數控檢測裝置的發展趨勢

『壹』 簡述數控機床的發展趨勢

引言
從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械製造業帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利於生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用於加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發展的重要裝備。

進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床製造業既面臨著機械製造業需求水平提升而引發的製造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織後激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發展是解決機床製造業持續發展的一個關鍵。隨著製造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，並且不斷發展以更適應生產加工的需要。本文簡要分析了數控機床高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、網路化、多軸化、綠色化等發展趨勢，並提出了我國數控機床發展中存在的一些問題。

數控機床的發展趨勢
1、高速化
隨著汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的應用，對數控機床加工的高速化要求越來越高。
2、主軸轉速：機床採用電主軸(內裝式主軸電機)，主軸最高轉速達200000r/min；
進給率：在解析度為0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可獲得復雜型面的精確加工；
3、運算速度：微處理器的迅速發展為數控系統向高速、高精度方向發展提供了保障，開發出CPU已發展到32位以及64位的數控系統，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由於運算速度的極大提高，使得當解析度為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度；
4、換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫設計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。

5、高精度化
數控機床精度的要求現在已經不局限於靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償越來越獲得重視。
6、提高CNC系統控制精度：採用高速插補技術，以微小程序段實現連續進給，使CNC控制單位精細化，並採用高解析度位置檢測裝置，提高位置檢測精度(日本已開發裝有106脈沖/轉的內藏位置檢測器的交流伺服電機，其位置檢測精度可達到0.01μm/脈沖)，位置伺服系統採用前饋控制與非線性控制等方法；
7、採用誤差補償技術：採用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結果表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60%～80%；

採用網格解碼器檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，並通過模擬預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復定位精度，使其性能長期穩定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務，並保證零件的加工質量。

1、功能復合化
復合機床的含義是指在一台機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。工藝復合型機床如鏜銑鑽復合——加工中心、車銑復合——車削中心、銑鏜鑽車復合——復合加工中心等；工序復合型機床如多面多軸聯動加工的復合機床和雙主軸車削中心等。採用復合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產品製造周期，提高了生產效率和製造商的市場反應能力，相對於傳統的工序分散的生產方法具有明顯的優勢。
加工過程的復合化也導致了機床向模塊化、多軸化發展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結構，該加工中心能夠完成車削、銑削、鑽削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復雜零件的全部加工。隨著現代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯動數控機床越來越受到各大企業的歡迎。
在2005年中國國際機床展覽會(CIMT2005)上，國內外製造商展出了形式各異的多軸加工機床(包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等)以及可實現4～5軸聯動的五軸高速門式加工中心、五軸聯動高速銑削中心等。

2、控制智能化
隨著人工智慧技術的發展，為了滿足製造業生產柔性化、製造自動化的發展需求，數控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現在以下幾個方面：
加工過程自適應控制技術：通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統的或現代的演算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩定性狀態，並根據這些狀態實時調整加工參數(主軸轉速、進給速度)和加工指令，使設備處於最佳運行狀態，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度並提高設備運行的安全性；
加工參數的智能優化與選擇：將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特殊規律，用現代智能方法，構造基於專家系統或基於模型的「加工參數的智能優化與選擇器」，利用它獲得優化的加工參數，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產准備時間的目的；
智能故障自診斷與自修復技術：根據已有的故障信息，應用現代智能方法實現故障的快速准確定位；
智能故障回放和故障模擬技術：能夠完整記錄系統的各種信息，對數控機床發生的各種錯誤和事故進行回放和模擬，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產經驗；
智能化交流伺服驅動裝置：能自動識別負載，並自動調整參數的智能化伺服系統，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，並自動對控制系統參數進行優化和調整，使驅動系統獲得最佳運行；
智能4M數控系統：在製造過程中，加工、檢測一體化是實現快速製造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工 (Manufacturing)、機器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一個系統中，實現信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。

