數控技術的應用及發(fā)展論文

./摘要簡要介紹了當今世界數控技術及裝備發(fā)展的趨勢及我國數控裝備技術發(fā)展和產業(yè)化的現狀,在此基礎上討論了在我國加入WTO和對外開放進一步深化的新環(huán)境下,發(fā)展我國數控技術及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性,并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數控技術及裝備的幾點看法。裝備工業(yè)的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度,數控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)〔如信息技術及其產業(yè)、生物技術及其產業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產業(yè)的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過"各種經濟時代的區(qū)別,不在于生產什么,而在于怎樣生產,用什么勞動資料生產"。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料,而數控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數控技術,以提高制造能力和水平,提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資,不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數控技術及其產業(yè),而且在"高精尖"數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?大力發(fā)展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術,數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品,即所謂的數字化裝備,其技術圍覆蓋很多領域：<1>機械制造技術；<2>信息處理、加工、傳輸技術；<3>自動控制技術；<4>伺服驅動技術；<5>傳感器技術；<6>軟件技術等。關鍵詞：數控技術應用發(fā)展目錄TOC摘要1目錄2第1章緒論31.1數控技術的概述31.2數控技術簡介31.3常用數控軟件簡介4第2章數控技術的分類及關鍵技術52.1數控系統(tǒng)的控制原理5計算機數控系統(tǒng)5系統(tǒng)的硬件結構62.2數控技術的關鍵技術73.1數控機床的概述113.2數控機床精度的選擇123.3數控機床故障實用診斷技術及方法133.4數控機床的維護153.5數控機床分類17第4章數控車的工藝與工裝削184.1.合理選擇切削用量184.2.合理選擇刀具194.3.合理選擇夾具194.4.確定加工路線204.5.加工路線與加工余量的聯系204.6.夾具安裝要點20第5章數控技術的發(fā)展趨勢225.1數控技術發(fā)展概況225.2數控技術發(fā)展趨勢22第6章對我國數控技術和產業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考286.1

戰(zhàn)略考慮286.2

發(fā)展策略28結論29致30第1章緒論1.1數控技術的概述數控技術是一種集機、電、液、光、計算機、自動控制技術為一體的知識密集型技術,它是制造業(yè)實現現代化、柔性化、集成化生產的基礎,同時也是提高產品質量,提高生產率必不可少的物質手段。在發(fā)達國家中,數控機床已經普遍大量使用,而我國數控技術的應用同發(fā)達國家相比差距很大,目前我國機床的數控化率僅為1.9％,而日本高達30％,美國超過了40％,國家規(guī)劃在20XX前,使數控化率達10％以上。數控化率每增加一個百分點,需要5-6萬臺數控機床。這樣算來,我國數年將增加40-50萬臺數控機床,相應需要60-80萬數控專業(yè)技術人才。特別是我國加入WTO后,越來越多的發(fā)達國家把制造基地轉入中國,我國將成為二十一世紀的"國際制造業(yè)加工中心",全國制造企業(yè)數控化是國家制定的一項科技戰(zhàn)略發(fā)展目標,數控及其應用技術將成為各類加工企業(yè)的主要基本技術1.2數控技術簡介數控技術,簡稱數控〔NumericalControl。它是利用數字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。用數控技術實施加工控制的機床,或者說裝備了數控系統(tǒng)的機床稱為數控<NC>機床。數控系統(tǒng)包括：數控裝置、可編程控制器、主軸驅動器及進給裝置等部分?，F代數控機床是機電一體化的典型產品,是新一代生產技術、計算機集成制造系統(tǒng)等的技術集合?，F代數控機床的發(fā)展趨向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、復合化、智能化和開放式結構。主要發(fā)展動向是研制開發(fā)軟、硬件都具有開放式結構的智能化全功能通用數控裝置。數控技術是機械加工自動化的基礎,是數控機床的核心技術,其水平高低關系到國家戰(zhàn)略地位和體現國家綜合實力的水平。它隨著信息技術、微電子技術、自動化技術和檢測技術的發(fā)展而發(fā)展。數控加工中心是一種帶有刀庫并能自動更換刀具,對工件能夠在一定的圍進行多種加工操作數控機床。在加工中工零件的特點是：被加工零件經過一次裝夾后,數控系統(tǒng)能控制機床按不同的工序自動選擇和更換刀具；自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其它輔助功能地對工件各加工面自動地進行鉆孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序加工。由于加工中心能集中地、自動地完成多種工序,避免了人為的操作誤差、減少了工件裝夾、測量和機床的調整時間及工件周轉、搬運和存放時間,大大提高了加工效率和加工精度,所以具有良好的經濟效益。加工中心按主軸在空間的位置可分為立式加工中心與臥式加工中心。1.3常用數控軟件簡介CNC<加工中心>在機械領域飛速普及的今天,電腦造型自然成為機械以及模具從業(yè)人員必學的一種技藝,現實證明,一個懂電腦造型、編程比不懂電腦而同樣技術出色的機械從業(yè)人員,其工資比例相差3—5倍。而且隨著機械加工的先進,必將減少大量的手工人員。會電腦設計的人將處在一個更高的地位。現在CAD/CAM行業(yè)中普遍使用的是MASTERCAM、CIMATRON、PRO-E、UG、CATIA、CAD...1、MASTERCAM是如今珠三角最常用的一種軟件,它最早進入中國大陸,您去工廠看到的CNC師傅,70%使用MASTERCAM,它集畫圖和編程于一身。繪制線架構最快?？s放功能最好。2、CIMATRON是遲一些進入中國的以色列軍方軟件,在刀路上的功能優(yōu)越于MASTERCAM,彌補了MASTERCAM的不足。該系統(tǒng)現已被廣泛地應用在機械、電子、航空航天、科研、模具行業(yè)。