现代机床数控技术发展动态

现代机床数控技术发展动态内容提要 介绍了目前国内外数控机床的发展现状和现代机床数控技术发展概况及未来发展趋势关键词 数控机床 数控技术 数控系统伴随着科技发展和社会进步，人类对机械制造技术提出了新的和更高的要求。数控机床已成为发展现代机械制造技术不可缺少的基础设备，而现代数控技术的蓬勃发展更为数控机床不断更新提供了广阔的天地。机床数控技术已成为未来新世纪机械制造技术行业的主流发展方向。一、国内外数控机床发展现状数控机床是典型的机电一体化产品，是20世纪中叶发展起来的新型自动化机床。它综合运用了自动控制、电子计算机、精密检测、伺服驱动及精密机械结构等多种形式，是今后机床业发展方向，它已充分显示了强大的生命力和广阔的应用前景。1、国外数控机床现状自20世纪五十年代美国制造出第一台数控铣床以来，随着科技的不断更新，数控机床已先后经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、小型计算机和微处理器控制系统五个发展阶段。微处理器控制系统即第五代数控系统，使数控机床的发展迈出了崭新的一步。目前工业发达国家的数控机床进入了批量生产阶段。其中美国、日本、意大利、德国、法国等国家发展较快。而日本近年来发展更快，到20世纪八十年代末，日本年产数控机床约50000台，数控化率已高达70。当今世界上数控机床具有代表性的厂家主要有日本的(法那克)FANUC公司、德国的(西门子)SIEMENS公司、美国的AB(ALLENBRADLEY)公司和意大利ABOSZA公司等。伴随着数控技术的迅猛发展，数控机床的应用也已渗透到了各个领域，如汽车、造船、建筑等民用机械制造行业。现在大多数国家都把数控技术作为机械行业发展方向，它已成为衡量一个国家机械制造技术水平的标准。2、国内数控机床现状我国数控机床的发展始于1958年，由北京机床研究所和清华大学等单位研制成功。后经过数十年发展，数控机床的品种和数量微乎其微，只能在一些特殊的简易零件加工中使用。二十世纪八十年代，我国先后从日本、美国引进了一些CNC装置和伺服控制系统，推动了我国数控机床业的发展。九十年代，我国数控机床产量突破了9000台，年增长率保持在20左右，到1995年数控系统的发展已达到了15000套。经过多年的努力，一些数控主机厂不仅能规模化生产出一定批量的数控机床产品，而且基本上形成了各自的产品系列。我国高档数控的制造水平达到或接近国际水平，在制造手段上已逐步完善并已有颇具实力的开发生产能力，建立起不同程度的拥有一定规模的数控机床生产基地。由中国科学院沈阳计算机技术研究中心所开发的蓝天高档数控系统，最近打人国际市场，首批15台LT9510高档数控系统已运抵俄罗斯，这是我国首次出口高档数控系统。这表明我国在数控行业有了前所未有的进展，数控机床已代表我国机床行业的发展方向，它正朝着高精度、高效率、高自动化、全功能的机电一体化方向发展。二、机床数控技术的发展概况机床数控技术是利用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种技术。它的发展是随着电子技术、计算技术、自控技术及精密测量技术的迅速发展而发展起来的。自20世纪中叶以来，已经历了五代数控系统。第一代数控系统是由美国帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构研究所研制成功，主要应用于航空工业，其数控装置全部采用电子管元件，插补器为数字脉冲乘法器原理。这种控制系统价格较高，应用范围也比较小，品种多为连续的控制系统。20世纪五十年代末，晶体管被应用于数控系统，提高了其可靠性，且价格有所下降，形成了第二代数控系统。这种控制系统的应用范围开始扩大，一些民用工业开始发展数控技术。到了1965年，出现了小规模集成电路，其体积小、功耗低，进一步提高了数控系统的可靠性，发展到第三代数控系统，其应用范围更加广泛，已推广到焊接机、火焰切割机等。