浅谈数控技术的应用及未来发展趋势

本科毕业设计（论文）目 录摘 要 .2引 言 .3第 1 章 数控技术的发展 .41.1 数控技术的发展背景 .41.2 国外数控发展现状 .51.3 我国数控技术的现状 .61.4 我国数控技术的发展过程 .6第 2 章 数控系统组成及工作原理 .82.1 计算机数控系统 .82.2 CNC 系统的硬件结构 .92.3 数控技术的核心技术 .92.4 数控系统的工作原理 .10第 3 章 数控技术在工业生产上的应用 .133.1 数控技术在机床上的应用 .133.2 数控技术在木材加工方面的应用 .133.3 数控技术在特种生产上的应用 .133.4 数控技术在采煤机制造方面的应用 .14第 4 章 数控技术的发展趋势 .164.1 高速、高精加工技术 .164.2 智能化、开放式、网络化 .164.3 多轴联动加工、复合加工机床 .17结 论 .19参考文献 .20致 谢 .21本科毕业设计（论文）摘 要数控技术是现代工业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是知识密集、资金密集的现代制造技术，也是国家重点发展的前沿技术。本文简要介绍了我国数控技术的应用及发展趋势。随着市场经济需求个性化与多样化，数控技术已应用于机床、木材加工、工业生产、采煤机制造方等多个领域。未来数控技术的总趋势是向高速、高精加工技术、多轴联动、智能化、开放式、网络化发展。【关键词】 数控技术 应用 发展 AbstractCNC technology is the modern industrial automation, flexible, integrated production is based on a knowledge-intensive, capital-intensive modern manufacturing technology, the national focus on the development of cutting-edge technology. This paper describes the application of numerical control technology and development trends. As the market demand for personalized and diversified economy, numerical control technology has been applied to machine tools, wood processing, industrial production, coal mining machine manufacturing side and other fields. The general trend of the future of CNC technology to the high-speed, high precision technology, intelligent, open, network development.【Keywords】 CNCTechnology Application Development 本科毕业设计（论文）引 言随着全球经济竞争日益加剧，制造行业面临着产业升级换代，被加工零件复杂度的增加，加工单元柔性化、工厂自动化的实现等等。数控机床作为一种自动化的加工设备而被广泛采用。同时，随着现代机械制造业向更高层次的发展，数控机床也成为柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)以及计算机集成制造系统(CIMS)的基础装备。数控技术是数控机床的关键技术，它的迅速发展和广泛应用，使得普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替，从而形成了巨大的生产力。一个国家的工业化水平，很大程度上体现在制造业的水平，而数控机床技术正是制造技术中关键性的技术之一。近年来我国机床需求旺盛，市场巨大。自 2002 年来，我国已经连续六年成为世界上最大的机床消费国和进口国，其中数控机床是机床消费的主流。随着制造技术，计算机技术，微电子技术等的发展，数控机床必然向更高精度、更高速度、更高可靠性及更完善的功能方向发展，以提高国家的整体制造业水平。本科毕业设计（论文）第 1 章 数控技术的发展1.1 数控技术的发展背景数控研究的历史始于 20 世纪 40 年代前后，美国帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构研究所合作，进行数控机床的研究工作，在 1952 年研制成功了世界上第一台三坐标数控铣床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了四个阶段、八代的发展。