淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

1、大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 題 目： 淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢 II淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢內(nèi)容摘要本文以數(shù)控機床為研究對象，首先闡述了數(shù)控機床的發(fā)展歷程，尤其對其進給伺服系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展過程進行了詳細描述，接下來對我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進行了介紹，并分析了其存在的問題，最后提出了針對我國數(shù)控機床的發(fā)展策略。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；進給伺服系統(tǒng)，機床加工程序目 錄內(nèi)容摘要I前 言11 數(shù)控機床的發(fā)展進程21.1 進給伺服系統(tǒng)21.2 機械傳動系統(tǒng)31.3 數(shù)控機床加工程序的結(jié)構(gòu)32 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢43

2、數(shù)控機床發(fā)展中所存在的問題54 數(shù)控機床的發(fā)展策略6參考文獻8前 言自20世紀(jì)末開始，我國制造業(yè)就開始了逐漸由制造大國向制造強國邁進了腳步，機床制造業(yè)也跟著取得數(shù)控機床快速增長的業(yè)績。機床是先進制造技術(shù)和制造信息集成的重要元素，既是生產(chǎn)力要素，又是重要商品。機床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上能映射出加工技術(shù)的主要趨勢。近年來, 我國在數(shù)控機床和機床工具行業(yè)對外合資合作進一步加強, 無論在精度、速度、性能, 還是智能化方面都取得了相當(dāng)?shù)某煽?。在國際貿(mào)易中, 很多發(fā)達國家把數(shù)控機床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤的主要機電出口產(chǎn)品。因此，對數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展歷程進行總結(jié)分析，將有助于推進我國數(shù)控機床技術(shù)實

3、現(xiàn)跨越式發(fā)展的目標(biāo)。11 數(shù)控機床的發(fā)展進程自上世紀(jì)50年代以來，世界數(shù)控機床主要經(jīng)歷了數(shù)控NC（Numerical Control）和計算機數(shù)控CNC（Computer Numerical Control）2個階段2。數(shù)控NC階段主要經(jīng)歷了以下3代：第1代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代初年，系統(tǒng)全部采用電子管元件，邏輯運算與控制采用硬件電路完成。第2代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)為標(biāo)志。第3代數(shù)控系統(tǒng)，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動了數(shù)控系統(tǒng)的進一步發(fā)展。計算機數(shù)控CNC階段也經(jīng)歷了3代：第4代數(shù)控系統(tǒng)，始

4、于70年代，當(dāng)首個采用小型計算機的CNC裝置芝加哥展覽會上露面時，標(biāo)志著CNC技術(shù)的問世。第5代數(shù)控系統(tǒng)，70年代后期，中、大規(guī)模集成電路技術(shù)所取得成就，促使價格低廉、體積更小、集成度更高、工作可靠的微處理器芯片的產(chǎn)生，并逐步應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。第6代數(shù)控系統(tǒng)，始于90年代初，受通用微機技術(shù)飛速發(fā)展的影響，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以個人計算機(PC)為基礎(chǔ)，向著開放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面進一步發(fā)展。數(shù)控機床通常由控制系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。其中進給伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機床的重要功能部件，其性能是決定數(shù)控機床加工性能的極其重要的技術(shù)指標(biāo)。因此提高進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性與靜態(tài)

5、特性的品質(zhì)是人們始終追求的目標(biāo)。接下來主要介紹一下進給伺服系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程。1.1 進給伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，它是一個很典型的機電一體化系統(tǒng)，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執(zhí)行部件幾個部分組成。是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，它是一個很典型的機電一體化系統(tǒng)，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執(zhí)行部件幾個部分組成。1.1.1步進伺服系統(tǒng) 在20世紀(jì)60年代以前，步進伺服系統(tǒng)是以步進電機驅(qū)動的液壓伺服電動機或是以功率步進電機直接驅(qū)動為特征，伺

6、服系統(tǒng)采用開環(huán)控制。步進伺服系統(tǒng)接受脈沖信號，它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度取決于指令脈沖的頻率或個數(shù)。由于沒有檢測和反饋環(huán)節(jié)，步進電機的精度取決于步距角的精度，齒輪傳動間隙等，所以它的精度較低。而且步進電機在低頻時易出現(xiàn)振動現(xiàn)象，它的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降。又由于步進伺服系統(tǒng)為開環(huán)控制，步進電機在啟動頻率過高或負載過大時易出現(xiàn)“丟步”或“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高容易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。另外步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要的時間也較長，速度響應(yīng)較慢。但是由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，工作可靠，價格較低的特點，在許多要求不高的場合還是可以應(yīng)用的。1.1.2 直流伺服系統(tǒng) 6070年代后，數(shù)控系統(tǒng)大多采用直流伺

