淺析數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程及趨勢(shì)-機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化畢業(yè)論文

1、<p><b>　　網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院</b></p><p>　　本 科 生 畢 業(yè) 大 作 業(yè)</p><p>　　題 目：淺析數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程及趨勢(shì) </p><p>　　學(xué)習(xí)中心： 陜西 </p><p>　　層 次： ?？破瘘c(diǎn)本科</p>&l

2、t;p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　年 級(jí)： 2011 年 春 季 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 王沙沙 </p><p>

3、　　完成日期：2013 年 01 月 22 日</p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　本文以數(shù)控機(jī)床為研究對(duì)象，首先闡述了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程，尤其對(duì)其進(jìn)給伺服系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)描述，接下來(lái)對(duì)我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了介紹，并分析了其存在的問(wèn)題，最后提出了針對(duì)我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展策略。</p>&l

4、t;p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；進(jìn)給伺服系統(tǒng)；機(jī)床加工程序</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要I</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程2</

5、p><p>　　1.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)3</p><p>　　1.1.1.按用途和功能分3</p><p>　　1.1.2.按使用的執(zhí)行元件分3</p><p>　　1.1.3.按控制原理分4</p><p>　　1.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)5</p><p>　　1.3 數(shù)控機(jī)床的加工程序

6、6</p><p>　　1.3.1 數(shù)控程序編制的基本流程7</p><p>　　1.3.2. 數(shù)控程序編制的方法7</p><p>　　2 數(shù)控機(jī)床現(xiàn)行技術(shù)分析8</p><p>　　2.1數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)8</p><p>　　2.1.1．基于PC的體系結(jié)構(gòu)生命力旺盛8</p><p

7、>　　2.1.2．采用多CPU結(jié)構(gòu)是高檔數(shù)控系統(tǒng)的必然8</p><p>　　2.1.3． 總線結(jié)構(gòu)是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速的保證9</p><p>　　2.2高性能運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)9</p><p>　　2.3 五軸加工技術(shù)9</p><p>　　2.3.1．RTCP功能9</p><p>　　2.3.2． 傾

8、斜面加工10</p><p>　　2.4．CAD／CAM集成技術(shù)10</p><p>　　2.4.1．對(duì)話式編程10</p><p>　　2.4.2．3D防碰10</p><p>　　2.4.3．多通道協(xié)同控制10</p><p>　　2.5 圖形化界面功能和水平進(jìn)一步提高11</p><

9、;p>　　2.6 在線測(cè)量功能集成11</p><p>　　3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展中所存在的問(wèn)題12</p><p>　　3.1 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估量12</p><p>　　3.2 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的思考13</p><p>　　3.3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展主要制約因素13</p><

10、;p>　　4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展策略15</p><p>　　4.1以高速化為先導(dǎo)，提高數(shù)控機(jī)床的綜合性能15</p><p>　　4.2推進(jìn)μm 工程，研制高效精密數(shù)控機(jī)床15</p><p>　　4.3發(fā)展復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床、縮短制造過(guò)程鏈15</p><p>　　4.4高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)16</p>&

11、lt;p>　　4.5發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，推進(jìn)企業(yè)制造能力的高效柔性化16</p><p>　　4.6開展可靠性設(shè)計(jì)，加強(qiáng)全面質(zhì)量管理，保證數(shù)控機(jī)床的可靠性增長(zhǎng)16</p><p>　　4.7提高技術(shù)人員的綜合素質(zhì)17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　前

12、 言</b></p><p>　　自20世紀(jì)末開始，我國(guó)制造業(yè)就開始了逐漸由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)了腳步，機(jī)床制造業(yè)也跟著取得數(shù)控機(jī)床快速增長(zhǎng)的業(yè)績(jī)。機(jī)床是先進(jìn)制造技術(shù)和制造信息集成的重要元素，既是生產(chǎn)力要素，又是重要商品。機(jī)床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上能映射出加工技術(shù)的主要趨勢(shì)。近年來(lái), 我國(guó)在數(shù)控機(jī)床和機(jī)床工具行業(yè)對(duì)外合資合作進(jìn)一步加強(qiáng), 無(wú)論在精度、速度、性能, 還是智能化方面都取得了相當(dāng)?shù)?/p>

