斜張橋
[拼音]：shukong jichuang
[英文]：numerical control machine tools
用數字和字母形式表示加工動作和尺寸，並進行程式設計控制的機械加工裝置。零件加工程式輸入專用或通用計算機，經過運算後發出訊號，控制執行機構，驅動機床工作臺或刀具進行加工。數控機床與其他自動化機床的顯著區別是適應性強，生產準備時間短，當加工物件改變時，除了重新裝卡工件和更換刀具外，一般只需要更換控制介質如穿孔卡片、紙帶、磁帶，或改變撥碼開關的位置，而不需要對機床進行大的調整。這對於產量小、種類多、產品形狀複雜、精度要求高、生產週期短的航空、航天、國防工業具有重要的意義。
發展簡況
1949年，美國帕森斯公司在麻省理工學院的協助下開始從事數控機床的研製，1952年試製成功了世界上第一臺電子管線路的三座標聯動的數控銑床。1959年數控裝置的元器件由電子管過渡到電晶體和印刷電路板，稱為第二代數控。60年代以後，數控技術不僅在金屬切削機床上得到了實際應用，而且逐步被推廣到衝壓機、繞線機、焊接機、火焰切割機、包裝機和座標測量機等。在程式編制方面，已由手工程式設計發展到採用計算機自動程式設計，以後又出現各種專用程式語言。1965年出現了商品化積體電路的數控裝置，標誌著數控裝置已進入第三代。70年代初，計算機逐步代替硬接線邏輯電路,形成了計算機數控(CNC)，稱為第四代數控。計算機數控通用性強，並具有邏輯修改程式和診斷故障等功能。與此同時還發展出由計算機直接控制多臺機床的系統,稱為直接數控或群控系統(DNC)。1974年又出現價格低廉的微型機數控裝置(MPCNC),即第五代數控。它與小型計算機數控和普通數控相比，不僅成本低、可靠性高，而且體積小、重量輕，易於實現機電一體化。微型機數控裝置的推廣，擴大了數控機床的應用範圍，在中、小批量和大批量自動化生產中都獲得了越來越多的應用。
工作原理
圖1為數控機床的基本組成。先給出要加工的零件圖，然後把加工所需要的一切資訊,如刀具運動軌跡、切削用量等,用程式碼化的數字記錄在控制介質（紙帶、磁帶、鋁帶、卡片）上。這個部分稱為數控的軟體，可以手工程式設計，也可以利用計算機自動程式設計。在絕大多數情況下控制介質都採用穿孔紙帶。當穿孔紙帶上的資訊被讀入數控裝置後，數控機床便按照給定的資訊動作，控制伺服機構加工出符合圖紙要求的工件。
數控的基本構思是先將一個連續的刀具移動軌跡進行單位分割（這一過程稱數字化,又稱量子化）,然後再按照分割出的數字量來控制刀具相對於工件的運動。單位分割得越細，則控制精度越高，通常最小單位移動量為10微米、5微米、1微米等。數控系統分點位控制和輪廓控制兩種。
點位控制
點位控制適用於鑽床、鏜床或其他孔加工機床,只要求刀具到達工件上給定的目標位置,不需要控制刀具從某一位置到目標位置的移動軌跡。例如，需要將刀具從P點移動到Q點時（圖2a），可先使刀具沿x軸向R點移動,然後再使刀具沿y 軸從R點移動到Q點（圖2b）；也可先使刀具沿y軸從P點向S點移動，接著再沿x軸從S點移動到Q點（圖2c）。
輪廓控制
不同於鑽床、鏜床的點位控制在數控車床、銑床、線切割機和其他許多機床上，刀具移動的軌跡是要加以控制的（圖3a）。輪廓控制又稱連續軌跡控制。在輪廓控制中,如果需要控制刀具沿圖3b或c所示的直線或圓弧移動，就需要應用插補器。插補器的主要作用就是根據工件輪廓要求，在x、y軸兩個方向分配進給脈衝。能控制刀具沿直線移動的插補器稱為直線插補器；能控制刀具沿弧移動的插補器稱為圓弧插補器。
數控機床還按同時進行輪廓控制的座標數來分類，分為單座標、兩座標、三座標或五座標數控機床等。
數控裝置
它是數控機床的運算和控制系統(圖4)。圖中虛線內所包括的部分即為數控裝置。它接受讀帶機送來的資料和指令，進行大量的插補運算，然後再將運算結果送到相應的伺服驅動裝置上去。
數控伺服系統
數控機床的伺服控制系統有開環、閉環、半閉環和開環補償四種類型。
開環控制系統
