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数控机床的发展趋势

2014-04-16

为了满足市场和科学技术发展的需要,为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求,数控未来仍然继续向开放式、基于PC的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向发展。

1、开放式

  为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求,最重要的发展趋势是体系结构的开放性,设计生产开放式的数控系统,例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。

2、基于PC的第六代方向

  基于PC所具有的开放性、低成本、软硬件资源丰富等特点,更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机,来处理人机界面、编程、联网通信等问题,由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面,将普及到所有的数控系统。远程通讯,远程诊断和维修将更加普遍。

3、高速化、高效化

  机床向高速化方向发展,可充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。90年代以来,随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具,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性能控制系统(含监控系统)和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决,欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床,加快机床高速化发展步伐。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)、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破,达到了新的技术水平。

  根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展,高速直线电机的推广应用,开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快,模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。

4、高精度化

  精密化是为了适应高新技术发展的需要,也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性,减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工),是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级(<10nm),其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削(车、铣)、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工(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)。随着现代科学技术的发展,对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现,更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺,发展新型超精密加工机床,完善现代超精密加工技术,以适应现代科技的发展。

  随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高,机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要,近10多年来,普通级数控机床的加工精度已由±10μm提高到±5μm,精密级加工中心的加工精度则从±3~5μm,提高到±1~1.5μm。

5、高可靠性

  数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上,但也不是可靠性越高越好,仍然是适度可靠,因为是商品,受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言,如果要求在16小时内连续正常工作,无故障率P(t)=99%以上的话,则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时,对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,如主机与数控系统的失效率之比为10:1的话(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时,而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。

6、智能化

  随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展,数控系统的智能化程度将不断提高,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面。

(1)应用自适应控制技术

  数控系统能检测过程中一些重要信息,并自动调整系统的有关参数,达到改进系统运行状态的目的。

(2)引入专家系统指导加工

  将熟练工人和专家的经验,加工的一般规律和特殊规律存入系统中,以工艺参数数据库为支撑,建立具有人工智能的专家系统。

(3)引入故障诊断专家系统

(4)智能化数字伺服驱动装置

  可以通过自动识别负载,而自动调整参数,使驱动系统获得最佳的运行。

  可以通过自动识别负载,而自动调整参数,使驱动系统获得最佳的运行。

  综上所述,由于数控机床不断采纳科学技术发展中的各种新技术,使得其功能日趋完善,数控技术在机械加工中的地位也显得越来越重要,数控机床的广泛应用是现代制造业发展的必然趋势。


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