3、體系開放化
向未來技術開放：由於軟硬體介面都遵循公認的標准協議，只需少量的重新設計和調整，新一代的通用軟硬體資源就可能被現有系統所採納、吸收和兼容，這就意味著系統的開發費用將大大降低而系統性能與可靠性將不斷改善並處於長生命周期；
向用戶特殊要求開放：更新產品、擴充功能、提供硬軟體產品的各種組合以滿足特殊應用要求；
數控標準的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標准ISO14649(STEP-NC)，以提供一種不依賴於具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個製造過程乃至各個工業領域產品信息的標准化。標准化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關的勞動消耗。

4、驅動並聯化
並聯運動機床克服了傳統機床串聯機構移動部件質量大、系統剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸(一般為動平台)與機座(一般為靜平台)之間採用多桿並聯聯接機構驅動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平台獲得相應自由度的運動，可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優點。
並聯機床作為一種新型的加工設備，已成為當前機床技術的一個重要研究方向，受到了國際機床行業的高度重視，被認為是「自發明數控技術以來在機床行業中最有意義的進步」和「21世紀新一代數控加工設備」。

5、端化(大型化和微型化)
國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業裝備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略技術，需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型製造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。

6、信息交互網路化
對於面臨激烈競爭的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網路資源共享，又能實現數控機床的遠程監視、控制、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務(數控機床故障的遠程診斷、維護等)。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的製造單元。

7、新型功能部件
為了提高數控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：
高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優點，在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的應用；
直線電動機：近年來，直線電動機的應用日益廣泛，雖然其價格高於傳統的伺服系統，但由於負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用，機械傳動結構得到簡化，機床的動態性能有了提高。如：西門子公司生產的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用於高速銑床、加工中心、磨床、並聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC卧式加工中心三向驅動均採用兩個直線電動機；

電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。

8、高可靠性
數控機床與傳統機床相比，增加了數控系統和相應的監控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易於導致出現失效的概率增大；工業電網電壓的波動和干擾對數控機床的可靠性極為不利，而數控機床加工的零件型面較為復雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數控機床有高的可靠性，就要精心設計系統、嚴格製造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式並找出薄弱環節。國外數控系統平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產數控系統平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內最高只有300小時。

9、加工過程綠色化
隨著日趨嚴格的環境與資源約束，製造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現干切削、半干切削節能環保的機床不斷出現，並在不斷發展當中。在21世紀，綠色製造的大趨勢將使各種節能環保機床加速發展，佔領更多的世界市場。

10、多媒體技術的應用
多媒體技術集計算機、聲像和通信技術於一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便於藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和模擬、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。除此以外，在數控技術領域應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，應用於實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等，因此有著重大的應用價值。

