數(shù)控技術研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

35/35HYPERLINK"/"數(shù)控技術研究現(xiàn)狀及進展趨勢1國內(nèi)外數(shù)控技術進展狀況20世紀人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應用，計算機及操縱技術在機械制造設備中的應用是世紀內(nèi)制造業(yè)進展的最重大的技術進步。自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今差不多歷了50個年頭。數(shù)控設備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機，形成龐大的數(shù)操縱造設備家族，每年全世界的產(chǎn)量有10～20萬臺，產(chǎn)值上百億美元?！笆濉皠倓傞_始，國防科工委就明確提出了在軍工企業(yè)中投入6．8億元，用于對1．2－1．8萬臺機床的數(shù)控化改造。目前，國際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠是日本FANUC公司，1年生產(chǎn)5萬套以上系統(tǒng)，占世界市場約40％左右，其次是德國的西門子公司約占15％以上，再次是德海德漢爾、西班牙發(fā)格、意大利菲地亞、法國的NUM、日本的三菱、安川。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廠家主要有華中數(shù)控、北京航天機床數(shù)控集團、北京凱恩帝、北京凱奇、沈陽藝天、廣州數(shù)控、南京新方達、成都廣泰等，國產(chǎn)數(shù)控生產(chǎn)廠家規(guī)模都較小，年產(chǎn)都還沒有超過300～400套。近10年，數(shù)控機床為適應加工技術進展，在以下幾個技術領域都有巨大進步。1．1高速化由于高速加工技術普及，機床普遍提高各方面速度，車床主軸轉速由3000～4000r／min提高到8000~10000r／min，銑床和加工中心主軸轉速由4000～8000r／min提高到12000r／min、24000r／min、40000r／min以上快速移動速度由過去的10～20m／min提高到48m／min、60m／min、80m／min、120m／min，在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，其已由過去一般機床的0．5G（重力加速度）提高到1．5～2G，最高可達15G，直線電機在機床上開始使用，主軸上大量采納內(nèi)裝式主軸電機。1．2高精度化數(shù)控機床的定位精度已由一般的0．01～0．02mm提高到0．008mm左右，亞微米級機床達到0．0005mm左右，納米級機床達到0．005～0．01μm，最小分辨率為1nm（0．000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已有產(chǎn)品。數(shù)控中兩軸以上插補技術大大提高，納米級插補使兩軸聯(lián)動出的圓弧都能夠達到1μ的圓度，插補前多程序段預讀，大大提高插補質(zhì)量，并可進行自動拐角處理等。1．3復合加工、新結構機床大量出現(xiàn)如5軸5面體復合加工機床，5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。也派生出各新穎的機床結構，包括6軸虛擬軸機床，串并聯(lián)鉸鏈機床等。采納專門機械結構，數(shù)控的特殊運算方式，特殊編程要求。1．4使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機床“如虎添翼”如內(nèi)冷鉆頭由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑，在鉆深孔時大大提高效率。加工鋼件切削速度能達1000m／min，加工鋁件能達5000m／min。1．5數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)治理數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機床的差不多要求，它不僅是提高數(shù)控機床開動率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機集成制造、網(wǎng)絡制造、異地診斷、虛擬制造、異行工程等等各種新技術都在數(shù)控機床基礎上進展起來，這必定成為21世紀制造業(yè)進展的一個要緊潮流。2數(shù)控技術的進展趨勢2．1性能進展方向（1）高速高精高效化。速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采納了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU操縱系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。（2）柔性化。柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采納模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。（3）工藝復合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向進展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術軸，西門子880系統(tǒng)操縱軸數(shù)可達24軸。（4）實時智能化。早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務，以確保任務在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術進展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用進展，由此產(chǎn)生了實時智能操縱這一新的領域。2．2功能進展方向2．2．1用戶界面圖形化用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們能夠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)。2．2．2科學計算可視化科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而能夠直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產(chǎn)品設計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術領域，可視化技術可用于CAD／CAM，如自動編程設計、參數(shù)自動設定、刀具補償和刀具治理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。2．2．3插補和補償方式多樣化多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D＋2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補（非均勻有理B樣條插補）、樣條插補（A、B、C樣條）、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?．3體系結構的進展2．3．1集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、E-PLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。2．3．2模塊化硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。2．3．3網(wǎng)絡化機床聯(lián)網(wǎng)可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。3智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計算機智能技術、網(wǎng)絡技術、CAD／CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)操縱體系。4展望制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，對21世紀我國數(shù)控技術與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關重要。本章對數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)進展趨勢的分析，對我國數(shù)控領域存在的問題進行研究的基礎上，對21世紀我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)的進展途徑進行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續(xù)進展道路的總體進展戰(zhàn)略。在此基礎上，研究了發(fā)展新型數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件、數(shù)控機床整機等的具體技術途徑。衷心希望，我國科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經(jīng)濟帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰(zhàn)，使我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)最終走向世界的前列。數(shù)控技術和數(shù)控機床是制造業(yè)現(xiàn)代化的基礎，是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。我國在從制造大國向制造強國轉變的過程中，大力進展數(shù)控技術具有重要意義。我國數(shù)控技術的現(xiàn)狀表現(xiàn)在以下幾個方面：1數(shù)控系統(tǒng)的硬件技術進展迅速

