数控机床开展和前景

1、数控机床开展和前景目录摘要第一章 绪论1.1 前言1.2 数控加工及其优势1.2.2 加工精度高。1.2.3 劳动强度低。1.2.4 适应能力强。6 1.2.5 工作环境好。1.2.6 就业容易、待遇高。第二章 数控机床自身系统的开展72.1数控机床产业的开展现状72.2数控技术开展现状7 2.3数控机床关键部件开展现状82.4中国加速数控机床产业开展之路9第三章 我国数控机床的开展趋势103.1开放性103.2运动并联化113.3极端化、大型化和微型化113.4信息交互网络化113.5新型功能部件123.6高可靠性123.7加工过程绿色化12第四章 数控机床的主要开展体系134.1高速、高效

2、134.2高精度134.3高可靠性144.4复合化144.5多轴化144.6智能化154.7网络化16第五章 结论17致 谢18参考文献19摘要从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成

3、为国民经济和国防建设开展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃开展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备开展的良机，也遭遇到参加世界贸易组织后剧烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的开展是解决机床制造业持续开展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断开展以更适应生产加工的需要。本文从数控系统的市场化需求和本身系统两方面入手简要介绍了数控装备及加工技术的现状与未来。 第一章 绪论1.1前言 目前，中国机床工业厂多人众。 但是非常专业的人员过少，机床数量过少，

4、总的来说：数控机床产量不断增长，消费量增加较快，产量满足不了社会开展的需求。 数控加工及其优势 数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品,其技术范围复盖很多领域:(1)机械制造技术,(2)信息处理.加工.传输技术:(3)自动控制技术,(4)伺服驱动技术,(5)传感器技术:(6)软件技术等.计算机对传统机械制造产业的渗透.完全改变了制造业.制造业不但成为工业化的象征.而且由于信息技术的渗透.使制造业犹如朝阳产业具有广阔的开展天地。 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。数控机床的特点 同传统的加工

5、设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 劳动强度低。 由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。 适应能力强。 数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整局部参数到达修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。 工作环境好 数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物，对机床的运行温度、湿度及环境都有较高的要求。 就业容易、待遇高 由于我国处于数控加工技术的大力开展阶段，大量的数控机床和先进的加工手

6、段的快速引进，却没有大量熟练数控技术操作的人员参与，因此造成该行业严重缺乏人才。 第二章 数控机床自身系统的开展 2.1 数控机床产业的开展现状2.2数控技术开展现状2.3数控机床关键部件开展现状2.4中国加速数控机床产业开展之路数控机床产业的开展现状 据初步统计，近年来数控机床产量持续地以年均增长超过30%的速度快速增长。2004 年其产量达 52000 台以上，同比年增长40%，数控机床的消费量约74000 台，同比年增长32%。在数控机床的技术水平方面，由于市场需求的拉动，中高档数控机床的开发也取得了较大的进展，在五轴联动、复合加工、高速加工、超精加工和数字化设计等一批关键技术上取得了突

7、破，并形成了一批中档数控机床产业化基地。数控机床关键部件开展现状 我国滚动功能部件产业与国外的主要差距是：专业生产水平不高；信息化管理滞后；产业化进程缓慢；个性化效劳跟不上。从产品总体水平看，我们处于兴旺国家名牌产品之下，开展中国家之上的中偏上水平，中低档产品与国外同类产品差距较小或根本持平，但生产效率却远远低于国外。 我国数控机床整体技术水平的开展和提高，最终离不开先进的功能部件产业的支持 .国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件根本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。 第三章 我国数控机床的开展

8、趋势3.1开放性3.2运动并联化3.3极端化、大型化和微型化 3.4信息交互网络化3.5新型功能部件3.6高可靠性3.7加工过程绿色化开放性 1向未来技术开放。2向用户特殊要求开放。3数控标准的建立。运动并联化 并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，在机床主轴一般为动平台与机座一般为静平台之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快

9、等优点。 并联机床作为一种新型的加工设备，已成为当前机床技术的一个重要研究方向，受到了国际机床行业的高度重视，被认为是“自创造数控技术以来在机床行业中最有意义的进步和“21世纪新一代数控加工设备。 极端化、大型化和微型化国防、航空、航天事业的开展和能源等根底产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术，需开展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工车、铣、磨机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。 信息交互网络化 对于面临剧烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联