1.数控(NC) 阶段早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控，简称为数控(NC)。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即 1952 年第一代一电子管;1959 年第二代一晶体管;1965 年第三代一小规模集成电路。2.计算机数控(CNC)阶段 到 1970 年，通用小型计算机业已出现并成批生产，其运算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，这比专门“搭”成的专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控(CNC) 阶段。1970 年在美国芝加哥数控展览会上，首次展出了由小型计算机为核心的计算机数控系统，标志着数控系统进入了计算机为主体的第四代。至此，原来由硬件实现的功能逐步改由软件完成，从此系统进入了软件数控时代。1974 年，首次出现了采用微处理器芯片的软件 CNC 系统，象征着数控系统进入了以微机为背景的第五代。这一发展真正实现了机电一体化，进一步缩小了体积，降低了成本，简化了编程和操作，使数控系统达到了普及的程度。70 年代末、80 年代初，随着超大规模集成电路、大容量存储器、CRT 的普及应用，CNC 系统进入了第六代。它虽然仍以微处理器为基础，但控制功能更为完备，达到了多功能的技术特征，尤其在软件技术方面发展更快，具有了交互式对话编程，三维图形动态显示/校验，实时精度补偿等功能。在系统结构上，开始出现了柔性化、模块化的多处理机结构。数控系统产品也逐步实现了标准化，系列化。本科毕业设计（论文）3.高速高精度 CNC 的开发与应用阶段进入八十年代，为了实现高速、高精度曲面轮廓精加工，必须提高微轮廓线的解释处理能力和伺服驱动特性，为保证零件程序的传送、插补、加工线速度控制等连续处理，CNC 系统应具有足够高的数据处理速度和能力。32 位 CPU 以其很强的数据处理能力在 CNC 中得到了应用，使 CNC 系统进入了面向高速、高精度的第七代。1986 年，三菱电机公司率先推出了 CPU 为 68020 的 32 位 CNC，掀起了 32 位CNC 的热潮，并逐渐成为当今数控系统的主流。4.基于 PC 的开放式 CNC 的开发与应用进入九十年代，个人计算机(Personal Computer, PC)的性能已发展到很高的阶段，从 8 位、16 位发展到 32 位，可以满足作为数控系统核心部件的要求，而且 PC 机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系统从此进入基于 PC 的 CNC 系统阶段。1994 年，这种基于 PC 的 CNC 控制器在美国首先亮相市场，并在此后获得了高速发展。PC 的引入，不仅为 CNC 提供高性能价格比的硬件资源和极其丰富的软件资源，更为 CNC 的开放化提供了基础，使之成为数控历史最具影响的发展。人们常称这种PC-NC 结构为第八代数控系统。1.2 国外数控发展现状近年国外数控技术发展呈如下趋势：1.国际机床市场的消费主流是数控机床1998 年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70%，我国为 60%。目前世界数控机床消费趋势己从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。2.数控机床的信息化世界装备制造业市场正在向全面信息化的方向迈进，技术发展主要表现为柔性制造系统、计算机集成制造系统的开发与应用，并向制造智能化方向发展。技术发展特征表现为技术的融合化；产品的发展特征表现为高附加值化、智能化和系统化；系统管理的发展特征表现为集成化（包括系统集成、软件集成、技术集成和接口集成）和网络化。随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化己成为必然的趋势和方向。从另一角度来看，目前流行的 ERP 即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门或设计、开发等上层部分的信息化是本科毕业设计（论文）远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备一数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈。以 FANUC 和西门子为代表的数控系统生产厂商己在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232 接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。