在加工編程中99%使用CIMATRON與MASTERCAM,早期都用這兩種軟件畫圖及編寫數控程式,但在畫圖造型方面功能不是很好。PRO-E在這時候走進中國大陸。3、Pro/E是美國PTC〔參數技術開發(fā)的軟件,十多年來已成為全世界最普及的三維CAD/CAM〔計算機輔助設計與制造系統(tǒng)。廣泛用于電子、機械、模具、工業(yè)設計和玩具等各行業(yè)。集合了零件設計、產品裝配、模具開發(fā)、數控加工、造型設計等多種功能于一體,97年開始在大陸流行,用于模具設計、產品畫圖、廣告設計、圖像處理、燈飾造型設計、可以自動產生工程圖紙,目前大部分企業(yè)都裝有Pro/ENGINEER軟件。它與UG是最好的畫圖軟件,但PRO-E在大陸最流行。用PRO-E畫圖,用MASTERCAM和CIMATRON加工已經公認。4、Unigraphics<簡稱UG>進入大陸比PRO-E晚很多,但同樣是當今世界上最先進、面向制造行業(yè)的CAD/CAE/CAM高端軟件。UG軟件被當今許多世界領先的制造商用來從事工業(yè)設計、詳細的機械設計以及工程制造等各個領域。如今UG在全球已擁有17000多個客戶。?UG自90年進入中國市場以來,發(fā)展迅速,已經成為汽車、機械、計算機及家用電器、模具設計等領域的首選軟件。5、Powermill是英國的編程軟件,刀路最優(yōu)秀,特別適合殘料加工。6、CATIA的最特色的地方就是它的曲面功能強大,應該說是任何一個CAD三維軟件所不能比的,現在國幾乎所有的航空飛機公司都用CATIA,當然UG也在用,但沒有它廣泛,不過小企業(yè)一般還是買不起正版的,國盜版的也少。CATIA是一套集成的應用軟件包,容覆蓋了產品設計的各個方面：計算機輔助設計〔CAD、計算機輔助工程分析〔CAE、計算機輔助制造〔CAM,既提供了支持各種類型的協(xié)同產品設計的必要功能,也可以進行無縫集成完全支持"端到端"的企業(yè)流程解決方案。第2章數控技術的分類及關鍵技術2.1數控系統(tǒng)的控制原理2.1.1計算機數控系統(tǒng)一、CNC系統(tǒng)的組成與特點二、CNC系統(tǒng)由硬件和軟件組成,其組成框圖如圖2-1所示。根據上述組成框圖,CNC系統(tǒng)有如下特點：1.靈活性對于NC系統(tǒng),一旦提供了某些控制功能,就不能被改變,除非改變硬件。而CNC系統(tǒng),只要改變相應的軟件即可,而不要改變硬件。2.通用性在CNC系統(tǒng)中,硬件采用通用的模塊化結構,而且易于擴展,并結合軟件變化來滿足數控機床的各種不同要求。接口電路由標準電路組成,給機床廠和用戶帶來了很大方便。這樣用一種CNC系統(tǒng)就能滿足多種數控機床的要求,當用戶要求某些特殊功能時,僅僅改變某些軟件即可。3.可靠性CNC系統(tǒng)中,零件數控加工程序在加工前一次性全部輸入存儲器,并經過模擬后才被調用加工,這就避免了在加工過程中由于紙帶輸入機的故障產生的停機現象。許多功能都由軟件完成,硬件結構大大簡化,特別是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的采用,可靠性得到很大的提高。4.數控功能多樣化CNC系統(tǒng)利用計算機的快速處理能力,可以實現許多復雜的數控功能,如多種插補功能、動靜態(tài)圖形顯示、數字伺服控制等。5.使用維護方便有的CNC系統(tǒng)含有對話編程、圖形編程、自動在線編程等功能,使編程工作簡單方便。編好的程序通過模擬運行,很容易檢查程序是否正確。CNC系統(tǒng)中還含有診斷程序,使得維修十分方便。2.2.2CNC系統(tǒng)的硬件結構數控系統(tǒng)的硬件由數控裝置、輸入/輸出裝置、驅動裝置和機床電器邏輯控制裝置等組成,這四部分之間通過I/O接口互連。數控裝置是數控系統(tǒng)的核心,其軟件和硬件來控制各種數控功能的實現。輸入/輸出裝置主要有鍵盤、紙帶閱讀機、軟盤驅動器、通信裝置、顯示器等,用以控制數據的輸入/輸出,監(jiān)控數控系統(tǒng)的運行,進行機床操作面板及機床機電控制/監(jiān)測機構的邏輯處理和監(jiān)控,并為數控裝置提供機床狀態(tài)和有關應答信號。機床電器邏輯控制裝置接受數控裝置發(fā)出的數控輔助功能控制命令,實現數控機床的順序控制。在現代數控系統(tǒng)中機床電器邏輯控制裝置已經被可編程序控制器〔PLC取代。驅動裝置一般是以軸為單位的獨立體,用以控制各軸的運動。數控裝置的硬件結構按CNC裝置中的印制電路板的插接方式可以分為大板結構和功能模塊〔小板結構；按CNC裝置硬件的制造方式,可以分為專用型結構和個人計算機式結構；按CNC裝置中微處理器的個數可以分為單微處理器結構和多微處理器結構。一、大板結構和功能模板結構1．大板結構大板結構CNC系統(tǒng)的CNC裝置由主電路板、位置控制板、PC板、圖形控制板、附加I/O板和電源單元等組成。主電路板是大印制電路版,其它電路板是小板,插在大印制電路板上的插槽。這種結構類似于微型計算機的結構。2．功能模塊結構在這種結構中,整個CNC裝置按功能模塊化分為若干個模塊,硬件和軟件的設計都采用模塊化設計,每一個功能模塊做成尺寸相同的印制電路板,相應功能模塊的控制軟件也模塊化。用戶根據需要選用各種控制單元母板及所需功能模板,將各功能模板插入控制單元母板的槽,就組成了自己需要的CNC系統(tǒng)的控制裝置。常用的功能模板有CNC控制板、位置控制板、PC板、存儲器板、圖形板和通信板等。FANUC系統(tǒng)15系列就采用了功能模塊式結構。二、單微處理器結構和多微處理器結構1．單微處理器結構在單微處理器結構中,只有一個微處理器,以集中控制、分時處理數控裝置的各個任務。其它功能部件,如存儲器、各種接口、位置控制器等都需要通過總線與微處理器相連。圖2-2是單微處理器結構圖。2．多微處理器結構隨著數控系統(tǒng)功能的增加、數控機床的加工速度的提高,單微處理器數控系統(tǒng)已不能滿足要求,因此,許多數控系統(tǒng)采用了多微處理器的結構。若在一個數控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器,每個微處理器通過數據總線或通信方式進行連接,共享系統(tǒng)的公用存儲器與I/O接口,每個微處理器分擔系統(tǒng)的一部分工作,這就是多微處理器系統(tǒng)。如圖2-3所示的數控系統(tǒng)帶有4個CPU。目前使用的多微處理器系統(tǒng)有三種不同的結構,即主從式結構、總線式多主CPU結構和分布式結構。2.2數控技術的關鍵技術數控裝備的高速度、高精度、高柔性和高自動化程度,向數控系統(tǒng)和伺服驅動系統(tǒng)提出了新的要求,下面主要從數控系統(tǒng)與伺服驅動系統(tǒng)方面介紹其關鍵技術。要實現數控設備高速化,首先要求數控系統(tǒng)能對由微小程序段構成的加工程序進行高速處理,以計算出伺服電機的移動量,同時要求伺服電機能高速度地作出反應。采用32位微處理器,是提高數控系統(tǒng)高速處理能力的有效手段。在數控設備高速化中,提高主軸轉速占有重要地位。主軸高速化的手段是直接把電機與主軸連接成一體,從而可將主軸轉速大大提高。采用直線電機技術來替代目前機床傳動中常用的滾珠絲杠技術,在提高輪廓加工速率的同時,提高了加速度。一、除不斷采用新型功能部件外,還需在以下幾個方面進行深入研究：1.