『貳』 數控的起源與發展背景

1946年誕生了世界上第一台電子計算機，這表明人類創造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業、工業社會中創造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。
6年後，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一台數控機床。從此，傳統機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統經歷了兩個階段和六代的發展。
1.1、數控（NC）階段（1952～1970年）
早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數據處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不採用數字邏輯電路"搭"成一台機床專用計算機作為數控系統，被稱為硬體連接數控（HARD-WIRED NC），簡稱為數控（NC）。隨著元器件的發展，這個階段歷經了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規模集成電路。
1.2、計算機數控（CNC）階段（1970年～現在）
到1970年，通用小型計算機業已出現並成批生產。於是將它移植過來作為數控系統的核心部件，從此進入了計算機數控（CNC）階段（把計算機前面應有的"通用"兩個字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件--運算器和控制器，採用大規模集成電路技術集成在一塊晶元上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。
到1974年微處理器被應用於數控系統。這是因為小型計算機功能太強，控制一台機床能力有富裕（故當時曾用於控制多台機床，稱之為群控），不如採用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由於微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控。
到了1990年，PC機（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發展到很高的階段，可以滿足作為數控系統核心部件的要求。數控系統從此進入了基於PC的階段。
總之，計算機數控階段也經歷了三代。即1970年的第四代--小型計算機；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基於PC（國外稱為PC-BASED）。
還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數控（即CNC）了，而我國仍習慣稱數控（NC）。所以我們日常講的"數控"，實質上已是指"計算機數控"了。
1.3、數控未來發展的趨勢
1.3.1 繼續向開放式、基於PC的第六代方向發展
基於PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬體資源豐富等特點，更多的數控系統生產廠家會走上這條道路。至少採用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯網通信等問題，由原有的系統承擔數控的任務。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數控系統。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。
1.3.2 向高速化和高精度化發展
這是適應機床向高速和高精度方向發展的需要。
1.3.3 向智能化方向發展
隨著人工智慧在計算機領域的不斷滲透和發展，數控系統的智能化程度將不斷提高。
（1）應用自適應控制技術
數控系統能檢測過程中一些重要信息，並自動調整系統的有關參數，達到改進系統運行狀態的目的。
（2）引入專家系統指導加工
將熟練工人和專家的經驗，加工的一般規律和特殊規律存入系統中，以工藝參數資料庫為支撐，建立具有人工智慧的專家系統。
（3）引入故障診斷專家系統
（4）智能化數字伺服驅動裝置
可以通過自動識別負載，而自動調整參數，使驅動系統獲得最佳的運行。
二、機床數控化改造的必要性
2.1、微觀看改造的必要性
從微觀上看，數控機床比傳統機床有以下突出的優越性，而且這些優越性均來自數控系統所包含的計算機的威力。
2.1.1 可以加工出傳統機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。
由於計算機有高超的運算能力，可以瞬時准確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。
2.1.2 可以實現加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統機床提高3～7倍。
由於計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然後按程序規定的順序自動去執行，從而實現自動化。數控機床只要更換一個程序，就可實現另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以自動化，故被稱為實現了"柔性自動化"。
2.1.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。
2.1.4 可實現多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。
2.1.5 擁有自動報警、自動監控、自動補償等多種自律功能，因而可實現長時間無人看管加工。
2.1.6 由以上五條派生的好處。
如：降低了工人的勞動強度，節省了勞動力（一個人可以看管多台機床），減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。
以上這些優越性是前人想像不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數控化還是推行FMC（柔性製造單元）、FMS（柔性製造系統）以及CIMS（計算機集成製造系統）等企業信息化改造的基礎。數控技術已經成為製造業自動化的核心技術和基礎技術。
2.2、宏觀看改造的必要性
從宏觀上看，工業發達國家的軍、民機械工業，在70年代末、80年代初已開始大規模應用數控機床。其本質是，採用信息技術對傳統產業（包括軍、民機械工業）進行技術改造。除在製造過程中採用數控機床、FMC、FMS外，還包括在產品開發中推行CAD、CAE、CAM、虛擬製造以及在生產管理中推行MIS（管理信息系統）、CIMS等等。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智慧等的含量。由於採用信息技術對國外軍、民機械工業進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統產業方面比發達國家約落後20年。如我國機床擁有量中，數控機床的比重（數控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％，因此每年都有大量機電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性。
三、機床與生產線數控化改造的市場
3.1、機床數控化改造的市場
我國目前機床總量380餘萬台，而其中數控機床總數只有11.34萬台，即我國機床數控化率不到3％。近10年來，我國數控機床年產量約為0.6～0.8萬台，年產值約為18億元。機床的年產量數控化率為6％。我國機床役齡10年以上的佔60％以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20％，FMC/FMS等自動化生產線更屈指可數（美國和日本自動和半自動機床佔60％以上）。可見我們的大多數製造行業和企業的生產、加工裝備絕大數是傳統的機床，而且半數以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業的產品、市場、效益，影響企業的生存和發展。所以必須大力提高機床的數控化率。
3.2、進口設備和生產線的數控化改造市場
我國自改革開放以來，很多企業從國外引進技術、設備和生產線進行技術改造。據不完全統計，從1979～1988年10年間，全國引進技術改造項目就有18446項，大約165.8億美元。
這些項目中，大部分項目為我國的經濟建設發揮了應有的作用。但是有的引進項目由於種種原因，設備或生產線不能正常運轉，甚至癱瘓，使企業的效益受到影響，嚴重的使企業陷入困境。一些設備、生產線從國外引進以後，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結果運轉不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產線，忽視軟體、工藝、管理等，造成項目不完整，設備潛力不能發揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發揮應有的作用；有的生產線的產品銷路很好，但是因為設備故障不能達產達標；有的因為能耗高、產品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。種種原因使有的設備不僅沒有創造財富，反而消耗著財富。
