數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 1.數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的進(jìn)展隨著制造業(yè)的進(jìn)展，中小批量生產(chǎn)的趨勢(shì)日益增加，對(duì)數(shù)控機(jī)床的柔性和通用性提出了更高的要求，盼望市場(chǎng)能供應(yīng)不同加工需求，快速高效、低成本地構(gòu)筑面對(duì)用戶的掌握系統(tǒng)，并大幅度地降低維護(hù)和培訓(xùn)的成本，同時(shí)還要求新一代數(shù)控系統(tǒng)具有便利的網(wǎng)絡(luò)功能，以適應(yīng)將來(lái)車間面對(duì)任務(wù)和定單的生產(chǎn)組織和管理模式。為此，近10年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展，各種不同層次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，進(jìn)展很快。目前正朝標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)。單就體系結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致可分為4種類型：傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)如FANUC 0系統(tǒng)、MITSUB

2、ISHI M50系統(tǒng)、Siemens 810系統(tǒng)等。這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。盡管也可以由用戶做人機(jī)界面，但必需使用特地的開(kāi)發(fā)工具（如Siemens的WS800A）耗費(fèi)較多的人力，而對(duì)它的功能擴(kuò)展、轉(zhuǎn)變和修理，都必需求助于系統(tǒng)供應(yīng)商。目前，這類系統(tǒng)還是占據(jù)了制造業(yè)的大部分市場(chǎng)。但由于開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)正在受到挑戰(zhàn)，已漸漸減小。 “PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)如FANUC18i和16i系統(tǒng)、Siemens 840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB 9/360等數(shù)控系統(tǒng)。這是由于一些數(shù)控系統(tǒng)制造商不愿放棄多年來(lái)積累的數(shù)控軟件技術(shù)，又想利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件

3、資源而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。然而，盡管它也具有肯定的開(kāi)放性，但由于它的NC部分仍舊是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)還是不開(kāi)放的。因此，用戶無(wú)法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大，但價(jià)格昂貴?！癙C嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)它由開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)掌握卡+PC機(jī)構(gòu)成。這種運(yùn)動(dòng)掌握卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)掌握和plc掌握力量。它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用。它開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供用戶在WINDOWS平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)構(gòu)造所需的掌握系統(tǒng)。因而這種開(kāi)放結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)掌握卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化掌握各個(gè)領(lǐng)域。如美國(guó)Delta Tau公司用PMAC多軸運(yùn)動(dòng)掌握卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日

4、本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC 64構(gòu)造的MAZATROL 640 CNC等。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)這是一種最新開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它供應(yīng)給用戶最大的選擇和敏捷性，它的CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。就像計(jì)算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡、CD-ROM和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣。用戶可以在基于Windows、Linux的平臺(tái)上，利用開(kāi)放的CNC內(nèi)核，開(kāi)發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SOFT型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價(jià)格比，因而最有生命力。其典型產(chǎn)品有美國(guó)MDSI公司的Open CNC、

5、德國(guó)Power Automation公司的PA8000 NT等。2. 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的進(jìn)展進(jìn)入20世紀(jì)90年月以來(lái)，隨著國(guó)際上計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，數(shù)控技術(shù)正不斷采納計(jì)算機(jī)、掌握理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著高速化、高精化、復(fù)合化、智能化、高柔性化及結(jié)構(gòu)開(kāi)放化等方向進(jìn)展。運(yùn)行高速化、加工高精化速度和精度是數(shù)控設(shè)備的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。新一代數(shù)控設(shè)備在運(yùn)行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。運(yùn)行高速化是指：使進(jìn)給速率、主軸轉(zhuǎn)速、刀具交換速度、托盤交換速度等實(shí)現(xiàn)高速化，并且還具有較高的加（減）速率。當(dāng)今聞名品牌數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給率指標(biāo)都有了大幅度的提高，目前

