數(shù)控機床畢業(yè)論文12

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。本文概述數(shù)控機床控制器的發(fā)展趨勢。隨著信息技術(1T)和制造技術(MT)的發(fā)展，出現(xiàn)了更多功能、更高性能的控制器，諸如多坐標、多系統(tǒng)(通道)的控制；具有高精、高速、5軸加工功能和復雜加工、數(shù)控復合機床、進網(wǎng)通信、高可靠性和安全性等功能。為了增加操作和使用系統(tǒng)的可操作性和可移植性，控制器開放已

2、經(jīng)成為潮流。數(shù)字制造要求數(shù)控系統(tǒng)建立在一個全新的信息技術基礎結構之上，容易利用網(wǎng)絡傳遞加工制造信息，進行CAD／CAM與CNC一體化的加工制造。這就出現(xiàn)了STEP—NC新型的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　關鍵詞：數(shù)控，發(fā)展趨勢，功能，性能，開放性，STEP—NC </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 CNC控

3、制器的性能進一步提高1</p><p>　　1.1 多坐標、多系統(tǒng)控制1</p><p>　　1. 2 高精、高速加工功能1</p><p>　　1．3 5軸加工和復雜加工功能3</p><p>　　1．4 數(shù)控復臺功能3</p><p>　　1．5 進網(wǎng)通信功能4</p><p>

4、;　　1．6 高可靠性和安全性功能4</p><p>　　第2章 控制器的開放6</p><p>　　第3章 高速加工技術的應用和發(fā)展前景10</p><p>　　3.1高速電主軸10</p><p>　　3.2高速加工的要求12</p><p>　　3.3高速加工技術的應用和發(fā)展趨勢13</p&

5、gt;<p>　　第4章 基于高速加工的效率與設備選型17</p><p>　　4.1高速加工的效率17</p><p>　　4.2高速加工設備選型18</p><p>　　第5章 數(shù)控技術和裝備發(fā)展趨勢及對策26</p><p>　　5.1 數(shù)控技術的發(fā)展趨勢27</p><p>　　5.3

6、對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考34</p><p>　　5.3.2 發(fā)展策略34</p><p><b>　　參考文獻40</b></p><p>　　第1章 CNC控制器的性能進一步提高</p><p>　　數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(1T)與制造技術(MT)結合發(fā)展的結果。最近

7、20年來，信息技術的急劇發(fā)展大大激發(fā)和增加了制造系統(tǒng)的上層智能功能；下一個20年，智能將延伸到工廠的車間底層，控制器將具有更高性能和更多功能；由于控制器的柔性，單臺機床將變得更加靈活和精巧；可以廣泛地進行通信；方便地進行集成和重構；對過程進行測量，預示結果，診斷故障，避免事故；并按照科學的模式進行加工，達到最佳的生產(chǎn)效率。下面是一些關于控制器最新的發(fā)展情況。</p><p>　　1.1 多坐標、多系統(tǒng)控制 <

8、;/p><p>　　比如FANUC最新的高檔控制器11S30i—MODEL A系統(tǒng)，最大控制系統(tǒng)數(shù)為10個系統(tǒng)(通道)，最多軸數(shù)和最大主軸配置數(shù)為40軸，其中進給軸32軸，主軸為8軸，最大同時控制軸數(shù)為24軸／系統(tǒng)。最大PMC系統(tǒng)為3個系統(tǒng)。最大I／O點數(shù)為4096點／4096點，PMC基本命令速度為25ns。最大可預讀程序段：1000段。這是當前世界配置最高的數(shù)控系統(tǒng)。由于具有多軸多系統(tǒng)配置，因此特別適合大型自動機

9、床，復合機床，多頭機床等的需要。</p><p>　　1. 2 高精、高速加工功能 </p><p>　　這是CNC系統(tǒng)最重要的功能，由于有了這個功能，使制造技術(MT)大大地向前發(fā)展了。數(shù)控機床采用計算機控制，可以保證加工的零件具有很高的精度重復性。但為了得到一定的功能，輸入控制器的信號要經(jīng)過一系列處理，不可避免地要失真、延時。因此在高速加工時，要保持高的加工精度就要采取一定的措施減少失

10、真、延時。高精、高速的加工，除了機械設計和制造要保證能實現(xiàn)目標外，對CNC系統(tǒng)的要求主要是處理速度快、控制精度高。采用前饋控制，以補償由于伺服滯后所產(chǎn)生的誤差，提高加工精度。適當控制進給率和采用恰當?shù)募訙p速曲線可以減少加減速滯后所產(chǎn)生的誤差。“前瞻”控制在程序執(zhí)行前對運動數(shù)據(jù)進行計算、處理和多段緩沖，從而控制刀具按高速運動，而且誤差很小。對于機床平滑運行的高精度輪廓控制，采用對指令形式的實時識別，可以最佳地控制速度、加速度和加加速度，因

11、而使加工總是保持在最佳狀態(tài)。為了防止擾動，開發(fā)數(shù)字濾波器的技術，以消除機械的諧振，提高伺服系統(tǒng)的位置增益。高精進給和主軸的伺服系統(tǒng)對高速、高精和高效十分重要。目前主要從以下幾方面提高其性能。減少電機和驅(qū)動器以及控制單元的大小，提高編碼器的分辨率；直線移動軸可以來用直線伺服電</p><p>　　1．3 5軸加工和復雜加工功能 </p><p>　　由于5軸加工工藝合理，相對于3維曲面加工

12、，它可以充分利用刀具的最佳幾何形狀進行切削，在復雜形狀的高速高精加工中可以提高效率，提高光潔度。因此得到越來越廣泛的應用。5軸加工的機械其配置主要有刀具旋轉(zhuǎn)方式、工作臺旋轉(zhuǎn)方式和這兩種的混合方式。因此5軸加工功能要能滿足各種配置的要求。根據(jù)5軸加工的特點，把它們，比如TCP(刀具中心控制)，刀具半徑補償?shù)裙δ?，應用到不同機械配置的5軸加工機床。</p><p>　　1．4 數(shù)控復臺功能 </p>&

