數(shù)控技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、數(shù)控技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì) 人 類 社 會(huì) 最 偉 大 的 科 技 成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及控制 技 術(shù) 在 機(jī) 械 制 造 設(shè) 備 中 的 應(yīng) 用 是 世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。自從1952年美國(guó)第1臺(tái)數(shù)控銑床問(wèn)世至今已經(jīng)歷了50個(gè)年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機(jī)，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有1020萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)值上百億美元。 “十五“剛剛開始，國(guó)防科工委就明確提出 了 在 軍 工 企業(yè) 中 投 入68億 元，用 于 對(duì)12 18萬(wàn) 臺(tái) 機(jī) 床 的 數(shù) 控 化 改造。 目前，國(guó)際上最大的數(shù)

2、控系統(tǒng)生產(chǎn)廠是日本FANUC公司，1年生產(chǎn)5萬(wàn)套以上系統(tǒng)，占世界市場(chǎng)約40左右，其次是德國(guó)的西門子公司約占15以上，再 次 是 德 海 德 漢 爾、西 班 牙 發(fā) 格、意 大利菲地亞、法國(guó)的NUM、日本的三菱、安川。國(guó) 產(chǎn) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 廠 家 主 要 有 華 中 數(shù)控、北 京 航 天 機(jī) 床 數(shù) 控 集 團(tuán)、北 京 凱 恩帝、北 京 凱 奇、沈 陽(yáng) 藝 天、廣 州 數(shù) 控、南京 新 方 達(dá)、成 都 廣 泰 等，國(guó) 產(chǎn) 數(shù) 控 生 產(chǎn)廠 家 規(guī) 模 都 較 小，年 產(chǎn) 都 還 沒(méi) 有 超 過(guò)300400套。近10年，數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)發(fā)展，在以下幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。11高速化 由于

3、高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高各方面速度，車床主軸轉(zhuǎn)速由3 0004 000r min提 高 到8 00010 000r min，銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4 0008 000r min提高到12 000r min、24 000r min、40 000r min以 上 快 速 移 動(dòng) 速 度 由 過(guò) 去的10 20m min提 高 到48m min、60m min、80m min、120m min，在提高速度的同時(shí)要求提高運(yùn)動(dòng)部件起動(dòng)的加速度，其已由過(guò)去一般機(jī)床的05G（重力加速度）提高到152G，最高可達(dá)15G，直線電機(jī)在機(jī)床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。12高精度化 數(shù) 控 機(jī)

4、床 的 定 位 精 度 已 由 一 般 的001002mm提 高 到0008mm左 右，亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到00005mm左右，納米級(jí)機(jī)床達(dá)到0005001m，最小分辨率為1nm（0000001mm）的 數(shù) 控 系 統(tǒng) 和 機(jī)床已有產(chǎn)品。數(shù)控中兩軸以上插補(bǔ)技術(shù)大大提高，納米級(jí)插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動(dòng)出的圓弧都可以達(dá)到1的圓度，插補(bǔ)前多程 序 段 預(yù) 讀，大 大 提 高 插 補(bǔ) 質(zhì) 量，并 可進(jìn)行自動(dòng)拐角處理等。13復(fù)合加工、新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn) 如5軸5面 體 復(fù) 合 加 工 機(jī) 床，5軸5聯(lián)動(dòng)加工各類異形零件。也派生出各新 穎 的 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu)，包 括6軸 虛 擬 軸 機(jī)床，串并聯(lián)鉸鏈機(jī)床等。采用特殊機(jī)械

5、結(jié) 構(gòu)，數(shù) 控 的 特 殊 運(yùn) 算 方 式，特 殊 編 程要求。14使用 各 種 高 效 特 殊 功 能 的 刀 具 使數(shù)控機(jī)床“如虎添翼”如 內(nèi) 冷 鉆 頭 由 于 使 高 壓 冷 卻 液 直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑，在鉆深孔時(shí)大大提高效率。加工鋼件切削速度能達(dá)1000m min，加工鋁件能達(dá)5000m min。15數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理數(shù) 控 機(jī) 床 的 開 放 性 和 聯(lián) 網(wǎng) 管 理 已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開動(dòng)率、生產(chǎn)率的必要手段，而 且 是 企 業(yè) 合 理 化、最 佳 化 利 用 這些制造手段的方法。因此，計(jì)算機(jī)集成制 造、網(wǎng) 絡(luò) 制 造、異 地 診 斷

6、、虛 擬 制 造、異 行 工 程 等 等 各 種 新 技 術(shù) 都 在 數(shù) 控 機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，這必然成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要潮流。2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)21性能發(fā)展方向（1）高速高精高效化。速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以 及 帶 高 分 辨 率 絕 對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。（2）柔性化。柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依

7、據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。（3）工藝復(fù)合性和多軸化。以減少工 序、輔 助 時(shí) 間 為 主 要 目 的 的 復(fù) 合 加工，正 朝 著 多 軸、多 系 列 控 制 功 能 方 向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。（4）實(shí)時(shí)智能化。早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)

8、系統(tǒng)和人工智能相互結(jié) 合，人 工 智 能 正 向 著 具 有 實(shí) 時(shí) 響 應(yīng)的、更 現(xiàn) 實(shí) 的 領(lǐng) 域 發(fā) 展，而 實(shí) 時(shí) 系 統(tǒng) 也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。22功能發(fā)展方向221用戶界面圖形化用 戶 界 面 是 數(shù) 控 系 統(tǒng) 與 使 用 者 之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最 困 難 的 部 分 之 一。當(dāng) 前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形 用 戶 界 面 極 大 地 方 便 了 非 專 業(yè) 用 戶的使用，人們

