浅谈我国数控机床的现状与发展趋势 4页

机床／附件／工装!!!!!!!栏目主持!梅!峰!!:2#$&%"!AAB3!;##"33AC&"3!7&D-(C"浅谈我国数控机床的现状与发展趋势贵州航天乌江机电设备有限责任公司!!遵义!!"#$$#"!张玉峰!!随着社会生产和科学技术的不断进步"各类工业新随着计算机技术的发展"出现了以小型计算机代替产品层出不穷#机械制造产业作为国民工业的基础"其专用硬接线装置"以控制软件实现部分或全部数控功能产品更是日趋精密复杂"特别是在宇航$航海$军事等的计算机数控%J9J&系统"使数控机床进入了第四领域所需的机械零件"精度要求更高"形状更为复杂且代#!,/’年美$日等国首先研制出以微处理器为核心的往往批量较小"加工这类产品需要经常改装或调整设数控系统#由于中$大规模集成电路的集成度和可靠性备"普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适高$价格低廉"所以微处理器数控系统得到了广泛的应应这些要求#同时"随着市场竞争的日益加剧"企业生用"从而使数控机床进入了第五代#产也迫切需要进一步提高其生产效率"提高产品质量及随着工业自动化程度的提高"数控机床及基于J9J原降低生产成本"数控机床就应运而生了#理的各类自动化设备层出不穷"成为推动企业提高产品质数控机床及数控机床组成的柔性化制造系统是改造量和劳动效率的主要手段#这也对J9J系统提出了更新的传统机械加工装备产业$构建数字化企业的重要基础"要求"以往的J9J系统功能和结构设计很难满足不同层次它的发展一直备受人们的关注#数控机床以其卓越的柔来自不同方面的要求#在这种形势下"以不断发展的:J性自动化的性能$优异而稳定的精度$敏捷而多样化的技术为依托"出现了以:J技术为基础的开放式J9J系功能引起世人瞩目"它开创了机械产品向机电一体化发统#自"#世纪,#年代以来"这种开放式J9J系统正在展的先河"因此数控技术成为先进制造技术中的一项核发展成为世界的潮流#数控系统发展的历程如表!所示#心技术#另一方面"通过持续的开发研究以及信息技术表!!数控系统发展的历程的深化应用促进了数控机床性能和质量的进一步提升"发展阶段数控系统的发展产生年代使数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要装备#第一代电子管数控系统!,("年!"数控机床的发展历程硬件数控第二代晶体管数控系统!,)!年"#世纪(#年代"美国为了革新飞机制造业中用在第三代集成电路数控系统!,)(年仿形机床上的靠模和样件的加工设备"开始研制新型机第四代小型计算机数控系统!,)0年床#!,("年"美国帕森斯公司与麻雀理工学院伺服机构软件数控第五代微处理器数控系统!,/’年第六代基于工控:J机的通用J9J系统!,,#年实验室合作"研制成功一台控制三坐标立铣床的数控系统"其插补装置采用脉冲乘法器"整个控制装置由真空#"我国数控机床的发展概况管组成"这就是第一代数控系统#!,(,年晶体管元件问我国于!,(0年由清华大学和北京第一机床厂合作世"数控系统中广泛采用晶体管和印制板电路"从此数研制了我国第一台数控铣床"并于!,(0年开始试制成控系统跨入第二代#!,)(年"出现了小规模集成电路"功第一台电子管数控机床#!,)(年开始研制晶体管数控由于其体积小$功耗低"使数控系统的可靠性得到了进系统"直到"#世纪)#年代末至/#年代初成功#从"#一步提高"数控系统从而发展到第三代#以上三代数控世纪0#年代开始"先后从日本$美国$德国等国家引机床的控制系统均为硬接线数控系统"即9J%9<$ERIY进先进的数控技术#如北京机床研究所从日本69]JZ;DJUK[RUD&系统#公司引进69]J&$69]J($69]J)$69]J/冷加工!"#"年第!#期!"!!!"#$%&’!()*+,-./01"2(# !!!!!!!机床／附件／工装:2#$&%"!AAB3!;##"33AC&"3!7&D-(C"!!!系列产品的制造技术"上海机床研究所引进美国2O公$"数控机床技术发展趋势司的3BJ#!数控系统等$我国数控机床的发展离不开机床技术与制造技术的我国于!,(0年研制出第一台数控机床后%发展过发展%从表"可以看到机械加工装备对促进制造技术发程大致可分为两大阶段$在!,(0!!,/,年间为第一阶展的紧密关系和重要支撑作用$段%从!,/,年至今为第二阶段$第一阶段中对数控机表#!