13、lt;p>　　為了提高生產(chǎn)率，數(shù)控復合加工機床的開發(fā)和制造已變成數(shù)控機床的一種發(fā)展趨勢。復合加工機床是指在同一機械上可以進行多種工藝的加工，如在一臺機床上可以進行車加工、銑加工、錘加工等，比如，一個圓柱體要進行圓柱表面的車削、錘子L、還要求在圓柱面上銑溝槽，這些加工都要求在同一臺數(shù)控機床上完成。這樣就能大大提高生產(chǎn)率。因此，對于數(shù)控復合機床，百先需要增加可以用于進行復合加工功能的控制系統(tǒng)，比如銑床需要增加螺錐線功能、螺旋線功能、維

14、圓弧功能、刀具中心點控制等，另外，刀具補償功能也需要既有車加工又有銑加工的功能。除此以外，這種機床還經(jīng)常需要高速加工。</p><p>　　1．5 進網(wǎng)通信功能 </p><p>　　為了通過PC或數(shù)控系統(tǒng)本身對多臺機床進行集中監(jiān)控和管理，系統(tǒng)需要通過網(wǎng)絡進行通信。以便傳遞程序，監(jiān)控加工狀態(tài)。除此以外，網(wǎng)絡功能還可以傳送維修數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)進行遠程控制、操作和診斷；傳送CAD／CAM數(shù)據(jù)。CN

15、C具有現(xiàn)場通信網(wǎng)絡功能，就可以在CNC與伺服裝置之間，CNC與I／o控制之間傳遞控制、監(jiān)控和診斷數(shù)據(jù)。目前主要采用以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線。隨著技術的發(fā)展，應用無線技術也已經(jīng)出現(xiàn)。無線技術可以使信息到達幾乎是任何地方。</p><p>　　1．6 高可靠性和安全性功能 </p><p>　　CNC系統(tǒng)與數(shù)控機床一起，工作在底層車間，經(jīng)受惡劣的環(huán)境，如：溫度，濕度，振動，油霧，粉塵的影響，同時又要

16、求連續(xù)工作；因此對可靠性要求特別高，除了可靠性設計、制造工藝等措施外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的可靠性主要采取以下措施：①采用光纖，減少電纜連接，比如FANUC的數(shù)控系統(tǒng)通過光纖連接CNC和伺服放大器，以串行高速的方式從CNC到多個伺服放大器傳遞大量的數(shù)據(jù)。②采用糾錯碼(ECC：EnorCorrecting Code)傳送數(shù)據(jù)，隨著軟件高速處理大量數(shù)據(jù)，也要求對微處理器、存儲器和LSI的處理速度大大提高。由于這些安裝在CNC的印刷板上的高速電子元器

17、件進行高速讀、寫和傳遞數(shù)據(jù)時，由IC驅(qū)動的信號波形變?yōu)闇?，在這樣的狀況下，不采用模擬電路處理的方法時，導致不能正確地傳遞數(shù)字信號。另外，在最新電子元件低壓供電時，降低了電路低抗噪音的運行范圍。為此，CNC電路將采取更先進的糾錯碼傳遞數(shù)據(jù)。ECC是一種領前的高可靠性技術，通過把ECC加到數(shù)據(jù)上以傳送各種不同型式的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)更可靠。②采用雙檢安全(Dual Check Say)措施?！半p檢安全”與歐洲安全標準(EN954—1)一致。它的

18、原理是在CNC</p><p><b>　　如下圖所示：</b></p><p>　　第2章 控制器的開放</p><p>　　當出現(xiàn)NC機床以后，制造廠家就希望能打開NC系統(tǒng)這個黑盒子，部分或全部地代替機床設計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗和操作技能放進NC系統(tǒng)，同時也希望它具有圖形交互、診斷等功能。這就需要商

19、用的數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機界面和提供給用戶的開發(fā)平臺。要求NC控制器透明以使機床制造商和最終用戶可以自由地執(zhí)行自己的思想。于是產(chǎn)生了開放結構的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　IEEE“開放系統(tǒng)技術委員會”定義“開放結構”為：“開放系統(tǒng)所執(zhí)行的應用可以運行在多家制造者不同的平臺；并可以與其他系統(tǒng)的應用具有互操作性，且呈現(xiàn)與用戶交互協(xié)同(1EEElo03．0)?！币部梢杂孟铝械男阅苤笜嗽u估控制器的開放性。比如應用模塊

20、為AM：①移植性：在保持應用模塊(AM)的功能下，不需任何變化就可以應用到不同的平臺。②擴展性：不同的AM能運行在一個平臺而不出現(xiàn)沖突。③互操作性：AM在一起工作時表現(xiàn)為相互協(xié)同，可以根據(jù)定義相互交換數(shù)據(jù)。④縮放性：按照用戶的需要，AM的功能、性能和硬件的規(guī)?？梢陨炜s。</p><p>　　開放結構的控制器(oAC)使控制器銷售商、機床制造商和最終用戶可以從柔性和敏捷生產(chǎn)中獲得較大利</p><

21、;p>　　益。其主要目標是在標準化環(huán)境下采用開放的接口使操作方便，成本降低和柔性增加。這樣的系統(tǒng)能力被廣泛接受。軟件可以重復使用，用戶可以按照給定的配置設計他們的控制器。</p><p>　　控制系統(tǒng)的開放體系結構由于考慮到對實時和可靠性要求很嚴格，因此是高度復雜的系統(tǒng)。其特點是基于PC，相互鏈接的關鍵結構為系統(tǒng)組件和接口，系統(tǒng)組件由軟件模塊和硬件模塊所組成。在開放系統(tǒng)中，各個組件和接口還可以在制造過程中實

