數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 1.數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的進展隨著制造業(yè)的進展，中小批量生產(chǎn)的趨勢日益增加，對數(shù)控機床的柔性和通用性提出了更高的要求，盼望市場能供應(yīng)不同加工需求，快速高效、低成本地構(gòu)筑面對用戶的掌握系統(tǒng)，并大幅度地降低維護和培訓(xùn)的成本，同時還要求新一代數(shù)控系統(tǒng)具有便利的網(wǎng)絡(luò)功能，以適應(yīng)將來車間面對任務(wù)和定單的生產(chǎn)組織和管理模式。為此，近10年來，隨著計算機技術(shù)的飛速進展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運而生，進展很快。目前正朝標準化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進。單就體系結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致可分為4種類型：傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)如FANUC 0系統(tǒng)、MITSUB

2、ISHI M50系統(tǒng)、Siemens 810系統(tǒng)等。這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。盡管也可以由用戶做人機界面，但必需使用特地的開發(fā)工具（如Siemens的WS800A）耗費較多的人力，而對它的功能擴展、轉(zhuǎn)變和修理，都必需求助于系統(tǒng)供應(yīng)商。目前，這類系統(tǒng)還是占據(jù)了制造業(yè)的大部分市場。但由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的進展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已漸漸減小。 “PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)如FANUC18i和16i系統(tǒng)、Siemens 840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB 9/360等數(shù)控系統(tǒng)。這是由于一些數(shù)控系統(tǒng)制造商不愿放棄多年來積累的數(shù)控軟件技術(shù)，又想利用計算機豐富的軟件

3、資源而開發(fā)的產(chǎn)品。然而，盡管它也具有肯定的開放性，但由于它的NC部分仍舊是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)還是不開放的。因此，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功能強大，但價格昂貴?！癙C嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)它由開放體系結(jié)構(gòu)運動掌握卡+PC機構(gòu)成。這種運動掌握卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強的運動掌握和plc掌握力量。它本身就是一個數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨使用。它開放的函數(shù)庫供用戶在WINDOWS平臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的掌握系統(tǒng)。因而這種開放結(jié)構(gòu)運動掌握卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化掌握各個領(lǐng)域。如美國Delta Tau公司用PMAC多軸運動掌握卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日

4、本MAZAK公司用三菱電機的MELDASMAGIC 64構(gòu)造的MAZATROL 640 CNC等。開放式數(shù)控系統(tǒng)這是一種最新開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它供應(yīng)給用戶最大的選擇和敏捷性，它的CNC軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅是計算機與伺服驅(qū)動和外部I/O之間的標準化通用接口。就像計算機中可以安裝各種品牌的聲卡、CD-ROM和相應(yīng)的驅(qū)動程序一樣。用戶可以在基于Windows、Linux的平臺上，利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，因而最有生命力。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的Open CNC、

5、德國Power Automation公司的PA8000 NT等。2. 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床的進展進入20世紀90年月以來，隨著國際上計算機技術(shù)突飛猛進的進展，數(shù)控技術(shù)正不斷采納計算機、掌握理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著高速化、高精化、復(fù)合化、智能化、高柔性化及結(jié)構(gòu)開放化等方向進展。運行高速化、加工高精化速度和精度是數(shù)控設(shè)備的兩個重要指標，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。新一代數(shù)控設(shè)備在運行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。運行高速化是指：使進給速率、主軸轉(zhuǎn)速、刀具交換速度、托盤交換速度等實現(xiàn)高速化，并且還具有較高的加（減）速率。當(dāng)今聞名品牌數(shù)控系統(tǒng)的進給率指標都有了大幅度的提高，目前

6、的最高水平是在辨別率為0.001mm時，最大快速進給速度可達240m/min。在最大進給速度下可獲得簡單型面的精確加工，在程序段長度為1mm時，其最大進給速度達30m/min。并且具有1.5g的加減速率。主軸高速化的手段是采納電主軸（內(nèi)裝式主軸電機），即主軸電機的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件，從而可將主軸轉(zhuǎn)速大大提高。日本新瀉鐵工所生產(chǎn)的UHS10型超高速數(shù)控立式銑床，主軸最高轉(zhuǎn)速達100000r/min。日本MAZAK公司最新開發(fā)的高效臥式加工中心FF510，主軸最高轉(zhuǎn)速15000r/min，并由于具有高加（減）速率，僅需1.8秒即可從0提速到15000r/min（加/減速度1.0g），換刀速度0.9

