數(shù)控車床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目 數(shù)控車床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)一、 選題的背景和意義：數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來(lái)一直受到世界各國(guó)的普遍重視。 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)

2、展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。二、 課題研究的主要內(nèi)容：1 分析我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀2 分析現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的各部分的組成及優(yōu)劣3 當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)4 市場(chǎng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求情況5 推進(jìn)UM工程，研制高效精密數(shù)控機(jī)床6 例舉西門子SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)介紹三、主要研究（設(shè)計(jì)）方法論述：本課題主要是在所掌握的關(guān)于數(shù)控車床知識(shí)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)大量的資料了解數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)及相關(guān)專業(yè)知識(shí)，并了解其現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。首先分析現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的發(fā)展情況，相比較出機(jī)床各組成部分的優(yōu)

3、劣。而后通過(guò)網(wǎng)上了解當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)，調(diào)查市場(chǎng)各個(gè)行業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品的綜合要求。深度探索數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品對(duì)精度的要求，發(fā)展復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床，縮短制造過(guò)程鏈。最后例舉西門子SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)及介紹。 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：時(shí)間（迄止日期）工 作 內(nèi) 容8.18.2選題，熟悉課題，明確任務(wù)要求，查找、收集、分析資料。8.38.5完成開(kāi)題報(bào)告，并提交指導(dǎo)老師。8.68.9闡述機(jī)電一體化技術(shù)和辦公自動(dòng)化的發(fā)展歷程以及發(fā)展趨勢(shì)。8.108.13對(duì)辦公自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)提出實(shí)際需求8.148.17以辦公實(shí)際需求為目標(biāo)將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到辦公自動(dòng)化設(shè)備中8.188.21展望

4、機(jī)電一體化技術(shù)在辦公自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用8.228.25總結(jié)并整理所有資料，規(guī)范論文格式8.268.27在指導(dǎo)老師的幫助下進(jìn)行修改，進(jìn)一步完善初稿。8.288.30翔實(shí)相關(guān)論點(diǎn)、論據(jù)，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)的答辯。五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日六、系部意見(jiàn)： 系主任簽名： 年 月 日數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目 錄第一章 緒論71.1 課題研究的目的和意義71.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展概況81.3 本課題研究的主要內(nèi)容9第二章 數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀92.1現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)基本評(píng)定指標(biāo)92.2 中國(guó)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀102.2.1數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀102.2.2 中國(guó)發(fā)展數(shù)控機(jī)床存在的主要問(wèn)題11

5、2.3 分析現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的組成112.3.1床身和導(dǎo)軌112.3.2.主軸變速系統(tǒng)122.3.3.刀架系統(tǒng)122.3.4.進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)13第三章 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)143.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)143.1.1 高速、高精密化143.1.2 高可靠性143.1.3 數(shù)控車床設(shè)計(jì)CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化143.1.4 功能復(fù)合化143.1.5 智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化153.2 國(guó)內(nèi)對(duì)到數(shù)控機(jī)床需求15第四章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展點(diǎn)1741推進(jìn)µm，工程研制高效精密數(shù)控機(jī)床1742發(fā)展復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床、縮短制造過(guò)程鏈1743高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)1844發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，推進(jìn)企業(yè)制造

6、能力的高效柔性化1945西門子SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)介紹19第五章 結(jié)束語(yǔ)21答謝詞22參考文獻(xiàn)23數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)摘要：從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。  隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)

7、控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。本文簡(jiǎn)要分析了數(shù)控機(jī)床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)NC Machine Tool Status Quo And Development TrendABSTRACT：From the middle of the 20th century since the emergence of CNC technology, CNC machine tools to machine manufacturing industry has brought a revo

8、lutionary change. CNC machine tools is a highly integrated mechanical and electrical products, applicable to processing multi-variety low-volume parts, the structure of more complex, high precision parts, the need for frequent modifications of the parts, the high cost of scrap key parts are not allo

9、wed to require replication precision parts, the need to shorten the production cycle of the urgent need for spare parts as well as the requirements of parts 100% inspection. The characteristics of CNC machine tools and their application into the national economy and national defense construction, an

10、d equipment development. With the manufacturing of CNC machine tools, as well as the high demand of computer technology and modern design techniques of rapid progress, the scope of application of CNC machine tools is also growing, and the continuous development of more adapted to the needs of produc