這些不能使用的設備、生產線是個包袱，也是一批很大的存量資產，修好了就是財富。只要找出主要的技術難點，解決關鍵技術問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產，爭取到最大的經濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。
四、數控化改造的內容及優缺
4.1、國外改造業的興起
在美國、日本和德國等發達國家，它們的機床改造作為新的經濟增長行業，生意盎然，正處在黃金時代。由於機床以及技術的不斷進步，機床改造是個"永恆"的課題。我國的機床改造業，也從老的行業進入到以數控技術為主的新的行業。在美國、日本、德國，用數控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產線數控改造的新的行業。在美國，機床改造業稱為機床再生（Remanufacturing）業。從事再生業的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務集團、US設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業稱為機床改裝（Retrofitting）業。從事改裝業的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。
4.2、數控化改造的內容
機床與生產線的數控化改造主要內容有以下幾點：
其一是恢復原功能，對機床、生產線存在的故障部分進行診斷並恢復；
其二是NC化，在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統，改造成NC機床、CNC機床；
其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新；
其四是技術更新或技術創新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規模的技術更新或技術創新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。
4.3、數控化改造的優缺
4.3.1 減少投資額、交貨期短
同購置新機床相比，一般可以節省60％～80％的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的製作與安裝過於費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機床相比，只能節省投資50％左右。
4.3.2 機械性能穩定可靠，結構受限
所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄造構件，而不是那種焊接構件，改造後的機床性能高、質量好，可以作為新設備繼續使用多年。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。
4.3.3 熟悉了解設備、便於操作維修
購買新設備時，不了解新設備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力；另外，由於多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現全負荷運轉。
4.3.4 可充分利用現有的條件
可以充分利用現有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構築地基。
4.3.5 可以採用最新的控制技術
可根據技術革新的發展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。
五、數控系統的選擇
數控系統主要有三種類型，改造時，應根據具體情況進行選擇。
5.1、步進電機拖動的開環系統
該系統的伺服驅動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數控系統送出的進給指令脈沖，經驅動電路控制和功率放大後，使步進電機轉動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅動執行部件。只要控制指令脈沖的數量、頻率以及通電順序，便可控制執行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環系統，該系統的位移精度主要決定於步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節距精度，所以系統的位移精度較低。
該系統結構簡單，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。
5.2、非同步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環數控系統
該系統與開環系統的區別是：由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等於零為止。閉環進給系統在結構上比開環進給系統復雜，成本也高，對環境室溫要求嚴。設計和調試都比開環系統難。但是可以獲得比開環進給系統更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標。可根據產品技術要求，決定是否採用這種系統。
5.3、交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環數控系統
半閉環系統檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執行部件的位置。它只能補償系統環路內部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環系統的精度低，但是它的結構與調試都較閉環系統簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。
當前生產數控系統的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內公司如中國珠峰公司、北京航天機床數控系統集團公司、華中數控公司和沈陽高檔數控國家工程研究中心。
選擇數控系統時主要是根據數控改造後機床要達到的各種精度、驅動電機的功率和用戶的要求。
六、數控改造中主要機械部件改裝探討
一台新的數控機床，在設計上要達到：有高的靜動態剛度；運動副之間的摩擦系數小，傳動無間隙；功率大；便於操作和維修。機床數控改造時應盡量達到上述要求。不能認為將數控裝置與普通機床連接在一起就達到了數控機床的要求，還應對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。
6.1、滑動導軌副
對數控車床來說，導軌除應具有普通車床導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，並減少因摩擦阻力而致死區。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑。
6.2、齒輪副
一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數控機床的要求，以保證機床加工精度。
6.3、滑動絲杠與滾珠絲杠
絲杠傳動直接關繫到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決於加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可採用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應不低於6級，螺母間隙過大則更換螺母。採用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。
滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。
6.4、安全防護
效必須以安全為前提。在機床改造中要根據實際情況採取相應的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵特別是切屑及硬砂粒進入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。大拖板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質顆粒狀的異物進入滑動面損傷導軌。
七、機床數控改造主要步驟
7.1、改造方案的確定
改造的可行性分析通過以後，就可以針對某台或某幾台機床的現況確定改造方案，一般包括：

