从20世纪中叶数控技术出现以来.docx

从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来革命性的改变。数控加工具有如下特点：加I：柔性好，加I：精度高，生产率高,她轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品.适用于加【多品种小批量零件、结构较困难、精度要求较高的零件、须要频繁改型的零件、价格吊费不允许报废的关键零件、要求精密更制的零件、须要缩短生产冏期的急需零件以及要求100%检验的零件.数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨,进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭受到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推动数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大毋需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步.数控机床的应用范围还在不断扩大,并且不断发展以更适应生产加工的须要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、更合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题.2.数控机床的发展趋势2.1 高速化船着汽车、国防、航空、航天等I：业的高速发展以及铝介金等新材料的应用,对数控机床加工的高速化要求越来越高。<1）主轴转速:机床接受电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000min；（2）进给率：住辨别率为001.m时，最大进给率达到240mmin且可获得困难型面的精确加工：（3运经速度：微处理器的快速发展为数控系统向高速、高精度方向发展供应了保障,开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫，由于运算速度的极大提高，使得当辨别率为O.1pm、O.O1m时仍靠获得高达24240mmin的进给速度:<4换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在IS左右，高的已达0.5so镌围Chiron公司将刀库设计成篮子样式,以主轴为轴心.刀具在圆周布苴.其刀到刀的换刀时间仅0.9s2.2 高精度化数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及时振动的监测和补偿越来越换得重视.（1）提高CNC系统眼制精度：接受高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC限制单位精细化.并接受高辨别率位置检测装置，提高位置检测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的沟通伺服电机，其位置检测精度可达到0.01m脉冲）,位捏伺服系统接受前馈限制与作线性限制等方法：（2）接受误差补偿技术：接受反向间破补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿.探讨结果表明，综介误差补偿技术的应用可将加工误差削减60%-80%：（3）接受网格解码器检杳和提高加I：中心的运动轨迹精度,并通过仿真预料机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，罪终在不同运行条件下完成多种加I：任务,并保证零件的加1：质量.2.3 功能复合化笈介机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。依据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镣院钻复合一加工中心、车铳复合一车削中心、铳镇钻车比台夏合加工中心等：工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等，接受复合机床进行加匚,削诚了工件装卸、更换和调整刀具的协助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应实力,相对传统的I：序分故的生产方法具有明显的优势.加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国IndeX公司最新推出的车削加工中心是模块化结构,该加工中心能够完成车削、铁削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成困难零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高,大量的多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎.在2005年中国国际机床展览会（CIMT2005）上，国内外制造商展出了形式各异的多轴加工机床（包括双主轴、双刀架、9轴限制等以及可实现4、5轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速跣削中心等。2.4 限制智能化随着人工智能技术的发展，为了满邈制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求,数控机床的智能化程度在不断提高。详细体现在以下几个方面：（1）加工过程自适应限制技术：通过监测加工过程中的切削力、主釉和进给电机的功率、电流、电压等信息,利用传统的或现代的算法进行识别,以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并依据这些状态实时谢整加工参数（主轴转速、进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加I：表面粗糙度并提高.设备运行的平安性；（2加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技用的阅历、零件加工的一般与特殊规律,用现代智能方法，构造基专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产打算时间的目的：（3）智能故障自诊断与自修复技术：依据已有的故障信息.，应用现代智能方法实现故障的快速精确定位：14智能故障回放和故障仿女技术：能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真,用以确定错误引起的缘由，找出酎决问题的方法，积累生产阅历：（5）智能化沟通伺服驱动袋置：能自动识别负我.并白动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴沟通驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装跣能自动识别电机及负数的转动惯量,并白动对限制系统参数进行优化和调整,使邨动系统获得最佳运行：<6）智能4M数控系统:在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测敞<Measurement）,建模（Mode1.1.ing）,加工（ManUfaCtUring）、机器操作（ManipU1.ator）四者（即4M）融合在一个系统中.实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。2.5 体系开放化（1）向将来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的更新设计和调整,新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所接受、汲取和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与牢寮性将不断改善并处于长生命周期；<2）向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、供应硬软件产品的各种组合以满意特殊应用要求：<3）数控标准的建立：国际上正在探讨和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP-NC）,以供应一种不依靠T详细系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的标准化。标准化的编程语言，既便利用户运用.又降低了和操作效率干脆有关的劳动消耗。2.6 驱动并联化并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加1：岐捷性和机动性不够等固有缺懵，在机床主轴（一般为动平台）与机座（一般为静平台）之间接受多杆并联联接机构张动,通过限制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台就得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测时多种功能，更能满恚困难特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。并联机床作为一种新型的加工设备，己成为当前机床技术的一个也要探讨方向，受到了国际机床行业的高度重视.