11、tion and processing. This paper analyzes the high-speed CNC machine tools, precision, complex and intelligent, open, network-based, multi-axis, and the development trend of green, and so on.Keywords：CNC Lathe；current situation；Development trends第一章 緒論1.1 課題研究的目的和意義 數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義，客觀地審視我國(guó)數(shù)控系

12、統(tǒng)當(dāng)前的形勢(shì)，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的環(huán)境和條件，正確分析行業(yè)特點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)特性，采取正確的方針和措施，是我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)。 客觀地審視我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)前的形勢(shì)，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的環(huán)境和條件，正確分析行業(yè)特點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)特性，采取正確的方針和措施，是我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)要發(fā)展起來(lái)，不是簡(jiǎn)單的某一家數(shù)控企業(yè)發(fā)展起來(lái)，而是中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)整體共同進(jìn)步。用戶對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)信心不足，不是對(duì)哪一家，而是對(duì)整個(gè)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)不認(rèn)可。現(xiàn)在的狀況是國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)都在低端市場(chǎng)殺得你死我活，而不能凝聚在一起，在中、高端市場(chǎng)與國(guó)外系統(tǒng)抗衡。我們認(rèn)為，只有國(guó)產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)企

13、業(yè)團(tuán)結(jié)一致，才有實(shí)力與國(guó)外系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)。在國(guó)家提倡自主創(chuàng)新的大環(huán)境氛圍下，用戶都覺(jué)得支持國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)是自己的義務(wù)，從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)地選用國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)。有了用戶的支持，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)才可以快速發(fā)展起來(lái)。在支持民族產(chǎn)品還是使用洋品牌的問(wèn)題上，國(guó)人進(jìn)行著不斷的爭(zhēng)論。在數(shù)控系統(tǒng)方面，耳熟能詳?shù)奈鏖T子、三菱、松下、施奈德、AB等等占據(jù)著大量市場(chǎng)和機(jī)械制造商的大腦，信賴國(guó)際品牌，降低自己售后風(fēng)險(xiǎn)，提升自己產(chǎn)品品味依然是很多商家的思路。民族品牌在此艱險(xiǎn)的環(huán)境中不斷慢慢壯大。在這種情況下，筆者了解了廣州正騰數(shù)控技術(shù)有限公司，這個(gè)在印刷機(jī)械數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域起步，依托廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院慢慢成長(zhǎng)，依靠自己稚嫩的肩膀，從間歇

14、式（全輪轉(zhuǎn)）印刷機(jī)控制系統(tǒng)研發(fā)成功并推廣開(kāi)始，就不斷與眾多世界知名品牌產(chǎn)品相抗衡至今，深深體會(huì)到在這個(gè)環(huán)境中發(fā)展自己品牌的艱辛。付出終有收獲，廣州正騰數(shù)控這個(gè)新興數(shù)控企業(yè)會(huì)不斷完善自己，向更多領(lǐng)域邁進(jìn)，肯定會(huì)隨著民族數(shù)控業(yè)的發(fā)展而更加壯大。 數(shù)控系統(tǒng)是先進(jìn)制造業(yè)機(jī)械的靈魂和大腦，對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有超越其巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的戰(zhàn)略意義。數(shù)控系統(tǒng)涉及面非常廣，從數(shù)控機(jī)床到專業(yè)數(shù)控機(jī)械，印刷、包裝、紡織、各類產(chǎn)品制造等等，如此巨大市場(chǎng)就是國(guó)內(nèi)外數(shù)控企業(yè)不斷明爭(zhēng)暗斗的原因。過(guò)去數(shù)十年間我國(guó)也曾投入數(shù)億元開(kāi)展數(shù)控攻關(guān)，但總體思路還是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，而國(guó)外對(duì)我國(guó)卻一直采取技術(shù)封鎖、高檔產(chǎn)品限制、低檔產(chǎn)品傾銷的歧視

15、政策。盲目效仿國(guó)外，只會(huì)落后挨打，受制于人，中國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的唯一出路，就是走自主創(chuàng)新之路，用中國(guó)人自己的核心技術(shù)振興中國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)。創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品，意味著新生事物，要被行業(yè)和用戶認(rèn)同是一個(gè)非常艱難的過(guò)程。有很多具有非常好市場(chǎng)前景的創(chuàng)新科研成果，由于創(chuàng)新者沒(méi)有堅(jiān)持不懈地排除科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的艱難險(xiǎn)阻，最終被束之高閣?？萍汲晒窃趯?shí)驗(yàn)室環(huán)境下，著重于技術(shù)功能的實(shí)現(xiàn);產(chǎn)品化則要求面對(duì)惡劣的使用環(huán)境和千變?nèi)f化的應(yīng)用對(duì)象，滿足用戶對(duì)穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)用型、宜用性和高性價(jià)比的要求;產(chǎn)業(yè)化則要求產(chǎn)品在規(guī)?；a(chǎn)過(guò)程中，建立生產(chǎn)工藝、質(zhì)量保證體系和售前售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，最終占領(lǐng)市場(chǎng)。1.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)