高速加工動力學建模及控制高速運動下的對象已經不能用純靜態(tài)的方法處理,數控問題也不再能歸結為幾何問題或靜力學問題。作為一個動態(tài)對象,它并不是"亦步亦趨"地跟隨所施加的控制,而力圖表現出它的"個性"；另一方面,所施加的控制必須充分顧及被控制對象的動態(tài)特性,才能得到預期的控制效果。因此,已經不能像傳統(tǒng)的數控系統(tǒng)那樣,可以將控制系統(tǒng)與被控制對象分開來研究和制造,而必須作為一個整體來處理,研究其在高速狀態(tài)下的動力學問題,以及超高速運動控制條件下光、電信號的時滯影響及其消除的問題。在高速情況下,必須研究集數控系統(tǒng)與控制對象為一體的整體動力學建模、基于整體動力學模型的非線性控制策略、智能化控制方法等。2.機電特性參數的辨識、分析與控制優(yōu)化高速控制的核心在于實現高加速度,為此需要使伺服機構處于最佳工作狀態(tài),從而獲得系統(tǒng)最大運動加速度。因此,基于系統(tǒng)整體建模的加速度控制曲線選擇、伺服機電參數的辨識優(yōu)化、多軸增益的協(xié)調控制等是當前研究的熱點。3.高速、高精插補運算和控制算法高速、高精插補是將復雜軌跡按控制規(guī)律分解成伺服控制指令。輪廓加工時,加工程序由巨量微小線段構成,高速加工除需保證微段程序連續(xù)執(zhí)行外,還需根據軌跡變化及時預測各軸狀態(tài),實現高加速度運行要求。這就要求對微段程序的高速、高精插補、高速預處理,微段程序的加減速控制,超前G代碼預測<Lookahead>,復雜軌跡的直接插補以及高速數據傳輸等進行深入的研究。4.面向高速高精加工的數控編程原理及方法傳統(tǒng)的數控編程解決了中低速加工中的刀位軌跡生成問題,但是高速加工卻對數控編程從原理與方法上提出了更高的要求。為此,必須在研究高速加工工藝機理的基礎上,研究適用于高速高精加工的數控編程原理及方法。在這方面,高速加工工藝機理、高速加工工藝參數知識庫、基于高速加工非線性運動誤差補償的刀位軌跡規(guī)劃、加工程序平滑過渡、高速加工中進給速度優(yōu)化、基于STEP標準、面向加工特征的高級NC代碼語言等都是需要研究的容。二、高精度化技術提高數控機床的加工精度,一般可通過減少數控系統(tǒng)的誤差和采用機床誤差補償技術來實現。在減少CNC系統(tǒng)控制誤差方面,通常采取提高數控系統(tǒng)的分辨率,提高位置檢測精度的方法。然而在高速、高精加工的情況下,在線動態(tài)測量和補償存在著高精度與大量程幾何量之間的矛盾,是傳統(tǒng)檢測方法難以完成的。因此,需要研究新的測量和補償機理,即進行高精度、大量程幾何量的在線動態(tài)檢測原理研究,以及控制誤差的在線和實時檢測、預報和補償方法等研究,在位置伺服系統(tǒng)中采用前饋控制與非線性控制等方法。為解決在高速、高精加工中的小步長與大行程之間的矛盾,需要研究新的高速驅動原理及機構。在機床誤差補償技術方面,除采用齒隙補償、絲杠螺距誤差補償和刀具補償等技術外,近年來對設備熱變形誤差補償和空間誤差綜合補償技術的研究已成為世界圍的研究課題。三、智能化技術模糊數學、神經網絡、數據庫、知識庫、以例和模型為基礎的決策系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等理論與技術的發(fā)展及其在制造業(yè)中的成功運用,為數控設備智能化水平的提高建立了可靠的技術基礎。智能化正成為數控設備研究及發(fā)展的熱點,目前采取的主要技術措施包括：1.自適應控制技術提高加工效率是制造加工技術發(fā)展永恒追求的目標?，F在的數控機床對加工過程的控制還是開環(huán)控制,即它們只能忠實地執(zhí)行人們預先為它編好的加工程序,而對加工過程中工況的變化,缺乏相應的識別能力和足夠的自律控制能力。因此,零件的加工質量和加工效率強烈地依賴于工藝人員的經驗和知識。此外,加工狀況復雜多變,工藝人員為了確保安全往往選擇較保守的加工參數,使加工效率和質量的提高受到限制。同時,加工狀況<如刀具狀況、加工中的振動等>將直接影響設備加工的效率、質量和安全,這種情況在銑削加工大型零件<如加工大型水輪機葉片>時更是如此。因此,加工過程的自適應控制技術,對提高大型零件加工的效率,保障加工設備安全可靠運行是十分重要的。加工過程的自適應控制技術是指數控裝備能檢測對自己有影響的信息,并自動連續(xù)調整系統(tǒng)的有關參數,達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。如通過監(jiān)控切削過程中的刀具磨損、破損、切屑形態(tài)、切削力及零件的加工質量等,向數控系統(tǒng)反饋信息,通過將過程控制、過程監(jiān)控、過程優(yōu)化結合在一起,實現自適應調節(jié),以提高加工精度和降低工件表面粗糙度,并保證加工設備安全。有資料表明,應用該技術在銑削加工時其效率可以提高30％左右。2．專家系統(tǒng)技術將專家的經驗和切削加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律存人計算機中,以加工工藝參數數據庫為支撐,建立具有人工智能的專家系統(tǒng),提供經過優(yōu)化的切削參數,使加工系統(tǒng)始終處于最優(yōu)和最經濟的工作狀態(tài),從而達到提高編程效率和降低對操作人員的技術要求,大大縮短生產準備時間的目的。3．故障自診斷技術故障診斷專家系統(tǒng)是診斷裝置發(fā)展的最新動向,它為數控設備提供了一個包括二次監(jiān)測、故障診斷、安全保障和經濟策略等方面在的智能診斷及維護決策信息集成系統(tǒng)。4．智能化交流伺服驅動技術目前已開始研究能自動識別負載,并自動調整參數的智能化伺服系統(tǒng),包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置,使驅動系統(tǒng)獲得最佳運行參數。四、網絡化技術數控設備的網絡化技術是指能支持遠程監(jiān)視、診斷和控制,支持網絡制造資源共享、支持裝備參與網絡化環(huán)境下制造系統(tǒng)集成的技術。其主要技術容有：1．網絡環(huán)境下的數控裝備的集成技術研究網絡環(huán)境下的數控裝備網絡互連技術<包括裝備間的互連技術和裝備部的互連技術>,網絡環(huán)境下的數字化制造裝備分布式協(xié)同處理技術和異構設備網絡集成技術等。2．遠程操作、監(jiān)控與遠程診斷技術研究實時監(jiān)測數據的特征提取、識別和融合,診斷知識的組織以及推理算法,實時可靠的通信協(xié)議及數據的共享標準等；網絡環(huán)境下數控裝備運行狀態(tài)的智能檢測、監(jiān)控和診斷技術；數控裝備的網絡全局調度技術、遠程設計編程技術及遠程操作技術等。3．網絡管理技術的研究在網絡制造環(huán)境下,網絡除了用于傳輸加工程序、實現網絡操作和控制和遠程診斷外,更為重要的是進一步提高機床的生產率。為此需要研究網絡管理技術,即網絡生產管理系統(tǒng),網絡CAD／CAM系統(tǒng),面向網絡化制造環(huán)境的數控裝備的網絡安全機制與防技術等。第3章數控機床的應用3.1數控機床的概述數控機床起源于美國。