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外文資料翻譯
數(shù)控技術(shù)
數(shù)字控制與計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的發(fā)展歷史
數(shù)字控制是按照含有機(jī)床(刀具)運(yùn)動(dòng)信息程序所指定的順序自動(dòng)執(zhí)行操作的加工過(guò)程。數(shù)控這一概念是由密歇根洲特拉華城的約翰·帕森于20世紀(jì)四十年代后期提出的。為了在工件上加工光滑的輪廓，帕森提出了一種自動(dòng)的機(jī)床控制方式，它能夠引導(dǎo)銑床刀具加工出一種“過(guò)軸曲線”。
1949年，美國(guó)空軍與帕森簽署了合同，要求開(kāi)發(fā)一種能夠提高生產(chǎn)率的新型機(jī)床。帕森委托麻省理工學(xué)院(MIT)來(lái)開(kāi)發(fā)一種新概念機(jī)床，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家和工程師研制出了一種用穿孔紙帶作為輸入媒介的二軸聯(lián)動(dòng)銑床控制系統(tǒng)。在較短時(shí)間內(nèi)，當(dāng)時(shí)所有主要的機(jī)床生產(chǎn)商都生產(chǎn)了一些數(shù)控機(jī)床，但直到20世紀(jì)七十年代后期，基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字控制才被得到廣泛的使用。只有價(jià)格低廉且功能強(qiáng)大的微處理芯片代替了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中的硬連線邏輯發(fā)生器后，NC才真正成為一門(mén)自動(dòng)化技術(shù)。
當(dāng)數(shù)控機(jī)床在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下工作時(shí)，它就被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床(CNC)。計(jì)算機(jī)是CNC機(jī)床的控制單元，它們內(nèi)嵌于數(shù)控機(jī)床或者通過(guò)通訊渠道與數(shù)控機(jī)床聯(lián)接，當(dāng)程序員編程時(shí)，通過(guò)紙帶或磁盤(pán)將一些信息輸入，計(jì)算機(jī)將對(duì)一些必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的完成工作。
由于第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)是由紙帶控制的，因此數(shù)控系統(tǒng)被稱(chēng)為紙帶控制機(jī)床。它們只能控制由輸入到機(jī)床內(nèi)的紙帶或磁帶所規(guī)定的單一操作，輸入到機(jī)床內(nèi)的程序是不能被編輯的，要改變程序必須重做新紙帶。
當(dāng)今的系統(tǒng)都由計(jì)算機(jī)來(lái)控制數(shù)據(jù)，因而稱(chēng)之為計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床(簡(jiǎn)稱(chēng)CNC機(jī)床)。NC和CNC系統(tǒng)兩者的工作原理一樣，僅僅控制執(zhí)行的方式不同。新型的數(shù)控系統(tǒng)通常速度更快、功率更大、功能更齊全。
數(shù)字控制與計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的應(yīng)用
數(shù)控技術(shù)自創(chuàng)立以來(lái)就得到了廣泛的應(yīng)用，包括車(chē)床和車(chē)削中心、銑床和加工中心、沖床、電火花(EDM)加工機(jī)床、線切割機(jī)床、磨床以及測(cè)試檢測(cè)裝置等。最復(fù)雜的計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床是車(chē)削中心，圖4—1所示一個(gè)具有十轉(zhuǎn)位的刀架能進(jìn)行快速換刀的現(xiàn)代車(chē)削中心，立式加工中心如圖4—2所示(刀具庫(kù)在機(jī)床的左邊。右邊的控制面板可由操作者通過(guò)轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng))，以及臥式加工中心，通過(guò)按下按鈕每把刀可在數(shù)秒鐘內(nèi)定位。如圖4—3所示(配有自動(dòng)換刀系統(tǒng)。刀具庫(kù)儲(chǔ)備有200把切削工具)。
當(dāng)為某項(xiàng)操作編程時(shí)，程序員必須選擇傳統(tǒng)的加工切削數(shù)據(jù)推薦值。這些切削數(shù)據(jù)包括切削速度、進(jìn)給率、刀具和刀具幾何形狀等。當(dāng)程序員正確選擇所有必要信息后，操作人員將程序載入機(jī)床并按下按鈕，切削循環(huán)就開(kāi)始。
