浅谈数控技术的发展趋势

浅谈数控技术的发展趋势 摘要:随着计算机技术的迅速发展,数控机床的应用日益广泛,进一步推动了数控系统的发展,产生了自动编程系统、计算机数控系统、计算机群控系统和天性制造系统。随着这些技术的应用以及加工对象的多样化和复杂化,数控技术向功能复合化、高精度化、高速化、控制智能化、系统化、体系开放化、驱动并联化、极端化(大型化和微型化)、新型功能部件、高可靠性、加工过程绿色的方向发展。航空航天、汽车、能源和医疗四个重点应用领域四大产业的发展将对先进制造技术的应用和机床工业调整产生重大影响,我国的数控技术还必须解决产业结构调整、可靠性问题、关键功能部件问题、产业结构重组等问题,缩小和国际水平的差距。 关键词:复合机床超精密加工和高速加工机床开放化柔性化集成化开放网络化驱动并联化智能化极端化国外数控技术的发展:云计算,利用Internet网络计算机资源,以代替购买自用计算机;叠加制造,应用激光堆积,即应用激光使粒状物质按层状适时堆积成零件,叠加制造可用于融模制造、印刷、立体照相等;纳米技术和微制造,采用微型金属机床进行加工;机器人与自动化,数控机床与机器人的集成柔性单元,强调可靠性、实用性、使用效益和环境要求。 1、加工中心、复合机床:日本马扎克公司机床采用滚柱直线导轨;DMG公司的车铣复合加工机床,复合车铣和转台全部采用直驱技术;MORISEI公司立式复合机床,具有热补偿冷却系统,带有自动 送料装置;SPECHT500HNC公司的车铣复合立式加工中心,附带有液氮装置,以冷却加工刀具和工件;Makino公司的卧式加工中心,主轴采用智能控制技术,主轴有冷却系统,可与Makino公司自产的工业机器人自动化单元(MMC-R)集成使用。 (2)、超精密加工和高速加工机床:YASDA 公司的精密微加工中心,采用直线电机驱动,亚微米级精度;Sodick公司的高速加工中心,三坐标直线电机驱动,桥式高刚度机床结构,蓝色激光测量系统,高速高转矩,高速硬切削。 (3)、数控磨床:瓦尔特公司的工具磨床采用直线电机驱动,机床可以夹持0.50mm~12.7mm范围内的工件,并且可以内装FANUC 的自动上下料机械手来提高自动化程度,X2轴可以实现在工具磨削前自动对中功能。 (4)、数控车床:哈挺公司的“超精密”车削中心,其X、Z轴重复定位精度达0.76um,零件表面粗糙度零件圆度0.25um,径向公差3um,分辨率0.0001mm,刀塔分度重复定位精度1.52um。该机床使用BMT-45模块化动力刀盘,刀具径向跳动仅为3um,可对零件进行一次装卡完全加工;Hembrug公司的车削中心,机床滑板和主轴都采用静动压轴承,床身采用天然花岗石材料,具有极佳的吸震性、刚性和热稳定性,加工零件的几何精度可以达到2um,表面粗糙度最高可以达到0.1um,主轴径向跳动也仅为0.1 um。 (4)、数控系统:Fanuc公司的30i/31i/32i/35i-ModelB数控系统,在ModelB 系列上Fanuc将CNC到主轴的信号线改为FSSB光缆,极 大提高了传输速度和抗干扰性能,该系统增加触摸屏控制面板和嵌入以太网。 国内数控现状:产业规模高速发展,高端产品滞后,功能部件国产化水平低。数控机床在我国的具有以下几方面的发展趋势: ⑴高速、高精效化:采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带有高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统,同时采取了改善机床动态、静态特性等措施,提高机床的高速高精高效化。 ⑵功能复合化和多轴化:复合机床根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等;工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等,以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工;数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后,通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施,完成多工序、多表面的复合加工。 ⑶实时智能化:智能化是指工作过程智能化,利用计算机、信息、网络等智能化技术,对数控机床加工过程配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统,在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前反馈功能,在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制等加工过程智能监控,可以实现工件装夹定位自动找正刀具直径和长度误差测量,加工过程刀具磨损和破损诊断,零件装卸物流监控,自动进行补偿,调整自动更换刀具等,智能监控系统对机床的机械、电气、液 压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等,直至停机处理。 (4)驱动并联化:并联运动机床在机床主轴(一般为动平台)与机座(一般为静平台)之间采用多杆并联联接机构驱动,通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动,可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能,更能满足复杂特种零件的加工,具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。 (5)、柔性化:数控系统本身的柔性,数控系统采用模块化设计,功能覆盖面大,可裁剪性强,便于满足不同用户的需求;群控系统的柔性,同一群控系统能依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度地发挥群控系统的效能。 (6)用户界面图形化:通过窗口和菜单进行操作,便于蓝图编程和快速编程,三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真,不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 (7)、科学计算可视化:在数控技术领域,可视化技术可用于CAD/CAM,如自动编程设计,参数自动设定,刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 (8)、插补和补偿方式多样化:多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS 插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A B C样条)、多项式插补等;多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿,象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿 等。 (9)、集成化:采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA 、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片,可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。 (10)、模块化:硬件模块化易于实现数控系统的集成化和化,根据不同的功能需求,将基本模块,如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块,做成标准的系列化产品。 (11)、网络化开放式闭环数控系统:机床联网网络化可进行远程控制和无人化操作,通过机床联网,可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行,不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上;基于光纤的串行通信网络化开放式闭环数控系统,充分利用网络信息技术,实现全球制造资源的共享,支持跨地区跨平台的全球制造;远程故障诊断专家智能系统的应用,使数控系统具有在线技术和服务后援。在线服务可以根据用户要求随时接通Internet接受远程服务,发展成柔性制造单元和智能网络工厂,并进一步向制造系统可重组的方向发展。 (12)、极端制造化:极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术,是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术、超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术,检测技术及相关的数控机床研制,如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用,应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制;IT产业等 高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术,研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床,极端制造领域的复合机床的研制等。 结论:目前,在集成化基础上,数控系统实现了超薄型、超小型化;在智能化基础上,综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术,数控系统实现了高速、高精、高效控制,加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数,实现了在线诊断和智能化故障处理。以数字化为特征数控机床是柔性化制造系统和敏捷化制造系统的基础装备、其总的发展趋势是高精化、高速化、柔性化、智能化和集成化并注重工艺适用性和经济性。 参考文献: 1、邵钦作。2010年美国国际制造技术展览会技术考察,世界制造技术与装备市场, World Manufacturing Engineering & Market, 2010年06期。 2、黄琴。关于数控机床发展的几点思考[A],成都农业科技职业学院,2010。 3、宋强。浅谈数控加工技术在国内的发展现状,南京信息职业技术学院机电学院数控教研室,2010。 4、张玉峰。浅谈我国数控机床的现状与发展趋势,贵州航天乌江机电设备有限责任公司,2010。 5、韩向宏。加快我国数控机床产业的高端化发展,赛迪顾问工业化研究中心咨询顾问,2010。 6、刘爽。数控技术的发展与应用,辽宁石化职业技术学院,2010。 7、关林君,裴海龙,王清阳。数控系统中的光纤串行通信[A],华南理工大学自动化科学与工程学院,2010。 8、吴凡。现代数控技术的研究与开发,重庆水利电力职业技术学院,2010。 9、吴凡。智能化开放化和网络化——当代数控技术的发展方向[A],重庆水利电力职业技术学院,2010。 10、张柏军,杜鹏。网络化数控系统的研究和开发[A],潍坊科技学院,2010。 机制08-2班:张海生 学号:310804010229