『叄』 數控機床對檢測裝置有何要求檢測裝置分為哪幾類

有 光柵尺，光電脈沖編碼器，感應同步器，旋轉變壓器， 磁柵 ，旋轉編碼器等。
要求 工作可靠, 精度高，解析度高，抗干擾性強.，能滿足速度和精度的要求.，便於安裝調試維修. 成本低.壽命長.

『肆』 數控系統發展趨勢

數控系統的發展趨勢：

我國數控系統雖取得了較大發展，但是我國高檔數控機床配套的數控系統90%以上的都是國外產品，特別是對於國防工業急需的高檔數控機床，高檔數控系統是決定機床裝備的性能、功能、可靠性和成本的關鍵因素，而國外對我國至今仍進行封鎖限制，成為制約我國高檔數控機床發展的瓶頸。為加快數控技術行業的發展，國家出台了一系列政策，包括國務院批准實施《裝備製造業調整和振興計劃》和《高檔數控機床與基礎製造裝備》國家科技重大專項計劃，為我國數控技術行業創造了良好的外部環境，《裝備製造業調整和振興規劃》明確提出：「堅持裝備自主化與重點建設工程相結合，堅持自主開發與引進消化吸收相結合，堅持發展整機與提高基礎配套水平相結合的基本原則」，提升數控系統等基礎配套件的市場佔有率，是落實裝備自主化的重要內容。國家科技重大專項《高檔數控機床與基礎製造裝備》也提出，到2020年，國產高檔數控機床的市場佔有率要實現較大程度的提高。

(4)數控檢測裝置的發展趨勢擴展閱讀：

世界上的數控系統種類繁多，形式各異，組成結構上都有各自的特點。這些結構特點來源於系統初始設計的基本要求和硬體和軟體的工程設計思路。對於不同的生產廠家來說，基於歷史發展因素以及各自因地而異的復雜因素的影響，在設計思想上也可能各有千秋。例如，在上世界90年代，美國Dynapath系統採用小板結構，熱變形小，便於板子更換和靈活結合，而日本FANUC系統則趨向大板結構，減少板間插接件，使之有利於系統工作的可靠性。然而無論哪種系統，它們的基本原理和構成是十分相似的。一般整個數控系統由三大部分組成，即控制系統，伺服系統和位置測量系統。

控制系統硬體是一個具有輸入輸出功能的專用計算機系統，按加工工件程序進行插補運算，發出控制指令到伺服驅動系統；測量系統檢測機械的直線和回轉運動位置、速度，並反饋到控制系統和伺服驅動系統，來修正控制指令；伺服驅動系統將來自控制系統的控制指令和測量系統的反饋信息進行比較和控制調節，控制PWM電流驅動伺服電機，由伺服電機驅動機械按要求運動。這三部分有機結合，組成完整的閉環控制的數控系統。

控制系統硬體是具有人際交互功能，具有包括現場匯流排介面輸入輸出能力的專用計算機。伺服驅動系統主要包括伺服驅動裝置和電機。位置測量系統主要是採用長光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。