22、現(xiàn)增加智能的優(yōu)點。對于控制的復雜性，這些系統(tǒng)的硬件和軟件是基本的工具。控制的接口可以分成兩組：內(nèi)部和外部的接口。①外部接口：這些接口連接系統(tǒng)和監(jiān)控單元以及子單元、用戶。它們可以分為編程接口和通信接口。NC與PIC編程接口采用國家或國際標準，如RS一274、DIN66025、或IEC6l131—3。通訊接口也強烈地受標準的影響。現(xiàn)場總線系統(tǒng)，如SERCOS，P凹肋us或Device Net用作驅(qū)動和I／O的接口。I，AN(局網(wǎng)LocalA

23、rea Network)網(wǎng)絡主要基于以太網(wǎng)和TCP／IP與監(jiān)控系統(tǒng)連系的接口。②內(nèi)部接口：用于組件間的互相作用和數(shù)據(jù)交換，以形成控制系統(tǒng)的核心。在這方面，一個重要的性能是支持實時機構。為了得到可重構和白適應的控制，控制系統(tǒng)的內(nèi)部結構基于平臺的概念。由于軟件組件中無法知道專用硬件的詳情，因而主要的目標是建立一個可定義的但是在軟件組件間進行柔性</p><p>　　根據(jù)1999年美國機器人工業(yè)論壇的資料，當年美國機器

24、人全部裝機的系統(tǒng)是機器人本身價值的3—5倍，也就是如果有l(wèi)0億美元機器人的市場，等于增加20到40億美元的附加值，如果其中25％歸因于軟件集成的原因引起的，再認為如果通過標準化的開發(fā)和應用，采用開放體系結構的控制器使其中降低50％；那么在采用開放控制器后，每年潛在的價值就可以節(jié)省2億5千萬到5億美元。</p><p>　　目前，開放的數(shù)控系統(tǒng)結構主要有3種形式：①基于PC的CNC系統(tǒng)，這種系統(tǒng)以PC機為平臺，開發(fā)

25、數(shù)控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標軸電機的運動。這類系統(tǒng)有時也稱為Soft NC，這樣的系統(tǒng)容易做到全方位開放。②PC嵌入式：這種系統(tǒng)的基本結構為：CNC十PC主板，即把一塊CNC板插入傳統(tǒng)的PC機器中，CNC主要運行以坐標軸運動為主的實時控制，或且CNC作為數(shù)控功能運行，而PC板作為用戶的人機接口平臺。③PC十CNC：目前主流NC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家認為NC系統(tǒng)最主要的性能是可靠性，像PC機存在的死機現(xiàn)象是不允許的。而系統(tǒng)功能首

26、先追求的仍然是高精高速的加工。加上這些廠家長期已經(jīng)生產(chǎn)大量的NC系統(tǒng)；體系結構的變化會對他們原系統(tǒng)的維修服務和可靠性產(chǎn)生不良的影響。因此不把開放結構作為主要的產(chǎn)品，仍然大量生產(chǎn)原結構的NC系統(tǒng)。為了增加開放性，主流NC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家往往在不變化原系統(tǒng)基本結構的基礎上增加一塊PC板，提供鍵盤使用戶能把PC和CNC聯(lián)系在一起，大大提高了人機界面的功能，比較典型的如FANUC的150i／160i／180i／210j系統(tǒng)。有些廠家也把這種裝置稱為

27、融合系統(tǒng)(fusion sy</p><p>　　“CNC控制器的數(shù)據(jù)模型”(以下稱STEP—NC)是NC的數(shù)據(jù)從CAM到CNC的數(shù)據(jù)模型，它解決現(xiàn)行的NC程序缺乏通用性及移植性的問題。使“STEP—NC”產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)用作直接機床的輸人已經(jīng)發(fā)展成具有實際的意義。這種“STEP—NC”是無G和M代碼，無后置處理的NC。ISol4649標準的目標為：(1)改進CAD／CAM系統(tǒng)與CNC控制器間的聯(lián)接；保證“STEP—

28、NC”能在CAD／CAM之間傳遞數(shù)據(jù)。不是采用刀具的運動，而是采用工作步驟面向?qū)ο蟮母拍睿愿倪MIS06893的缺點。工作步驟相應于高級特征和過程的參數(shù)。CNC可以對工作步驟解析為坐標的運動和刀具的動作。(2)數(shù)據(jù)模塊必須包括所有的復雜級別(從加工時指令的CAD幾何數(shù)據(jù)到帶離散值的簡單軸運動)。(3)NC程序設想可以放在新開發(fā)的CNC控制器上，但是它也可能放在分離的支持和改進現(xiàn)有NC控制器的高級系統(tǒng)上(包括各種網(wǎng)絡)。(4)對于NC程序

29、的新標準將提供機床操作者更多的柔性、功能、統(tǒng)計表的編程定義和相關控制和幾何過程的修正。(5)新標準允許MTB的操作者由于他的專用機床和技術而執(zhí)行專門的功能。(6)對于最終用戶新的標準提供統(tǒng)一的編</p><p>　　第3章 高速加工技術的應用和發(fā)展前景</p><p>　　目前國際上對高速加工尚無明確、統(tǒng)一的定義。一般認為，凡切削速度、進給速度高于常規(guī)值5～10倍以上，可稱為高速加工。目

30、前適用于進行高速切削的加工中心，其主軸轉(zhuǎn)速一般都在10000r/min以上，有的可高達60000～100000r/min，主軸軸承的dn值高達2×10的6次方，主軸電機功率15～80kW。不同行業(yè)對進給量和快速行程速度有不同的要求，大約在30～100m/min的范圍內(nèi)變化。除了具有上述高速性能外，加工中心的主軸和工作臺還應具備極高的加速度性能，主軸從啟動到最高轉(zhuǎn)速(或相反)只用1～2s的時間，工作臺的加(減)速度要達到(1～1