7、服系統(tǒng)。直流伺服電機具有良好的寬調(diào)速性能。輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，伺服系統(tǒng)也由開環(huán)控制發(fā)展為閉環(huán)控制，因而在工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域獲得了更加廣泛的運用。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，其相應(yīng)設(shè)備如精密數(shù)控機床、工業(yè)機器人等對電伺服系統(tǒng)提出越來越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而傳統(tǒng)直流電動機采用的是機械式換向器，在應(yīng)用過程中面臨很多問題，如電刷和換向器易磨損，維護工作量大，成本高;換向器換向時會產(chǎn)生火花，使電機的最高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制;直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對其他設(shè)備易產(chǎn)生干擾。1.1.3交流伺服系統(tǒng) 針對直流電動機的缺點，人們一直在努力尋求以交流伺服電動機取代具有機械換向器和電刷的直流伺服

8、電動機的方法，以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是高精度、高性能伺服驅(qū)動領(lǐng)域的需要。但是由于交流電機具有強耦合，非線性的特性，控制非常復(fù)雜，所以高性能運用一直受到局限。自80年代以來，隨著電子電力等各項技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，在矢量控制算法方面的突破，原來一直困擾著交流電動機的問題得以解決，交流伺服發(fā)展地越來越快。1.1.4 直線伺服系統(tǒng) 永磁同步直線電機在推力、動態(tài)性能、定位精度方面比其他直線電機更具優(yōu)越性，因而PMLSM越來越多的用于直線伺服系統(tǒng)中。但由于直線伺服系統(tǒng)存在很大的參數(shù)攝動和負載擾動，此外還存在“邊端效應(yīng)”等問題，因此，采用傳統(tǒng)的比例(P)或比例積分(PI)位置調(diào)節(jié)器的矢量

9、控制系統(tǒng)很難滿足高性能伺服系統(tǒng)的要求。1.2 機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)由數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)，進給運動系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)工作臺與導(dǎo)軌組成。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求。主傳動系統(tǒng)由動力源：電機，傳動系統(tǒng)：定比傳動機構(gòu)、變速裝置，運動控制裝置：離合器、制動器等，執(zhí)行件:主軸。進給運動是以保證刀具與工件相對位置關(guān)系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置精度都受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。進給運動是數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對象。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，還要在進給運動的末端加上位置檢測系統(tǒng)，并將測量的實際位移反饋到控制系統(tǒng)中，以使運動更準(zhǔn)確?；剞D(zhuǎn)工作臺的作

10、用是：按照數(shù)控裝置的指令做回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進給。導(dǎo)軌的作用：起導(dǎo)向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對機床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數(shù)控機床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運動平穩(wěn)性，同時應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、調(diào)整和維護。數(shù)控機床常用的導(dǎo)軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。在數(shù)控機床上常用的滑動導(dǎo)軌有液體靜壓導(dǎo)軌、氣體靜壓導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌。1）液體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)軌工作面間通入具有一定壓力的潤滑油，形成靜壓油膜，使導(dǎo)軌工作面間處于純液態(tài)摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)極低，多用于進給運動導(dǎo)軌。

11、2）氣體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)軌工作面間通入具有恒定壓力的氣體，使兩導(dǎo)軌面形成均勻分離，以得到高精度的運動。這種導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，不易引起發(fā)熱變形，但會隨空氣壓力波動而使空氣膜發(fā)生變化，且承載能力小，故常用于負荷不大的場合。3）貼塑導(dǎo)軌：在動導(dǎo)軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學(xué)材料組成的塑料薄膜軟帶，其優(yōu)點是導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)低，且動靜摩擦系數(shù)接近，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；塑料的阻尼性能好，具有吸收振動能力，可減小振動和噪聲；耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性、可加工性能好；工藝簡單、成本低。滾動導(dǎo)軌的最大優(yōu)點是摩擦系數(shù)很小，一般為0.00250.005，比貼塑料導(dǎo)軌還小很多，且動、靜摩擦系數(shù)很接近，因而運動輕便靈活，在

