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计 算 机 控 制 机 床 加 工 样 板 曲 线 的 设
想 , 并 与 麻 省 理 工 学 院 合 作 , 于 1952
年 研 制 成 功 世 界 上 第 一 台 三 坐 标 立 式
数 控 铣 床 。 它 的 诞 生 标 志 着 机 械 制 造
数 字 控 制 时 代 的 开 始 。
(1)X52K 立 式 铣 床
图 4 表 示 的 是 X52K 普 通 立 式 铣
床 传 动 系 统 图 , 为 实 现 不 同 的 刀 具 切
削 速 度 ,X52K 立 式 铣 床 设 计 了 复 杂 的
主 传 动 和 进 给 传 动 变 速 系 统 。
(2)XK714 数 控 立 式 铣 床
应 用 数 控 技 术 对 X52K 立 式 铣
床 进 行 产 品 升 级 得 到 数 控 立 式 铣 床
XK714, 如 图 5 所 示 。XK714 数 控 立 式
铣 床 采 用 计 算 机 数 控 系 统 对 机 床 运 动
和 工 作 过 程 进 行 控 制 , 进 给 运 动 和 主
轴 运 动 均 用 速 度 精 确 可 控 的 伺 服 电 机
取 代 原 普 通 电 机 和 机 械 传 动 机 构 ( 如
图 6 所 示 )。XK714 数 控 立 式 铣 床 具 有
(X、Y、Z) 三 坐 标 联 动 的 功 能 , 适 合
加 工 各 种 形 状 复 杂 ( 如 箱 体 、 壳 体 、
曲 线 曲 面 轮 廓 等 ) 的 零 件 , 同 时 , 可
有 效 节 省 工 艺 装 备 与 缩 短 生 产 准 备 周
期 , 提 高 零 件 加 工 质 量 与 生 产 效 率 。
(3)XHK714 三 坐 标 立 式 加 工 中 心
与 XHK714/3-5 五 坐 标 立 式 加 工 中 心
在 XK714 数 控 立 式 铣 床 的 基 础 上 ,
增 装 刀 库 和 自 动 换 刀 装 置 , 升 级 为 三
坐 标 立 式 加 工 中 心 XHK714。 由 于 具 备
自 动 换 刀 功 能 ,XHK714 的 自 动 化 程 度
有 显 著 提 升 , 适 宜 于 加 工 形 状 复 杂 、
工 序 多 、 需 用 多 种 类 型 普 通 机 床 和 刀
具 夹 具 且 经 多 次 装 夹 和 调 整 才 能 完 成
加 工 的 零 件 。
进 一 步 在 工 作 台 上 增 加 一 个 两 坐 标
(θ、Φ) 数 控 转 台 , 即 升 级 为 五 坐 标
联 动 的 立 式 加 工 中 心 XHK714/3-5( 如 图
7 所 示 )。 与 三 坐 标 相 比 , 五 坐 标 联 动 机
床 可 使 刀 具 相 对 于 工 件 呈 任 意 姿 态 , 从
而 可 给 加 工 更 大 的 自 由 度 , 可 以 加 工 在
三 坐 标 机 床 上 由 于 存 在 刀 具 干 涉 而 难 以
完 成 的 复 杂 曲 面 零 件 , 例 如 发 动 机 叶 轮 ;
可 以 选 择 更 有 效 的 刀 具 和 采 用 最 有 效 的
刀 具 相 对 工 件 的 姿 态 进 行 加 工 , 有 效 提
高 加 工 效 率 与 质 量 。
进 而 , 通 过 传 感 、 控 制 、 信 息 处 理 、
人 工 智 能 等 技 术 的 升 级 , 可 使 机 床 性
能 和 智 能 化 程 度 不 断 提 高 , 如 实 现 智
能 编 程 、 自 适 应 控 制 、 机 械 几 何 误 差
补 偿 、 热 变 形 误 差 补 偿 、 三 维 刀 具 补
偿 、 运 动 参 数 动 态 补 偿 、 故 障 监 控 与
诊 断 等 。