隨著集成電路及計算機技術的迅猛進展，給數(shù)控硬件技術的更新?lián)Q代注入新的活力，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)普遍采納超大規(guī)模集成電路(VLSI)、專用芯片(ASIC)及數(shù)字信號處理(DSP)技術。在電氣裝聯(lián)上廣泛采納表面安裝(SMT)、三維高密度(threedimensionalhighdensity)技術，極大地提高系統(tǒng)的可靠性。高速高性能存儲技術，比如閃耀存儲(flashmemory)，移動存儲(PCMCIAcard)等極大地點便用戶。薄膜晶體管液晶顯示器(TFTLCD)技術使得顯示裝置趨于平板化，更便于機電一體化安裝并改善人機界面。作為數(shù)控系統(tǒng)核心的處理器廣泛采納“位以上的高速RISCCPU，保證高速、高精度的數(shù)控加工。2體系結構向開放式進展

開放式數(shù)控的討論已有好些年了，然而應該看到，關于開放式結構至今沒有一致性的定義。某些用戶認為開放式表示能夠同意當?shù)厥褂玫耐ㄐ艆f(xié)議;而另一些用戶認為開放式意味著所有操縱器操作界面完全一致;對機床應用工程師而言，開放式意味著對刀架移動、傳感器和邏輯操縱有標準的輸入/輸出接口;對大公司和大學的研究工程師來講，開放式意味著以上這些均來自隨即拿來就用的積木塊。由于來自最終用戶和集成商(機床廠)的壓力，開放式結構的開發(fā)工作正在向前進展并將持續(xù)下去。目前的一個積極成果即是基于PC的CNC，即PC-based。3實時操作系統(tǒng)進入CNC

嚴格意義上講，數(shù)控操縱軟件中包含著實時操作系統(tǒng)的思想，例如任務調(diào)度、存儲器治理、中斷處理等，但這種技術是隱含的，是和數(shù)控應用程序比如插補，伺服、譯碼等混合的。每一個數(shù)控系統(tǒng)差不多上獨特的，不透明的。這種情況關于最終用戶和系統(tǒng)集成商而言帶來諸多不便。在開放式數(shù)控呼聲日益高漲的今天，研究實時操作系統(tǒng)在CNC軟件中的應用是順理成章的事。特不是最近嵌入式實時操作系統(tǒng)的技術進展迅猛，這關于數(shù)控操縱軟件的開發(fā)將產(chǎn)生革命性的阻礙。選擇一個合適的商用嵌入式實時操作系統(tǒng)，將插補、伺服、譯碼、數(shù)據(jù)處理等數(shù)控應用軟件往上“掛”，最終移植到一個硬件環(huán)境中去，形成最終使用戶中意的數(shù)控系統(tǒng)，也確實是個性化的CNC系統(tǒng)，這將是開放式數(shù)控的要緊方向。

4現(xiàn)場總線技術開始廣泛使用

現(xiàn)場總線(fieldbus)實質(zhì)上是工控網(wǎng)絡中的低檔產(chǎn)品。因為底層設備通信有以下特點。

1)通信環(huán)境惡劣，可能受到溫度、濕度變化、塵埃、電壓波動、機械振動和電磁場干擾等因素阻礙。

2)信息傳遞要緊是設備與設備之間，故對通信可靠性要求高。

3)通信內(nèi)容和時刻一般能夠預先設定，隨機、自發(fā)產(chǎn)生的信息相對較少，這可使通信協(xié)議大大簡化。

4)由于有較多的監(jiān)控信息，實時性要求高。

5)要求有一定的故障診斷和容錯能力，以防止不必要的系統(tǒng)故障。

6)距離短，頻度高。5PLC功能接著增強

可編程操縱器(PLC)在數(shù)控機床上要緊完成MST功能(輔助功能)，即除了主運動以外的輔助功能，但目前PLC在數(shù)控機床上的功能正在逐漸擴大，例如：1)可通過報警文本編輯產(chǎn)生個性化的診斷頁面。2)PLC直接操縱坐標軸。3)在系統(tǒng)配置和初始化時發(fā)揮作用，那個作用對西門子系統(tǒng)的PLC最為明顯。6CNC的通訊、網(wǎng)絡功能不斷擴大

