数控系统与数控机床技术发展趋势

　从1952年美国麻省理工学院研制出*台试验性数控体系，到现在已走过了46年进程。数控体系由当初的电子管式起步，阅历了以下几个开展阶段，请看本文详解。
 
　　1 数控体系开展趋势
 
　　从1952年美国麻省理工学院研制出*台试验性数控体系，到现在已走过了46年进程。数控体系由当初的电子管式起步，阅历了以下几个开展阶段：
 
　　分立式晶体管式——小规模集成电路式——大规模集成电路式——小型计算机式——超大规模集成电路——微机式的数控体系。到80年代，整体开展趋势是：数控设备由NC向CNC开展；广泛选用32位CPU组成多微处理器体系；进步体系的集成度，缩小体积，选用模块化结构，便于裁剪、扩展和功用升级，满意不同类型数控机床的需求；驱动设备向沟通、数字化方向开展；CNC设备向人工智能化方向开展；选用新式的主动编程体系；增强通讯功用；数控体系牢靠性不断进步。总归，数控机床技能不断开展，功用越来越完善，运用越来越便利，牢靠性越来越高，功用价格比也越来越高。到1990年，全世界数控体系专业出产厂家年产数控体系约13万台套。国外数控体系技能开展的整体开展趋势是：
 
　　● 新一代数控体系选用敞开式体系结构
 
　　进入90年代以来，由于计算机技能的飞速开展，推进数控机床技能更快的更新换代。世界上许多数控体系出产厂家使用PC机丰富的软硬件资源开发敞开式体系结构的新一代数控体系。敞开式体系结构使数控体系有更好的通用性、柔性、习惯性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大开展。近几年许多国家纷繁研讨开发这种体系，如美国科学制作中心(NCMS)与*共同领导的“下一代作业站/机床操控器体系结构”NGC，欧共体的“主动化体系中敞开式体系结构”OSACA，日本的OSEC方案等。开发研讨成果已得到使用，如Cincinnati-Milacron公司从1995年开端在其出产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中选用了敞开式体系结构的A2100体系。敞开式体系结构可以很多选用通用微机的先进技能，如多媒体技能，完结声控主动编程、图形扫描主动编程等。数控体系持续向高集成度方向开展，每个芯片上可以集成更多个晶体管，使体系体积更小，更加小型化、微型化。牢靠性大大进步。使用多CPU的优势，完结毛病主动排除；增强通讯功用，进步进线、联网能力。敞开式体系结构的新一代数控体系，其硬件、软件和总线规范都是对外敞开的，由于有足够的软、硬件资源可供使用，不仅使数控体系制作商和用户进行的体系集成得到有力的支撑，并且也为用户的二次开发带来极大便利，促进了数控体系多档次、多种类的开发和广泛使用，既可经过升档或取舍构成各种档次的数控体系，又可经过扩展构成不同类型数控机床的数控体系，开宣布产周期大大缩短。这种数控体系可随CPU升级而升级，结构上不必变化。
 
　　● 新一代数控体系操控功用大大进步
 
　　数控体系在操控功用上向智能化开展。跟着人工智能在计算机范畴的渗透和开展，数控体系引入了自习惯操控、含糊体系和神经网络的操控机理，不但具有主动编程、前馈操控、含糊操控、学习操控、自习惯操控、工艺参数主动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功用，并且人机界面极为友爱，并具有毛病确诊专家体系使自确诊和毛病监控功用更趋完善。伺服体系智能化的主轴沟通驱动和智能化进给伺服设备，能主动识别负载并主动优化调整参数。直线电机驱动体系已有用化。
 
　　总归，新一代数控体系技能水平大大进步，促进了数控机床功用向高精度、高速度、高柔性化方向开展，使柔性主动化加工技能水平不断进步。
 
　　2 数控机床开展趋势
 
　　为了满意市场和科学技能开展的需求，为了到达现代制作技能对数控技能提出的更高的要求，当时，世界数控技能及其配备开展趋势首要体现在以下几个方面：
 
　　(1) 高速、、高精度、高牢靠性
 
　　要进步加工功率，首要必须进步切削和进给速度，一起，还要缩短加工时刻；要保证加工质量，必须进步机床部件运动轨道的精度，而牢靠性则是上述方针的根本保证。为此，必须要有高功用的数控设备作保证。
 
　　● 高速、
 
　　机床向高速化方向开展，可充分发挥现代刀具资料的功用，不但可大起伏进步加工功率、降低加工成本，并且还可进步零件的表面加工质量和精度。超高速加工技能对制作业完结、、低成本出产有广泛的适用性。
 
　　新一代数控机床(含加工中心)只有经过高速化大起伏缩短切削工时才或许进一步进步其出产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发使用紧密相关。90年代以来，欧、美、日各国争相开发使用新一代高速数控机床，加速机床高速化开展步伐。高速主轴单元(电主轴，转速15000-100000r/min)、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60~120m/min，切削进给速度高达60m/min)、高功用数控和伺服体系以及数控工具体系都呈现了新的突破，到达了新的技能水平。跟着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具资料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高功用操控体系(含监控体系)和防护设备等一系列技能范畴中关键技能的解决，应不失时机地开发使用新一代高速数控机床。
 