13、成績(jī)[1]。</p><p>　　在國(guó)際貿(mào)易中, 很多發(fā)達(dá)國(guó)家把數(shù)控機(jī)床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤(rùn)的主要機(jī)電出口產(chǎn)品。因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行總結(jié)分析，將有助于推進(jìn)我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的目標(biāo)。</p><p>　　1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程</p><p>　　自上世紀(jì)50年代以來(lái)，世界數(shù)控機(jī)床主要經(jīng)歷了數(shù)控NC（Numerical Contro

14、l）和計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC（Computer Numerical Control）2個(gè)階段[2]。</p><p>　　數(shù)控NC階段主要經(jīng)歷了以下3代：</p><p>　　第1代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代初年，系統(tǒng)全部采用電子管元件，邏輯運(yùn)算與控制采用硬件電路完成。</p><p>　　第2代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)為標(biāo)志。&l

15、t;/p><p>　　第3代數(shù)控系統(tǒng)，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動(dòng)了數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　　計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段也經(jīng)歷了3代：</p><p>　　第4代數(shù)控系統(tǒng)，始于70年代，當(dāng)首個(gè)采用小型計(jì)算機(jī)的CNC裝置芝加哥展覽會(huì)上露面時(shí)，標(biāo)志著CNC技術(shù)的問(wèn)世。</p><p>

16、;　　第5代數(shù)控系統(tǒng)，70年代后期，中、大規(guī)模集成電路技術(shù)所取得成就，促使價(jià)格低廉、體積更小、集成度更高、工作可靠的微處理器芯片的產(chǎn)生，并逐步應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　第6代數(shù)控系統(tǒng)，始于90年代初，受通用微機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的影響，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)為基礎(chǔ)，向著開放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、檢測(cè)

17、系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。其中進(jìn)給伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，其性能是決定數(shù)控機(jī)床加工性能的極其重要的技術(shù)指標(biāo)。因此提高進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的品質(zhì)是人們始終追求的目標(biāo)。接下來(lái)主要介紹一下進(jìn)給伺服系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程。</p><p>　　1.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)按用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；按控制原理

18、和有無(wú)檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按使用的執(zhí)行元件分為電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)。 </p><p>　　1.1.1.按用途和功能分</p><p>　　(1)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：是用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)坐標(biāo)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并提供切削過(guò)程所需的力矩。主要關(guān)心其力矩大小、調(diào)速范圍大小、調(diào)節(jié)精度高低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性。 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一

19、般包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。 </p><p>　　(2)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：用于控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率和所需的切削力。主要關(guān)心其是否有足夠的功率、寬的恒功率調(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)節(jié)范圍；它只是一個(gè)速度控制系統(tǒng)。 </p><p>　　1.1.2.按使用的執(zhí)行元件分 </p><p>　　（1）電液伺服系統(tǒng) 其伺服驅(qū)動(dòng)裝置是電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬

20、達(dá)。其優(yōu)點(diǎn)是在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常數(shù)小、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)；其缺點(diǎn)是液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大、噪聲、漏油等。 </p><p>　　（2）電氣伺服系統(tǒng) 其伺服驅(qū)動(dòng)裝置伺服電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和交流電機(jī)等）。其優(yōu)點(diǎn)是操作維護(hù)方便，可靠性高。其中， </p><p>　　1）直流伺服系統(tǒng) 其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺服電機(jī)和中小慣量直流伺服電機(jī)；

21、主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流伺服電機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好；其缺點(diǎn)是有電刷，速度不高。 </p><p>　　2）交流伺服系統(tǒng) 其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需維護(hù)、適合于在惡劣環(huán)境下工作；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。</p><p>　　1.1.3.按控制原理分 </p><p&g

22、t;　?。?）開環(huán)伺服系統(tǒng) </p><p>　　系統(tǒng)中沒(méi)有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置→進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 </p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)： </p><p>　　1. 一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。 </p><p>　　2. 無(wú)位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)講不高，機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)和機(jī)

23、械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。步進(jìn)電機(jī)步距誤差，齒輪副、絲杠螺母副的傳動(dòng)誤差都會(huì)反映在零件上，影響零件的精度。 </p><p>　　3. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；因此在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。</p><p>　?。?）閉環(huán)伺服系統(tǒng) </p><p>　　系統(tǒng)中有反饋控制系統(tǒng),位置采樣點(diǎn)從工作