16、的發(fā)展概況隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工

17、過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過(guò)CAD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒(méi)有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過(guò)程中CNC只是一個(gè)封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過(guò)程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長(zhǎng)、加工余量等加工參數(shù)，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM中的設(shè)定量

18、，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，己不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過(guò)程，因此，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為我們國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。1.3 本課題研究的主要內(nèi)容1分析我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀2分析現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的各部分的組成及優(yōu)劣3當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)4市場(chǎng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求情況5數(shù)控車床的發(fā)展點(diǎn)第二章 數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀2.1現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)基本評(píng)定指標(biāo)成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的4 個(gè)要素，采用傳統(tǒng)的非數(shù)控生產(chǎn)方式只有達(dá)

19、到一定閾值的大批量的規(guī)模生產(chǎn)才能取得上述4 個(gè)方面的統(tǒng)一。但在當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心，企業(yè)為主導(dǎo)的賣方市場(chǎng)已轉(zhuǎn)向以市場(chǎng)需求為中心、用戶為主導(dǎo)的買方市場(chǎng)，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個(gè)性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)壽命大大縮短，這首先將形成以多品種變批量的生產(chǎn)方式為主流的生產(chǎn)環(huán)境；其次，衡量企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的首位因素也由成本轉(zhuǎn)為交貨期。為此，發(fā)展柔性結(jié)構(gòu)體系的數(shù)控制造裝備及制造系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)在快速多變的市場(chǎng)環(huán)境中對(duì)用戶驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)需求作出靈活、快速響應(yīng)的關(guān)鍵。所謂制造裝備及制造系統(tǒng)的柔性化是指當(dāng)產(chǎn)品的品種的需求發(fā)生變化時(shí)，它們?nèi)阅茉跐M足經(jīng)濟(jì)性的前提下，實(shí)現(xiàn)及時(shí)轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的適應(yīng)能力。同時(shí)持續(xù)地提高經(jīng)濟(jì)加工精度也是適應(yīng)

20、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的另一個(gè)主要目標(biāo)。因而作為評(píng)定數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)效能的基本指標(biāo)也將由傳統(tǒng)的工作精度和切削能力改為用高效柔性和高精化的程度來(lái)衡量。高效柔性化和高精化分別反映了制造業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境下的兩個(gè)最主要的要求，即產(chǎn)品生產(chǎn)變換的靈捷性和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提高。（1） 高效柔性化 雖然傳統(tǒng)的非數(shù)控機(jī)床也具有一定的柔性，但它不能獲得高的效能和穩(wěn)定的精度，更不適應(yīng)復(fù)雜型面的加工。因此，基于數(shù)控技術(shù)的高效柔性化的制造裝備及制造系統(tǒng)需兼具下列特性：高度的靈活性和多品種生產(chǎn)的快速適應(yīng)性。高效的生產(chǎn)能力，包括：高生產(chǎn)率，借助于高速化和提高金屬切除率等途徑。高穩(wěn)定性，對(duì)于光機(jī)電集成的數(shù)控機(jī)床，著重要求其降低故障率，提

21、高可靠性，以提高制造裝備及系統(tǒng)的開(kāi)動(dòng)率（利用率）。制造裝備及其系統(tǒng)高效柔性化的具體指標(biāo)的內(nèi)涵如表1所示基本指標(biāo)指標(biāo)組成項(xiàng)目影響因素高效高的機(jī)床利用率高生產(chǎn)效高金屬切除率高速?gòu)?qiáng)力切削高功率空載快速運(yùn)動(dòng)高機(jī)床剛度和抗振性縮短輔助時(shí)間高運(yùn)行穩(wěn)定低的故障率和短的修復(fù)時(shí)間可靠性增長(zhǎng)技術(shù)和健壯性設(shè)計(jì)智能化和適應(yīng)控制技術(shù)無(wú)人環(huán)境下的連續(xù)工作能力柔性短的新產(chǎn)品上市期多品種生產(chǎn)變換的敏捷性經(jīng)濟(jì)可承受性縮短調(diào)整和試切周期擴(kuò)大加工零件族（組）的能力技術(shù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)安排的及時(shí)性低重構(gòu)成本品種變化所需調(diào)整和運(yùn)行時(shí)間工夾刀具供應(yīng)的快速性制造設(shè)備及系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)大批量定制化生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化工和物流及信息流表1 高效柔性化指標(biāo)的內(nèi)