1.3 我国数控技术的现状我国数控机床起步并不晚，大约与日本、德国、前苏联同步。1958 年，由北京机床研究所和清华大学等单位研制成功第一台数控机床。但是由于相关工业基础差，尤其是电子工业薄弱，致使其发展速度缓慢。但由于历史的原因，一直没有取得实质性的成果。数控机床的品种和数量都很少，稳定性和可靠性都比较差，只在一些复杂的、特殊的零件加工中使用。20 世纪 80 年代以来，在消化吸收国外先进技术的基础上，我国数控技术有了新的发展，数控机床才真正进入小批量生产的商品化时代。 “七五” 、 “八五”期间的技术攻关，大大推动了我国数控机床的发展，目前我国已经能生产 100 多种数控机床。尤其是最近 10 年来，我国己研制了具有自主版权的数控技术平台和数控系统，比如 2008 年国产机床展上的大连机床集团的 VDW500五轴联动立式加工中心、华中数控的 LVC600 五轴联动立式加工中心其机床各项性能指标都接近国际先进水平。但从数控机床的整体来看，我国的数控技术与发达国家相比仍有相当差距，数控产业仍十分薄弱，而且国产数控绝大部分是中低档经济型，高档数控仍然被国外发达国家技术封锁。为了促进我国数控技术的发展，国家已经在“十一五”继续把数控技术列为优先发展的技术之一，使我国的数控技术在较短的时间里加快赶上世界先进水平。1.4 我国数控技术的发展过程数控技术和装备是制造工业现代化的基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此世界上工业发达的国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。在我国，采取“引进、消化、吸收、创新”等方式，近年来，数控化技术与装备的到长足发展。我国从 1958 年开始研制数控机床，60 年代针对壁锥、非圆齿轮的复杂形状的工件加工，研制出了数控壁锥铣床、数控非圆齿轮插齿机等设备；70年代针对航空业等加工复杂形状零件的需要，从 1973 年以来组织了数控机床攻关会本科毕业设计（论文）战，经过 3 年的努力，到 1975 年已试制生产了 40 多个品 300 多台数控机床。进入80 年代，我国自主开发了华中 I 号、中华 I 号、航天 I 号和蓝天 I 号 4 种系统，基本上掌握了关键技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业。特别是“十五”以来，我国数控系统技术取得突破性发展。在通用微机数控领域，以 PC 平台为基础的国产数控技术，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程和市场占有率等方面的问题尤为突出。在新的历史时期，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路前进，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中占有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。预计在不远的将来，我过数控技术会达到世界先进国家的水平。本科毕业设计（论文）第 2 章 数控系统组成及工作原理2.1 计算机数控系统CNC 系统由硬件和软件组成，如图 2-1 所示。根据上述组成框图，CNC 系统有如下特点：1.灵活性CNC 系统，一旦提供了某些控制功能，就不能被改变，除非改变硬件。而 CNC系统，只要改变相应的软件即可，而不要改变硬件。2.通用性在 CNC 系统中，硬件采用通用的模块化结构，而且易于扩展，并结合软件变化来满足数控机床的各种不同要求。接口电路由标准电路组成，给机床厂和用户带来了很大方便。这样用一种 CNC 系统就能满足多种数控机床的要求，当用户要求某些特殊功能时，仅仅改变某些软件即可。3.可靠性CNC 系统中，零件数控加工程序在加工前一次性全部输入存储器，并经过模拟后才被调用加工，这就避免了在加工过程中由于纸带输入机的故障产生的停机现象。许多功能都由软件完成，硬件结构大大简化，特别是大规模和超大规模集成电路的采用，可靠性得到很大的提高。4.数控功能多样化CNC 系统利用计算机的快速处理能力，可以实现许多复杂的数控功能，如多种插补功能、动静态图形显示、数字伺服控制等。5.使用维护方便有的 CNC 系统含有对话编程、图形编程、自动在线编程等功能，使编程工作简单方便。编好的程序通过模拟运行，很容易检查程序是否正确。CNC 系统中还含有本科毕业设计（论文）诊断程序，使得维修十分方便。2.2 CNC 系统的硬件结构数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成，这四部分之间通过 I/O 接口互连。