31、0)g(g=9.81m/s2)。上述運動指標都比目前普通數(shù)控機床高5～10倍以上。近年來，國內(nèi)外各工業(yè)部門，特別是航空航天、汽車工業(yè)、模具工業(yè)和摩托車工業(yè)等對高速加工中心的需求量與日俱增，美、日、德、瑞士和意大利等工業(yè)發(fā)達國家已生產(chǎn)多種商品化產(chǎn)品；高速加工技術與一般加工方法相比有以下優(yōu)點：(1)加工時間大幅度縮短，只有原來的1/4左右，意味著一臺用于高速加工的高速機床可以代替4臺普通CNC機床；(2)高速加工時，機床的激振頻率很高，遠離

32、“機床—刀具—</p><p><b>　　3.1高速電主軸</b></p><p>　　電主軸是高速加工中心的主要部件，其機械結構雖不復雜，但要求的加工精度極高，關鍵零件的材質(zhì)和熱處理要求都較嚴格，是一種機電一體化的高科技產(chǎn)品，整個部件必須在恒溫、潔凈的環(huán)境中進行裝配和調(diào)校。其性能參數(shù)和制造質(zhì)量的高低，在很大程度上決定了整臺高速加工中心的加工速度、工作精度和生產(chǎn)效率

33、。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器及換刀裝置等</p><p>　　目前國外較流行的電主軸參數(shù)如下：</p><p>　　機床類型——額定扭矩(Nm)——轉(zhuǎn)速(r/min)——刀柄</p><p>　　鉆銑床——0.02～10——40000～150000——HSK E25/E32，SK120或彈簧夾頭

34、</p><p>　　小型加工中心——4～70——20000～60000——HSK E32/E40/E50/E63/A63</p><p>　　中型加工中心——16～200——12000～30000——HSK E50/E63/A63/A80/A100</p><p>　　龍門加工中心——70～300——8000～24000——HSK A63/A80/A100<

35、/p><p>　　電主軸所融合的技術包括：</p><p>　　高速軸承技術：電主軸通常采用復合陶瓷軸承，特點是耐磨、耐熱，其壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍，有時也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無限長。</p><p>　　高速電機技術：電主軸是電機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電機的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電機，其關鍵技術是高速

36、度下的動平衡。</p><p>　　潤滑：電主軸的潤滑一般采用定時定量油氣潤滑；也可采用脂潤滑，但相應的速度要打折扣。所謂定時，就是每隔一定的時間間隔注一次油，所謂定量，就是通過一個稱為定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的注油量。而油氣潤滑指的是潤滑在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很關鍵，太少，起不到潤滑作用；太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時會因油的阻力而發(fā)熱。</p><p>　　冷

37、卻裝置：為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。</p><p>　　內(nèi)置脈沖編碼器：為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻絲，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實現(xiàn)準確的相位控制以及與進給的配合。</p><p>　　自動換刀裝置:為了適應加工中心，電主軸配備了能進行自動換刀的裝置，包括碟簧、刀具拉緊油缸。</p><p&g

38、t;　　高速刀具的裝夾方式:廣泛采用HSK、SKI等高速刀柄。高頻變頻裝置:要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須采用高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電機，變頻器的輸出頻率甚至需要達幾千赫芝。</p><p>　　目前世界各工業(yè)發(fā)達國家不惜代價，紛紛投入巨資，配備精良的加工與測試設備，建立專門的電主軸生產(chǎn)基地，實現(xiàn)電主軸的系列化、專業(yè)化生產(chǎn)。國外比較著名的電主軸生產(chǎn)廠商有：德國的GMN，瑞士的FISC

39、HER、IBAG和STEP TEC，美國的PRECISE，日本的NHK和KOYO以及意大利的GAMFIOR和FOEMAT等。</p><p>　　直線電機高速進給單元</p><p>　　由于滾珠絲杠系統(tǒng)的組成元件多(伺服電機、傳動齒輪、絲杠、滾珠、螺母、支架等)，傳動鏈長，滾珠絲杠又是一種細而長的非剛性傳動元件，當運動速度要求較高時，由于滾珠絲杠傳動慣量大、扭矩剛度低、傳動誤差大、摩擦

40、磨損嚴重、彈性變形引起爬行、反向死區(qū)引起非殘性誤差等一系列缺陷，從而影響加工中心動態(tài)性能。目前，一般滾珠絲杠的最大速度為20～30m/min，加速度(0.1～0.3)g，遠遠不能滿足。</p><p>　　3.2高速加工的要求</p><p>　　1993年，德國ExcellO公司在漢諾威國際機床博覽會上首次展出世界第一臺帶有直線電機驅(qū)動工作臺的HSC 240型高速加工中心，該加工中心采

41、用德國Indramat開發(fā)的感應式直線電機。該機床最高主軸轉(zhuǎn)速為24000r/min，工作臺最大進給速度為60m/min。與此同時，美國Ingersoll公司在HVM 800型高速加工中心上，采用了美國Anorad公司開發(fā)的永磁式直線電機，其最高主軸轉(zhuǎn)速為20000r/min，工作臺最大進給速度76.2m/min。</p><p>　　 直線電機進給驅(qū)動有如下優(yōu)點：(1)速度高。直線電機直接驅(qū)動工作臺，無任何

42、中間機械傳動元件，無旋轉(zhuǎn)運動，不受離心力的作用，容易實現(xiàn)高速直線運動，目前最大進給速度可達80～120m/min。(2)加速度大。直線電機的啟動推力大，結構簡單、重量輕，運動變換時的過渡過程短，可實現(xiàn)靈敏的加速和減速，其加速度可達(2～10)g。(3)定位精度高。直線電機進給系統(tǒng)，用光柵尺作為位置測量元件，采用閉環(huán)控制，通過反饋對工作臺的位移精度進行精確的控制，因而剛度高，定位精度高達0.1～0.01μm。(4)行程不受限制。直線電機的

