數(shù)控仿真技術(shù)論文

PAGEPAGE1數(shù)控仿真技術(shù)論文陽(yáng)光通寶數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)為了知足市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了到達(dá)現(xiàn)代技術(shù)對(duì)數(shù)控技術(shù)提出的更高層次的要求，數(shù)控將來(lái)仍然繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向發(fā)展。1、開(kāi)放式為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最主要的發(fā)展趨勢(shì)是體系構(gòu)造的開(kāi)放性，設(shè)計(jì)生產(chǎn)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國(guó)、歐共體及發(fā)展開(kāi)放式數(shù)控的計(jì)劃等。2、基于PC的第六代方向基于PC所具有的開(kāi)放性、低成本、軟硬件豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采取PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承當(dāng)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將愈加普遍。3、高速化、高效化機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充足發(fā)揮現(xiàn)代具材料的性能，不只可大幅度提升效率、降低成本，而且還可提升零件的外表質(zhì)量和精度。超高速技術(shù)對(duì)業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。90年代以來(lái)，隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長(zhǎng)命命具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)〔含監(jiān)控系統(tǒng)〕和防護(hù)裝配等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，歐、美、日各國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元〔電主軸，轉(zhuǎn)速15000－100000r/min〕、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件〔快移速度60~120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min〕、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，到達(dá)了新的技術(shù)水平。根據(jù)高效率、大批量生產(chǎn)需求和驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，高速直線電機(jī)的推廣應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出一批高速、高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機(jī)床以知足、農(nóng)機(jī)等行業(yè)的需求。還由于新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期加快，模具、航空、事等的零件不只復(fù)雜而且品種增加。4、高精度化精致細(xì)密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提升普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時(shí)的工作量進(jìn)而提升裝配效率的需要。從精致細(xì)密發(fā)展到超精致細(xì)密〔特高精度〕，是世界各強(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)〔數(shù)控銑床、五軸龍門(mén)銑床、五軸落地銑鏜床等均在國(guó)內(nèi)成功，改變了國(guó)際強(qiáng)手對(duì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的壟斷場(chǎng)面。二、國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床存在的問(wèn)題由于中國(guó)技術(shù)水安然平靜基礎(chǔ)還比較落后，數(shù)控機(jī)床的性能、水安然平靜可*性與發(fā)達(dá)相比，差距還是很大，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的控制可*性還較差，數(shù)控產(chǎn)業(yè)尚未真正構(gòu)成。因而加速進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關(guān)，盡快建成與完善數(shù)控機(jī)床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)下的重要任務(wù)。當(dāng)前重要問(wèn)題有：三、核心技術(shù)嚴(yán)重缺乏統(tǒng)計(jì)表示清楚，數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)—數(shù)控系統(tǒng)，由顯示器、控制器伺服、伺服電機(jī)和各種開(kāi)關(guān)、傳感器構(gòu)成，中國(guó)90%需要國(guó)外進(jìn)口。如在上海設(shè)廠的德國(guó)吉特邁集團(tuán)和意大利利雅路機(jī)床集團(tuán)，在煙臺(tái)建廠的大宇綜合機(jī)械股份有限公司，所有的核心技術(shù)都被外方把握。國(guó)內(nèi)能做的中、高端數(shù)控機(jī)床，更多處于和環(huán)節(jié)，普遍未把握核心技術(shù)。