數(shù)控機(jī)床發(fā)展研究

數(shù)控機(jī)床發(fā)展研究摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高以及先進(jìn)刀具的大量岀現(xiàn)和使用，要求機(jī)床具有能夠進(jìn)行高效率、高精度和高光潔度的加工性能。事實(shí)證明，機(jī)床的加工性能又與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，通過(guò)改善機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性，可以提高機(jī)床的抗振性能、加工精度和效率，提高機(jī)床的使用壽命和可靠性，降低機(jī)床的機(jī)械噪聲。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；發(fā)展；研究引言車(chē)床主要用于加工軸、盤(pán)、套等其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類(lèi)機(jī)床。銃床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機(jī)械都是從車(chē)床引伸出來(lái)的。數(shù)控車(chē)床與普通車(chē)床一樣，也是用來(lái)加工零件旋轉(zhuǎn)表面的。一般能夠自動(dòng)完成外圓柱面、圓錐面、球面以及螺紋的加工，還能加工一些復(fù)雜的回轉(zhuǎn)面，如雙曲而等。數(shù)控車(chē)床和普通車(chē)床的工件安裝方式基本相同，為了提高加工效率，數(shù)控車(chē)床多采用液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)卡盤(pán)。其外形與普通車(chē)床相似，即由床身、主軸箱、刀架、進(jìn)給系統(tǒng)壓系統(tǒng)、冷卻和潤(rùn)滑系統(tǒng)等部分組成。數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車(chē)床有質(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)普通車(chē)床有進(jìn)給箱和交換齒輪架，而數(shù)控車(chē)床是直接用伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀架實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因而進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。數(shù)控車(chē)床按照主軸位置可分為臥式車(chē)床和立式車(chē)床兩大類(lèi)。立式數(shù)控車(chē)床簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控立車(chē)，其車(chē)床主軸垂直于水平面，有一個(gè)直徑很大的圓形工作臺(tái)，用來(lái)裝夾工件。數(shù)控立車(chē)主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對(duì)較小的大型復(fù)雜零件。2?國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，中國(guó)于1958年研制岀第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過(guò)程大致可分為兩大階段19581979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套條件不過(guò)關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無(wú)法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問(wèn)題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國(guó)等國(guó)家引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)并合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。1998-2004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)2015年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯，70%以上的此類(lèi)設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴(lài)進(jìn)口。由此可以看岀國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控，系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。在改革開(kāi)放后的30年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高,縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問(wèn)題包括：缺乏日本機(jī)電法、機(jī)信法那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方而專(zhuān)家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作：元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套：企業(yè)和專(zhuān)業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)雖然廠多人眾，但形成不了合力。1999年，我們國(guó)家機(jī)械加工設(shè)備數(shù)控化率是58%,目前預(yù)計(jì)是2030%之間。24我國(guó)數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品與世界先進(jìn)水平存在差距國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)及伺服和驅(qū)動(dòng)技術(shù)比世界先進(jìn)水平落后1615年；設(shè)計(jì)手段及設(shè)計(jì)工具落后8J0年：元器件應(yīng)用水平落后68年；在基礎(chǔ)零件供應(yīng)及工藝過(guò)程可靠性保障等方面都存在很大差距。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的差距造成國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)占有率逐年下降的直接原因是我國(guó)數(shù)控機(jī)床整機(jī)的開(kāi)發(fā)能力遠(yuǎn)低于世界先進(jìn)水平。主要體現(xiàn)在：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和交貨周期長(zhǎng)；產(chǎn)品性能、機(jī)床質(zhì)量和可靠性較差；數(shù)控機(jī)床外觀質(zhì)量落后于國(guó)外產(chǎn)品，價(jià)格優(yōu)勢(shì)逐漸喪失；國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床沒(méi)有形成占市場(chǎng)主導(dǎo)地位的名牌產(chǎn)品等?？