9、可以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操 作，便 于 藍(lán) 圖 編 程 和 快 速 編 程、三 維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。222科學(xué)計(jì)算可視化科 學(xué) 計(jì) 算 可 視 化 可 用 于 高 效 處 理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語(yǔ)言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了 應(yīng) 用 領(lǐng) 域，如 無(wú) 圖 紙 設(shè) 計(jì)、虛 擬 樣 機(jī)技 術(shù) 等，這 對(duì) 縮 短 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 周 期、提 高產(chǎn) 品 質(zhì) 量、降 低 產(chǎn) 品 成 本 具 有 重 要 意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于C

10、AD CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài) 處 理 和 顯 示 以 及 加 工 過(guò) 程 的 可 視 化仿真演示等。223插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插 補(bǔ)、極 坐 標(biāo) 插 補(bǔ)、2D 2螺 旋 插 補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)（非均勻有理B樣條插補(bǔ)）、樣條插補(bǔ)（A、B、C樣 條）、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ) 償、溫 度 補(bǔ) 償、帶 平 滑 接 近 和 退 出 以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?3體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展231集成化采 用

11、 高 度 集 成 化CPU、RISC芯 片和 大 規(guī) 模 可 編 程 集 成 電 路FPGA、E-PLD、CPLD以及 專 用 集 成 電 路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量 高、重 量 輕、體 積 小、功 耗 低、便 于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過(guò)提高集成電路密度、減少互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)性 能，減 小 組 件 尺 寸，提 高 系 統(tǒng) 的 可 靠性。232模塊化硬 件 模

12、塊 化 易 于 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的集 成 化 和 標(biāo) 準(zhǔn) 化。根 據(jù) 不 同 的 功 能 需求，將 基 本 模 塊，如CPU、存 儲(chǔ) 器、位 置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。233網(wǎng)絡(luò)化機(jī) 床 聯(lián) 網(wǎng) 可 進(jìn) 行 遠(yuǎn) 程 控 制 和 無(wú) 人化操作。通過(guò)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn) 行，不 同 機(jī) 床 的 畫 面 可 同 時(shí) 顯 示在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上。3智 能 化 新 一 代PCNC數(shù) 控系統(tǒng)當(dāng) 前 開 發(fā) 研 究 適 應(yīng) 于 復(fù) 雜 制 造 過(guò)程 的、具

13、 有 閉 環(huán) 控 制 體 系 結(jié) 構(gòu) 的、智 能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智 能 化 新 一 代PCNC數(shù) 控 系 統(tǒng) 將 計(jì) 算機(jī)智能技 術(shù)、網(wǎng) 絡(luò)技 術(shù)、CAD CAM、伺服 控 制、自 適 應(yīng) 控 制、動(dòng) 態(tài) 數(shù) 據(jù) 管 理 及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系。4展望制 定 符 合 中 國(guó) 國(guó) 情 的 總 體 發(fā) 展 戰(zhàn)略，確立與國(guó)際 接軌 的 發(fā) 展 道 路，對(duì)21世 紀(jì) 我 國(guó) 數(shù) 控 技 術(shù) 與 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 至 關(guān)重要。本章對(duì)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的分析，對(duì)我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域存在的問(wèn)題進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對(duì)21世紀(jì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)

14、的發(fā)展途徑進(jìn)行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以 管 理 和 營(yíng) 銷 為 重 點(diǎn)，以 技 術(shù) 支 持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路的總體發(fā)展戰(zhàn)略。在此基礎(chǔ)上，研究了發(fā)展 新 型 數(shù) 控 系 統(tǒng)、數(shù) 控 功 能 部 件、數(shù) 控機(jī)床整機(jī)等的具體技術(shù)途徑。衷 心 希 望，我 國(guó) 科 技 界、產(chǎn) 業(yè) 界 和教育界通力合作，把握好知識(shí)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的難得機(jī)遇，迎接競(jìng)爭(zhēng)全球化帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，使我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)最終走向世界的前列。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)。我國(guó)在從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)具有重要意義。 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀表現(xiàn)在

15、以下幾個(gè)方面：1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件技術(shù)發(fā)展迅速 隨著集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給數(shù)控硬件技術(shù)的更新?lián)Q代注入新的活力，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)普遍采用超大規(guī)模集成電路(VLSI)、專用芯片(ASIC)及數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)。在電氣裝聯(lián)上廣泛采用表面安裝(SMT)、三維高密度(three dimensional high density)技術(shù)，極大地提高系統(tǒng)的可靠性。高速高性能存儲(chǔ)技術(shù)，比如閃爍存儲(chǔ)(flash memory)，移動(dòng)存儲(chǔ)(PCMCIA card)等極大地方便用戶。薄膜晶體管液晶顯示器(TFTLCD)技術(shù)使得顯示裝置趨于平板化，更便于機(jī)電一體化安裝并改善人機(jī)界面。作為數(shù)控系統(tǒng)核心的處理

16、器廣泛采用“位以上的高速RISC CPU，保證高速、高精度的數(shù)控加工。 2 體系結(jié)構(gòu)向開放式發(fā)展 開放式數(shù)控的討論已有好些年了，但是應(yīng)該看到，對(duì)于開放式結(jié)構(gòu)至今沒(méi)有一致性的定義。某些用戶認(rèn)為開放式表示能夠接受當(dāng)?shù)厥褂玫耐ㄐ艆f(xié)議;而另一些用戶認(rèn)為開放式意味著所有控制器操作界面完全一致;對(duì)機(jī)床應(yīng)用工程師而言，開放式意味著對(duì)刀架移動(dòng)、傳感器和邏輯控制有標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出接口;對(duì)大公司和大學(xué)的研究工程師來(lái)說(shuō)，開放式意味著以上這些均來(lái)自隨即拿來(lái)就用的積木塊。由于來(lái)自最終用戶和集成商(機(jī)床廠)的壓力，開放式結(jié)構(gòu)的開發(fā)工作正在向前發(fā)展并將持續(xù)下去。目前的一個(gè)積極成果即是基于PC的CNC，即PC-based。

