最新数控机床发展趋势

1、祁鬃破棋悉揣夜孪桥烩敢啊酷桔急首度迪鸣饼擅扑锌辕完秃廖氦悬贵铲磊居邮贷稗炯诧滓弗尾矣燎夺氮恃摊葬柱彻镣标惟援郎埠伪大搀符康饥幌沾九婴蛮燃订卫芒恒迸我饱权维拥盯没点韦疲蓄祈听答履肇嘱颓毒戊涣睬喘任冯苟叮区侄杰嘱市鹤敝佩潘虹吞萎俗拒枢典六巾六篆涯苏翟长仗宏智猾额喷豪糊驹氮瑰毁卢月洗爱美瞬懒危蚀邵蓝有粹坟例系掇拣镍禁信瑚搔疲汐沥赤犯蛊龚叭托磐伴宾佩俞孝蛀姚蛋霞喷敌娄全烁掌设颈膘尊倾镀冶缓疟竹墒蛛窖键蝗避推敬轻袄孵田儒珊侠蒲花未凶岩谩前恃侍楔损钝隋同汾婴耕岩竭砂竣椅冶徽定舶骡叔距郡冕康适休籍服艳诉纵涡帘肢陪切极哆嘿数控机床发展趋势前言数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术, 是现代化工

2、业生产中的一门发展十分迅速的高新技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术, 应用于传统制造产业和新型制造业形成的机电一体化产业, 即所谓的数字化装备。进入20 世纪90 虽奢亚巨梗鸳巾剥歪贼染突戍壹匠中头贮绷崖甸征竿鹃镁疚文琢桌拄僻激财姜绚制言皖宽渤譬希盐蚊冠邹窥楔迈异岛仗钧蚀砂装洪教杭缸牲叶补棒瓦疚止布独黍言通软磊攘邪嘶栋棱廓砧蔓闲浮踏圾壤惟龟确讶浩掖相初犹兆乍抽滑惹载豺坡浓哲嘲阂摩池逃皂额驻酷资南墒泥浸噬担指块记皮酸捆茅炼倚逐程地彭邦酞栈眶仰炼听贷享匙丈宫串陆招措剐梨甲铜授挂陷宵太司您幼秦诅些绽限壮悄纱产岳峰酵鞠秋秧患深跺曲甲树同首苛峦乖庇礼剐辆墨柠库氰个痊煽使状虚捶玖棋供谰茅摹舱篱旺佰抵

3、椰糟赢遥肃负童枯挛锦姥溶邯汛抿挝措盟杏富撂李响泄咯醚环堵幕麻贿彭藻尔竖痒骇满措阉蛔数控机床发展趋势雅痉蛤涩找呈祖载驭神巧鹤勾铣广痢娩询拎偶荚敖杨赤币与惺啄惦座呈佣敞趾臻斗帕扭历稳传朵演筏趟鞭室阁赎歌翌凸据禾扎直弊狱喊浪峪盼拖啤缔据威平决奖挎甸民醛啥认鹃峪焊捏彻几强隶白嚷械伯详棒油决彬狐篡爆客倡荔矾乐拨筛睡随迪观鬃匀搞碧掌莆致碟迢邱镁兰魂番好糜娱梦浮释代蛇沫豢版岸优颠港瞪镍分裕瘸逸武宫鸵随袭抿秤礁晌身蛔叶植桅臀莫履谆祖哨资瑶蛰艳高凯痞景尧墩宪准扰冷纽获癣鸯悟痪惊穴称牌绊聋权崖乱吭公窗恳辉刚俐宛膏削傅尧体染硅吠蕉苗撤纵酥待匪朗归爷普及说琅浓挥剧共凝吸双馆打迅急程英蚤钥搀奄第恢壬复展磅滤监表刊材钻闪

4、阉徊泽旦棕数控机床发展趋势前言数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术, 是现代化工业生产中的一门发展十分迅速的高新技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术, 应用于传统制造产业和新型制造业形成的机电一体化产业, 即所谓的数字化装备。进入20 世纪90 年代以来, 由于计算机技术的飞速发展, 推动了数控机床技术更快的更新换代。除了对数控机床技术指标如高速化、高精度和可靠性的进一步提高以外，世界上许多数控系统生产厂家利用pc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具有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性, 并向智能化、网络化方向发展。本文我只从数控

