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數控機床的發展與現狀 數控機床的發展歷史和趨勢篇一

摘 要

為了適應機械行業的發展趨勢，簡化一般工廠中工人的勞動量，在本設計中應用簡單的數控系統設計。就實際情況分析，一般的機械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要高精密的數控系統，但考慮一般機械系統實現自動化生產相對比較困難，而且實現起來相當復雜，設備比較龐大。然而這些問題可以在一個非常簡單的數控系統中很容易的得到很好的解決。隨著微型計算機系統的發展，性能的不斷提高，大范圍應用的普及，應用一個簡單的數控系統來完成一般的工作，在一般的小型工廠中足可以實現。

本次設計的銑床，除了能進行銑削加工，主軸上安裝不同的刀具時，還可以進行鉆孔或攻絲加工。所以我們采用了如下的設計方案：進給系統采用大慣量寬調速直流伺服電動機，滾珠絲杠，雙螺母墊片調整預緊間隙，導軌副采用直線滾動導軌副，主傳動系統采用無級調速電機。

在設計過程中，我得到了老師的精心指導，幫我收集了很多我無法找到的資料。袁老師在完成繁重的教學任務之余，經常拖著疲憊的身體，對我們的工作進行仔細地審查，針對我們的情況，進行了耐心的講解，從設計的原理到結構功能，做出了大量的指導性工作，使我們對所要設計的課題有了更深的了解，在這里也要感謝同組同學的熱心幫助，同學們總是微笑著面對我的提問，耐心講解，使我對有些問題有更加清楚的認識。

關鍵詞：總體結構布局 銑床傳動方式 主傳動系統 進給系統

abstract in order to adapt to the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to complete its work, do not need high-precision numerical control system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very complex to achieve, equipment relatively r, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good the development of micro-computer system, the continuous improvement of performance, large-scale application of the universal application of a simple numerical control system to complete the work in general, the small factories in general can be achieved in processing center, in addition to a milling, spindle installed on a different tool, can also carry out drilling or tapping ore, we have adopted the design of the programmes are as follows: feeding system using the inertia of wide speed range dc servo motor, ball screw, double-nut pads adjust preload gap, the rails of a rail line rolling deputy, the main drive system adopts the-speed the design process, i was given the careful guidance of teachers hsu, to help me collect a lot i can not find the teachers completed the arduous task of teaching, while towing tired of the daily physical, to our work carefully review the situation against us, on a patient, from design to the principles of structure and function, to a lot of guidance, so that we have to design the machine gained a deeper understanding of the same group here also like to thank the enthusiastic help students, the students have always smiling face

of my question, patiently explained to me for some the problem is more clear ds ：the overall structure layout transmission feed system main drive system

目 錄

1緒論...................................................................2 1.1數控機床的產生及發展.......................................2 1.2數控機床的組成及分類.....................................3 1.3數控機床的特點...........................................3 2設計的主要參數及基本思想...............................................4 2.1 課題要求.............................................................4 2.2 總結構設計...........................................................4 2.3 銑床總布局的確定.....................................................5 3數銑床的設計和計算.....................................................6 3.1 主傳動系統的設計.....................................................6 3.2 進給系統的設計.......................................................9 3.3 進給系統的計算......................................................10 4 數控系統的介紹及選擇..................................................10 4.1數控及計算機數控....................................................10 4.2 計算機數控系統的內部工作過程........................................10 4.3數控系統的特點......................................................11 5 夾具的選擇及介紹......................................................11 5.1 數控銑床夾具介紹....................................................11 5.2 技術要求............................................................12 5.3 對夾具零部件的要求..................................................13 結論...................................................................15 致謝...................................................................16 參考文獻................................................................17

1緒論

機械制造業是國民經濟的支柱產業。據統計，我國的機械制造業在工業總產值中占40%。可以說，沒有發達的機械制造業，就不可能有國家的真正繁榮的富強。而機械制造業的發展規模和水平，則是反映國民經濟實力和科學技術水平的重要標志之一。提高加工效率、降低生產成本、提高加工質量、快速更新產品，是機械制造業競爭和發展的基礎，也是機械制造業技術水平的標志。

1.1數控機床的產生及發展

數字控制機床是用數字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數控機床。數控機床具有廣泛的適應性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機床高，可以精確加工復雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經濟效果。

隨著數控技術的發展，采用數控系統的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。80年代初，隨著計算機軟、硬件技術的發展，出現了能進行人機對話式自動編制程序的數控裝置；數控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監控刀具破損和自動檢測工件等功能。

隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速發展，數控機床的控制系統日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數控系統本身將普遍實現自動編程。未來數控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數控機床品種越來越多；激光加工等技術將應用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統中。

1.2 數控機床的組成及分類

1.2.1 數控機床的組成

數控機床由：程序、輸人/輸出裝置、cnc單元、伺服系統、位置反饋系統、機床本體組成:（1）程序的存儲介質，又稱程序載體（2）輸人/輸出裝置（3）cnc單元(4)伺服系統(5)位置反饋系統（檢測反饋系統）(6)機床的機械部件。對于加工中心類的數控機床，還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機械手等部件，數控機床機械部件的組成與普通機床相似，但傳動結構要求更為簡單，在精度、剛度、抗震性等方面要求更高，而且其傳動和變速系統更便于實現自動化擴展。1.2.2 數控機床分類

數控機床按所能實現的控制功能分為點位控制、直線控制、連續軌跡控制三類。根據機床伺服驅動控制方式的不同，可將機床分為開環控制、半閉環控制和閉環控制三種類型。

1.3 數控機床的特點

1、數控系統取代了通用機床的手工操作，具有充分的柔性，只要重新編制零件程序，更換相應工裝，就能加工出新的零件。

2、零件加工精度一致性好，避免了通用機床加工時人為因素的影響。

3、生產周期短，特別適合小批量、單件零件的加工。

4、可加工復雜形狀的零件，如二維輪廓或三維輪廓加工。

5、易于調整機床，與其他加工方法相比，所需調整時間較少。

6、易于建立計算機通信網絡。設備初期投資大。

7、由于系統本身的復雜性，增加了維修的技術難度和維修費用。設計的主要參數及基本思想

2.1 課題要求

三坐標立式數控銑床可實現x向（縱向）、y（橫向）、z（升降）三個方向的自動移動，控制靈活，定位準確，精度高，剛性好，可用端銑刀或立銑刀完成平面銑削，臺階面銑削，開槽、凸輪曲面加工，型腔曲面加工以及外形曲面的加工。機床的數控系統可選用進口或國 6

產三軸數控系統，配置靈活，機床的三個方向定位精度達0.012，重復定位精度0.006。機床動力頭可選用標準銑削頭，也可選用專用單軸銑削頭或多軸銑削頭，效率高，剛性好，精度高，用于平面加工可達平面度0.03／300。

