数控机床国内的发展进程及趋势3.

网络高等教育网络高等教育 本本 科科 生生 毕毕 业业 论论 文 设文 设 计 计 题 目 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 学习中心 浙江三门奥鹏学习中心 22 层 次 专科起点本科 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 12 年春季 学 号 学 生 指导教师 完成日期 年 月 日 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 内容摘要 本文以数控机床为研究对象 首先阐述了数控机床的发展历程 接下来对我 国数控机床的发展现状与发展趋势进行了介绍 并分析了其存在的问题 最后提 出了针对我国数控机床的发展策略 关键词 数控机床 进给伺服系统 机床加工程序 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 目 录 内容摘要 I 引 言 1 1 数控机床的发展进程 2 1 1 进给伺服系统 2 1 1 1 步进伺服系统 2 1 1 2 直流伺服系统 3 1 1 3 交流伺服系统 3 1 1 4 直线伺服系统 3 1 2 机械传动系统 4 1 2 1 滚动导轨 4 1 2 2 滑动导轨 4 1 3 数控机床加工程序的结构 5 2 数控机床的发展趋势 7 2 1 高速化 7 2 2 高精度化 7 2 3 功能复合化 7 2 4 控制智能化 7 2 5 体系开放化 8 2 6 驱动并联化 8 2 7 极端化 大型化和微型化 8 2 8 信息交互网络化 9 2 9 新型功能部件 9 2 10 高可靠性 9 2 11 加工过程绿色化 9 2 12 多媒体技术的应用 10 3 数控机床发展中所存在的问题 11 4 数控机床的发展策略 12 4 1 以高速化为先导 提高数控机床的综合性能 12 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 4 2 推进 m 工程 研制高效精密数控机床 12 4 3 发展复合加工数控机床 缩短制造过程链 12 4 4 高效柔性化的新一代制造系统 12 4 5 发展网络化制造单元 推进企业制造能力的高效柔性化 13 4 6 开展可靠性设计 加强全面质量管理 保证数控机床的可靠性增长 13 4 7 提高技术人员的综合素质 13 结束语 14 致谢 15 参考文献 16 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 1 引 言 自 20 世纪末开始 我国制造业就开始了逐渐由制造大国向制造强国迈进了 脚步 机床制造业也跟着取得数控机床快速增长的业绩 机床是先进制造技术和 制造信息集成的重要元素 既是生产力要素 又是重要商品 机床的发展和创新 在一定程度上能映射出加工技术的主要趋势 近年来 我国在数控机床和机床工 具行业对外合资合作进一步加强 无论在精度 速度 性能 还是智能化方面都 取得了相当的成绩 在国际贸易中 很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值 高利润的主 要机电出口产品 因此 对数控机床技术的发展历程进行总结分析 将有助于推 进我国数控机床技术实现跨越式发展的目标 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 2 1 数控机床的发展进程 自上世纪 50 年代以来 世界数控机床主要经历了数控 NC Numerical Control 和计算机数控 CNC Numerical Numerical Control 2 个阶段 数控 NC 阶段主要经历了以下 3 代 第 1 代数控系统 始于 50 年代初年 系统全部采用电子管元件 逻辑运算 与控制采用硬件电路完成 第 2 代数控系统 始于 50 年代末 以晶体管元件和印刷电路板广泛应用于数 控系统为标志 第 3 代数控系统 始于 60 