43、次級是一段一段地連續(xù)鋪在機床床身上，次級鋪到哪里，初期(工作臺)就可運動到哪里，不管行程多遠，對整個系統(tǒng)的剛度不會有任何影響。如最近美國Cincinnati Milacron公司為航空工業(yè)生產(chǎn)了一臺HyperMach大型高速加工中心，主軸轉(zhuǎn)速60000r/min，主電機功率80kW。采用了直線電機，其x軸行程長達46m，工作臺最高進給速度60m/min，快速行程100m/min，加速度2g。在該機床上加工一個大型薄壁飛機零件只需30分鐘

44、；而同樣的零件在一般高速銑床上加工，耗時3</p><p>　　作為加工中心進給系統(tǒng)的一種新的驅(qū)動方式——直線電機，只有幾年的歷史，目前在設計、制造和應用等方面還存在一些問題，如防磁問題、直線電機散熱問題、工作臺的結構輕化問題、高速導軌結構類型的選擇問題、直線電機驅(qū)動與閉環(huán)控制系統(tǒng)等，而且成本也較高，這一系列問題都有待進一步研究解決。盡管如此，直線電機在高速加工中心上的應用，已呈現(xiàn)出滾珠絲杠所無法比擬的諸多優(yōu)點，

45、并有望成為21世紀高速加工中心進給系統(tǒng)的基本傳動方式。</p><p>　　3.3高速加工技術的應用和發(fā)展趨勢</p><p>　　正如前面所談到的，高速加工具有生產(chǎn)率高、切削力小、工件熱變形小及加工精度和表面質(zhì)量高等幾大優(yōu)點，而且在近10年來，由于高速機床、高速刀具和其它關鍵技術的迅速發(fā)展，高速加工在國內(nèi)外得到了廣泛的應用。</p><p>　　3.3.1高速

46、加工技術的應用 </p><p>　　航空航天工業(yè)減輕重量對于航空航天器有著極其重要的意義。在飛機工業(yè)中，主要采取兩個措施來減輕零部件的重量：即零部件盡量采用鋁合金、鋁鈦合金或纖維增強塑料等輕質(zhì)材料制造；把過去由幾十個、甚至幾百個零件通過鉚接或焊接起來的組合構件，合并成一個帶有大量薄壁和細筋的復雜零件，用“整體制造法”制造。即從一個實心的整體毛坯中，切除和淘空85%以上的多余材料加工而成。由于切削余量很大，如果采

47、用普通方法加工，則切削工時長，生產(chǎn)效率低，不能滿足飛機產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求。采用“整體制造法”有三個優(yōu)點：用高速加工來加工這類帶有大量薄壁、細筋的復雜輕合金構件，其材料切除率高達100～180cm3/min，為常規(guī)加工的3倍以上，大大壓縮了切削工時；飛機上的零件數(shù)量可減少40%以上，省去了原來組合構件的裝配和鉚焊工序，節(jié)省了大量的裝配、調(diào)校工時和制造工模夾具的時間，減少了占用的生產(chǎn)面積，減輕了飛機部件的重量，擴大了柔性生產(chǎn)的能力，減少了部

48、件之間的結合面，提高了飛機飛行的安全性。</p><p>　　如加工一全長為3.35ｍｍ有的部位壁厚不到1mm的大型薄壁飛機構件，該構件以往由500多個零件組裝而成，以前加工這個組合構件的生產(chǎn)周期為3個月?，F(xiàn)用一塊整體毛坯，通過高速加工來制造這個零件，其生產(chǎn)周期不足兩周，生產(chǎn)效率提高6倍以上。</p><p>　　航空和動力部門大量采用鎳基合金(如Incomel718)和鈦合金(TiAl6

49、V4)來制造飛機和發(fā)動機零件。這些材料強度大、硬度高、耐沖擊、加工中易硬化、切削溫度高、刀具磨損嚴重，是一類難加工材料，過去一般采用很低的切削用量。如采用高速切削，則切削速度可提高到100～1000m/min，為常規(guī)切削速度的10倍左右，不但大幅度提高了生產(chǎn)效率，而且還有效地減少了刀具磨損，提高了零件的表面加工質(zhì)量。</p><p>　　3.3.2汽車、摩托車工業(yè)</p><p>　　

50、近10年來，新建的汽車、摩托車生產(chǎn)線多半采用由多臺加工中心和數(shù)控機床組成的柔性生產(chǎn)線，它能適應產(chǎn)品不斷更新的要求，但由于是單軸順序加工，生產(chǎn)效率沒有多軸、多面、并行加工的組合機床自動線高。高速加工技術就是采用高速加工中心和其它高速數(shù)控機床組成高速柔性生產(chǎn)線。這種生產(chǎn)線集“高柔性”與“高效率”于一體，既可滿足產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代的要求，做到一次投資，長期受益，又有接近于組合機床剛性自動線的生產(chǎn)效率。從而打破了汽車生產(chǎn)中有關“經(jīng)濟規(guī)?！钡膫鹘y(tǒng)觀

51、念，實現(xiàn)了多品種、中小批量的高效生產(chǎn)。</p><p>　　如美國Ford汽車公司和Ingersoll機床公司合作，尋求能兼顧柔性和效率的汽車生產(chǎn)線方案。經(jīng)過多年的努力，研制成HVM800型臥式加工中心，同時采用高速電主軸和直線電機，主軸最高轉(zhuǎn)速為24000r/min，工作臺最大進給達76.2m/min，即不到1秒鐘工作臺可行程1m，瞬間完成一個工作行程。用這種高速加工中心組成的柔性生產(chǎn)線加工汽車發(fā)動機零件，其

52、生產(chǎn)率與組合機床自動線相當，但建線投入要減少40%。換產(chǎn)的準備時間也快得多，主要工作是編制軟件，而不是大量制造工夾具，現(xiàn)已成為一條名符其實的敏捷制造生產(chǎn)線。我國汽車工業(yè)近年來也開始用高速加工中心組成柔性生產(chǎn)線取代組合機床剛性自動線。</p><p>　　3.3.3模具工業(yè)</p><p>　　大多數(shù)模具都是由高硬度、耐磨性能好的合金材料(經(jīng)熱處理)制造，加工難度很大。以往廣泛采用電火花

