数控技术的发展趋势

1、数控技术的发展趋势2009-11-27 6:13:15来源：学海收集整理 作者：未知数控技术是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在"高精尖"数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政 策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、 提高综合国力和国家地位的重要途径。我国数控技术起步于 1958年，在近50年发展历程大致可

2、分为 3个阶段：第一阶段从1958 年到1979 年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的六五” 七五”期间以及 八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段由于改革开放、国 家的重视、研究开发环境和国际环境的改善，我国的数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的 八五”的后期和 九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段，在此阶段我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。1. 取得的成绩纵观我国数控技术近 50年的发展历程，特别是经过四个五年计划的攻

3、关，总体来看取得了以下成绩：奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术：我国现在已基本掌握了从数控 系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品 化开发的基础，部分技术已商品化和产业化。初步形成了数控产业基地在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂、兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。2. 存在的差距虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得

4、了长足的进步，但也要清醒的认识到， 我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平与我国的现实需求还有较大的差 距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距， 在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的技术水平差距有扩大趋势。与国外水平相比时， 我国数控技术水平和产业化水平大致估计如下：1）技术水平比国外先进水平大约落后1015年，在高精尖技术方面则更大；2）产业化水平市场占有率低，品种覆盖面小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对较差；可靠性不高，商品化程度不足；数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。3）可持

5、续发展的能力对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域 拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。3. 主要原因分析1）认识方面对国产数控产业进程的艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对我国数控 技术应用水平及能力分析不够。2）体系方面从技术的角度关注数控产业化问题较多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题较少；没有建立完整的高质量的配套体系，完善的培训、服务网络等支撑体系。3）机制方面人才流失，制约了技术及技术路线创新以及产品创新，也制约了规划的有效实 施。4）技术方面企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落 后，水平较低，数控系统新

6、标准研究不够。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势，如：桥式三、五坐标高速数控龙门铳床、龙门移动式五座标 AC摆角数控龙门铳床、龙门移动式三座标数控龙 门铳床等。1. 高速化发展新趋势目前高速加工中心进给速度最高可达80m/mi n ，空运行速度可达 100m/mi n 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H

7、yperMach 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铳床加工需3小时，在普通铳床加工需8小时。2、精密化加工发展新趋势：由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产（CAM）系统的发展 带动数控控制器的功能越来越多。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11.5 ym，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01 y m）3、高效能发展新趋势对机床高速及精密化要求的提高导致

8、了对加工工件制造速度的要求提高。同时，由于产品竞争激烈，产品生命周期快速缩短，模具的快速加工已成为缩短产品开发时间必须具备的条件。 对制造速度的要求致使加工模具的机床朝着高效能专业化机种发展。4. 开放化发展新趋势数控机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业，不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量。如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划， 并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规

9、范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的 ONC数控系统的规范框架的研 究和制定。5. 复合化发展新趋势产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，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。新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution 系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由 CNC系统控制或 CAD/CAM直接或间接控制。中国的数控机床产业从 200

10、0年前后起，正经历着一个历史上最好的发展时期，已连续保持30%以上的增长速度。在数控机床的品种看，普及型数控机床所占比例从十多年前的10 %增长到目前的近40 %。这个结构的变化说明了中国数控机床行业的整体素质有了很大的改 善和提高。就今后的数控机床市场的发展趋势而言，需求量仍将按年平均 20%30%的比例增长。同时航空航天、船舶工业、汽车产业、模具加工以及电子产品等零部件制造业等对 数控机床、将提出更高质量、高精度、高速度、高稳定性、高操作性的要求，推动中高档数 控机床的需求比例持续上升。另一方面，生产的大规模化和加工产品品种的不断更新和切换 等现场生产效率的追求，更将促进数控机床从传统的加