7、秒（刀到刀）和2.8秒（切削到切削） 、工作臺（托盤）交換速度6.3秒。在加工高精化方面，提高數(shù)控設(shè)備的加工精度，除提高機械設(shè)備的制造精度和裝配精度外，現(xiàn)在還可通過削減數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采納補償技術(shù)來達到。由于計算機技術(shù)的不斷進步，促進了數(shù)控技術(shù)水平提高，數(shù)控裝置、進給伺服驅(qū)動裝置和主軸伺服驅(qū)動裝置的性能也隨之提高，使得現(xiàn)代的數(shù)控設(shè)備可同時具備運行高速化、加工高精化的性能。功能復(fù)合化復(fù)合化是指工件在一臺設(shè)備上一次裝夾后，通過自動換刀等各種措施，來完成多工序和多表面的加工。在一臺數(shù)控設(shè)備上能完成多工序切削加工（ 如車、銑、鏜、鉆等）的加工中心，可代替多機床和多裝夾的加工，既能削減裝卸時間，省去工件

8、搬運時間，提高每臺機床的力量，削減半成品庫存量，又能保證形位精度，從而打破了傳統(tǒng)的工序界限和工藝規(guī)程。從近期進展趨勢看，加工中心主要是通過主軸頭的立臥自動轉(zhuǎn)換和數(shù)控工作臺來完成五面和任意方位上的加工，此外還消失了與車削或磨削復(fù)合的加工中心。美國INGERSOLL公司的Masterhead是工序集中而實現(xiàn)全部加工的典型代表。這是一種帶有主軸庫的龍門五面體加工中心（四軸聯(lián)動），使其加工工藝范圍大為擴大。意大利Mandell公司的五面加工中心，在其刀庫中增加了一個可自動裝卸的裝在主軸箱上車刀架，利用機床上可高速回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺進行車削加工（及作為立車使用）。日本MAZAK公司推出的NTEGEX30車

9、銑中心，備有鏈式刀庫，可選刀具數(shù)量較多，使用動力刀具時，可進行較重負荷的銑削，并具有Y軸功能 （±90mm）,該機床實質(zhì)上為車削中心和加工中心的"復(fù)合體。另外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的掌握軸數(shù)已達24軸，聯(lián)動軸數(shù)可達6軸。 掌握智能化隨著人工智能技術(shù)不斷進展，并為滿意制造生產(chǎn)柔性化、制造自動化進展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，詳細體現(xiàn)在以下幾個方面： 加工過程自適應(yīng)掌握技術(shù)通過監(jiān)測加工過程中的刀具磨損、破損、切削力、主軸功率等信息并反饋，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行調(diào)整運算，實時修調(diào)加工參數(shù)或加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度值以及設(shè)備運行的平安性

10、。Mitsubishi Electric 公司的用于數(shù)控電火花成型機床的“Miracle Fuzzy”自適應(yīng)掌握器，即利用基于模糊規(guī)律的自適應(yīng)掌握技術(shù)，自動掌握和優(yōu)化加工參數(shù)；日本牧野公司在電火花數(shù)控系統(tǒng)MAKINO_MCE20中，用專家系統(tǒng)代替操作人員進行加工過程監(jiān)控，從而降低了對操具備特地技能的要求。 加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇將加工專家或技工的閱歷、切削加工的一般規(guī)律與特別規(guī)律，按人工智能中學(xué)問表達的方式建立學(xué)問庫存入計算機中，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立專家系統(tǒng)，并通過它供應(yīng)經(jīng) 過優(yōu)化的切削參數(shù)，使加工系統(tǒng)始終處于最優(yōu)和最經(jīng)濟的工作狀態(tài)，從而達到提高編程效率和 加工工藝技術(shù)水平，縮短

11、生產(chǎn)預(yù)備時間的目的。目前已開發(fā)出帶自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電火花加工專家系統(tǒng)。日本大隈公司的7000系列數(shù)控系統(tǒng)帶有人工智能式自動編程功能。 故障自診斷功能故障診斷專家系統(tǒng)是診斷裝置進展的最新動向，其為數(shù)控設(shè)備供應(yīng)了一個包括二次監(jiān)測、故障診斷、平安保障和經(jīng)濟策略等方面在內(nèi)的智能診斷及維護決策信息集成系統(tǒng)。采納智能混 合技術(shù)，可在故障診斷中實現(xiàn)以下的功能：故障分類、信號提取與特征提取、故障診斷專家系統(tǒng)對否、維護管理。 智能化溝通伺服驅(qū)動裝置目前已開頭討論能自動識別負載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸溝通驅(qū)動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對掌