机械加工装备与制造技术的发展阶段床特点&发展条件缺乏认识%在人员素质差&基础薄年!代机械加工装备制造技术弱&配套件不过关的情况下%终因表现欠佳%无法用于!以流水线技术为核生产而停顿$在第二阶段从日&德&美&西班牙先后引"#世纪&#!(#年代传统机床心的自动化制造技术进数控系统技术%从日&美&德&意&英&法&瑞士&!以数控技术为核心匈&奥&韩国等国家以及中国台湾引进数控机床先进技"#世纪(#!/#年代数控机床的柔性制造技术术和合作&合资生产%解决了可靠性&稳定性问题%数!以信息技术为核心控机床开始正式生产和使用%并逐步向前发展$"#世纪/#!0#年代柔性化制造系统的集成制造技术在"#余年间%数控机床的设计和制造技术有较大!以虚拟技术为核心提高%主要表现在三大方面’培训一批设计&制造&使"#世纪,#年代!迄今敏捷化制造系统的数字制造技术用和维护的人才"通过合作生产先进数控机床%使设!!以数字化为特征数控机床是柔性化制造系统和敏捷计&制造&使用水平大大提高%缩小了与世界先进技术化制造系统的基础装备%其总的发展趋势是’高精化&的差距"通过利用国外先进元部件&数控系统配套%开高速化&柔性化&智能化和集成化%并注重工艺适用性始能自行设计及制造高速&高性能&五面或五轴联动加和经济性$具体可归纳为以下几个方面’工的数控机床%供应国内市场的需求%但对关键技术的*!+高速加工技术发展迅速%在高档数控机床中得试验&消化&掌握及创新却较差$至今%许多重要功能到广泛应用!应用新的机床运动学理论和先进的驱动技部件&自动化刀具&数控系统依靠国外技术支撑%不能术%优化机床结构%采用高性能功能部件%移动部件轻独立发展%差距较大$存在的主要问题包括’缺乏像日量化%减少运动惯性$在刀具材料和结构的支持下%从本(机电法)&(机信法)那样的指引"严重缺乏各方面单一的刀具切削高速加工%发展到机床加工全面高速专家人才和熟练技术工人"缺少深入系统的科研工作"化%如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万元部件和数控系统不配套"企业和专业间缺乏合作%基转&几十万转"快速移动速度从每分钟十几米发展到几本上孤军作战%虽然厂多人众%但形成不了合力$但在十米和上百米"换刀时间从十几秒下降到!#7&&7&!7我国数控机床发展史上值得一提的是第一台数控机床设以下%换刀速度加快了几倍到十几倍$应用高速加工技计的人是许道荣教授%按他的话说’(数控机床是国防术达到缩短切削时间和辅助时间%从而实现加工制造的工业的关键环节$它能生产飞机&军舰的重要零部件%高质量和高效率$备受国家的重视"它也是显示国家技术实力和工业制造*"+精密加工技术有所突破!通过机床结构优化&能力的一项重要指标$)图!是当时第一台数控机床的制造和装配的精化%数控系统和伺服控制的精密化%高设计团队照片$精度功能部件的采用和温度&振动误差补偿技术的应用等%从而提高机床加工的几何精度&运动精度%减少形位误差&表面粗糙度$加工精度平均每0年提高!倍%从!,(#!"###年(#年内提升!##倍$目前%精密数控机床的重复定位精度可以达到!&$%进入亚微米超精加工时代$图"为数密数控车床%机床的精度在#%##"&$以内%加工零件的表面粗糙度值达到/$;*#%’&$*&+技术集成和技术复合趋势明显!技术集成和技图!!!"!"#"年第!#期冷加工!!!"#$%&’!()*+,-./01"2(# !;##"33AC&"3!7&D-(C"机床／附件／工装!!!!!!!!!!:2#$&%"!AAB3术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一"如工序电系统的制造技术"超精密制造$巨型系统制造等相关复合型###车$铣$的数控制造技术$检测技术及相关的数控机床研制"如钻$镗$磨$齿轮加微型$高精度$远程控制手术机器人的制造技术和应工技术复合"跨加工用)应用于制造大型电站设备$大型舰船和航空航天设类别技术复合###金备的重型$超重型数控机床的研制)^B产业等高新技术切与激光$冲压与激的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术"研制适应光$金属烧结与镜面微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加切削复合等"目前已工机床)极端制造领域的复合机床的研制等%由机加工复合发展到图!"