数控装置是数控系统的核心，其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。输入/输出装置主要有键盘、纸带阅读机、软盘驱动器、通信装置、显示器等，用以控制数据的输入/输出，监控数控系统的运行，进行机床操作面板及机床机电控制/监测机构的逻辑处理和监控，并为数控装置提供机床状态和有关应答信号。机床电器逻辑控制装置接受数控装置发出的数控辅助功能控制命令，实现数控机床的顺序控制。在现代数控系统中机床电器逻辑控制装置已经被可编程序控制器（PLC）取代。驱动装置一般是以轴为单位的独立体，用以控制各轴的运动。数控装置的硬件结构按 CNC 装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块（小板）结构；按 CNC 装置硬件的制造方式，可以分为专用型结构和个人计算机式结构；按 CNC 装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。2.3 数控技术的核心技术数控装备的高速度、高精度、高柔性和高自动化程度，向数控系统和伺服驱动系统提出了新的要求，下面主要从数控系统与伺服驱动系统方面介绍其关键技术。要实现数控设备高速化，首先要求数控系统能对由微小程序段构成的加工程序进行高速处理，以计算出伺服电机的移动量，同时要求伺服电机能高速度地作出反应。采用 32 位微处理器，是提高数控系统高速处理能力的有效手段。在数控设备高速化中，提高主轴转速占有重要地位。主轴高速化的手段是直接把电机与主轴连接成一体，从而可将主轴转速大大提高。采用直线电机技术来替代目前机床传动中常用的滚珠丝杠技术，在提高轮廓加工速率的同时，提高了加速度。除不断采用新型功能部件外，还需在以下几个方面进行深入研究 1. 高速加工动力学建模及控制高速运动下的对象已经不能用纯静态的方法处理，数控问题也不再能归结为几何问题或静力学问题。作为一个动态对象，它并不是“亦步亦趋”地跟随所施加的控制，而力图表现出它的“个性” ；另一方面，所施加的控制必须充分顾及被控制对象的动态特性，才能得到预期的控制效果。因此，已经不能像传统的数控系统那样，本科毕业设计（论文）可以将控制系统与被控制对象分开来研究和制造，而必须作为一个整体来处理，研究其在高速状态下的动力学问题，以及超高速运动控制条件下光、电信号的时滞影响及其消除的问题。在高速情况下，必须研究集数控系统与控制对象为一体的整体动力学建模、基于整体动力学模型的非线性控制策略、智能化控制方法等。 2.机电特性参数的辨识、分析与控制优化高速控制的核心在于实现高加速度，为此需要使伺服机构处于最佳工作状态，从而获得系统最大运动加速度。因此，基于系统整体建模的加速度控制曲线选择、伺服机电参数的辨识优化、多轴增益的协调控制等是当前研究的热点。 3. 高速、高精插补运算和控制算法高速、高精插补是将复杂轨迹按控制规律分解成伺服控制指令。轮廓加工时，加工程序由巨量微小线段构成，高速加工除需保证微段程序连续执行外，还需根据轨迹变化及时预测各轴状态，实现高加速度运行要求。这就要求对微段程序的高速、高精插补、高速预处理，微段程序的加减速控制，超前 G 代码预测(Look ahead)，复杂轨迹的直接插补以及高速数据传输等进行深入的研究。 4. 面向高速高精加工的数控编程原理及方法传统的数控编程解决了中低速加工中的刀位轨迹生成问题，但是高速加工却对数控编程从原理与方法上提出了更高的要求。为此,必须在研究高速加工工艺机理的基础上，研究适用于高速高精加工的数控编程原理及方法。在这方面，高速加工工艺机理、高速加工工艺参数知识库、基于高速加工非线性运动误差补偿的刀位轨迹规划、加工程序平滑过渡、高速加工中进给速度优化、基于 STEP 标准、面向加工特征的高级 NC 代码语言等都是需要研究的内容。 2.4 数控系统的工作原理 CNC 装置的工作是在硬件的支持下执行软件的过程。下面简要说明 CNC 装置的工作情况。1.程序输入将编写好的数控加工程序输入给 CNC 的方式有：纸袋阅读机输入、键盘输入、磁盘输入、通讯接口输入及连接上一级计算机的 DNC（Direct Numberical Control）接口输入。CNC 装置在输入过程中还要完成校验和代码转换等工作，输入的全部信息都要本科毕业设计（论文）放到 CNC 装置的内部存储器中。2.译码在输入的工件加工程序中含有工件的轮廓信息（起点、终点、直线、圆弧等） 、加速度（F 代码）及其他辅助功能（M、S 、T）信息等，译码程序以一个程序段为单位，按一定规则将这些信息翻译成计算机内部能识别的数据形式，并以约定的格式存放在指定的内存区域间。3.数据处理数据处理程序刀具半径补偿、速度计算及辅助功能处理。