12、很低的運動速度下都不出現(xiàn)爬行，低速運動平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高。滾動導(dǎo)軌的缺點是抗振性差，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。近年來數(shù)控機床愈來愈多地采用由專業(yè)廠家生產(chǎn)的直線滾動導(dǎo)軌副或滾動導(dǎo)軌塊。這種導(dǎo)軌組件本身制造精度很高，對機床的安裝基面要求不高，安裝、調(diào)整都非常方便。1.3 數(shù)控機床加工程序的結(jié)構(gòu)數(shù)控機床程序分成的程序開始、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分。第一部分 程序開始部分主要定義程序號，調(diào)出零件加工坐標(biāo)系、加工刀具，啟動主軸、打開冷卻液等方面的內(nèi)容。 數(shù)控程序主軸最高轉(zhuǎn)速限制定義G50 S2000，設(shè)置主軸的最高轉(zhuǎn)速為2000RPM，對于數(shù)控車床來說，這是一個非常重要的指令。坐標(biāo)系定義如

13、不作特殊指明，數(shù)控系統(tǒng)默認G54坐標(biāo)系。返回參考點指令G28 U0，為避免換刀過程中，發(fā)生刀架與工件或夾具之間的碰撞和/或干涉，一個有效的方法是機床先回到X軸方向的機床參考點，并離開主軸一段安全距離。刀具定義G0 T0808 M8，自動調(diào)8號左偏刀8號刀補，開啟冷卻液。主軸轉(zhuǎn)速定義G96 S150 M4，恒定線速度S功能定義，S功能使數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)速指令功能，有兩種表達方式，一種是以r/min或rpm作為計量單位。另一種是以m/min為計量單位。數(shù)控車床的S代碼必須與G96或G97配合使用才能設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速或切削速度。G97：轉(zhuǎn)速指令，定義和設(shè)置每分鐘的轉(zhuǎn)速。G96：恒線速度指令，使工件上任何

14、位置上的切削速度都是一樣的。第二部分 程序內(nèi)容部分程序內(nèi)容是整個程序的主要部分，由多個程序段組成。每個程序段由若干個字組成，每個字又由地址碼和若干個數(shù)字組成。常見的為G指令和M指令以及各個軸的坐標(biāo)點組成的程序段，并增加了進給量的功能定義。F功能是指進給速度的功能，數(shù)控車床進給速度有兩種表達方式，一種是每轉(zhuǎn)進給量，即用mm/r單位表示，主要用于車加工的進給。另一種和數(shù)控銑床相同采用每分鐘進給量，即用mm/min單位表示。主要用于車銑加工中心中銑加工的進給。第三部分 程序結(jié)尾部分在程序結(jié)尾，需要刀架返回參考點或機床參考點，為下一次換刀的安全位置，同時進行主軸停止，關(guān)掉冷卻液，程序選擇停止或結(jié)束程序

15、等動作?；貐⒖键c指令G28U0為回X軸方向機床參考點，G0 Z300.0為回Z軸方向參考點。停止指令M01為選擇停止指令，只有當(dāng)設(shè)備的選擇停止開關(guān)打開時才有效；M30為程序結(jié)束指令，執(zhí)行時，冷卻液、進給、主軸全部停止。數(shù)控程序和數(shù)控設(shè)備復(fù)位并回到加工前原始狀態(tài)，為下一次程序運行和數(shù)控加工重新開始做準(zhǔn)備。62 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢進入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數(shù)控機床的發(fā)展是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需

16、求以及計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進步，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍還在不斷擴大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。數(shù)控機床正向高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等方面發(fā)展。2.1 高速化新一代數(shù)控機床為提高生產(chǎn)效率，向超高速方向發(fā)展，采用新型功能部件(如電主軸、直線電機、LM直線滾動系統(tǒng)等)主軸轉(zhuǎn)速達15,000r/min以上。計算機技術(shù)及其軟件控制技術(shù)在機床產(chǎn)品技術(shù)中占的比重越來越大，計算機系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件的復(fù)雜化，帶來了機床系統(tǒng)及其硬件結(jié)構(gòu)的簡化，數(shù)控機床的智能化程度日趨提高。2.2 高精度化一臺機床的重復(fù)定位精度如果能達到0.005 mm(ISO 標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計法)

17、，就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO 標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計法)以下，就是超高精度機床。高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造(CAM)系統(tǒng)的發(fā)展，精密度已達到微米級。2.3 功能復(fù)合化工件一次裝夾，能進行多種工序復(fù)合加工，可大大地提高生產(chǎn)效率和加工精度，是機床一貫追求的。由于產(chǎn)品開發(fā)周期愈來愈短，對制造速度的要求也相應(yīng)提高，機床也朝高效能發(fā)展。機床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品，用一臺電腦控制一條生產(chǎn)線的作業(yè)。產(chǎn)品對外觀曲線要求的提高，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復(fù)合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。2.4 控制智能化 隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)