從早期的DNC，RS232、422和485一直到目前的MAP，EtIlemet等，數(shù)控機床的網(wǎng)絡通訊功能在不斷增強。為解決大容量零件加工程序的傳遞和存儲，一是可采納DNC中的前端機進行分配和傳輸，即形成DNC主機一前端機.CNC的三層模式。而一臺前端機可操縱多臺CNC。另外一種，關于帶PCMC認卡的CNC系統(tǒng)，可利用該存儲卡傳遞加工程序(一張卡為5—8M)。第二種最簡單的方法可利用CNC和后臺編輯功能，在切削時同時傳遞零件加工程序。7數(shù)字式交流伺服成為主流

數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)體積小，性能好，調(diào)試方便，克服了過去模擬伺服系統(tǒng)用電位器調(diào)節(jié)的不便。通過數(shù)字設定可優(yōu)化速度、電流環(huán)，可進行轉矩限制，進行加減速操縱，另外能夠和外部計算機通訊，備份伺服參數(shù)，并在上位機顯示電流、扭矩波形，便于觀看。8數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境越來越友好

數(shù)控系統(tǒng)如何安裝在一臺機床上，這確實是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。除了硬件聯(lián)結之外要緊有兩個方面的問題，一個是PLC梯形圖的編寫。另一個是機床參數(shù)的確定。前者要緊解決輔助功能的匹配，比如機床冷卻、潤滑、主軸正、反轉以及機床操作面板的適配。而后者要緊匹配機床的主運動，例如進給速度，加減速，行程限制等。那個地點要緊介紹PLC梯形圖的開發(fā)問題。早期的數(shù)控機床的梯形圖是由CNC工程師依照機床的功能編寫的。編譯完以后再插入到數(shù)控軟件中去，隨著數(shù)控技術的普及，原先由數(shù)控系統(tǒng)制造商壟斷的接口軟件開發(fā)已轉移到機床廠或數(shù)控集成商。用戶可依照CNC制造商提供的集成方法和文件自行開發(fā)，大大促進了數(shù)控技術的進展和普及?，F(xiàn)在為了減輕機床廠和系統(tǒng)集成商編寫梯形圖的負擔，西門子公司在802D系統(tǒng)中提供了PLC應用程序?qū)嵗妥映绦驇熘v明，最終用戶在編寫梯形圖時，只要利用參數(shù)調(diào)用就能夠完成梯形圖的編寫，大大方便了用戶并節(jié)約了時刻。9數(shù)控相關技術和社會服務體系正在逐步完善

