年的试用改进与提高，数控机床于年进入实用化阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要作用。尽管这种初期数控机床采用电子管和分立元件硬接线电路来进行运算和控制，体积庞大而功能单，但它采用了先进的数字控制技术，具有强大的生命力，它的出现开辟了工业生产技术的新纪元。从此，数控机床在全世界得到了迅速发展。数控机床的发展最早采用数字控制技术进行机械加工的想法，是在世纪年代初提出的。当时，美国北密执安的个小型飞机工业承包商帕森斯公司在制造飞机框架及直升飞机叶片轮廓用样板时，利用计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，并考虑了刀具半径对加工路径的影响，使得加工精度达到.。年，美国麻省理工学院研制出的三坐标联动利用脉冲乘法器原理的试验性数字控制系统是数控机床的第代。年，电子行业研制出晶体管元器件，因而数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板技术，跨入了第二代。年月，由美国克耐•杜列克公司发明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。年，出现了小规模集成电路。由于其体积小功耗低，使数控系统的可靠性进步提高，数控系统发展到第三代。以上三代，都是采用专用控制的硬件逻辑数控系统。年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是最初的柔性制造系统。随着计算机技术的发展，小型计算机开始取代专用控制的硬件逻辑数控系统，数控的许多功能由软件程序实现。由计算机作控制单元的数控系统，称为第四代。年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器。年，美日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统的数控机床。多年来，微处理器数控系统的数控机床得到了飞速发展和广泛应用，这就是第五代数字控制，后来将也统称为。世纪年代初，国际上又出现了柔性制造单元。和被认为是实现计算机集成制造系统的基础。数字控制系统的许多优点使数控机床得到广泛发展，数控技术还被广泛应用于工业机器人数控线切割机数控火花切割机坐标测量机绘图仪等设备上。.我国数控机床的发展概况我国对数控系统的研究开发始于年代，但真正得到发展是从年代开始，经历了“六五”“七五”期间的消化吸收引进技术，“八五”期间科技攻关开发自主产权数控系统两个阶段，已为数控机床的产业化奠定了良好的基础。“九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段。数控机床新开发品种多个，已有定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际年代中期水平，部分达到年代水平，为国家重点建设提供了批高水平数控机床。我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上包括核心技术，已达到国际先进水平。目前，已新开发数控系统多种。自“七五”以来，国家直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外直对我国封锁的些关键技术。特别重要的是，我国数控系统的可靠性已有很大提高，值可以在以上。同时大部分数控机床配套产品已能国内生产，自我配套率超过。这些成功为中国数控系统的自行开发和生产奠定了基础。.本课题研究的背景单片微型计算机简称单片机，是将计算机的基本部件微型化，使之集成为块芯片的微机。片内含有并行接口串行接口定时器计数器中断系统系统时钟及系统总线等。单片机在片内存储器容量的功能以及指令系统功能等方面都大大地得到加强，特别适用于实时控制智能仪表主从结构的多机系统领域，是控制领域中最理想的位机。系列单片机具有集成度高系统结构简单可靠性高处理功能强速度高容易产品化等特性，因此在我国数控机床发展过程中，经济型数控系统大多采用型系统单片微型计算机，它是超大规模集成电路发展的产物，在数控领域得到广泛应用。数控车床实验台的性能要求.数控机床的组成及工作原理数控机床的组成数控机床的组成如图所示。