%"我国数控机床发展方向非机加工复合"进而发展到零件制造和管理信息及应用从"#世纪0#年代起"我国数控机床制造业的发展软件的兼容"目的在于实现复杂形状零件的全部加工及虽然有起伏"但对数控技术和数控机床一直给予较大的生产过程集约化管理%技术集成和复合形成了新一类机关注"已具有较强的市场竞争力%但在中$高档数控机床###复合加工机床"并呈现出复合机床多样性的创新床方面"与国外一些先进产品与技术"仍有较大差距"结构%大部分处于技术跟踪阶段%表&是以PB’#刀柄的中型&’’数字化控制技术进入了智能化的新阶段!数加工中心为例"列出国内外先进产品主要技术指标"由字化控制技术发展经历了三个阶段(数字化控制技术此可以看到效率$精度和可靠性等方面均有明显差对机床单机控制)集合生产管理信息形成生产过程自距%!!!!!!!!!动控制)生产过程远程控制"实现网络化和无人化工表$!中型加工中心主要技术指标对比厂的智能化新阶段%智能化指工作过程智能化"利用项!目国!内国!外计算机$信息$网络等智能化技术有机结合"对数控主轴最高转速!&R*$IK4!’)###!!####!####!’####机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等%快移速度!&$*$IK4!’!#!"’&#!)#加工过程智能监控可以实现工件装夹定位自动找正"金属切除率’(钢!"##!&##’##!)##&Z$&*$IK4!’刀具直径和长度误差测量"加工过程刀具磨损和破损诊断$零件装卸物流监控"自动进行补偿$调整$自定位精度!$$&全行程’#%#!!#%#!)#%##’!#%##)动更换刀具等"智能监控系统对机床的机械$电气$重复定位精度!$$#%##(!#%##0#%##"!#%##&液压系统出现故障自动诊断$报警$故障显示等"直平均无故障运行时间!G(##!)###!###至停机处理%随着网络技术的发展"远程故障诊断专!!基于目前世界先进制造技术不断兴起"超高速切家智能系统开始应用%数控系统具有在线技术后援和削$超精密加工等技术的应用"柔性制造系统的迅速发在线服务后援%人工智能自动编程系统能按机床加工展和计算机集成系统的不断成熟"对数控加工技术提出要求对零件进行自动加工%在线服务可以根据用户要了更高的要求%笔者认为我国数控机床在未来应朝着以求随时接通^9BOA9OB接受远程服务%采用智能技下几个方向发展(术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策$&!’高速度$高精度化!速度和精度是数控机床的过程适应控制$误差补偿智能控制$故障自诊断和智两个重要指标"它直接关系到加工效率和产品质量%目能维护等功能"大大提高成形和加工精度$提高制造前"数控系统采用位数$频率更高的处理器"以提高系效率%信息化技术在制造系统上的应用"发展成柔性统的基本运算速度%同时"采用超大规模的集成电路和制造单元和智能网络工厂"并进一步向制造系统可重多微处理器结构"以提高系统的数据处理能力"即提高组的方向发展%插补运算的速度和精度"并采用直线电动机直接驱动机&(’极端制造扩张新的技术领域!极端制造技术是床工作台的直线伺服进给方式"其高速度和动态响应特指极大型$极微型$极精密型等极端条件下的制造技性相当优越%采用前馈控制技术"使追踪滞后误差大大术"是数控机床技术发展的重要方向%重点研究微纳机减小"从而改善拐角切削的加工精度%为适应超高速加冷加工!"#"年第!#期!!!!!"#$%&’!()*+,-./01"2(# !!!!!!!机床／附件／工装:2#$&%"!AAB3!;##"33AC&"3!7&D-(C"!!!工的要求"数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为路"以减少元器件的数量"来提高可靠性$通过硬件功一的结构形式"实现了变频电动机与机床主轴一体化"能软件化"以适应各种控制功能的要求"同时采用硬件主轴电动机的轴承采用磁浮轴承#液体动静压轴承或陶结构机床本体的模块化#标准化和通用化及系列化"使瓷滚动轴承等形式$目前"陶瓷刀具和金刚石涂层刀具得既提高硬件生产批量"又便于组织生产和质量把关$已开始得到应用$还通过自动运行启动诊断#在线诊断#离线诊断等多种%"&多功能化!