18、控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ埽胰藱C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。為日本Mazak公司最新推出的Ezizith型臥式加工中心，將信息技術(shù)與制造技術(shù)融為一體。在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，已形成將測量、建模、加工、機器操作四者融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享促進測量、建模、加工、操作一體化的4M智能系統(tǒng)。2.5 體系開放化計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術(shù)更快地更新?lián)Q代。許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家

19、利用Pc機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴展性，并可以較容易地實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。，開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機技術(shù)，使編程、操作以及技術(shù)升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進行系統(tǒng)集成，同時它也為用戶根據(jù)實際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。2.6 驅(qū)動并聯(lián)化并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機

20、床串聯(lián)機構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸(一般為動平臺)與機座(一般為靜平臺)之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機構(gòu)驅(qū)動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運動，可實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點。 并聯(lián)機床作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前機床技術(shù)的一個重要研究方向，受到了國際機床行業(yè)的高度重視，被認為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來在機床行業(yè)中最有意義的進步”和“21世紀(jì)新一代數(shù)控加工設(shè)備”。2.7 極端化(大型化和微型

21、化) 國防、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，所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。2.8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機床故障的遠程診斷、維護等)。例如

22、，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設(shè)備，包括計算機、手機、機外和機內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單元。2.9 新型功能部件為了提高數(shù)控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括： 高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型數(shù)控機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用; 直線電動機：近年來，直線電動機的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負載變化擾動、熱

23、變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機床等;德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機; 電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。2.10 高可靠性數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比，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)電壓的波動和干擾對數(shù)控機床

24、的可靠性極為不利，而數(shù)控機床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數(shù)控機床有高的可靠性，就要精心設(shè)計系統(tǒng)、嚴格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在710萬小時以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內(nèi)最高只有300小時。2.11 加工過程綠色化隨著日趨嚴格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制

25、造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。2.12 多媒體技術(shù)的應(yīng)用 多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。除此以外，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，應(yīng)用于實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應(yīng)用價值。133 數(shù)控機

26、床發(fā)展中所存在的問題由于我國的技術(shù)水平和基礎(chǔ)工業(yè)相對其他發(fā)達國家相比比較落后, 數(shù)控機床的性能、水平和可靠性與工業(yè)發(fā)達國家相比差距還很大。因此, 加速進行中國數(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關(guān), 盡快建成與完善我國數(shù)控機床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成了我國的主要任務(wù)5。目前，我國在發(fā)展數(shù)控機床業(yè)中存在的主要問題主要有以下幾點：1) 缺乏實事求是的科學(xué)精神，忽視了數(shù)控機床本身的技術(shù)特點、發(fā)展規(guī)律，沒有實事求是地制定數(shù)控機床發(fā)展的規(guī)劃，盲目性大。2) 缺乏系統(tǒng)深入的科研工作難以對各種技術(shù)資料進行積累，設(shè)計方法陳舊，僅靠類比模仿進行產(chǎn)品設(shè)計，既缺乏機床創(chuàng)新的基本理論，又缺乏豐富的生產(chǎn)實際經(jīng)驗，對高效自動化機床、數(shù)控機床的

27、剛度、振動、熱變形、噪聲、精度補償?shù)然A(chǔ)技術(shù)缺乏深入研究，對各類機床加工工藝、布局、結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌、卡軸、卡具等應(yīng)用技術(shù)又缺乏認真試驗，難以創(chuàng)新設(shè)計出優(yōu)質(zhì)適銷的先進產(chǎn)品。3) 沒有合理地運用資源這主要表現(xiàn)在兩點，第一，對于所涉及到的研究所、廠房等沒有綜合應(yīng)用、取長補短，往往見到的是他們孤軍作戰(zhàn)，而且各單位忙于生存，普遍缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，更沒有做到生產(chǎn)一代、研制一代、預(yù)研一代等可持續(xù)的發(fā)展；第二，機床行業(yè)人員素質(zhì)低，缺乏各方而人才，而且各研究單位、企業(yè)、人才流失嚴重，科研、設(shè)計力量十分虛弱，往往呈現(xiàn)低效運行狀態(tài)。4) 我國制造業(yè)大環(huán)境的制約。由于沒有在全國范圍內(nèi)發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動化，對高效自