22、涵（2） 高精化產(chǎn)品的加工精度直接影響到其工作性能、壽命、能耗和噪聲等，因此數(shù)控機(jī)床的高精化是市場(chǎng)需求和技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。分析汽車的某些關(guān)鍵件的精度需求，如發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿、化油器、制動(dòng)器、減震器的閥體、泵體、盤類以及模具等在近十幾年內(nèi)有明顯的提高，如表2 所示。20世紀(jì)70-80年代20世紀(jì)90年代尺寸精度/mmIT7-IT8級(jí)IT-IT6級(jí)圓度/mm0.015-0.0200.005-0.010同軸度/mm0.020-0.0300.015-0.020孔距精度/mm0.030-0.0500.010-0.015車銑加工表面粗糙度Ra/um1.6-3.20.8-1.2表2

23、汽車零件關(guān)鍵配合部位的精度提升統(tǒng)計(jì)自上世紀(jì)80 年代至2002 年國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平數(shù)控機(jī)床的工作精度提高的過(guò)程，平均每年提升10% ，即每隔8年誤差約減小一半。2.2 中國(guó)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀2.2.1 數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀目前，中國(guó)機(jī)床工業(yè)廠多人眾。2000年，金切機(jī)床制造廠約358家(20.6萬(wàn)人)，成形機(jī)床制造廠191家(約6.5萬(wàn)人)，共計(jì)549家(27.1萬(wàn)人)。其中生產(chǎn)數(shù)控金切機(jī)床的約150家，生產(chǎn)數(shù)控成形機(jī)床的約30家，共計(jì)約180家，占廠家總數(shù)的1/3。2001年金切機(jī)床產(chǎn)量19.2萬(wàn)臺(tái)，內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床17,521臺(tái)，約占9%。 總的來(lái)說(shuō)：數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)，2001年為1991年

24、的3.6倍；進(jìn)口量增長(zhǎng)較快，達(dá)29倍，出口量有所增加，但數(shù)目較小，為4.8倍；數(shù)控機(jī)床消費(fèi)量增加較快，達(dá)7.9倍。產(chǎn)量滿足不了社會(huì)發(fā)展的需求。從金額上看，2001年數(shù)控機(jī)床進(jìn)口17,679臺(tái)，計(jì)14.1億美元，出口2,509臺(tái)，計(jì)0.44億美元，進(jìn)口額為出口額之32倍。進(jìn)口大、出口小。2.2.2 中國(guó)發(fā)展數(shù)控機(jī)床存在的主要問(wèn)題 中國(guó)於1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過(guò)程大致可分為兩大階段。在19581979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過(guò)關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠

25、佳，無(wú)法用於生產(chǎn)而停頓。主要存在的問(wèn)題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先後引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國(guó)、臺(tái)灣省共11國(guó)(地區(qū))引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供

26、應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處?kù)稄姆轮谱呦蜃孕虚_(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問(wèn)題包括：缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。 2.3 分析現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的組成2.3.1 床身和導(dǎo)軌1.床身機(jī)床的床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件，是機(jī)床的主體，一般用來(lái)放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。床身的結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的布局有很

27、大的影響。按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對(duì)位置，床身有圖1所示的5種布局形式。一般來(lái)說(shuō)，中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身，立床身采用的較少。平床身工藝性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，對(duì)提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度有好處，但床身下部空間小，排屑困難；刀架橫滑板較長(zhǎng)，加大了機(jī)床的寬度尺寸，影響外觀。平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護(hù)罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點(diǎn)，床身寬度也不會(huì)太大。斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)檫@種布局形式具有以下特點(diǎn)：(1) 容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；(2) 機(jī)床外形整齊、美觀，占地面積

28、??；(3) 容易設(shè)置封閉式防護(hù)裝置；(4) 容易排屑和安裝自動(dòng)排屑器；(5) 從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌精度；(6) 宜人性好，便于操作；2.導(dǎo)軌車床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動(dòng)導(dǎo)軌和新型塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。導(dǎo)軌剛度的大小、制造是否簡(jiǎn)單、能否調(diào)整、摩擦損耗是否最小以及能否保持導(dǎo)軌的初始精度，在很大程度上取決于導(dǎo)軌的橫截面形狀。車床滑動(dòng)導(dǎo)