17、3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)入CNC 嚴(yán)格意義上說(shuō)，數(shù)控控制軟件中包含著實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的思想，例如任務(wù)調(diào)度、存儲(chǔ)器管理、中斷處理等，但這種技術(shù)是隱含的，是和數(shù)控應(yīng)用程序比如插補(bǔ)，伺服、譯碼等混合的。每一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是獨(dú)特的，不透明的。這種情況對(duì)于最終用戶和系統(tǒng)集成商而言帶來(lái)諸多不便。在開放式數(shù)控呼聲日益高漲的今天，研究實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在CNC軟件中的應(yīng)用是順理成章的事。特別是最近嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展迅猛，這對(duì)于數(shù)控控制軟件的開發(fā)將產(chǎn)生革命性的影響。選擇一個(gè)合適的商用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，將插補(bǔ)、伺服、譯碼、數(shù)據(jù)處理等數(shù)控應(yīng)用軟件往上“掛”，最終移植到一個(gè)硬件環(huán)境中去，形成最終使用戶滿意的數(shù)控系統(tǒng)，也就是

18、個(gè)性化的CNC系統(tǒng)，這將是開放式數(shù)控的主要方向。  4 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開始廣泛使用 現(xiàn)場(chǎng)總線(field bus)實(shí)質(zhì)上是工控網(wǎng)絡(luò)中的低檔產(chǎn)品。因?yàn)榈讓釉O(shè)備通信有以下特點(diǎn)。 1)通信環(huán)境惡劣，可能受到溫度、濕度變化、塵埃、電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)和電磁場(chǎng)干擾等因素影響。 2)信息傳遞主要是設(shè)備與設(shè)備之間，故對(duì)通信可靠性要求高。 3)通信內(nèi)容和時(shí)間一般可以預(yù)先設(shè)定，隨機(jī)、自發(fā)產(chǎn)生的信息相對(duì)較少，這可使通信協(xié)議大大簡(jiǎn)化。 4)由于有較多的監(jiān)控信息，實(shí)時(shí)性要求高。 5)要求有一定的故障診斷和容錯(cuò)能力，以防止不必要的系統(tǒng)故障。 6)距離短，頻度高。 5 PLC功能繼續(xù)增強(qiáng) 可編程控制器(PLC)在數(shù)

19、控機(jī)床上主要完成MST功能(輔助功能)，即除了主運(yùn)動(dòng)以外的輔助功能，但目前PLC在數(shù)控機(jī)床上的功能正在逐漸擴(kuò)大，例如：1)可通過(guò)報(bào)警文本編輯產(chǎn)生個(gè)性化的診斷頁(yè)面。2)PLC直接控制坐標(biāo)軸。3)在系統(tǒng)配置和初始化時(shí)發(fā)揮作用，這個(gè)作用對(duì)西門子系統(tǒng)的PLC最為明顯。 6 CNC的通訊、網(wǎng)絡(luò)功能不斷擴(kuò)大 從早期的DNC，RS232、422和485一直到目前的MAP，EtIlemet等，數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)通訊功能在不斷增強(qiáng)。為解決大容量零件加工程序的傳遞和存儲(chǔ)，一是可采用DNC中的前端機(jī)進(jìn)行分配和傳輸，即形成DNC主機(jī)一前端機(jī).CNC的三層模式。而一臺(tái)前端機(jī)可控制多臺(tái)CNC。另外一種，對(duì)于帶PCMC認(rèn)卡的C

20、NC系統(tǒng)，可利用該存儲(chǔ)卡傳遞加工程序(一張卡為58M)。第二種最簡(jiǎn)單的方法可利用CNC和后臺(tái)編輯功能，在切削時(shí)同時(shí)傳遞零件加工程序。 7 數(shù)字式交流伺服成為主流 數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)體積小，性能好，調(diào)試方便，克服了過(guò)去模擬伺服系統(tǒng)用電位器調(diào)節(jié)的不便。通過(guò)數(shù)字設(shè)定可優(yōu)化速度、電流環(huán)，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩限制，進(jìn)行加減速控制，另外可以和外部計(jì)算機(jī)通訊，備份伺服參數(shù)，并在上位機(jī)顯示電流、扭矩波形，便于觀察。 8 數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境越來(lái)越友好 數(shù)控系統(tǒng)如何安裝在一臺(tái)機(jī)床上，這就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。除了硬件聯(lián)結(jié)之外主要有兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)是PLC梯形圖的編寫。另一個(gè)是機(jī)床參數(shù)的確定。前者主要解決輔助功能的匹配，比

21、如機(jī)床冷卻、潤(rùn)滑、主軸正、反轉(zhuǎn)以及機(jī)床操作面板的適配。而后者主要匹配機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，例如進(jìn)給速度，加減速，行程限制等。這里主要介紹PLC梯形圖的開發(fā)問(wèn)題。早期的數(shù)控機(jī)床的梯形圖是由CNC工程師根據(jù)機(jī)床的功能編寫的。編譯完以后再插入到數(shù)控軟件中去，隨著數(shù)控技術(shù)的普及，原先由數(shù)控系統(tǒng)制造商壟斷的接口軟件開發(fā)已轉(zhuǎn)移到機(jī)床廠或數(shù)控集成商。用戶可根據(jù)CNC制造商提供的集成方法和文件自行開發(fā)，大大促進(jìn)了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及?，F(xiàn)在為了減輕機(jī)床廠和系統(tǒng)集成商編寫梯形圖的負(fù)擔(dān)，西門子公司在802D系統(tǒng)中提供了PLC應(yīng)用程序?qū)嵗妥映绦驇?kù)說(shuō)明，最終用戶在編寫梯形圖時(shí)，只要利用參數(shù)調(diào)用就可以完成梯形圖的編寫，大大方便