2.2 總結構設計

1、設計要求：

⑴、具有大的切削功率，高的靜、動態剛度和良好的抗震性能； ⑵、具有較高的幾何精度、傳動精度和熱穩定性； ⑶、具有實現輔助操作自動化的結構部件。

2、提高機床的結構剛度

機床的剛度是指在切削力和其他力作用下，抵抗變形能力。機床的床身和立柱等支承件，采用鋼板和型鋼焊接而成具有減小質量提高剛度的顯著優點。用鋼板焊接有可能將構件做成全封閉的箱形結構，從而有利于提高構件的剛度。在立柱的中間布置上隔板，可以提高構件的剛度。

合理的結構布局也可以提高剛度。本次設計的銑床工作臺只做橫向和縱向進給運動，刀具可以上下移動，這樣可以避免加工較重零件時，升降式工作臺剛度不足的問題。

3、提高機床的抗震性

裝配在一起的旋轉部件，應保證同軸，并且要消除傳動間隙。裝在機床是的電機等旋轉部件需隔振安裝。減少機床內部震源或降低激振力，就減少了產生強迫振動的可能性，相當于提高了機床的抗震性。

4、提高低速進給的平穩性和運動剛度

⑴、減少動、靜摩擦系數之差

執行部件所受的摩擦阻力主要來自導軌副，因此，選用滾動導軌，此外采用具有防爬作用的導軌潤滑油，這種導軌潤滑油中加有極性添加劑，能在導軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改變了導軌的摩擦特性。另外在進給傳動系統中，采用滾珠絲杠螺母副，也可以減少摩擦系數之差。

⑵、提高傳動系統的傳動剛度

適當加大傳動軸的直徑，加強支承座的剛度，對軸承、絲杠螺母副和絲杠本身進行預緊可以提高傳動剛度。

5、較小機床的熱變形

機床的熱變形，特別是數控機床的熱變形，是影響加工精度的重要因素，引起熱變形的熱源主要是機床的內部熱源，如主電機、進給電機發熱，摩擦以及切削熱等。熱變形影響加工精度的原因，主要由于熱源分布不均勻，熱源產生的熱量不等，各處零部件的質量不均，形成各部位的溫升不一致，從而產生不均勻的溫度場和不均勻的熱膨脹變形，以致影響刀具與工件的正確相對位置。減少機床熱變形及其影響措施是：

⑴、減少機床內部熱源和發熱量 采用低摩擦系數的導軌和軸承。

⑵、改善散熱和隔熱條件 主軸部件用強制潤滑冷卻，甚至采用制冷后的潤滑油進行循環冷卻；切削過程中發熱最大，要進行強制冷卻，并且要自動及時排屑。

本機床可以安裝在恒溫車間，并在使用前進行預熱，使機床達到熱穩定后再進行加工，這是在使用時防止熱變形影響的一種措施。

6.提高機床的加工精度

由于滾珠絲杠不能自鎖，所以在z坐標軸的伺服電機上應加上制動器。以防止主軸箱因自重滑落，影響加工精度。

2.3 銑床總布局的確定

根據以上所寫的內容確定銑床的總布局如下圖所示

1.立柱 2.主軸箱 3.床身 4.工作臺 5.導軌3數銑床的設計和計算

3.1 主傳動系統的設計

3.1.1 序言

數控銑床是高度自動化機床，數控銑床主傳動系統的特點是：①機床有足夠高的轉速和大的功率，以適應高效率加工的需要；②主軸轉速的變換迅速可靠，一般能自動變速；③主軸應有足夠高的剛度和回轉精度；④主軸轉速范圍應很廣，如對鋁合金材料的高速切削，幾乎沒有上限的限制，主軸最高轉速取決于主傳動系統中傳動元件的允許極限(如主軸軸承允許的極限轉速)，而最低轉速則根據加工不銹鋼等難加工材料的要求來確定。

主傳動系統的的設計要求是：①具有更大的調速范圍，并實現無級調速。數控銑床就要為了

保證加工時能選擇合理的切削用量，充分發揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產率、加工精度和表面質量，必須具有更高的轉速和更大的調速范圍。②、具有較高的精度和剛度，傳動平穩，噪聲低。數控機床加工精度的提高，與主傳動系統的剛度密切相關。為此，應提高傳動件的制造精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支承跨距等，以提高主軸組件的剛度。③、良好的抗震性和熱穩定性。數控機床上一般既要進行粗加工，又要進行精加工；加工時可能由于斷續切削、加工余量不均勻、運動部件不平衡以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進行。因此在主傳動系統中的各主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力－抗震性。3.1.2 銑床主傳動方式的選擇

主軸動力由無級調速電機產生，其與主軸直接相連來實現主軸的運動。

主軸電機采用北京數控設備廠的besk－3型調頻主軸電機，其轉速范圍為22.5－4500r/min,額定功率為3kw。交流調速電機能達到的最高轉速比同功率的直流電動機高，磨損和故障也少。

3.1.3 主軸組件的設計 ①、對主軸組件的性能要求：

主軸組件是機床主要部件之一。它的性能，對整機性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉速范圍也很大，所以對主軸組件的主要性能提出如下要求：

旋轉精度：主軸的旋轉精度是指在裝配后，在無載荷、低速轉動的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心表面（銑床軸端的7：24錐孔）的徑向和軸向跳動。旋轉精度取決于各主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調整精度。工件轉速下的旋轉精度還取決于主軸的轉速、軸承的性能，潤滑劑和主軸組件的平衡。

剛度：剛度主要反映機床或部件抵抗外載荷的能力。影響剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號、數量、預緊和配置形式，前后支承的跨距和主軸前懸伸，傳動 10

件的布置方式等。數控機床既要完成粗加工，又要完成精加工，因此對其主軸組件的剛度應提出更高的要求。

溫升：溫升將引起熱變形使主軸伸長，軸承間隙的變化，降低了加工精度；溫升也會降低潤滑度的粘度，惡化潤滑條件。因此對高精度機床應研究如何減少主軸組件的發熱，如何控溫等。

可靠性：數控機床是高度自動化機床，所以必須保證工作可靠性。

精度保持性：對數控機床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。以上這些要求，有的是矛盾的。例如高剛度與高速，高速與低溫升，高速與高精度等。這要具體問題具體分析，例如設計高效數控機床的主軸組件時，主軸應滿足高速和高剛度的要求；設計高精度數控機床時，主軸應滿足高剛度、低溫升的要求。本次設計的銑床，主軸應滿足高剛度、低溫升的要求。

②、主軸組件的組成和軸承選型：

主軸組件，包括主軸、軸承、傳動件和相應的緊固件。主軸組件的構造，主要是支承部分的構造。主軸的端部是標準的。因此，研究主軸組件，主要是研究主軸的支承部分。

主軸較粗，主軸軸承的直徑較大。相對來說，軸承的負載較輕。因此在一般情況下，承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要指標。