29、軌的橫截面形狀常采用山形截面和矩形截面。山形截面。這種截面導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，導(dǎo)軌磨損后靠自重下沉自動(dòng)補(bǔ)償。下導(dǎo)軌用凸形有利于排污物，但不易保存油液。矩形截面，這種截面導(dǎo)軌制造維修方便，承載能力大，新導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，但磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，需用鑲條調(diào)節(jié)，影響導(dǎo)向精度。2.3.2 主軸變速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動(dòng)變速的，需要變速時(shí)，只能把機(jī)床停止，然后手動(dòng)變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無(wú)級(jí)變速。目前，無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)，通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過(guò)帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)

30、速范圍廣，又可無(wú)級(jí)調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。主軸電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)可輸出全部功率和最大轉(zhuǎn)矩。2.3.3 刀架系統(tǒng)數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展，刀具結(jié)構(gòu)形式也在不斷翻新。刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件，所以，刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，所以要求數(shù)控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證有較高的重復(fù)定位精度。此外，刀架的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足換刀時(shí)間短、結(jié)

31、構(gòu)緊湊和安全可靠等要求。按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等多種形式。2.3.4 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控車床區(qū)別于普通車床的一個(gè)特殊部分。數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)元件組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。檢測(cè)元件與反饋電路組成檢測(cè)系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測(cè)裝置所在位置的不同，閉環(huán)系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng)。

32、半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測(cè)裝置裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完全置機(jī)械傳動(dòng)部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)上，機(jī)械傳動(dòng)部件整個(gè)被包括在位置環(huán)之內(nèi)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉。由于影響定位精度的機(jī)械傳動(dòng)裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機(jī)械傳動(dòng)部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)械傳動(dòng)部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系，故必須對(duì)機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。

33、因此全閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的要求比較高，且造價(jià)也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測(cè)裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和造價(jià)低等特點(diǎn)而被廣泛采用。第三章 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)3.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)

34、代發(fā)展的大趨勢(shì)。當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)。3.1.1 高速、高精密化高速、精密是機(jī)床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對(duì)零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來(lái)愈高。為滿足這個(gè)復(fù)雜多變市場(chǎng)的需求，當(dāng)前機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。數(shù)控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工作

35、精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶和帶輪等傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到10000r/min以上。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度。用直線電機(jī)作伺服驅(qū)動(dòng)，省去了滾珠絲杠這一中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了傳動(dòng)間隙(包括反向間隙)，運(yùn)動(dòng)慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動(dòng)摩擦，磨損小，發(fā)熱可忽略不計(jì)，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了全程的定位精度和重復(fù)定位精度。通過(guò)直線電機(jī)和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機(jī)床的快速移動(dòng)速度由目前的1020m/mim提高到6080m/min，甚至高達(dá)120

36、m/min。3.1.2 高可靠性數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。3.1.3 數(shù)控車床設(shè)計(jì)CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。CAD不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計(jì)的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計(jì)成本

37、，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。通過(guò)對(duì)機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅能減少重復(fù)性勞動(dòng)，而且可以快速響應(yīng)市場(chǎng)，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期。3.1.4 功能復(fù)合化功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至最少。通過(guò)功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工。寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的C X 2 5 Y數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機(jī)床同時(shí)具有X、Z軸以及C軸和Y軸。通過(guò)C軸和Y軸，可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽的加工。該機(jī)床還配置有強(qiáng)動(dòng)力刀架和副主軸。副主軸用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)數(shù)控系

38、統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機(jī)床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。·21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，以方便系統(tǒng)技術(shù)的診斷及維修等。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近年來(lái)機(jī)床發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造

39、企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式，如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(F M C、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開(kāi)拓和完善。CNC單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床及