年代中期 由于小规模集成电路的出现 使其体 积变小 功耗降低 可靠性提高 推动了数控系统的进一步发展 计算机数控 CNC 阶段也经历了 3 代 第 4 代数控系统 始于 70 年代 当首个采用小型计算机的CNC 装置芝加哥展 览会上露面时 标志着 CNC 技术的问世 第 5 代数控系统 始于 70 年代后期 中 大规模集成电路技术所取得成就 促使价格低廉 体积更小 集成度更高 工作可靠的微处理器芯片的产生 并逐 步应用于数控系统 第 6 代数控系统 始于 90 年代初 受通用微机技术飞速发展的影响 数控 系统正朝着以个人计算机 PC 为基础 向着开放化 智能化 网络化等方面进 一步发展 数控机床通常由控制系统 进给伺服系统 检测系统 机械传动系统及其他 辅助系统组成 其中进给伺服系统作为数控机床的重要功能部件 其性能是决定 数控机床加工性能的极其重要的技术指标 因此提高进给伺服系统的动态特性与 静态特性的品质是人们始终追求的目标 接下来主要介绍一下进给伺服系统和机 械传动系统的发展历程 1 1 进给伺服系统 进给伺服系统是以运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统 它是一个很 典型的机电一体化系统 主要由位置控制单元 速度控制单元 驱动原件 电机 检 测与反馈单位和机械执行部件几个部分组成 1 1 11 1 1 步进伺服系统步进伺服系统 在 20 世纪 60 年代以前 步进伺服系统是以步进电机驱动的液压伺服电动机 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 3 或是以功率步进电机直接驱动为特征 伺服系统采用开环控制 步进伺服系统接受脉冲信号 它的转速和转过的角度取决于指令脉冲的频率或个数 由 于没有检测和反馈环节 步进电机的精度取决于步距角的精度 齿轮传动间隙等 所以它的精度较低 而且步进电机在低频时易出现振动现象 它的输出力矩随转 速升高而下降 又由于步进伺服系统为开环控制 步进电机在启动频率过高或负 载过大时易出现 丢步 或 堵转 现象 停止时转速过高容易出现过冲的现象 另外步进电机从静止加速到工作转速需要的时间也较长 速度响应较慢 但是由 于其结构简单 易于调整 工作可靠 价格较低的特点 在许多要求不高的场合 还是可以应用的 1 1 21 1 2 直流伺服系统直流伺服系统 在 60 70 年代后 数控系统大多采用直流伺服系统 直流伺服电机具有良 好的宽调速性能 输出转矩大 过载能力强 伺服系统也由开环控制发展为闭环 控制 因而在工业及相关领域获得了更加广泛的运用 但是 随着现代工业的快 速发展 其相应设备如精密数控机床 工业机器人等对电伺服系统提出越来越高 的要求 尤其是精度 可靠性等性能 而传统直流电动机采用的是机械式换向器 在应用过程中面临很多问题 如电刷和换向器易磨损 维护工作量大 成本高 换向器换向时会产生火花 使电机的最高转速及应用环境受到限制 直流电机结 构复杂 成本高 对其他设备易产生干扰 1 1 31 1 3 交流伺服系统交流伺服系统 针对直流电动机的缺点 人们一直在努力寻求以交流伺服电动机取代具有机 械换向器和电刷的直流伺服电动机的方法 以满足各种应用领域 尤其是高精度 高性能伺服驱动领域的需要 但是由于交流电机具有强耦合 非线性的特性 控 制非常复杂 所以高性能运用一直受到局限 自 80 年代以来 随着电子电力等 各项技术的发展 特别是现代控制理论的发展 在矢量控制算法方面的突破 原 来一直困扰着交流电动机的问题得以解决 交流伺服发展地越来越快 1 1 41 1 4 直线伺服系统直线伺服系统 永磁同步直线电机在推力 动态性能 定位精度方面比其他直线电机更具优 越性 因而 PMLSM 越来越多的用于直线伺服系统中 但由于直线伺服系统存在很 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 4 大的参数摄动和负载扰动 此外还存在 边端效应 等问题 因此 采用传统的 比例 P 或比例积分 PI 位置调节器的矢量控制系统很难满足高性能伺服系统的 