數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床結(jié)構(gòu)比較及國(guó)內(nèi)外發(fā)展需求分析

1、數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床結(jié)構(gòu)比較及國(guó)內(nèi)外發(fā)展需求分析2010級(jí)機(jī)制8班201030510807黃建威一、數(shù)控車床簡(jiǎn)介數(shù)控車床由一下部分組成，包括數(shù)控系統(tǒng)、床身、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)刀架、操作面 板和輔助系統(tǒng)等。數(shù)控車床分為立式數(shù)控車床和臥式數(shù)控車床兩種類型，立式數(shù)控車床用 于回轉(zhuǎn)直徑較大的盤類零件車削加工，臥式數(shù)控車床用于軸向尺寸較長(zhǎng)或小型盤類零件的車 削加工。臥式數(shù)控車床按功能可進(jìn)一步分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、普通數(shù)控車床和車削加工中 心。二、數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床結(jié)構(gòu)圖比較在傳統(tǒng)的普通機(jī)床中，主運(yùn)動(dòng)一般采用多軸乘積式分級(jí)變速機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，傳動(dòng) 鏈長(zhǎng)，從而導(dǎo)致傳動(dòng)精度低且動(dòng)態(tài)性能差?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床多采用

2、直流或交流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)主 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，由電機(jī)加無(wú)級(jí)調(diào)速或者很少幾級(jí)分級(jí)變速實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，分級(jí)變速采用3、4對(duì)變速 齒輪或塔輪，這種傳動(dòng)方式的傳動(dòng)鏈短，不僅傳動(dòng)精度高而且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制比較容易。數(shù)控 機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都采用伺服系統(tǒng)，因而步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲桿、滾動(dòng)導(dǎo)軌或滾動(dòng)支承等功能元 件的應(yīng)用愈來(lái)愈普遍，使得進(jìn)給箱與滑板箱的構(gòu)造也得以簡(jiǎn)化。下圖為普通車床結(jié)構(gòu)圖：普通車床內(nèi)部傳動(dòng)圖:從上圖可以看出普通車床傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多用齒輪組實(shí)現(xiàn)變速，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)。由于車床各 零件加工時(shí)存在一定誤差，加上車床加工軸類零件時(shí)不可避免地產(chǎn)生振動(dòng)和熱變形，使得普 通機(jī)床加工精度較低。再加上使用普通車床加工時(shí)，操作者的技術(shù)嫻熟與否對(duì)加

3、工精度和加 工效率有很大影響，從而提高了零件的加工成本。因此，普通車床僅適用于單件小批零件的 生產(chǎn)，很少用于大批量生產(chǎn)。以下為數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)圖：從數(shù)控車床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可以得出，數(shù)控車床與普通車床相比結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈 短，可以輕易地提高加工零件時(shí)的精度和效率。舉例來(lái)說(shuō)，數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)為Z軸伺服電 機(jī)，并且采用滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，零件加工精度得到了大幅提升。而普通車床進(jìn)給系統(tǒng)采用 的是進(jìn)給箱、溜板箱和普通絲杠，功率在零部件摩擦過(guò)程中損耗較大，而且普通絲杠進(jìn)給過(guò) 程中易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，零件加工精度得不到保證；再者，數(shù)控車床加工零件過(guò)程中任何 動(dòng)作由各軸伺服單元、編碼器及伺服電機(jī)共同控制，并有反

4、饋系統(tǒng)回饋刀具運(yùn)動(dòng)情況，完全 實(shí)現(xiàn)過(guò)程無(wú)人工監(jiān)控，加工成本較低的同時(shí)保證高精度，這不是普通機(jī)床可以比擬的。鑒于 數(shù)控車床以上種種優(yōu)點(diǎn)，使用包括數(shù)控車床在內(nèi)的數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)的目標(biāo)。三、數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)目前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速、高精度、復(fù)合化、智能控制、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)、極端 化、綠色加工已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向；1、高速隨著汽車、國(guó)防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī) 床加工的高速化要求越來(lái)越高。其中主要是主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、運(yùn)算速度、換刀速度提高；2、高精度數(shù)控機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度、熱變形以及 對(duì)振動(dòng)的

5、監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償越來(lái)越獲得重視；3、功能復(fù)合化復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根 據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑鉆復(fù)合加工中心、 車銑復(fù)合車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合 機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工，能夠減少工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的 輔助時(shí)間以及中間過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，提高了球體零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提 高了生產(chǎn)效率和制造商的市場(chǎng)反應(yīng)能力，相對(duì)于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu) 勢(shì)；4、智能控制隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自

6、動(dòng)化的發(fā)展需求，數(shù)控 機(jī)床的智能化程度在不斷提高。主要包括加工過(guò)程自適應(yīng)控制技術(shù)、加工參數(shù)的智能優(yōu)化與 選擇、智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)、智能故障回放和故障仿真技術(shù)、智能化交流伺服驅(qū)動(dòng) 裝置、智能4M數(shù)控系統(tǒng)等；并聯(lián)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動(dòng)部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定 導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動(dòng)性不夠等固有缺陷，在機(jī)床主軸（一般 為動(dòng)平臺(tái)）與機(jī)座（一般為靜平臺(tái)）之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控 加工、裝配和測(cè)量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度 高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)；極端化（大型化和微型化）國(guó)防