22、了用戶并節(jié)約了時(shí)間。 9 數(shù)控相關(guān)技術(shù)和社會(huì)服務(wù)體系正在逐步完善 數(shù)控相關(guān)技術(shù)，首推CAD/CAM，目前商用的CAD/CAM軟件十分豐富，UG-II，Pro/E，Solidworks，Mastercam等已十分普遍。并將工藝設(shè)計(jì)(CAPP)內(nèi)容融合進(jìn)去，給用戶提供典型工藝方案以供選擇。所生成的數(shù)控零件加工程序更符合實(shí)際需要。目前存在的普遍問(wèn)題是CAD/CAM軟件產(chǎn)生的二進(jìn)制文件(刀位文件)均要經(jīng)過(guò)后置處理轉(zhuǎn)化為字符串文件，供給數(shù)控機(jī)床使用。而這些零件加工程序一進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)后又還原二進(jìn)制文件以供插補(bǔ)等運(yùn)算。這種信息傳遞的過(guò)程很難做到高效、優(yōu)質(zhì)、快捷。人們期待著一種CAD/CAM/CNC的高效信息

23、傳遞方式，這里還有較長(zhǎng)的路要走。1 數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀11 國(guó)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀目前國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體趨勢(shì)如下：新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展。增強(qiáng)通信功能，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。國(guó)外具有世界影響力的機(jī)床公司有很多，在此重點(diǎn)介紹以下幾家。(1)日本山崎馬扎克公司開發(fā)出了2種可使用長(zhǎng)鏜桿切削工件的復(fù)合加工機(jī)床，一種是以臥式車床為原型，與臥式加工中心(MC)組合而成的臥式復(fù)合加工機(jī)床“INTEGREX e一650H II”；另一種是以立式車床為原型，與立式MC組合而成的立式復(fù)合加工機(jī)床“INTEGREX e一1060V

24、8 II RAM”。INTEGREX e II系列裝載了MAZATROL MATRIX以及各種新功能，以Mark II為名稱，是對(duì)2l世紀(jì)的制造工廠帶來(lái)革命性沖擊的劃時(shí)代的復(fù)合加工機(jī)。其主要特點(diǎn)是主軸最高轉(zhuǎn)速1 600 rmin，快移速度40 mmin，刀具庫(kù)容量40把，刀具更換時(shí)間(刀到刀)18 s(刀具質(zhì)量20 kg以下)。新的臥式復(fù)合加工機(jī)床在MC端的主軸軸頭上安裝一個(gè)帶有長(zhǎng)849 mm鏜桿的“長(zhǎng)鏜桿架”。該鏜桿架自頂端起依次由刀具、長(zhǎng)柄和刀架組成。該鏜桿架的后端有4個(gè)固定位置，由操作人員將其裝在MC一側(cè)設(shè)計(jì)有相同固定位置的主軸軸頭上。MC一側(cè)的主軸除從機(jī)床正面觀察處于縱深方向的y軸外，

25、還有一個(gè)B軸(位于l，軸四周的軸)。l，軸的可動(dòng)范圍為650mm，B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍在1800以上。長(zhǎng)鏜桿架與MC一側(cè)的主軸軸頭的上述動(dòng)作聯(lián)動(dòng)。在由車床主軸(工件主軸)固定的工件外周上能夠加工任意角度的軸孔。而且還能在最后形成的軸孔內(nèi)徑上切削溝槽等。而立式復(fù)合加工機(jī)床并沒(méi)有在MC主軸軸頭上安裝用于鏜桿加工的刀架，而是沿著機(jī)床立柱在主體垂直方向安裝一個(gè)供鏜桿使用的柱塞。這種柱塞具有900 mm的行程，固定在鏜桿桿頭上的刀具在工件內(nèi)面可達(dá)到900 mm的深度。同時(shí)還配備供鉆孔加工工具專用的自動(dòng)工具更換裝置(ATC)，從進(jìn)料斗中準(zhǔn)備的6種工具中選擇并固定所使用的工具的工作由ATC自動(dòng)完成。該ATC是在M

26、C一側(cè)的ATC之外另外設(shè)計(jì)的。立式復(fù)合加工機(jī)床采用由MC主軸和鉆孔柱塞組成的“雙頭”結(jié)構(gòu)。因此，在其中一方進(jìn)行切削的過(guò)程中，通過(guò)讓另一方移至可動(dòng)范圍之外處于待機(jī)狀態(tài)，防止二者相互干擾。(2)美國(guó)法道VMC4020C機(jī)床是由上海法道機(jī)床有限公司嚴(yán)格按照美國(guó)法道公司的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)組裝生產(chǎn)。其具有168 kW(225 hp)強(qiáng)大的主軸電動(dòng)機(jī)在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的扭矩輸出。主軸采用無(wú)齒輪雙速電子調(diào)速系統(tǒng)，更寬的調(diào)速范圍提供更好的運(yùn)行特性。主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)到7 500 rrain。采用獲得專利的刀柄拉桿機(jī)構(gòu)，確保刀具在強(qiáng)力切削中的鎖緊。無(wú)論是切削鋼件還是鋁件，都保證其有充分的動(dòng)力，既可重切削又可高速

