文献综述-数控机床的组成及发展前景

哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 郑州科技学院 本科毕业设计 （ 文献综述 ） 题 目 立柜式四轴数控铣床 培训装置主轴系统设计 学生姓名 专业班级 机械设计制造及其自动化 08 级本科（ 6）班 学 号 院 （系） 机械工程学院 指导教师（职称） 邬宝寅 助教 完成时间 2012 年 5 月 16 日 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 1 文献综述 前言 制造业是 一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。机床是制造业的主要生产设备，而数控机床是高精度、高效率的自动化生产设备。 数控机床，顾名思义，是一类由数字程序实现控制的机床。与人工操作的普通机床相比，它具有适应范围广、自动化程度高、柔性强、操作者劳动强度低、易于组成自动生产系统等优点 。 目前，国内、外数控机床正朝着高性能、高精度、高效率、高柔性、 高自动化和模块化方向迅速发展。尽管我国数控机床的制造 、设计、检测等技术得到了一定的发展，但与国外相比，差距还是很大，主要表现在 :可靠性差、应变能力差、产品开发周期长、设计手段落后等，这种差距尤其表现在高精度、高速度等尖端机床方面。因此，我们必须紧跟国际机床技 术发展的前沿，发展机床的设计、检测、制造等技术。 随着机械制造生产模式的演变 ,对机械制造装备提出了不同的要求 0 年代“刚性 ” 生产模式下，通过提高效率，自动化程度 ,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济 ” 实现降低成本和提高质量的目的。从 90 年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的 快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高 ,采用拟实制造 和快速成形制造技术。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致 “ 刚性 ” 强 ,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是 “ 一个工人，一把刀，一台机床 ” ，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。 因此，要缩小我国同工业发 达国家的差距 ,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。 主题 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 2 数控机床是一种高效能自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。与普通机床相比，数控机床具有如下一些优点： 易于加工异型复杂零件；提高生产率；可以实现一机多用，多机看管；可以大大减少专用工装卡具，并有利于提高刀具使用寿命；提高零件的加工精度，易于保证加工质量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大减少在制品的数量；可以大大减轻工人 劳动强度，减少所需工人数量。 目前德国和瑞士的机床精度最高， 综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前 4 名。 数控系统 由显示器 、 控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床 的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。 我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。 数控机床的发展在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展及其技术基础离不开微电子技术和计算机技术。随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。我国的数控系统经过“六五”期间的引进，“七五”期间的数控系统开发，“八五”期间的数控应用技术研究以及“九五”期间的主数控系统软件开发应用，已逐步形成了以航天数控、 蓝天数控、华中数控和中华数控为主的数控系统产业。 我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在 800010000 转 /分以上的数控机床。 我国数控机床行业近年来大力推广应用 信息技术，很多企业已开始和计划实施应用 和电子商务。如，济南第二机床集团有限公司的 文） 3 普及率达 100%， 是国家级“ 范企业”，企业的 系统应用也非常成功，现代化管理水平较高。 但是和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。 一、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总体的技术开 发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能数控机床基本上还得依赖进口。 二、产品成熟 度较低，可行性不高。国外数控系统平均无故障时间在 10000小时以上，国内自主开发的数控系统仅 3000时；整机平均无故障工作时间国外达 800 小时以上，国内最好只有 300 小时。 三、创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。 随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。 高速度、高精度化。速度和精度是数 控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。 智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 基 于 数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 4 是利用 制的零件加工图样，经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现 集成。随着术的发展，当前又出现了 成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的 据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。 发展可靠性最大化。数控机床的可靠性一 直是用户最关心的主要指标。新一代的数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，减少元器件的数量，从而提高可靠性。同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。 近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联 动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。 总结 本文主要介绍了数控机床的基本组成，介绍了数控机床在世界机