數(shù)控技術(shù)是一種利用程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)，加工制造設(shè)備采用數(shù)控技術(shù)后能由數(shù)字、字符和符號(hào)等進(jìn)行控制。這些數(shù)字、字符和符號(hào)等被編碼成按一定格式定義的指令程序用于一個(gè)特定的加工或工件，這些指令可以采用兩種二進(jìn)制編碼的數(shù)字系統(tǒng)中的任意一種進(jìn)行定義，這兩種二進(jìn)制編碼數(shù)字系統(tǒng)分別為電工協(xié)會(huì)代碼(EIA)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼(ASCII)。一般來(lái)說(shuō)，ASCII編碼的機(jī)床控制系統(tǒng)不能接受EIA編碼的指令，反之亦然。當(dāng)然，這樣的問(wèn)題已經(jīng)逐漸得到解決。數(shù)控加工制造目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于幾乎所有的金屬加工機(jī)床：車(chē)床，銑床，鉆床，鏜床，磨床，回轉(zhuǎn)沖床，電火化，線切割和焊接機(jī)床，甚至彎管機(jī)也采用數(shù)控加工技術(shù)。
數(shù)控技術(shù)的基本組成
一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)主要由以下3個(gè)部分組成：
(1)程序指令
(2)加工控制單元
(3)制造裝備
程序指令是由一條一條的詳細(xì)指令所組成，制造裝備按要求執(zhí)行這些指令。最常用的指令有：可以按要求使機(jī)床刀具主軸位于工作臺(tái)上的具體位置，工作臺(tái)是用于固定加工零件的，許多更高級(jí)的指令還包括用于主軸速度的選擇、刀具速度的選擇及其他一些功能。
加工控制單元(MCU)包括一些用于閱讀和解釋程序指令并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)床刀具或其他制造裝備的機(jī)械動(dòng)作的電子和控制硬件。
制造裝備是一種進(jìn)行金屬加工的數(shù)控技術(shù)裝備，在常用的數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域中，制造裝備用于進(jìn)行機(jī)械制造。制造裝備包括工作臺(tái)、主軸、電機(jī)及控制驅(qū)動(dòng)單元。
數(shù)控技術(shù)的類(lèi)型
數(shù)控技術(shù)系統(tǒng)主要有兩種類(lèi)型：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)控系統(tǒng)和輪廓線數(shù)控系統(tǒng)。
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)控系統(tǒng)也稱(chēng)為位置數(shù)控系統(tǒng)，比輪廓線數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)單，其主要的原理是移動(dòng)刀具或工件從一個(gè)程序控制點(diǎn)到另一一個(gè)控制點(diǎn)，通常像鉆床這樣的加工功能，每個(gè)點(diǎn)幫司以通過(guò)NC程序中的指令進(jìn)行控制。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)控系統(tǒng)適用于像鉆孔、沉孔加工、沉孔鏜孔、鉸孔和攻絲等。其他沖孔機(jī)床、點(diǎn)焊機(jī)和裝配機(jī)床等也都采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)控系統(tǒng)。
輪廓線數(shù)控系統(tǒng)也稱(chēng)為輪廓線路徑數(shù)控系統(tǒng)，定位和切割操作都是以不同的速度沿著控制的路徑進(jìn)行的。由于刀具沿路徑進(jìn)行切削，因此刀具的運(yùn)動(dòng)和速度的精確控制和同步性能是非常重要的。輪廓線數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用于車(chē)床、銑床、磨床、焊接機(jī)床和加工中心中。刀具沿著路徑的運(yùn)動(dòng)，或稱(chēng)為插補(bǔ)逐漸出現(xiàn)了幾個(gè)不同的方法。有許多類(lèi)型的插補(bǔ)方法用于處理輪廓線數(shù)控系統(tǒng)中生成光滑的輪廓線時(shí)遇到的各種問(wèn)題。幾種比較常用的方法有線性插補(bǔ)，圓形插補(bǔ)，螺旋形插補(bǔ)、拋物線插補(bǔ)和立方插補(bǔ)等，在所有的插補(bǔ)方法中，路徑控制是以刀具的旋轉(zhuǎn)中心為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于不同類(lèi)型、不同直徑的刀具，加工過(guò)程中的不同刀具磨削量在數(shù)控程序中獲得不同的補(bǔ)償。
數(shù)控系統(tǒng)的編程
一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)(NC)的程序包括使數(shù)控(NC)機(jī)床進(jìn)行操作和加工的一系列指令。數(shù)控程序可以由數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的程序庫(kù)開(kāi)發(fā)生成，也可以從外面采購(gòu)獲得。另外，程序可以通過(guò)手工編寫(xiě)，也可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助編程。
