数控机床的现状和发展趋势

我国数控机床的现状和发展 数控机床是数字控制机床是用数字代码形式的信息 程序指令 控制刀具 按给定的工作程序 运动速度和轨迹进行自动加工的机床 简称数控机床 数 控机床具有广泛的适应性 加工对象改变时只需要改变输入的程序指令 加工 性能比一般自动机床高 可以精确加工复杂型面 因而适合于加工中小批量 改型频繁 精度要求高 形状又较复杂的工件 并能获得良好的经济效果 因而了解和提升数控机床对我国的制造业的发展至关重要 一 国内外数控机床的发展 1 我国数控机床的发展 我国于 1958 年研制出第一台数控机床 发展过程大致可分为两大阶段 建国 初期在 1958 1979 年间为第一阶段 第一阶段中对数控机床特点 发展条件缺乏认识 在 人员素质差 基础薄弱 配套件不过关的情况下 主要存在的问题是盲目性大 缺乏实事 求是的科学精神 改革开放 从 1979 年至今为第二阶段 在第二阶段从日 德 美 西班 牙先后引进数控系统技术 从日 美 德 意 英 法 瑞士 匈 奥 韩国 台湾省共 11 国家 地区 引进数控机床先进技术和合作 合资生产 解决了可靠性 稳定性问题 数 控机床开始正式生产和使用 并逐步向前发展 在 20 余年间 数控机床的设计和制造技术 有较大提高 主要表现在三大方面 培训一批设计 制造 使用和维护的人才 通过合作 生产先进数控机床 使设计 制造 使用水平大大提高 缩小了与世界先进技术的差距 通过利用国外先进元部件 数控系统配套 开始能自行设计及制造高速 高性能 多轴联 动加工的数控机床 供应国内市场的需求 但对关键技术的试验 消化 掌握及创新却较 差 至今许多重要功能部件 自动化刀具 数控系统依靠国外技术支撑 不能独立发展 基本上处于从仿制走向自行开发阶段 严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人 缺少深 入系统的科研工作 元部件和数控系统不配套 企业和专业间缺乏合作 基本上孤军作战 虽然厂多人众 但形成不了合力 2 国外数控技术的发展 数控机床的起源 1948 年 美国帕森斯公司接受美国空军委托 研制飞机螺旋桨叶片轮 廓样板的加工设备 1949 年 该公司在美国麻省理工学院 MIT 伺服机构研 究室的协助下 开始数控机床研究 并于 1952 年试制成功第一台由大型立式 仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床 不久即开始正式生产 于 1957 年正式 投入使用 标志着制造领域中数控加工时代的开始 数控机床的兴起 1952 年美国麻省理工学院和吉丁斯 路易斯公司首先联合研制出世界上第 一台数控升降台铣床 随后德国 日本 苏联等国于 1956 年分别研制出本国 的第一台数控机床 60 年代初 美国 日本 德国 英国相继进入商品化试生 产 由于当时数控系统处于电子管 晶体管 和集成电路初期 设备体积大 线路复杂 价格昂贵 可靠性差 数控机床大多是控制简单的数控钻床 数控 技术没有普及推广 数控机床技术发展整体进展缓慢 70 年代 出现了大规模集成电路和小型计算机 特别是微处理器的研制成 功 实现了数控系统体积小 运算速度快 可靠性提高 价格下降 使数控系 统总体性能 质量有了很大提高世界发达国家的数控机床产业开始进入了发展 阶段 80 年代以来 数控系统微处理器运算速度快速提高 使数控机床得到了全 面发展 数控机床品种迅速扩展 发达国家数控机床产业进入了发展应用阶段 90 年代 数控机床得到了普遍应用 数控机床技术有了进一步发展 柔性 单元 柔性系统 自动化工厂开始应用 标志着数控机床产业化进入成熟阶段 数控机床的高潮 进入 21 世纪 