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數控技術_外文翻譯

數字控制與計算機數字控制的發展歷史
數字控制是按照含有機床(刀具)運動信息程序所指定的順序自動執行操作的加工過程。數控這一概念是由密歇根洲特拉華城的約翰•帕森于20世紀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床控制方式,它能夠引導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,要求開發一種能夠提高生產率的新型機床。帕森委托麻省理工學院(MIT)來開發一種新概念機床,麻省理工學院的科學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動銑床控制系統。在較短時間內,當時所有主要的機床生產商都生產了一些數控機床,但直到20世紀七十年代后期,基于計算機的數字控制才被得到廣泛的使用。只有價格低廉且功能強大的微處理芯片代替了計算機數控系統中的硬連線邏輯發生器后,NC才真正成為一門自動化技術。
當數控機床在計算機監控下工作時,它就被稱為計算機數控機床(CNC)。計算機是CNC機床的控制單元,它們內嵌于數控機床或者通過通訊渠道與數控機床聯接,當程序員編程時,通過紙帶或磁盤將一些信息輸入,計算機將對一些必要的數據進行計算的完成工作。
由于第一臺數控機床的數據是由紙帶控制的,因此數控系統被稱為紙帶控制機床。它們只能控制由輸入到機床內的紙帶或磁帶所規定的單一操作,輸入到機床內的程序是不能被編輯的,要改變程序必須重做新紙帶。
當今的系統都由計算機來控制數據,因而稱之為計算機數控機床(簡稱CNC機床)。NC和CNC系統兩者的工作原理一樣,僅僅控制執行的方式不同。新型的數控系統通常速度更快、功率更大、功能更齊全。
數字控制與計算機數字控制的應用
數控技術自創立以來就得到了廣泛的應用,包括車床和車削中心、銑床和加工中心、沖床、電火花(EDM)加工機床、線切割機床、磨床以及測試檢測裝置等。最復雜的計算機數控機床是車削中心,圖4—1所示一個具有十轉位的刀架能進行快速換刀的現代車削中心,立式加工中心如圖4—2所示(刀具庫在機床的左邊。右邊的控制面板可由操作者通過轉臂轉動),以及臥式加工中心,通過按下按鈕每把刀可在數秒鐘內定位。如圖4—3所示(配有自動換刀系統。刀具庫儲備有200把切削工具)。
當為某項操作編程時,程序員必須選擇傳統的加工切削數據推薦值。這些切削數據包括切削速度、進給率、刀具和刀具幾何形狀等。當程序員正確選擇所有必要信息后,操作人員將程序載入機床并按下按鈕,切削循環就開始。
數控技術是一種利用程序實現自動控制的技術,加工制造設備采用數控技術后能由數字、字符和符號等進行控制。這些數字、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制編碼的數字系統中的任意一種進行定義,這兩種二進制編碼數字系統分別為電工協會代碼(EIA)和美國標準信息交換代碼(ASCII)。一般來說,ASCII編碼的機床控制系統不能接受EIA編碼的指令,反之亦然。當然,這樣的問題已經逐漸得到解決。數控加工制造目前已經廣泛地應用于幾乎所有的金屬加工機床:車床,銑床,鉆床,鏜床,磨床,回轉沖床,電火化,線切割和焊接機床,甚至彎管機也采用數控加工技術。   
數控技術的基本組成   
一個數控系統主要由以下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指令所組成,制造裝備按要求執行這些指令。最常用的指令有:可以按要求使機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換為機床刀具或其他制造裝備的機械動作的電子和控制硬件。
制造裝備是一種進行金屬加工的數控技術裝備,在常用的數控技術領域中,制造裝備用于進行機械制造。制造裝備包括工作臺、主軸、電機及控制驅動單元。   
數控技術的類型
數控技術系統主要有兩種類型:點對點數控系統和輪廓線數控系統。
點對點數控系統也稱為位置數控系統,比輪廓線數控系統簡單,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程序中的指令進行控制。點對點數控系統適用于像鉆孔、沉孔加工、沉孔鏜孔、鉸孔和攻絲等。其他沖孔機床、點焊機和裝配機床等也都采用點對點數控系統。
輪廓線數控系統也稱為輪廓線路徑數控系統,定位和切割操作都是以不同的速度沿著控制的路徑進行的。由于刀具沿路徑進行切削,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。輪廓線數控系統經常應用于車床、銑床、磨床、焊接機床和加工中心中。刀具沿著路徑的運動,或稱為插補逐漸出現了幾個不同的方法。有許多類型的插補方法用于處理輪廓線數控系統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,圓形插補,螺旋形插補、拋物線插補和立方插補等,在所有的插補方法中,路徑控制是以刀具的旋轉中心為標準,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控程序中獲得不同的補償。   
數控系統的編程
一個數控系統(NC)的程序包括使數控(NC)機床進行操作和加工的一系列指令。數控程序可以由數控機床內部的程序庫開發生成,也可以從外面采購獲得。另外,程序可以通過手工編寫,也可以進行計算機輔助編程。
數控程序包括一系列指令系統和命令系統。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速、進給、刀具轉速等:傳送類指令用于定義刀具或工作臺的運動速度和插補的類型等;開關類指令用于冷卻液供給、主軸旋轉、主軸旋轉方向選擇、換刀、工件進給、夾具等的開關。第一個用于數控編程的數控編程語言是20世紀50年代由麻省理工學院數控編程系統開發小組專家開發的,并被命名為自動編程工具(APT)。
直接數字控制(DNC)和計算機數字控制(CNC)
    數控技術的發展在批量生產和車間生產加工中,不管是在技術上還是在商業上都獲得了巨大的成功。目前,已經有兩種數控技術系統得到了發展,分別是:
(1)直接數字控制(DNC)。
(2)計算機數字控制(CNC)。
直接數字控制(DNC)可以被定義為這樣一個生產制造系統,該制造系統有許多臺加工機床,而相互之間由一臺計算機采用直接連接,進行實時控制。這樣,在傳統的數字控制技術中采用的磁帶閱讀器在直接數字控制中被取消,從而保證了系統的可靠性。不使用磁帶閱讀器,被加工的零件程序就從計算機的存儲器中直接傳送到進行加工的刀具上。從原理上講,一臺計算機可以控制多達100臺加工機床,(在20世紀70年代一個商業使用的DNC系統宣稱可以控制多達256個機床刀具)。直接數字控制計算機用于按要求提供加工指令給每個進行加工的刀具上,當機床需要控制指令時,計算機就可以馬上將指令傳送到機床上。
隨著直接數字控制(DNC)技術和計算機技術的飛速發展,數字式計算機的尺寸和價格的大幅度的降低,數字式計算機的計算能力的大大提高,大量傳統的以硬件線路為基礎的加工控制單元被以數字計算機為基礎的數字控制單元所替代。最初在20世紀70年代使用了小型計算機。后來,隨著計算機的進一步小型化,早期的小型計算機逐漸被現在的微型計算機所取代。
計算機數控(CNC)使用專用的微型計算機作為加工控制單元。因為數字計算機都用于計算機數控(CNC)和直接數控(DNC),所以應該注意兩者之間的區別,可以從3個方面來加以區分。
(1) DNC計算機是將指令數據發送到許多機床去或從許多機床中收集數據,而CNC計算機每次只控制一臺或幾臺機床。
(2) DNC計算機一般位于距機床一定距離的位置,而CNC計算機一般都位于距機床較近的位置。
(3) DNC計算機開發的軟件不僅可以用于控制單件生產,而且可以用于一個企業制造部門的管理信息系統,而CNC計算機開發的軟件一般只用于某個特殊加工的工具。

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