數(shù)控相關技術，首推CAD/CAM，目前商用的CAD/CAM軟件十分豐富，UG-II，Pro/E，Solidworks，Mastercam等已十分普遍。并將工藝設計(CAPP)內(nèi)容融合到里面去，給用戶提供典型工藝方案以供選擇。所生成的數(shù)控零件加工程序更符合實際需要。目前存在的普遍問題是CAD/CAM軟件產(chǎn)生的二進制文件(刀位文件)均要通過后置處理轉化為字符串文件，供給數(shù)控機床使用。而這些零件加工程序一進入數(shù)控系統(tǒng)后又還原二進制文件以供插補等運算。這種信息傳遞的過程專門難做到高效、優(yōu)質(zhì)、快捷。人們期待著一種CAD/CAM/CNC的高效信息傳遞方式，那個地點還有較長的路要走。1數(shù)控技術進展現(xiàn)狀1．1國外數(shù)控技術進展現(xiàn)狀目前國外數(shù)控系統(tǒng)技術進展的總體趨勢如下：①新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和開放式體系結構方向進展。②驅(qū)動裝置向交流、數(shù)字化方向進展。③增強通信功能，向網(wǎng)絡化進展。④數(shù)控系統(tǒng)在操縱性能上向智能化進展。國外具有世界阻礙力的機床公司有專門多，在此重點介紹以下幾家。(1)日本山崎馬扎克公司開發(fā)出了2種可使用長鏜桿切削工件的復合加工機床，一種是以臥式車床為原型，與臥式加工中心(MC)組合而成的臥式復合加工機床“INTEGREXe一650HII”；另一種是以立式車床為原型，與立式MC組合而成的立式復合加工機床“INTEGREXe一1060V／8IIRAM”。INTEGREXeII系列裝載了MAZATROLMATRIX以及各種新功能，以MarkII為名稱，是對2l世紀的制造工廠帶來革命性沖擊的劃時代的復合加工機。其要緊特點是主軸最高轉速1600r／min，快移速度40m／min，刀具庫容量40把，刀具更換時刻(刀到刀)1．8s(刀具質(zhì)量20kg以下)。新的臥式復合加工機床在MC端的主軸軸頭上安裝一個帶有長849mm鏜桿的“長鏜桿架”。該鏜桿架自頂端起依次由刀具、長柄和刀架組成。該鏜桿架的后端有4個固定位置，由操作人員將其裝在MC一側設計有相同固定位置的主軸軸頭上。MC一側的主軸除從機床正面觀看處于縱深方向的y軸外，還有一個B軸(位于l，軸四周的軸)。l，軸的可動范圍為650mm，B軸的轉動范圍在1800以上。長鏜桿架與MC一側的主軸軸頭的上述動作聯(lián)動。在由車床主軸(工件主軸)固定的工件外周上能夠加工任意角度的軸孔。而且還能在最后形成的軸孔內(nèi)徑上切削溝槽等。而立式復合加工機床并沒有在MC主軸軸頭上安裝用于鏜桿加工的刀架，而是沿著機床立柱在主體垂直方向安裝一個供鏜桿使用的柱塞。這種柱塞具有900mm的行程，固定在鏜桿桿頭上的刀具在工件內(nèi)面可達到900mm的深度。同時還配備供鉆孔加工工具專用的自動工具更換裝置(ATC)，從進料斗中預備的6種工具中選擇并固定所使用的工具的工作由ATC自動完成。該ATC是在MC一側的ATC之外另外設計的。立式復合加工機床采納由MC主軸和鉆孔柱塞組成的“雙頭”結構。因此，在其中一方進行切削的過程中，通過讓另一方移至可動范圍之外處于待機狀態(tài)，防止二者相互干擾。(2)美國法道VMC4020C機床是由上海法道機床有限公司嚴格按照美國法道公司的技術標準在國內(nèi)組裝生產(chǎn)。其具有16．8kW(22．5hp)強大的主軸電動機在全轉速范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的扭矩輸出。主軸采納無齒輪雙速電子調(diào)速系統(tǒng)，更寬的調(diào)速范圍提供更好的運行特性。主軸轉速最高可達到7500r／rain。采納獲得專利的刀柄拉桿機構，確保刀具在強力切削中的鎖緊。不管是切削鋼件依舊鋁件，都保證其有充分的動力，既可重切削又可高速切削。剮性攻絲在150～1500r／min高速下可保證螺矩和深度精度，且不須額外配備攻絲夾頭。床身采納整體鑄造，內(nèi)部遍布網(wǎng)狀加強筋結構。重型鑄鐵的矩型導軌提供更大的接觸面，實現(xiàn)最佳的減振性能和剛性。伺服電動機采納世界名品BALDO電動機，高達16900N的軸推力，有著高的安全可靠性。機床全部采納直徑達到40mm的日本精工滾珠絲杠，在低速下提供工作臺的高速移動，延長絲杠壽命，同意長時刻重載運行。工作臺的承載能力可達到1700kg。加高的z軸立柱，有著長達711mm的垂直行程。主軸端面到工作臺面距離可達102～813nun。可容納21把刀具的全封閉刀庫，最大刀具直徑(鄰位無刀具)可達到152mill，刀具最大重量可達6．8kg。(3)CNC6132／40數(shù)控車床配備西門子(SINU—MERIK801)系統(tǒng)和交流伺服單元，采納自動刀架及手壓式潤滑系統(tǒng)。該機床床身導軌采納超音頻淬火工藝，最大工件回轉直徑為400mill，耐磨性強，精度保持性好；主軸系統(tǒng)結構先進，回轉精度高，抗振性好，主軸轉速范圍100—1600r／min，具有運行平穩(wěn)、工作可靠、精度高、功能豐富、操作方便、應用范圍廣等特點，能自動完成開深槽、坯料去除、螺紋車削、深孔、彈性攻絲等，都能夠通過固定的車削循環(huán)以及豐富的編程指令集來實現(xiàn)。