应用现代设计技术 测量技术 工序集约化 新一代功能部件以及软件 技术 使数控机床的加工范围 动态性能 加工精度和可靠性有了极大地提高 科学技术 特别是信息技术的发展迅速 高速高精控制技术 多通道开放式体系结构 多轴控制技术 智能控制技术 网络化技术 CAD CAM 与 CNC 的综合集成 使数控机床技术进入了智能 化 网络化 敏捷制造 虚拟制造的更高阶段 从国内和国际的数控机床的发展我们不难看出我国的数控机床技术起步相对较晚 并 且在改革开发前期未能与国外先进国家进行技术交流 使我国的数控机床技术与国外先进 数控机床技术相差较远 因而我们应吸取外国的先进数控机床技术并用发展的眼光判断未 来数控技术的发展趋势 三 今后我国在数控机床发展发面的策略 中国今后要加速发展数控机床产业 既要深入总结过往的经验教训 切实改 善存在的问题 又要认真学习国外的先进经验 沿正确的道路前进 建议切实 做好以下几点 中国厂多人众 极需正确的方针 政策对数控机床的发展进行有力的指引 应学习美 德 日经验 政府高度重视 正确决策 大力扶植 在方针政策上 应讲究科学精神 经济实效 以切实提高生产率 劳动生产率为原则 在方法 上 深入用户 精通工艺 低中高档并举 学习日本 首先解决量大而广的中 档数控机床 批量生产 占领市场 减少进口 扩大出口 在步骤措施上 必 须使国产数控系统先进 可靠 狠抓产品质量与配套件过关 打好技术基矗近 期重在打基础 建立信誉 扩大国产数控机床的国内市场份额 远期谋求赶超 世界先进水平 大步走向世界市场 必须狠抓根本 坚持 以人为本 加速 提高人员素质 培养各种专家人才 从根本上改变目前低效 落后的状态 人 是一切事业成败的根本 层层都要重视 培才 选才 用才 建立学习型企 业 树立企业文化 加速培育新人 培训在职人员 建立师徒相传制度 举办 各种技术讲座 训练班和专题讨论会 甚至聘请外国专家 顾问等 尽力提高 数控 300 家机械厂技术改进数控机床需求高 中经 BP 社 日期 2005 06 13 09 52 根国家计委投资研究所预测 十五 期间 我国固定资产总投资额达 到 22 万亿元 年平均增长幅度为 37 按以往固定资产投资与机械市场消费之 间的互动关系推断 十五 期间 我国机械市场所孕育的商机高达 320 400 亿元 四 数控机床的发展趋势 据国际咨询机构预测 今后世界上数控机床将以较高的速度发展 在金切机床中几乎 所有品种均可实现数控化 数控系统向高度集成 采用64位CPU 高分辨率 0 1um 小型 化方向发展I加工中心的定位精度在5tun以内 主轴转速达1万转 min以上 最高迭4 5万 转 min 快速进给速度达lOOm min 机械加工向工序复合化 智能化方向发展 未来工 厂将广泛应用数控机床 柔性加工单元和柔性加工生产线 最终实现计算机集成制造系统 工厂可以灵活地根据用户需要 在短时间内设计 制造出全新的产品 实现更高精度 效 率和效益 1 高精度化 国外效控系统的设定单位由1um发展到0 1um和0 01um 1992年7月 日本FANUC公司在庆祝该公司成立二十周年的新成果展示会上 展示了实现纳米加工的整套 技术 实现了0 001um 脉冲的控制系统 能牍利执行每个脉冲当量为0 001um的伺服单元 伺服电机 气浮丝杠 气浮主轴等部件 能检测纳米级精度的高精度检测反馈系统 据资 料介绍 这是世界上第一个真正实现纳米加工的成套技术 2 高速化 快速行程已从24m min提高到240m min 当设计单位为1um时 加工中 心的切削进给速度可达10m min以上 数控系统已从16位微机发展到32位 64位机 或用 40多个CPU 的结构 FANUC公司开发的15B数控系统就采用了64位微机的RISC技术 