24、臺(tái)引出，可直接對(duì)最終運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)；能得到更高的速度、精度和驅(qū)動(dòng)功率。 </p><p>　　閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)： </p><p>　　1. 從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。從理論上講，機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度只取決于檢測(cè)裝置的精度，與傳動(dòng)鏈誤差無(wú)關(guān)。但實(shí)際對(duì)傳動(dòng)鏈和機(jī)床結(jié)構(gòu)仍有嚴(yán)格要求。 </p><p>　　

25、2. 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。 </p><p>　?。?）半閉環(huán)伺服系統(tǒng) </p><p>　　系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)是從伺服電機(jī)或絲杠的端部引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)最終運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。 &

26、lt;/p><p>　　半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)： </p><p>　　1. 半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。 </p><p>　　2. 由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除, 因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。 </p&g

27、t;<p>　　3. 由于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　通常來(lái)說(shuō)，用于步進(jìn)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般有以下幾類：</p><p>　　1.3 數(shù)控機(jī)床的加工程序</p><p>　　通過(guò)數(shù)控加工程序的

28、運(yùn)行，可自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形表面 、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進(jìn)行車槽、鉆孔、擴(kuò)孔以及鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工工序，提高加工精度和生產(chǎn)效率，特別適合于復(fù)雜形狀回轉(zhuǎn)類零件的加工。</p><p>　　1.3.1 數(shù)控程序編制的基本流程</p><p>　?、?分析零件圖樣和制定工藝方案</p><p><b>　?、?/p>

29、 數(shù)學(xué)處理</b></p><p>　　⑶ 編寫零件加工程序</p><p><b>　?、?程序檢驗(yàn)</b></p><p>　　1.3.2. 數(shù)控程序編制的方法</p><p>　　手工編程; 計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程</p><p>　　2 數(shù)控機(jī)床現(xiàn)行技術(shù)分析</p>&

30、lt;p>　　進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。數(shù)控機(jī)床正向高速化、高精度化、復(fù)合化、

31、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等方面發(fā)展。</p><p>　　2.1數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.1．基于PC的體系結(jié)構(gòu)生命力旺盛</p><p>　　基于PC是為了充分使用PC機(jī)豐富軟硬件資源， 無(wú)論是老牌的系統(tǒng)廠商和該領(lǐng)域內(nèi)的新秀，均直接采用PC機(jī)作為人機(jī)界面或直接采用PC作為控制。如西門子840di系統(tǒng)、HEIDENHAIN公司的iT

32、NC530等，是基于PC技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)。而FANUC． SIMENS等公司的其他系統(tǒng)，也引入了PC技術(shù)，使用Pc作為操作界面。國(guó)內(nèi)的華中數(shù)控、大連光洋、廣州數(shù)控?cái)?shù)控系統(tǒng)也是基于PC技術(shù)的。</p><p>　　2.1.2．采用多CPU結(jié)構(gòu)是高檔數(shù)控系統(tǒng)的必然</p><p>　　對(duì)于高性能系統(tǒng)， 由于分辨率的增高、控制算法復(fù)雜性的增加以及處理能力要求苛刻，對(duì)CPU的處理能力提出了很高的要求

33、 為了滿足這一要求，對(duì)于高端系統(tǒng)，均采用了多個(gè)高性能的處理器。采用多處理器的結(jié)構(gòu)后，各CPU分工合作提高了系統(tǒng)的計(jì)算速度、插補(bǔ)速度及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出設(shè)備。 </p><p>　　2.1.3． 總線結(jié)構(gòu)是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速的保證</p><p>　　隨著數(shù)控機(jī)床速度和精度的不斷提升，傳統(tǒng)脈沖和模擬接口相形見絀， 難以滿足信息高速傳輸?shù)囊?。而總線技術(shù)是解決這一瓶頸的必由之路。通過(guò)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)

34、以純數(shù)字的方式在各模塊間傳遞，避免了模擬量的零漂以及脈沖串的高頻干擾，提高了傳輸?shù)男屎涂煽啃浴?lt;/p><p>　　2.2高性能運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)</p><p>　　為了適應(yīng)高效、高精的加工需求，高精、高速平滑運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)一直是系統(tǒng)廠商研究的熱點(diǎn)。在數(shù)控裝置中， 通過(guò)增加系統(tǒng)分辨率、平滑軌跡、進(jìn)行速度和加減速的箝制等措施來(lái)減少加工過(guò)程中的沖擊、抑制機(jī)床激振來(lái)獲得平滑的加工表面是該技術(shù)的一個(gè)發(fā)