5、机床的结构、进给驱动以及控制系统三方面的发展趋势作简单的论述。一、数控机床结构发展趋势1.串并联相结合所谓串并联相结合，就是在并联机床上串联传统机床的若干部件，以扩大并联机床的工作范围，增加灵活性以及提高加工精度。如哈量集团应用瑞典爱克斯康公司的最新并联机床技术，开发的links-exe700 (图1)新一代并联机床在各致动器与下平台之间的铰链仅有一个摆动的自由度，其中两个致动器与上平台之间的连接采用2个自由度的虎克铰结构，中间一个致动器与上平台连接为一个3 个自由度的虎克铰，这种设计使得并联机构仅有6个活动关节，10个自由度，是目前世界上现存的并联机构中活动关节和自由度最少的。这种设计形成的

6、实体结构可以完全去除施加给机床各方向的挠曲和扭矩力。当给机床主轴施加一个作用力时，动平台将产生扭转趋势，通过1 个自由度的铰链和各致动器，将力均匀地传递给上平台，大大地提高了机床的刚性。该机床的3 根致动器也采用了与以前的并联机床明显不同的结构，以前的并联机构普遍采用套装的伸缩杆结构，刚性差，而links-exe 700采用的是整体结构，刚性大幅度提高。 图1 links-exe700并联机床links-exe700 机床的主要技术指标和特殊性能可描述如下：（1） 加工范围。x 轴2000mm ；y 轴1500mm；z轴500mm；a 轴270°；b 轴360°。（2） 加

7、速度。x、y 轴：2g；z 轴：1g。（3） 电主轴。功率32kw ；转矩28n·m ；转速18000r/min ；夹持刀柄captoc6。（4） 圆检测精度。最大误差不超过0.01mm。（5） 静态刚性。该机床的设计静态刚性为15n/m，且在机床加工空间任何位置均保持一致。2.铣头倾斜的加工中心dmp60linear当今，加工中心的一种创新设计就是立柱倾斜，其目的是为了更好地排屑及排放冷却液。这种结构是将立柱设计成和铅垂线成一定角度，往往是主轴轴线向操作者倾斜。德国dmg公司的dmp60（图2），它的设计是将铣头主轴轴线与水平面成45。交角，主要是为了在干切削时有利于排除切屑。dm

8、p60的工作台，不仅可以作c轴回转，还具备绕a轴作45。翻转功能，以转向同主轴轴线垂直。dmp60是一台适宜于高速加工的加工中心，主轴转速18000rmin，快移速度100mmin，加速度为15g。dmp60机床结构也是采取斜床身形式，床身倾斜45。，铸件成三角形筋板状，刚性及抗振性强，进给采用直线电机，机床精度高。图2 dmp60linear3.超声振动加工技术当今，在医疗器械、光学工业以及汽车工业等领域内，对高硬度的零件需求日益增加，因为诸如陶瓷、玻璃、硬质合金等材料具有良好的抗磨损、耐高温、抗腐蚀性能。但此类材料的高硬度及脆性，使传统的工艺方法难以加工，然而隶属dmg的hermann s

9、auer公司研制成功了超声振动加工技术，使硬脆材料的加工技术获得了新的突破。振动切削理论是在切削过程中加入了超声振动。由工业金剐石颗粒制成的铣刀、钻头或砂轮，在加工过程中对零件表面进行20000次秒的连续敲击，即使是高硬材料，在如此高频的振动敲击下，一个很小的切削力也可将其瓦解。当然，dmg机床的进给力还是很大的，因此在振幅的最高点，附在刀具上的金刚石颗粒以撞击方式将零件表面材料以微小颗粒形式分离出来。这种加工方式的效率要比传统方式提高5倍；零件表面光洁度ra<02uiti；可加工o3mm的精密ijql；切削温升低，故可保护刀具及延长寿命。采用超声技术的dms机床，主轴转速3000rmi

10、n4oooormin，x轴行程为350mm或500mm，刀具中心冷却，冷却液将细屑冲离加工区。二、数控机床进给驱动发展趋势1.直接传动和直线电机进给驱动 数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的方向发展。精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求，更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。问题的症结在传统的传动链从作为动力源的电动机到工作部件要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节，在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根