主軸軸承，應根據精度、剛度和轉速選擇。為了提高剛度和精度，主軸軸承的間隙應該是可調的。這是主軸軸承的主要特點。

為了提高剛度和承載能力，主軸為雙支承，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承組合，雙列短圓柱滾子軸承只能承受徑向載荷，雙向推力角接觸角接觸軸承與雙列圓柱滾子軸承相配套，用于承受軸向載荷。后支承采用成對面對面安裝的角接觸軸承可承受雙向載荷。

3.2 進給系統的設計

1、進給伺服系統的組成

數控機床的伺服系統一般由驅動控制單元、驅動元件、機械傳動部件、執行件和檢測反饋環節組成。驅動控制單元和驅動元件組成伺服驅動系統；機械傳動部件和執行元件組成機械傳動系統；檢測元件與反饋電路組成檢測裝置，亦稱檢測系統。

2、⑴、①、②、③、④、⑤、⑵、① ② 量。

③

3、①、②、③、④、線性。

數控銑床對進給伺服系統的設計要求 在靜態設計方面的要求有： 能夠克服摩擦力和負載。很小的進給位移量。高的靜態扭轉剛度。足夠的調速范圍。

進給速度均勻，在速度很低時無爬行現象。在動態設計方面的要求有：、具有足夠的加速和制動扭矩，以便快速的完成啟動制動過程。、具有良好的動態傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質負載引起的軌跡誤差盡可能小。

對于數控機床機械傳動部件則有以下要求： 被加速的運動部件具有較小的慣量。高的剛度。良好的阻尼。

傳動部件在拉壓剛度、扭轉剛度、摩擦阻尼特性和間隙等方面盡可能小的非現1

3.3 進給系統的計算

由于是靜連接，選普通平鍵，圓頭，普通平鍵連接的主要失效形式是鍵，軸上鍵槽和輪轂上鍵槽三者中較弱者被擊潰。由于輪轂上的鍵槽深度較淺，輪轂的材料強度通常在三者中也最弱，所以平鍵聯接的強度計算通常以輪轂為計算對象，計算鍵聯接的強度時假設鍵與鍵槽側面的壓力均勻分布，并假設合力的作用點在軸半徑處4 數控系統的介紹及選擇 數控系統是數控機床的核心。數控機床根據功能和性能要求，配置不同的數控系統。系統不同，其指令代碼也有差別。因此，編程時應按所使用數控系統代碼的編程規則進行編程，功能越強大，操作越復雜。

4數控系統的介紹及選擇

4.1數控及計算機數控

用數值數據的裝置，在運行過程中，不斷引入數值，從而對某一生產過程實現自動控制，叫做數值控制，簡稱數控。用計算機控制加工功能，實現數值控制，稱為計算機數控。數控系統包括程序輸入輸出設備、數控裝置、可編程序控制器（plc）、主軸驅動單元等。其中的數控裝置通常稱為數控或計算機數控。下圖為數控系統結

機床數控程序輸入設備輸出設備計算機數控裝置（cnc）plc主軸控制單元速度控制單元主軸電動機進給電動機位置監測器圖4.1數控系統結構圖

現代的數控裝置都是采用計算機作為數控裝置的核心，通過內部信息處理過程來控制數控機床數控裝置通過主軸驅動單元控制主軸電動機的運行，通過各坐標軸的進給伺服驅動單元控制數控機床各坐標的運動，通過可編程控制器控制機床的開關電路。數控操作人員可通過數 13

控裝置上的操作面板進行各操作，或通過通信接口，由遠程進行操作，操作情況及一些內部信息處理結果可在數控裝置是顯示器中顯示。

一般情況下，在數控加工之前，啟動cnc，進行讀入數控加工程序。此時，在數控裝置內部是控制程序作用下，通過程序輸入裝置或輸入接口讀入數控加工程序，并存放于cnc的零件程序存儲器或存儲區域內。當開始加工時，在控制程序作用下將零件加工程序從存儲器中讀出，按程序段進行處理。先進行譯碼處理，將零件加工程序中的信息轉化成計算機便于進行處理的內部形式，并將程序段的內容分成位置數據和控制指令，一并存放相應的存儲區域。根據數據和指令的性質，以后大致進行3中流程處理：位置數據處理、主軸驅動處理、及機床開關功能控制。

1、位置處理

位置數據處理過程按數序大致有以下三個階段：（1）、預處理。（2）、插補運算。（3）、位置控制的處理。

2、主軸驅動處理

3、機床開關功能控制

4.2數控系統的特點

本銑床的數控系統采用以工業pc機為硬件平臺，dos及其豐富的支持軟件為軟件平臺的是技術路線，使得系統具有可靠性好、性能價格比高、更新換代和維護方便、便于二次開發等優點。系統可與3到9軸聯動的銑床和加工中心配套使用。系統除具有標準數控功能外，還內設二級電子齒輪、內裝式可編程序控制器、雙向式螺距補償、加工斷點保護與恢復、故障診斷與顯示功能。獨創的三維曲面直接插補功能，極大簡化了零件程序信息和加工輔助工作。此外，系統使用漢字菜單和在線幫助，操作方便，具有三維仿真校驗及加工過程動態跟蹤能力，圖形顯示形象直觀。夾具的選擇及介紹

5.1 數控銑床夾具介紹

1．機床夾具的分類

機床夾具的種類很多，按驅動夾具工作的動力源分類，可分為手動夾具、氣動夾具、液動夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具和自夾緊夾具。2．機床夾具的組成

（1）、定位裝置。（2）、加緊元件。（3）、夾具體。（4）、其他元件及裝置。

3．工件、夾具在數控機床上的安裝工件、夾具在數控機床上的安裝與在普通機床上的安裝，其定位和夾緊的基本原則是一致的，所不同的是整個數控和工藝系統，包括數控程序的編制，工件、夾具在數控機床工作臺上的定位，都要求在工作臺上確定一個坐標系統。在工作臺上先確定零點，并建立x、y直角坐標系。整個工作臺按x、y坐標系，從零點起分成若干等分。在工作臺上安裝的工件、夾具的定位的位置都從坐標原點，即機床工作臺零點算起，標注為x和y的坐標值。

從數控機床工作臺上的零點到夾具定位元件上的零點的x、y坐標值，以及從夾具定位元件上的零點到工件上的加工點的坐標值是分開標注的。但應注意，工件上的加工點的x的坐標值是數控機床工作臺上零點到夾具定位元件上的零點x的坐標值和夾具定位元件上的零點到工件上的加工點的x的坐標值之和。工件的y坐標值的確定情況相同。

數控機床工作臺零點位置的選取有兩種方法：即固定零點和浮動零點。固定零點是把坐標原點永遠確定在一個位置上。浮動零點由編制數控機床程序人員根據實際方便的情況而確定的坐標零點。夾具定位元件上的零點和工件上的加工點都可以被確定為坐標原點。