要求 1 2 机械传动系统 机械传动系统由数控机床的主传动系统 进给运动系统 回转工作台与导轨 组成 数控机床主传动系统的作用就是产生不同的主轴切削速度以满足不同的加 工条件要求 主传动系统由动力源 电机 传动系统 定比传动机构 变速装置 运动控制装置 离合器 制动器等 执行件 主轴 进给运动是以保证刀具与工 件相对位置关系为目的 被加工工件的轮廓精度和位置精度都受到进给运动的传 动精度 灵敏度和稳定性的直接影响 进给运动是数字控制系统的直接控制对象 对于闭环控制系统 还要在进给运动的末端加上位置检测系统 并将测量的实际 位移反馈到控制系统中 以使运动更准确 回转工作台的作用是 按照数控装置 的指令做回转分度或连续回转进给 导轨的作用 起导向及支承作用 它的精度 刚度及结构形式等对机床的加工精度和承载能力有直接影响 为了保证数控机床 具有较高的加工精度和较大的承载能力 要求其导轨具有较高的导向精度 足够 的刚度 良好的耐磨性 良好的低速运动平稳性 同时应尽量使导轨结构简单 便于制造 调整和维护 数控机床常用的导轨按其接触面间摩擦性质的不同可分 为滑动导轨和滚动导轨 1 2 11 2 1 滚动导轨滚动导轨 在常用的滚动导轨有非循环式和循环式 1 非循环式 导轨面间放有滚珠 滚针 滚柱等滚动体 滚动体在导轨面间无 滑动 滑动体移动速度为运动部件速度件 2 循环式 滚动体有返回的轨迹 可做成独立的组件 滚动导轨支承 1 2 21 2 2 滑动导轨滑动导轨 在数控机床上常用的滑动导轨有液体静压导轨 气体静压导轨和贴塑导轨 1 液体静压导轨 在两导轨工作面间通入具有一定压力的润滑油 形成静压油 膜 使导轨工作面间处于纯液态摩擦状态 摩擦系数极低 多用于进给运动导轨 2 气体静压导轨 在两导轨工作面间通入具有恒定压力的气体 使两导轨面形 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 5 成均匀分离 以得到高精度的运动 这种导轨摩擦系数小 不易引起发热变形 但会随空气压力波动而使空气膜发生变化 且承载能力小 故常用于负荷不大的 场合 3 贴塑导轨 在动导轨的摩擦表面上贴上一层由塑料等其它化学材料组成的塑 料薄膜软带 其优点是导轨面的摩擦系数低 且动静摩擦系数接近 不易产生爬 行现象 塑料的阻尼性能好 具有吸收振动能力 可减小振动和噪声 耐磨性 化学稳定性 可加工性能好 工艺简单 成本低 滚动导轨的最大优点是摩擦系 数很小 一般为 0 0025 0 005 比贴塑料导轨还小很多 且动 静摩擦系数很 接近 因而运动轻便灵活 在很低的运动速度下都不出现爬行 低速运动平稳性 好 位移精度和定位精度高 滚动导轨的缺点是抗振性差 结构比较复杂 制造 成本较高 近年来数控机床愈来愈多地采用由专业厂家生产的直线滚动导轨副或 滚动导轨块 这种导轨组件本身制造精度很高 对机床的安装基面要求不高 安 装 调整都非常方便 1 3 数控机床加工程序的结构 数控机床程序分成的程序开始 程序内容和程序结束三部分 第一部分 程序开始部分 程序开始部分主要定义程序号 调出零件加工坐标系 加工刀具 启动主轴 打开冷却液等方面的内容 数控程序主轴最高转速限制定义 G50 S2000 设置主 轴的最高转速为 2000RPM 对于数控车床来说 这是一个非常重要的指令 坐标 系定义如不作特殊指明 数控系统默认 G54 坐标系 返回参考点指令 G28 U0 为 避免换刀过程中 发生刀架与工件或夹具之间的碰撞和 或干涉 一个有效的方 法是机床先回到 X 轴方向的机床参考点 并离开主轴一段安全距离 刀具定义 G0 T0808 M8 自动调 8 号左偏刀 8 号刀补 开启冷却液 主轴转速定义 G96 S150 M4 恒定线速度 S 功能定义 S 功能使数控车床的主轴转速指令功能 有两种表 达方式 一种是以 r min 或 rpm 作为计量单位 另一种是以 m min 为计量单位 数控车床的 S 代码必须与 G96 或 G97 配合使用才能设置主轴转速或切削速度 G97 转速指令 定义和设置每分钟的转速 G96 恒线速度指令 使工件上任何 