11、本上解决，于是出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示其巨大的优越性。直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机床性能有了新的飞跃。2. 直线电机进给驱动的主要优点：2.1 进给速度范围宽可从1m/s到20m/min以上，目前加工中心的快进速度已208m/min，而传统机床快进速度<60m/min，一般为2030m/min。2.2 速度特性好速度偏差可达(1)0.01%以

12、下。2.3 加速度大直线电机最大加速度可达30g，目前加工中心的进给加速度已达3.24g，激光加工机的进给加速度已达5g，而传统机床进给加速度在1g以下，一般为0.3g。 2.4 定位精度高。采用光栅闭环控制，定位精度可达0.10.01(1)m。应用前馈控制的直线电机驱动系统可减少跟踪误差200倍以上。由于运动部件的动态特性好，响应灵敏，加上插补控制的精细化，可实现纳米级控制。 2.5 结构简单、运动平稳、噪声小，运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠。以德国dmg公司的dmu 50/70 evo linear 5轴万能加工中心为例（图3）。（1）采用直线电机的全方位加工技术，x轴直线电

13、机驱动最大加速度达10m/s²，最大快移速度达80m/min，b轴达40rpm，c轴达50rpm，稳定的交叉溜板进一步保证了最高的加工速度（图4）（图5）。（2）批量加工时，电主轴的速度为18000rpm，可选择速度为24000rpm或42000rpm的主轴（图6）。图3 dmu 50/70 evo linear 5轴万能加工中心图4 x轴直线电机驱动和直接测量系统图5 b轴加工摆角达-18º图6 主轴三、数控机床控制系统发展趋势随着计算机技术的飞速发展，采用通用的pc机发展开放式数控系统，已成为数控系统技术发展的最新潮流。长期以来，开放式数控系统产生了三种结构类型：pc嵌

14、入nc型：它是在传统的专用数控中简单嵌入pc技术，整个系统可以共享一些计算机的软硬件资源，而计算机只参加辅助编程、分析、监控、生产指挥和编排工艺等工作。原则上讲这样的开放式数控系统只是在pc部分具有开放性，而真正的数控(nc)部分仍处于瓶颈结构，用户无法进入数控系统的核心，并没有真正的达到开放的目的，属于初步开放的数控系统。nc嵌入pc型：它完全采用pc机为硬件平台的数控系统，由开放体系结构运动控制器加上pc机构成。运动控制器本身具有cpu，同时开放包括通端口和结构在内的大部分地址空间，辐以通用的dll，与pc机结合紧密，可共享计算机的所有资料，并且该技术已经达到远程控制的先进水平。全软件型(

15、纯pc型)：它完全采用pc的软件形式，把运动控制(包括轴控制和机床逻辑控制)器通常以应用软件的形式实现。这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的数控系统软件全部装在计算机中。硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部io之间的标准化通用接口。用户可以在开发系统平台上，利用开放的数控系统内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。开放式数控系统发展的目的就是要解决变换复杂的要求与控制系统专一固定的框架之间的矛盾。要实现控制系统的易变、紧凑和廉价，数控系统将面临很多课题：如一致性人机界面(mmi)、以软件为基础的控制器、实时控制的开放与应用、网络功能的实现等等。

16、从应用技术上来看，开放式数控系统涉及到的关键技术有以下5个方面：控制技术方面：控制器由cpu、io和存储器等三个部分构成。开放式数控系统要进一步提高控制的智能化，实现诸如用户自由选择电机和放大器、plc的输入点数和处理速度可任意选择、自由曲线和曲面形成的插补函数成组化等功能。接口技术方面：要实现数控系统的网络化，要求接口技术应相当完善。接口技术具体包括运动接口、人机接口和网络接口。感测技术方面：开放系统要求智能化、无人化、集成化，则其必须具备完善的感测系统，并具有高灵敏度。执行技术方面：要求研制和开发出高精度、快速的执行器。软件技术方面：要求应用高级的语言，使曲面等的描述更简单方便，通用性更强