35、展趨勢(shì)。其中采用樣條插補(bǔ)、增強(qiáng)前瞻性能等手段是目前國(guó)內(nèi)系統(tǒng)廠商采用的技術(shù)手段。如國(guó)內(nèi)高檔系統(tǒng)把樣條插補(bǔ)，前瞻段數(shù)等作為比較重要的指標(biāo)。</p><p>　　2.3 五軸加工技術(shù)</p><p>　　采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件加工，可使用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工表面粗糙度值低，而且效率也大幅度提高。一般，1臺(tái)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率等于2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀

36、進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工比3軸聯(lián)動(dòng)加工能發(fā)揮更高的效益。但過(guò)去因5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前，由于電主軸的應(yīng)用，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床。</p><p>　　2.3.1．RTCP功

37、能</p><p>　　傳統(tǒng)五軸加工時(shí)， 受旋轉(zhuǎn)軸的影響控制中心不在刀尖，會(huì)產(chǎn)生較大的非線性誤差。采用刀具中心位置控制功能(RTCP功能)后。不管刀具的方向怎么變換，刀尖的路徑以及速度都按照程序指定的路徑及速度進(jìn)行自動(dòng)控制， 可以提高五軸加工精度。</p><p>　　2.3.2． 傾斜面加工</p><p>　　在對(duì)工件上的某個(gè)傾斜面進(jìn)行鉆孔或銑槽等形狀加工時(shí)，

38、通過(guò)指定加工面為XY平面，編程工作就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。傾斜面加工命令可以實(shí)現(xiàn)這種指定方式， 同時(shí)，不需要指定刀具的方向，就可以使刀具以垂直于傾斜的加工面的方式自動(dòng)地定位刀具。這個(gè)功能使在傾斜的加工面上的編程變得很簡(jiǎn)單。</p><p>　　2.4．CAD／CAM集成技術(shù)</p><p>　　2.4.1．對(duì)話式編程</p><p>　　操作的簡(jiǎn)單和傻瓜化一直是主流數(shù)控系統(tǒng)

39、廠商努力的方向， 為了能更加簡(jiǎn)化車間級(jí)的編程過(guò)程，以及為了未來(lái)和更高級(jí)的加工編程理念相靠近， 目前國(guó)際高檔、主流數(shù)控系統(tǒng)制造商已經(jīng)明確地將圖形化、集成式的編程系統(tǒng)，作為數(shù)控系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。國(guó)內(nèi)的華中數(shù)控等中高檔系統(tǒng)均支持對(duì)話式編程。</p><p>　　2.4.2．3D防碰</p><p>　　動(dòng)態(tài)碰撞監(jiān)測(cè)功能(DCM)能為機(jī)床操作人員提供全面支持，一旦有碰撞危險(xiǎn)， 系統(tǒng)立即中斷加工 提高

40、操作人員和機(jī)床的安全性，防止機(jī)床的損壞，避免代價(jià)高昂的停機(jī)損失，使無(wú)人職守生產(chǎn)模式更安全可靠。機(jī)床制造商需定義機(jī)床部件，所應(yīng)用的幾何形狀，如平面、立方體、圓柱，描述工作區(qū)和碰撞對(duì)象還可組合多個(gè)幾何體構(gòu)成復(fù)雜的機(jī)床部件，系統(tǒng)自動(dòng)考慮刀具半徑圓柱體，對(duì)傾斜設(shè)備，機(jī)床制造商可用機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性定義碰撞對(duì)象。</p><p>　　2.4.3．多通道協(xié)同控制</p><p>　　近年來(lái)， 多通道技術(shù)的不

41、斷發(fā)展，在柔性生產(chǎn)線、復(fù)合機(jī)床及多軸控制等方面得到了廣泛應(yīng)用。如在多刀架車削中心中，兩個(gè)通道的程序可同時(shí)對(duì)一個(gè)零件加工，大大提高了效率。在自動(dòng)柔性生產(chǎn)線上， 裝卸機(jī)械手采用一個(gè)通道控制， 零件的加工采用另一個(gè)控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化加工； 在高精度自動(dòng)磨削機(jī)床上，一個(gè)通道對(duì)零件在線測(cè)量， 另一通道對(duì)零件進(jìn)行加工，極大地提高了效率。</p><p>　　2.5 圖形化界面功能和水平進(jìn)一步提高</p><