11、工机械向同时具有数据传递、网络通信等功能的复合型信息化加工机械的转变。高精度、高质量加工良好的加工取决于数控系统的可控制精度，数控机床的机械精度以及合适的加工条件。为实现这样的指标，就整体的数控系统方面应注重以下几个要点：(1 )指令精度、内部数值计算及处理的精度；控制单元与伺服驱动单元间数据的通信能力；驱动系统(包含伺服驱动单元内部数值处理、高灵敏度电机、高分辨率编码器等)的控制精度。(2 )对应于机械部分的静态误差的补偿能力(背隙、机械补偿等)。(3)对应于机械部分的动态补偿( Lost Moti on 、温度补偿、高速优化机械响应及反馈控 制等)。三菱电机除了在中国市场投放的现有E68及

12、M60S系列中具备有上述功能之外，在最新机种M70/M700 中，为实现更高精度的 10纳米或更高的真正纳米控制，综合上述 的技术要素，分别采用并完成开发了完全纳米指令、控制路径的纳米插补、高速光纤伺服通信网络(MACH net )、高增益控制II型伺服控制、最新高可控制型HF电机以及高分辨率的100万脉冲或1600万脉冲编码器。另外、针对技术上的难题：机械动态控制精度的补偿方面，更搭载了 SSS 控制（Super Smooth Surface ）、OMR-FF 控制（Optimum Machine Response-Feed Forward）、 DDC 控制（Direct Drive Com

13、munication）等世界领先技术。高效率、复合型加工现场生产效益的提高，在数控系统中体现于更短的加工准备时间、更高的加工速度、以及复杂的加工能一次性在同一台数控机床上完成。具体的主要技术指标上分别体现在：加工图纸至加工程序的转换的简便性；高速加工能力；多系统（通道）车铳一体化复合型加工等方面。 三菱电机在其数控产品上，以及作为辅助工具在一般电脑上，均可实现由图纸到加工过程中无需用户编程的 NAVI MILL/NAVI LATHE 功能。同时以缩短加工时间为目的，尤其对于 一次加工就需花费较长时间的模具加工，其加工速度可达135KBPM 的能力。而对于汽车零部件加工方面，分别在加工中心上提供

14、双系统（通道）和车床上的四系统（通道），以及 完备的车铳功能，以方便客户能在同一台数控机床上对多个零部件的同时加工和自动完成高 度复杂的加工程序，同时将因零部件的切削面不同而需重新装夹的时间和精度误差降到最 低。伴随着数控系统的高度复杂化，其功能的增加也无意增加了操作的复杂化。而数控机床的不断普及和市场的扩展， 又有更多的专用机械也将加入数控行列。仅依赖于由数控系统制造厂商提供标准的数控画面已无法完全满足实际现场操作需求和机械厂家的画面个体化设计。因此，数控系统的人机界面的操作便捷性及个性化的设计作为数控系统的性能指标之一，更显其重要性。其技术层面的发展方向大致为以下三点：伴随功能的增加而日渐

15、增多的数控画面，如何以尽可能少的键操作获取希望的画面；如何能在显示必要的信息同时，又能体现简洁明了的画面含义；使用触摸屏方式，减少机械操作面板的硬件配置的同时，提高设计的灵活性等。综合生产管理、数字化、信息化加工利用多台的数控机床，进行类似汽车或3C的部品加工是当今机械加工现场的又一趋向。其数控系统的实时信息开放的种类及内容，手段或对应网络规格的多寡，很大程度上影响制造工厂的数字化综合现场生产管理。主要体现于如下：（1 ）信息开放种类，如机床运行状态、加工数量、刀具寿命、报警信息、加工程序等。（2） 信息开放手段，如数据类方面有RS232、Ethernet 、PC-card、USB ;控制类方面 有 PLC 接口、CC-link、MELSECNET、Profi-bus 等。（3）远程监控和故障诊断，如通过网络端口进行机床部分操作、画面切换、故障分析及排除等。三菱数控系统在其三菱电机作为工厂自动化（FA）的综合研发及制造企业的背景之下，在数控机床行业的网络化、信息化对应方面，具有悠久的发展历史。在M70/M700 系列产品中，不但通过Ethernet网络，在数控机床和上位电脑间就数控的各项数据均可进行 双向通信，也可通过 PLC接口、MELSECNET、或应用CC-Link等的控制网络配合其他的控制设备实现高速、高度的自动化控制。而同样可应