適合于多品種、中小批量產(chǎn)品的加工。(4)德馬吉(DMG)公司生產(chǎn)的CTX310ECO通用車床其主軸驅(qū)動在無級可調(diào)情況下，轉速可達5000r／min，輸出功率為llkW，扭矩為112N·Ill，可為書51—200mm直徑范圍的高要求車削操作提供最佳的前提條件。在此，主軸上的直接測量系統(tǒng)與可供選擇的法那科或西門子提供的高端CNC操縱器相結合，提供最高的定位精度。此外，在標準配置中就已擁有德馬吉的創(chuàng)新產(chǎn)品——1個帶有12個刀位的VDI30刀塔，其中的6個刀位能夠選配動力刀具并配置C軸。除此之外，用于軸加工的可編程移動的尾座也包含在標準配置中；標準配置中還包括在所有軸上用于保證工藝穩(wěn)定性及工件加工精度的直線滾動導軌。每根軸均配有數(shù)字驅(qū)動裝置，它使x軸的快移速度可達到24m／min，Z軸的快移速度可達到30m／min。在操控方面，不管是CTX310ECO依舊CTX510ECO，都采納西門子和發(fā)那科的高科技三維CNC數(shù)控系統(tǒng)，同時還提供最大可達15英寸的彩色LCD操作顯示器，標準鍵盤和電子操縱手輪。除了在任何情況下都極具講服力的硬件配置，CTX310ECO和CTX510ECO外，還有若干在現(xiàn)場信息領域內(nèi)支持操作人員對車床進行舒適操控的軟件，其中包括整合在西門子操縱系統(tǒng)中的ShopTum圖形化編程軟件以及法那科操縱系統(tǒng)中的ManualGuidei圖形化編程軟件。ECO系列產(chǎn)品在操控方面的其他過人之處在于強大的刀具治理以及直觀的圖形界面設置，還具有強大的圖形界面故障診斷功能。1．2國內(nèi)數(shù)控技術進展現(xiàn)狀我國數(shù)控技術起步于20世紀50年代末期，經(jīng)歷了初期的封閉式開發(fā)時期，“六五”、“七五”期間的消化汲取、引進技術時期，“八五”期間建立國產(chǎn)化體系時期，“九五”期間產(chǎn)業(yè)化時期，現(xiàn)已差不多掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控專業(yè)人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。目前，較具規(guī)模的企業(yè)有廣州數(shù)控、航天數(shù)控、華中數(shù)控等，生產(chǎn)了具有中國特色的經(jīng)濟型、普及型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)半個世紀的進展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認可，在市場上站穩(wěn)了腳跟。然而由于系統(tǒng)技術含量低，產(chǎn)生的附加值少，不具備與進口系統(tǒng)進行全面抗衡的能力，只在低端市場占有一席之地，還不能為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)起到支撐的作用，與國外相比，還有不小的差距。要緊問題有以下幾方面：(1)技術創(chuàng)新成分低、消化汲取能力不足目前我國數(shù)控技術的研究要緊依舊依照國外開發(fā)的一些模式按部就班地進行。真正創(chuàng)新的成分不多，對國外技術的依靠度較高，對所引進技術的消化依舊停留在掌握已有技術和提高國產(chǎn)化率上，沒有完全形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術創(chuàng)新能力。技術引進是加快我國控技術進展的一條重要途徑，但引進的技術要實現(xiàn)從全然上提高我國數(shù)控技術水平，必須進行充分的消化汲取。消化汲取的力度不強，不但無法擺脫對國外技術的依靠，而且還會造成對國外技術依靠性增強的反作用。(2)技術創(chuàng)新環(huán)境不完善我國尚未形成有利于企業(yè)技術創(chuàng)新的競爭環(huán)境。企業(yè)技術創(chuàng)新的動力來源于對經(jīng)濟利益的追求和外部市場的競爭壓力，其技術創(chuàng)新意識不強。企業(yè)還沒有建立良好的技術創(chuàng)新機制，絕大部分企業(yè)的技術創(chuàng)新組織仍處于一種分散狀態(tài)，專門難取得高水平的科研成果。(3)產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性不高可靠性的指標一般采納平均無故障時刻(MTBF，單位為h)，國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時刻在10000h以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時刻僅為3000—6000h。這使得可靠性、穩(wěn)定性上就與國外技術相差專門大，必定阻礙產(chǎn)品的市場占有率。(4)網(wǎng)絡化程度不夠我國數(shù)控技術的網(wǎng)絡化程度不夠，目前要緊用于NC程序傳送，采納紙帶閱讀器、串口通訊技術，其集成化、遠程故障排除、網(wǎng)絡化水平有限。(5)體系結構不夠“開放”大部分數(shù)控產(chǎn)品體系結構不夠開放，用戶接口不完善，少數(shù)具有開放功能的產(chǎn)品又不能形成真正的產(chǎn)品，只是停留在試驗、試制時期。