被认为是“白独创数控技术以来在机床行业中最有.½义的进步”和“21世纪新一代数控加工设备”。2.7 极端化（大型化和微型化）国防、航空、航天事业的发展和能源等范础产业装备的大型化须要大型且性能良好的数控机床的支界.而超精密加.技术和微纳米技术矩21世纪的战略技术,需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加门车、铳、磨）机床、微电加I：机床、微激光加1：机床和微型压力机等的需求量正在渐渐增大。2.8 信息交互网络化对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是特别重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、限制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程诊断、维护等）。例如,日本MaZak公司推出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔（eTower）的外部设备，包括计兑机、手机、机外和机内摄像头等,能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障报警X示、在线帮助解除故障等功能，是独立的、自主管理的制造班无。2.9 新型功能部件为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高牢靠性的新型功能部件的应用成为必定。具有代表性的新型功能部件包括：高频电主轴：高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中己经获得广泛的应用：断线电动机：近年来，直线电动机的应用F1.益广泛，虽然其价格高于传统的伺服系统,但由于负数改变扰动、热变形补偿、隔磁和防护等关键技术的应用,机械传动结构得到简化，机床的动态性能有了提高。如：西门子公司生产的IFN1.系列三相沟通永磁式同步直线电动机已起先广泛应用于高速铳床、加1：中心、磨床、并联机床以及动态性能和运动精度要求高的机床等：德国EX-CE1.1.-O公司的XHC卧式加1中心三向骈动均接受两个直线电动机:电滚珠丝杆：电滚珠丝杆是何服电动机与滚珠丝杆的集成，可以大大简化数控机床的结构，具有传动环节少、结构紧凑等一系列优点。2.10 2牢靠性数控机床与传统机床相比.增加了数控系统和相应的监控装置等,应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大：工业电网电压的波动和T扰对数控机床的牢匏性极为不利,而数控机床加I：的零件型面较为困难，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上,为了保证数控机床有高的牢靠性，就要细心设计系统、严格制造和明确率鸵性目标以及通过修理分析故障模式并找出薄弱环节。国外数控系统平均无故障时间在710万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为100OO小时左右,国外整机平均无故障I：作时间达800小时以上.而国内或高只有300小时。2.11 加I：过程绿色化随着H趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来理更要，而中国的资源、环境问巡尤为突出。因此.近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展,占据更多的世界市场“2.12 多媒体技术的应用多媒体技术集计算机、声像和通佶技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的实力，因此也对用户界面提出了图形化的要求，合理的人性化的用户界面极大地便利了非专业用户的运用.人们可以通过窗口和菜单进行操作.便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现.除此以外,在数控技术领域应用多媒体技术可以做到信息处理踪合化、智能化，应用于实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等，因此有着重大的应用价值.3我国数控机床发呈现状及思索我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年头，通过“六五期间引进数控技术，“七五”期间组织消化汲取“科技攻关"，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成果。特殊是展近几年,我国数控产业发展快速.19982004年国产数控机床产量和消费敢的年平均增长率分别为39.3%349%.尽管如此，进口机床的发展势头依旧强劲,从2002年起先，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口笫一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，但进出口逆差严峻，国产机床市场占有率连年下降.1999年是33.6%,2003年仅占27.7%。1999年机床进口额为8.78亿荚元（7624台），2003年达27.1亿荚元（23320台），相当于同年国内数控机床产值的2.7倍.国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的探讨开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依我进口。由此可以看出国产数控机床特殊是中高档数控机床仍旧缺乏市场竞争力.窕其缘由主要在于国产数控机床的探讨开发深度不鲂、制造水平依旧落后、服务意识与实力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形打，充分相识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度.以缩短与发达国家之间的差距。3.1 不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关德国产数控机床缺乏核心技术,从高性能数控系统到关键功能部件基本都依靠进口,即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功链、性能的牢匏性仍旧与国外产品有肯定差距.近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购更组以及国外选购等获得了一些先进数控技术,但缺乏对机床结构与精度、牢靠性、人性化设计等基础性技术的探讨，忽视了白主开发实力的培百，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。3.2 制造水平与管理手段依旧落后一些国产数控机床制造商不够重视整体1：艺与制造水平的提而，加I：手段基本以一般机床与低效刀具为主，装配调试完全就手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。力外许多国产数控机床制造商的生产管理依旧沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低卜'使科企业无法形成足够生产规模，如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难限制.因此我们在引进技术的同时应用液加强自身工艺技术改造和管理水平的提升.3.3 服务水平与实力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素由于数控机床产业发展快速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视,甚至对服务缺乏真正的理解,只尔意推销而不招意竹前与竹后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会运用或运用不好数控机床,更不能指M用户运用好机床：有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能供应较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信念。制造商的服务应从探讨用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手,帮助用户进行设备选型，举荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的展终产品,这样才能逐步得到用户的认同，提而国产数控机床的市场占有率.3.4 加大数控专业人才的培育力度从我国数控机床的发展形式来看须要三种层次的数控技术人才：第一种是熟识数控机床的操作及加|：工艺、懂得简洁的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员：其次种是熟识数控机床机械结构及数控系统软硬件学问的中级人才,要驾驭困难模具的设计和制造学问，能够娴熟应用UG、PRO/E等CAD,6AM软件.同时有扎实的专业理论学问、较高的英语水平并枳累了大量的实践阅历：第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应依据须要有目标的加大人才培育力度，为我国的数控机床产业供应强大的技术人才支撑。Ie1.e1.eio©