刀具半径补偿是把零件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹，编程员只需按零件轮廓轨迹编程，减轻了工作量。速度计算是解决该加工程序段以什么样的速度运动的问题。编程所给的进给速度是合成速度，速度计算是根据合成速度来计算各坐标运动方向的分速度。另外对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判断处理。辅助功能诸如换刀、主轴启停、切削液开关量信号也在此程序中处理。辅助功能处理的主要工作是识别标志，在程序执行时发出信号，让机床相应执行这些动作。4.插补插补的任务是通过插补计算程序在已知有限信息基础上进行“数据点的密化”工作，即在起点和终点之间插入一些中间点。5.位置限制它的主要任务是在每个采样周期内，将差插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机，进而控制工作台或刀具的位移。6.输入/ 输出（I/O）处理控制I/O 处理主要处理 CNC 系统和机床之间的来往信号的输入和输出控制。7.诊断主要是指 CNC 系统利用内装诊断程序进行自诊断，主要有启动诊断和在线诊断。启动诊断是指 CNC 系统每次从通电开始进入正常运行准备状态中，系统相应的内诊断程序通过扫描自动检查系统硬件、软件及有关外设是否正常。只有当检查的本科毕业设计（论文）每个项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常的准备状态。否则，CNC 系统将通过报警方式指出故障信息，此时，启动诊断过程不能结束，系统不能投入运行。在线诊断程序是指在系统处于正常运行状态中，由系统相应的内装诊断程序，通过定时中断周期扫描检查 CNC 系统本身以及个外设控制设备。只要系统不停电，在线诊断就不会停止。本科毕业设计（论文）第 3 章 数控技术在工业生产上的应用3.1 数控技术在机床上的应用机械设备是机械制造中的重中之重，面对现代机械制造业的需求，具备了控制能力的机床设备是现代机电一体化产品的重要组成部分。计算机数控技术为机械制造业提供了良好的机床控制能力，即把计算机控制装置运用到机床上，也就是用数控技术对机床的加工实施控制，这样的机床就是数控机床。它是以代码实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，主轴变速、刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作数字码记录在控制介质上，从而发出控制指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需零件。3.2 数控技术在木材加工方面的应用目前主要的CNC木材加上设备种类有：1.数控镂铣机，基本功能是三轴连动，具有多个(16)高速主轴电机，每个主轴即可单独工作，又可以任意组合或同时工作，可实现多个工件同时加工，具有效率高的特点。2.数控加工中心，根据功能可实现三轴联动、四轴联动或五轴联动，具有2套能够自动更换刀具的高速主轴电机和可装有众多刀具(含有加工单元)的刀库，每个主轴即可单独工作又可同时工作，可自动快速更换刀具。3.机械手控制的缩放雕刻机，一般具有2一l 6个刀轴，能对平面或圆柱面进行批量的比例缩放雕刻。4.全自动操作的机器人雕刻机，能对固定不动的工件进行表面雕刻。5.并联式(杆件系统)运动机构的数控加工中心，是一种全新的机床，对板材加工没有任何限制。6.数控带锯机，基本功能是-二轴联动，是针对板材的曲线加工，提高了板材的利用率。7.数控多排钻，实现加工数据输入，钻排的自动定位，以提供工件精度和工作效。8.数控仿形磨机，能进行刀具或图纸的图像采集，矢量化处理，数据标定，Nc指另生成及刀具刃磨加工。9.数控板材下料锯，具有压梁、先导锯和自动板材进料装置，所有的板材下料均通过按键存储，在线数据输入和板材下料最佳优化编。10.令自动喷漆系统，能对固定或移动的工件进行表面的喷涂。本科毕业设计（论文）3.3 数控技术在特种生产上的应用工业机器人和传统的数控系统一样是由控制单元、驱动单元和执行机构组成的。丰要运用机器设备的生产线上，比如装配、焊接，喷漆等方面。或者运用于复杂恶劣的劳动环境下下，完成人类难以完成的工作，比如深水作业、太空作业等。它可以模拟人手或者腕等动作通过程序完成对构件的搬运、抓取等动作。很大程度上改善了劳动条件，保证了生产质量和人身安全。尤其在汽车批量装配、喷漆或者大型集装箱的安装，搬运等方面起到了不可忽视的作用。在实际操作中，控制单元是由计算机系统组成，它好比人的中枢神经，指挥机器人按照写入内核的程序向驱动单元发出指令，完成预想的操作，同时同步检测执行动作，一旦出现错误或发生故障，由传感系统和检测系统反馈到控制单元，发出报警信号和相应的保护动作。而执行机构是由伺服系统和机械构件组成。有动力部分向执行机构提供动力，使执行机构在驱动元件的作用下完成规定操作。