27、切削。剮性攻絲在1501 500 rmin高速下可保證螺矩和深度精度，且不須額外配備攻絲夾頭。床身采用整體鑄造，內(nèi)部遍布網(wǎng)狀加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。重型鑄鐵的矩型導(dǎo)軌提供更大的接觸面，實(shí)現(xiàn)最佳的減振性能和剛性。伺服電動(dòng)機(jī)采用世界名品BALDO電動(dòng)機(jī)，高達(dá)16 900 N的軸推力，有著高的安全可靠性。機(jī)床全部采用直徑達(dá)到40 mm的日本精工滾珠絲杠，在低速下提供工作臺(tái)的高速移動(dòng)，延長(zhǎng)絲杠壽命，允許長(zhǎng)時(shí)間重載運(yùn)行。工作臺(tái)的承載能力可達(dá)到1 700 kg。加高的z軸立柱，有著長(zhǎng)達(dá)711mm的垂直行程。主軸端面到工作臺(tái)面距離可達(dá)102813 nun。可容納21把刀具的全封閉刀庫(kù)，最大刀具直徑(鄰位無(wú)刀具)可達(dá)到1

28、52 mill，刀具最大重量可達(dá)68 kg。(3)CNC613240數(shù)控車床配備西門子(SINUMERIK 801)系統(tǒng)和交流伺服單元，采用自動(dòng)刀架及手壓式潤(rùn)滑系統(tǒng)。該機(jī)床床身導(dǎo)軌采用超音頻淬火工藝，最大工件回轉(zhuǎn)直徑為400 mill，耐磨性強(qiáng)，精度保持性好；主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，回轉(zhuǎn)精度高，抗振性好，主軸轉(zhuǎn)速范圍1001 600 rmin，具有運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠、精度高、功能豐富、操作方便、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，能自動(dòng)完成開深槽、坯料去除、螺紋車削、深孔、彈性攻絲等，都可以通過(guò)固定的車削循環(huán)以及豐富的編程指令集來(lái)實(shí)現(xiàn)。適合于多品種、中小批量產(chǎn)品的加工。(4)德馬吉(DMG)公司生產(chǎn)的CTX 310

29、ECO通用車床其主軸驅(qū)動(dòng)在無(wú)級(jí)可調(diào)情況下，轉(zhuǎn)速可達(dá)5 000rmin，輸出功率為ll kW，扭矩為112 N·Ill，可為書51200 mm直徑范圍的高要求車削操作提供最佳的前提條件。在此，主軸上的直接測(cè)量系統(tǒng)與可供選擇的法那科或西門子提供的高端CNC控制器相結(jié)合，提供最高的定位精度。此外，在標(biāo)準(zhǔn)配置中就已擁有德馬吉的創(chuàng)新產(chǎn)品1個(gè)帶有12個(gè)刀位的VDI 30刀塔，其中的6個(gè)刀位可以選配動(dòng)力刀具并配置C軸。除此之外，用于軸加工的可編程移動(dòng)的尾座也包含在標(biāo)準(zhǔn)配置中；標(biāo)準(zhǔn)配置中還包括在所有軸上用于保證工藝穩(wěn)定性及工件加工精度的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。每根軸均配有數(shù)字驅(qū)動(dòng)裝置，它使x軸的快移速度可達(dá)到

30、24 mmin，Z軸的快移速度可達(dá)到30 mmin。在操控方面，無(wú)論是CTX 310 ECO還是CTX 510ECO，都采用西門子和發(fā)那科的高科技三維CNC數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)還提供最大可達(dá)15英寸的彩色LCD操作顯示器，標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和電子控制手輪。除了在任何情況下都極具說(shuō)服力的硬件配置，CTX 310 ECO和CTX510 ECO外，還有若干在現(xiàn)場(chǎng)信息領(lǐng)域內(nèi)支持操作人員對(duì)車床進(jìn)行舒適操控的軟件，其中包括整合在西門子控制系統(tǒng)中的ShopTum圖形化編程軟件以及法那科控制系統(tǒng)中的Manual Guide i圖形化編程軟件。ECO系列產(chǎn)品在操控方面的其他過(guò)人之處在于強(qiáng)大的刀具管理以及直觀的圖形界面設(shè)置，還具

31、有強(qiáng)大的圖形界面故障診斷功能。12 國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于20世紀(jì)50年代末期，經(jīng)歷了初期的封閉式開發(fā)階段，“六五”、“七五”期間的消化吸收、引進(jìn)技術(shù)階段，“八五”期間建立國(guó)產(chǎn)化體系階段，“九五”期間產(chǎn)業(yè)化階段，現(xiàn)已基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控專業(yè)人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。目前，較具規(guī)模的企業(yè)有廣州數(shù)控、航天數(shù)控、華中數(shù)控等，生產(chǎn)了具有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認(rèn)可，在市場(chǎng)上站穩(wěn)了腳跟。但是由于系統(tǒng)技術(shù)含量低，產(chǎn)生的附加值少，不具備與進(jìn)口系統(tǒng)進(jìn)行全面抗衡的能力，只在低