压缩 优 化程序 消除跟踪误差 3 高可靠性 FANUC公司的计算机数控系统的平均无故障工作时 MTBF 是0 01次 月 台 即实现了100个月里出现一次故障的高可靠性t从而使机器人也实现了0 013次 月 台的高可靠性 另一种说法是国外数控系统的MTBF在1万小时以上 4 系统化 在新厂筹建和老厂扩建过程中 人们已注意到了耍在系统工程观念指导 下来添置数控机床 柔性加工单位及柔性制造系统 机器人等机电一体化产品 德国的维 勒尔公司已经给世界各国提供了上百条柔性制造系统 FANUC公司还在筑波科学城中按计算 机集成制造系统 O1MS 的五层结构建成CIMS模式的工厂 富士通公司建立了绍津CIMS工厂 富士电机也建立了吹上C1MS工厂 德国的西门子公司建立了CIMS数控系统制造厂 5 微型化 FANUC公司由于采用了64位傲处理嚣 RISC技术 SMT技术 表面涂装技 术 用液晶显示器代替CRT及三维立体安装等新技术 已将16 18等新数控系统鳍小到原 有数控系统的1 3 同时 已开始与其它公司 政府部门合作 开展了徽型机器人的研制工 作 用于医学顿域的傲型机器人要能进入人体 执行打通血管阻塞的任务 还要在任务完 成后自动退出人体 6 智能化 视觉 触觉 模糊逻辑控制等智能化工作仍在积极进行 如 FANUC 公司 展示的 7 轴双腕智能化机器人 日本在无人化工厂的研制上长期保持 l 2 个示范工厂的状 态现已打破 目前已有 7 个无人化工厂 FANUC 公司在无人化工厂的研制上每年投入 1 亿 美元的研制费 7 由传统的万能机床向机床功能专用化和产品多样化发展 由于机床的万能性和多 功能性 造成机床结构复杂 制造周期长 成本也相应提高 用户往往只需要都分功能 但付出的却是多功能的代价 功能浪费了 根不经济 现在机l床制造业从品种少 批量大 的生产转换为多品种 专业化和小批量生产 对每一种具体的机床产品来说 它的功能应 该是有限的 适合用户特定需要的 尽量步带不必要的功能 如加工中心的刀库 原来一 般为60把刀 后考虑多数用户需要的刀数还不到一半 生产企业把刀库容量降到25把刀或 以下 8 以模块化设计实现产品多样化 功能专用化 已成为当前机床发展的主流 这类 机床是较为专用化的机床 这类机床在机床镑售额中所占的比重 过去5 10年为3 现在 已达到10 再过5 lO年 将达到50 以上 生产企业要为每个不同的用户专门设计机床 而规格和功能完全相同的机床将缸来愈少 甚至于以后有可能不再出现 9 发展经济型数控机床和加工中心也成为当前数控机床发展的一种趋势 经济型 国外多称为廉价型 数控机床 加工中心 是美国 日本等国的机床业作为一个参与市场 竞争的新策略而再现的 起初这些企业为扩大销售市场 眼光从西方转向东方 什对中国大 陆和东南亚这一片市场 如以功能复杂 档次高而价格昂贵的效控机床 加工中心在市场 上竞争并不有利 相反 以价廉和便于操作的数控机床来适应 则更加符合于这些地区的 实际需要 10 电子 机械 商品化 一般认为机电一律化商品 机械部分成本较高 现 在国际市场上机电一体化商品中的 电子 部分的比啻I不断增加 FANUC公司正准备将成 本中的电子都分增加到占60 机械部分占40 即形成以 电子 为主 以 机械 为辅 的机电一体化商品 四 结语四 结语 目前 数控机床的发展日新月异 高速化 高精度化 复合化 智能化 开 放化 并联驱动化 网络化 极端化 绿色化已成为数控机床发展的趋势和方 向 我国作为一个制造大国 主要还是依靠劳动力 价格 资源等方面的比较优势 而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大