位置上的切削速度都是一样的 第二部分 程序内容部分 程序内容是整个程序的主要部分 由多个程序段组成 每个程序段由若干个 字组成 每个字又由地址码和若干个数字组成 常见的为 G 指令和 M 指令以及各 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 6 个轴的坐标点组成的程序段 并增加了进给量的功能定义 F 功能是指进给速度 的功能 数控车床进给速度有两种表达方式 一种是每转进给量 即用 mm r 单 位表示 主要用于车加工的进给 另一种和数控铣床相同采用每分钟进给量 即 用 mm min 单位表示 主要用于车铣加工中心中铣加工的进给 第三部分 程序结尾部分 在程序结尾 需要刀架返回参考点或机床参考点 为下一次换刀的安全位置 同时进行主轴停止 关掉冷却液 程序选择停止或结束程序等动作 回参考点指 令 G28U0 为回 X 轴方向机床参考点 G0 Z300 0 为回 Z 轴方向参考点 停止指令 M01 为选择停止指令 只有当设备的选择停止开关打开时才有效 M30 为程序结 束指令 执行时 冷却液 进给 主轴全部停止 数控程序和数控设备复位并回 到加工前原始状态 为下一次程序运行和数控加工重新开始做准备 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 7 2 数控机床的发展趋势 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 数控机床正向高速化 高精度化 复合 化 智能化 开放化 网络化 多轴化 绿色化等方面发展 2 1 高速化 新一代数控机床为提高生产效率 向超高速方向发展 采用新型功能部件 如电主轴 直线电机 LM 直线滚动系统等 主轴转速达 15 000r min 以上 计算 机技术及其软件控制技术在机床产品技术中占的比重越来越大 计算机系统及其 应用软件的复杂化 带来了机床系统及其硬件结构的简化 数控机床的智能化程 度日趋提高 2 2 高精度化 一台机床的重复定位精度如果能达到 0 005 mm ISO 标准 统计法 就是 一台高精度机床 在 0 005mm ISO 标准 统计法 以下 就是超高精度机床 高 精度的机床 要有最好的轴承 丝杠 随着电脑辅助制造 CAM 系统的发展 精 密度已达到微米级 2 3 功能复合化 工件一次装夹 能进行多种工序复合加工 可大大地提高生产效率和加工 精度 是机床一贯追求的 由于产品开发周期愈来愈短 对制造速度的要求也相 应提高 机床也朝高效能发展 机床已逐渐发展成为系统化产品 用一台电脑控 制一条生产线的作业 产品对外观曲线要求的提高 机床五轴加工 六轴加工已 日益普及 机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势 2 4 控制智能化 随着人工智能在计算机领域的渗透和发展 数控系统引入了自适应控制 模 糊系统和神经网络的控制机理 不但具有自动编程 前馈控制 模糊控制 学习 控制 自适应控制 工艺参数自动生成 三维刀具补偿 运动参数动态补偿等功 能 而且人机界面极为友好 并具有故障诊断专家系统 使自诊断和故障监控功 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 8 能更趋完善 为日本 Mazak 公司最新推出的 E zizith 型卧式加工中心 将信息 技术与制造技术融为一体 在制造过程中 加工 检测一体化是实现快速制造 快速检测和快速响应的有效途径 已形成将测量 建模 加工 机器操作四者融 合在一个系统中 实现信息共享 促进测量 建模 加工 操作一体化的 4M 智 能系统 2 5 体系开放化 计算机技术的飞速发展 推动数控技术更快地更新换代 许多数控系统生产 厂家利用 Pc 机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统 开放 式体系结构使数控系统有更好的通用性 柔性 适应性 可扩展性 并可以较容 易地实现智能化 网络化 开放式体系结构可以大量采用通用微机技术 