5.2 技術要求

在夾具的設計中，不可避免的需要用到諸如螺釘、螺栓、螺母、定位銷等機械零件，在夾具中它們各自起著相當重要的作用，有它們才能保證生產的正常的運行。這些機械零件可分為標準件和非標準件，下面將逐一介紹機械零件的一些相關的要求。

1、制造零件及不見采用的材料應符合相應的國標（gb）的規定，允許采用機械性能不低于原規定牌號的其他材料制造。

2、拉四方鋼材（按gb906-66<冷拉四方鋼品種>），六角鋼材（按gb907-66<冷拉六方鋼品種>）或圓鋼材（按gb905-66<冷拉四方鋼品種>）制造的零件，其外形尺寸符合要求時，可不加 15

工。

3、鑄件及鍛件機械加工余量和尺寸公差暫時按各部相應標準的規定。

4、鑄件不許有裂紋、氣孔、砂眼、縮松、夾渣等缺陷，澆口、冒口、結疤、粘砂應清除干凈，鍛件不許有裂紋、皺折、飛邊、毛刺等缺陷。

5、需機械加工的鑄件或鍛件加工前應經時效處理或是退火、正火處理。

6、零件焊縫不應有未填滿的弧坑、氣孔、溶渣雜質、基體材料燒傷等缺陷。

7、熱處理后的零件不許有裂紋或是龜裂等缺陷。

8、零件上的內外螺紋均不得滲碳。

9、零件上有配合要求的表面應經防銹處理，鋼制零件的其余表面除有特殊要求外應經氧化處理。

10、凡加工要求注公差的尺寸，其尺寸公差應按gb1804-79〈公差與配合未注公差尺寸的極限偏差>it13的規定。

11、非配合的錐度和角度和自由度公差用按表1的規定.5.3 對夾具零部件的要求

設計專用夾具零件及部件時，其公差和技術要求可依據夾具總裝配圖上的配合性質和技術要求并參照《夾具零件及部件技術條件》（gb2259-80）制訂，設計的要求一般情況下可包括以下內容： 1.夾具零件毛坯的技術要求：

如毛坯質量、硬度、毛坯熱處理以及精度要求等。2.夾具零件的熱處理的技術要求：

包括為改善機械加工性能和為達到要求的機械性能而提出的熱處理要求。3.夾具零件的尺寸公差，見下表4。4.結論

本次設計的銑床，除了能進行銑削加工，主軸上安裝不同的刀具時，還可以進行鉆孔或攻絲加工。所以我們采用了如下的設計方案：進給系統采用大慣量寬調速直流伺服電動機，滾珠絲杠，雙螺母墊片調整預緊間隙，導軌副采用直線滾動導軌副，主傳動系統采用無級調

速電機。本次設計我們綜合考慮了以下內容：

1.伺服電動機具有以下優點：控制系統簡單，工作可靠，成本低。控制性能好，在一定的頻率下，能按控制頻率的要求快速啟動、停和反轉。改變控制脈沖頻率，電動機的轉速就隨之變化。并可在很寬的范圍內平滑調節，是開環控制系統的理想元件。

2.滾珠絲杠副傳動的優點：傳動效率高，摩擦損失小，其功率消耗只相當于常規絲杠螺母副的1/4～1/3。給予適當預緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向可消除空程死區，定位精度高，剛性好。啟動力矩小，運動平穩，無爬行現象，傳動精度高，同步性好。磨損小，使用壽命長，精度保持性好。由于滾珠絲杠不能自鎖，故z坐標軸上應加制動器來解決這一問題。

3.圓螺母—墊片調整間隙并預緊，該方式結構緊湊，調整方便。4.直線運動滾動導軌的優點：

（1）.將滾珠式直線導軌副做成標準部件，只要安裝在相對運動的導軌平面上，就可以組成合適的導軌。從而設計和裝配簡單方便；

（2）.在所有方向均能承受載荷；

（3）.通過預加負荷，可以得到高精度、高剛度以及承受切削負荷的運動剛度；（4）.由于具有自動調整功能，因而可達微米級的運動精度；

（5）．摩擦系數小和動、靜摩擦系數很接近。因此，運動輕便，摩擦力小，摩擦發熱小，磨損小，可避免出現爬行，有較高的定位精度。

5．無級調速電動機的優點：對于直線運動的執行器官，可以認為是恒定牽引力的，因此，拖動它的電動機，也應該是恒轉矩的，無級調速電機可以進行恒轉矩調速，因此可以直接和主軸連接。

汽車節能是汽車節能減排的重要組成部分，本文通過世界各國對汽車節能減排采取的應對政策出發，闡述汽車節能減排的重要意義，并且通過講述汽車的發展簡史表明，高效、節能、環保新能源汽車已經成為世界各國主要的研究目標，由于新能源汽車現在還處于起步階段，所以我國如果想在世界汽車之林中有所成就的話，新能源汽車無疑是我們發展的最新目標，通過人、車、路分析節能減排的因素及應對策略。

我國汽車工業在選擇汽車節能技術及節能產品時，要綜合考慮我國汽車工業的發展現狀，借鑒國際上汽車工業發達國家的先進經驗，選擇合適我國國情的節能技術和產品，歸納起來主要考慮：節能效果顯著，節能貢獻率大；國內有比較成熟的技術儲備，國際上有可靠的技術來源；有利于自主品牌的發展；經濟可行；有害排放少；標準及法規相對比較完善。

結束語

制定符合中國國情的總體發展戰略，確立與國際接軌的發展道路，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。本文在對數控技術和產業發展趨勢的分析，對我國數控領域存在的問題進行研究的基礎上，對21世紀我國數控技術和產業的發展途徑進行了探討，提出了以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路的總體發展戰略。在此基礎上，研究了發展新型數控系統、數控功能部件、數控機床整機等的具體技術途徑。

我們衷心希望，我國科技界、產業界和教育界通力合作，把握好知識經濟給我們帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰，為在21世紀使我國數控技術和產業走向世界的前列，使我國經濟繼續保持強勁的發展勢頭而共同努力奮斗！

致 謝

時光匆匆如流水，轉眼便是大學畢業時節，春夢秋云，聚散真容易。在這個美好的季節里，我在電腦上敲出了最后一個字，心中涌現的不是想象已久的歡欣，卻是難以言喻的失落。是的，隨著論文的終結，意味著我生命中最純美的學生時代即將結束，盡管百般不舍，這一天終究會在熙熙攘攘的喧囂中決絕的來臨。

三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實踐中所培養的思維方式、表達能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學習上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。感恩之情難以用語言量度，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。