配有自动换刀机构%刀库容量可达诊断程序"实现对系统内硬件#软件和各种外部设备进!##把以上&的各类加工中心"能在同一台机床上同时行故障诊断和报警$利用报警提示"及时排除故障)利实现铣削#镗削#钻削#车削#铰孔#扩孔#攻螺纹等用容错技术"对重要部件采用’冗余(设计"以实现故多种工序加工"现代数控机床还采用了多主轴#多面体障自恢复)利用各种测试#监控技术"当生产超程#切削"即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切刀损#干扰#断电等各种意外时"自动进行相应的保削加工$数控系统由于采用了多J:]结构和分级中断护$控制方式"即可在一台机床上同时进行零件加工和程序%)&控制系统小型化!数控系统小型化便于将机#编制"实现所谓的’前台加工"后台编辑($为了适应电装置结合为一体$目前主要采用超大规模集成元件#柔性制造系统和计算机集成系统的要求"数控系统具有多层印刷电路板"采用三维安装方法"使电子元器件得远距离串行接口"甚至可以联网"实现数控机床之间的以高密度安装"较大规模缩小系统的占有空间$而利用数据通信"也可以直接对多台数控机床进行控制$新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管"将%&&智能化!现代数控机床将引进自适应控制技使数控操作系统进一步小型化$这样可以方便地将它安术"根据切削条件的变化"自动调节工作参数"使加工装在机床设备上"更便于对数控机床的操作使用$过程中能保持最佳工作状态"从而得到较高的加工精度&"结语和较小的表面粗糙度值"同时也能提高刀具的使用寿命数控机床是当代机械制造业的主流装备"是市场热和设备的生产效率$具有自诊断#自修复功能"在整个门商品"部分高档数控机床仍然被当成战略物资在国际工作状态中"系统随时对J9J系统本身以及与其相连市场上受到禁运与限制$我国数控机床的发展经历了&#的各种设备进行自诊断#检查$一旦出现故障时"立即年的跌宕起伏"已经由成长期进入成熟期$采用停机等措施"并进行故障报警"提示发生故障的部某些至今仍受到禁运的数控五轴联动产品技术"我位#原因等$还可以自动使故障模块脱机"而接通备用国都已陆续掌握"如数控五轴联动的重型落地镗铣床#模块"以确保无人化工作环境的要求$为实现更高的故龙门式铣镗床#加工中心等"十年来已一一推向市场$障诊断要求"趋势是采用人工智能专家诊断系统$J^3B"#!#展会上"展出了五轴联动机床(#多台"包括%’&数控编程自动化!随着计算机应用技术的发航空航天#造船#冶矿工业用的重型龙门移动式及各种展"目前J6M!J63图形交互式自动编程已得到较多的类型数控五轴联动镗铣床和加工中心$应用"是数控技术发展的新趋势$利用J6M绘制的零今后我国要加速发展数控机床产业"既要深入总结件加工图样"再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和过往的经验教训"切实改善存在的问题"又要认真学习后置处理"从而自动生成9J加工程序"以实现J6M国外的先进经验"沿正确的道路前进$必须狠抓根本"与J63集成$随着J^3X技术的发展"当前又出现了坚持’以人为本("加速提高人员素质#培养各种专家J6M!J6::!J63集成的全自动编程方式"与J6M!人才"从根本上改变目前低效#落后的状态$重视培J63系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参才#选才#用才"建立学习型企业"树立企业文化"加数不必由人工参与"直接从系统内的J6::数据库获速培育新人"培训在职人员"建立师徒相传制度"举办得$各种技术讲座#训练班和专题讨论会"甚至聘请外国专%(&可靠性最大化!数控机床的可靠性一直是用户家#顾问等"尽力提高数控的技术水平$最关心的主要指标$数控系统将采用更高集成度的电路%收稿日期*"#!##)!(&芯片"利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电!"!"#"年第!#期冷加工!!!"#$%&’!()*+,-./01"2(#