28、動化機床的卞機設(shè)計的基本功較差，而機床的品種結(jié)構(gòu)發(fā)展，全靠主機設(shè)計本領(lǐng)加以變化，因此，依靠引進和合作生產(chǎn)來發(fā)展各類卞機，至今我國許多高性能、新結(jié)構(gòu)的數(shù)控機床大都為合作產(chǎn)品，基本處于仿制階段。5) 缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，高速、柔性、精密機床配套技術(shù)的自主研發(fā)能力低。6) 對國外技術(shù)重引進、輕消化吸收的問題仍很突出?！跋痹谡麄€資金投入中所占的比例相對其他工業(yè)發(fā)達國家來講太低。4 數(shù)控機床的發(fā)展策略從上世紀(jì)80年代起, 我國機床制造業(yè)對數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床一直給予較大的關(guān)注。但是由于我們的數(shù)控技術(shù)與其他工業(yè)發(fā)達國家差距較大，與國外一些先進產(chǎn)品相比，仍存在著很大劣勢, 使得我們總

29、是處于技術(shù)跟蹤階段。面對這種情況，為了加速振興我國的機床制造業(yè)，提高我國的數(shù)控機床技術(shù)，應(yīng)當(dāng)加強以下幾個方面的研究工作：1) 以高速化為先導(dǎo)，提高數(shù)控機床的綜合性能數(shù)控機床的高速化是提高其高效柔性和高精化的一個重要措施。分析中型加工中心的高速化與高精化的發(fā)展歷程，可以得出，作為表征其切削運動高速化的主軸最高轉(zhuǎn)速和最大進給速度，大致持續(xù)地以每10年增長1倍的比率上升，而表征壓縮機床輔助時間的快移速度(指以滾珠絲杠和旋轉(zhuǎn)伺服電機驅(qū)動)和自動換刀/工作臺轉(zhuǎn)位速度，基本上以每1215年翻一番的速度增長，1993年后逐步推廣用直線電動機直接驅(qū)動的新技術(shù)，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅(qū)動時又提高了1

30、倍。高速化的發(fā)展還要多注意2個問題：從先進適用出發(fā)確定高速范圍；高速化要和機床的結(jié)構(gòu)和控制性能相匹配。2) 推進m 工程，研制高效精密數(shù)控機床目前國內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控機床尚缺少高效、高可靠性且加工精度達微米級的產(chǎn)品。為此，需研發(fā)一些能兼顧高效化和高精化的數(shù)控制造裝備以適應(yīng)汽車制造業(yè)加工關(guān)鍵零件的需求。由于這些數(shù)控制造裝備的加工精度主要在微米級（m）范圍內(nèi)，因此可稱為m級制造裝備及技術(shù)研究，簡稱“m 工程”。3) 發(fā)展復(fù)合加工數(shù)控機床、縮短制造過程鏈加快復(fù)合數(shù)控機床的發(fā)展步伐，提高工序的集中度，使加工過程鏈集約化，可以提高多品種單件和中小批量加工的工效，也有利于加工精度的穩(wěn)定性。復(fù)合數(shù)控機床可以減少在

31、不同數(shù)控機床間進行工序的轉(zhuǎn)換而引起的待工以及多次上下料等時間。通常這些時間占零件整個生產(chǎn)周期的40%60%，即使在信息管理良好的情況下，仍將占20%左右。因此，復(fù)合數(shù)控機床具有明顯的技術(shù)效果。為了避免復(fù)合機床因功能的擴展而過多地引起結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和成本的增加，還需要探求兩個問題：通過創(chuàng)新技術(shù)擴大功能部件的適用面來簡化結(jié)構(gòu)；發(fā)展模塊化和可重構(gòu)化的復(fù)合機床。4) 高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)1995年開始研究的在可重構(gòu)制造技術(shù)支持下，構(gòu)建具有適應(yīng)大批量高效柔性化生產(chǎn)的可重組制造系統(tǒng)(RMS)是一個值得注意的發(fā)展動向。其核心為制造系統(tǒng)能物理組態(tài)，即根據(jù)加工對象的變化方便地進行布局和設(shè)備配置的調(diào)整，發(fā)展了能對多變的市場需求做出合理的配置規(guī)劃和易于調(diào)整的布局方式、適應(yīng)重構(gòu)的控制軟件、開放式控制系統(tǒng)和規(guī)范化接口以及能快速提升系統(tǒng)重組后制造