數控裝置根據穿孔帶上的資料指令，經過運算髮出指令脈衝，送到電液脈衝馬達使其轉動一定的角度，再通過傳動齒輪和絲槓螺母帶動機床工作臺移動一定的距離（圖5）。這種不帶有位置測量裝置，也不將被控制量的實際值反饋回去與指令值進行比較的系統稱為開環控制系統。這類系統簡單、工作穩定、成本低，但定位精度受伺服驅動元件和機床傳動機構精度的限制，難以提高。
閉環控制系統
圖6中的數控裝置根據穿孔帶上的要求向伺服機構發出控制訊號使機床運動，同時通過機床上的測量裝置（如光柵或感應同步器等）檢測出機床工作臺的實際位移量，經反饋迴路再送回數控裝置去與指令值進行比較，用差值對伺服馬達進行控制，直到差值消除時工作臺才能停止移動，這種控制系統稱閉環控制系統。它的定位精度高、速度快，但系統複雜，成本高。一般高精度的數控機床上多采用這類控制系統。
半閉環控制系統
這種系統對機床工作臺的實際位移量不進行直接檢測，而是間接檢測伺服系統中執行元件(如進給傳動齒輪或絲槓等)的轉角，推算出工作臺的直線位移的當量，然後再將此當量值與指令值進行比較，用差值對伺服馬達進行控制。這種控制方式未將全部環節包括在伺服迴路內，所以稱為半閉環控制系統。它保留了閉環控制的某些特點，但機床的定位精度仍依賴於滾珠絲槓的精度，因此精度不及閉環系統高。
開環補償型控制系統
為了保留閉環控制的優點，又避免機床傳動機構對定位精度的影響，在開環控制的基礎上發展了一種開環、閉環混合型伺服系統。驅動元件仍用脈衝馬達，在開環控制系統中附加一個校正迴路，利用直線位移測量裝置所測得的反饋訊號來校正機械系統的誤差。系統中主迴路是開環控制，校正迴路是閉環控制，只有當機械繫統有誤差存在時，校正迴路才起補償作用。混合型伺服系統兼有開環控制和閉環控制的優點。
數控程式設計
使用數控機床加工零件時，數控穿孔帶的製備是一項極為重要的工作。把被加工零件的工藝引數和位移量等資料記錄在穿孔帶上的過程稱為程式設計，應用計算機來完成上述程式設計過程稱為計算機輔助程式設計。如果程式設計過程主要由人來完成，則稱為手工程式設計。程式設計時，需要進行大量繁複的數學運算，容易產生錯誤。具體的零件形狀一旦以抽象的資料表示，便失去了明確的形象，因而不易將錯誤查找出來。據統計，程式編制時間與加工時間之比一般為30:1，大約每兩臺數控機床就需要配備一名程式設計員。由於程式設計工作量大，約有20～30％的數控機床因程式編不出來而被迫停工。
計算機輔助程式設計就是用語言和符號描述零件圖紙上所表示的幾何形狀、加工順序、刀具運動軌跡以及其他工藝引數，經計算機運算處理後輸出數控穿孔紙帶，同時也可以輸出程式清單和走刀路線圖形。這種程式設計方法簡單清晰、速度快、不易產生程式設計錯誤。第一個數控機床計算機輔助程式語言APT出現於 1955年。此後美、英、蘇、西德、日、法等國都研製了自己的數控程式語言。中國也研製有數控程式語言SKC-1，SKC-2和ZCX-1等。
計算機輔助程式設計系統一般由三個基本部分組成：零件源程式、主資訊處理程式、後置資訊處理程式。
零件源程式
它是一種用資料程式語言所描寫的零件形狀和尺寸、刀具運動、切削條件、輔助機能等內容的清單，主要包括定義語句（描述零件幾何圖形）、切削語句或運動語句（指定刀具運動軌跡的順序）和控制語句（變更程式執行順序）。
主資訊處理程式
根據零件源程式計算刀具軌跡的座標值，指定輔助機能。處理過程一般分為翻譯和刀具軌跡計算兩個階段。
（1）翻譯階段：按零件程式的順序對字元進行閱讀和處理，為下一階段的刀具軌跡計算作準備。
（2）刀具軌跡計算階段：根據輸入資料計算刀具初始位置、插補節點和刀具軌跡等。
後置資訊處理程式
各種數控裝置的指令形式不盡相同，機床輔助機能也不完全一樣，因此不能直接用主資訊處理階段所得到的一般形式的刀位控制帶作為某一特定機床的指令帶，必須經後置程式處理後方能適合某一特定機床的需要。主資訊處理程式是共用的，而後置資訊處理程式則是根據某一特定機床編寫的。主資訊和後置資訊處理程式通常由計算機生產或軟體研製部門編寫。對於數控機床使用者來說，主要是應用數控程式語言編制零件源程式,經計算機輔助程式設計系統運算處理後,得出數控機床指令帶。
參考書目
劉又午主編:《數字控制機床》,機械工業出版社，北京，1983。