用戶不能依照自己的需要將積存的技術經(jīng)驗融入到系統(tǒng)中，無形中流失了專門多對數(shù)控技術改進、創(chuàng)新和完善的資源。針對以上存在的不足，國內(nèi)機床公司廠家作出了專門大的努力。目前，較具規(guī)模的企業(yè)有廣州數(shù)控、航天數(shù)控、華中數(shù)控等，生產(chǎn)了具有中國特色的經(jīng)濟型、普及型數(shù)控系統(tǒng)。下面作簡單的介紹。(1)華中“世紀星”數(shù)控系統(tǒng)在功能和配置方面遠優(yōu)于國外普及型數(shù)控系統(tǒng)。特不是在多軸(9軸)聯(lián)動、三維圖形顯示、動態(tài)仿真、大容量程序內(nèi)存、雙向螺距補償、漢字界面、網(wǎng)絡功能、開放體系結構、哪彩色腳糕LWO豁f貉-。＼，一平昂-朋洲Repons綜述薄形顯示器等配置方面，已達到國外高檔系統(tǒng)(如FANUC18、SIMENSE一840)的水平。眾所周知，國外的高檔數(shù)控系統(tǒng)價格特不昂貴，如意大利Fidia仿形數(shù)控系統(tǒng)價格為60一70萬元人民幣，英國的雷尼紹仿形測頭價格高達28萬元人民幣；德國Walter的數(shù)控工具磨床，僅一種刀具的編程軟件即需l萬美元。而華中數(shù)控與菲地亞相同檔次的仿形數(shù)控系統(tǒng)價格約僅為其1／3。此外，若進口五軸聯(lián)動以上的數(shù)控系統(tǒng)，還受到西方政府的管制，要對最終用戶和最終用途進行調(diào)查，限制其使用，若認為與軍事工業(yè)有關，則不予批準。即使我國民用工業(yè)能購進口這類設備，其價格也特不昂貴，僅一套CNC單元價格高達20多萬元人民幣，而華中數(shù)控五軸CNC，價格約為其1／4。另外開放式、網(wǎng)絡化已成為當今數(shù)控系統(tǒng)進展的要緊趨勢。華中“世紀星”系列數(shù)控系統(tǒng)包括世紀星HNC一18i、HNC一19i、HNC一2I和HNC一22四個系列產(chǎn)品，均采納工業(yè)微機(IPC)作為硬件平臺的開放式體系結構的創(chuàng)新技術路線，充分利用PC軟、硬件的豐富資源，通過軟件技術的創(chuàng)新，實現(xiàn)數(shù)控技術的突破。通過工業(yè)PC的先進技術和低成本保證數(shù)控系統(tǒng)的高性價比和可靠性。并充分利用通用微機已有軟硬件資源和分享計算機領域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯(lián)網(wǎng)通訊等技術，使數(shù)控系統(tǒng)能夠伴隨PC技術的進展而進展，從而長期保持技術上的優(yōu)勢。(2)廣州數(shù)控生產(chǎn)的GSK983M系統(tǒng)是中高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，該系統(tǒng)最多可實現(xiàn)5軸4聯(lián)動，可實現(xiàn)高速高精閉環(huán)加工，最高移動速度達24m／mim，精度達?？蓪崿F(xiàn)12種固定循環(huán)，空間螺旋線插補，刀補C，螺補，用戶宏A／B，比例縮放，坐標系旋轉等等功能；內(nèi)嵌式PMC，192／128個I／0點，5000步容量，梯圖編程，大大方便和簡化機床強電設計并可由用戶自行二次開發(fā)?？蓪崿F(xiàn)DNC加工，程序及參數(shù)傳輸功能，極大方便于加工程序備份保存和機床調(diào)整。圖形顯示，中／英文菜單，后臺編輯；配備10．4英寸TFT液晶顯示器。具有低價格、高性能、高可靠性，等等優(yōu)點，較適合用于銑床和小型加工中心。其加工穩(wěn)定性在國產(chǎn)系統(tǒng)中占有一定的優(yōu)勢，該系統(tǒng)已被國內(nèi)絕大多數(shù)機床廠家認可。(3)北京航天數(shù)控系統(tǒng)有限公司最新推出的CASNUC2100E數(shù)控系統(tǒng)是一個將PCI04板嵌入到操縱系統(tǒng)中的一體化的車、銑床閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將操縱系統(tǒng)、顯示面板、操作面板集于一體，結構緊湊，易于安裝；彩色LCD顯示，具有功能全面、性能可靠、連接簡單、性價比高等優(yōu)點。CASNUC2100E數(shù)控系統(tǒng)適用于車床、銑床、鉆床、磨床等4軸以下的機械設備操縱。(4)凱奇數(shù)控開發(fā)的NC一110系統(tǒng)采納開放式結構，模塊化設計，嵌入式PC機．可跟蹤PC機的技術進展，不斷豐富系統(tǒng)的功能，保持系統(tǒng)的高處理速度。該系統(tǒng)通過廣泛的國際、國內(nèi)合作，能為用戶提供最佳的軟硬件配置方案和合理的性能價格比。系統(tǒng)可進行多過程操縱，大容量程序存儲，內(nèi)藏PLC操縱器，提供充足的I／O點。系統(tǒng)采納一體化設計，使用維修方便，并通過嚴格的國內(nèi)外電磁兼容性和環(huán)境試驗、檢測，具有高可靠性。軟件功能強大，可操縱多種機床，如車床、銑床、各種類型加工中心、磨床等。該系列產(chǎn)品已在國內(nèi)外得到廣泛應用。