1947年,美國帕森斯〔Parsons公司為了精確地制作直升機機翼、槳葉和飛機框架,提出了用數字信息來控制機床自動加工外形復雜零件的設想,他們利用電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理,并考慮到刀具直徑對加工路徑的影響,使得加工精度達到±0.0015英寸〔0.0381mm。1949年,美國空軍為了能在短時間制造出經常變更設計的火箭零件,與帕森斯公司和麻省理工學院〔MIT伺服機構研究所合作,于1952年研制成功世界上第一臺數控機床——三坐標立式銑床,可控制銑刀進行連續(xù)空間曲面的加工,揭開了數控加工技術的序幕。很快,數控技術的應用從美國逐步推廣到歐洲地區(qū)和日本等國。我國于1958年也開始進行數控機床的研制工作,并取得了一定的成效。在某些領域,如大型車銑復合加工中心技術水平已達到了國際當代水平。數控機床的數控系統(tǒng)已先后經歷了兩個階段、六個時代的發(fā)展：電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器及基于PC機的通用CNC系統(tǒng)。其中前三代為第一階段,稱為硬件連接數控〔NC系統(tǒng),其特點是具有很多硬件電路和連接結點,電路復雜,可靠性不好；后三代為第二階段,稱為計算機軟件系統(tǒng)〔CNC系統(tǒng),主要由計算機硬件和軟件組成,其最突出的特點是利用存儲器里的軟件控制系統(tǒng)工作,這種系統(tǒng)容易擴展功能,柔性好,可靠性高。現在,開放式數控系統(tǒng)〔ONC系統(tǒng)正得到快速發(fā)展和應用。數控機床的類型,已從最初單一的銑床類數控機床,發(fā)展到如今的金屬切削類、金屬成型類、特種加工類和特殊用途類數控機床,其品種多達千余種。數控機床由程序介質、數控系統(tǒng)、伺服驅動和機床主體四大部分組成,它綜合了計算機、自動控制、精密測量、機床制造及其配套技術的最新成果,成功地解決了現代產品多樣化、零件形狀復雜化、產品研制生產周期短、精度要求高的難題,是現代制造業(yè)的主流設備,也是關系國計民生、國防尖端建設的戰(zhàn)略物資。3.2數控機床精度的選擇數控機床根據用途又分為簡易型、全功能型、超精密型等,其能達到的精度也是各不一樣的。簡易型目前還用于一部分車床和銑床,其最小運動分辯率為0.01mm,運動精度和加工精度都在<0.03～0.05>mm以上。超精密型按精度可分為普通型和精密型,一般數控機床精度檢驗項目都有20～30項,但其最有特征項目是：單軸定位精度、單軸重復定位精度和兩軸以上聯動加工出試件的圓度,如表1所示。其他精度項目與表1容都有一定的對應關系。定位精度和重復定位精度綜合反映了該軸各運動部件的綜合精度。尤其是重復定位精度,它反映了該軸在行程任意定位點的定位穩(wěn)定性,這是衡量該軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標。目前數控系統(tǒng)中軟件都有豐富的誤差補償功能,能對進給傳動鏈上各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差進行穩(wěn)定的補償。例如,傳動鏈各環(huán)節(jié)的間隙、彈性變形和接觸剛度等變化因素,它們往往隨著工作臺的負載大小、移動距離長短、移動定位速度的快慢等反映出不同的瞬時運動量。在一些開環(huán)和半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)中,測量元件以后的機械驅動元件,受各種偶然因素影響,也有相當大的隨機誤差影響,如滾珠絲杠熱伸長引起的工作臺實際定位位置漂移等。總之,如果能選擇,那么就選重復定位精度最好的設備！表1數控機床精度特征項目銑削圓柱面精度或銑削空間螺旋槽〔螺紋是綜合評價該機床有關數控軸〔兩軸或三軸伺服跟隨運動特性和數控系統(tǒng)插補功能的指標,評價方法是測量加工出圓柱面的圓度。在數控機床試切件中還有銑斜方形四邊加工法,也可判斷兩個可控軸在直線插補運動時的精度。在做這項試切時,把用于精加工的立銑刀裝到機床主軸上,銑削放置在工作臺上的圓形試件,對中小型機床圓形試件一般取在Ф200～Ф300,然后把切完的試件放到圓度儀上,測出其加工表面的圓度。銑出圓柱面上有明顯銑刀振紋反映該機床插補速度不穩(wěn)定；銑出的圓度有明顯橢圓誤差,反映插補運動的兩個可控軸系統(tǒng)增益不匹配；在圓形表面上每一可控軸運動換方向的點位上有停刀點痕跡〔在連續(xù)切削運動中,在某一位置停止進給運動刀具就會在加工表面上形成一小段多切去金屬的痕跡時,反映該軸正反向間隙沒有調整好。單軸定位精度是指在該軸行程任意一個點定位時的誤差圍,它直接反映了機床的加工精度能力,所以是數控機床最關鍵技術指標。目前全世界各國對這指標的規(guī)定、定義、測量方法和數據處理等有所不同,在各類數控機床樣本資料介紹中,常用的標準有美國標準〔NAS和美國機床制造商協(xié)會推薦標準、德國標準〔VDI、日本標準〔JIS、國際標準化組織〔ISO和我國國家標準<GB>。在這些標準中規(guī)定最低的是日本標準,因為它的測量方法是使用單組穩(wěn)定數據為基礎,然后又取出用±值把誤差值壓縮一半,所以用它的測量方法測出的定位精度往往比用其他標準測出的相差一倍以上。3.3數控機床故障實用診斷技術及方法數控機床是機電一體化緊密結合的典,是一個龐大的系統(tǒng),涉及機、電、液、氣、電子、光等各項技術,在運行使用中不可避免地要產生各種故障,關鍵的問題是如何迅速診斷,確定故障部位,并及時排除解決,保證正常使用,提高生產效率。數控機床的故障診斷技術1.數控系統(tǒng)自診斷。開機自診斷數控系統(tǒng)在通電開機后,都要運行開機自診斷程序,對系統(tǒng)中關鍵的硬件和控制軟件進行檢測,并將檢測結果在CRT上顯示出來。運行自診斷運行自診斷是數控系統(tǒng)正常工作時,運行部診斷程序,對系統(tǒng)本身、PLC、位置伺服單元以及與數控裝置相連的其他外部裝置進行自動測試、檢查,并顯示有關狀態(tài)信息和故障信息。2.在線診斷和離線診斷。在線診斷是指通過數控系統(tǒng)的控制程序,在系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)下,實時自動地對數控裝置、PLC控制器、伺服系統(tǒng)、PLC的輸入輸出和其他外部裝置進行自檢,并顯示狀態(tài)信息、故障信息。脫機診斷當數控系統(tǒng)出現故障時,需要停機進行檢查,這就是脫機診斷。脫機診斷的目的是修復系統(tǒng)的錯誤和定位故障,將故障定位在最小的圍。遠程診斷實現遠程診斷的數控系統(tǒng),必須具備計算機網絡功能。因此,遠程診斷是近幾年發(fā)展起來的一種新型的診斷技術。數控機床利用數控系統(tǒng)的網絡功能通過互聯網連接到機床制造廠家,數控機床出現故障后,通過機床廠家的專業(yè)人員遠程診斷,快速確診故障。數控機床故障的實用診斷方法1.診斷常用的儀器、儀表及工具萬用表－可測電阻、交、直流電壓、電流。相序表－可檢測直流驅動裝置輸入電流的相序。轉速表－可測量伺服電動機的轉速,是檢查伺服調速系統(tǒng)的重要依據。鉗形電流表－可不斷線檢測電流。測振儀－是振動檢測中最常用、最基本的儀器。短路追蹤儀－可檢測電氣維修中經常碰到的短路故障現象。邏輯測試筆－可測量數字電路的脈沖、電平。IC測試儀－用于數控系統(tǒng)集成電路元件的檢測和篩選。工具－彈頭鉤形扳手、拉錐度平鍵工具、彈性手錘、拉卸工具等。2.診斷用技術資料主要有：數控機床電氣說明書,電氣控制原理圖,電氣連接圖,參數表,