3.4 数控技术在采煤机制造方面的应用现代采煤机开发速度快，品种多，都是小批量的生产，各种机壳的毛坯制造越来越多地采用焊件，传统机械加工难以实现单件的下料问题，而使用数控气割，代替了过去流行的仿型法，使用龙骨板程序对采煤机叶片、滚筒等下料，从而优化套料的选用方案。使其发挥了切割速度快、质量可靠的优势，一些零件的焊接坡口可直接割出，这样大大提高了生产效率。同时，数控气割机装有自动可调的切缝补偿装置。它允许对构件的实际轮廓进行程序控制，好比数控机床上对铣刀的半径补偿一样。这样可以通过调节切缝的补偿值来精确的控制毛坯件的加工余量。例如在采煤机摆线齿形的销轨轮，其切槽较深，加工余量大，普通铣床的加工余量不均匀。而数控铣床可解决这一问题较精确的控制。气割后在进行安全退火，改善了构件的组织和韧性。不但提高构件质量也降低了能源的无用浪费。在切削加工方面的应用，可实现形状复杂、精度要求高的零件加工。在采煤机浮动油封的结构中，使用时要求内环的凸曲面与外环的凹曲面的密封圈各处压缩量相等。压缩接触面积均匀，才能满足密封的功能，因此内外环凸凹曲面的加工精度直接影响密封的可靠性。用数控机床编程加工，较容易的保证其曲面精度，满足浮动油封的使用要求。此外，在采煤机减速机构中，其行星架等分孔的等分精度几每行孔的同轴精度都直接影响整机的传动精度和使用寿命，在加工中心上加工行星架，本科毕业设计（论文）不仅保证了图样的精度要求，同时加工效率也很高，是用坐标镗床加工的58倍。在无链牵引的采煤机行走机构中，驱动轮和摆线销轨轮，参数采用的都是大模数(大于等于25)少齿数(z小于l7)。在加工时，受齿轮加工机床和齿轮刀具所限，难以实现范成加工或仿行加工，用数控镗铣床编程加工比较容易实现，大大减少了生产投入和工艺准备时间。目前，所有采煤机种大模数少齿数的齿轮一般都是用数控镗铣床编程加工的，编出加工一个齿形的子程序，利用角度偏置或坐标旋转编程功能，加工其余齿形。精度满足使用要求，加工效率比较高。三大机壳的加工一直是采煤机制造业中的关键，加工效率及精度直接影响到采煤机的制造周期和使用寿命。现代采煤机结构大都是多电机“分控横摆”在每种机壳上都有电机安装孔，此类孔孔径比较大。另外再加工牵引壳体端面的对接孔时，由于另一端是耳子与截割部摇臂相联，只能卧式加工。在坐标镗床拉坐标加工20多个孔，加工效率很低。用数控机床编程加工效率可提高47倍，而且用同一个加工程序，另用镜像功能可以加工左、右牵引机壳及其与其联接的中间箱体两端面上的对接孔，逼近效率高，精度也很高。随着采煤机产品开发的种类增多。新的工装胎具数量也相应增多，生产投入增加，制造周期也长。利用数控机床编程加工可替代一些胎具工装，如在机壳上使用数量较多的钻磨胎具等。减少很多胎膜具的设计与制造。对数控机床加工替代不了必不可少的工装，可用数控机床来加工此类工装，缩短了工艺准备时间。数控机床的充分使用，大大的提高了加工质量，减少了生产的投入，缩短了制造周期。数控机床具有高速切削加工的设备基础，特别是在采煤机市场竞争日益激烈的情况下，如何提高制造质量和加工效率，增强竞争力，更多的占有市场份额，应用先进的制造技术是立足之本。在压力加工技术方面，在热压力加工范围内。数控系统在热态成型方面起着越来越大的作用。在液压锻造压力机上装上数控系统，能够达到较高的工作速度，提高了生产率，缩短了每件加工时间，降低了能耗，锻造精度高压力机的经济性得到明显提高。本科毕业设计（论文）第 4 章 数控技术的发展趋势4.1 高速、高精加工技术效率、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 60000r/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 12000r/mm 和 1g。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 6000h 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、高精本科毕业设计（论文）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。4.2 智能化、开放式、网络化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。 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。 4.3 多轴联动加工、复合加工机床采用 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，不仅光本科毕业设计（论文）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