6、的最高水平是在辨別率為0.001mm時(shí)，最大快速進(jìn)給速度可達(dá)240m/min。在最大進(jìn)給速度下可獲得簡(jiǎn)單型面的精確加工，在程序段長(zhǎng)度為1mm時(shí)，其最大進(jìn)給速度達(dá)30m/min。并且具有1.5g的加減速率。主軸高速化的手段是采納電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），即主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件，從而可將主軸轉(zhuǎn)速大大提高。日本新瀉鐵工所生產(chǎn)的UHS10型超高速數(shù)控立式銑床，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)100000r/min。日本MAZAK公司最新開(kāi)發(fā)的高效臥式加工中心FF510，主軸最高轉(zhuǎn)速15000r/min，并由于具有高加（減）速率，僅需1.8秒即可從0提速到15000r/min（加/減速度1.0g），換刀速度0.9

7、秒（刀到刀）和2.8秒（切削到切削） 、工作臺(tái)（托盤）交換速度6.3秒。在加工高精化方面，提高數(shù)控設(shè)備的加工精度，除提高機(jī)械設(shè)備的制造精度和裝配精度外，現(xiàn)在還可通過(guò)削減數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采納補(bǔ)償技術(shù)來(lái)達(dá)到。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了數(shù)控技術(shù)水平提高，數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置的性能也隨之提高，使得現(xiàn)代的數(shù)控設(shè)備可同時(shí)具備運(yùn)行高速化、加工高精化的性能。功能復(fù)合化復(fù)合化是指工件在一臺(tái)設(shè)備上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀等各種措施，來(lái)完成多工序和多表面的加工。在一臺(tái)數(shù)控設(shè)備上能完成多工序切削加工（ 如車、銑、鏜、鉆等）的加工中心，可代替多機(jī)床和多裝夾的加工，既能削減裝卸時(shí)間，省去工件

8、搬運(yùn)時(shí)間，提高每臺(tái)機(jī)床的力量，削減半成品庫(kù)存量，又能保證形位精度，從而打破了傳統(tǒng)的工序界限和工藝規(guī)程。從近期進(jìn)展趨勢(shì)看，加工中心主要是通過(guò)主軸頭的立臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換和數(shù)控工作臺(tái)來(lái)完成五面和任意方位上的加工，此外還消失了與車削或磨削復(fù)合的加工中心。美國(guó)INGERSOLL公司的Masterhead是工序集中而實(shí)現(xiàn)全部加工的典型代表。這是一種帶有主軸庫(kù)的龍門五面體加工中心（四軸聯(lián)動(dòng)），使其加工工藝范圍大為擴(kuò)大。意大利Mandell公司的五面加工中心，在其刀庫(kù)中增加了一個(gè)可自動(dòng)裝卸的裝在主軸箱上車刀架，利用機(jī)床上可高速回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行車削加工（及作為立車使用）。日本MAZAK公司推出的NTEGEX30車

9、銑中心，備有鏈?zhǔn)降稁?kù)，可選刀具數(shù)量較多，使用動(dòng)力刀具時(shí)，可進(jìn)行較重負(fù)荷的銑削，并具有Y軸功能 （±90mm）,該機(jī)床實(shí)質(zhì)上為車削中心和加工中心的"復(fù)合體。另外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的掌握軸數(shù)已達(dá)24軸，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)可達(dá)6軸。 掌握智能化隨著人工智能技術(shù)不斷進(jìn)展，并為滿意制造生產(chǎn)柔性化、制造自動(dòng)化進(jìn)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，詳細(xì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 加工過(guò)程自適應(yīng)掌握技術(shù)通過(guò)監(jiān)測(cè)加工過(guò)程中的刀具磨損、破損、切削力、主軸功率等信息并反饋，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行調(diào)整運(yùn)算，實(shí)時(shí)修調(diào)加工參數(shù)或加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度值以及設(shè)備運(yùn)行的平安性

