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數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。下面，小編就為大家講講數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢，一起來了解一下吧!
數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術(shù)不僅給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。盡管十多年前就出現(xiàn)了高精度、高速度的趨勢，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，高精度、高速度的內(nèi)涵也在不斷變化，正在向著精度和速度的極限發(fā)展。
從世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢來看，主要有如下幾個方面：
1.機(jī)床的高速化、精密化、智能化、微型化發(fā)展
隨著汽車、航空航天等工業(yè)輕合金材料的廣泛應(yīng)用，高速加工已成為制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。高速加工具有縮短加工時間、提高加工精度和表面質(zhì)量等優(yōu)點，在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。機(jī)床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進(jìn)給驅(qū)動，以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和輕量化。高速加工不僅是設(shè)備本身，而且是機(jī)床、刀具、刀柄、夾具和數(shù)控編程技術(shù)，以及人員素質(zhì)的集成。高速化的最終目的是高效化，機(jī)床僅是實現(xiàn)高效的關(guān)鍵之一，絕非全部，生產(chǎn)效率和效益在“刀尖”上。
2.五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展
采用五軸聯(lián)動對三維曲面零件進(jìn)行加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺五軸聯(lián)動機(jī)床的效率可以等于2臺三軸聯(lián)動機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時，五軸聯(lián)動加工可比三軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比三軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了五軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使得實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)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。因此五軸聯(lián)動技術(shù)促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型五軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展。
3.新結(jié)構(gòu)、新材料及新設(shè)計方法的發(fā)展
機(jī)床的高速化和精密化要求機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡化和輕量化，以減少機(jī)床部件運(yùn)動慣量對加工精度的負(fù)面影響，大幅度提高機(jī)床的動態(tài)性能。例如，借助有限元分析對機(jī)床構(gòu)件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，設(shè)計箱中箱結(jié)構(gòu)以及采用空心焊接結(jié)構(gòu)和使用鉛合金材料等已經(jīng)開始從實驗室走向?qū)嵱谩?/p>
我國機(jī)床設(shè)計和開發(fā)手段要盡快從二維CAD向三維CAD過渡。三維建模和仿真是現(xiàn)代設(shè)計的基礎(chǔ)，是企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢的源泉。在此三維設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行CAD/CAM/CAE/PDM的集成，加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度，保證新產(chǎn)品的順利投產(chǎn)，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理。
4.開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展
許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究，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(yùn)行平臺上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（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)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。開放式數(shù)控系統(tǒng)有三種形式：
�。�1）全開放系統(tǒng)，即基于微機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，以微機(jī)作為平臺，采用實時操作系統(tǒng)，開發(fā)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(biāo)軸電動機(jī)的運(yùn)動。
（2）嵌入系統(tǒng)，即CNC+PC，CNC控制坐標(biāo)軸電動機(jī)的運(yùn)動，PC作為人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)通信。
（3）融合系統(tǒng)，在CNC的基礎(chǔ)上增加PC主板，提供鍵盤操作，提高人機(jī)界面功能。
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、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(dāng)前研究的核心。
5.可重組制造系統(tǒng)的發(fā)展
隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，專用機(jī)床的可重構(gòu)性和制造系統(tǒng)的可重組性日益重要。通過數(shù)控加工單元和功能部件的模塊化，可以對制造系統(tǒng)進(jìn)行快速重組和配置，以適應(yīng)變型產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。機(jī)械、電氣和電子、液體和氣體，以及控制軟件的接口規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)可重組性的關(guān)鍵。
6.虛擬機(jī)床和虛擬制造的發(fā)展
為了加快新機(jī)床的開發(fā)速度和質(zhì)量，在設(shè)計階段借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在機(jī)床還沒有制造出來以前，就能夠評價機(jī)床設(shè)計的正確性和使用性能，在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程的各種失誤，減少損失，提高新機(jī)床開發(fā)的質(zhì)量
【拓展資料】
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，它是集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和光機(jī)電技術(shù)等于一體的現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化和智能化起著舉足輕重的作用
特點
1.提高加工精度
數(shù)控機(jī)床是高度綜合的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是由精密機(jī)械和自動控制系統(tǒng)組成的，其本身具有很高的定位精度和重復(fù)定位精度，機(jī)床的傳動系統(tǒng)與機(jī)床的結(jié)構(gòu)具有很高的剛度及熱穩(wěn)定性；在設(shè)計傳動結(jié)構(gòu)時采取了減少誤差的措施，并由數(shù)控系統(tǒng)自動進(jìn)行補(bǔ)償，所以，數(shù)控機(jī)床有較高的加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，合格率高，這一點是普通機(jī)床無法與之相比的。
2.提高生產(chǎn)效率
數(shù)控機(jī)床可以采用較大的切削用量，有效地節(jié)省了加工時間。數(shù)控機(jī)床或加工中心還有自動換速、自動換刀和其他自動化操作功能，使輔助時間大大縮短，且一旦形成穩(wěn)定加工過程，無須進(jìn)行工序間的檢驗與測量。所以，采用數(shù)控加工比普通機(jī)床的生產(chǎn)率高3-4倍，甚至更多。