使编 程 操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷 开放式体系结构的新一代数控 系统 其硬件 软件和总线规范都是对外开放的 数控系统制造商和用户可以根 据这些开放的资源进行系统集成 同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系 统带来极大方便 促进了数控系统多档次 多品种的开发和广泛应用 开发生产 周期大大缩短 同时 这种数控系统可随 CPU 升级而升级 而结构可以保持不变 2 6 驱动并联化 并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大 系统刚度低 刀具 只能沿固定导轨进给 作业自由度偏低 设备加工灵活性和机动性不够等固有缺 陷 在机床主轴 一般为动平台 与机座 一般为静平台 之间采用多杆并联联接机 构驱动 通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动 可 实现多坐标联动数控加工 装配和测量多种功能 更能满足复杂特种零件的加工 具有现代机器人的模块化程度高 重量轻和速度快等优点 并联机床作为一种新型的加工设备 已成为当前机床技术的一个重要研究方 向 受到了国际机床行业的高度重视 被认为是 自发明数控技术以来在机床行 业中最有意义的进步 和 21 世纪新一代数控加工设备 2 7 极端化 大型化和微型化 国防 航空 航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性 能良好的数控机床的支撑 而超精密加工技术和微纳米技术是 21 世纪的战略技 术 需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备 所以微 型机床包括微切削加工 车 铣 磨 机床 微电加工机床 微激光加工机床和微 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 9 型压力机等的需求量正在逐渐增大 2 8 信息交互网络化 对于面临激烈竞争的企业来说 使数控机床具有双向 高速的联网通讯功 能 以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的 既可以实现网络资 源共享 又能实现数控机床的远程监视 控制 培训 教学 管理 还可实现数 控装备的数字化服务 数控机床故障的远程诊断 维护等 例如 日本 Mazak 公 司推出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔 e Tower 的外部设备 包括计 算机 手机 机外和机内摄像头等 能够实现语音 图形 视像和文本的通信故 障报警显示 在线帮助排除故障等功能 是独立的 自主管理的制造单元 2 9 新型功能部件 为了提高数控机床各方面的性能 具有高精度和高可靠性的新型功能部件的 应用成为必然 具有代表性的新型功能部件包括 高频电主轴 高频电主轴 是高频电动机与主轴部件的集成 具有体积小 转速高 可无级调速等一系列优 点 在各种新型数控机床中已经获得广泛的应用 直线电动机 近年来 直线 电动机的应用日益广泛 虽然其价格高于传统的伺服系统 但由于负载变化扰动 热变形补偿 隔磁和防护等关键技术的应用 机械传动结构得到简化 机床的动 态性能有了提高 如 西门子公司生产的 1FN1 系列三相交流永磁式同步直线电 动机已开始广泛应用于高速铣床 加工中心 磨床 并联机床以及动态性能和运 动精度要求高的机床等 德国 EX CELL O 公司的 XHC 卧式加工中心三向驱动均采 用两个直线电动机 电滚珠丝杆 电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成 可以大大简化数控机床的结构 具有传动环节少 结构紧凑等一系列优点 2 10 高可靠性 数控机床与传统机床相比 增加了数控系统和相应的监控装置等 应用了大 量的电气 液压和机电装置 