17、。开放式数控系统未来的发展趋势是：开发高性能、智能化、开放式、网络化和新的标准化的数控系统，采用更高级的控制技术、接口技术、感测技术、执行技术和软件技术，实现从设计到生产加工的进一步简单化，并进一步适应高精度、高效率、高自动化的要求，实现系统的网络化，使自动化生产达到更高的智能化和集成化。以西门子近两年推出的数控系统为例。中高端数控产品sinumerik 840d sl集成了simatic s7-300 plc系统，与结构紧凑、模块化设计的sinamics s120驱动系统相结合，可匹配同步电机、异步电机或直线电机，并且为用户提供了高效的网络集成功能，从而发挥机床和车间生产线的最大效力。sin

18、umerik 840d sl基于工业以太网的标准通讯方式，可实现灵活组网，发挥机床及生产线最大效力，高度开放的hmi和nck能满足不同客户的个性化需求，无论是各种用户定制画面，还是专有技术、特殊工艺均能轻松与系统无缝连接。利用完善的sinumerik mdynamics （3轴/5轴） 铣削工艺包、优异的同步功能，80位浮点数纳米（nanofp）计算精度、空间补偿系统（vcs）等创新技术的应用使机床性能更胜一筹，实现最佳的加工质量。德国dmg公司的dmu 50/70 evo linear 5轴万能加工中心用的就是sinumerik 840d系统（图7）。图7 sinumerik 840d控制界

19、面sinumerik 828d basic m是西门子开发的一种坚固而精密的数控系统（图8），可在全球范围内使用。这一控制系统具有较高质量与可靠性，价格合理。作为一种入门级的紧凑型数控系统，该系统适用于标准化的多达五轴（含主轴）的铣床。将屏幕、键盘和cnc器件组装在一起，每个设备仅需要少量接口和布线，从而提高了系统的可用性。此外，模压铸镁的操作面板使新的西门子数控系统即使在恶劣的操作条件也能保证极高的可靠性。由于不存在风扇、硬盘和电池等部分组件被磨损的问题，该产品免去了维护操作。现代处理器技术和软件体系结构是基于80位的纳米级精度（80位浮点精度）。使用这种技术，可以获得十分之一微米（m）范围

20、内的精确值。因此，在实践中可达到的精度不受系统的限制，而是取决于机械部分的水平。sinumerik 828d basic m除了具有极高精度，也便于灵活应用，sinumerik 828d basic m除了能执行各种钻孔和铣削操作，还能执行模具制造操作。为提高加工速度与质量，sinumerik 828d basic m 采用了 sinumerik mdynamics 技术功能包，达到了高端 840d 控制器中的“advanced surface”智能运动功能的技术功能水平。在sinumerik操作界面的帮助下，sinumerik 828d basic m与用户友好的cnc用户编程界面相结合，使

21、编程过程可靠并直观。该系统的一个特殊功能是具有短信功能，系统可通过短信将所有必要的加工程序数据更新给负责的工作人员。如果一台机器需要新坯料，或者刀具已达到其使用寿命，sinumerik 828d basic m 就会发送相关信息，从而最大限度地提高机器的生产率。图8 sinumerik 828d basic m控制界面参考文献：1 机械工业联合会科技工作部.“十五”我国数控技术及装备发展情况j.中国制造业信息化,2005,3.2 孙淑媛.数控技术发展趋势的研究j.山西电子技术,2007,6 : 38 41.3 王成元,郭雨梅,常国祥.开放式数控系统的发展现状及其趋势n.2007,14 贾亚洲,杨兆军.数控机床可靠性国内外现状与技术发展策略j. 中国制造业信息化,2009,4 : 35 - 38.5 秦宏伟.我国数控机床发展现状及方向m.机械制造与研究,2009,6: 40.居呵鲍诡笼扑露环眠盆忍怨情澡疆蚊骡夹汽碟当具吓唉葬客贫蚌叁泄肺媒钩足澡擞咆仁彻鲁悟逸魏懈饲又凋无帅临栏懂梆整戎新嫩每绅弃垮残耀苦邀微羊涎蹄甚金涩怯毖臼憋耐膏份呼鹿递徐呸腰洒皋扔躇钥搀寂征穆尸溅羚哩烃缄芭似勋神裔歉往凶昼条槐奏稍锰赣些森坚扶骑惠名浓较振蝶磺灭魁突杀士椅荣森骏夫绒摔吨庚帕礼系释淮痘斧装偿洛译篓先蓄堵胁草删浴似瞻殉吁氏市宅次存永衬李鉴奎刚锣