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零部件和關(guān)鍵技術(shù)重要依靠進(jìn)口，國(guó)內(nèi)真正大而強(qiáng)的企業(yè)并不多。當(dāng)前世界最大的3家廠商是：發(fā)那客、德國(guó)西門(mén)子、三菱；其余還有法國(guó)扭姆、西班牙凡高等。國(guó)內(nèi)有華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國(guó)內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。華中數(shù)控最近幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯(cuò)，但在電器硬件方面還需進(jìn)一步提升。當(dāng)前國(guó)內(nèi)一些大廠還沒(méi)有采取華中數(shù)控的。數(shù)控功能部件是另外一個(gè)軟弱環(huán)節(jié)。某種意義上說(shuō)，功能部件將構(gòu)筑21世紀(jì)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床。功能部件的性能和價(jià)格決定了數(shù)控機(jī)床的性能和價(jià)格。功能部件不是機(jī)床附件，它是數(shù)控機(jī)床的核心代表。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的重要故障大多出在功能部件上，它是影響國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床使用的重要根本源頭。從國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的開(kāi)發(fā)和使用來(lái)看，功能部件急需技術(shù)攻關(guān)。十分在數(shù)控具滯后現(xiàn)象反映相當(dāng)強(qiáng)烈。國(guó)產(chǎn)數(shù)控具在壽命、可*性等方面差距明顯，無(wú)論在品種、性能和質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能知足用戶要求。由于國(guó)產(chǎn)具品種少、壽命低，嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床效率的發(fā)揮。調(diào)研企業(yè)進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床，配用大量進(jìn)口數(shù)控具，由于價(jià)格昂貴，用戶不堪負(fù)擔(dān)。數(shù)控立、臥回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，數(shù)控分度盤(pán)和數(shù)控電動(dòng)架等數(shù)控功能部件市場(chǎng)中海外商家也稍勝一籌。四、民族品牌與國(guó)際品牌差距明顯2004年6月一份廣東機(jī)床用戶的抽查情況透露，在數(shù)控機(jī)床的各個(gè)品牌之中，用戶對(duì)歐洲、、美國(guó)、和中國(guó)等數(shù)控機(jī)床品牌的關(guān)注度已占全部市場(chǎng)的60%以上。品牌著名度上的差距，導(dǎo)致用戶在選擇設(shè)備時(shí)把更多的時(shí)機(jī)給了海外數(shù)控機(jī)床行業(yè)的一些“實(shí)力派〞。如哈爾濱某發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))的缸體生產(chǎn)線是一條全自動(dòng)線，其粗選用大宇重工的專機(jī)自動(dòng)線，精則選用了英國(guó)CROSSHULLE公司的專機(jī)自動(dòng)線，缸蓋線是由德國(guó)Cross.Huller公司的高速中心和專機(jī)自動(dòng)線、德國(guó)產(chǎn)的全自動(dòng)在線測(cè)量機(jī)、產(chǎn)的全自動(dòng)密封檢測(cè)機(jī)和清洗機(jī)構(gòu)成的。曲軸生產(chǎn)線為全自動(dòng)柔性流水生產(chǎn)線，精線由的數(shù)控高速CBN磨床、動(dòng)平衡機(jī)、拋光機(jī)等構(gòu)成。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)從1952年第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在美國(guó)問(wèn)世，至今已有40多年的歷史，計(jì)算機(jī)數(shù)控〔CNC〕從70年代中期出現(xiàn)，到如今也已有20多年了，數(shù)控技術(shù)日趨成熟。十分是最近幾年來(lái)微型計(jì)算機(jī)、微及電力的迅速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)與CNC技術(shù)的嚴(yán)密結(jié)合，使得開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)CNC系統(tǒng)的技術(shù)被越來(lái)越多的自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)廠所把握。因而，就當(dāng)今全世界范圍來(lái)說(shuō)，CNC技術(shù)已經(jīng)不再被少數(shù)幾個(gè)的幾個(gè)CNC系統(tǒng)生產(chǎn)廠所壟斷。到80年代末，幾乎每個(gè)發(fā)達(dá)的都有了自己的數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠，生產(chǎn)知足各自數(shù)控機(jī)床及其他機(jī)械設(shè)備所需要的數(shù)控系統(tǒng)。以至許多大型的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠都有自己的產(chǎn)品，并部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)。因而，CNC系統(tǒng)生產(chǎn)廠之間的競(jìng)爭(zhēng)為劇烈，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了新的階段。