心，去刀、取刀和換刀的整個過程在1s左右。為五軸聯動數控機床加工的鋁合金樣件。

　　加工中心使大多數工序都集中在一臺機床上完成，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，同時還減少了機床的臺數與占地面積，壓縮了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時間，有效地提高了數控機床的生產效率和數控加工的經濟效益。

　　（2）高速、高效、高精度

　　以上“三高”是機械加工的目標，也是數控機床發展的趨勢之一。

　　（3）使用方便

　　使用方便包括編制程序方便和操作機床方便兩方面。

　　①編制程序方便：數控機床完全依賴程序來加工，編好程序至關重要。從一開始的手工編程到自動編程以及最新的圖形交互式編程，編寫程序變得更為方便。

　　②操作機床方便：數控機床在加工過程中普遍使用動態顯示屏進行人機對話、圖形顯示和圖形模擬等技術。對于一些操作說明、錯誤信息等也有提示。

　　3.數控機床的應用范圍

　　數控機床具有普通機床所不具備的許多優點，其應用范圍在不斷擴大，但目前還不能完全取代普通機床，主要原因是它不能以最經濟的方式解決加工制造過程中的所有問題。

　　根據數控加工的優缺點，將被加工的零件按適合數控加工的程度分為下列三類：

　　（1）最適應類

　　對于這種類型的零件，不應過多地考慮生產率與經濟性，只要有可能，都應優選數控加工方案：

　　①形狀復雜、加工要求高，用普通機床無法加工或雖能加工但很難保證產品質量的零件。

　　②用數學模型描述的復雜曲線或復雜曲面輪廓零件。

　　③具有難測量、難控制進給、難控制尺寸等特點的不開敞內腔的殼體或盒形零件。

　　④必須在一次裝夾中完成銑、鏜、锪、鉸和攻螺紋等多個工序的零件。

　　（2）較適應類

　　對于這種類型的零件，除了可加工性外，還要綜合考慮生產率及經濟性，一般應盡量選擇數控加工方案：

　　①在普通機床上加工極易受人為因素（如情緒波動、體力強弱、技術水平高低等）干擾，零件價值又高，一旦質量失控便會造成重大經濟損失的零件。

　　②在普通機床上加工時必須制造復雜專用夾具的零件。

　　③需要多次更改設計后才能定型的零件。

　　④在普通機床上加工需要作長時間調整的零件。

　　⑤用普通機床加工時，生產率很低或勞動強度很大的零件。

　　（3）不適應類

　　對于這種類型的零件，采用數控加工后，既不經濟，又不能提高生產率，還可能弄巧成拙或得不償失，一般不應選擇數控加工方案：

　　①裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件。

　　②加工余量很不穩定，且數控機床上無在線檢測系統可自動調整零件坐標位置的零件。

　　③必須用特定的工藝裝備協調加工的零件。

　　④生產批量大的零件（不排除其中個別工序用數控機床加工）。