图数控机床的组成计算机数控装置是数控机床的核心。其根据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理，输出控制命令到相应的执行部件，完成零件加工程序或操作所要求的工作。伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置主轴电动机进给伺服驱动装置及进给电动机。测量装置是实现主轴控制进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。主轴伺服系统实现零件加工的切削运动，进给伺服系统实现零件加工所需的成形运动。操作面板，是操作人员与数控机床系统进行信息交互的工具，主要由按钮站状态灯按键阵列和显示器等部分组成。操作人员通过它对数控机床进行操作编程调试或对机床参数进行设定和修改，也可以通过它了解或查询数控机床的运行状态。控制介质是人与机床建立联系的介质。程序输入输出设备是系统与外设进行信息交互的装置，目前数控机床常用的控制介质和程序输入输出设备是磁盘和磁盘驱动器等。此外，现代数控系统般可利用通信方式进行信息交换。这种方式是实现的集成和的基本技术。用于进行与逻辑运算顺序动作有关的控制，它由硬件和软件组成。机床电路和装置是用于实现控制的执行部件，由继电器行程开关接触器等组成的逻辑电路。它们共同完成以下任务接受的指令，对其进行译码并转换成对应控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作接受操作面板和机床传送来的信号，送给装置，经其处理后，输出指令控制系统的工作状态和机床的动作。机床本体是数控系统的控制对象，实现加工零件的执行部件，由主运动部件进给运动部件支承件以及特殊装置自动工件交换系统自动刀具交换系统和辅助装置组成。数控机床的组成相对普通机床有以下几个特点由于大多数控机床采用高性能的主轴及伺服传动系统，因此它的机械传动结构得到简化，传动链较短为适应数控机床连续自动化加工，它的机械结构具有较高的动态刚度阻尼精度及耐磨性，热变形小更多采用高效传动部件，如滚珠丝杠副等不少还采用刀库和自动换刀装置以提高工作效率。数控机床的工作原理数控加工与普通机加工不同点主要表现在控制方式上。用普通机床加工零件时，工步的安排机床运动的先后次序走刀路线及有关切削参数的选择等，都由操作者自行确定，而且用手工方式来进行控制。操作者总是根据零件和工序卡要求，在加工过程中不断改变刀具与工件的相对运动轨迹和加工参数位置速度等，使刀具对工件进行切削，得到所需的合格零件。如采用自动车床仿形车床和仿形铣床加工，也能达到对加工过程实现自动控制的目的，但控制方式是通过预先配置的凸轮挡块及靠模来实现的。在机床上，传统加工过程中的人工操作均被数控系统的自动控制所取代。其工作过程是首先将刀具与工件的相对运动轨迹加工过程中主轴速度和进给速度的变换冷却液的开关工件和刀具的交换等控制和操作，按规定的代码和格式编加工程序，然后将该程序送入数控系统。数控系统则按照程序要求，先进行相应的运算处理，然后发出控制命令，使各坐标轴主轴以及辅助动作相互协调，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。系统的数据转换过程如图所示。图系统的数据转换过程译码程序的主要功能是将用文本格式通常用码表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所要求的数据结构格式，该数据结构用来描述个程序段解释后的数据信息。它主要包括等坐标值，进给速度，主轴转速，代码，代码，刀具号，子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。为方便编程，零件加工程序通常是按零件轮廓或按工艺要求设计的进给路线编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心准确说是刀位点轨迹，因此在加工前必须将编程轨迹变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的处理程序。数控编程提供了刀具运动的起点终点和运动轨迹，而刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终点则由数控系统的插补装置或插补软件来控制。