『伍』 位置檢測裝置在數控機床控制中起什麼作用

數控機床的加工精度主要與機械精度，數控系統和伺服系統有關，這幾個環節的精度都必須達到要求。
解析度是機床能識別的最小單位，直接決定機床精度的好壞。主要由數控系統和伺服系統決定。

『陸』 數控機床檢測裝置作用有哪些

切割是一種物理動作。狹義的切割是指用刀等利器將物體（如食物、木料等硬度較低的物體）切開；廣義的切割是指利用工具，如機床、火焰等將物體，使物體在壓力或高溫的作用下斷開。數學中也有引申出的「切割線」，是指能將一個平面分成幾個部分的直線。切割在人們的生產、生活中有著重要的作用。

『柒』 數控車床的發展趨勢

數控機床是50年代發展起來的新型自動化機床，較好解決了形狀復雜、精密、小批量零件的加工問題，具有適應性強、加工精度和生產效率高的優點。由於數控機床綜合了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密測量和新型機械結構等諸方面的先進技術，使得數控機床的發展日新月異，數控機床的功能越來越強大。數控機床的發展趨勢體現在數控功能、數控伺服系統、編程方法、數控機床的檢測和監控功能、自動調整和控制技術等方面的發展。

1. 數控功能的擴展

1）數控系統插補和聯動軸數的增加，有的數控系統能同時控制幾十根軸。
2）數控系統中微處理器處理字長的增加，目前廣泛採用32位微處理器。
3）數控系統中實現人機對話、進行互動式圖形編程。
4）基於PC的開放式數控系統的發展，使數控系統得到更多硬體和軟體的支持。

2. 數控伺服系統的發展

1）交流伺服系統替代直流伺服系統。
2）前饋控制技術的發展 增加了速度指令控制，使跟蹤滯後誤差減小。
3) 高速電主軸和程序段超前處理技術（LOOK AHEAD）使高速小線段加工得以實現。
4）多種補償技術的發展與應用 如機械靜摩擦與動摩擦非線性補償，機床精度誤差的補償和切削熱膨脹誤差的補償。
5）位置檢測裝置檢測精度的提高 採用細分電路大大提高了檢測裝置的分辧率。

3. 編程方法的發展

1）在線編程技術的發展，實現前台加工操作，後台同時編程。
2）面向車間編程方法（WOP）的發展，即輸入加工對象的加工軌跡，數控系統自動生成加工程序。
3）CAD／CAM技術的發展，實現計算機輔助設計與輔助製造。

4．數控機床的檢測和監控功能的增強

數控機床在加工過程中對刀具和工件在線檢測，發現工件超差，刀具磨損和破損及時反饋或報警處理。

5． 自動調整控制技術的應用

按加工要求，數控系統動態調整工作參數，使加工過程始終達到最佳工作狀態。

綜上所述，由於數控機床不斷採納科學技術發展中的各種新技術，使得其功能日趨完善，數控技術在機械加工中的地位也顯得越來越重要，數控機床的廣泛應用是現代製造業發展的必然趨勢。

