数控技术的产生

1.1.1　数控技术的产生

　　1948年，美国帕森斯（Parsons）公司在研制直升机叶片加工机床时，提出了数控机床的初始设想，后由空军部门委托帕森斯公司和麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所进行数控机床的研究工作，历经三年，于1952年试制成功世界上第一台数控机床。

　　数控机床的研制成功是机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段。此后，数控机床的应用也从宇航工业逐步扩展到船舶、汽车、铁道、电力和建筑等民用机械制造业。

　　1997年，我国制定了国家标准（GB/T8129―1997），对数值控制（数控）做出如下定义：用数值数据的控制装置，在运行过程中，不断地引入数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制（numerical　control，NC）。

　　随着计算机技术的发展、软硬件的提高，出现了计算机数控（computer　numerical　control，CNC）系统。CNC系统完全由软件处理数字信息，具有真正的柔性，使数控系统性能大大提高。

　　现在，数控机床都采用了CNC：将加工零件的各种操作以及主轴转动、刀架的移动等动作用不同的代码事先输入机床，计算机对输入的信息进行处理运算，而后发出不同指令去控制伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需的合格零件。

　　1.1.2　数控机床的发展

　　1.数控机床的发展

　　随着计算机技术、微电子技术的高速发展，数控机床的性能价格比不断提高，不断更新换代。过去曾只被少数企业拥有的数控机床如今已有了更广阔的用武之地，为大多数现代企业所必备。

　　经过几十年的发展，数控机床的核心部分――数控系统，先后历经了六代的变化，即电子管时代、晶体管时代、集成电路时代、小型计算机时代、微处理计算机时代和通用CNC系统时代。其中，前三代称作硬件数控（NC）阶段；后三代为计算机软件控制（CNC）阶段。

　　2.数控机床的发展趋势

　　随着人们对产品的要求日益多样化，高质量、高效益和多品种、小批量、柔性生产方式成为企业生存发展的必要条件，而单件小批量零部件产品占机械加工总量的80%以上，这样就要求数控机床向着工序集中、高速、高效、高精度以及使用方便等方向发展。

　　（1）工序集中

　　数控加工中心是继普通数控机床后出现的自动化程度更高的数控机床，它可以从自备的刀库中用机械手自动更换刀具，连续地对被加工工件进行多种工序的加工。五面加工的加工中心，去刀、取刀和换刀的整个过程在1s左右。为五轴联动数控机床加工的铝合金样件。

　　加工中心使大多数工序都集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散、工件多次装夹引起的定位误差，提高了加工精度，同时还减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效地提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。

　　（2）高速、高效、高精度

　　以上“三高”是机械加工的目标，也是数控机床发展的趋势之一。

　　（3）使用方便

　　使用方便包括编制程序方便和操作机床方便两方面。

　　①编制程序方便：数控机床完全依赖程序来加工，编好程序至关重要。从一开始的手工编程到自动编程以及最新的图形交互式编程，编写程序变得更为方便。

　　②操作机床方便：数控机床在加工过程中普遍使用动态显示屏进行人机对话、图形显示和图形模拟等技术。对于一些操作说明、错误信息等也有提示。

　　3.数控机床的应用范围

　　数控机床具有普通机床所不具备的许多优点，其应用范围在不断扩大，但目前还不能完全取代普通机床，主要原因是它不能以最经济的方式解决加工制造过程中的所有问题。

　　根据数控加工的优缺点，将被加工的零件按适合数控加工的程度分为下列三类：

　　（1）最适应类

　　对于这种类型的零件，不应过多地考虑生产率与经济性，只要有可能，都应优选数控加工方案：

　　①形状复杂、加工要求高，用普通机床无法加工或虽能加工但很难保证产品质量的零件。

　　②用数学模型描述的复杂曲线或复杂曲面轮廓零件。

　　③具有难测量、难控制进给、难控制尺寸等特点的不开敞内腔的壳体或盒形零件。

　　④必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰和攻螺纹等多个工序的零件。

　　（2）较适应类

　　对于这种类型的零件，除了可加工性外，还要综合考虑生产率及经济性，一般应尽量选择数控加工方案：

　　①在普通机床上加工极易受人为因素（如情绪波动、体力强弱、技术水平高低等）干扰，零件价值又高，一旦质量失控便会造成重大经济损失的零件。

　　②在普通机床上加工时必须制造复杂专用夹具的零件。

　　③需要多次更改设计后才能定型的零件。

　　④在普通机床上加工需要作长时间调整的零件。

　　⑤用普通机床加工时，生产率很低或劳动强度很大的零件。

　　（3）不适应类

　　对于这种类型的零件，采用数控加工后，既不经济，又不能提高生产率，还可能弄巧成拙或得不偿失，一般不应选择数控加工方案：

　　①装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。

　　②加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件。

　　③必须用特定的工艺装备协调加工的零件。

　　④生产批量大的零件（不排除其中个别工序用数控机床加工）。