數(shù)控機床開展和前景

1、數(shù)控機床開展和前景目錄摘要第一章 緒論1.1 前言1.2 數(shù)控加工及其優(yōu)勢1.2.2 加工精度高。1.2.3 勞動強度低。1.2.4 適應能力強。6 1.2.5 工作環(huán)境好。1.2.6 就業(yè)容易、待遇高。第二章 數(shù)控機床自身系統(tǒng)的開展72.1數(shù)控機床產業(yè)的開展現(xiàn)狀72.2數(shù)控技術開展現(xiàn)狀7 2.3數(shù)控機床關鍵部件開展現(xiàn)狀82.4中國加速數(shù)控機床產業(yè)開展之路9第三章 我國數(shù)控機床的開展趨勢103.1開放性103.2運動并聯(lián)化113.3極端化、大型化和微型化113.4信息交互網(wǎng)絡化113.5新型功能部件123.6高可靠性123.7加工過程綠色化12第四章 數(shù)控機床的主要開展體系134.1高速、高效

2、134.2高精度134.3高可靠性144.4復合化144.5多軸化144.6智能化154.7網(wǎng)絡化16第五章 結論17致 謝18參考文獻19摘要從20世紀中葉數(shù)控技術出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現(xiàn)代化以及經濟效益的提高。數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應用范圍使其成

3、為國民經濟和國防建設開展的重要裝備。進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃開展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備開展的良機，也遭遇到參加世界貿易組織后劇烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數(shù)控機床的開展是解決機床制造業(yè)持續(xù)開展的一個關鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需求以及計算機技術和現(xiàn)代設計技術的飛速進步，數(shù)控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷開展以更適應生產加工的需要。本文從數(shù)控系統(tǒng)的市場化需求和本身系統(tǒng)兩方面入手簡要介紹了數(shù)控裝備及加工技術的現(xiàn)狀與未來。 第一章 緒論1.1前言 目前，中國機床工業(yè)廠多人眾。 但是非常專業(yè)的人員過少，機床數(shù)量過少，

4、總的來說：數(shù)控機床產量不斷增長，消費量增加較快，產量滿足不了社會開展的需求。 數(shù)控加工及其優(yōu)勢 數(shù)控機床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術對傳統(tǒng)機械制造產業(yè)的滲透形成的機電一體化產品,其技術范圍復蓋很多領域:(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)伺服驅動技術,(5)傳感器技術:(6)軟件技術等.計算機對傳統(tǒng)機械制造產業(yè)的滲透.完全改變了制造業(yè).制造業(yè)不但成為工業(yè)化的象征.而且由于信息技術的滲透.使制造業(yè)猶如朝陽產業(yè)具有廣闊的開展天地。 利用數(shù)字化的控制手段可以加工復雜的曲面。而加工過程是由計算機控制，所以零件的互換性強，加工的速度快。數(shù)控機床的特點 同傳統(tǒng)的加工

5、設備相比，數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)化了傳動裝置,提高分辨率,減少了人為誤差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 勞動強度低。 由于采用了自動控制方式，也就是說加工的全部過程是由數(shù)控系統(tǒng)完成，不象傳統(tǒng)加工手段那樣煩瑣，操作者在數(shù)控機床工作時，只需要監(jiān)視設備的運行狀態(tài)。所以勞動強度很低。 適應能力強。 數(shù)控加工系統(tǒng)就象計算機一樣，可以通過調整局部參數(shù)到達修改或改變其運作方式，因此加工的范圍可以得到很大的擴展。 工作環(huán)境好 數(shù)控加工機床是機械控制、強電控制、弱電控制為一體高科技產物，對機床的運行溫度、濕度及環(huán)境都有較高的要求。 就業(yè)容易、待遇高 由于我國處于數(shù)控加工技術的大力開展階段，大量的數(shù)控機床和先進的加工手

6、段的快速引進，卻沒有大量熟練數(shù)控技術操作的人員參與，因此造成該行業(yè)嚴重缺乏人才。 第二章 數(shù)控機床自身系統(tǒng)的開展 2.1 數(shù)控機床產業(yè)的開展現(xiàn)狀2.2數(shù)控技術開展現(xiàn)狀2.3數(shù)控機床關鍵部件開展現(xiàn)狀2.4中國加速數(shù)控機床產業(yè)開展之路數(shù)控機床產業(yè)的開展現(xiàn)狀 據(jù)初步統(tǒng)計，近年來數(shù)控機床產量持續(xù)地以年均增長超過30%的速度快速增長。2004 年其產量達 52000 臺以上，同比年增長40%，數(shù)控機床的消費量約74000 臺，同比年增長32%。在數(shù)控機床的技術水平方面，由于市場需求的拉動，中高檔數(shù)控機床的開發(fā)也取得了較大的進展，在五軸聯(lián)動、復合加工、高速加工、超精加工和數(shù)字化設計等一批關鍵技術上取得了突