(5)由齊齊哈爾二機床集團、清華大學和哈爾濱電機廠有限公司“產(chǎn)學研用”緊密合作開發(fā)的XNZD2415大型龍門式五軸聯(lián)動混聯(lián)機床，是我國在并聯(lián)機床研究方面的一個突破。該機床結合串聯(lián)結構與并聯(lián)結構的優(yōu)點，采納雙柱龍門工作臺移動式，用直線驅(qū)動實現(xiàn)虛擬空間坐標位置變換。結構簡單，多自由度運動能力強，具有較高的柔性和工藝集成度。并聯(lián)運動采納兩組平行四邊形機構，A／C擺角銑頭采納雙蝸桿消隙機構驅(qū)動，交叉滾柱軸承支撐，剛度高，保證了主軸進給剛度及精度，實現(xiàn)A軸轉角±1050、C軸連續(xù)轉角O～4000，可實現(xiàn)葉片、導葉等復雜空間曲面的加工。由清華大學開發(fā)的基于RT—Linux的數(shù)控系統(tǒng)采納高精度操縱算法，應用數(shù)控后置處理系統(tǒng)將標準刀位文件轉換為標準加工代碼。(6)山東大學研制的具有自主知識產(chǎn)權的內(nèi)裝式電動機驅(qū)動的磁懸浮軸承高速主軸單元樣機。通過采納遺傳算法對電磁軸承進行了多目標優(yōu)化設計，開展了磁懸浮軸承的仿真研究、軸承剛度測試以及工業(yè)磨削試驗、磁懸浮軸承起浮實驗等。該主軸單元樣機的最高轉速達到34000r／rain，剛度達645．9N／p,m，回轉精度達0．0015mm。數(shù)字操縱器采納DSPTMS320VC33為系統(tǒng)硬件平臺，PC機監(jiān)視狀態(tài)實時顯示。通過在濟南四機數(shù)控機床有限公司研制的J4K一095數(shù)控內(nèi)外圓復合磨床上進行磨削試驗，目前磨出的鋼件內(nèi)孔表面粗糙度為0．89p,m。(7)南京數(shù)控機床公司開發(fā)的高效、大型車削單兀是國內(nèi)重機、軍工和航天等行業(yè)急需的設備。通過大型車削加工單元的研制，主軸最大輸出扭矩達2500N·m，主軸最高轉速2500r／min，可適合大扭矩切削。高加工效率。同時對主軸的加工工藝，軸單元的動平衡，主軸箱體孔的研磨工藝，軸承與主軸和箱體孔的眄己合，主軸軸承的預加負荷及溫升操縱進行了大量的試驗，保證主軸單元規(guī)定的技術要求。采納模塊化設計。針對加工不同零件實現(xiàn)不同的模塊組合，使機床具有較寬適用范圍。此外還針對兵器和航天行業(yè)典型的彈體類零件的特點和要求設計了龍門式上下料機械手。(8)武漢重型機床廠研制的CKX53160型數(shù)控單柱移動立式銑車床，加工直徑16m，加工高度6．3in，工作臺承重550t并可精確分度，要求工件一次裝卡完成車、銑、鏜、鉆、攻絲、磨削全部加工工序，制造難度大。該機床的試制成功，保證了三峽電站550t巨型水輪機轉輪的加工。武漢重型機床廠研制開發(fā)的重型七軸五聯(lián)動車銑復合加工機床，最大加工高度2000lllm，最大加工直徑8000mm，承重100t，具有五聯(lián)動車、銑復合加工，在線測量等功能，可實現(xiàn)工作臺自動精確分度，能一次裝卡完成螺旋槳的全部工序的加工，是我國首臺自行研制的大型螺旋槳數(shù)控五軸聯(lián)動加工機床，并達到當代國際先進水平。2數(shù)控技術進展趨勢在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動操縱等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當今世界各國制造業(yè)廣泛采納數(shù)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。工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅大力進展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。因此大力進展以數(shù)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(jīng)濟進展，提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行操縱的技術，其技術范圍覆蓋專門多領域：①機械制造技術；②信息處理、加工、傳輸技術；③自動操縱技術；④伺服驅(qū)動技術；⑤傳感器技術；⑥軟件技術等。從目前世界上數(shù)控技術進展的趨勢來看，其要緊研究熱點有以下幾個方面。2．1高速、高精度化高速切削加工不僅能夠提高生產(chǎn)效率，而且能夠改善加工質(zhì)量，因此自20世紀90年代初以來，便成為機床技術重要的進展方向。各國相繼推出了許多主軸轉速10000r／rain至60000r／min以上的加工中心和數(shù)控銑床。高速切削加工正與硬切削加工、于切削和準干切削加工以及超周緊密削加工相結合；正從銑削向車、鉆、鏜等其他工藝擴展；正向較大切削負荷方向進展。高速加工對機床和功能部件的要求是：主軸功能部件的速度應能達到12000～40000r／min；工作臺最高進給速度應達到40～60m／min；加速度達到lg；高剛性的機械部件結構；高穩(wěn)定、高剛度、冷卻良好的高速主軸；精確的熱補償系統(tǒng)；高速處理能力的操縱系統(tǒng)(具有NURBS插補功能和預處理能力的操縱系統(tǒng))。

