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外文資料翻譯
數(shù)控技術(shù)
數(shù)字控制與計算機(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)運動信息程序所指定的順序自動執(zhí)行操作的加工過程。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的機(jī)床控制方式，它能夠引導(dǎo)銑床刀具加工出一種“過軸曲線”。
1949年，美國空軍與帕森簽署了合同，要求開發(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)來開發(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)動銑床控制系統(tǒng)。在較短時間內(nèi)，當(dāng)時所有主要的機(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，基于計算機(jī)的數(shù)字控制才被得到廣泛的使用。只有價格低廉且功能強(qiáng)大的微處理芯片代替了計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中的硬連線邏輯發(fā)生器后，NC才真正成為一門自動化技術(shù)。
當(dāng)數(shù)控機(jī)床在計算機(jī)監(jiān)控下工作時，它就被稱為計算機(jī)數(shù)控機(jī)床(CNC)。計算機(jī)是CNC機(jī)床的控制單元，它們內(nèi)嵌于數(shù)控機(jī)床或者通過通訊渠道與數(shù)控機(jī)床聯(lián)接，當(dāng)程序員編程時，通過紙帶或磁盤將一些信息輸入，計算機(jī)將對一些必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的完成工作。
由于第一臺數(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)都由計算機(jī)來控制數(shù)據(jù)，因而稱之為計算機(jī)數(shù)控機(jī)床(簡稱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)字控制與計算機(jī)數(shù)字控制的應(yīng)用
數(shù)控技術(shù)自創(chuàng)立以來就得到了廣泛的應(yīng)用，包括車床和車削中心、銑床和加工中心、沖床、電火花(EDM)加工機(jī)床、線切割機(jī)床、磨床以及測試檢測裝置等。最復(fù)雜的計算機(jī)數(shù)控機(jī)床是車削中心，圖4—1所示一個具有十轉(zhuǎn)位的刀架能進(jìn)行快速換刀的現(xiàn)代車削中心，立式加工中心如圖4—2所示(刀具庫在機(jī)床的左邊。右邊的控制面板可由操作者通過轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動)，以及臥式加工中心，通過按下按鈕每把刀可在數(shù)秒鐘內(nèi)定位。如圖4—3所示(配有自動換刀系統(tǒng)。刀具庫儲備有200把切削工具)。
當(dāng)為某項操作編程時，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)就開始。
數(shù)控技術(shù)是一種利用程序?qū)崿F(xiàn)自動控制的技術(shù)，加工制造設(shè)備采用數(shù)控技術(shù)后能由數(shù)字、字符和符號等進(jìn)行控制。這些數(shù)字、字符和符號等被編碼成按一定格式定義的指令程序用于一個特定的加工或工件，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)會代碼(EIA)和美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼(ASCII)。一般來說，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
一個數(shù)控系統(tǒng)主要由以下3個部分組成：
(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上的具體位置，工作臺是用于固定加工零件的，許多更高級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、主軸、電機(jī)及控制驅(qū)動單元。
數(shù)控技術(shù)的類型
數(shù)控技術(shù)系統(tǒng)主要有兩種類型：點對點數(shù)控系統(tǒng)和輪廓線數(shù)控系統(tǒng)。
點對點數(shù)控系統(tǒng)也稱為位置數(shù)控系統(tǒng)，比輪廓線數(shù)控系統(tǒng)簡單，其主要的原理是移動刀具或工件從一個程序控制點到另一一個控制點，通常像鉆床這樣的加工功能，每個點幫司以通過NC程序中的指令進(jìn)行控制。點對點數(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、點焊機(jī)和裝配機(jī)床等也都采用點對點數(shù)控系統(tǒng)。
輪廓線數(shù)控系統(tǒng)也稱為輪廓線路徑數(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，因此刀具的運動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)用于車床、銑床、磨床、焊接機(jī)床和加工中心中。刀具沿著路徑的運動，或稱為插補(bǔ)逐漸出現(xiàn)了幾個不同的方法。有許多類型的插補(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遇到的各種問題。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)，對于不同類型、不同直徑的刀具，加工過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)部的程序庫開發(fā)生成，也可以從外面采購獲得。另外，程序可以通過手工編寫，也可以進(jìn)行計算機(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)。幾何類指令用于定義刀具和工件之間的相對位置和運動：加工類指令用于定義主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、刀具轉(zhuǎn)速等：傳送類指令用于定義刀具或工作臺的運動速度和插補(bǔ)的類型等；開關(guān)類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、夾具等的開關(guān)。第一個用于數(shù)控編程的數(shù)控編程語言是20世紀(jì)50年代由麻省理工學(xué)院數(shù)控編程系統(tǒng)開發(fā)小組專家開發(fā)的，并被命名為自動編程工具(APT)。
直接數(shù)字控制(DNC)和計算機(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生產(chǎn)制造系統(tǒng)，該制造系統(tǒng)有許多臺加工機(jī)床，而相互之間由一臺計算機(jī)采用直接連接，進(jìn)行實時控制。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算機(jī)的存儲器中直接傳送到進(jìn)行加工的刀具上。從原理上講，一臺計算機(jī)可以控制多達(dá)100臺加工機(jī)床，(在20世紀(jì)70年代一個商業(yè)使用的DNC系統(tǒng)宣稱可以控制多達(dá)256個機(jī)床刀具)。直接數(shù)字控制計算機(jī)用于按要求提供加工指令給每個進(jìn)行加工的刀具上，當(dāng)機(jī)床需要控制指令時，計算機(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)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字式計算機(jī)的尺寸和價格的大幅度的降低，數(shù)字式計算機(jī)的計算能力的大大提高，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年代使用了小型計算機(jī)。后來，隨著計算機(jī)的進(jìn)一步小型化，早期的小型計算機(jī)逐漸被現(xiàn)在的微型計算機(jī)所取代。
計算機(jī)數(shù)控(CNC)使用專用的微型計算機(jī)作為加工控制單元。因為數(shù)字計算機(jī)都用于計算機(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個方面來加以區(qū)分。
(1) DNC計算機(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計算機(jī)每次只控制一臺或幾臺機(jī)床。
(2) DNC計算機(jī)一般位于距機(jī)床一定距離的位置，而CNC計算機(jī)一般都位于距機(jī)床較近的位置。
(3) DNC計算機(jī)開發(fā)的軟件不僅可以用于控制單件生產(chǎn)，而且可以用于一個企業(yè)制造部門的管理信息系統(tǒng)，而CNC計算機(jī)開發(fā)的軟件一般只用于某個特殊加工的工具。
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