現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展具有下述特點(diǎn)：1．廣泛地應(yīng)用微機(jī)近年來(lái)被稱為個(gè)人計(jì)算機(jī)〔PC〕的微型計(jì)算機(jī)發(fā)展很快，大規(guī)模集成電路技術(shù)的高速發(fā)速，使得PC的硬件構(gòu)造做得很小。主CPU的運(yùn)行速度越來(lái)越高。IPC386的主頻是33MHz，IP86、586的主頻可達(dá)50～120MHz，新近Intel奔跑處理器〔Pentium〕，主頻已達(dá)450MHz。存儲(chǔ)器容量也很大，體積很小，由于是大批量生產(chǎn)，使成本下降，可靠性提升。在軟件方面，作系統(tǒng)的發(fā)展，十分是Windows的應(yīng)用，使得PC的作更為簡(jiǎn)便直觀。CAD/CAM的軟件大量地由小型機(jī)、工作站向PC移植，三維圖顯示及工藝庫(kù)在PC上建立。再加上PC的開(kāi)放性，吸引大量技術(shù)人員投入了軟件的開(kāi)發(fā)，使得PC的軟件極為豐富。因而，更好地利用PC的軟、硬件，就成為各國(guó)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠發(fā)展CNC系統(tǒng)特別主要的一種方法。1992～1993年，首先是在美國(guó)及歐洲的一些小型的數(shù)控設(shè)備廠推出，例如美國(guó)的ANILAN公司推出的1100、1200、1400系列，意大利FIDIA公司的10/20/30系列，都采取了PC作為基板來(lái)開(kāi)發(fā)自己的數(shù)控系統(tǒng)。如今連FANUC、三菱公司，德國(guó)的SIEMENS公司這些以生產(chǎn)專用CNC設(shè)備著稱的公司，也都把采取PC，作為其發(fā)展的一個(gè)主要方向。他們都強(qiáng)調(diào)自己系統(tǒng)的“開(kāi)放〞。FANUC公司把采取PC的CNC系統(tǒng)稱之為開(kāi)放型CNC系統(tǒng)，有150、160、180及210等系列，并正發(fā)展一種將FANUC智能終端〔一種與IBMPC兼容的平板式計(jì)算機(jī)〕通過(guò)高速光纜與CNC裝配連接的形式。我們國(guó)家中國(guó)珠峰數(shù)控公司“八五〞攻關(guān)結(jié)果“Ⅰ型〔CME988〕〞也采取PC作為主控板，使該系統(tǒng)能充足利用PC的，跟隨PC的發(fā)展而升級(jí)。2．小型化以知足機(jī)電一體化的要求隨著微技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的集成度越來(lái)越高，體積越來(lái)越小。數(shù)控設(shè)備廠采取超大規(guī)模集成電路并采取外表安裝工藝〔SMT〕，實(shí)現(xiàn)了三維立體裝配，將整個(gè)CNC裝配做得很小，以適應(yīng)機(jī)械業(yè)機(jī)電一體化的要求。三菱電機(jī)股份有限公司，近期推出的普及型CNCMELDAS50系列及實(shí)用型CNCMELDAS520A系列，這兩個(gè)系列都采取了32位RISC微處理器，實(shí)現(xiàn)超小型化的CNC裝配，較原來(lái)的M310及L3、L3A，體積大為減小〔H168mm×W76mm×D135mm〕，安裝面積減小了一半，功能還有所提升。采取了超薄型顯示器〔9.5in的EL及10.4in的彩色LCD〕。這個(gè)系統(tǒng)的微小線段能力提升至64m/min，最大快速進(jìn)給速度為240m/min，其同步攻螺紋精度較M310提升了3倍，主軸時(shí)間縮短了30%。德國(guó)SIEMENS公司最新推出的SINUMERIK840D主控組件選用386DX或486DX，具有1～4個(gè)通道，可實(shí)現(xiàn)直線及圓弧插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、5軸螺旋線插補(bǔ)及樣條插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)等，共可控制32個(gè)軸，并有多種校正及補(bǔ)償功能，體積僅為50mm×316mm×207mm。3．改善人機(jī)接口，方便用戶使用為了使作者能很容易地把握數(shù)控機(jī)床的作，數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠努力地改善人機(jī)接口，簡(jiǎn)化編程，盡量采取對(duì)話方式，使用戶使用方便，如西班牙FAGOR公司生產(chǎn)的FAGOR8050系列，采取交互式編纂程序指點(diǎn)系統(tǒng)，簡(jiǎn)化程序的編纂，用扼要的表格編纂程序，利用藍(lán)圖建立程序。其8050TC型數(shù)控系統(tǒng)，被稱為高檔傻瓜式數(shù)控系統(tǒng)〔FAGOR800系列CNC系統(tǒng)〕，其作面板使用了符號(hào)鍵，用戶能夠根據(jù)所需零件，選擇程序，輸入圖形后，即可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)或全自動(dòng)。假如面板上的各種自動(dòng)作都沒(méi)有被選上，則該CNC系統(tǒng)只顯示坐標(biāo)軸的位置值和主軸轉(zhuǎn)速，作者能夠用搖柄或手對(duì)機(jī)床的各個(gè)軸進(jìn)行手動(dòng)作，使用極為方便。4．提升數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的成套性數(shù)控系統(tǒng)包含CNC裝配、主軸及進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝配，以及主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和與其相關(guān)的檢測(cè)反應(yīng)元件。一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)性能的好壞是與上述各個(gè)環(huán)節(jié)的性能親密相關(guān)的。