上述三代数控系统都是用专用控制计算机的硬接线数控系统，称为硬件系统即NC系统，其逻辑功能必须事先设计好，元件间的接线不能更动，固定的完成一些控制功能，通用性低。第四代数控系统(CNC系统)产生于20世纪七十年代，美国首次推出了使用小型计算机取代专用控制计算机的数控系统。它使许多功能靠编制专用程序存入计算机的存储器中，构成了所谓“控制软件”加以实现。CNC控制系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数字功能。它由一台计算机来代替以前由机床数控装置所要完成的硬线功能，它与NC系统的主要区别是附加了一台计算机来作为控制器的一部分，接收各种输入信息(如键盘、面板等输入的指令信息)，执行各种控制功能(如插补计算、运行管理、速度控制、诊断程序等)，而硬件电路则完成其它一些控制操作。CNC控制系统在数控技术发展方面具有划时代的意义，它开创了软件的数控时代，具有很强的灵活性，只要通过改变控制程序即可以改变控制功能。它的通用性和可靠性大大提高，并且易实现许多复杂的功能，具有很好的操作性能，并已经具有了NDC、FMS、CIMS间的通信联络功能。1974年美日等国厂家首先研制出了以微处理器为核心的数控系统(MNC系统)，形成了目前应用广泛的第五代数控系统，它的控制原理与CNC系统基本相同，但它使数控装置的体积明显的减小。MNC系统功能更加完善，可靠性显著的提高，极大的显示了大规模集成电路的优点。这种系统可工作几千小时甚至几万小时无故障。由于采用新技术，电子元件集成度大大提高，售价和成本相应降低，各个国家大力生产以微处理器为核心的数控系统。新一代微机数控系统大多以32位微处理器为核心，采用32位多总线相联接功能模块化数控装置，满足了数控装置的高速、高精、高效、高可靠要求。第五代数控技术的推广应用使机械加工装备的功能、质量、可靠性达到前所未有的水平，也使机械加工行业的结构发生了深刻的变化。三、机床数控技术发展新趋势计算技术、检测技术、成组技术和系统工程等技术在各部门的应用推动了机械工业从传统的技术和方法中解脱出来，向着综合自动化的方向变革。在配置方面，选用高速多位微处理器，使数控系统的输入译码、计算和输出等环节在高速下完成，并且提高数控系统的分辨率及实现小程序段的高速、高精度加工。现代数控机床具有多轴控制功能，极大的提高了加工自动化，配置高速强功能的可编程控制器PMC又使数控机床加工速度大大提高。在产品的设计和制造方面，采用计算机辅助设计与制造功能模块CADCAM，CAD包括CAPP(计算机辅助工艺规划)和CAM的局部集成系统，完成了产品的设计从手工业向机器作业转变和利用计算机参与从零件材料到加工和装配、检验等直至新产品出库的整个过程。由于计算机处理数据的速度比机床加工速度快，因而出现了用一台微机控制多台数控设备的群控系统DNC，即直接数控系统。为提高数控设备的利用率，现代数控系统出现了新一代生产技术一柔性制造系统(FMS系统)，这种系统适应性强、生产率高，)JU-r范围可随时调整，柔性大。FMS系统包括两种信息：一种是物质流，它包括各制造单元、夹具、无人送料车、自动化仓库等；另一种为信息流，包括工厂主计算机、中央管理、物流控制、信息网络等，柔性制造系统极大的提高了数控设备的利用率。新发展的另一种数控技术是以数控机床为基本单元的计算机集成制造系统，即CIMS系统。它综合利用了CADCAM、FMS、DNC及工厂自动化系统，实现了无人管理。世界上许多企业已不同程度的实现了CIMS。目前在数控领域内多项重大研究计划在世界范围内启动，如开放式数控系统的概念及标准化接口与数据描述的设想获广泛支持。它的体系结构普遍采用了模块化、层次化的结构，并通过各种形式向外提供统一的应用程序接口，具有可移植性、可扩展性、互操作性和可缩放性等特点，即系统组)成的内部开放化和系统组成各