10、。Mitsubishi Electric 公司的用于數(shù)控電火花成型機(jī)床的“Miracle Fuzzy”自適應(yīng)掌握器，即利用基于模糊規(guī)律的自適應(yīng)掌握技術(shù)，自動(dòng)掌握和優(yōu)化加工參數(shù)；日本牧野公司在電火花數(shù)控系統(tǒng)MAKINO_MCE20中，用專家系統(tǒng)代替操作人員進(jìn)行加工過(guò)程監(jiān)控，從而降低了對(duì)操具備特地技能的要求。 加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇將加工專家或技工的閱歷、切削加工的一般規(guī)律與特別規(guī)律，按人工智能中學(xué)問(wèn)表達(dá)的方式建立學(xué)問(wèn)庫(kù)存入計(jì)算機(jī)中，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立專家系統(tǒng)，并通過(guò)它供應(yīng)經(jīng) 過(guò)優(yōu)化的切削參數(shù)，使加工系統(tǒng)始終處于最優(yōu)和最經(jīng)濟(jì)的工作狀態(tài)，從而達(dá)到提高編程效率和 加工工藝技術(shù)水平，縮短

11、生產(chǎn)預(yù)備時(shí)間的目的。目前已開(kāi)發(fā)出帶自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電火花加工專家系統(tǒng)。日本大隈公司的7000系列數(shù)控系統(tǒng)帶有人工智能式自動(dòng)編程功能。 故障自診斷功能故障診斷專家系統(tǒng)是診斷裝置進(jìn)展的最新動(dòng)向，其為數(shù)控設(shè)備供應(yīng)了一個(gè)包括二次監(jiān)測(cè)、故障診斷、平安保障和經(jīng)濟(jì)策略等方面在內(nèi)的智能診斷及維護(hù)決策信息集成系統(tǒng)。采納智能混 合技術(shù)，可在故障診斷中實(shí)現(xiàn)以下的功能：故障分類、信號(hào)提取與特征提取、故障診斷專家系統(tǒng)對(duì)否、維護(hù)管理。 智能化溝通伺服驅(qū)動(dòng)裝置目前已開(kāi)頭討論能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸溝通驅(qū)動(dòng)裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動(dòng)裝置能自動(dòng)識(shí)別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并自動(dòng)對(duì)掌

12、握系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。 結(jié)構(gòu)開(kāi)放化由于數(shù)控技術(shù)中大量采納計(jì)算機(jī)的新技術(shù)，新一代數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)向開(kāi)放式系統(tǒng)進(jìn)展。國(guó)際上主要數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)國(guó)及其廠家瞄準(zhǔn)通用個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）所具有的開(kāi)放性、低成本、高牢靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，于20世紀(jì)80年月末、90年月初提出CNC開(kāi)放式的體系結(jié)構(gòu)，以通用微機(jī)的體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成的總線式（多總線）模塊，開(kāi)放型、嵌入式的體系結(jié)構(gòu) ，其軟硬件和總線規(guī)范均是對(duì)外開(kāi)放的，為數(shù)控設(shè)備制造廠和用戶進(jìn)行集成賜予了有力的支持，便于進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，以發(fā)揮其技術(shù)特色。借助PC技術(shù)可便利地實(shí)現(xiàn)圖形界面、網(wǎng)絡(luò)通信，共享PC的資源，使CNC緊跟計(jì)

13、算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展而升級(jí)換代。經(jīng)由加固的工業(yè)級(jí)PC機(jī)已在工業(yè)掌握領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并漸漸成為主流，其技術(shù)上的成熟度使其牢靠性大大超過(guò)了以往的專用CNC硬件。 華中科技高校在"八五"期間討論開(kāi)發(fā)出的具有自主版權(quán)的"華中I型"數(shù)控系統(tǒng)，即為軟、硬件平臺(tái)均對(duì)外開(kāi)放的PC數(shù)控系統(tǒng)。目前，先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)為用戶供應(yīng)了強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)力量，除有RS232C串行口外，還帶有遠(yuǎn)程緩沖功能的DNC（直接數(shù)控）接口，甚至MAP（MiniMAP）或Ethermet（以太網(wǎng)）接口，可實(shí)現(xiàn)掌握器與掌握器之間的聯(lián)接，以及直接聯(lián)接主機(jī)，使DNC和單元掌握功能得以實(shí)現(xiàn)，便于將不同制造廠的數(shù)控設(shè)備用