數(shù)控程序包括一系列指令系統(tǒng)和命令系統(tǒng)。幾何類(lèi)指令用于定義刀具和工件之間的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)：加工類(lèi)指令用于定義主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、刀具轉(zhuǎn)速等：傳送類(lèi)指令用于定義刀具或工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度和插補(bǔ)的類(lèi)型等；開(kāi)關(guān)類(lèi)指令用于冷卻液供給、主軸旋轉(zhuǎn)、主軸旋轉(zhuǎn)方向選擇、換刀、工件進(jìn)給、夾具等的開(kāi)關(guān)。第一個(gè)用于數(shù)控編程的數(shù)控編程語(yǔ)言是20世紀(jì)50年代由麻省理工學(xué)院數(shù)控編程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)小組專(zhuān)家開(kāi)發(fā)的，并被命名為自動(dòng)編程工具(APT)。
直接數(shù)字控制(DNC)和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)
數(shù)控技術(shù)的發(fā)展在批量生產(chǎn)和車(chē)間生產(chǎn)加工中，不管是在技術(shù)上還是在商業(yè)上都獲得了巨大的成功。目前，已經(jīng)有兩種數(shù)控技術(shù)系統(tǒng)得到了發(fā)展，分別是：
(1)直接數(shù)字控制(DNC)。
(2)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)。
直接數(shù)字控制(DNC)可以被定義為這樣一個(gè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)，該制造系統(tǒng)有許多臺(tái)加工機(jī)床，而相互之間由一臺(tái)計(jì)算機(jī)采用直接連接，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。這樣，在傳統(tǒng)的數(shù)字控制技術(shù)中采用的磁帶閱讀器在直接數(shù)字控制中被取消，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。不使用磁帶閱讀器，被加工的零件程序就從計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中直接傳送到進(jìn)行加工的刀具上。從原理上講，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以控制多達(dá)100臺(tái)加工機(jī)床，(在20世紀(jì)70年代一個(gè)商業(yè)使用的DNC系統(tǒng)宣稱(chēng)可以控制多達(dá)256個(gè)機(jī)床刀具)。直接數(shù)字控制計(jì)算機(jī)用于按要求提供加工指令給每個(gè)進(jìn)行加工的刀具上，當(dāng)機(jī)床需要控制指令時(shí)，計(jì)算機(jī)就可以馬上將指令傳送到機(jī)床上。
隨著直接數(shù)字控制(DNC)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字式計(jì)算機(jī)的尺寸和價(jià)格的大幅度的降低，數(shù)字式計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力的大大提高，大量傳統(tǒng)的以硬件線路為基礎(chǔ)的加工控制單元被以數(shù)字計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字控制單元所替代。最初在20世紀(jì)70年代使用了小型計(jì)算機(jī)。后來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步小型化，早期的小型計(jì)算機(jī)逐漸被現(xiàn)在的微型計(jì)算機(jī)所取代。
計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)使用專(zhuān)用的微型計(jì)算機(jī)作為加工控制單元。因?yàn)閿?shù)字計(jì)算機(jī)都用于計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)和直接數(shù)控(DNC)，所以應(yīng)該注意兩者之間的區(qū)別，可以從3個(gè)方面來(lái)加以區(qū)分。
(1) DNC計(jì)算機(jī)是將指令數(shù)據(jù)發(fā)送到許多機(jī)床去或從許多機(jī)床中收集數(shù)據(jù)，而CNC計(jì)算機(jī)每次只控制一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)床。
(2) DNC計(jì)算機(jī)一般位于距機(jī)床一定距離的位置，而CNC計(jì)算機(jī)一般都位于距機(jī)床較近的位置。
(3) DNC計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的軟件不僅可以用于控制單件生產(chǎn)，而且可以用于一個(gè)企業(yè)制造部門(mén)的管理信息系統(tǒng)，而CNC計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的軟件一般只用于某個(gè)特殊加工的工具。
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