　　依靠快速、精确的数字量传递技能对高功用的机床执行部件进行高精细度、高响应速度的实时处理，由于选用了新式刀具，车削和铣削的切削速度已到达5000米~8000米/分以上；主轴转数在30000转/分(有的高达10万转/分)以上；作业台的移动速度：(进给速度)，在分辨率为1微米时，在100米/分(有的到200米/分)以上，在分辨率为0.1微米时，在24米/分以上；主动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度到达12米/分。依据率、大批量出产需求和电子驱动技能的飞速开展，高速直线电机的推广使用，开宣布一批高速、的高速响应的数控机床以满意轿车、农机等职业的需求。还由于新产品更新换代周期加速，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂并且种类增多。
 
　　● 高精度
 
　　从精细加工开展到超精细加工(特高精度加工)，是世界各工业强国努力开展的方向。其精度从微米级到亚微米级，甚至纳米级(<10nm)，其使用范围日趋广泛。超精细加工首要包含超精细切削(车、铣)、超精细磨削、超精细研磨抛光以及超精细特种加工(三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等)。跟着现代科学技能的开展，对超精细加工技能不断提出了新的要求。新资料及新零件的呈现，更高精度要求的提出等都需求超精细加工工艺，开展新式超精细加工机床，完善现代超精细加工技能，以习惯现代科技的开展。
 
　　当时，机械加工高精度的要求如下：一般的加工精度进步了一倍，到达5微米；精细加工精度进步了两个数量级，超精细加工精度进入纳米级(0.001微米)，主轴回转精度要求到达0.01~0.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。
 
　　精细化是为了习惯高新技能开展的需求，也是为了进步一般机电产品的功用、质量和牢靠性，减少其安装时的作业量从而进步安装功率的需求。跟着高新技能的开展和对机电产品功用与质量要求的进步，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满意用户的需求，近10多年来，一般级数控机床的加工精度已由±10μm进步到±5μm，精细级加工中心的加工精度则从±3~5μm，进步到±1~1.5μm。
 
　　● 高牢靠性
 
　　是指数控体系的牢靠性要高于被控设备的牢靠性在一个数量级以上，但也不是牢靠性越高越好，仍然是适度牢靠，由于是商品，受功用价格比的束缚。关于每天作业两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内接连正常作业，无毛病率P(t)=99%以上的话，则数控机床的均匀无毛病运行时刻MTBF就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时，关于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与数控体系的失功率之比为10：1的话(数控的牢靠比主机高一个数量级)。此刻数控体系的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控设备、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。
 
　　当时国外数控设备的MTBF值已达6000小时以上，驱动设备达30000小时以上。
 
　　(2) 模块化、智能化、柔性化和集成化
 
　　● 模块化、专门化与个性化
 
　　机床结构模块化，数控功用专门化，机床功用价格比明显进步并加速优化。为了习惯数控机床多种类、小批量的特点，机床结构模块化，数控功用专门化，机床功用价格比明显进步并加速优化。个性化是近几年来特别明显的开展趋势。
 
　　● 智能化
 
　　智能化的内容包含在数控体系中的各个方面：
 
　　a. 为寻求加工功率和加工质量方面的智能化，如自习惯操控，工艺参数主动生成；
 
　　b. 为进步驱动功用及运用连接便利方面的智能化，如前馈操控、电机参数的自习惯运算、主动识别负载主动选定模型、自整定等；
 
　　c. 简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的主动编程，智能化的人机界面等；
 
　　d. 智能确诊、智能监控方面的内容，便利体系的确诊及维修等。
 
　　● 柔性化和集成化
 
　　数控机床向柔性主动化体系开展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制作岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制作体系)的方向开展，另一方面向注重使用性和经济性方向开展。柔性主动化技能是制作业习惯动态市场需求及产品敏捷更新的首要手段，是各国制作业开展的主流趋势，是先进制作范畴的根底技能。其重点是以进步体系的牢靠性、有用化为条件，以易于联网和集成为方针；注重加强单元技能的开辟、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向开展；数控机床及其构成柔性制作体系能便利地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向开展；网络体系向敞开、集成和智能化方向开展。
 
　　(3) 敞开性
 
　　为习惯数控进线、联网、普及型个性化、多种类、小批量、柔性化及数控敏捷开展的要求，zui重要的开展趋势是体系结构的敞开性，设计出产敞开式的数控体系，例如美国、欧共体及日本开展敞开式数控的方案等。
 
　　(4) 呈现新一代数控加工工艺与配备
 
　　a. 为习惯制作主动化的开展，向FMC、FMS和CIMS供给根底设备，要求数字操操控造体系不仅能完结一般的加工功用，并且还要具有主动测量、主动上下料、主动换刀、主动更换主轴头(有时带坐标变换)、主动差错补偿、主动确诊、进线和联网等功用，广泛地使用机器人、物流体系；
 
　　b. FMC，FMS Web-based制作及无图纸制作技能；
 
　　c. 围绕数控技能、制作过程技能在快速成型、并联组织机床、机器人化机床、多功用机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技能方面先后有所突破。并联杆系结构的新式数控机床有用化。这种虚拟轴数控机床用软件的复杂性替代传统机床组织的复杂性，开辟了数控机床开展的新范畴；
 
　　d. 以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制作信息支撑技能和智能化决策体系。对机械加工中海量信息进行存储和实时处理。使用数字化网络技能，使机械加工整个体系趋于资源合理支配并地使用。
 
　　e. 由于选用了神经网络操控技能、含糊操控技能、数字化网络技能，机械加工向虚拟制作的方向开展。