傊瞬艆T乏、手段老化、缺少創(chuàng)新已嚴(yán)重制約了我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)與世界先進(jìn)水平的差距盡管我國(guó)數(shù)控技術(shù)的攻關(guān)項(xiàng)目相對(duì)集中在數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，數(shù)控系統(tǒng)仍然是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的最大“瓶頸”。國(guó)產(chǎn)機(jī)床產(chǎn)品的市場(chǎng)被國(guó)際廠商奪去；科技攻關(guān)成果的技術(shù)水平與國(guó)外先進(jìn)水平差距仍然很大；雖然我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有跟著國(guó)外的系統(tǒng)走，但數(shù)控技術(shù)的發(fā)展缺少共同的軟件規(guī)范和支撐平臺(tái)，因此離系列化、產(chǎn)業(yè)化還有距離。我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展體制上存在問(wèn)題國(guó)內(nèi)數(shù)控裝備的性能、質(zhì)量和性能價(jià)格比在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中難以與國(guó)外產(chǎn)品抗衡；資金壞境方面，由于數(shù)控機(jī)床廠家都正經(jīng)歷著向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的艱難過(guò)程，經(jīng)濟(jì)效益差，流動(dòng)資金短缺：人才環(huán)境方面，數(shù)控產(chǎn)業(yè)的優(yōu)秀人才和其它高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)一樣也岀現(xiàn)了向國(guó)外、外資企業(yè)、獨(dú)資企業(yè)流失的趨勢(shì)，造成了數(shù)控技術(shù)人才的匱乏；企業(yè)環(huán)境方面，由于國(guó)有企業(yè)轉(zhuǎn)型尚未完成，企業(yè)經(jīng)營(yíng)機(jī)制落后，導(dǎo)致企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下，使得數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)難以適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；這是影響企業(yè)發(fā)展的最根本的因素。2?國(guó)外數(shù)控機(jī)床的研究概況市場(chǎng)的開(kāi)放性和全球化，促使機(jī)床產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，而決定機(jī)床產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)是產(chǎn)品的上市時(shí)間（Time）、產(chǎn)品質(zhì)量（Quality）、成本（Cost）、創(chuàng)新能力（creation）和服務(wù)（service）。用戶(hù)在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，會(huì)更多地追求低的價(jià)格和短的交貨期。這就要求企業(yè)改變過(guò)去傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理模式,最大限度地利用虛擬設(shè)計(jì)手段，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，降低成本，并努力縮短交貨期，同時(shí)還需要快速響應(yīng)市場(chǎng)和用戶(hù)的變化，利用有利時(shí)機(jī)快速搶占市場(chǎng)。美國(guó)制造業(yè)在20世紀(jì)50至60年代主要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的第一要素，而在70年代競(jìng)爭(zhēng)力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90年代為市場(chǎng)響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代每個(gè)企業(yè)都期望通過(guò)提高自身的科技含量，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)和手段，以加快設(shè)計(jì)速度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)床虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)就是為適應(yīng)這種形勢(shì)的變化而提出來(lái)的。目前，世界上加工中心的發(fā)展總趨勢(shì)是提高性能、降低價(jià)格、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展、滿(mǎn)足用戶(hù)不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的需求?？偠灾袌?chǎng)和用戶(hù)對(duì)加工中心提出了越來(lái)越高的要求，如何加速培養(yǎng)人才、加強(qiáng)科研開(kāi)發(fā)、緊密合作是滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的關(guān)鍵。由于加工中心具有很多優(yōu)點(diǎn)，它能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀(ATC)、自動(dòng)換工件(AWC)，能實(shí)現(xiàn)銃、鉆、鎮(zhèn)、攻絲甚至磨削工序等的復(fù)合，還具有多軸聯(lián)動(dòng)、加工任意曲面并可代替鉆床、銃床、鋰床等的功能，因此對(duì)于復(fù)雜零件的加工，加工中心的“特長(zhǎng)”可以得到充分發(fā)揮，其數(shù)量和使用范圍得以不斷增加和擴(kuò)大。對(duì)于汽車(chē)、飛機(jī)、模具及其它裝備制造業(yè)等用途廣泛，在21世紀(jì)機(jī)械加工行業(yè)中，加工中心的發(fā)展前景將更為廣闊。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)是：在掌握數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)后，要在政府的支持下，在科研開(kāi)發(fā)上進(jìn)行扶持，直接給企業(yè)提供科研貸款，限制進(jìn)口機(jī)床產(chǎn)品，保護(hù)本國(guó)機(jī)床工業(yè)整體利益，企業(yè)要大力開(kāi)拓市場(chǎng)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。為了加速振興我國(guó)的機(jī)床制造業(yè)，當(dāng)前宜加強(qiáng)以下五方面的研究和發(fā)展工作：（1）以高速化為先導(dǎo)，提高數(shù)控機(jī)床的綜合性能。（2）加快數(shù)控機(jī)床向高效柔性化和高精化發(fā)展的步伐,推進(jìn)納米級(jí)精度機(jī)床工程的規(guī)劃和實(shí)施。（2）加強(qiáng)發(fā)展多功能復(fù)合加工的數(shù)控機(jī)床來(lái)提高單件和中小批量生產(chǎn)的加工精度和高效柔性化。（4）對(duì)于中大批量生產(chǎn)、發(fā)展快速重組制造系統(tǒng)和可重構(gòu)機(jī)床將是一個(gè)合理的解決方案。（5