數(shù)控技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀與研究成果,機械工程論文

數(shù)控技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)在狀況與研究成果,機械工程論文摘要：隨著我們國家當代化建設(shè)水平的不斷提升,怎樣實現(xiàn)從中國制造到中國智造的大踏步邁進,成為我們國家制造業(yè)發(fā)展面臨的重大課題。數(shù)控技術(shù)作為高端制造業(yè)的核心技術(shù)之一,其在機械構(gòu)造和控制系統(tǒng)等方面的設(shè)計已成為關(guān)注的焦點。本文概述了國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)在狀況與研究成果,分析了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。本文關(guān)鍵詞語：數(shù)控技術(shù);現(xiàn)在狀況;發(fā)展趨勢;隨著我們國家工業(yè)當代化建設(shè)水平的不斷提升,制造業(yè)對數(shù)控技術(shù)提出了更高層次的要求。為了迎合時代發(fā)展的需求,必須加強對數(shù)控技術(shù)的改良與創(chuàng)新,確保其符合實際需求,在提升生產(chǎn)效率的同時,也確保整體質(zhì)量的提高。為了進一步分析數(shù)控技術(shù)的優(yōu)化策略,總結(jié)出數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向,現(xiàn)就國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)在狀況與研究成果進行概述。1、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)在狀況(1)國外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)在狀況。1952年,美國麻省理工學(xué)院開發(fā)出世界上第1臺數(shù)控系統(tǒng),創(chuàng)始了數(shù)控技術(shù)的先河。在隨后的30年里,數(shù)控技術(shù)進入了快速發(fā)展的時代。三菱(MITSUBISHI)與發(fā)那科(FANUC)公司先后于1986年、1987年推出了32位CPU數(shù)控系統(tǒng),使系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的交換速度有了顯著提高。90年代后,隨著計算機技術(shù)的推廣,數(shù)控技術(shù)朝著開放式系統(tǒng)的方向發(fā)展。這種系統(tǒng)使數(shù)控技術(shù)有了良好的通用性,也為網(wǎng)絡(luò)化和智能化打下了技術(shù)基礎(chǔ)。歐洲和日本相繼開展OSACA與OSEC計劃,搶先建立開放式的數(shù)控系統(tǒng)。21世紀后,數(shù)控技術(shù)在控制精度上有了大幅度的突破。2018年國際制造機床展覽會(IMTS2018)上,FANUC公司展出Series30i/31i/32i/35i-MODELB數(shù)控系統(tǒng)。這套系統(tǒng)運用AI納米級控制,NURBS插補控制等先進原理,大幅度提高了工件外表的光潔度與輪廓的精到準確度。當前,國外的數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域主要有兩大陣營:一個是以西門子(SIEMENS)、FANUC為代表的數(shù)控系統(tǒng)廠商;另一個是以德瑪吉(DMG)、山崎馬扎克(MAZAK)為代表的大型機床制造商。MAZAK在基于第7代MAZATROLSmoothX技術(shù)上,提出了全新的制造理念SmoothTechnology,旨在提供高性能、高智能化的產(chǎn)品與生產(chǎn)服務(wù)。FANUC推出了Seriesoi-MODELF數(shù)控系統(tǒng),提高了與高檔車床的兼容性,并通過自動化裝卸工件來提高運行效率,縮短制造時間。(2)國內(nèi)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)在狀況。我們國家數(shù)控技術(shù)的研發(fā)工作開場于1958年,當前已經(jīng)具有了一定的自主知識技術(shù)與生產(chǎn)規(guī)模,例如:北京精雕數(shù)控、華中數(shù)控與沈陽數(shù)控等。