42、;p>　　高檔數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展對(duì)圖形化界面的功能和水平要求進(jìn)一步提高，用戶希望看到更豐富、更形象、更直觀的界面， 以此減少用戶編程難度，提高編程和加工效率。圖形化界面包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是界面控件的圖形化。二是界面內(nèi)容， 主要指加工過(guò)程的三維實(shí)時(shí)仿真。界面控件的圖形化方面，F(xiàn)iYang、光洋及其它凡采用WINDOWS平臺(tái)的系統(tǒng)都采用了圖形化控件。華中數(shù)控21OC、HNC32數(shù)控系統(tǒng)都具備圖形化控件。</p><p

43、>　　2.6 在線測(cè)量功能集成</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)在線測(cè)量與編程、加工的進(jìn)一步集成是高檔數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)刀， 或加工過(guò)程中的自動(dòng)測(cè)量是數(shù)控系統(tǒng)中需要集成的一個(gè)重要功能，在現(xiàn)實(shí)中也有很迫切的應(yīng)用需求，例如高檔數(shù)控磨床、車銑復(fù)合加工機(jī)床等。</p><p>　　3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展中所存在的問(wèn)題</p><p>　　3.1 對(duì)我國(guó)

44、數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估量</p><p>　　我國(guó)數(shù)控技術(shù)始于1958年，發(fā)展歷程大致有3個(gè)階段：第1階段從1958—1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第2階段是在國(guó)家的“六五”、“七五”期間及“八五”的前期。引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國(guó)家的重視，及研究開發(fā)環(huán)境和國(guó)際環(huán)境的改善，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研

45、究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。第3階段在國(guó)家的“八五”后期和“九五”期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段。此階段我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。在“九五”末期，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)50％ ，配國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達(dá)到了10％ ?？v觀我國(guó)數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程，尤其是經(jīng)過(guò)4個(gè)5年計(jì)劃的攻關(guān)，取得了以下成績(jī)：①奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。即從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)

46、控主機(jī)、專機(jī)及配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。②初步形成數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上。建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批</p><p>　　3.2 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的思考</p><p>　　我國(guó)是制造大國(guó)，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)

47、結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。以資源、環(huán)境、市場(chǎng)為代價(jià)，交換得到的可能僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國(guó)際?！凹庸ぶ行摹焙汀敖M裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心地位，這將嚴(yán)重影響我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展進(jìn)程。我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題。首先，從社會(huì)安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展可提高人民的生活水平，還可緩解我國(guó)的就業(yè)壓力，保障社會(huì)穩(wěn)定；其次，從國(guó)防安全看，西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品列為國(guó)家

48、的戰(zhàn)略物質(zhì)，對(duì)我國(guó)實(shí)行禁運(yùn)和限制，“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。</p><p>　　在數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的問(wèn)題上，應(yīng)從我國(guó)的基本國(guó)情出發(fā)，以國(guó)家戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的主要內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)

49、需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，用整機(jī)(如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等)帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件(數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等)的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問(wèn)題。沒(méi)有規(guī)模的中國(guó)數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā)方面強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研及最終用戶的緊密結(jié)合以“做得出、用得上、賣得掉”為目標(biāo)，按國(guó)家意志實(shí)施攻關(guān)，從而解決國(guó)家之急需。<

50、;/p><p>　　3.3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展主要制約因素</p><p>　　由于我國(guó)的技術(shù)水平和基礎(chǔ)工業(yè)相對(duì)其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比比較落后, 數(shù)控機(jī)床的性能、水平和可靠性與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距還很大。因此, 加速進(jìn)行中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關(guān), 盡快建成與完善我國(guó)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成了我國(guó)的主要任務(wù)[5]。目前，我國(guó)在發(fā)展數(shù)控機(jī)床業(yè)中存在的主要問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：</p><

51、;p>　　缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神，忽視了數(shù)控機(jī)床本身的技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)律，沒(méi)有實(shí)事求是地制定數(shù)控機(jī)床發(fā)展的規(guī)劃，盲目性大。</p><p>　　缺乏系統(tǒng)深入的科研工作難以對(duì)各種技術(shù)資料進(jìn)行積累，設(shè)計(jì)方法陳舊，僅靠類比模仿進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，既缺乏機(jī)床創(chuàng)新的基本理論，又缺乏豐富的生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高效自動(dòng)化機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的剛度、振動(dòng)、熱變形、噪聲、精度補(bǔ)償?shù)然A(chǔ)技術(shù)缺乏深入研究，對(duì)各類機(jī)床加工工藝、布局、結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌、