32、端市場(chǎng)占有一席之地，還不能為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)起到支撐的作用，與國(guó)外相比，還有不小的差距。主要問(wèn)題有以下幾方面：(1)技術(shù)創(chuàng)新成分低、消化吸收能力不足目前我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究主要還是依照國(guó)外開發(fā)的一些模式按部就班地進(jìn)行。真正創(chuàng)新的成分不多，對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴度較高，對(duì)所引進(jìn)技術(shù)的消化依舊停留在掌握已有技術(shù)和提高國(guó)產(chǎn)化率上，沒(méi)有完全形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。技術(shù)引進(jìn)是加快我國(guó)控技術(shù)發(fā)展的一條重要途徑，但引進(jìn)的技術(shù)要實(shí)現(xiàn)從根本上提高我國(guó)數(shù)控技術(shù)水平，必須進(jìn)行充分的消化吸收。消化吸收的力度不強(qiáng)，不但無(wú)法擺脫對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，而且還會(huì)造成對(duì)國(guó)外技術(shù)依賴性增強(qiáng)的反作用。(2)技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境不完善我國(guó)尚未形

33、成有利于企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力來(lái)源于對(duì)經(jīng)濟(jì)利益的追求和外部市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，其技術(shù)創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)。企業(yè)還沒(méi)有建立良好的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制，絕大部分企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新組織仍處于一種分散狀態(tài)，很難取得高水平的科研成果。(3)產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性不高可靠性的指標(biāo)一般采用平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF，單位為h)，國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間在10 000 h以上，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間僅為3 0006 000 h。這使得可靠性、穩(wěn)定性上就與國(guó)外技術(shù)相差很大，必然影響產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率。(4)網(wǎng)絡(luò)化程度不夠我國(guó)數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化程度不夠，目前主要用于NC程序傳送，采用紙帶閱讀器、串口通訊技術(shù)，其集成化、遠(yuǎn)

34、程故障排除、網(wǎng)絡(luò)化水平有限。 (5)體系結(jié)構(gòu)不夠“開放” 大部分?jǐn)?shù)控產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)不夠開放，用戶接口不完善，少數(shù)具有開放功能的產(chǎn)品又不能形成真正的產(chǎn)品，只是停留在試驗(yàn)、試制階段。用戶不能根據(jù)自己的需要將積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)融入到系統(tǒng)中，無(wú)形中流失了很多對(duì)數(shù)控技術(shù)改進(jìn)、創(chuàng)新和完善的資源。針對(duì)以上存在的不足，國(guó)內(nèi)機(jī)床公司廠家作出了很大的努力。目前，較具規(guī)模的企業(yè)有廣州數(shù)控、航天數(shù)控、華中數(shù)控等，生產(chǎn)了具有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控系統(tǒng)。下面作簡(jiǎn)單的介紹。(1)華中“世紀(jì)星”數(shù)控系統(tǒng)在功能和配置方面遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)外普及型數(shù)控系統(tǒng)。特別是在多軸(9軸)聯(lián)動(dòng)、三維圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真、大容量程序內(nèi)存、雙向螺距補(bǔ)償、漢

35、字界面、網(wǎng)絡(luò)功能、開放體系結(jié)構(gòu)、哪彩色腳糕LWO豁f貉-。 ，一平昂-朋洲Repons綜述薄形顯示器等配置方面，已達(dá)到國(guó)外高檔系統(tǒng)(如FANUC18、SIMENSE一840)的水平。眾所周知，國(guó)外的高檔數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格非常昂貴，如意大利Fidia仿形數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格為60一70萬(wàn)元人民幣，英國(guó)的雷尼紹仿形測(cè)頭價(jià)格高達(dá)28萬(wàn)元人民幣；德國(guó)Walter的數(shù)控工具磨床，僅一種刀具的編程軟件即需l萬(wàn)美元。而華中數(shù)控與菲地亞相同檔次的仿形數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格約僅為其13。此外，若進(jìn)口五軸聯(lián)動(dòng)以上的數(shù)控系統(tǒng)，還受到西方政府的管制，要對(duì)最終用戶和最終用途進(jìn)行調(diào)查，限制其使用，若認(rèn)為與軍事工業(yè)有關(guān)，則不予批準(zhǔn)。即使我國(guó)民用工

36、業(yè)能購(gòu)進(jìn)口這類設(shè)備，其價(jià)格也非常昂貴，僅一套CNC單元價(jià)格高達(dá)20多萬(wàn)元人民幣，而華中數(shù)控五軸CNC，價(jià)格約為其14。另外開放式、網(wǎng)絡(luò)化已成為當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)。華中“世紀(jì)星”系列數(shù)控系統(tǒng)包括世紀(jì)星HNC一18i、HNC一19i、HNC一2I和HNC一22四個(gè)系列產(chǎn)品，均采用工業(yè)微機(jī)(IPC)作為硬件平臺(tái)的開放式體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新技術(shù)路線，充分利用PC軟、硬件的豐富資源，通過(guò)軟件技術(shù)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的突破。通過(guò)工業(yè)PC的先進(jìn)技術(shù)和低成本保證數(shù)控系統(tǒng)的高性價(jià)比和可靠性。并充分利用通用微機(jī)已有軟硬件資源和分享計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新成果，如大容量存儲(chǔ)器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯(lián)網(wǎng)通訊

37、等技術(shù)，使數(shù)控系統(tǒng)可以伴隨PC技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，從而長(zhǎng)期保持技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。(2)廣州數(shù)控生產(chǎn)的GSK983M系統(tǒng)是中高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，該系統(tǒng)最多可實(shí)現(xiàn)5軸4聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)高速高精閉環(huán)加工，最高移動(dòng)速度達(dá)24 mmim，精度達(dá)?？蓪?shí)現(xiàn)12種固定循環(huán)，空間螺旋線插補(bǔ)，刀補(bǔ)C，螺補(bǔ)，用戶宏AB，比例縮放，坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)等等功能；內(nèi)嵌式PMC，192128個(gè)I0點(diǎn)，5 000步容量，梯圖編程，大大方便和簡(jiǎn)化機(jī)床強(qiáng)電設(shè)計(jì)并可由用戶自行二次開發(fā)?？蓪?shí)現(xiàn)DNC加工，程序及參數(shù)傳輸功能，極大方便于加工程序備份保存和機(jī)床調(diào)整。圖形顯示，中英文菜單，后臺(tái)編輯；配備104英寸TFT液晶顯示器。具有低價(jià)格、高性能、高可靠性