還要感謝我的父母，給予我生命并竭盡全力給予了我接受教育的機會，養育之恩沒齒難忘；

他們不僅培養了我對中國傳統文化的濃厚的興趣，讓我在漫長的人生旅途中使心靈有了虔敬的歸依，而且也為我能夠順利的完成畢業論文提供了巨大的支持與幫助。在未來的日子里，我會更加努力的學習和工作，不辜負父母對我的殷殷期望！我一定會好好孝敬和報答他們！還有許多人，也許他們只是我生命中匆匆的過客，但他們對我的支持和幫助依然在我記憶中留底了深刻的印象。在此無法一一羅列，但對他們，我始終心懷感激。最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位師長表示感謝！

參考文獻

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數控機床的發展與現狀 數控機床的發展歷史和趨勢篇二

數控機床的歷史、現狀及其發展趨勢

前言

在工程訓練中心的兩周實習，經過對各項工種的體驗，我深深體會到了科技的力量。在鉗工和車工實習時，勞累三天，就只做出來那么幾件不是很合格的產品；可是在數控車間，一兩個小時內，通過編程可以輕松的做出很多高精度的產品。這使我對數控機床產生了濃厚興趣，所以開始上網瀏覽關于數控機床的前世今生，增加我對數控機床的了解。

一、數控機床

數控機床是數字控制機床（computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作。過去的數控機床經歷了一個由單一向多元轉換的一個過程，數控機床的快速發展是整個世界經濟、科技發展的重要體現。數控機床在現代工業中占據著不可替代的位置，與我們生活的各個方面都有直接或間接的關系。未來數控機床將會有一個前所未有的發展，世界上主要工業發達國家都十分重視數控加工技術的研究和發展.二、數控機床的歷史

2.1第一臺數控機床的誕生

1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出計算機控制機床的設想。1949年，該公司在美國麻省理工學院伺服機構研究室的協助下，開始數控機床研究，并于1952年試制成功第一臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數控銑床，不久即開始正式生產。2.2早期的發展歷史

1965年，出現了第三代的集成電路數控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數控機床品種和產量的發展。60年代末，先后出現了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數控系統(簡稱dnc)，又稱群控系統；采用小型計算機控制的計算機數控系統(簡稱cnc),使數控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。1974年，研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數控裝置(簡稱mnc)，這是第五代數控系統。第五代與第三代相比，數控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。80年代初，隨著計算機軟、硬件技術的發展，出現了能進行人機對話式自動編制程序的數控裝置；數控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監控刀具破損和自動檢測工件等功能。

三、數控機床的現狀 3.1 高速化

隨著汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的應用，對數控機床加工的高速化要求越來越高。

（1）主軸轉速：機床采用電主軸（內裝式主軸電機），主軸最高轉速達200000r/min；

（2）進給率：在分辨率為0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可獲得復雜型面的精確加工；

（3）運算速度：微處理器的迅速發展為數控系統向高速、高精度方向發展提供了保障，開發出cpu已發展到32位以及64位的數控系統，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高，使得當分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度；

（4）換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達0.5s。德國chiron公司將刀庫設計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。3.2 高精度化

數控機床精度的要求現在已經不局限于靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償越來越獲得重視。（1）提高cnc系統控制精度：采用高速插補技術，以微小程序段實現連續進給，使cnc控制單位精細化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已開發裝有106脈沖/轉的內藏位置檢測器的交流伺服電機，其位置檢測精度可達到0.01μm/脈沖），位置伺服系統采用前饋控制與非線性控制等方法；

（2）采用誤差補償技術：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結果表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60%～80%；

（3）采用網格解碼器檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，并通過仿真預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復定位精度，使其性能長期穩定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務，并保證零件的加工質量。3.3 功能復合化

復合機床的含義是指在一臺機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。工藝復合型機床如鏜銑鉆復合——加工中心、車銑復合——車削中心、銑鏜鉆車復合——復合加工中心等；工序復合型機床如多面多軸聯動加工的復合機床和雙主軸車削中心等。采用復合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產品制造周期，提高了生產效率和制造商的市場反應能力，相對于傳統的工序分散的生產方法具有明顯的優勢。

加工過程的復合化也導致了機床向模塊化、多軸化發展。德國index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結構，該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復雜零件的全部加工。隨著現代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯動數控機床越來越受到各大企業的歡迎。

在2005年中國國際機床展覽會（cimt2005）上，國內外制造商展出了形式各異的多軸加工機床（包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等）以及可實現4～5軸聯動的五軸高速門式加工中心、五軸聯動高速銑削中心等。3.4 控制智能化

隨著人工智能技術的發展，為了滿足制造業生產柔性化、制造自動化的發展需求，數控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現在以下幾個方面：

（1）加工過程自適應控制技術：通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統的或現代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩定性狀態，并根據這些狀態實時調整加工參數（主軸轉速、進給速度）和加工指令，使設備處于最佳運行狀態，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設備運行的安全性。

（2）加工參數的智能優化與選擇：將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特殊規律，用現代智能方法，構造基于專家系統或基于模型的“加工參數的智能優化與選擇器”，利用它獲得優化的加工參數，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產準備時間的目的。

（3）智能故障自診斷與自修復技術：根據已有的故障信息，應用現代智能方法實現故障的快速準確定位。

（4）智能故障回放和故障仿真技術：能夠完整記錄系統的各種信息，對數控機床發生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產經驗。

（5）智能化交流伺服驅動裝置：能自動識別負載，并自動調整參數的智能化伺服系統，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，并自動對控制系統參數進行優化和調整，使驅動系統獲得最佳運行。

（6）智能4m數控系統：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量（measurement）、建模（modelling）、加工（manufacturing）、機器操作（manipulator）四者（即4m）融合在一個系統中，實現信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。3.5 體系開放化（1）向未來技術開放：由于軟硬件接口都遵循公認的標準協議，只需少量的重新設計和調整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現有系統所采納、吸收和兼容，這就意味著系統的開發費用將大大降低而系統性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；

（2）向用戶特殊要求開放：更新產品、擴充功能、提供硬軟件產品的各種組合以滿足特殊應用要求；

（3）數控標準的建立：國際上正在研究和制定一種新的cnc系統標準iso14649（step-nc），以提供一種不依賴于具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個制造過程乃至各個工業領域產品信息的標準化。標準化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關的勞動消耗。3.6 驅動并聯化

并聯運動機床克服了傳統機床串聯機構移動部件質量大、系統剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸（一般為動平臺）與機座（一般為靜平臺）之間采用多桿并聯聯接機構驅動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應自由度的運動，可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優點。

并聯機床作為一種新型的加工設備，已成為當前機床技術的一個重要研究方向，受到了國際機床行業的高度重視，被認為是“自發明數控技術以來在機床行業中最有意義的進步”和“21世紀新一代數控加工設備”。

3.7 極端化(大型化和微型化)國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業裝備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略技術，需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。3.8 信息交互網絡化 對于面臨激烈競爭的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網絡資源共享，又能實現數控機床的遠程監視、控制、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務(數控機床故障的遠程診斷、維護等)。例如，日本mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-tower)的外部設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單元。

