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永城职业学院毕业（设计）论文 数控机床发展应用及趋势概述某学院毕 业 设 计 (论文)题 目： 数控机床发展应用及趋势 年 级： 09级 学 号： 2009044019 姓 名： 李三 专 业： 机电一体化 指导教师： 于艳辉 2011 年 9 月 20 日第 1 页 共 9 页永城职业学院毕业设计（论文） 数控机床发展应用及趋势概述数控机床发展应用及趋势概述摘要世界制造业转移，中国在逐步成为世界工厂。美韩德等国已经进入工业化发展的高科技密集时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于发展中期。数控机床的发展、应用及趋势中我们可以看出我国经济的飞速发展从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。关键字:数控机床发展，应用，趋势，加工多品种小批量零件目录第一章11.1 数控机床的发展1第二章 数控机床的应用1第三章 数控技术的发展趋势23.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势23.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展33.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势3总结4参考文献5致谢6永城职业学院毕业设计（论文） 数控机床发展应用及趋势概述第一章1.1 数控机床的发展 20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。 采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到0.0381mm（0.0015in），达到了当时的最高水平.从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了46年历程。数控系统由当初的电子管式起步，经历了以下几个发展阶段：分立式晶体管式小规模集成电路式大规模集成电路式小型计算机式超大规模集成电路微机式的数控系统。到80年代，总体发展趋势是：数控装置由NC向CNC发展；广泛采用32位CPU组成多微处理器系统；提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，便于裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需要；驱动装置向交流、数字化方向发展；CNC装置向人工智能化方向发展；采用新型的自动编程系统；增强通信功能；数控系统可靠性不断提高。总之，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高。到1990年，全世界数控系统专业生产厂家年产数控系统约13万台。在20世纪后期形成的以数控技术为中心的柔性制造技术，预期在未来仍将延续进展并成为加工技术发展的主流。它的特征可以归结为3F，3I和3S，即：3F表示柔性化(Flexibility)、联盟化(Federalization)和新颖化(Fashion)；3I表示集成化(Integration)、信息化(Information)和智能化(Intelligence)；3S表示系统化(System)软件化和个性化。这些特征表明了将进一步深化发展适应多品种变批量生产的柔性自动化技术；基于先进工艺和结构原理发展新颖装备来优化制造过程；推进机床创新设计，经济地满足用户对产品个性化的加工要求；构建灵捷的制造系统，快速响应市场需求，以高质量产品迅速地批量上市；有效地发挥信息技术和软件技术在制造过程中提高技术水平和管理水平的作用；探求在网络化分布制造的协作联盟环境下的数控技术等。当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。 第二章 数控机床的应用数控机床是一种高度自动化的机床。随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。机械加工中，多品种、小批量加工约占80%。这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床。随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要。数控机床的程序编制应包含以下内容：首先分析零件图样，根据零件的材料、形状尺寸、精度、表面质量、毛坯种类和热处理要求等拟定工艺方案，确定加工路线，进行数值计算得到数控机床所需输人的数据；再加上所需的工艺指令，就可以编写程序单，作为制作数控带的依据。在穿孔机上制成的数控带必须经仔细校对，以防出错。机床数控系统是一种位置控制系统，应首先输人根据加工零件具体要求缩制的零件加工程序：然后，数控系统对输入的零件程序数据段进行相应的处理，把数据段插补出理想的刀具运动轨迹，并将插补结果输出到执行部件，使刀具加工出所需要的零件。机床数控系统主要由几个部分组成：零件加工程序的输入、数据处理、插补计算和伺服机构的控制。 应用计算机的数控机床是综合了现代计算机技术、自动控制技术、传感器和测量技术、机械制造技术等领域的新成就发展起来的，它使得机械加工达到了更高的水平。计算机数控系统主要由硬件和软件两大部分组成。系统控制软件配合系统硬件合理地组织、管理数控系统的输入、数据处理、插补和输出信息与控制执行部件，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工。机床数控系统工作时，操作者根据被加工零件的图样要求，编制零件加工程序。通常零件加工程序通过键盘手动输入，亦可由上级计算机编程器将零件加工程序直接通过输入接口输入到控制系统中。由于数控机床成本较高，目前，多用于形状复杂、精度要求高的中小批量零件加工。随着数控技术的普及及电子器件成本的降低，尤其是计算机数控系统的出现与微型计算机的迅速发展，数控机床的适用范围正在不断地扩展，加工精度不断提高，成本不断降低。数控机床发展至今已有40多年的历史，它与电子技术、特别是计算机技术的发展密切相关。将在更广泛的领域内应用。在数控机床的早期产品中，数控装置是专用的。近年来，数控装置中的逻辑电路已被计算机所取代，因而实现了控制多样化和多功能化。从复台化技术的观点来看，增强控制功能，使得操作机床自动化，不是最终目的。控制功能应达到晟佳控制和自适应控制，为此应增加诊断功能。通过传感器反馈，实现加工智能化，并保证系统的可靠性。第三章 数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面3.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 数控，机床，模具设计,数控车床，数控技术 在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。3.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。 数控，机床，模具设计,数控车床，数控技术 3.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 数控，机床，模具设计,数控车床，数控技术 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。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2011年是我国“十二五”规划的开局之年，我国正处于工业转型升级的关键时期，目前国际机床市场也有一定好转。在这种形势下，战略性新兴产业的培养发展和数控机床专项“十二五”计划的实施，为我国机床工具行业发展提供了新的机遇，也提出了更大挑战，只要我们充分利用国内外有利条件，牢牢把握科学发展观这个主题，抓住转变经济发展方式这条主线，做好行业和企业的发展规划，加快产业结构和产品结构调整，坚持自主创新，坚持对外开放，大力促进改革，机床工具行业一定会再迈上一个新的台阶，在新的一年，行业面貌也会有