该程序以系统规定的插补周期定时运行，它将由各种线形直线圆弧等组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度，实时计算出各个进给轴在内的位移指令，并送给进给伺服系统，实现成形运动。插补计算的原理及插补与加工精度的关系将在后面进步讨论。系统对机床的控制分为对各坐标轴的速度和位置的“轨迹控制”和对机床动作的“顺序控制”或称“逻辑控制”。后者是指在数控机床运行过程中，以内部和机床各行程开关传感器按钮继电器等开关信号状态为条件，并按预先规定的逻辑关系对诸如主轴的起停换向，刀具的更换，工件的夹紧松开，液压冷却润滑系统的运行等进行的控制。控制就是实现上述功能的功能模块。通过以上介绍可知数控加工原理就是将预先编好的加工程序以数据的形式输人数控系统，数控系统通过译码刀补处理插补计算等数据处理和协调控制，最终实现零件的自动化加工。.数控车床的特点通常数控车床由床身主轴箱刀架进给系统和冷却系统等几部分组成,其结构特点主要体现在进给系统刀架等方面。由于实现了,进给装置用伺服电机驱动,以连续控制刀具的纵向轴和横向轴的运动,完成对回转体零件的内外型面的加工。进给系统中没有走刀箱溜板箱和挂轮架，直接用伺服电机通过滚珠丝杠副驱动溜板和刀架进给，大大简化了进给系统的结构，传动链路线短，刚性好,加工精度高。由于刀架移动采用滚珠丝杠副,因而运动轻巧。刀架是数控车床的重要部件，对车床的整体布局影响很大，两坐标连续控制的数控车床般采用工位的回转刀盘。在车床上加工零件时,工件装夹在三爪卡盘上,随主轴起绕轴旋转。车刀固定在走刀架上,随刀架起沿车床的纵轴轴和横轴轴移动。车刀刀尖的直线运动与工件的旋转运动形成切削表面。由于工件只随主轴旋转，所以在车床上加工零件的基本形状是个绕主轴轴的回转体。车床加工的工件以柱面锥面和球面为基本形状，其它形状都是由这些基本形状组合而成。上述三种基本形状的图形都要求车刀刀尖走出二种基本的轨迹，即直线和圆弧。以上分析的车床的运动为连续动作，即要求控制对象车刀在平面走出连续的轨迹。车床还有些辅助运动，如主轴的正反转与停止﹑冷却泵的启动与停止等运动。这些辅助运动属于断续的开关动作。所以，车床的动作包括连续动作和开关动作。.数控车床实验台的方案设普通车床数控化改造的条件并不是所有的旧机床都适合于数控改造。改造的机床应具备如下几个条件。机床基础件必须有足够的刚度数控机床属于高精密机床，要求有很高的移动精度。通常闭环系统的脉冲当量为.，开环系统的脉冲当量为.或.。高的定位精度和轮廓加工精度要求机床的基础件具有很高的动静刚度。基础件刚性不好则受力后容易变形，且这种变形具有很大的不确定性，无法用数控系统中的补偿功能进行补偿。因此，基础件刚性不好的机床不适宜改造为数控机床。改造费用合适经济性好机床改造费用分为机床和电气两部分。方面是维修和改动原机床部分，更换已磨损的部件另方面是更换原机床控制柜，用新的数控系统和强电装置代替。改造费用与原机床零件的利用多少有关，也与采用何种控制系统有关。由于经济上的考虑，目前通常采用步进电动机驱动的经济型数控系统进行机床改造。改造总费用多少才算合适要因用户而异。般来说不超过同类规格设备价格的半，在经济上就算合适。普通车床数控化改造的般步骤旧机床的设备选型通常对台旧机床，是否需要进行数控化改造，首先应对该设备进行基本估价，这也就是设备选型。以判断该设备是否具有改造价值，改造后能不能满足需求，改造成功的可能性等，这些都与设备的选择密切相关，所以选型是设备改造的首要环节，应重点考虑几个主要参数设备的型号规格生产厂家及国别投产时间目前运行状况剩余价值机械电气改造后可能达到的预期效果。数控改造应尽可能采用世纪年代后出厂的机床，因为这类机床由于使用年限短，其几何精度相对高些，改造效果也要好些。确定改造的技术方案设备选择确定后，就要制定落实明确的技术改造方案。通常需要从以下两个方面论证是明确该设备改造后的加工对象及预期目标二是人力物力财力投入的估算，也就是资金投入的评估。上述两项的确定，最好综合考虑，因为投入的改造费用主要与以下几点有关。数控系统的选择。机床本身固有几何精度的修复及保养。机床电器及附件的更换。机床辅助系统主轴系统液压系统冷却系统等的维修及保养。机床外观质量的修复。机床改造的技术劳务费用。机床改造后的综合调试检测参数补偿等。改造前的准备工作技术改造方案确定以后，应对机床