数控机床的发展趋势

数控机床是综合应用了当代最新科技成果而发展起来的新型机械加工机床，40年来，数控机床在品种、 数量、 加工范围与加工精度等方面有了情人的发展同，大规模集成电路和重型计算机的发展和完善，使数控机床的逐年下降，而精度和可靠性却大提高。数控机床不仅表现为安生量迅速增长，而且在质量、性能和控制方式上也有明显改善。目前，数控机床正朝着以下几个方面发展。

1.数控机床结构的发展

数控机床加工工件时，完全根据计算机发出的指令自动进行加工，不允许频繁测量和进行手动补偿，这就要求机床结构具有较高的静刚度与动刚度，同时要提高结构的热稳定性，提高机械进给系统的刚度并消除其中的间隙，消除爬行。这样可以避免振动、热变形、爬行和间隙等影响，从而搞被加工工件的精度。

同时数控机床由普通数控机床向数控加工中心发展，加工中心可使多道工序集中在一台机床上完成，减少了机床，压缩了半成品库存存量，减少了工序的辅助时间，提高了生产率和加工质量。

继数控加工中心出现之后，又出现了数控机床、工业机器人（或工件交换机）和工件台架组成的加工单元，工件的装卸、 加工实现全自支化控制。

为实现工件自动装卸，以镗铣床为基础的数控加工中心可使用两个交换工作台。一个工作台加工工件时，别一个工作台由工人装夹待加工的工伯，在计算机控制下，自动地把待加工工伯送去加工，并自动指卸下加工好的工件，工件由自动输送车搬动。如果这种加工中心有较多的交换工作台，便可实现长时间无人看管加工。这种形式的数控机床称为柔性制造单元。

2.计算机控制性能的发展

目前，数控系统大都采用多个微处理器组成的微型计算机作为数控装置的核心，因而数控机床的功能大大增强。但随着着人们对数控机床的精度和进给速度要求进一步提高，要求计算机的运算速度就更高。现在计算机控制系统使用的16位CPU不涌满意足这种要棣，所以国外各大公司竞相开发32位微处理器的超高频算机数控系统。这种控制系统更像通用的计算机，可以使用感触盘作为外存储器并且允许使用高级语言编程。计算机数控系统还可含有可编程控制器，可完全代替传统的断电器逻辑控制，取消了庞大的电气控制箱。

3.伺服驱动系统的发展

最早的数控机床采用步时宜电机和液压转矩入大器（又称电液脉冲马达）作为驱动电机。功率较大，可直接驱动机床，使用方便，逐渐取代了电流脉冲马达。

20世纪60年代初期，美国和欧洲采用液压伺服系统。同期，日本首先研制出一种新型小惯直流伺服电机，其动态响应快，不亚于液压伺服系统，同时，用来驱动直流伺服电机的大功率晶闸管整流器的价格下降，所以在60年代中后期数控机床上普遍采用小惯量直流伺服电机。小惯量直流伺服电机最大的特点是转速高，用于机床进给驱动时，必须使用齿轮减速箱，为了省去齿轮箱，70年代，美国盖梯茨公司首先研制成功了大惯量直流伺服电机，又称宽调速直流伺服电机，可以直接与机床的丝械相连。目前，许多数控机床都是使用大惯量直流伺服电机。

直流伺服电机结构复杂，经常需要维修。80年代初期美国通用电气公司成功研制出笼型异步交流伺服电机。交流伺服电机的优点是没有时快时电刷，避免了滑动摩擦，盍时无火花，进一步搞了可靠性，交流伺服电机也可以直接与滚珠丝杠相互连接，调整范围与大尼量直流伺服电机相近。根据统计，欧美日近年生产的数控机床，采用交流伺服电机进行调速的占80%以上，采用直流伺服电机的所占比例不足20%/楞以捍出，采用交流伺服电机的调整系统已以成为数控机床的主要调速方法。

4.自适应控制

闭环控制的数控机床，主要监控机床和刀具的相对位置或移动轨迹的精度。数控机床严格按照加工前编制的程序自动进行加工，但是有一些因素（例如，工件加工余量不一致，工件的材料质量不均匀，刀具磨损等引起的切削的变化，以及加工时温度的变化等），在编制程序时无法准确考虑，往往根据可能出现的最坏情况估算，这样就没有充分发挥数控机床的能力。如果能在加工过程式中，根据实际参数的变化值，自动改变机床切削进给量，使数控机床能适应任一瞬时的变化，始妖冶保持在最佳加工状态，这种控制方法叫自适应控制方法，其工作过程式是通过各种传感顺测得的加工过程式中参数的变化信息，并传送到自适应控制器，与预先存储的有关数据进行比较分析，然后发出校正指令送到数控装置，自动修正程序中的有关数据。

计算机控制装置为自自适应挖掘提供了物质条件，只要在传感器检测技术方面有所突破，数控机床的自适应能力必将大大提高。

5.计算机群控

计算机群控可以简单地理解为，用一台大型通用计算机直接控制一群机订，科称DNC系统。根据机床群与计算机连接的方式不同，可以分为间接型和计算机网络三种不同方式。

间接型DNC是使用主计算机控制每台数控机床，加工程序全存放在主计算机内，加工伯件时，由主计算机将加工程序分别送到每台数控机床的数控装置中，每台数控机床还保留插补运算等控制功能。

在直接型DNC中，机床群中每台机床不再安装数控装置，只有一个由伺服驱动电路和操作面板组成的机床控制器。加工过程所需要的插补运算等功能全部集中，由主计算机完成。这种系统内的任何一台数控机床都不能脱离主计算机单独工作。

计算机网络DNC系统，该系统使用计算机网络协调各个数控机床工作，最终可以将该系统与整个工厂的计算机边成网络，形成一个较大的、较完整的制造系统。

6.柔性制造系统（FMS）

柔性制造系统是一种把自动化加工设备、物流自动化加工处理和信息流自动处理融为一体的智能化加工系统。进入20世纪80年代之后，柔性制造系统得到迅速发展。

(1)加工子系统

根据工件的工艺要求，加工子系统差别很大。加工子系统由数控车床、数控端面外圆磨床、  数控车床、立式加工中心和卧式加工中心组成，五个加工单元配有四台工业机器人，单元2还配有数控清洗机，该系统可以加工伺服电机的轴类、法兰盘类、支架体类和壳体类等共14种零件。

(2)物流子系统

该系统由自动输送小车、各种输送机构、机器人、工件装卸站、工件存储工位、刀具输入输出夔刀库等构成。物流子系统在计算机的控制下生动完成刀具和工件的输送工作。

(3)信息流子系统

该系统由主计算机、分级计算机及其接口、外围设备、各种控制装置的硬件和软件组成。信息流子系统的主要功能是实现各子系统之间的信息联系，对系统进行管理，确保系统的正常工作。对一个复杂系统，只有通过计算机分组管理才能对系统进行更有效的管理，保证在工作时各部分保持协调一致。

对FMS，计算机系统一般分为三级：第一级为主计算机，又称为管理计算机。管理计算机要根据调度作业命或命令根据现声反馈信号（如故障、报警信号）运行“作业高度软件”，实现各种工况的作业调度计划，并对下一级计算机发出相应的控制指令；第二级为过程控制计算机，包括计算机群控（DNC）、刀具管理计算机和工件管理计算机，其作用是接收主计算杨的指令，根据指令对下属设备实施具体管理；第三级由各设备的控制计算机构成，实现具体的程序动作。

信息流子系统由中央管理计算机、物流控制计算机、单元控制计算机、各数控机床和机器人中的数控装置及信息传送网络组成。