PLC程序,編程手冊,數控系統(tǒng)安裝與維修手冊,伺服驅動系統(tǒng)使用說明書等。數控機床的技術資料非常重要,必須參照機床實物認真仔細地閱讀。一旦機床發(fā)生故障,在進行分析的同時查閱相關資料。3.故障處理。故障軟故障－由調整、參數設置或操作不當引起硬故障－由數控機床〔控制、檢測、驅動、液氣、機械裝置的硬件失效引起。故障處理對策除非出現影響設備或人身安全的緊急情況,不要立即切斷機床的電源,應保持故障現場。從機床外觀、CRT顯示的容、主板或驅動裝置報警燈等方面進行檢查?？砂聪到y(tǒng)復位鍵,觀察系統(tǒng)的變化,報警是否消失。如消失,說明是隨機性故障或是由操作錯誤引起的。如不能消失,把可能引起該故障的原因羅列出來,進行綜合分析、判斷,必要時進行一些檢測或試驗,達到確診故障的目的。4.數控系統(tǒng)故障診斷方法。直觀法〔望聞問切：問－機床的故障現象、加工狀況等看－CRT報警信息、報警指示燈、電容器等元件變形煙熏燒焦、保護器脫扣等聽－異常聲響聞－電氣元件焦糊味及其它異味摸－發(fā)熱、振動、接觸不良等。參數檢查法：參數通常是存放在RAM中,有時電池電壓不足、系統(tǒng)長期不通電或外部干擾都會使參數丟失或混亂,應根據故障特征,檢查和校對有關參數。隔離法：一些故障,難以區(qū)分是數控部分,還是伺服系統(tǒng)或機械部分造成的,常采用隔離法。同類對調法用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模板,或將功能相同的模板或單元相互交換。功能程序測試法：將G、M、S、T、功能的全部指令編寫一些小程序,在診斷故障時運行這些程序,即可判斷功能的缺失。5.故障診斷應遵循的原則。第一,先外部后部數控機床的檢修要求維修人員掌握先外部后部的原則,由外向逐一進行檢查排除。第二,先機械后電氣首先檢查機械是否正常,行程開關是否靈活,氣動液壓部分是否正常等,在故障檢修之前,首先注意排除機械的故障。第三,先靜后動維修人員本身要做到先靜后動。首先詢問機床操作人員故障發(fā)生的過程及狀態(tài),查閱機床說明書、圖紙資料,進行分析后,才可動手查找和處理故障。數控機床是現化企業(yè)進行生產的一種重要物質基礎,是完成生產過程的重要技術手段,強化管理是關鍵,"防"與"治"的結合是解決數控機床"使用難、維修難"的唯一3.4數控機床的維護數控機床的維護概述延長元器件的壽命和零部件的磨損周期,預防各種故障,提高數控機床的平均無故障工作時間和使用壽命。一、數控機床使用中應注意的問題1．數控機床的使用環(huán)境對于數控機床最好使其置于有恒溫的環(huán)境和遠離震動較大的設備〔如沖床和有電磁干擾的設備。2．電源要求。3．數控機床應有操作規(guī)程進行定期的維護、保養(yǎng),出現故障注意記錄保護現場等。4．數控機床不宜長期封存。5．注意培訓和配備操作人員、維修人員及編程人員二、數控系統(tǒng)的維護1．嚴格遵守操作規(guī)程和日常維護制度。2．防止灰塵進入數控裝置漂浮的灰塵和金屬粉末容易引起元器件間絕緣電阻下降,從而出現故障甚至損壞元器件。3．定時清掃數控柜的散熱通風系統(tǒng)。4．經常監(jiān)視數控系統(tǒng)的電網電壓電網電壓圍在額定值的85％～110％。5．定期更換存儲器用電池。6．數控系統(tǒng)長期不用時的維護經常給數控系統(tǒng)通電或使數控機床運行溫機程序。7．備用電路板的維護機械部件的維護機械部件的維護三、刀庫及換刀機械手的維護1.用手動方式往刀庫上裝刀時,要保證裝到位,檢查刀座上的鎖緊是否可靠2.嚴禁把超重、超長的刀具裝入刀庫,防止機械手換刀時掉刀或刀具與工件、夾具等發(fā)生碰撞；3.采用順序選刀方式須注意刀具放置在刀庫上的順序是否正確。其他選刀方式也要注意所換刀具號是否與所需刀具一致,防止換錯刀具導致事故發(fā)生；4.注意保持刀具刀柄和刀套的清潔;5.經常檢查刀庫的回零位置是否正確,檢查機床主軸回換刀點位置是否到位,并及時調整,否則不能完成換刀動作；6.開機時,應先使刀庫和機械手空運行,檢查各部分工作是否正常,特別是各行程開關和電磁閥能否正常動作。四、滾珠絲杠副的維護1.定期檢查、調整絲杠螺母副的軸向間隙,保證反向傳動精度和軸向剛度；2.定期檢查絲杠支撐與床身的連接是否松動以及支撐軸承是否損壞。如有以問題要及時緊固松動部位,更換支撐軸承；3.采用潤滑脂的滾珠絲杠,每半年清洗一次絲杠上的舊油脂,更換新油脂。用潤滑油潤滑的滾珠絲杠,每天機床工作前加油一次；4.注意避免硬質灰塵或切屑進入絲杠防護罩和工作過程中碰擊防護罩,防護裝置一有損壞要及時更換。五、主傳動鏈的維護1.定期調整主軸驅動帶的松緊程度；

2.防止各種雜質進入油箱。每年更換一次潤滑油；

3.保持主軸與刀柄連接部位的清潔。需及時調整液壓缸和活塞的位移量；4.要及時調整配重。六、液壓系統(tǒng)維護1.定期過濾或更換油液；2.控制液壓系統(tǒng)中油液的溫度；3.防止液壓系統(tǒng)泄漏；4.定期檢查清洗油箱和管路；5.執(zhí)行日常點檢查制度。七、氣動系統(tǒng)維護1.清除壓縮空氣的雜質和水分；2.檢查系統(tǒng)中油霧器的供油量；3.保持系統(tǒng)的密封性；4.注意調節(jié)工作壓力；5.清洗或更換氣動元件、濾芯；八、預防性維護的目的是為了降低故障率,其工作容主要包括下列幾方面的工作。1.人員安排為每臺數控機床分配專門的操作人員、工藝人員和維修人員,所有人員都要不斷地努力提高自己的業(yè)務技術水平。2.建規(guī)建檔針對每臺機床的具體性能和加工對象制定操作規(guī)章,建立工作與維修檔案,管理者要經常檢查、總結、改進。3.日常保養(yǎng)對每臺數控機床都應建立日常維護保養(yǎng)計劃,包括保養(yǎng)容<如坐標軸傳動系統(tǒng)的潤滑、磨損情況,主軸潤滑等,油、水氣路,各項溫度控制,平衡系統(tǒng),冷卻系統(tǒng),傳動帶的松緊,繼電器、接觸器觸頭清潔,各插頭、接線端是否松動,電氣柜通風狀況等等>及各功能部件和元氣件的保養(yǎng)周期<每日、每月、半年或不定期>。九、我們懂得了數控機床的維護與保養(yǎng)的目的和意義后,還必須明確其基本要求。主要包括：1.在思想上要高度重視數控機床的維護與保養(yǎng)工作,尤其是對數控機床的操作者更應如此,我們不能只管操作,而忽視對數控機床的日常維護與保養(yǎng)。2.提高操作人員的綜合素質：數控機床的使用比使用普通機床的難度要大,因為數控機床是典型的機電一體化產品,它牽涉的知識面較寬,即操作者應具有機、電、液、氣等更寬廣的專業(yè)知識；再有,由于其電氣控制系統(tǒng)中的CNC系統(tǒng)升級、更新換代比較快,如果不定期參加的專業(yè)理論培訓學習,則不能熟練掌握新的CNC系統(tǒng)應用。因此對操作人員提出的素質要很高的。為此,必須對數控操作人員進行培訓,使其對機床原理、性能、潤滑部位及其方式,進行較系統(tǒng)的學習,為更好的使用機床奠定基礎。同時在數控機床的使用與管理方面,制定一系列切合實際、行之有效的措施。3.要為數控機床創(chuàng)造一個良好的使用環(huán)境：由于數控機床中含有大量的電子元件,它們最怕直接照射,也怕潮濕和粉塵、振動等,這些均可使電子元件受到腐蝕變壞或造成元件間的短路,引起機床運行不正常。