53、(EDM)加工成形，然而這是一種靠放電燒蝕的微切削加工方式，生產(chǎn)效率極低。</p><p>　　用高速銑削代替電加工是加快模具開發(fā)速度、提高模具制造質(zhì)量的一個新方法。用高速銑削加工模具，不僅可用高轉(zhuǎn)速，大進給，而且粗、精加工一次完成，大大提高了生產(chǎn)效率。采用高速切削加工淬硬鋼模具，硬度60HRC以上，表面粗糙度Ra0.6μm，達到了磨削加工的水平，效率比電加工高數(shù)倍，不僅節(jié)省了大量的修光時間，還可代替絕大部分的電

54、加工工序。</p><p>　　模具型腔通常采用小直徑球頭立銑刀進行高速硬銑削，要求機床的最高主軸轉(zhuǎn)速高達20000～40000r/min，但進給速度要求不是太高，一般采用進給速度30m/min，為防止加工時發(fā)生顫振，機床必須具有足夠的剛度。除此而外，高速加工還可用于快速成形、光學精密零件和儀器儀表的高速加工。</p><p>　　3.3.4高速加工技術的發(fā)展趨勢</p>&

55、lt;p>　　作為面向21世紀的一項先進制造技術——高速加工，將繼續(xù)克服當前存在的某些技術障礙，在以下幾個方面將會得到更快的發(fā)展。</p><p>　　①擴大材料加工范圍:從鋁合金加工擴大到鋼材的高速加工，解決鋼件高速加工存在的技術難點。</p><p>　?、谟酶墒角邢魈娲鷿袷角邢?。解決高速加工使用大量冷卻液造成對自然環(huán)境的污染問題，進一步研究開發(fā)適用于干式切削的新型刀具材料，

56、研究開發(fā)干式切削加工中心。</p><p>　?、圻M一步改善高速機床的驅(qū)動和控制技術，開發(fā)快速的CAD/CAM系統(tǒng)和實用的編程軟件，以滿足實際生產(chǎn)的需要。</p><p>　　④研究高速機床的安全防護和遠程監(jiān)控技術。確保高速加工的生產(chǎn)安全。</p><p>　?、莞纳蒲芯亢驮囼灄l件，繼續(xù)深入開發(fā)高速切削機理的理論研究、仿真研究和虛擬研究，進一步弄清高速切削過程

57、的物理本質(zhì)和變化規(guī)律，建立高速切削數(shù)據(jù)庫，指導用戶正確使用已有高速機床，充分發(fā)揮高速加工中心的效能。</p><p><b>　　加工中心圖形如下：</b></p><p>　　第4章 基于高速加工的效率與設備選型</p><p>　　高速切削（High Speed Cutting）和高速加工（High Speed Machining）分別簡稱

58、HSC和HSM，是近十年來迅速崛起的一項先進制造技術。由于高速切削技術使汽車、模具、飛機、輕工和信息等行業(yè)的生產(chǎn)率和制造量顯著提高，加工工藝及裝備更新?lián)Q代，因此如同數(shù)控技術一樣，高速切削和高速加工已成為20世紀機械制造業(yè)一場影響深遠的技術革命。目前，適應HSC要求的高速加工中心和其他高速數(shù)控機床在發(fā)達國家已呈普及趨勢。</p><p>　　高速切削的起源可追溯到20世紀20年代末期。德國的切削物理學家薩洛蒙（Ca

59、rl Salomon）博士于1929年進行了超高速模擬實驗。1931年4月發(fā)表了著名的超高速切削理論，提出了高速切削假設。薩洛蒙指出：在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而提高。對于每一種工件材料，存在一個速度范圍，在這個速度范圍內(nèi)，由于切削溫度太高，任何刀具都無法承受，切削加工不可能進行。但是，當切削速度再增大，超過這個速度范圍以后，切削溫度反而降低。同時，切削力也會大幅度下降。按照他的假設，在具有一定速度的高速區(qū)進行切

60、削加工，會有比較低的切削溫度和比較小的切削力，不僅有可能用現(xiàn)有的刀具進行超高速切削，從而大幅度地減少切削時間，成倍地提高機床的生產(chǎn)率，而且還將給切削過程帶來一系列的優(yōu)良特性。</p><p>　　4.1高速加工的效率</p><p>　　1.高速加工提高了產(chǎn)品加工的速度 </p><p>　　對于精加工，從材料去除速度而言，高速加工比一般加工快四倍以上，普通數(shù)控機床

61、精加工時一般進給速度在3米-6米/每分鐘，而高速機床一般在15米-60米/每分鐘，大家知道一般產(chǎn)品加工大部時間花在精加工，對粗加工而言高速加工采取了非常小的切深，但時間范圍內(nèi)的切削量還是比普通數(shù)控機床加工快幾倍。 </p><p>　　2.高速加工可獲得高質(zhì)量的加工表面 </p><p>　　因高速加工采取了極小的進給量與切深，故可獲得很高的表面質(zhì)量，有時甚至可以省去鉗工修光的工序，因表面

62、質(zhì)量的提高又省去了修光及點火花等工序所需的時間，再則在高速加工速度范圍內(nèi)，切削溫度降低，同時切削力也會大幅度下降，使加工的產(chǎn)品不會因切削力 與切削溫度影響加工精度。</p><p>　　3.簡化了加工工序 </p><p>　　傳統(tǒng)銑削加工只能在淬火之前進行，因淬火造成的變形必須要經(jīng)手工修整或采用電加工最終成形?，F(xiàn)在則可以通過高速加工完成，省去了電極材料、電極加工編程及加工，以及電加工過程