38、，等等優(yōu)點(diǎn)，較適合用于銑床和小型加工中心。其加工穩(wěn)定性在國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)中占有一定的優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)已被國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)機(jī)床廠家認(rèn)可。(3)北京航天數(shù)控系統(tǒng)有限公司最新推出的CASNUC2100E數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)將PCI04板嵌入到控制系統(tǒng)中的一體化的車、銑床閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將控制系統(tǒng)、顯示面板、操作面板集于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝；彩色LCD顯示，具有功能全面、性能可靠、連接簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。CASNUC 2100E數(shù)控系統(tǒng)適用于車床、銑床、鉆床、磨床等4軸以下的機(jī)械設(shè)備控制。(4)凱奇數(shù)控開發(fā)的NC一110系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，嵌入式PC機(jī)可跟蹤PC機(jī)的技術(shù)發(fā)展，不斷豐富系統(tǒng)的功能，保持

39、系統(tǒng)的高處理速度。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)廣泛的國(guó)際、國(guó)內(nèi)合作，能為用戶提供最佳的軟硬件配置方案和合理的性能價(jià)格比。系統(tǒng)可進(jìn)行多過(guò)程控制，大容量程序存儲(chǔ)，內(nèi)藏PLC控制器，提供充足的IO點(diǎn)。系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，使用維修方便，并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的國(guó)內(nèi)外電磁兼容性和環(huán)境試驗(yàn)、檢測(cè)，具有高可靠性。軟件功能強(qiáng)大，可控制多種機(jī)床，如車床、銑床、各種類型加工中心、磨床等。該系列產(chǎn)品已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。(5)由齊齊哈爾二機(jī)床集團(tuán)、清華大學(xué)和哈爾濱電機(jī)廠有限公司“產(chǎn)學(xué)研用”密切合作開發(fā)的XNZD2415大型龍門式五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，是我國(guó)在并聯(lián)機(jī)床研究方面的一個(gè)突破。該機(jī)床結(jié)合串聯(lián)結(jié)構(gòu)與并聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，采用雙柱龍門工作臺(tái)移動(dòng)式，

40、用直線驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)虛擬空間坐標(biāo)位置變換。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多自由度運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)，具有較高的柔性和工藝集成度。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)采用兩組平行四邊形機(jī)構(gòu)，AC擺角銑頭采用雙蝸桿消隙機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，交叉滾柱軸承支撐，剛度高，保證了主軸進(jìn)給剛度及精度，實(shí)現(xiàn)A軸轉(zhuǎn)角±1050、C軸連續(xù)轉(zhuǎn)角O4000，可實(shí)現(xiàn)葉片、導(dǎo)葉等復(fù)雜空間曲面的加工。由清華大學(xué)開發(fā)的基于RTLinux的數(shù)控系統(tǒng)采用高精度控制算法，應(yīng)用數(shù)控后置處理系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)刀位文件轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)加工代碼。(6)山東大學(xué)研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮軸承高速主軸單元樣機(jī)。通過(guò)采用遺傳算法對(duì)電磁軸承進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，開展了磁懸浮軸承的仿真研究、軸承剛度測(cè)試

41、以及工業(yè)磨削試驗(yàn)、磁懸浮軸承起浮實(shí)驗(yàn)等。該主軸單元樣機(jī)的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到34 000 rrain，剛度達(dá)6459 Np,m，回轉(zhuǎn)精度達(dá)0001 5 mm。數(shù)字控制器采用DSPTMS320VC33為系統(tǒng)硬件平臺(tái)，PC機(jī)監(jiān)視狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)在濟(jì)南四機(jī)數(shù)控機(jī)床有限公司研制的J4K一095數(shù)控內(nèi)外圓復(fù)合磨床上進(jìn)行磨削試驗(yàn)，目前磨出的鋼件內(nèi)孔表面粗糙度為089 p,m。(7)南京數(shù)控機(jī)床公司開發(fā)的高效、大型車削單兀是國(guó)內(nèi)重機(jī)、軍工和航天等行業(yè)急需的設(shè)備。通過(guò)大型車削加工單元的研制，主軸最大輸出扭矩達(dá)2 500N·m，主軸最高轉(zhuǎn)速2 500 rmin，可適合大扭矩切削。高加工效率。同時(shí)對(duì)主軸的加工

42、工藝，軸單元的動(dòng)平衡，主軸箱體孔的研磨工藝，軸承與主軸和箱體孔的眄己合，主軸軸承的預(yù)加負(fù)荷及溫升控制進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，保證主軸單元規(guī)定的技術(shù)要求。采用模塊化設(shè)計(jì)。針對(duì)加工不同零件實(shí)現(xiàn)不同的模塊組合，使機(jī)床具有較寬適用范圍。此外還針對(duì)兵器和航天行業(yè)典型的彈體類零件的特點(diǎn)和要求設(shè)計(jì)了龍門式上下料機(jī)械手。(8)武漢重型機(jī)床廠研制的CKX53160型數(shù)控單柱移動(dòng)立式銑車床，加工直徑16 m，加工高度63 in，工作臺(tái)承重550 t并可精確分度，要求工件一次裝卡完成車、銑、鏜、鉆、攻絲、磨削全部加工工序，制造難度大。該機(jī)床的試制成功，保證了三峽電站550 t巨型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的加工。武漢重型機(jī)床廠研制開發(fā)的

