数控机床向高精度、高速度发展和数控机床基础结构

[一]、数控机床向、高速度方向发展
　　在现代工业社会中，效率、质量和成本依然是制造企业竞争的核心问题，所以各企业竞相采用的设备和技术，以提高自己的竞争能力，其中非常典型的就是数控机床的广泛应用，尤其是数控机床技术本身的革新与发展。
　　1.数控系统和伺服系统的控制精度为数控机床向方向发展提供了核心技术支持
　　的数控系统均采用位数、频率的处理器(如32位，64位机)，以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床采用规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。
　　数控机床的各坐标轴采用智能化交流伺服系统驱动控制。智能化交流伺服系统由智能控制器、自动检测和自动识别技术与586或性能的微机、新型功率电子器件(IGBT)的逆变器、数字信号处理器(DSP)、数字式位置传感器、SPWM以及交流永磁同步电动机或笼型异步伺服电动机构成。利用知识工程、机器学习、人工智能技术、模糊控制技术的原理和方法，建立适合于复杂交流伺服系统的知识结构，广义知识表示及知识的自动获取方法，为综合智能控制提供信息基础，了伺服系统的控制精度。
　　其他控制技术的应用，也是数控机床向方向发展的重要因素。前馈控制技术，在原来的控制系统上加上速度指令的控制方式，使追踪滞后误差减少，了拐角切削加工精度。机床静、动摩擦的非线性补偿控制技术了机床床鞍的爬行。高分辨率位置检测装置的应用，也是数控机床加工的重要。
　　2.速切削技术为数控机床向高速度方向发展提供了理论依据和技术
　　提高数控机床生产率归根到底是以加快空程运作的速度和提高零件生产过程的连续性，从而缩短辅助工时为目的的一种技术手段。
　　但是，辅助运作速度的提高是有限度的。例如加工中心自动换刀时间已缩短到小于七，空程速度一般已提高到30~60m/min，再提高空程速度不但技术上有困难，经济上不合算，而且对提高机床的生产率意义也不大。于是在单位时间内材料切除率是常规切削的3~6倍的速切削(Ultra-HighSpeedMachining)技术在专家们的苦心研究下应运而生了。
　　这种技术不但可以提高生产效率。还可以降低切削力的30%以上；切屑可以带走切削热的~以上。
　　可以减少振动和残余应力。降低加工成本等等。关键是速切削技术的相关核心技术相继出现了，如高速切削刀具技术(具有、高熔度刀具材料的铁基硬质合金、聚晶金刚石(PCD)压层硬质合金、聚晶立方氮化硼(CBN)，陶瓷等刀具材料技术)；高速切削机床技术包括高速主轴、高速进给系统(高速滚珠丝杠、高速的直线电动机伺服驱动系统和虚拟轴机构)、高速CNC控制系统(关键技术包括处理刀具轨迹、预先前馈控制、反应的伺服系统等)；高速加工的测试技术(主轴发热情况测试、滚珠丝杠发热测试、刀具磨损状态测试、工件加工状态监测)等等。现在，高速切削技术已经进人了工业应用阶段。
　　3.多抽联动技术加速了数控机床向高速度方向发展
　　由于在加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参与切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显著加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系统商不遗余力地5轴、6轴联动数控系统，随着5轴联动数控系统和编程软件的成熟和日益普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个热点。
　　主要的系统商在6轴联动控制系统的研究上己经取得和很大进展，在6轴联动加工中心上可以使用非旋转刀具加工任意形状的三维曲面，且切深可以很薄。
　　立式机床的立柱，因为主轴箱悬挂在立柱一侧，所以一般采用封闭的箱型结构和米字形的内部肋板；有因为米字形肋板铸造时比较困难，所以有些立柱仍采用井字形的肋板。由于采用平衡锤平衡主轴箱的重量，因此平衡锤一般设立在立柱内腔里，并随主轴箱的升降而升降。采用这种平衡方式的立式机床立柱，其内腔是中空的。
　　[二]、数控机床基础结构
　　用数字化信息技术对设备系统进行地控制的技术就是数字控制技术。数控机床就是用数字控制技术对机床的运动轨迹和对零件的加工过程进行控制，是数字和机床的运作的融合。像自动洗衣机、电冰箱等电气对数字控制技术的应用有着非常大应用，具有代表性的机电一体化产品就是数控机床，它对控制编码和规定内的符号有的逻辑处理能力，与普通的机床相比有现代化机械加工设备的性。数控机床所有的机电一体化产品相同，由以下几大组成部分：机床主体、电气控制单元、执行系统、数据控制系统部分。
　　1、机床主体。数控机床的主体是机床的重要组成部分，它是直接作用在零件上的。主要的作用就是对零件进行加工。
　　2、电气控制单元。电气控制系统是由电源模块、电机模块、运动控制器(SIMOTION)等部分组成。
　　现阶段的数控机床的电源模块有两种：一种可以将一个固定的电流转化成预定电流，并且与运动控制器能进行通信的可调电流；还有一种是不能转化电流，不能与运动控制器通信的不可调电流。电动机模块有两种，分别是装机装柜型和书本型。它的作用就是把通过的电流转变成适合电动机使用的交流电。电气控制单元是数控机床的重要指挥中心，而电气控制系统的主要组成部分就是运动控制器，它的主要功能就是对主体工作部分的运动、逻辑、工艺的控制，它的正常运行对电气控制系统的正常运转发挥着重要的作用。
　　3、电气控制系统的执行部分。这部分是数控机床对零件加工部分的直接作用者，通过对电磁阀的控制来完成机械的各种活动，通过对换刀角度的自由进一步提高数控车床的工作效率；在对机床进行换刀时会改变刀具原有的运动轨迹；刀具在加工的过程中，会出现磨损或断裂的现象，通过光纤传感器对刀具进行检测，加工的质量。
　　4、PLC数控机床的核心控制部分。数控机床的控制系统的核心部分就是软件对程序的分析及使用。工控机通过对输入信息的读取将正确的信息传递给运动控制器，运动控制器会根据接收到的信息对电动机模块进行控制，进而对数控机床的工作区域进行控制。同时，光栅尺检测到加工区域的信息，通过传感器将信息转化成标准信号传递给运动控制器，通过传感器的检测将数控机床的工作状态传递给数控机床的电气控制系统。