研究的现状及其意义

引言：随着社会生产和科学技术的飞速发展，机械生产的日益复杂，需要越来越复杂的技术，普通的机床已经不能满足这些要求，所以数控机床得到了发展。这种新型的机床具有适应性强，加工精度高，加工质量稳定，生产效率高的优点而得到普遍的应用。它综合应用了电子计算机，自动控制，伺服驱动，机密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是未来机床发展的主流趋势。

1.1．国内研究现状

目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率[1]。

数控机床的改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在60年代已经开始迅速，发展的原因是多方面的，主要有技术，经济，市场和生产商的原因。我国是拥有300多万台机床的国家。而这些机床又大多是多年累计生产的普通机床，不论资金和我国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化改装，是我国现有设备技术改造迫切需要解决的课题。[2]用数控技术改造机床，正是适应了这一要求。它是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入微观的应用，不但技术上具有先进性，同时，在应用上比其他传统的自动化改装方案，有较大的通用性与可调性。而且所投入的改造费用低，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的三分之一到五分之一。[3]从若干但未成功应用的比例可以证明，投入使用后，确实成倍的提高了生产效率，减少了废品率，取得了显著的技术经济效益。因此，我国提出了从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，在足部推广全功能数控这条道路，适合我国的经济水平，教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造的主要方向之一。同时，它还可以作为全功数控机床应用的准备阶段，为今后使用全功能数控机床，培养人才，积累维护，使用经验，而且也是实现我国传统的机械制造技术向机电一体化的方向过渡的主要内容之一。

机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成。

1.2．国外研究现状

1．2.1．数控机床的产生

数控机床起源于美国，1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床的研究，并与1952年试制成功第一台有大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产[4]。当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需求的部门用来加工复杂型面零件：1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，是数控装置进入了第二代，体积小，成本有所下降：1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快的发展，是数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗小，而且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了有一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC）有成群控系统：采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC），是数控装置进土了一小型计算机化为特征的第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存储器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的二十分之一，价格降低了四分之三，可靠性也得打了极大的提高。80年代初，随着计算机软硬件的技术发展，出现了能进行人机对话时自动编制程序的数控装置：数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上：数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能[5][6]。数控机床主要有数控装置，伺服机构和机床主题组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或有数控装置的键盘直接手动输入。数控装置包括程序读入装置和有电子线路促成的输入部分，运算部分，控制分布和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制，直线公职，连续轨迹控制三类。伺服机构分为开环，半闭环和闭环三种类型[7]。为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度，精度，抗震性，热稳定性和精