数控技术和数控机床

1.数控的概念

数控（Numerical Control，NC）是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。数控技术的发展和电子技术的发展保持同步，至今已经历了从电子管、晶体管、集成电路、计算机到微处理机的演变，由于现代数控都采用计算机控制，因此，又称计算机数控（Computerized Numerical Control，CNC）。数字化信息控制必须有相应的硬件和软件，这些硬件和软件的整体称为数控系统（Numerical Control System）。数控系统的核心部件是数控装置（Numerical Controller）。

根据使用场合的不同，数控技术、数控系统、数控装置均可采用NC或CNC的英文缩写，因此，英文的NC和CNC一词具有三种不同含义：在广义上代表一种控制方法和技术；在狭义上代表一种控制系统的实体；此外还可特指一种具体的控制装置——数控装置。

利用数控技术来解决金属切削机床的轮廓加工——刀具轨迹的自动控制问题的设想，最初由美国Parsons公司在20世纪40年代末提出。1952年，Parsons公司和美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）联合，在一台Cincinnati Hydrotel立式铣床上安装了一套试验性的数控系统，并成功地实现了三轴联动加工，这是人们所公认的第一台数控机床。到了1954年，美国Bendix公司在Parsons专利的基础上，研制出了第一台工业用的数控机床，随后，数控机床取得了快速发展和迅速普及。

2.数控机床

采用数控技术进行控制的机床称为数控机床，简称NC机床。机床控制是数控技术应用最早、最广泛的领域，数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。在今天，数控机床业已成为衡量一个国家制造技术水平和国家综合实力的重要标志，人们将数控技术与PLC技术、工业机器人、CAD/CAM技术并称为现代工业自动化的四大支持技术。

数控机床是一个广义上的概念，所有机床都可采用数控技术进行控制，即使是用于特定产品加工的专用机床和生产线，为了增加其加工适应能力（柔性），也可采用数控。但是，需要注意的是：在使用PLC控制的机床上，某些运动部件的位置虽然也使用了轴控模块、伺服驱动器进行控制，但在通常情况下，这样的控制只能针对某一运动轴的速度、位置所进行的独立控制，它不能实现多个运动轴间的联动，解决刀具运动轨迹的控制问题，因此，这种机床不能称为数控机床。

在一般工业企业中，金属切削机床的车削类、钻镗铣类机床占绝大多数，因此，它是数控技术应用最为广泛的领域。

车削类机床以工件旋转作为切削主运动，适合于回转体零件的加工，与此类似的机床有内外圆磨削类等，这样的机床需要有轴向（Z）和径向（X）两个基本运动轴。根据机床的结构和功能，车削类数控机床分为数控车床、车削中心、车铣复合加工中心、多主轴高效加工机床和车削FMC等。

钻镗铣类机床通过刀具的旋转和空间运动实现切削，与此类似的机床有齿轮加工类、螺纹加工类、工具磨削类等，这样的机床至少需要有X/Y/Z三个运动轴。根据机床的结构和功能，钻镗铣类数控机床分为数控铣床、数控镗铣床、加工中心、铣车复合加工中心、多主轴高效加工中心和FMC等。(www.xing528.com)

为此，作为数控机床的基本控制系统，大多数CNC生产厂家习惯上将数控系统分为M和T两个系列产品，M系列CNC至少具备3轴（X/Y/Z）控制功能，用于钻镗铣类机床控制，如FANUC-0iM、SIEMENS-810M、KND100M等；T系列CNC至少具备2轴（X/Z）控制功能，用于车削类机床控制，如FANUC-0iT、SIEMENS-810T、KND100T等。

但是，随着CNC技术的不断进步，车铣复合加工、多主轴高效加工和FMC等先进数控机床日益普及，它们对数控系统提出了更高的要求。例如，车铣复合加工机床需要有多轴控制、Cs轴控制功能；多主轴高效机床需要有多通道控制功能等，CNC的功能正在日益提高。

3.数控机床的基本特点

数控机床是典型的机电一体化设备，是现代制造技术的基础；数控机床也是数控技术应用最早、最广泛的领域，它代表了目前数控技术的性能、水平和发展方向。数控机床与普通机床比较，具有以下特点。

1）精度高。机床采用CNC控制后，由于以下原因，其定位精度和加工精度一般都要高于传统的普通机床。一是脉冲当量小。CNC的脉冲当量决定了机床理论上可达到的定位精度，当代CNC的脉冲当量一般都在0.001mm及以下，它能实现比普通机床更精确的定位和加工。二是CNC具有误差自动补偿。CNC一般都具备误差自动补偿功能，机床进给传动系统的反向间隙、丝杠的螺距误差等均可通过CNC进行自动补偿，因此，即使在同等条件下，数控机床的定位精度也高于普通机床。三是结构刚性好。数控机床的进给系统普遍采用滚珠丝杠、直线导轨等高效、低摩擦传动部件，传动系统结构简单、传动链短、传动间隙小、部件刚性好，它比普通机床具有更高的刚度、精度和稳定性。四是人为误差小。数控机床可通过一次装夹，完成多工序的加工，减少了零件的装夹过程的人为误差；其零件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量稳定。

2）柔性强。机床采用CNC控制后，只需更换加工程序，就能进行不同零件的加工，它为多品种、小批量加工及新产品试制提供了极大的便利。数控机床还可通过多轴联动控制，实现空间曲线、曲面的加工，加工普通机床难以或无法完成的复杂零件加工，因此，其适用范围更广、柔性比普通机床更强。

3）生产效率高。零件加工效率决定于零件的实际加工时间和辅助加工时间。数控机床的加工效率主要体现在以下几个方面：一是数控机床的切削速度和进给量可以任意选择，因此，每一道工序都可选择最佳的切削用量，以提高加工效率；此外，由于数控机床的刚性好，允许进行大切削用量的强力切削，其加工效率高，实际加工时间短。二是数控机床的快速移动速度大大高于普通机床，一般数控机床的快速通常都在30m/min以上，在高速加工机床上，更是可达到近100m/min，其刀具定位的时间非常短，加工辅助时间比普通机床要小得多。三是数控机床一次装夹，可完成多工序加工，更换同类零件不需要重新调整机床；大大节省了零件安装、调整时间。四是数控机床可实现精确、快速定位，因此不必像普通机床那样，需要在加工前对工件进行划线，可节省划线工时。五是加工零件的尺寸一致性好，质量稳定，加工零件通常只需要进行首检与抽检，可节省工件检验时间。

4）有利于现代化管理。数控机床能准确地计算零件加工工时和费用，有利于生产管理的现代化。先进的数控机床，还可方便地连接到工厂自动化网络或信息管理网络中，它为企业的计算机辅助设计与制造和信息化管理提供了条件。