易于导致出现失效的概率增大 工业电网电压的波 动和干扰对数控机床的可靠性极为不利 而数控机床加工的零件型面较为复杂 加工周期长 要求平均无故障时间在 2 万小时以上 为了保证数控机床有高的可 靠性 就要精心设计系统 严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模 式并找出薄弱环节 国外数控系统平均无故障时间在 7 10 万小时以上 国产数 控系统平均无故障时间仅为 10000 小时左右 国外整机平均无故障工作时间达 800 小时以上 而国内最高只有 300 小时 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 10 2 11 加工过程绿色化 随着日趋严格的环境与资源约束 制造加工的绿色化越来越重要 而中国的 资源 环境问题尤为突出 因此 近年来不用或少用冷却液 实现干切削 半干 切削节能环保的机床不断出现 并在不断发展当中 在 21 世纪 绿色制造的大 趋势将使各种节能环保机床加速发展 占领更多的世界市场 2 12 多媒体技术的应用 多媒体技术集计算机 声像和通信技术于一体 使计算机具有综合处理声音 文字 图像和视频信息的能力 因此也对用户界面提出了图形化的要求 合理的 人性化的用户界面极大地方便了非专业用户的使用 人们可以通过窗口和菜单进 行操作 便于蓝图编程和快速编程 三维彩色立体动态图形显示 图形模拟 图 形动态跟踪和仿真 不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现 除此以外 在数控技术领域应用多媒体技术可以做到信息处理综合化 智能化 应用于实时 监控系统和生产现场设备的故障诊断 生产过程参数监测等 因此有着重大的应 用价值 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 11 3 数控机床发展中所存在的问题 由于我国的技术水平和基础工业相对其他发达国家相比比较落后 数控机床 的性能 水平和可靠性与工业发达国家相比差距还很大 因此 加速进行中国数 控系统的工程化 商品化攻关 尽快建成与完善我国数控机床和数控产业成了我 国的主要任务 目前 我国在发展数控机床业中存在的主要问题主要有以下几点 1 缺乏实事求是的科学精神 忽视了数控机床本身的技术特点 发展规律 没 有实事求是地制定数控机床发展的规划 盲目性大 2 缺乏系统深入的科研工作难以对各种技术资料进行积累 设计方法陈旧 仅 靠类比模仿进行产品设计 既缺乏机床创新的基本理论 又缺乏丰富的生产 实际经验 对高效自动化机床 数控机床的刚度 振动 热变形 噪声 精度补 偿等基础技术缺乏深入研究 对各类机床加工工艺 布局 结构 导轨 卡轴 卡具等应用技术又缺乏认真试验 难以创新设计出优质适销的先进产品 3 没有合理地运用资源这主要表现在两点 第一 对于所涉及到的研究所 厂房等没有综合应用 取长补短 往往见到的是他们孤军作战 而且各单位忙于 生存 普遍缺乏深入系统的科研工作 更没有做到生产一代 研制一代 预研一 代等可持续的发展 第二 机床行业人员素质低 缺乏各方而人才 而且各研究 单位 企业 人才流失严重 科研 设计力量十分虚弱 往往呈现低效运行状态 4 我国制造业大环境的制约 由于没有在全国范围内发展大量大批生产自 动化 对高效自动化机床的卞机设计的基本功较差 而机床的品种结构发展 全靠主机设计本领加以变化 因此 依靠引进和合作生产来发展各类卞机 至今 我国许多高性能 新结构的数控机床大都为合作产品 基本处于仿制阶段 5 缺乏吸引高层次 高素质人才创新创业的环境 高速 柔性 精密机床 配套 技术的自主研发能力低 6 对国外技术重引进 轻消化吸收的问题仍很突出 消化 在整个资金 投入中 所占的比例相对其他工业发达国家来讲太低 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 12 4 数控机床的发展策略 从上世纪 80 年代起 我国机床制造业对数控技术和数控机床一直给予较大 的关注 