40、其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP及MTS等聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開(kāi)放、集成和智能化方向發(fā)展。3.2 國(guó)內(nèi)對(duì)到數(shù)控機(jī)床需求未來(lái)幾年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)需求量將繼續(xù)按年平均增長(zhǎng)率10-15%增長(zhǎng)，到2010年，全國(guó)需求數(shù)控機(jī)床將達(dá)10萬(wàn)臺(tái)以上，消費(fèi)將超過(guò)60億美元，主要體現(xiàn)在以下一個(gè)方面：1汽車產(chǎn)業(yè)將成為機(jī)床工具行業(yè)的主要用戶。隨著我國(guó)向全面小康社會(huì)目標(biāo)邁進(jìn)和經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展、人民生活水平進(jìn)一步提高，汽車的需求量將繼續(xù)保持一定增長(zhǎng)，汽車工業(yè)尤其是汽車零部件產(chǎn)業(yè)仍將得到新的發(fā)展，該產(chǎn)業(yè)必將繼續(xù)成為機(jī)床工具行業(yè)第一重要用戶。2高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國(guó)防軍工行業(yè)的快速發(fā)展將增加對(duì)高檔

41、機(jī)床工具產(chǎn)品的需求。信息產(chǎn)業(yè)、新材料、新能源、自動(dòng)化等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)將成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中增長(zhǎng)速度最快的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新亮點(diǎn)。為了滿足國(guó)防現(xiàn)代化需要，國(guó)防軍工行業(yè)將快速發(fā)展。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國(guó)防軍工行業(yè)對(duì)高檔機(jī)床工具產(chǎn)品的需求不斷增加，需要大量高速、復(fù)合、精密、智能、多軸、自動(dòng)化的高檔機(jī)床。 3傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)需求增勢(shì)明顯。入世后，我國(guó)融入全球經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程加快，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步加劇。機(jī)械、紡織、冶金等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)為了提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，都力圖通過(guò)加強(qiáng)國(guó)際合作、采用先進(jìn)技術(shù)和裝備，加速產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以品牌、質(zhì)量、價(jià)格來(lái)參與競(jìng)爭(zhēng)，爭(zhēng)奪市場(chǎng)。企業(yè)新一輪技術(shù)改造的熱潮正在形成。原來(lái)對(duì)普通機(jī)床和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)

42、床的大量需求將逐漸上升到對(duì)普及型數(shù)控機(jī)床和高檔數(shù)控機(jī)床的需求。4東北等老工業(yè)基地改造、西部大開(kāi)發(fā)等重大建設(shè)工程項(xiàng)目的實(shí)施，將為機(jī)床工具行業(yè)打開(kāi)新的市場(chǎng)?！笆晃濉逼陂g，老工業(yè)基地改造和西部大開(kāi)發(fā)等將深入發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求日益增長(zhǎng)。國(guó)家將出臺(tái)一系列優(yōu)惠政策，促進(jìn)我國(guó)裝備制造業(yè)的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)空間將得到進(jìn)一步擴(kuò)大。5國(guó)際市場(chǎng)將進(jìn)一步得到拓展。隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)一體化以及我國(guó)機(jī)床工具產(chǎn)品水平的提高，出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步改善。數(shù)控機(jī)床、大型機(jī)械壓力機(jī)、樹(shù)脂磨具、涂附磨具、超硬磨具以及高強(qiáng)度精密鑄件等具有一定技術(shù)附加值的商品，將逐漸進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。我國(guó)普通機(jī)床和中低檔數(shù)控機(jī)床已具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，

43、出口將出現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長(zhǎng)。此外，合資企業(yè)產(chǎn)品出口的潛力也很大。預(yù)計(jì)“十一五”期間我國(guó)機(jī)床工具產(chǎn)品出口將有較大發(fā)展。6國(guó)家宏觀調(diào)控將對(duì)機(jī)床工具市場(chǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。當(dāng)前，為了保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，國(guó)家做出了加強(qiáng)宏觀調(diào)控、堅(jiān)決遏制投資膨脹的重要決策。制止部分行業(yè)的過(guò)度投資行為，對(duì)調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，避免國(guó)民經(jīng)濟(jì)大起大落具有重要意義。這些決策的進(jìn)一步落實(shí)，會(huì)對(duì)普通機(jī)床市場(chǎng)產(chǎn)生影響，今后幾年普通機(jī)床的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)將趨于緩慢，甚至?xí)霈F(xiàn)下降趨勢(shì)。第四章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展點(diǎn)4.1 推進(jìn)µm，工程研制高效精密數(shù)控機(jī)床目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床尚缺少高效微米精度級(jí)的產(chǎn)品，圖3示出了汽車零件加工需求與國(guó)產(chǎn)加工