固然國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在可靠性與功能性上與國外技術(shù)相比存在一定的差距,但是近年來我們國家在多軸聯(lián)合控制、系統(tǒng)的智能化與開放性等領(lǐng)域獲得了一定的成績。2020年,沈陽數(shù)控推出了具有智能功能的i5數(shù)控系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠由用戶遠程下達指令,知足用戶的個性需求,使工業(yè)效率提升了20%,被稱為指尖上的工廠。2020年,華中數(shù)控、武漢重型機床集團有限公司成功研發(fā)CKX5680七軸五聯(lián)動車銑復(fù)合數(shù)控加工機床。同年,北京精雕推出了JD50數(shù)控系統(tǒng),具備了操縱多軸聯(lián)動加工系統(tǒng)的能力,能夠知足微米級精度的要求。2020年,在第八屆中國數(shù)控機床展覽會(CCMT2020)上,華中數(shù)控推出了華中8型高端數(shù)控系統(tǒng),擁有云管家、云維護、云智能的3大功能,旨在打造面向控制廠商、機床廠商、用戶的數(shù)字化服務(wù)平臺,奠定了建立故障數(shù)據(jù)庫和加工知識庫的基礎(chǔ)。2、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向(1)開放式。隨著時代的發(fā)展,數(shù)控技術(shù)的通用性與適應(yīng)性被寄予了較大的期望。開放式數(shù)控技術(shù)具有高度模塊化的特征,采用母系統(tǒng)、子系統(tǒng)以及各個模塊的分級式控制構(gòu)造,其構(gòu)造是可移植和透明的,能夠快速適應(yīng)不同種類和檔次的數(shù)控車床,知足廠家和用戶的需求。當前,國際上的OSACA、OMAC和OSEC數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)初具規(guī)模,能夠知足用戶對性能最優(yōu)化、價格最低化的要求,人機交互感好、系統(tǒng)配置靈敏。(2)多軸聯(lián)動、系統(tǒng)復(fù)合化。多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)能夠在工件外表加工出復(fù)雜的曲面,采用多軸聯(lián)動加工可實現(xiàn)刀具的最佳切割,整體加工效率與質(zhì)量精度有大幅度的提升。一般以為1臺五軸聯(lián)動加工機床的效率是2~3臺三軸機床才能到達的。當前,我們國家多采用國外的多軸聯(lián)動控制系統(tǒng),此項技術(shù)對于我們國家來講還有很多壁壘,因而要加快多軸聯(lián)動控制系統(tǒng)的開發(fā),真正擁有國產(chǎn)的多軸聯(lián)動控制系統(tǒng)。除此之外,制造業(yè)越來越需要對工件進行綜合加工。能對工件進行復(fù)合加工的數(shù)控機床,相較于只具備單一加工功能的數(shù)控機床,大幅度縮短了加工周期、省去了工件在不同工序上的轉(zhuǎn)移、提高加工精度與生產(chǎn)效率,有效的減少了機床與夾具的數(shù)量,減少作業(yè)面積。(3)高速、高精度、高可靠性。數(shù)控機床的重要指標之一是加工速度,機床的高速化將大幅度提升加工效率,降低加工成本。當前直流電機驅(qū)動的主軸轉(zhuǎn)速為15000~100000r/min,工作臺快移速度為60~200m/min,切削進給速度高于60m/min,最高加速度約為10g。我們國家沈陽機床集團與國外共同設(shè)計了高速主軸,最高轉(zhuǎn)速可為70000r/min;北京精雕集團自主研發(fā)的JDVT600_A12S高速鉆銑中心主軸轉(zhuǎn)速可達20000r/min,運行平穩(wěn),加工精度可達Ra20nm。精度是數(shù)控機床的另一項重要指標,直接關(guān)系到工件的加工質(zhì)量。近年來,加工中心與數(shù)控機床的精度分別從10um、3~5um提高到了5um、1~1.5um,某些超精致細密機床的精度已到達納米級。FANUC公司的一款超精致細密加工機床的精度可達1nm。研發(fā)超精度數(shù)控機床或加工中心,成為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向?？煽啃?穩(wěn)定性)是系統(tǒng)能否正常工作的前提,對于數(shù)控技術(shù)來講,是直接判明優(yōu)劣的關(guān)鍵之處。