52、卡軸、卡具等應(yīng)用技術(shù)又缺乏認(rèn)真試驗(yàn)，難以創(chuàng)新設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)適銷的先進(jìn)產(chǎn)品。</p><p>　　沒(méi)有合理地運(yùn)用資源這主要表現(xiàn)在兩點(diǎn)，第一，對(duì)于所涉及到的研究所、廠房等沒(méi)有綜合應(yīng)用、取長(zhǎng)補(bǔ)短，往往見到的是他們孤軍作戰(zhàn)，而且各單位忙于生存，普遍缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，更沒(méi)有做到生產(chǎn)一代、研制一代、預(yù)研一代等可持續(xù)的發(fā)展；第二，機(jī)床行業(yè)人員素質(zhì)低，缺乏各方而人才，而且各研究單位、企業(yè)、人才流失嚴(yán)重，科研、設(shè)計(jì)力量十分虛弱，

53、往往呈現(xiàn)低效運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　我國(guó)制造業(yè)大環(huán)境的制約。由于沒(méi)有在全國(guó)范圍內(nèi)發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化，對(duì)高效自動(dòng)化機(jī)床的卞機(jī)設(shè)計(jì)的基本功較差，而機(jī)床的品種結(jié)構(gòu)發(fā)展，全靠主機(jī)設(shè)計(jì)本領(lǐng)加以變化，因此，依靠引進(jìn)和合作生產(chǎn)來(lái)發(fā)展各類卞機(jī)，至今我國(guó)許多高性能、新結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床大都為合作產(chǎn)品，基本處于仿制階段。</p><p>　　缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，高速、柔性、精密機(jī)

54、床配套技術(shù)的自主研發(fā)能力低。</p><p>　　對(duì)國(guó)外技術(shù)重引進(jìn)、輕消化吸收的問(wèn)題仍很突出?！跋痹谡麄€(gè)資金投入中所占的比例相對(duì)其他工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)講太低。</p><p>　　4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展策略</p><p>　　從上世紀(jì)80年代起, 我國(guó)機(jī)床制造業(yè)對(duì)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床一直給予較大的關(guān)注。但是由于我們的數(shù)控技術(shù)與其他工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，與國(guó)外一些先進(jìn)產(chǎn)

55、品相比，仍存在著很大劣勢(shì), 使得我們總是處于技術(shù)跟蹤階段。面對(duì)這種情況，為了加速振興我國(guó)的機(jī)床制造業(yè)，提高我國(guó)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究工作：</p><p>　　4.1以高速化為先導(dǎo)，提高數(shù)控機(jī)床的綜合性能</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的高速化是提高其高效柔性和高精化的一個(gè)重要措施。分析中型加工中心的高速化與高精化的發(fā)展歷程，可以得出，作為表征其切削運(yùn)動(dòng)高速化的主軸最高轉(zhuǎn)

56、速和最大進(jìn)給速度，大致持續(xù)地以每10年增長(zhǎng)1倍的比率上升，而表征壓縮機(jī)床輔助時(shí)間的快移速度(指以滾珠絲杠和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng))和自動(dòng)換刀/工作臺(tái)轉(zhuǎn)位速度，基本上以每12～15年翻一番的速度增長(zhǎng)，1993年后逐步推廣用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的新技術(shù)，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)時(shí)又提高了1倍。</p><p>　　高速化的發(fā)展還要多注意2個(gè)問(wèn)題：從先進(jìn)適用出發(fā)確定高速范圍；高速化要和機(jī)床的結(jié)構(gòu)和控制性能相匹配。

57、</p><p>　　4.2推進(jìn)μm 工程，研制高效精密數(shù)控機(jī)床</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床尚缺少高效、高可靠性且加工精度達(dá)微米級(jí)的產(chǎn)品。為此，需研發(fā)一些能兼顧高效化和高精化的數(shù)控制造裝備以適應(yīng)汽車制造業(yè)加工關(guān)鍵零件的需求。由于這些數(shù)控制造裝備的加工精度主要在微米級(jí)（μm）范圍內(nèi)，因此可稱為μm級(jí)制造裝備及技術(shù)研究，簡(jiǎn)稱“μm 工程”。</p><p&g