44、中心，CNC銑床,車削中心和CNC車床等滿足度現(xiàn)狀的比較。從圖3中可看出現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品（見(jiàn)圖中A、B、C區(qū)）大多不能同時(shí)滿足作為典型的支柱產(chǎn)業(yè)的汽車制造業(yè)對(duì)數(shù)控制造裝備的高效和高精的綜合要求圖3 備差距比較為此,需研發(fā)一些能兼顧高效化和高精化的數(shù)控制造裝備以適應(yīng)汽車制造業(yè)加工關(guān)鍵零件的需求,它們的性能用圖3中D區(qū)域來(lái)表示。由于這些數(shù)控制造裝備的加工精度主要在微米級(jí)(um)范圍內(nèi)，因此可稱為“um 級(jí)制造裝備及技術(shù)研究”，簡(jiǎn)稱“um 工程”(Micro Precision Machine Tool Engineering)。4.2 發(fā)展復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床、縮短制造過(guò)程鏈多功能復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)

45、稱復(fù)合機(jī)床，或稱為多功能加工或完全加工機(jī)床。復(fù)合機(jī)床的含義是在1臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的全部加工.從20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，出現(xiàn)了以旋轉(zhuǎn)刀具作主切削運(yùn)動(dòng)的主要用于鏜銑加工的加工中心和以工件旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)的主要用于車加工的車削中心，這兩類多功能的數(shù)控機(jī)床在推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的工序集中的工藝方法上發(fā)揮了重要的作用。但對(duì)于這較復(fù)雜的零件它的功能范圍尚不足以完成從毛坯至成品的全部工序加工，因而還不能充分提高在單件和中小批量生產(chǎn)條件下的生產(chǎn)效率，且由于工件在多臺(tái)機(jī)床間的轉(zhuǎn)移增加了安裝誤差，也不利于加工精度的穩(wěn)定性。為此，加快復(fù)合數(shù)控機(jī)床的發(fā)展步伐，提高工序的集中度，使加工過(guò)程鏈集約化，可以提高多

46、品種單件和中小批量加工的工效。復(fù)合數(shù)控機(jī)床可以減少在不同數(shù)控機(jī)床間進(jìn)行工序的轉(zhuǎn)換而引起的待工以及多次上下料等時(shí)間。通常這些時(shí)間占零件整個(gè)生產(chǎn)周期的40% 60%， 即使在信息管理良好的情況下,仍將占20%左右。因此復(fù)合數(shù)控機(jī)床具有明顯的技術(shù)效果。復(fù)合數(shù)控機(jī)床根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為如下兩類：（1） 跨加工類別的工藝復(fù)合數(shù)控加工機(jī)床 該類機(jī)床主要體現(xiàn)為刀具回轉(zhuǎn)加工、工件回轉(zhuǎn)加工或特種加工等多類功能的復(fù)合。因而在機(jī)床結(jié)構(gòu)上要體現(xiàn)對(duì)不同加工方式的需求。目前常見(jiàn)的有車銑中心、銑車中心和銑削激光加工機(jī)床等。（2） 多面多軸聯(lián)動(dòng)加工的工序復(fù)合數(shù)控機(jī)床。4.3 高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)在可重構(gòu)制造(Rec

47、onfigurable Manufacturing)技術(shù)支持下，構(gòu)建具有適應(yīng)大批量高效生產(chǎn)的柔性化制造系統(tǒng)是一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。目前常用的FMS/FML 其制造裝備的功能儲(chǔ)備通常較多在大批量生產(chǎn)條件下，往往僅能應(yīng)用其中20%左右的功能，因此用擴(kuò)大功儲(chǔ)備以備不時(shí)之需的做法，既是對(duì)資源的浪費(fèi)，也是增大投資的不經(jīng)濟(jì)之舉。另一方面，當(dāng)加工的產(chǎn)品由于市場(chǎng)需求的變化要作較大的調(diào)整時(shí)，往往既費(fèi)時(shí)又耗費(fèi)資金。為此美國(guó)Y.Koren 教授于1995 年提出了發(fā)展可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMS)的構(gòu)想。我國(guó)從1997 年起在國(guó)家自然科學(xué)基金和“十五”863 計(jì)劃資助下，對(duì)可重構(gòu)制造技術(shù)以及構(gòu)建快速重組制造系統(tǒng)（RRM