3、我們國家數(shù)控技術(shù)存在的問題(1)數(shù)控機床的重復(fù)定位問題。數(shù)控機床在進行設(shè)計時往往會構(gòu)成以結(jié)果為導(dǎo)向的設(shè)計理念,固然能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能與要求,但是往往會忽視設(shè)計的流暢性與整體性,其結(jié)果就是數(shù)控機床的機械構(gòu)造設(shè)計上出現(xiàn)大量的重復(fù)定位的問題,大量的重復(fù)定位不但會帶來零件變形的問題,同時偶爾的公差也會持續(xù)累積,導(dǎo)致工件的最終加工質(zhì)量下降。另外,重復(fù)定位也會影響加工效率,不利于提升經(jīng)濟效益。(2)傳統(tǒng)加工經(jīng)過粗糙。傳統(tǒng)加工經(jīng)過的粗糙問題也是當前數(shù)控機床應(yīng)用經(jīng)過中難以解決的問題之一。由于設(shè)計人員的專業(yè)素質(zhì)參差不齊,往往會導(dǎo)致舊刀具與新刀具的銜接不流暢,可能會導(dǎo)致規(guī)格的制定等方面存在問題,其結(jié)果就是工人的技能水平高低成為傳統(tǒng)工藝加工水平的關(guān)鍵點。工件的平潔度低、粗糙度高、輪廓不清楚明晰、外形尺寸不精到準確的問題難以從數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計上加以解決。4、提高國產(chǎn)數(shù)控技術(shù)的建議我們國家的數(shù)控技術(shù)經(jīng)太多年的發(fā)展,積累了一定的經(jīng)歷體驗,但在高端數(shù)控技術(shù)上主要依靠于進口。為提高我們國家的數(shù)控技術(shù),提出下面參考建議。(1)提升數(shù)控技術(shù)的性能指標。數(shù)控技術(shù)要實現(xiàn)高速、高精度與高智能化,需要與計算機技術(shù)與PLC控制技術(shù)相結(jié)合。采用64位高速芯片和先進的高精度控制技術(shù),如:高速平滑處理、柔性控制、參數(shù)曲線插補等技術(shù);要實現(xiàn)高可靠性,需深化相關(guān)的理論研究,包括:試驗技術(shù)、故障形式和分布模型等,全面分析各種數(shù)控系統(tǒng)的故障原因,建立完好客觀的評測系統(tǒng),加強數(shù)控技術(shù)的可靠性;對于多軸聯(lián)動控制與復(fù)合化,需解決多軸輪廓誤差補償技術(shù)和多軸同步控制難題,把握多主軸、多刀架的設(shè)計能力與復(fù)合編程的技術(shù)能力等。(2)加強配套軟硬件功能。研發(fā)出高性能的相關(guān)配套部件,能夠使軟硬件的配合到達預(yù)期的狀態(tài)。例如研發(fā)可控制高精度、高速的伺服系統(tǒng)和更高層次分辨率的編碼器等數(shù)控設(shè)備;開發(fā)高性能的電機與電動主軸,高速、高精度的滾珠導(dǎo)軌、絲杠。5、結(jié)束語數(shù)控機床是制造業(yè)的主陣地,數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的頭腦。我們國家制造業(yè)能否向高端化邁進,大程度取決于數(shù)控技術(shù)能否向開放式、復(fù)合化、高速、高精度等方向發(fā)展。在發(fā)達國家已經(jīng)把握關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,我們國家必須重視創(chuàng)新性技術(shù)的研究,大力創(chuàng)始數(shù)控技術(shù)的新局面。以下為參考文獻：[1]崔玉平.周濟.智能制造是中國制造2025主攻方向[N].中國工業(yè)報,2021,(8)3(B03).[2]徐巍.高檔數(shù)控系統(tǒng)的功能規(guī)劃和關(guān)鍵技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué),2018.[3]汪藝.DMGMORI攜創(chuàng)新的高科技展品亮相CIMT2021[J].制造技術(shù)與機床,2021,(6):39-41.[4]胡啟林.沈陽機床i5數(shù)控系統(tǒng)為中國機床鑄魂[J].裝備制造,2020,(7):74-77.[5]楊建武.國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)在狀況與趨勢[J].制造技術(shù)與機床,2008,(12