63、所需所有費用，而且不會出現(xiàn)電加工所導致的表面硬化。另外，由于高速加工切削量減少，便可使用更小直徑的刀具對更小的圓角半徑及模具細節(jié)進行加工，節(jié)省了部分加工或手工修整工藝。減少人工修光時間及工藝的簡化對縮短生產(chǎn)周期的貢獻甚至可超過高速加工速度提高而產(chǎn)生的價值，崎立GRAND68A曾經(jīng)使用6個毫米的刀加工出深度50mm直徑0.2mm的小園柱，普通數(shù)控機床是無法做到的。 </p><p>　　4.使模具修復過程變得更加方

64、便 </p><p>　　模具在使用過程中往往需要多次修復，以延長使用壽命，過去主要是靠電加工來完成，如果采用高速加工可以更快地完成該工作，而且可使用原NC程序，無需重新編制，且能做到精確無誤。</p><p>　　4.2高速加工設備選型 交流CAD/CAM/CAE軟件安裝使用技巧及 高速加工對機床的要求主軸速度應能達到15000～40000r/min進給速度應達15～60m/min；快

65、速移動速度達30-90m/min；加速度為1g；高剛性的機械結構；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)；高速處理能力的控制系統(tǒng)（線性插補5-20Microns或NURBS插補功能）； 具有預處理能力的控制系統(tǒng)。刀夾、刀具的加速度小于3g；刀具的徑向跳動小于0.015mm。</p><p>　　4.2.1 高速主軸</p><p>　　目前，高速機床普遍采用電主軸，由于沒有中

66、間傳動環(huán)節(jié)，俗稱“內(nèi)藏式電主軸”，電主軸是一種智能型功能部件，不但轉(zhuǎn)速高、功率大，還有一系列主軸溫升與振動等機床運行參數(shù)的功能。決定電主軸性能的優(yōu)良重要部份在軸承，電主軸采用的軸承主要有滾動軸承、流體靜壓軸承和磁懸浮軸承。目前國內(nèi)主要應用陶瓷滾動軸承，STA公司采用德國GMN公司的軸承生產(chǎn)的電主軸是一款性能優(yōu)良的產(chǎn)品，其旋轉(zhuǎn)精度和剛度都相當高。目前常使用CYTEC，意大利FAEMAT，瑞士IBAG等廠家的電主軸。 </p>

67、<p>　　國內(nèi)用戶在購買機床時一般應注重主軸的參數(shù)，主軸一般有轉(zhuǎn)速、功率、扭矩三個基本重要參數(shù)，不能一味追求高轉(zhuǎn)速、高功率就是好，應根據(jù)機床的大小，進給速度，NC控制系統(tǒng)整體進行搭配，如果你的機床主軸6萬轉(zhuǎn)/每分鐘，進給速度才6米/每分鐘，怎能談得上高速機床。主軸的高速旋轉(zhuǎn)切削產(chǎn)生大量的熱，在沒有快速的移動下，切削熱大量傳導給工件，致使產(chǎn)品熱變型，無法對鋁等易熱變型的材料加工，這就好比我們的一支手指頭在一根點燃的蠟燭上移動

68、，當我們的手指頭移動的速度夠快的話，始終感覺不到手指頭會痛。</p><p>　　一般轉(zhuǎn)速快，功率一樣的情況下，扭矩會小，扭矩小了對加工的時間內(nèi)切削去除量有很大的影響，那么要有同樣的時間內(nèi)去除量，功率必須大，大功率的電主軸相當貴，對于初次購買高速機床不是很好的選擇。我們購買高速機床時應選主軸轉(zhuǎn)速大約16000-30000轉(zhuǎn)/每分鐘為宜，功率10KW-20KW，扭力5N·M-20 N·M。<

69、;/p><p>　　高速主軸還有重要的一點是刀具接口，應選用HSK型接口，中型機床一般HSK-40E、HSK-50E，大機床一般采用HSKA63BT和其它刀具接口目前市場上很難達到2萬轉(zhuǎn)以上的參數(shù)特性。</p><p>　　4.2.2機床結構和進給系統(tǒng)</p><p>　　為了響應每分鐘15-60m/min的進給速度，那么必須還需要一套好</p><

70、p>　　的進給系統(tǒng)。目前很多文章介紹高速機床使用直線電機做為傳動，直線電機是一種優(yōu)良的傳動設備，價格很貴，使用量不多，總的傳動統(tǒng)必須高的加速度，高傳導性，零間隙，使用滾珠絲桿必須有高的DN值、大鏍矩、高加速度、良好的冷卻系統(tǒng)。崎立GRAND680B采用空調(diào)冷卻水對絲桿、軸承進行嚴格溫升控制，實現(xiàn)30米進給，溫升控制在30℃,使絲桿軸承大量延升壽命。</p><p>　　高速機床的結構一般采用龍門式結構,米漢

71、納鑄鐵,特殊箱型結</p><p>　　構及加大助式設計,使機臺具有超強剛性,確保重切削時之抗扭曲力與極佳之吸震能力.使機床可獲得最佳的承載能力.采用雙墻式結構支撐橫梁，橫梁在墻式支撐上可進行快速進給運動, 雙墻式支撐的橫梁要求在兩面墻上采用雙動力的驅(qū)動,雙驅(qū)動時要保證兩邊進給的同步性.由于采用龍門式結構比立柱式更容易實現(xiàn)高速運動且結構簡單,一些小型加工中心也做成龍門式結構。</p><p&g

72、t;　　高速機床的床身和工作臺必須有高的動、靜剛度和抗振性;好的精</p><p>　　度保持性; 更好的抗熱變形能力。在材料上,高性能的加工中心大</p><p>　　多應用高強度密烘(Mehanna)鑄鐵.同時,過去僅用于精密機床的聚合物混凝土、大理石已經(jīng)開始用于高性能加工中心.大理石聚合物混凝土整體鑄造的床身的振動性能和鑄鐵材料比較,其諧振峰值小得多,且共振頻率略向前移。</p

