论数控技术的发展趋势

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XX大学2009届论文设计设计（论文）题目论数控技术的发展趋势学科数控原理指导教师姓名所属系专业年级9 论数控技术的发展趋势——未来机械制造业的“领军人物”摘要：随着科学、文化、生活的不断提高，人们对物质上的要求也凸显得越来越高，而生厂商对生产效率的提高也日益突出，都不能在满足以前以简单、纯手工制作、单件量生产为代表的使用和生产，于是在20世纪40年代为适应社会的不断进步进而设想制造出一种计算机控制装置，并在1952年研制成功了时间第一台数控机床——三坐标立式数控床，从而数控技术的发展便“一发而不可收拾”，直至至今数控技术的发展愈加成熟。分析其功能、特性、原理等方面，其作用近乎与人类大脑，且是现代企业必备和象征性的代表，所以随着时间的推移，数控技术将成为未来机械制造业的“领军人物”。关键字：数控技术、国内现状、国外现状、我国数控技术的不足与改善措施、未来的发展趋势。一、数控技术的产生数控技术的产生据我个人认为，是为了适应这多变、快速发展的经济社会而新兴起来的一个产物，而其产生源于一个偶然，但它发展的成功我们不可否认，给现代机械制造业和社会的进步带来的收益是巨大而不可忽视的。数控技术是20世纪40年代后期为适应复杂外形零件的加工而发展起来的一种自动化技术，其研究起源于飞机制造业。1949年美国帕森公司接受美国空军委托，研制一种计算机控制装置，用来实现飞机、火箭等复杂零部件的自动化加工。于是帕森公司提出了用数字信息来控制机床自动加工外形复杂零件的设想，并与美国麻省理工学院伺服机构研究所合作，于1952年研制成功了第一台数控机床——9 三坐标立式数控床，可控制铣刀进行连续的空间曲面加工，由此拉开了数控技术研究的序幕。二、数控技术在国内外的发展现状1、国外数控技术的发展现状20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是这个世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第１台数控铣床问世至今已经历了50多个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。世界制造业在２０世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。如今国外多家数控技术应用比较成熟的企业都自主开发出了一系列属于自己的数控系统，比如①日本山崎马扎克公司开发出了2种可使用长镗杆切削工件的复合加工机床，一种是以卧式车床为原型，与卧式加工中心(MC)组合而成的卧式复合加工机床；另一种是以立式车床为原型，与立式MC组合而成的立式复合加工机床。②美国法道VMC4020C机床是由上海法道机床有限公司严格按照美国法道公司的技术标准在国内组装生产。③德马吉(DMG)公司生产的CTX310ECO通用车床其主轴驱动在无级可调情况下，转速可达5000r／min。2、国内数控技术的发展现状我国数控技术的发展相对国外来说具有一定的落差性。在我国数控技术最早是在1958年开始的研究，1966年研制成功晶体管数控技术，并生产出了数控线切割机、数控铣床等产品。由于受当时条件的限制，数控系统的稳定性及可靠性较差，数控机床品种不全、数量较少，数控技术的发展处于初步阶段。9 由于系统技术含量低，产生的附加值少，不具备与进口系统进行全面抗衡的能力，只在低端市场占有一席之地，还不能为我国数控产业起到支撑的作用，与国外相比，还有不小的差距。主要问题有以下几方面：①技术创新成分低、消化吸收能力不足；目前我国数控技术的研究主要还是依照国外开发的一些模式按部就班地进行。②技术创新环境不完善；我国尚未形成有利于企业技术创新的竞争环境。③产品可靠性、稳定性不高；可靠性的指标一般采用平均无故障时间。④网络化程度不够我国数控技术的网络化程度不够。⑤体系结构不够“开放”大部分数控产品体系结构不够开放，用户接口不完善。20世纪80年代初期，我国先后从德国、日本、美国等引进了一批数控系统和私服技术，在一定程度上促进了这项技术在我国的发展；在另一方面，这个时期我国经济有了较大发展，为这项技术的进步奠定了物质基础。因此数控产品的性能逐步提高，品种、数量不断增加。到1985年，我国已经拥有加工中心、数控铣床、数控磨床等81多个品种，数控技术的发展进入了使用阶段。此后数控技术及产品的发展熟读逐年加快，多轴、全功能的中高端数控系统及交、直流伺服系统相继研制成功，FMS和CIMS也先后投入使用。如今应用数控机床已经成为各企业的自发行为，随处可见。针对以上存在的不足，如今国内机床公司均作出了很大的努力。目前生产了许多具有中国特色的经济型、普及型数控系统，比如：①华中“世纪星”数控系统在功能和配置方面远优于国外普及型数控系统；②广州数控生产的GSK983M系统是中高档数控系统产品，该系统加工稳定性在国产系统中占有一定的优势；③北京航天数控系统有限公司最新推出的CASNUC2100E数控系统是一个将PCI04板嵌入到控制系统中的一体化的车、铣床闭环数控系统；④凯奇数控开发的NC一110系统采用开放式结构，模块化设计，嵌入式PC机，可跟踪PC机的技术发展，不断丰富系统的功能，保持系统的高处理速度；三、数控技术的特点9 1、数控技术的特点机床数控技术是采用数字信息对零件加工过程进行定义，并控制机床进行自动运行的一种自动化加工控制方法，它具体有如下几个方面的特点：①能够实现复杂工件的加工。采用数控技术能够控制机床实现多轴联动，从而可加工出普通控制方法无法完成的复杂型面加工。②加工精度高，产品一致性好。数控机床一般采用闭环（半闭环）位置控制，并且可以利用软件进行间隙补偿和螺距误差补偿，因此可以获得比机床本身精度还要高的加工精度。