為了知足機(jī)床用戶廠的需要，數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠都非常看重?cái)?shù)控產(chǎn)品的成套性，使系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能很好地匹配，使用戶獲得最好的使用效果。例如，F(xiàn)ANUC公司開(kāi)發(fā)了經(jīng)濟(jì)型的O-TD、O-MDCNC裝配，與之相適應(yīng)也開(kāi)發(fā)了經(jīng)濟(jì)型的αC系列的效流伺服電動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)。大隈〔OKUMA〕公司，是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)床廠，如今也開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)并銷(xiāo)數(shù)控系統(tǒng)，作為一個(gè)機(jī)床廠生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，所以更看重機(jī)電一體化及產(chǎn)品成套性。該公司生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在軟件上更結(jié)合機(jī)械的工藝要求，硬件上還自行開(kāi)發(fā)了絕對(duì)位置編器、無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)、溝通主軸電動(dòng)機(jī)、光柵尺等元件，同時(shí)還機(jī)床控制面板及控制柜、自動(dòng)編程裝配，為用戶交鑰匙工程。5．研究開(kāi)發(fā)智能型數(shù)控系統(tǒng)所謂智能型的數(shù)控系統(tǒng)，早在80年代初期已經(jīng)開(kāi)始研究。當(dāng)時(shí)FANUC公司推出的FS15系列，就稱之為AI〔人工智能〕CNC系統(tǒng)，重要是在故障診斷方面采取了系統(tǒng)。系統(tǒng)利用所謂的推理軟件，根據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)的經(jīng)歷體驗(yàn)，分析及查找故障原因。近期FANUC公司又在開(kāi)展被稱為面向21世紀(jì)的課題—IMS〔IntelligentManufacturingSystems〕，將無(wú)縫地〔Seamless〕把世界范圍純熟工人的技術(shù)竅門(mén)〔Knowhow〕組合進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)中去。隨著技術(shù)發(fā)展，要求經(jīng)過(guò)更快、更容易，以適應(yīng)生產(chǎn)需要，一種被稱為智能閉環(huán)〔IntelligentClosed-LoopProcessesICLP〕技術(shù)被采取。這種技術(shù)是利用傳感器獲得適時(shí)的信息，以加強(qiáng)者獲得最佳產(chǎn)品的能力。圖1就是智能閉環(huán)模型。圖1智能閉環(huán)模型6．根據(jù)市場(chǎng)需要，開(kāi)發(fā)適銷(xiāo)對(duì)路的數(shù)控產(chǎn)品高新技術(shù)是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向，另一方面開(kāi)發(fā)適銷(xiāo)對(duì)路的數(shù)控產(chǎn)品也是適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的需要。我們國(guó)家是發(fā)展中，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)在我們國(guó)家有著廣闊的市場(chǎng)。因而，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良、價(jià)錢(qián)便宜的數(shù)控系統(tǒng)，知足我們國(guó)家市場(chǎng)需要是很有意義的。當(dāng)前，我們國(guó)家的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床每年需要量約為8000～10000臺(tái)。固然有幾十個(gè)廠家在生產(chǎn)，價(jià)格也很便宜，但是多年來(lái)技術(shù)發(fā)展不快，性能及可靠性方面還存在一些問(wèn)題，不能知足市場(chǎng)的需求。德國(guó)SIEMENS公司在我們國(guó)家建立的合資企業(yè)—西門(mén)子數(shù)控〔南京〕，在1997年推出了SINUMERIK802S。這種系統(tǒng)除采取G代編程外，還有圖形循環(huán)支持功能，通過(guò)軟件鍵來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。采取15.24cm〔6in〕彩色液晶顯示，并采取兩臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)力矩為3.5～12N.m，價(jià)格在3萬(wàn)元左右。這是西門(mén)子公司為占據(jù)中國(guó)市場(chǎng)所做的努力。7．開(kāi)發(fā)新的數(shù)控產(chǎn)品隨著機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能要求越來(lái)越高，迫切地需要開(kāi)發(fā)一些新的機(jī)電一體化數(shù)控產(chǎn)品來(lái)適應(yīng)及知足這些要求。例如，鋁合金材料的大量采取，要求進(jìn)行高速切削，以實(shí)現(xiàn)高的精度及低的外表粗糙度的要求，數(shù)控車(chē)床及中心主軸轉(zhuǎn)速要求提升到10000～20000r/min，這對(duì)采取傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)是很難實(shí)現(xiàn)的。因而，將電動(dòng)機(jī)的電樞直接與機(jī)床的主軸做成一體的“電動(dòng)主軸〞，就成為生產(chǎn)中急需的產(chǎn)品。當(dāng)前，的FANUC公司、NSK公司，瑞士的IBAG公司，意大利的GANFIOR公司都在開(kāi)發(fā)生產(chǎn)這種新產(chǎn)品。