『捌』 數控機床檢測裝置的種類有哪些

1）增量式檢測方式
增量式檢測方式單純測量位移增量，移動一個測量單位就發出一個測量信號。其優點是檢測裝置比較簡單，任何一個對中點均可作為測量起點；缺點是對測量信號計數後才能讀出移距，一旦計數有誤，此後的測量結果將全錯；同時發生故障時（如斷電、斷刀等）不能再找到事故前的正確位置，事故排除後，這時必須將工作台移至起點重新計數才能找到事故前的正確位置。
2）絕對式測量方式
絕對式測量方式中，被測量的任一點的位置都以一個固定的零點作基準，每一被測點都有一個相應的測量值。這樣就避免了增量式檢測方式的缺陷，但其結構較為復雜。
2．數字式與模擬式
1）數字式測量方式
數字式檢測是將被測量單位量化以後以數字形式表示，測量信號一般為電脈沖，可以直接把它送到數控裝置進行比較、處理。數字式檢測裝置的特點是：
（1）被測量量化後轉換成脈沖個數，便於顯示和處理；
（2）測量精度取決於測量單位，與量程基本無關；
（3）檢測裝置比較簡單，脈沖信號抗干擾能力強。
2）模擬式測量方式
模擬式檢測是將被測量用連續的變數來表示，如用相位變化、電壓變化來表示。主要用於小量程測量。它的主要特點是：
（1）直接對被測量進行檢測，無需量化；
（2）在小量程內可以實現高精度測量；
（3）可用於直接檢測和間接檢測。
3．直接測量與間接測量
1）直接測量
對機床的直線位移採用直線型檢測裝置測量，稱為直接檢測。其測量精度主要取決於測量元件的精度，不受機床傳動精度的影響。但檢測裝置要與行程等長，這對大型數控機床來說，是一個很大的限制。
2）間接測量
對機床的直線位移採用回轉型檢測元件測量，稱為間接測量。間接檢測使用可靠方便，無長度限制，缺點是在檢測信號中加入了直線轉變為旋轉運動的傳動鏈誤差，從而影響檢測精度。因此為了提高定位精度，常常需要對機床的傳動誤差進行補償。

『玖』 數控機床對檢測裝置有哪些基本要求

響應快，檢測准確，可靠性高，壽命長。

『拾』 數控機床中位置檢測裝置的作用是什麼,

檢測平衡交響的作用
在磨削加工過程中，砂輪的振動是產生工件已加工表面振紋、影響加工質量的重要因素。引起這種振動的原因有工件和刀具傳動系統的擾動以及砂輪不平衡引起的主軸振動兩個方面。前者一般可以通過磨床的減振設備有效地消除，而後者則主要通過對砂輪進行平衡校正來解決。砂輪的平衡技術按自動化程度可分為人工平衡、半自動平衡和自動平衡3類。目前人們在研究半自動平衡的同時正致力於自動平衡的研究。日本開發的一種Balanceeye/norilake半自動平衡裝置，通過振動測試分析，指出平衡塊的安放位置，停機後人工穩定平衡配重塊，再開車進行平衡測定。它基本代表了半自動平衡的水平。在自動平衡中，機械式增重平衡器是發展最早、應用最廣的一類。自動平衡目前在國外已發展為液體平衡(日本)和利用氟里昂作為平衡介質的液汽平衡(美國)。本文研究的是一種利用增重平衡原理，根據振幅大小的變化規律，通過調整配重相對位置實現砂輪動態平衡校正的方法和裝置。
2 平衡原理和平衡頭結構
平衡原理
平衡裝置簡圖如圖1所示，磨床砂輪屬於剛性轉子。剛性轉子由於其質心與回轉中心不重合所引起的振動響應即旋轉失衡是磨床主軸振動的重要因素。若磨床主軸部件總質量為M,不平衡質量為m,等效不平衡質點與回轉中心的距離(偏心距)為e,則由此引起的穩態受迫振動的振幅為 (1)

可見在一定的轉速和阻尼條件下，由於偏心所引起的主軸振幅與偏心質量的質徑積me成正比。
砂輪的偏心質量可以用給定質徑積的偏心質量來進行平衡補償。若砂輪及給定質徑積的補償偏心質量(偏重齒圈)的軸向寬度b與其直徑D之比b/D<1/5，則可以認為偏心質量和偏重齒圈的補償質量形成的慣性力構成以轉子回轉軸為匯交點的平面匯交力系，如圖2所示，其中Fm,F1,F2分別為砂輪偏心質量及補償質量形成的慣性力。
由平面匯交力系的平衡條件可知，轉子平衡時有,即 (2)

若e1=e2=eb，m1=m2=mb則F1=F2=Fba1=..More↓↓↓