14、標(biāo)準(zhǔn)化通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái)，促進(jìn)系統(tǒng)集成化和信息綜合化，使遠(yuǎn)程操作、遙控及故障診斷成為可能。 驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化除上述幾個(gè)基本趨勢(shì)外，值得一提的是數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)技術(shù)正在取得重大突破。近年來(lái)已消失了所謂6條腿結(jié)構(gòu)的并聯(lián)加工中心，如美國(guó)GIDDINGSLEWIS公司的VARIAX("變異型")加工中心、INGERSOLL公司的CTAHEDRALHEXAPOD("八面體的六足動(dòng)物")加工中心等。這種新奇的加工中心是采納以可伸縮的6條"腿"(伺服軸)支撐并連接上平臺(tái)(裝有主軸頭)與下平臺(tái)(裝有工作臺(tái))的構(gòu)架結(jié)構(gòu)形式，取代傳統(tǒng)的床身、立柱等支撐結(jié)構(gòu)，而沒(méi)有

15、任何導(dǎo)軌與滑板的所謂"虛軸機(jī)床"(VIRTUAL AXIS MACHINE)。其最顯著的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)床基本性能高，精度和加工效率 均可比傳統(tǒng)加工中心要好。隨著這種結(jié)構(gòu)技術(shù)的成熟和進(jìn)展，數(shù)控機(jī)床技術(shù)將進(jìn)入一個(gè)有重 大變革和創(chuàng)新的新時(shí)代。并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)器人與傳統(tǒng)加工技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其典型結(jié)構(gòu)是由動(dòng)、靜平臺(tái)和6個(gè)可伸縮運(yùn)動(dòng)桿件組成，各運(yùn)動(dòng)桿以球鉸與平臺(tái)連接，并由伺服電機(jī)滾珠絲桿副或直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)桿件的伸縮運(yùn)動(dòng)，工具平臺(tái)能同時(shí)做六個(gè)自由度的空間運(yùn)動(dòng)。如圖1-31所示。由于它沒(méi)有傳統(tǒng)機(jī)床所必需的床身、立柱、導(dǎo)軌等制約機(jī)床性能提高的結(jié)構(gòu)，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等

16、優(yōu)點(diǎn)。其表現(xiàn)為：切削力由桿件擔(dān)當(dāng)，僅受軸向載荷而沒(méi)有彎扭載荷，機(jī)床變形小、承載力量強(qiáng)；無(wú)需以增加部件質(zhì)量來(lái)提高剛度，機(jī)床重量輕、慣量小，可實(shí)現(xiàn)高的運(yùn)動(dòng)速度和加速度；以桿件作為運(yùn)動(dòng)部件，通用性好，模塊化程度高，可便利地進(jìn)行各種組合，形成不同的加工設(shè)備；沒(méi)有導(dǎo)軌，可排解通常的磨損和幾何誤差等對(duì)加工精度的影響；結(jié)構(gòu)對(duì)稱，易于進(jìn)行力、熱變形的補(bǔ)償?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)化隨著信息技術(shù)和數(shù)字計(jì)算機(jī).技術(shù)的進(jìn)展，尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展，世界正在經(jīng)受著一場(chǎng)深刻的"革命"。在以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化為基本特征的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化以及新的制造哲理深刻地影響新世紀(jì)的制造模式和制造觀念。作為制造裝備的數(shù)控機(jī)床也必需適應(yīng)新