3.9 新型功能部件

為了提高數控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括： 高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優點，在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的應用；直線電動機：近年來，直線電動機的應用日益廣泛，雖然其價格高于傳統的伺服系統，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用，機械傳動結構得到簡化，機床的動態性能有了提高。如：西門子公司生產的1fn1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等；德國ex-cell-o公司的xhc臥式加工中心三向驅動均采用兩個直線電動機；電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。

總結

縱觀數控機床的發展之路，我們可以清晰的認識到數控的發展他不僅代表著整個制造業的發展，也代表著整個社會的進步。中國是一個制造業大國，主要依靠資源、勞動力、價格等方面的優勢。而在產品技術研發和自主創新方面與國外的差距還是很大。中國是數控產業不能安于現狀，應抓住就會努力發展。數控技術是制造業的核心基礎，是國家工業和國防工業現代化的重要手段，我們要加快發展，力爭早日實現由中國制造向中國創造的轉變！

參考文獻：

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數控機床的發展與現狀 數控機床的發展歷史和趨勢篇三

中國五軸數控機床的發展現狀

近年來，我國五軸加工機床和技術突破了國外的封鎖，取得了快速發展。五軸五聯動加工機床國內生產廠家已增至20家。從1999年開始，在cimt、ccmt等國際、國內機床展覽會上，國內的五軸數控機床產品紛紛亮相，國內五軸數控機床的市場逐漸打開。

cim t99、ccmt2000分別推出3臺國產五軸聯動機床；cimt2001國際機床展覽會上，北京第一機床廠和桂林機床股份有限公司分別展出了主軸轉速10000r/min的五軸高速龍門加工中心；北京市機電院的主軸轉速15000r/min 的五軸高速立式加工中心；清華大學與昆明機床股份有限公司聯合研制的xnz63，采用標準stewart平臺結構，可實現六自由度聯動；大連機床廠自行研制的串并聯機床dcb—510，其數控系統由清華大學開發，該機床通過并聯機構實現x、y、z軸直線運動，由串聯機構實現a、c軸旋轉運動，從而實現五軸聯動，其直線快速進給速度可達80m/min。這些機床均已達到國際先進水平，體現出我國機床工業為國防尖端工業發展提供裝備的實力又有突破性提高。

國產五軸葉片加工機床目前已能批量生產，北京機電院高技術股份有限公司的五軸葉片加工中心已有十多臺在東方汽輪機廠使用，替代了進口產品。首臺為航空發動機葉片加工的產品已通過使用方認可和驗收。桂林機床股份有限公司十余臺五軸加工銑床進入航空制造業。大連、沈陽、濟二等機床廠的五軸五聯動加工機床也進入了航空航天制造業和通用機械制造業。

沈陽機床集團有限公司最近自主研發的主軸a、b軸擺動的五軸立式加工中心和龍門加工中心，打破國外長期技術封鎖，首臺即得到了飛機制造業的青睞。華中數控等公司已能生產和提供五軸聯動數控系統和加工軟件。

要特別強調的是，今后要特別重視新工藝的研究與創新，從而促進數控產品的創新；要特別重視數控加工工藝參數的優化和建立數據庫的工作，以提高生產效率和加工質量。要特別重視新材料的研究與應用，以提高數控機床性能；要特別重視數控技術的智能化網絡化技術的開發與應用，其前景廣闊。

針對國產五軸數控機床，政府應大力支持，數控設備生產企業和機械制造企業應特別重視，要不懈地努力工作，使我國數控機床技術發展從跟隨變為領跑。

數控機床的發展與現狀 數控機床的發展歷史和趨勢篇四

數控機床論文—數控加工中的補償

數控加工中的補償

補償（偏置）的概念在我們生活中應用很多，例如，汽車駕駛員在駕駛汽車繞過一塊石頭的時候，他要讓汽車*石頭的一邊繞過石頭，而且他要考慮到汽車是有一定寬度的，所以讓汽車中心線遠離石頭至少半個車寬的距離。在20世紀60～70年代的數控加工中沒有補償的概念，所以編程人員不得不圍繞刀具的理論路線和實際路線的相對關系來進行編程，容易產生錯誤。補償的概念出現以后很大地提高了編程的工作效率。

在數控加工中有3種補償：

☆刀具長度的補償；

☆刀具半徑補償；

☆夾具補償。

這三種補償基本上能解決在加工中因刀具形狀而產生的軌跡問題。下面是三種補償在一般加

工編程中的應用。

一、刀具長度補償：

1．刀具長度的概念刀具長度是一個很重要的概念。我們在對一個零件編程的時候，首先要指定零件的編程中心，然后才能建立工件編程坐標系，而此坐標系只是一個工件坐標系，零點一般在工件上。長度補償只是和z坐標有關，它不象x、y平面內的編程零點，因為刀具是由主軸錐孔定位而不改變，對于z坐標的零點就不一樣了。每一把刀的長度都是不同的，例如，我們要鉆一個深為50mm的孔，然后攻絲深為45mm，分別用一把長為250mm的鉆頭和一把長為350mm的絲錐。先用鉆頭鉆孔深50mm，此時機床已經設定工件零點，當換上絲錐攻絲時，如果兩把刀都從設定零點開始加工，絲錐因為比鉆頭長而攻絲過長，損壞刀具和工件。此時如果設定刀具補償，把絲錐和鉆頭的長度進行補償，此時機床零點設定之后，即使絲錐和鉆頭長度不同，因補償的存在，在調用絲錐工作時，零點z坐標已經自動向z+（或z）補償了絲錐的長度，保證了加工零點的正確。

2.刀具長度補償的工作使用刀具長度補償是通過執行含有g43（g44）和h指令來實現的，同時我們給出一個z坐標值，這樣刀具在補償之后移動到離工件表面距離為z的地方。另外一個指令g49是取消g43（g44）指令的，其實我們不必使用這個指令，因為每把刀具都有自己的長度補償，當換刀時，利用g43（g44）h指令賦予了自己的刀長補償而自動取消了前一把刀具的長

度補償。

3.刀具長度補償的兩種方式(1)用刀具的實際長度作為刀長的補償（推薦使用這種方式）。使用刀長作為補償就是使用對刀儀測量刀具的長度，然后把這個數值輸入到刀具長度補償寄存器中，作為刀長補償。使用刀具長度作為刀長補償的理由如下：

首先，使用刀具長度作為刀長補償，可以避免在不同的工件加工中不斷地修改刀長偏置。這樣一把刀具用在不同的工件上也不用修改刀長偏置。在這種情況下，可以按照一定的刀具編號規則，給每一把刀具作檔案，用一個小標牌寫上每把刀具的相關參數，包括刀具的長度、半徑等資料，事實上許多大型的機械加工型企業對數控加工設備的刀具管理都采用這種辦法。這對于那些專門設有刀具管理部門的公司來說，就用不著和操作工面對面地告訴刀具的參數了，同時即使因刀庫容量原因把刀具取下來等下次重新裝上時，只需根據標牌上的刀長數值作為刀具長度補償而