③生产效率高。与普通机床相比，数控机床具有很高的自动化程度，主轴换挡变速和进给变数等全部自动控制，容易选择较大及合理的切削用量，减少许多调整时间。④柔性好。只需改变零件程序即可适应不同品种的零件加工，且几乎不需要制造专用工装夹具。因此加工柔性好，有利于缩短产品的研制与生产周期，适应多品种、中小批量的现代化生产需要。⑤自动化程度高，劳动强度低。数控机床能够在程序的控制下自动实现零件的加工，加工过程一般不需要人工干预，可大大降低工人的劳动强度。四、数控技术的发展趋势1、高数、高精度加工技术及装备的新趋势高速切削加工不仅可以提高生产效率，而且可以改善加工质量，所以自20世纪90年代初以来，便成为机床技术重要的发展方向。各国相继推出了许多主轴转速10000r／rain至60000r／min以上的加工中心和数控铣床。高速切削加工正与硬切削加工、于切削和准干切削加工以及超精密切削加工相结合；正从铣削向车、钻、镗等其他工艺扩展；正向较大切削负荷方向发展。9    高速加工对机床和功能部件的要求是：主轴功能部件的速度应能达到12000～40000r／min；工作台最高进给速度应达到40～60m／min；加速度达到lg；高刚性的机械部件结构；高稳定、高刚度、冷却良好的高速主轴；精确的热补偿系统；高速处理能力的控制系统。国产数控机床及其功能部件无论在技术参数上，还是在各种动态指标上，与工业发达国家的同类产品均存在一定差距。当前，在数控机床精密化方面，美国的水平最高，不仅生产中小型精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型精密机床。2、智能化、开放式、网络化是当代数控系统发展的主要趋势 2l世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电动机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。智能生产中心通过机床的数控系统、生产线上的网络管理Pc机、立体仓库的计算机进行管理。智能生产中心由CAM—WARE辅助制造编程系统、智能化日程管理系统、智能化工具管理系统、智能化监控系统组成。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，9 形成系列化。并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。   网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机。3、五轴联动加工和复合加工机床快速发展采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅粗糙度好，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台五轴联动机床的效率可以等于2台三轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢工件时，五轴联动加工可比三轴联动加工发挥更高的效益。但过去因五轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比三轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了五轴联动机床的发展。   当前由于电主轴的出现，使得实现五轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小，因此促进了复合主轴头类型五轴联动机床和复合加工机床(含五面加工机床)的发展。4、重视新技术标准、规范的建立如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来l临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。9 5、环保化随着人们环境保护意识的加强，对环保的要求越来越高。不仅要求在机床制造过程中不产生对环境的污染，也要求在机床的使用过程中不产生二次污染。在这种形势下，装备制造领域对机床提出了无冷却液、无润滑液、无气味的环保要求，机床的排屑、除尘等装置也发生了深刻的变化。上述绿色加工工艺愈来愈受到机械制造业的重视。四、对我国数控技术和产业化发展的总结现在是21世纪，数字和信息时代，只有先进的科学技术才能引领时代进步的步伐，而在机械制造业中数控技术的运用日益突出，也成为各大企业势在必行的一种举措，在适应如此多变的社会，我们必须跟进时代的步伐，做时代、社会、企业需要的知识分子。我国是制造业大国，虽说在科学技术的发展方面与国外还有一段差距，但我国目前在数控技术方面做出了极大的努力和投入，相信在不久后将受到极大的回报。我国在这方面的研究不能“闭门造车”，还应不断学习和借鉴国外发达国家的先进制造技术，也适量引进一些先进制造设备和科研人才，为数控技术乃至整个科研领域的发展铺砖添瓦。然而作为现代大学生的我们更应该努力学习，掌握好每一门知识，时刻做学好数控技术的充分准备，时刻准备做下一代的接班人。参考文献：［1］《数控机床及数控技术的发展趋势》，作者：樊军庆，文献出处：机械工业出版社，出版时间：2010年3月［2］《浅谈数控机床现状及发展趋势》，作者黄和祥;刘曙光;文献出处：中国科学院上海冶金研究所;材料物理与化学(专业)博士论文2000年度；9 ［3］《我国数控机床的状况与发展》，作者：赵华蓉，文献出处：内蒙古科技与经济，2006年19期；［4］《数控机床技术发展浅析》，作者：盛伯浩,唐华，文献出处：航空制造技术，2002年06期；9