但是由于我们的数控技术与其他工业发达国家差距较大 与国外一些先 进产品相比 仍存在着很大劣势 使得我们总是处于技术跟踪阶段 面对这种情 况 为了加速振兴我国的机床制造业 提高我国的数控机床技术 应当加强以下 几个方面的研究工作 4 1 以高速化为先导 提高数控机床的综合性能 数控机床的高速化是提高其高效柔性和高精化的一个重要措施 分析中型加 工中心的高速化与高精化的发展历程 可以得出 作为表征其切削运动高速化的 主轴最高转速和最大进给速度 大致持续地以每 10 年增长 1 倍的比率上升 而 表征压缩机床辅助时间的快移速度 指以滚珠丝杠和旋转伺服电机驱动 和自动换 刀 工作台转位速度 基本上以每 12 15 年翻一番的速度增长 1993 年后逐步推 广用直线电动机直接驱动的新技术 使加工中心的快移速度比用滚珠丝杠副驱动 时又提高了 1 倍 高速化的发展还要多注意 2 个问题 从先进适用出发确定高速 范围 高速化要和机床的结构和控制性能相匹配 4 2 推进 m 工程 研制高效精密数控机床 目前国内生产的数控机床尚缺少高效 高可靠性且加工精度达微米级的产品 为此 需研发一些能兼顾高效化和高精化的数控制造装备以适应汽车制造业加工 关键零件的需求 由于这些数控制造装备的加工精度主要在微米级 m 范围 内 因此可称为 m 级制造装备及技术研究 简称 m 工程 4 3 发展复合加工数控机床 缩短制造过程链 加快复合数控机床的发展步伐 提高工序的集中度 使加工过程链集约化 可以提高多品种单件和中小批量加工的工效 也有利于加工精度的稳定性 复合 数控机床可以减少在不同数控机床间进行工序的转换而引起的待工以及多次上下 料等时间 通常这些时间占零件整个生产周期的 40 60 即使在信息管理良好 的情况下 仍将占 20 左右 因此 复合数控机床具有明显的技术效果 为了 避免复合机床因功能的扩展而过多地引起结构的复杂化和成本的增加 还需要探 求两个问题 通过创新技术扩大功能部件的适用面来简化结构 发展模块化和可 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 13 重构化的复合机床 4 4 高效柔性化的新一代制造系统 1995 年开始研究的在可重构制造技术支持下 构建具有适应大批量高效柔性 化生产的可重组制造系统 RMS 是一个值得注意的发展动向 其核心为制造系统 能物理组态 即根据加工对象的变化方便地进行布局和设备配置的调整 发展了 能对多变的市场需求做出合理的配置规划和易于调整的布局方式 适应重构的控 制软件 开放式控制系统和规范化接口以及能快速提升系统重组后制造质量的诊 断系统等技术 使其兼具专用生产线的高效性能和适用的柔性以取得更佳的经济 性 已在生产中取得了初步成功的应用 4 5 发展网络化制造单元 推进企业制造能力的高效柔性化 当前 国内外一些机床和数控系统制造企业在从分布式网络化联盟制造的角 度出发研究相适应的制造单元 强化其自治管理能力 能与企业的资源计划 ERP 产品数据管理 PDM 和计算机辅助设计 计算机辅助制造 计算机辅助 工程 CAD CAPP CAM 的信息集成 进而通过与客户关系管理 CRM 和供应链管 理 SCM 的联系做出智能决策 实施并行工程 可视化监控等以提高机床利用率 实现高效的柔性生产 4 6 开展可靠性设计 加强全面质量管理 保证数控机床的可靠性 增长 为了保证数控机床有高的可靠性 设计时不仅要考虑其功能和力学特性 还 要进行可靠性设计 根据可靠性要求合理分配各组成件的可靠性指标 在配套件 采购和制造过程中重视质量要求 加强全面质量管理以求可靠性的不断增长 4 7 提高技术人员的综合素质 中国机床工业的振兴 数控机床的加速发展 归根到底 取决于人员素质的 提高 工业文化水平的提高 人才的加速培养 有效的深化改革 改组 改制 切切实实加强科学管理 提高工作质量 生产率 劳动生产率 进入 21 世纪知 识经济时代 科学知识及作为重要生产要素的机床 其作用将更加突出 国内的数控机床发展进程 趋势及策略 14 结束语 通过本文的论述可见 目前许多国家对开放式数控系统进行研究 数控系统