為此,對數控機床的使用環(huán)境應做到保持清潔、干燥、恒溫和無振動；對于電源應保持穩(wěn)壓,一般只允許±10%波動。4.嚴格遵循正確的操作規(guī)程：無論是什么類型的數控機床,它都有一套自己的操作規(guī)程,這既是保證操作人員人身安全的重要措施之一,也是保證設備安全、使用產品質量等的重要措施。因此,使用者必須按照操作規(guī)程正確操作,如果機床在第一次使用或長期沒有時,應先使其空轉幾分鐘；并要特別注意使用中注意開機、關機的順序和注意事項。5.在使用中,盡可能提高數控機床的開動率：在使用中,要盡可能提高數控機床的開動率。對于新購置的數控機床應盡快投入使用,設備在使用初期故障率相對來說往往大一些,用戶應在保修期充分利用機床,使其薄弱環(huán)節(jié)盡早暴露出來,在保修期得以解決。如果在缺少生產任務時,也不能空閑不用,要定期通電,每次空運行1小時左右,利用機床運行時的發(fā)熱量來去除或降低機的濕度。6.要冷靜對待機床故障,不可盲目處理:機床在使用中不可避免地會出現一些故障,此時操作者要冷靜對待,不可盲目處理,以免產生更為嚴重的后果,要注意保留現場,待維修人員來后如實說明故障前后的情況,并參與共同分析問題,盡早排除故障。故障若屬于操作原因,操作人員要及時吸取經驗,避免下次犯同樣的錯誤。7.制定并且嚴格執(zhí)行數控機床管理的規(guī)章制度:除了對數控機床的日常維護外,還必須制定并且嚴格執(zhí)行數控機床管理的規(guī)章制度。主要包括：定人、定崗和定責任的"三定"制度,定期檢查制度,規(guī)的交接班制度等。這也是數控機床管理、維護與保養(yǎng)的主要容。3.5數控機床分類數控機床可以有多種分類方式,其中最主要的分類方式是：一、按照加工方式分類1.金屬切削類數控機床如數控車床,加工中心,數控鉆床,數控磨床,數控鏜床等等。2.金屬成型類數控機床如數控折彎機,數控彎管機,數控回轉頭壓力機等。3.數控特種加工機床如數控線〔電極切割機床,數控電火花加工機床,數控激光切割機床等。4.其它類型數控機床如火焰切割機床,數控三坐標測量機等。二、按照數控系統(tǒng)功能水平分類1.高檔數控機床2.中檔數控機床3.低檔數控機床四、按照數控機床的功能分類1.經濟型數控機床〔功能少,簡單,價格便易。2.全功能數控機床〔標準型數控機床。五、數控機床的結構及各部分功能:1.程序——編程員所編寫的零件加工程序。2.輸入設備——將程序,指令等輸入到CNC中的操作設備,主要負責錄入程序及參數?！蚕到y(tǒng)操作面板,紙帶機,計算機3.輸出設備——將程序,參數,指令等輸出或顯示,以便操作者進行控制。4.CNC——計算機數字控制系統(tǒng),是整個機床的大腦,一切控制指令都是由此發(fā)出,包括插補運算,軌跡控制,位置控制,報警顯示,程序顯示等等。5.可程控制器——即PLC或PC,是機床與CNC之間的接口,因為CNC所能接收和控制的信號都是弱電信號,而機床各輔助部分均為強電信號,如冷卻,潤滑等,必需在它們之間加信號隔離轉換設備,否則不僅增加系統(tǒng)功耗,更重要的是干擾系統(tǒng)正常工作。6.主軸伺服——對CNC發(fā)出的主軸工作指令〔方向,轉速等進行功率放大,驅動主軸電機旋轉。7.主軸電機。8.伺服放大器——對CNC發(fā)出的軸控制位移指令進行功率放大,驅動各軸伺服電機旋轉。9.伺服電機——驅動各軸絲杠旋轉,帶動工作臺移動。10.位置檢測——直接測量或間接測量工作臺的位置,反饋到CNC,經CNC部進行比較后,輸出位移指令,控制工作臺作進一步的運動。第4章數控車的工藝與工裝削數控車床加工工藝與普通車床的加工工藝類似,但由于數控車床是一次裝夾,連續(xù)自動加工完成所有車削工序,因而應注意以下幾個方面。4.1.合理選擇切削用量對于高效率的金屬切削加工來說,被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質量。經濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高,刀尖溫度會上升,會產生機械的、化學的、熱的磨損。切削速度提高20%,刀具壽命會減少1/2。進給條件與刀具后面磨損關系在極小的圍產生。但進給量大,切削溫度上升,后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大,但在微小切深切削時,被切削材料產生硬化層,同樣會影響刀具的壽命。用戶要根據被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。然而,在實際作業(yè)中,刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質量、切削噪聲、加工熱量等有關。在確定加工條件時,需要根據實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說,可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。4.2.合理選擇刀具1>粗車時,要選強度高、耐用度好的刀具,以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。2>精車時,要選精度高、耐用度好的刀具,以保證加工精度的要求。3>為減少換刀時間和方便對刀,應盡量采用機夾刀和機夾刀片。4.3.合理選擇夾具1>盡量選用通用夾具裝夾工件,避免采用專用夾具；2>零件定位基準重合,以減少定位誤差。4.4.確定加工路線加工路線是指數控機床加工過程中,刀具相對零件的運動軌跡和方向。1>應能保證加工精度和表面粗糙要求；2>應盡量縮短加工路線,減少刀具空行程時間。4.5.加工路線與加工余量的聯系目前,在數控車床還未達到普及使用的條件下,一般應把毛坯上過多的余量,特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數控車床加工時,則需注意程序的靈活安排。4.6.夾具安裝要點目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現的,液壓卡盤夾緊要點如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽,卸下拉管,并從主軸后端抽出,再用搬手卸下卡盤固定螺釘,即可卸下卡盤。常用數控軟件簡介CNC<加工中心>在機械領域飛速普及的今天,電腦造型自然成為機械以及模具從業(yè)人員必學的一種技藝,現實證明,一個懂電腦造型、編程比不懂電腦而同樣技術出色的機械從業(yè)人員,其工資比例相差3—5倍。而且隨著機械加工的先進,必將減少大量的手工人員。會電腦設計的人將處在一個更高的地位?，F在CAD/CAM行業(yè)中普遍使用的是MASTERCAM、CIMATRON、PRO-E、UG、CATIA、CAD...1、MASTERCAM是如今珠三角最常用的一種軟件,它最早進入中國大陸,您去工廠看到的CNC師傅,70%使用MASTERCAM,它集畫圖和編程于一身。繪制線架構最快?？s放功能最好。2、CIMATRON是遲一些進入中國的以色列軍方軟件,在刀路上的功能優(yōu)越于MASTERCAM,彌補了MASTERCAM的不足。該系統(tǒng)現已被廣泛地應用在機械、電子、航空航天、科研、模具行業(yè)。在加工編程中99%使用CIMATRON與MASTERCAM,早期都用這兩種軟件畫圖及編寫數控程式,但在畫圖造型方面功能不是很好。