7、、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù) 控機(jī)床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小 型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機(jī)床包括微切削加工（車、銑、 磨）機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大；高可靠性數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床球體磨床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量 的電氣、液壓和機(jī)電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和干擾對(duì) 數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長(zhǎng)，要求平均 無(wú)故障時(shí)間在2萬(wàn)小時(shí)以上；綠色加工過(guò)程隨

8、著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來(lái)越重要，而中國(guó)的資源、環(huán)境 問(wèn)題尤為突出。因此，近年來(lái)不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床 不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢(shì)將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速 發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場(chǎng)。四、與數(shù)控機(jī)床相關(guān)人員就業(yè)分析在發(fā)達(dá)國(guó)家中，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)大量普遍使用。我國(guó)制造業(yè)與國(guó)際先進(jìn)工業(yè)國(guó)家相比存在 著很大的差距，機(jī)床數(shù)控化率還不到2%對(duì)于目前我國(guó)現(xiàn)有的有限數(shù)量的數(shù)控機(jī)床（大部分 為進(jìn)口產(chǎn)品）也未能充分利用。原因是多方面的，數(shù)控人才的匾乏無(wú)疑是主要原因之一。由 于數(shù)控技術(shù)是最典型的、應(yīng)用最廣泛的機(jī)電光一體化綜合技術(shù)，我國(guó)迫切

9、需要大量的從研究 開發(fā)到使用維修的各個(gè)層次的技術(shù)人才。數(shù)控人才的需求主要集中在以下的企業(yè)和地區(qū)：1、國(guó)有大中型企業(yè)，特別是目前經(jīng)濟(jì)效益較好的軍工企業(yè)和國(guó)家重大裝備制造企業(yè).軍 工制造業(yè)是我國(guó)數(shù)控技術(shù)的主要應(yīng)用對(duì)象；2、隨著民營(yíng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)（如廣東，浙江、江蘇、山東）， 數(shù)控人才更是供不應(yīng)求，主要集中在模具制造企業(yè)和汽車零部件制造企業(yè)。現(xiàn)在處于生產(chǎn)一線的各種數(shù)控人才主要有兩個(gè)來(lái)源：一是大學(xué)、高職和中職的機(jī)電一體 化或數(shù)控技術(shù)應(yīng)用等專業(yè)的畢業(yè)生。他們都很年經(jīng)，具有不同程度的英語(yǔ)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī) 械和電氣基礎(chǔ)理論知識(shí)和一定的動(dòng)手能力，容易接受新工作崗位的挑戰(zhàn)。他們最大的缺陷就

10、 是學(xué)校難以提供的工藝經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，憂郁學(xué)校教育的專業(yè)課程分工過(guò)窄，仍然難以滿足某些 企業(yè)對(duì)加工和維修一體化的復(fù)合型人才的要求。對(duì)于數(shù)控人才，有以下三個(gè)需求層次，所需掌握的知識(shí)結(jié)構(gòu)也各不同：1、藍(lán)領(lǐng)層數(shù)控操作技工：精通機(jī)械加工和數(shù)控加工工藝知識(shí)，熟練掌握數(shù)控機(jī)床的操作和手工編 程，了解自動(dòng)編程和數(shù)控機(jī)床的簡(jiǎn)單維護(hù)維修。適合中職學(xué)校組織培養(yǎng)。此類人員市場(chǎng)需求 量大，適合作為車間的數(shù)控機(jī)床操作技工。但由于其知識(shí)較單一，其工資待遇不會(huì)大高。2、灰領(lǐng)層灰領(lǐng)層主要包括數(shù)控編程員和數(shù)控機(jī)床維護(hù)人員兩種：1）數(shù)控編程員：掌握數(shù)控加工工藝知識(shí)和數(shù)控機(jī)床的操作，掌握復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)和制造 專業(yè)知識(shí)，熟練掌握三維CA

11、D/CAE/CAM軟件，如UG、Pro/E等；熟練掌握數(shù)控手工和自動(dòng)編 程技術(shù)；適合高職、本科學(xué)校組織培養(yǎng)。適合作為工廠設(shè)計(jì)處和工藝處的數(shù)控編程員。此類 人員需求量大，尤其在模具行業(yè)非常受歡迎；待遇也較高。2）數(shù)控機(jī)床維護(hù)人員：掌握數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)電聯(lián)調(diào)，掌握數(shù)控機(jī)床的操作與編 程，熟悉各種數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)、軟硬件結(jié)構(gòu)、PLC和參數(shù)設(shè)置。精通數(shù)控機(jī)床的機(jī)械和電氣 的調(diào)試和維修。適合作為工廠設(shè)備處工程技術(shù)人員。此類人員需求量相對(duì)少一些，但培養(yǎng)此 類人員非常不易，知識(shí)結(jié)構(gòu)要求很廣，適應(yīng)與數(shù)控相關(guān)的工作能力強(qiáng)，需要大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的 積累，目前非常缺乏，其待遇也較高。3、金領(lǐng)層數(shù)控通才：具備并精通數(shù)控操作技工、數(shù)控編程員和數(shù)控維護(hù)、維修人員所需掌握的綜 合知識(shí)，并在實(shí)際工作中積累了大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，知識(shí)面很廣。精通數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和數(shù)控系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)，掌握數(shù)控機(jī)床的機(jī)電