7、破，并形成了一批中檔數(shù)控機床產業(yè)化基地。數(shù)控機床關鍵部件開展現(xiàn)狀 我國滾動功能部件產業(yè)與國外的主要差距是：專業(yè)生產水平不高；信息化管理滯后；產業(yè)化進程緩慢；個性化效勞跟不上。從產品總體水平看，我們處于興旺國家名牌產品之下，開展中國家之上的中偏上水平，中低檔產品與國外同類產品差距較小或根本持平，但生產效率卻遠遠低于國外。 我國數(shù)控機床整體技術水平的開展和提高，最終離不開先進的功能部件產業(yè)的支持 .國產數(shù)控機床缺乏核心技術，從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關鍵功能部件根本都依賴進口，即使近幾年有些國內制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產品的功能、性能的可靠性仍然與國外產品有一定差距。 第三章 我國數(shù)控機床的開展

8、趨勢3.1開放性3.2運動并聯(lián)化3.3極端化、大型化和微型化 3.4信息交互網(wǎng)絡化3.5新型功能部件3.6高可靠性3.7加工過程綠色化開放性 1向未來技術開放。2向用戶特殊要求開放。3數(shù)控標準的建立。運動并聯(lián)化 并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構移動部件質量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業(yè)自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸一般為動平臺與機座一般為靜平臺之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機構驅動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應自由度的運動，可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快

9、等優(yōu)點。 并聯(lián)機床作為一種新型的加工設備，已成為當前機床技術的一個重要研究方向，受到了國際機床行業(yè)的高度重視，被認為是“自創(chuàng)造數(shù)控技術以來在機床行業(yè)中最有意義的進步和“21世紀新一代數(shù)控加工設備。 極端化、大型化和微型化國防、航空、航天事業(yè)的開展和能源等根底產業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰(zhàn)略技術，需開展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工車、銑、磨機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。 信息交互網(wǎng)絡化 對于面臨劇烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機床具有雙向、高速的聯(lián)

10、網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現(xiàn)網(wǎng)絡資源共享，又能實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程監(jiān)視、控制、培訓、教學、管理，還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化效勞數(shù)控機床故障的遠程診斷、維護等。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔e-Tower的外部設備，包括計算機、 、機外和機內攝像頭等，能夠實現(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單。 新型功能部件 為了提高數(shù)控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括： 1高頻電主軸 2直線電動機 3電滾珠絲桿高可靠

11、性 數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應的監(jiān)控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機床的可靠性極為不利，而數(shù)控機床加工的零件型面較為復雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數(shù)控機床有高的可靠性，就要精心設計系統(tǒng)、嚴格制造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在710萬小時以上，國產數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內最高只有300小時。 加工過程綠色化 隨著日趨嚴格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越

12、來越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機床不斷出現(xiàn)，并在不斷開展當中。在21世紀，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機床加速開展，占領更多的世界市場。 第四章 當前數(shù)控機床的主要開展表達4.1高速、高效4.2高精度4.3高可靠性4.4復合化4.5多軸化4.6智能化4.7網(wǎng)絡化高速、高效機床向高速化方向開展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工本錢，而且還可提高零件的外表加工質量和精度。超高速加工技術對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質、低本錢生產有廣泛的適用性。20世紀90年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化開展步

13、伐。高速主軸單元電主軸，轉/min、高速且高加/減速度的進給運動部件快移速度60120m/min，切削進給速度高達60m/min、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，到達了新的技術水平。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)含監(jiān)控系統(tǒng)和防護裝置等一系列技術領域中關鍵技術的解決，為開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床提供了技術根底。目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已到達50008000m/min以上；主軸轉數(shù)在30000轉/分有的高達10萬r/min以上；工作臺的移動速

14、度進給速度：在分辨率為1微米時，在100m/min有的到200m/min 以上，在分辨率為0.1 m時，在24m/min以上；自動換刀速度在1秒以內；小線段插補進給速度到達12m/min高精度 從精密加工開展到超精密加工，是世界各工業(yè)強國致力開展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級#lt;10nm，其應用范圍日趨廣泛。當前，在機械加工高精度的要求下，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10 m提高到5 m；精密級加工中心的加工精度那么從35 m，提高到11.5 m，甚至更高；超精密加工精度進入納米級0.001m，主軸回轉精度要求到達0.010.05 m，加工圓度為0.1m，加工外表粗糙度Ra=