PRO-E在這時候走進中國大陸。3、Pro/E是美國PTC〔參數技術開發(fā)的軟件,十多年來已成為全世界最普及的三維CAD/CAM〔計算機輔助設計與制造系統(tǒng)。廣泛用于電子、機械、模具、工業(yè)設計和玩具等各行業(yè)。集合了零件設計、產品裝配、模具開發(fā)、數控加工、造型設計等多種功能于一體,97年開始在大陸流行,用于模具設計、產品畫圖、廣告設計、圖像處理、燈飾造型設計、可以自動產生工程圖紙,目前大部分企業(yè)都裝有Pro/ENGINEER軟件。它與UG是最好的畫圖軟件,但PRO-E在大陸最流行。用PRO-E畫圖,用MASTERCAM和CIMATRON加工已經公認。4、Unigraphics<簡稱UG>進入大陸比PRO-E晚很多,但同樣是當今世界上最先進、面向制造行業(yè)的CAD/CAE/CAM高端軟件。UG軟件被當今許多世界領先的制造商用來從事工業(yè)設計、詳細的機械設計以及工程制造等各個領域。如今UG在全球已擁有17000多個客戶。?UG自90年進入中國市場以來,發(fā)展迅速,已經成為汽車、機械、計算機及家用電器、模具設計等領域的首選軟件。5、Powermill是英國的編程軟件,刀路最優(yōu)秀,特別適合殘料加工。6、CATIA的最特色的地方就是它的曲面功能強大,應該說是任何一個CAD三維軟件所不能比的,現在國幾乎所有的航空飛機公司都用CATIA,當然UG也在用,但沒有它廣泛,不過小企業(yè)一般還是買不起正版的,國盜版的也少。CATIA是一套集成的應用軟件包,容覆蓋了產品設計的各個方面：計算機輔助設計〔CAD、計算機輔助工程分析〔CAE、計算機輔助制造〔CAM,既提供了支持各種類型的協(xié)同產品設計的必要功能,也可以進行無縫集成完全支持"端到端"的企業(yè)流程解決方案。第5章數控技術的發(fā)展趨勢5.1數控技術發(fā)展概況隨著計算機技術的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革,各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資,對現代制造技術進行研究開發(fā),提出了全新的制造模式。在現代制造系統(tǒng)中,數控技術是關鍵技術,它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體,具有高精度、高效率、柔性自動化等特點,對制造業(yè)實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前,數控技術正在發(fā)生根本性變革,由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上,數控系統(tǒng)實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上,綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術,數控系統(tǒng)實現了高速、高精、高效控制,加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數,實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上,CAD/CAM與數控系統(tǒng)集成為一體,機床聯網,實現了中央集中控制的群控加工。長期以來,我國的數控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構,CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定,加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié),整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下,加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數,無法在現場環(huán)境下根據外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整,更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量,因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見,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構,限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展,已不適應日益復雜的制造過程,因此,對數控技術實行變革勢在必行。5.2數控技術發(fā)展趨勢從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數控系統(tǒng),到現在已走過了半個世紀歷程。隨著電子技術和控制技術的飛速發(fā)展,當今的數控系統(tǒng)功能已經非常強大,與此同時加工技術以及一些其他相關技術的發(fā)展對數控系統(tǒng)的發(fā)展和進步提出了新的要求。趨勢之一：數控系統(tǒng)向開放式體系結構發(fā)展20世紀90年代以來,由于計算機技術的飛速發(fā)展,推動數控技術更快的更新換代。世界上許多數控系統(tǒng)生產廠家利用PC機豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結構的新一代數控系統(tǒng)。開放式體系結構使數控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、可擴展性,并可以較容易的實現智能化、網絡化。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng),如美國科學制造中心<NCMS>與空軍共同領導的"下一代工作站/機床控制器體系結構"NGC,歐共體的"自動化系統(tǒng)中開放式體系結構"OSACA,日本的OSEC計劃等。開放式體系結構可以大量采用通用微機技術,使編程、操作以及技術升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結構的新一代數控系統(tǒng),其硬件、軟件和總線規(guī)都是對外開放的,數控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據這些開放的資源進行的系統(tǒng)集成,同時它也為用戶根據實際需要靈活配置數控系統(tǒng)帶來極大方便,促進了數控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應用,開發(fā)生產周期大大縮短。同時,這種數控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級,而結構可以保持不變。