43、重型七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工機(jī)床，最大加工高度2 000lllm，最大加工直徑8 000 mm，承重100 t，具有五聯(lián)動(dòng)車、銑復(fù)合加工，在線測(cè)量等功能，可實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)精確分度，能一次裝卡完成螺旋槳的全部工序的加工，是我國(guó)首臺(tái)自行研制的大型螺旋槳數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床，并達(dá)到當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平。2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和

44、競(jìng)爭(zhēng)能力。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅大力發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：機(jī)械制造技術(shù)；信息處理、加工、傳輸技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；傳感器技術(shù)；軟件技術(shù)等。從目前世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。21 高速、高精度化高速切削加工不僅可以提高生產(chǎn)效率，而且可以改善加工質(zhì)量，所以自20世

45、紀(jì)90年代初以來(lái)，便成為機(jī)床技術(shù)重要的發(fā)展方向。各國(guó)相繼推出了許多主軸轉(zhuǎn)速10 000 rrain至60 000 rmin以上的加工中心和數(shù)控銑床。高速切削加工正與硬切削加工、于切削和準(zhǔn)干切削加工以及超精密切削加工相結(jié)合；正從銑削向車、鉆、鏜等其他工藝擴(kuò)展；正向較大切削負(fù)荷方向發(fā)展。高速加工對(duì)機(jī)床和功能部件的要求是：主軸功能部件的速度應(yīng)能達(dá)到12 00040 000 rmin；工作臺(tái)最高進(jìn)給速度應(yīng)達(dá)到4060 mmin；加速度達(dá)到lg；高剛性的機(jī)械部件結(jié)構(gòu)；高穩(wěn)定、高剛度、冷卻良好的高速主軸；精確的熱補(bǔ)償系統(tǒng)；高速處理能力的控制系統(tǒng)(具有NURBS插補(bǔ)功能和預(yù)處理能力的控制系統(tǒng))。 

46、 瑞士的米克朗(MIKRON)公司生產(chǎn)的HSM立式加工中心，它在主軸轉(zhuǎn)速為30 000 rmin(125 kW)、進(jìn)給速度40 mmin、加速度17 ms2的情況下，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行；日本安田公司生產(chǎn)的YBM950V型立式加工中心，其主軸在20 00030 000 rmin高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，仍十分平穩(wěn)，銑削平面的粗糙度可達(dá)04斗m。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床及其功能部件無(wú)論在技術(shù)參數(shù)上，還是在各種動(dòng)態(tài)指標(biāo)上，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的同類產(chǎn)品均存在一定差距。目前，國(guó)內(nèi)沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上成功開發(fā)出BW60HSI型系列高速臥式加工中心，并已批量進(jìn)入市場(chǎng)。該機(jī)采用電主軸，主軸最高轉(zhuǎn)速16 000 rmin，由零至最高轉(zhuǎn)

47、速的時(shí)間為l s，快速移動(dòng)速度60 mmin。寧江集團(tuán)開發(fā)的高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)40 000 rmin。當(dāng)前，在數(shù)控機(jī)床精密化方面，美國(guó)的水平最高，不僅生產(chǎn)中小型精密機(jī)床，而且由于國(guó)防和尖端技術(shù)的需要，研究開發(fā)了大型精密機(jī)床。其代表產(chǎn)品有LLL實(shí)驗(yàn)室研制成功的DTM一3型精密車床和LODTM大型光學(xué)金剛石車床，它們是世界公認(rèn)水平最高的、達(dá)到當(dāng)前技術(shù)最前沿的大型精密機(jī)床。其它國(guó)家也相應(yīng)研制成功各種類似的裝備，如英國(guó)的Cran·field、日本的東芝機(jī)械等。近年來(lái)我國(guó)對(duì)超精密機(jī)床的研制也一直在進(jìn)行。北京機(jī)床研究所研制成功了JCS一027型超精密車床、JCS一03型超精密銑床、JCS一

48、035型數(shù)控超精密車床等。22 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化2l世紀(jì)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(gè)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(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載、自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、specid Repons綜述能化的人機(jī)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。日本MAZAK株式會(huì)社的日本工廠是世界上為數(shù)不多的智能管理的代表。整個(gè)工廠實(shí)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)智能化管理。智能生產(chǎn)中心

49、通過(guò)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、生產(chǎn)線上的網(wǎng)絡(luò)管理Pc機(jī)、立體倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理。智能生產(chǎn)中心由CAMWARE輔助制造編程系統(tǒng)、智能化日程管理系統(tǒng)、智能化工具管理系統(tǒng)、智能化監(jiān)控系統(tǒng)組成。馬扎克公司在中國(guó)的企業(yè)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床用以太網(wǎng)并與智能生產(chǎn)中心相連。在此基礎(chǔ)上再借助以太網(wǎng)與企業(yè)上層的CADMRP(EPR)等系統(tǒng)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成，建立了智能網(wǎng)絡(luò)化工廠。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問(wèn)題，目前許多國(guó)家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國(guó)的NGC、歐共體的OSACA、日本的OSEC，中國(guó)的ONC等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)

50、控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象(數(shù)控功能)，形成系列化。并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)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(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)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(chǔ)單元。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EM0200l展中，日本山崎馬扎克公司展出的“Cyber-Production Center”(智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱CPC)；日本大隈機(jī)床公司展出的“IT plaza”(信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱IT廣場(chǎng))；德國(guó)西門子公司展出的“Open Manufactufing Environment”(開放式制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱OME)等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。23 環(huán)?；S著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)環(huán)保的要求越