不需再進行測量。

其次，使用刀具長度作為刀長補償，可以讓機床一邊進行加工運行，一邊在對刀儀上進行其他刀具的長度測量，而不必因為在機床上對刀而占用機床運行時間，這樣可以充分發揮加工中心的效率。這樣主軸移動到編程z坐標點時，就是主軸坐標加上（或減去）刀具長度補償后的z

坐標數值。

（2）利用刀尖在z方向上與編程零點的距離值（有正負之分）作為補償值。這種方法適用于機床只有一個人操作而沒有足夠的時間來利用對刀儀測量刀具的長度時使用。這樣做當用一把刀加工另外的工件時就要重新進行刀長補償的設置。使用這種方法進行刀長補償時，補償值就是主軸從機床z坐標零點移動到工件編程零點時的刀尖移動距離，因此此補償值總是負值而且很大。

二、刀具半徑補償：

1.刀具半徑補償的概念正像使用了刀具長度補償在編程時基本上不用考慮刀具的長度一樣，因為有了刀具半徑補償，我們在編程時可以不要考慮太多刀具的直徑大小了。刀長補償對所有的刀具都適用，而刀具半徑補償則一般只用于銑刀類刀具。當銑刀加工工件的外或內輪廓時，就用得上刀具半徑補償，當用端面銑刀加工工件的端面時則只需刀具長度補償。因為刀具半徑補償是一個比較難以理解和使用的一個指令，所以在編程中很多人不愿使用它。但是我們一旦理解和掌握了它，使用起來對我們的編程和加工將帶來很大的方便。當編程者準備編一個用銑刀加工一個工件的外形的程序時，首先要根據工件的外形尺寸和刀具的半徑進行細致的計算坐標值來明確刀具中心所走的路線。此時所用的刀具半徑只是這把銑刀的半徑值，當辛辛苦苦編完程序后發現這把銑刀不太適合要換用其他直徑的刀具，編程員就要不辭辛勞地重新計算刀具中心所走的路線的坐標值。這對于一個簡單的工件問題不太大，對于外形復雜的模具來說重新計算簡直是太困難了。一個工件的外形加工分粗加工和精加工，這樣粗加工程序編好后也就是完成了粗加工。因為經過粗加工，工件外形尺寸發生了變化，接下來又要計算精加工的刀具中心坐標值，工作量就更大了。此時，如果用了刀具半徑補償，這些麻煩都迎刃而解了。我們可以忽略刀具半徑，而根據工件尺寸進行編程，然后把刀具半徑作為半徑補償放在半徑補償寄存器里。臨時更換銑刀也好、進行粗精加工也好，我們只需更改刀具半徑補償值，就可以控制工件外形尺寸的大小了，對程序基本不

用作一點修改。

2.刀具半徑補償的使用刀具半徑補償的使用是通過指令g41、g42來執行的。補償有兩個方向，即沿刀具切削進給方向垂直方向的左面和右面進行補償，符合左右手定則；g41是左補償，符合左手定則；g42是右補償，符合右手定則，如圖3所示。圖3刀具半徑補償使用的左右手定則在使用g41、g42進行半徑補償時，應特別注意使補償有效的刀具移動方向與坐標。刀具半徑補償的起刀位置很重要，如果使用不當刀具所加工的路徑容易出錯，如圖4所示。圖4刀具半徑補償的起刀位置如果使g42補償有效的過程為刀具從位置1到2，則銑刀將切出一個斜面如圖4中所示的a－b斜面。正確的走刀應該是在刀具沒有切削工件之前讓半徑補償有效，然后進行正常的切削。如圖4所示，先讓銑刀在從位置1移動到位置3的過程中使補償有效，然后從位置3切削到位置2繼續以下的切削，則不會出現a－b斜面。因此，在使用g41、g42進行半徑補償時應采取以下步驟：☆設置刀具半徑補償值；☆讓刀具移動來使補償有效（此時不能切削工件）；☆正確地取消半徑補償（此時也不能切削工件）。記住，在切削完成而刀具補償結束時，一定要用g40使補償無效。g40的使用同樣遇到和使補償有效相同的問題，一定要等刀具完全切削完畢并安全地推出工件以后才能執行g40命令來取消補償。

三、夾具偏置補償正像刀具長度補償和半徑補償一樣讓編程者可以不用考慮刀具的長短和大小，夾具偏置可以讓編程者不考慮工件夾具的位置而使用夾具偏置。當一臺加工中心在加工小的工件時，工裝上一次可以裝夾幾個工件，編程者不用考慮每一個工件在編程時的坐標零點，而只需按照各自的編程零點進行編程，然后使用夾具偏置來移動機床在每一個工件上的編程零點。夾具偏置是使用夾具偏置指令g54～g59來執行的。還有一種方法就是使用g92指令設定坐標系。當一個工件加工完成之后，加工下一個工件時使用g92來重新設定新的工件坐標系。上面是在數控加工中常用的三種補償，它給我們的編程和加工帶來很大的方便，能大大地提高工作效率。

數控機床的發展與現狀 數控機床的發展歷史和趨勢篇五

數控機床綜述

一、數控機床的產生

根據國家標準ｇｂ／ｔ８１２９－１９９７，對機床數字控制的定義：用數字控制的裝置（簡稱數控裝置），在運行過程中，不斷地引入數字數據，從而對某一生產過程實現自動控制，叫數字控制，簡稱數控。是一種靈活、通用、能夠適應產品頻繁變化的柔性自動化機床。

為了滿足多品種，小批量的自動化生產，迫切需要一種靈活的，通用的，能夠適用產品頻繁變化的柔性自動化機床。數控機床就是在這樣的背景下誕生與發展起來的。它為單件、小批量生產的精密復雜零件提供了自動化的加工手段。

二、數控機床的基本工作原理

1.數控機床的組成數控機床主要由機床本體、數控系統、驅動裝置、輔助裝置等幾個部分組成。機床本體是數控機床加工運動的機械部分，主要包括支撐部件（床身、立柱）、主動部件（主軸箱）、進給運動部件（工作臺滑板、刀架）等。

數控系統是是數控機床的控制核心，一般是一臺專用的計算機。

驅動裝置是數控機床的一些配套部件，包括刀庫、液壓裝置、氣動裝置、冷卻系統、排屑裝置、夾具、換刀機械手等。

計算機控制裝置由硬件和軟件兩部分組成。硬件的主體是計算機，包括中央處理器、輸入/輸出部分和位置控制部分。軟件有管理軟件和控制軟件。管理軟件包括輸入/輸出、顯示和診斷程序等；控制軟件包括譯碼、刀具補償、速度控制、插補運算和位置控制等程序。