3.提高適應(yīng)性
數(shù)控機(jī)床按照被加工零件的數(shù)控程序來進(jìn)行自動化加工，當(dāng)加工對象改變時，只要改變數(shù)控程序，不必用靠模、樣板等專用工藝裝備，這有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
4.提高零件的可加工性
一些由復(fù)雜曲線、曲面形成的機(jī)械零件，用常規(guī)工藝方法和手工操作難以加工，甚至無法完成，而由數(shù)控機(jī)床采用多坐標(biāo)軸聯(lián)動即可輕松實現(xiàn)。
5.提高經(jīng)濟(jì)效益
數(shù)控機(jī)床（特別是加工中心）大多采用工序集中，一機(jī)多用，在一次裝夾的情況下，可以完成零件的大部分工序的加工，一臺數(shù)控機(jī)床或加工中心可以代替數(shù)臺普通機(jī)床。這樣既可以減少裝夾誤差，節(jié)約工序間的運(yùn)輸、測量、裝夾等輔助時間，又可以減少機(jī)床種類，節(jié)省機(jī)床占地面積，帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益
應(yīng)用
從世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備應(yīng)用來看，其主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個方面：
1.制造行業(yè)
機(jī)械制造行業(yè)是最早應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的行業(yè)，它擔(dān)負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)提供先進(jìn)裝備的重任。主要應(yīng)用有研制開發(fā)與生產(chǎn)現(xiàn)代化軍用裝備用的高性能五軸高速立式加工中心、五坐標(biāo)加工中心、大型五坐標(biāo)龍門銑等；汽車行業(yè)發(fā)動機(jī)、變速箱、曲軸柔性加工生產(chǎn)線上用的數(shù)控機(jī)床和高速加工中心，以及焊接、裝配、噴漆機(jī)器人、板件激光焊接機(jī)和激光切割機(jī)等；航空、船舶、發(fā)電行業(yè)加工螺旋槳、發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)葉片零件用的高速五坐標(biāo)加工中心、重型車銑復(fù)合加工中心等。
2.信息行業(yè)
在信息產(chǎn)業(yè)中，從計算機(jī)到網(wǎng)絡(luò)、移動通信、遙測、遙控等設(shè)備，都需要采用基于超精技術(shù)、納米技術(shù)的制造裝備，如芯片制造的引線鍵合機(jī)、晶片光刻機(jī)等，這些裝備的控制都需要采用數(shù)控技術(shù)。
3.醫(yī)療設(shè)備行業(yè)
在醫(yī)療行業(yè)中，許多現(xiàn)代化的醫(yī)療診斷、治療設(shè)備都采用了數(shù)控技術(shù)，如CT診斷儀、全身治療機(jī)以及基于視覺引導(dǎo)的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人，口腔醫(yī)學(xué)中的正畸及牙齒修復(fù)等方面都需要采用高精度數(shù)控機(jī)床對牙齒進(jìn)行加工生產(chǎn)。
4.其他行業(yè)
在輕工行業(yè)，有采用多軸伺服控制的印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械以及木工機(jī)械等；在建材行業(yè)，有用于石材加工的數(shù)控水刀切割機(jī)，用于玻璃加工的數(shù)控玻璃雕花機(jī)，用于席夢思加工的數(shù)控行縫機(jī)和用于服裝加工的數(shù)控繡花機(jī)；在藝術(shù)品行業(yè)，越來越多的工藝品、藝術(shù)品都會采用高性能的五軸加工中心進(jìn)行生產(chǎn)
數(shù)控機(jī)床未來四大發(fā)展趨勢:
一 、高速化
隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對數(shù)控機(jī)床加工的高速化要求越來越高。
1）主軸轉(zhuǎn)速：機(jī)床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min；
2）進(jìn)給率：在分辨率為0.01μm時，最大進(jìn)給率達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工；
3）運(yùn)算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運(yùn)算速度的極大提高，使得當(dāng)分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達(dá)24～240m/min的進(jìn)給速度；
4）換刀速度：目前國外先進(jìn)加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達(dá)0.5s。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。
二、高精度化
數(shù)控機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補(bǔ)償越來越獲得重視。
1）提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已開發(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機(jī)，其位置檢測精度可達(dá)到0.01μm/脈沖），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法；
2）采用誤差補(bǔ)償技術(shù)：采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%；
3）采用網(wǎng)格檢查和提高加工中心的運(yùn)動軌跡精度，并通過仿真預(yù)測機(jī)床的加工精度，以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運(yùn)行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量。
三、功能復(fù)合化
復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺機(jī)床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。
四、控制智能化
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控機(jī)床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性；
2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間的目的；
3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位；
4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機(jī)床發(fā)生的各種錯誤和事故進(jìn)行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗；
5）智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行；
6）智能4M數(shù)控系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、機(jī)器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床缺乏核心技術(shù)，從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進(jìn)口，即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產(chǎn)品的功能、性能的可靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商通過技術(shù)引進(jìn)、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，但缺乏對機(jī)床結(jié)構(gòu)與精度、可靠性、人性化設(shè)計等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認(rèn)可。一些國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以普通機(jī)床與低效刀具為主，裝配調(diào)試完全靠手工，加工質(zhì)量在生產(chǎn)進(jìn)度的緊逼下不能得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機(jī)床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品，而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進(jìn)技術(shù)的同時應(yīng)注意加強(qiáng)自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。
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