2.2 应 用 数 控 技 术 创 新 机 械 产 品
的 技 术 路 线
总 结 从 X52K 到 XK714 到 XHK714
和 XHK714/3-5 的 产 品 创 新 升 级 过 程 ,
比 较 图 1 和 图 2, 数 控 机 械 产 品 与 传
统 机 械 产 品 之 间 存 在 一 个 相 同 点 和 两
个 不 同 点 。
图 7 XHK714/3-5 五 坐 标 立 式 加 工 中 心
(1) 相 同 点 : 两 者 的 工 作 装 置 基
本 相 同 。
(2) 不 同 点 之 一 在 于 动 力 传 动 系
统 。 在 数 控 机 械 产 品 中 , 传 统 机 械 中
作 为 动 力 源 的 普 通 电 动 机 被 具 有 动 力
与 变 速 功 能 的 伺 服 电 动 机 取 代 , 使 传
统 的 机 械 变 速 机 构 得 以 取 消 或 极 大 简
化 ; 同 时 , 每 个 机 械 运 动 由 单 独 的 伺
服 电 机 驱 动 、 并 由 计 算 机 控 制 系 统 进
行 协 调 和 控 制 , 使 机 械 产 品 的 运 动 和
跟 踪 过 程 控 制 能 力 极 大 提 高 。
(3) 不 同 点 之 二 是 数 控 机 械 产 品
拥 有 一 个 计 算 机 控 制 系 统 , 也 可 以 说
是 增 加 了 一 个 “ 大 脑 ”。 计 算 机 控 制
系 统 使 数 控 机 械 的 运 动 和 工 作 过 程
可 根 据 需 要 进 行 相 应 的 控 制 , 从 而 使
数 控 机 械 具 有 多 功 能 、 高 柔 性 、 高 精
度 、 高 效 能 、 高 可 靠 和 操 作 方 便 等 特
征 ; 进 一 步 , 可 使 机 械 产 品 智 能 化 成
为 可 能 。
归 纳 起 来 , 应 用 数 控 技 术 创 新 机
械 产 品 的 设 计 内 容 如 图 8 所 示 。 先 是
进 行 总 体 方 案 设 计 , 确 定 运 动 与 控 制
方 案 , 再 是 进 行 四 个 方 面 的 设 计 , 这
四 个 方 面 不 断 协 调 、 迭 代 何 完 善 , 形
成 优 化 的 设 计 方 案 :
图 8 应 用 数 控 技 术 创 新 机 械 产 品 的 设 计 内 容
(1) 适 配 伺 服 驱 动 系 统 : 根 据 被
控 对 象 的 要 求 确 定 系 统 的 组 成 、 控
制 方 式 ( 开 环 、 半 闭 环 、 全 闭 环 、 混
合 闭 环 )、 驱 动 电 机 类 型 ( 步 进 电 动 、
直 流 伺 服 电 机 、 交 流 伺 服 电 机 ) 与 大
小 、 功 率 驱 动 装 置 、 检 测 装 置 以 及 校
正 方 式 及 其 参 数 。
(2) 适 配 计 算 机 控 制 系 统 : 首 先
根 据 数 控 机 械 产 品 的 性 能 指 标 确 定 其
控 制 系 统 需 要 具 备 的 功 能 , 包 括 运 动
控 制 、 逻 辑 控 制 、 测 量 、 人 机 交 互 、
编 程 、 补 偿 、 保 护 、 通 信 、 监 测 与 诊
断 等 方 面 的 功 能 以 及 其 它 可 能 需 要 实
现 的 特 殊 功 能 ; 然 后 确 定 系 统 的 实 现
方 案 , 从 数 控 机 械 产 品 开 发 者 的 角 度 ,
其 控 制 系 统 的 实 现 可 直 接 购 买 市 场 上
的 产 品 、 委 托 控 制 系 统 生 产 商 进 行 开
发 或 联 合 开 发 。
(3) 研 制 应 用 软 件 系 统 : 从 数 控
机 械 产 品 的 使 用 角 度 , 一 般 需 要 通 过
机 械 工 程 导 报 │ 2011 年 11/12 月 │ 45