瑞士的米克朗(MIKRON)公司生產(chǎn)的HSM立式加工中心，它在主軸轉速為30000r／min(12．5kW)、進給速度40m／min、加速度17m／s2的情況下，實現(xiàn)平穩(wěn)運行；日本安田公司生產(chǎn)的YBM950V型立式加工中心，其主軸在20000～30000r／min高速運轉時，仍十分平穩(wěn)，銑削平面的粗糙度可達0．4斗m。國產(chǎn)數(shù)控機床及其功能部件不管在技術參數(shù)上，依舊在各種動態(tài)指標上，與工業(yè)發(fā)達國家的同類產(chǎn)品均存在一定差距。目前，國內(nèi)沈陽機床集團在引進技術的基礎上成功開發(fā)出BW60HS／I型系列高速臥式加工中心，并已批量進入市場。該機采納電主軸，主軸最高轉速16000r／min，由零至最高轉速的時刻為ls，快速移動速度60m／min。寧江集團開發(fā)的高速加工中心主軸轉速高達40000r／min。當前，在數(shù)控機床周密化方面，美國的水平最高，不僅生產(chǎn)中小型周密機床，而且由于國防和尖端技術的需要，研究開發(fā)了大型周密機床。其代表產(chǎn)品有LLL實驗室研制成功的DTM一3型周密車床和LODTM大型光學金剛石車床，它們是世界公認水平最高的、達到當前技術最前沿的大型周密機床。其它國家也相應研制成功各種類似的裝備，如英國的Cran·field、日本的東芝機械等。近年來我國對超周密機床的研制也一直在進行。北京機床研究所研制成功了JCS一027型超周密車床、JCS一03型超周密銑床、JCS一035型數(shù)控超周密車床等。2．2智能化、開放式、網(wǎng)絡化2l世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應操縱，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋操縱、電動機參數(shù)的自適應運算、自動識不負載、自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、specidRepons綜述能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。日本MAZAK株式會社的日本工廠是世界上為數(shù)不多的智能治理的代表。整個工廠實行計算機網(wǎng)絡智能化治理。智能生產(chǎn)中心通過機床的數(shù)控系統(tǒng)、生產(chǎn)線上的網(wǎng)絡治理Pc機、立體倉庫的計算機進行治理。智能生產(chǎn)中心由CAM—WARE輔助制造編程系統(tǒng)、智能化日程治理系統(tǒng)、智能化工具治理系統(tǒng)、智能化監(jiān)控系統(tǒng)組成。馬扎克公司在中國的企業(yè)，生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)控機床用以太網(wǎng)并與智能生產(chǎn)中心相連。在此基礎上再借助以太網(wǎng)與企業(yè)上層的CAD／MRP(EPR)等系統(tǒng)聯(lián)接，實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，建立了智能網(wǎng)絡化工廠。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題，目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，如美國的NGC、歐共體的OSACA、日本的OSEC，中國的ONC等。數(shù)控系統(tǒng)開放化差不多成為數(shù)控系統(tǒng)的以后之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)確實是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)能夠在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象(數(shù)控功能)，形成系列化。并可方便地將用戶的專門應用和技術訣竅集成到操縱系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮亮個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際聞名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國內(nèi)外一些聞名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，如在EM0200l展中，日本山崎馬扎克公司展出的“Cyber-ProductionCenter”(智能生產(chǎn)操縱中心，簡稱CPC)；日本大隈機床公司展出的“ITplaza”(信息技術廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子公司展出的“OpenManufac—tufingEnvironment”(開放式制造環(huán)境，簡稱OME)等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向進展的趨勢。2．3環(huán)?；S著人們環(huán)境愛護意識的加強，對環(huán)保的要求越來越