15、0.003微米等。這些機床一般都采用矢量控制的變頻驅動電主軸電機與主軸一體化，主軸徑向跳動小于2 m，軸向竄動小于1 m，軸系不平衡度到達G0.4級。高速高精加工機床的進給驅動，主要有#quot;回轉伺服電機加精密高速滾珠絲杠#quot;和#quot;直線電機直接驅動#quot;兩種類型。 此外，新興的并聯(lián)機床也易于實現(xiàn)高速進給。滾珠絲杠由于工藝成熟，應用廣泛，不僅精度能到達較高ISO34081級，而且實現(xiàn)高速化的本錢也相對較低，所以迄今仍為許多高速加工機床所采用。當前使用滾珠絲杠驅動的高速加工機床最大移動速度90m/min，加速度1.5g。滾珠絲杠屬機械傳動，在傳動過程中不可防止存在彈性變形

16、、摩擦和反向間隙，相應地造成運動滯后和其它非線性誤差，為了排除這些誤差對加工精度的影響，1993年開始在機床上應用直線電機直接驅動，由于是沒有中間環(huán)節(jié)的#quot;零傳動#quot;，不僅運動慣量小、系統(tǒng)剛度大、響應快，可以到達很高的速度和加速度，而且其行程長度理論上不受限制，定位精度在高精度位置反響系統(tǒng)的作用下也易到達較高水平，是高速高精加工機床特別是中、大型機床較理想的驅動方式。目前使用直線電機的高速高精加工機床最大快移速度已達208 m/min，加速度2g，并且還有開展余地。高可靠性 隨著數(shù)控機床網(wǎng)絡化應用的開展，數(shù)控機床的高可靠性已經成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機床制造商追求的目標。對于每

17、天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內連續(xù)正常工作，無故障率在Pt99%以上，那么數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于10萬小時。當前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅動裝置達30000小時以上，但是，可以看到距理想的目標還有差距。復合化 在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人

18、們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此，復合功能的機床成為近年來開展很快的機種。柔性制造范疇的機床復合加工概念是指將工件一次裝夾后，機床便能按照數(shù)控加工程序，自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個復雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴孔等多種加工工序。就棱體類零件而言，加工中心便是最典型的進行同一類工藝方法多工序復合加工的機床。事實證明，機床復合加工能提高加工精度和加工效率，節(jié)省占地面積特別是能縮短零件的加工周期。 數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)開展的趨勢是：從點數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床、線FMC、FMS、FTL、FML向面工段車間獨

19、立制造島、FA、體CIMS、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng)的方向開展，另一方面向注重應用性和經濟性方向開展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)開展的主流趨勢，是先進制造領域的根底技術。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標；注重加強單元技術的開拓、完善；CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向開展；數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結，向信息集成方向開展；網(wǎng)絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向開展。多軸化 隨著5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及，5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經成為當前的一個開發(fā)熱點，由于

20、在加工自由曲面時，5軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工外表的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3軸聯(lián)動控制的機床無法防止切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，因此，5軸聯(lián)動機床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經成為各大機床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。最近，國外還在研究6軸聯(lián)動控制使用非旋轉刀具的加工中心，雖然其加工形狀不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一時尚難實用化。 智能化 智能化是21世紀制造技術開展的一個大方向。智能加工是一種基于神經網(wǎng)絡控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡技術和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活

21、動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質量的智能化，如自適應控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅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、簡化操作的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等；智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 網(wǎng)絡化 數(shù)控機床的網(wǎng)絡化，主要指機床通過所配裝的數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網(wǎng)絡連接和網(wǎng)絡控制。數(shù)控機床一般首先面向生產現(xiàn)場和企業(yè)內部的局域網(wǎng)，然后再經由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂Inter

22、net/Intranet技術。隨著網(wǎng)絡技術的成熟和開展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱#quot;e-制造#quot;，是機械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊效勞等功能。機械制造企業(yè)在普遍采用CAD/CAM的根底上，越加廣泛地使用數(shù)控加工設備。數(shù)控應用軟件日趨豐富和具有#quot;人性化#quot;。虛擬設計、虛擬制造等高端技術也越來越多地為工程技術人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代機床開展的重要趨勢。在數(shù)字制造的目標下，通過流程再造和信息化改造，ERP等一批先進企業(yè)管