12、握系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。 結(jié)構(gòu)開放化由于數(shù)控技術(shù)中大量采納計算機的新技術(shù)，新一代數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)向開放式系統(tǒng)進展。國際上主要數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)國及其廠家瞄準通用個人計算機（PC機）所具有的開放性、低成本、高牢靠性、軟硬件資源豐富等特點，于20世紀80年月末、90年月初提出CNC開放式的體系結(jié)構(gòu)，以通用微機的體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成的總線式（多總線）模塊，開放型、嵌入式的體系結(jié)構(gòu) ，其軟硬件和總線規(guī)范均是對外開放的，為數(shù)控設(shè)備制造廠和用戶進行集成賜予了有力的支持，便于進行二次開發(fā)，以發(fā)揮其技術(shù)特色。借助PC技術(shù)可便利地實現(xiàn)圖形界面、網(wǎng)絡(luò)通信，共享PC的資源，使CNC緊跟計

13、算機技術(shù)的進展而升級換代。經(jīng)由加固的工業(yè)級PC機已在工業(yè)掌握領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并漸漸成為主流，其技術(shù)上的成熟度使其牢靠性大大超過了以往的專用CNC硬件。 華中科技高校在"八五"期間討論開發(fā)出的具有自主版權(quán)的"華中I型"數(shù)控系統(tǒng)，即為軟、硬件平臺均對外開放的PC數(shù)控系統(tǒng)。目前，先進的數(shù)控系統(tǒng)為用戶供應(yīng)了強大的聯(lián)網(wǎng)力量，除有RS232C串行口外，還帶有遠程緩沖功能的DNC（直接數(shù)控）接口，甚至MAP（MiniMAP）或Ethermet（以太網(wǎng)）接口，可實現(xiàn)掌握器與掌握器之間的聯(lián)接，以及直接聯(lián)接主機，使DNC和單元掌握功能得以實現(xiàn)，便于將不同制造廠的數(shù)控設(shè)備用

14、標準化通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，促進系統(tǒng)集成化和信息綜合化，使遠程操作、遙控及故障診斷成為可能。 驅(qū)動并聯(lián)化除上述幾個基本趨勢外，值得一提的是數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)技術(shù)正在取得重大突破。近年來已消失了所謂6條腿結(jié)構(gòu)的并聯(lián)加工中心，如美國GIDDINGSLEWIS公司的VARIAX("變異型")加工中心、INGERSOLL公司的CTAHEDRALHEXAPOD("八面體的六足動物")加工中心等。這種新奇的加工中心是采納以可伸縮的6條"腿"(伺服軸)支撐并連接上平臺(裝有主軸頭)與下平臺(裝有工作臺)的構(gòu)架結(jié)構(gòu)形式，取代傳統(tǒng)的床身、立柱等支撐結(jié)構(gòu)，而沒有

15、任何導(dǎo)軌與滑板的所謂"虛軸機床"(VIRTUAL AXIS MACHINE)。其最顯著的優(yōu)點是機床基本性能高，精度和加工效率 均可比傳統(tǒng)加工中心要好。隨著這種結(jié)構(gòu)技術(shù)的成熟和進展，數(shù)控機床技術(shù)將進入一個有重 大變革和創(chuàng)新的新時代。并聯(lián)結(jié)構(gòu)機床是現(xiàn)代機器人與傳統(tǒng)加工技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其典型結(jié)構(gòu)是由動、靜平臺和6個可伸縮運動桿件組成，各運動桿以球鉸與平臺連接，并由伺服電機滾珠絲桿副或直線電機實現(xiàn)桿件的伸縮運動，工具平臺能同時做六個自由度的空間運動。如圖1-31所示。由于它沒有傳統(tǒng)機床所必需的床身、立柱、導(dǎo)軌等制約機床性能提高的結(jié)構(gòu)，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等

16、優(yōu)點。其表現(xiàn)為：切削力由桿件擔(dān)當(dāng)，僅受軸向載荷而沒有彎扭載荷，機床變形小、承載力量強；無需以增加部件質(zhì)量來提高剛度，機床重量輕、慣量小，可實現(xiàn)高的運動速度和加速度；以桿件作為運動部件，通用性好，模塊化程度高，可便利地進行各種組合，形成不同的加工設(shè)備；沒有導(dǎo)軌，可排解通常的磨損和幾何誤差等對加工精度的影響；結(jié)構(gòu)對稱，易于進行力、熱變形的補償?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)化隨著信息技術(shù)和數(shù)字計算機.技術(shù)的進展，尤其是計算機網(wǎng)絡(luò)的進展，世界正在經(jīng)受著一場深刻的"革命"。在以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化為基本特征的時代，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化以及新的制造哲理深刻地影響新世紀的制造模式和制造觀念。作為制造裝備的數(shù)控機床也必需適應(yīng)新