2．數控機床加工基本原理

數控機床加工時，是根據零件圖樣要求及加工工藝過程，將所用道具及機床各部件的移動量、速度及先后順序、主軸轉速、主軸旋轉方向及冷卻等要求，以規定的數控代碼形式編制成程序單，并輸入到機床專用計算機中。然后，數控系統根據輸入的指令，進行編譯、運算和邏輯處理，輸出各種信號指令，控制機床各部分進行規定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的零件。

3.數控機床加工特點及應用范圍

特點

（1）適應性強（2）精度高（3）效率高（4）減輕勞動強度、改善勞動條件 應用范圍

（1）多品種小批量零件（合理生產批量為10~100之間）；

（2）結構復雜，精度要求較高或必須用數學方法確定的復雜曲線、曲面等零件；

（3）需要頻繁改型的零件；

（4）鉆、鏜、鉸、锪、攻螺紋及銑削工序聯合進行的零件，如箱體、殼體等；

（5）價格昂貴，不允許報廢的零件；

（6）要就百分之百檢驗的零件；

（7）需要最小生產周期的急用零件。

三、數控機床分類

1.按控制道具與零件相對運動軌跡分類

（1）點位控制或位置控制數控機床

點位控制或位置控制數控機床只能控制工作臺锪道具從一個位置精確地移動到另一位置，在移動過程中不進行加工，各個運動軸可以同時移動，也可以一次移動。

（2）輪廓控制數控機床

輪廓控制數控機床能夠同時對兩個或兩個以上坐標軸進行連續控制，具有插補功能，工作臺或刀具邊移動邊加工。

2.按加工方式分類

（1）金屬切削類：如數控車、鉆、鏜、銑、磨、加工中心等。

（2）金屬成型類：如數控折彎機、彎管機、四轉頭壓力機等。

（3）特殊加工類：如數控線切割、電火花、激光切割機等。

（4）其他類：如數控火焰切割機、三坐標測量機等。

3.按控制坐標軸數分類

（1）兩坐表數控機床：兩軸聯動，用于加工各種曲線輪廓的回轉體，如數控車床。

（2）三坐標數控機床：三軸聯動，多用于加工曲面零件，如數控銑床、數控磨床。

（3）多做表數控機床：四周貨物軸聯動，多用于加工形狀復雜的零件。

4.按驅動系統的及控制方式分類

（1）開環控制數控機床

（2）閉環控制數控機床

（3）半閉環控制數控機床

四、數控機床發展概況

1.工業化國家數控機床的發展概況

數控機床的研制最早是從美國開始的。1952年帕森斯公司和麻省理工學院合作研制成功了世界第一臺三坐標數控銑床，它用來加工直升機葉片輪廓檢查用樣板。該數控機床采用專用計算機進行運算與控制和直線插補與輪廓控制的數控銑床，其控制計算機使用電子管原件。到20世紀70年代初，計算機技術的發展由使用電子管過渡到晶體管、印制電路及小規模集成電路，數控獲得許多功能可以用編制的專用程序來實現，而這些專用程序可以存儲在小型計算機的存儲器中，這就形成了軟接線數控，即計算機控制系統cnc。進入到20世紀80年代，數控機床進一步發展，近年來具有代表性的數控系統如下：

（1）計算機直接控制系統

計算機直接控制系統又稱群控，其特點是：使用計算機對生產過程加強管理，使程序的編制、生產的準備與計劃安排等工作和機床工作協調一致，以提高各個數控機床的使用效率。

（2）自適應控制機床

一般數控機床是按照預先編號的程序進行加工的，但在編程時，實際上有許多參數只能參照過去的經驗數據來決定，不可能準確地考慮到他們的一切變化，如毛坯的不均勻、刀具與零件材質的變化、道具的磨損、零件的變形、熱傳導性的差別等，這些變化直接或間接地影響著加工質量，使加工不能在最佳狀態下進行。如果控制系統能對實際加工中的各種加工狀態的參數幾十滴測量并反饋給機床進行修正，則可使切削過程隨時都處在最佳狀態。雖為最佳狀態，指的是最高生產率、最低加工成本、最好的加工質量等。

（3）柔性制造系統

柔性制造系統是在柔性制造單元基礎上研制和發展起來的。柔性制造單元是

一種在人的參與減少到最少是，能連續第對同一組零件內不同的零件進行自動化加工（包括零件在單元內部的運輸和交換）的最小單元。它既可以作為獨立使用的加工設備，又可以作為更大更復雜的柔性制造系統或柔性自動線的基本組成模塊。

（4）計算機集成生產系統

為實現整個生產過程自動化，人們正著手研制包括計劃設計、工藝、加工、裝配、檢驗、銷售等全過程都由計算機控制的集成生產系統。它具有計算機控制的自動化信息流和物質流，對產品的構思和設計直到最終裝配、檢驗這一全過程進行控制，以實現工廠自動化這一偉大的目標。

2.我國數控機床的發展概況

我國數控機床的研制始于1958年，由清華大學研制出了最早的樣機。1966年誕生了第一灘用于直線-圓弧插補的晶體管數控系統。1970年北京第一機床廠的xk5040型數控升降臺銑床作為商品，小批量生產并推向市場。

20世紀80年代前期，在引入了日本fanuc數控技術吼，我國的數控機床才真正進入小批量生產的商品化時代。

目前我國已經有自主版權的數控系統，但絕大多數全功能數控機床還是采用國外的cnc系統。從機床的整體來看，無論是可靠性、精度、生產效率和自動化程度，與國外相比，還存在著不小的差距。

五、數控機床的發展趨勢

未來數控機床的發展趨勢主要表現在以下3個方面：

1.數控技術水平

高精度：定位精度微米級、納米級；

高速度：主軸轉速10000r/min、快速進給100m/min、換刀時間2到3s； 高柔性：多主軸、多工位、多刀庫；

多功能：立臥并用、復合加工；

高自動化：自動上下料、自動監控、自動測量、自動通信。

對單臺主機不僅要求提高其柔性和自動化程度，還要求其具有進入更高層次的柔性制造系統和計算機集成制造系統的適應能力。

2.數控系統方面

目前世界上幾個著名的數控裝置生產廠家，如日本的fanuc、德國的siemens和美國的ab公司產品都在向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發展。他們的數控系統都采用了16位、32位甚至64位微處理器、標準總線及軟件木塊和硬件模塊結構，內存容量擴大到了數十兆字節以上，機床分辨率可達0.1um，快速進給可達100m/min以上，一般控制軸數在3到15個，最多可達24個，并采用先進的電裝工藝。

3.驅動系統方面

交流驅動系統發展迅速交流傳動系統已由模擬式向數字式方向發展，以運算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數字集成元件所取代，從而克服了零點漂移、溫度漂移等弱點。