趨勢之二：數控系統(tǒng)向軟數控方向發(fā)展現在,實際用于工業(yè)現場的數控系統(tǒng)主要有以下四種類型,分別代表了數控技術的不同發(fā)展階段,對不同類型的數控系統(tǒng)進行分析后發(fā)現,數控系統(tǒng)不但從封閉體系結構向開放體系結構發(fā)展,而且正在從硬數控向軟數控方向發(fā)展的趨勢。傳統(tǒng)數控系統(tǒng),如FANUC0系統(tǒng)、MITSUBISHIM50系統(tǒng)、SINUMERIK810M/T/G系統(tǒng)等。這是一種專用的封閉體系結構的數控系統(tǒng)。目前,這類系統(tǒng)還是占領了制造業(yè)的大部分市場。但由于開放體系結構數控系統(tǒng)的發(fā)展,傳統(tǒng)數控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn),已逐漸減小。"PC嵌入NC"結構的開放式數控系統(tǒng),如FANUC18i、16i系統(tǒng)、SINUMERIK840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB9/360等數控系統(tǒng)。這是一些數控系統(tǒng)制造商將多年來積累的數控軟件技術和當今計算機豐富的軟件資源相結合開發(fā)的產品。它具有一定的開放性,但由于它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數控系統(tǒng),用戶無法介入數控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結構復雜、功能強大,價格昂貴。"NC嵌入PC"結構的開放式數控系統(tǒng)它由開放體系結構運動控制卡和PC機共同構成。這種運動控制卡通常選用高速DSP作為CPU,具有很強的運動控制和PLC控制能力。它本身就是一個數控系統(tǒng),可以單獨使用。它開放的函數庫供用戶在WINDOWS平臺下自行開發(fā)構造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開放結構運動控制卡被廣泛應用于制造業(yè)自動化控制各個領域。如美國DeltaTau公司用PMAC多軸運動控制卡構造的PMAC-NC數控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機的MELDASMAGIC64構造的MAZATROL640CNC等。

SOFT型開放式數控系統(tǒng)這是一種最新開放體系結構的數控系統(tǒng)。它提供給用戶最大的選擇和靈活性,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和相應的驅動程序一樣。用戶可以在WINDOWSNT平臺上,利用開放的CNC核,開發(fā)所需的各種功能,構成各種類型的高性能數控系統(tǒng),與前幾種數控系統(tǒng)相比,SOFT型開放式數控系統(tǒng)具有最高的性能價格比,因而最有生命力。通過軟件智能替代復雜的硬件,正在成為當代數控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。其典型產品有美國MDSI公司的OpenCNC、德國PowerAutomation公司的PA8000NT等。趨勢之三：數控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展智能化是21世紀制造技術發(fā)展的一個大方向。隨著人工智能在計算機領域的滲透和發(fā)展,數控系統(tǒng)引入了自適應控制、模糊系統(tǒng)和神經網絡的控制機理,不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態(tài)補償等功能,而且人機界面極為友好,并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅動和智能化進給伺服裝置,能自動識別負載并自動優(yōu)化調整參數。世界上正在進行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多,其中日本智能化數控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。趨勢之四：數控系統(tǒng)向網絡化方向發(fā)展數控系統(tǒng)的網絡化,主要指數控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控系統(tǒng)一般首先面向生產現場和企業(yè)部的局域網,然后再經由因特網通向企業(yè)外部,這就是所謂Internet/Intranet技術。隨著網絡技術的成熟和發(fā)展,最近業(yè)界又提出了數字制造的概念。數字制造,又稱"e-制造",是機械制造企業(yè)現代化的標志之一,也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用,越來越多的國用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。數控系統(tǒng)的網絡化進一步促進了柔性自動化制造技術的發(fā)展,現代柔性制造系統(tǒng)從點<數控單機、加工中心和數控復合加工機床>、線<FMC、FMS、FTL、FML>向面<工段車間獨立制造島、FA>、體<CIMS、分布式網絡集成制造系統(tǒng)>的方向發(fā)展。柔性自動化技術以易于聯網和集成為目標,同時注重加強單元技術的開拓、完善,數控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯結,向信息集成方向發(fā)展,網絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。趨勢之五：數控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展隨著數控機床網絡化應用的日趨廣泛,數控系統(tǒng)的高可靠性已經成為數控系統(tǒng)制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言,如果要求在16小時連續(xù)正常工作,無故障率在P<t>＝99%以上,則數控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對某一臺數控機床而言,如主機與數控系統(tǒng)的失效率之比為10:1<數控的可靠比主機高一個數量級>。此時數控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時,而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于10萬小時。如果對整條生產線而言,可靠性要求還要更高。當前國外數控裝置的MTBF值已達6000小時以上,驅動裝置達30000小時以上,但是,可以看到距理想的目標還有差距。趨勢之六：數控系統(tǒng)向復合化方向發(fā)展在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上,為了盡可能降低這些無用時間,人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上,因此,復合功能的機床成為近年來發(fā)