机床电气控制系统的发展与分类

    随着科学技术的发展，对生产工艺不断提出新的要求，机床电气控制装置也在不断地更新。在控制方法上从手动控制到自动控制；在控制功能上从简单到复杂；在操作上由笨重到轻巧；从控制原理上由单一的有触点硬接线继电器控制系统转为以微处理器为中心的软件控制系统。新的控制理论和新型电器及电子器件的出现，不断地推动着机床电气控制技术的发展。

    在20世纪的20年代至30年代，借助继电器、接触器、按钮、行程开关等组成继电器—接触器控制系统，实现对机床的起动、停止、有级调速等控制。继电器—接触器控制的优点是结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰能力强。因此，广泛应用于各类机床和机械设备。采用它不仅可以方便地实现生产过程自动化，而且还可以实现集中控制和远距离控制。目前，在我国继电器—接触器控制仍然是机床和其它机械设备最基本的电气控制形式之一。继电器—接触器控制系统的缺点是：由于是固定接线形式，故在进行程序控制时，改变控制程序不方便、灵活性差；采用有触点开关，动作频率低，触点易损坏，可靠性差。到了20世纪40年代至50年代，出现了交磁放大机—电动机控制，这是一种闭环反馈系统，当输出量与给定量发生偏差时就自动调整，系统的控制精度、快速性都有了提高。60年代出现了晶体管—晶闸管控制，发展到70年代成为集成电路放大器—晶闸管控制。由晶闸管供电的直流调速系统和交流调速系统调速性能大为改善，不仅减少了机电设备和占地面积，而且耗电少、效率高，已完全取代了交磁放大机—电动机系统。在实际生产中，由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程，而实际生产工艺和流程又是经常变化的，因此传统的继电器、接触器控制系统常常不能满足这种需要。电子计算机控制系统的出现，不仅提高了电气控制的灵活性和通用性，而且其控制功能和控制精度都得到很大提高。但是在其初期，存在着系统复杂、使用不便、抗干扰能力差、成本较高等缺陷，尤其对上述简单的过程控制有“大材小用”和不经济等问题。因而，在60年代出现了一种能够根据需要，方便地改变控制系统而又远比计算机系统结构简单、价格低廉的自动化装置¾顺序控制器。它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器—接触器控制线路功能的装置，它能满足程序经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的灵活性和通用性。但它还是使用硬件手段，装置体积大，功能也受到一定的限制。随着大规模集成电路和微处理器技术的发展和应用，上述控制技术也发生了根本的变化，在20世纪70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能，以微处理器为核心的新型工业控制器¾可编程序控制器，这种器件完全能够适应恶劣的工业环境；由于它兼备了计算机控制和继电控制系统两方面的优点，故目前世界各国已作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制。

    自微处理器和微型计算机问世以来，微型计算机已成为人类生活中普遍应用的工具；从人造卫星的发射到日常生活的应用中，从科学计算到儿童玩具，都有微型计算机的踪迹。微型计算机的应用之所以发展得如此迅速，一个重要的原因是其性能价格比在各种类型的计算机中占有领先地位。微型计算机以价廉物美、可靠性高、维护方便、小巧灵活而深受欢迎。目前，微型计算机已广泛应用于机床的局部控制或整机控制中，减少了机械部件，提高了生产效率，减轻了工人的劳动强度，成为机床电气控制系统的主要发展方向，其中数控机床和数控系统就是典型的例子。

    为了解决占机械加工总量80％左右的单件和小批量生产的自动化，以提高劳动效率，提高产品质量和降低劳动强度为目的，在50年代就出现了数控机床。数控机床是一种具有广泛通用性的高效率自动化机床，它综合应用了电子技术、检测技术、计算机技术、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就。目前又在一般数控机床的基础上，发展成为附带自动换刀，自适应控制等功能的复杂数控系列产品，称为加工中心。它能对多道工序的工件进行连续加工，节省了夹具，缩短了装夹定位、对刀等辅助时间，提高了工效和产品质量，并成功地取代了以往依靠模板、凸轮、专用夹具、刀具和定程挡块来实现顺序加工的自动机床、组合机床和专用机床。

    用小型通用计算机去控制某一特定对象时，要依靠事前存放在存储器内的系统程序。而数控装置则依靠程序来实现对具体机床的控制，对不同的控制对象和不同的功能要求只需要改变预先存放的系统程序。用软件方法来增加或改变控制系统的功能，使该系统具有很大的灵活性和柔性，这是数控机床一个明显优点，同时系统能将全部加工程序一次输入存储器，可避免逐段阅读程序容易出错的弊病，并能简化程序设计和修改。专用计算机控制系统中还放置了各种诊断程序，进行故障预检及自动查找，提高了设备的可靠性并便于维修。

    随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广泛，进一步推动了数控系统的发展，因此产生了自动编程系统、计算机数控系统（CNC）、计算机群控系统（DNC）和柔性制造系统（FMS）。FMS是把一群数控机床与工件、刀具、夹具等用自动传递线连接起来，并在计算机的统一控制下形成一个管理和制造相结合的生产整体，这样就组成了计算机群控自动线，或称为柔性制造系统。当今兴起的计算机集成制造系统（CIMS），设计制造一体化（CAD／CAM）是机械制造自动化的高级阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化。