73、><p>　　高速進給系統(tǒng)是高速數(shù)控機床的關鍵部件之一.隨著高速加工技</p><p>　　術和高速數(shù)控機床的不斷發(fā)展,對高速機床進給系統(tǒng)的要求越來越高.目前對高速機床進給系統(tǒng)的要求可概括為:高速度、高加速度、高精度、高可靠性和高安全性，合理的成本。</p><p>　　采用直線電動機進給驅(qū)動的優(yōu)點是速度高、加速度大、定位精度</p><p>　

74、　高、行程不受限制。目前，直線電動機已有多種類型，其中在高</p><p>　　速進給系統(tǒng)中應用較多的如：直線直流電動機、交流永磁（同步）直線電動機、交流感應（異步）直線電動機。</p><p>　　進給系統(tǒng)的設計和選用，直接影響高速機床的技術水平和加工能</p><p>　　力。為高速加工的需要，進給系統(tǒng)必須滿足如下要求：能提供高</p><p

75、>　　速機床所需的高速度和高加速度，并具有很寬的調(diào)速范圍；能在所要求的速度、加速度和調(diào)速范圍內(nèi)長期穩(wěn)定可靠工作；能實現(xiàn)準確的定位和誤差極小的跟蹤；工作平穩(wěn)，無爬行、無振動、噪聲小；具有優(yōu)良的靜態(tài)和動態(tài)特性；滿足節(jié)能和環(huán)保等方面的要求。</p><p>　　4.2.3 高速系統(tǒng)</p><p>　　CNC控制器應有短的插補時間，短的伺服響應時間，大的超前程序預處理能力，配有高速高精度

76、軟件，前饋處理，速度超前處理，大的程序代碼傳輸速率或網(wǎng)絡功能，高檔系統(tǒng)應有納米插補功能，NURBS插補功能，NURBS是曲面曲線插補，使加工代碼更短，線條更圓滑，產(chǎn)品更光潔度精度更高，但是購買機床時不一定應具備此功能，應根據(jù)實際應用選定。</p><p>　　以上只是微薄的對您選購高速機床的建議。購買高速機床時您還應具備豐富的產(chǎn)品加工經(jīng)驗，豐富的CAD/CAM經(jīng)驗</p><p>　　日本

77、機床業(yè)的最新技術動向</p><p>　　第5章 數(shù)控技術和裝備發(fā)展趨勢及對策</p><p>　　當今世界數(shù)控技術及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀，在此基礎上討論了在我國加入WTO和對外開放進一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性，并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備的幾點看法。</p>

78、<p>　　裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產(chǎn)業(yè)、生物技術及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛

79、采用數(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。此外世界上各工業(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，不僅采取重大措施來發(fā)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。總之，大力發(fā)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)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。</p><p>　　數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動

80、和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域：(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅(qū)動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。</p><p>　　5.1 數(shù)控技術的發(fā)展趨勢</p><p>　　數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了

81、革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面［1～4］。</p><p>　　5.1.1 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢</p><p>　　效率

82、、質(zhì)量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。</p><p>　　在轎車工業(yè)領域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很

83、差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。</p><p>　　從EMO2001展會情況來看，高速加工中心進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/

84、min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉(zhuǎn)速已達60 000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12*1000r/mm和

85、1g。</p><p>　　在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。</p><p>　　在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6 000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功

86、能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。</p><p>　　5.1.2 5軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展</p><p>　　采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3

87、軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。</p><p>　　當前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。</p><p>

88、　　在EMO2001展會上，新日本工機的5面加工機床采用復合主軸頭，可實現(xiàn)4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn)，還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。</p><p>　　5.1.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢<

89、;/p><p>　　21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控制，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，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、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、智能化的人機界面等；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

90、。</p><p>　　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(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、歐共體的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open

91、System Environment for Controller)，中國的ONC(Open Numerical Control System)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(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特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(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)，形成具有鮮明個

92、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。</p><p>　　網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著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)外一些著名數(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

93、念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)；日本大隈（Okuma）機床公司展出“IT plaza”（信息技術廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（開放制造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢。</p>&l

94、t;p>　　5.1.4 重視新技術標準、規(guī)范的建立</p><p>　　1.關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范</p><p>　　如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進行開放式體系結構數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定，預示了數(shù)控技

95、術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。</p><p><b>　　2. 關于數(shù)控標準</b></p><p>　　數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代

96、數(shù)控技術高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領域產(chǎn)品信息的標準化。</p><p>　　STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術領域的一次革命，對于數(shù)控技術的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念

97、，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術開放式、網(wǎng)絡化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約50％）。</p><p>　　目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來自

98、歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學術機構。美國的STEP Tools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型(Super Model)，其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證。</p><p>　　5.2 對我國數(shù)控技術

99、及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計</p><p>　　我國數(shù)控技術起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的限制，數(shù)控技術的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善

100、，我國數(shù)控技術的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實施產(chǎn)業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實質(zhì)性進步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達50％，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達到了10％。</p><p>　　縱觀我國數(shù)控技術近50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過4個5年計劃的攻關，總體來看取得了以下成績。&l

101、t;/p><p>　　a.奠定了數(shù)控技術發(fā)展的基礎，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術。我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)控主機、專機及其配套件的基礎技術，其中大部分技術已具備進行商品化開發(fā)的基礎，部分技術已商品化、產(chǎn)業(yè)化。</p><p>　　b.初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關成果和部分技術商品化的基礎上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機廠、華中數(shù)控等一

102、批伺服系統(tǒng)和伺服電機生產(chǎn)廠以及北京第一機床廠、濟南第一機床廠等若干數(shù)控主機生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。</p><p>　　c.建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍。</p><p>　　雖然在數(shù)控技術的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地認識到，我國高端數(shù)控技術的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實需求還有較大的差距。雖然