58、t;　　4.3發(fā)展復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床、縮短制造過(guò)程鏈</p><p>　　加快復(fù)合數(shù)控機(jī)床的發(fā)展步伐，提高工序的集中度，使加工過(guò)程鏈集約化，可以提高多品種單件和中小批量加工的工效，也有利于加工精度的穩(wěn)定性。復(fù)合數(shù)控機(jī)床可以減少在不同數(shù)控機(jī)床間進(jìn)行工序的轉(zhuǎn)換而引起的待工以及多次上下料等時(shí)間。通常這些時(shí)間占零件整個(gè)生產(chǎn)周期的40%～60%，即使在信息管理良好的情況下，仍將占20%左右。因此，復(fù)合數(shù)控機(jī)床具有明顯的技術(shù)效

59、果。</p><p>　　為了避免復(fù)合機(jī)床因功能的擴(kuò)展而過(guò)多地引起結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和成本的增加，還需要探求兩個(gè)問(wèn)題：通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)擴(kuò)大功能部件的適用面來(lái)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；發(fā)展模塊化和可重構(gòu)化的復(fù)合機(jī)床。</p><p>　　4.4高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)</p><p>　　1995年開始研究的在可重構(gòu)制造技術(shù)支持下，構(gòu)建具有適應(yīng)大批量高效柔性化生產(chǎn)的可重組制造系統(tǒng)(RMS)是

60、一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。其核心為制造系統(tǒng)能物理組態(tài)，即根據(jù)加工對(duì)象的變化方便地進(jìn)行布局和設(shè)備配置的調(diào)整，發(fā)展了能對(duì)多變的市場(chǎng)需求做出合理的配置規(guī)劃和易于調(diào)整的布局方式、適應(yīng)重構(gòu)的控制軟件、開放式控制系統(tǒng)和規(guī)范化接口以及能快速提升系統(tǒng)重組后制造質(zhì)量的診斷系統(tǒng)等技術(shù)，使其兼具專用生產(chǎn)線的高效性能和適用的柔性以取得更佳的經(jīng)濟(jì)性，已在生產(chǎn)中取得了初步成功的應(yīng)用。</p><p>　　4.5發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，推進(jìn)企業(yè)制造

61、能力的高效柔性化</p><p>　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外一些機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)在從分布式網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)盟制造的角度出發(fā)研究相適應(yīng)的制造單元，強(qiáng)化其自治管理能力，能與企業(yè)的資源計(jì)劃（ERP），產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造/計(jì)算機(jī)輔助工程（CAD/CAPP/CAM）的信息集成，進(jìn)而通過(guò)與客戶關(guān)系管理(CRM)和供應(yīng)鏈管理(SCM)的聯(lián)系做出智能決策，實(shí)施并行工程、可視化監(jiān)控等以提高機(jī)床利用率，實(shí)現(xiàn)高

62、效的柔性生產(chǎn)。</p><p>　　4.6開展可靠性設(shè)計(jì)，加強(qiáng)全面質(zhì)量管理，保證數(shù)控機(jī)床的可靠性增長(zhǎng)</p><p>　　為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮其功能和力學(xué)特性，還要進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，根據(jù)可靠性要求合理分配各組成件的可靠性指標(biāo)，在配套件采購(gòu)和制造過(guò)程中重視質(zhì)量要求，加強(qiáng)全面質(zhì)量管理以求可靠性的不斷增長(zhǎng)。</p><p>　　4.7提高技術(shù)人員的

63、綜合素質(zhì)</p><p>　　中國(guó)機(jī)床工業(yè)的振興，數(shù)控機(jī)床的加速發(fā)展，歸根到底，取決于人員素質(zhì)的提高、工業(yè)文化水平的提高、人才的加速培養(yǎng)，有效的深化改革、改組、改制，切切實(shí)實(shí)加強(qiáng)科學(xué)管理，提高工作質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動(dòng)生產(chǎn)率。進(jìn)入21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，科學(xué)知識(shí)及作為重要生產(chǎn)要素的機(jī)床，其作用將更加突出。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

64、<p>　　勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫.數(shù)控車床Fanuc系統(tǒng)編程與操作. 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007</p><p>　　孫東洋等編著.數(shù)控編程.南京： 南京大學(xué)出版社，1993</p><p>　　杜君文主編.數(shù)控技術(shù).天津： 天津大學(xué)出版社，1990</p><p>　　徐宏海主編.數(shù)控加工工藝.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003