48、S）的理論與方法進(jìn)行研究，其核心為制造系統(tǒng)能物理組態(tài)，即根據(jù)加工對(duì)象的變化方便地進(jìn)行調(diào)整。為了能在制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃集成與整合以及運(yùn)動(dòng)與決策等3方面實(shí)現(xiàn)組態(tài)，需要解決圖4 所示外圈的6個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，使其兼具專用生產(chǎn)線的高效性能和適用的柔性所取得的經(jīng)濟(jì)性。為此發(fā)展了能對(duì)多變的市場(chǎng)需求作出合理的配置規(guī)劃和易于調(diào)整的布局方式、適應(yīng)重構(gòu)的控制軟件、開(kāi)放式控制系統(tǒng)和規(guī)范化接口以及能快速提升系統(tǒng)重組后制造質(zhì)量的診斷系統(tǒng)等技術(shù)，并取得了初步成功的應(yīng)用。圖4 RRMS的6項(xiàng)基礎(chǔ)原理及其對(duì)物理組態(tài)的作用4.4 發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，推進(jìn)企業(yè)制造能力的高效柔性化在信息化技術(shù)蓬勃發(fā)展的推動(dòng)下，制造業(yè)正面臨著一個(gè)以提升

49、競(jìng)爭(zhēng)能力為目標(biāo)的構(gòu)建全企業(yè)數(shù)字化時(shí)代。作為主要制造裝備的數(shù)控機(jī)床及其組成的制造系統(tǒng)也將積極地向數(shù)字化制造邁進(jìn)，它將成為一個(gè)信息集成和快速實(shí)施的制造單元，其主要特征可歸結(jié)為3F、3I和3S，即：3F：柔性化、聯(lián)盟化和新穎化3I：集成化、信息化和智能化3S：系統(tǒng)化、軟件化和個(gè)性化當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外一些機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)在從分布式網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)盟制造的角度出發(fā)研究相適應(yīng)的制造單元，它將能與企業(yè)ERP、PDM和CAD/CAPP/CAM的信息集成進(jìn)而通過(guò)與客戶關(guān)系管理（CRM）和供應(yīng)鏈管理（SCM）的聯(lián)系作出智能決策，實(shí)施并行工程、可視化監(jiān)控等以提高機(jī)床利用率，實(shí)現(xiàn)高效的柔性生產(chǎn)。4.5 西門子SINUMERI

50、K 840D數(shù)控系統(tǒng)介紹SINUMERIK 840D是西門子公司20世紀(jì)90年代推出的高性能數(shù)控系統(tǒng)。它保持西門子前兩代系統(tǒng)SINUMERIK 880和840C的三CPU結(jié)構(gòu)：人機(jī)通信CPU（MMC-CPU）、數(shù)字控制CPU（NC-CPU）和可編程邏輯控制器CPU（PLC-CPU）。三部分在功能上既相互分工，又互為支持。在物理結(jié)構(gòu)上，NC-CPU和PLC-C P U合為一體，合成在N C U（Numerical Control Unit）中，但在邏輯功能上相互獨(dú)立。相對(duì)于前幾代系統(tǒng)，SINUMERIK840D具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）數(shù)字化驅(qū)動(dòng)在SINUMERIK 840D中，數(shù)控和驅(qū)動(dòng)的接口信

51、號(hào)是數(shù)字量，通過(guò)驅(qū)動(dòng)總線接口，掛接各軸驅(qū)動(dòng)模塊。（2）軸控規(guī)模大最多可以配31個(gè)軸，其中可配10個(gè)主軸。（3）可以實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)SINUMERIK 840D可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z、A、B五軸的聯(lián)動(dòng)加工，任何三維空間曲面都能加工。（4）操作系統(tǒng)視窗化SINUMERIK 840D采用Windows95作為操作平臺(tái)，使操作簡(jiǎn)單、靈活，易掌握。（5）軟件內(nèi)容豐富功能強(qiáng)大SINUMERIK 840D可以實(shí)現(xiàn)加工（Machine）、參數(shù)設(shè)置（Parameter）、服務(wù)（Services）、診斷（Diagnosis）及安裝啟動(dòng)（Start-up）等幾大軟件功能。（6）具有遠(yuǎn)程診斷功能如現(xiàn)場(chǎng)用PC適配器、MODEM卡，通過(guò)電話線實(shí)現(xiàn)SINUMERIK 840D與異域PC機(jī)通信，完成修改PLC程序和監(jiān)控機(jī)床狀態(tài)等遠(yuǎn)程診斷功能。（7）保護(hù)功能健全SINUMERIK 840D系統(tǒng)軟件分為西門子服務(wù)級(jí)、機(jī)床制造廠家級(jí)、最終用戶級(jí)等7個(gè)軟件保護(hù)等級(jí)，使系統(tǒng)更加安全可靠。（8）硬件高度集成化SIN