10、网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化效劳数控机床故障的远程诊断、维护等。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔e-Tower的外部设备，包括计算机、 、机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障报警显示、在线帮助排除故障等功能，是独立的、自主管理的制造单。 新型功能部件 为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件包括： 1高频电主轴 2直线电动机 3电滚珠丝杆高可靠

11、性 数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。国外数控系统平均无故障时间在710万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为10000小时左右，国外整机平均无故障工作时间达800小时以上，而国内最高只有300小时。 加工过程绿色化 随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越

12、来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断开展当中。在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速开展，占领更多的世界市场。 第四章 当前数控机床的主要开展表达4.1高速、高效4.2高精度4.3高可靠性4.4复合化4.5多轴化4.6智能化4.7网络化高速、高效机床向高速化方向开展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工本钱，而且还可提高零件的外表加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低本钱生产有广泛的适用性。20世纪90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化开展步

13、伐。高速主轴单元电主轴，转/min、高速且高加/减速度的进给运动部件快移速度60120m/min，切削进给速度高达60m/min、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，到达了新的技术水平。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统含监控系统和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，为开发应用新一代高速数控机床提供了技术根底。目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已到达50008000m/min以上；主轴转数在30000转/分有的高达10万r/min以上；工作台的移动速

14、度进给速度：在分辨率为1微米时，在100m/min有的到200m/min 以上，在分辨率为0.1 m时，在24m/min以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度到达12m/min高精度 从精密加工开展到超精密加工，是世界各工业强国致力开展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级#lt;10nm，其应用范围日趋广泛。当前，在机械加工高精度的要求下，普通级数控机床的加工精度已由10 m提高到5 m；精密级加工中心的加工精度那么从35 m，提高到11.5 m，甚至更高；超精密加工精度进入纳米级0.001m，主轴回转精度要求到达0.010.05 m，加工圆度为0.1m，加工外表粗糙度Ra=

15、0.003微米等。这些机床一般都采用矢量控制的变频驱动电主轴电机与主轴一体化，主轴径向跳动小于2 m，轴向窜动小于1 m，轴系不平衡度到达G0.4级。高速高精加工机床的进给驱动，主要有#quot;回转伺服电机加精密高速滚珠丝杠#quot;和#quot;直线电机直接驱动#quot;两种类型。 此外，新兴的并联机床也易于实现高速进给。滚珠丝杠由于工艺成熟，应用广泛，不仅精度能到达较高ISO34081级，而且实现高速化的本钱也相对较低，所以迄今仍为许多高速加工机床所采用。当前使用滚珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。滚珠丝杠属机械传动，在传动过程中不可防止存在弹性变形

16、、摩擦和反向间隙，相应地造成运动滞后和其它非线性误差，为了排除这些误差对加工精度的影响，1993年开始在机床上应用直线电机直接驱动，由于是没有中间环节的#quot;零传动#quot;，不仅运动惯量小、系统刚度大、响应快，可以到达很高的速度和加速度，而且其行程长度理论上不受限制，定位精度在高精度位置反响系统的作用下也易到达较高水平，是高速高精加工机床特别是中、大型机床较理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达208 m/min，加速度2g，并且还有开展余地。高可靠性 随着数控机床网络化应用的开展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每

17、天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在Pt99%以上，那么数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1数控的可靠比主机高一个数量级。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。复合化 在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人

18、们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来开展很快的机种。柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。就棱体类零件而言，加工中心便是最典型的进行同一类工艺方法多工序复合加工的机床。事实证明，机床复合加工能提高加工精度和加工效率，节省占地面积特别是能缩短零件的加工周期。 数控机床向柔性自动化系统开展的趋势是：从点数控单机、加工中心和数控复合加工机床、线FMC、FMS、FTL、FML向面工段车间独

19、立制造岛、FA、体CIMS、分布式网络集成制造系统的方向开展，另一方面向注重应用性和经济性方向开展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业开展的主流趋势，是先进制造领域的根底技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向开展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向开展；网络系统向开放、集成和智能化方向开展。多轴化 随着5轴联动数控系统和编程软件的普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点，由于

20、在加工自由曲面时，5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工外表的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3轴联动控制的机床无法防止切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，因此，5轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。最近，国外还在研究6轴联动控制使用非旋转刀具的加工中心，虽然其加工形状不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。 智能化 智能化是21世纪制造技术开展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活

21、动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。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的智能化，如自适应控制，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、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。 网络化 数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Inter

22、net/Intranet技术。随着网络技术的成熟和开展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称#quot;e-制造#quot;，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯效劳等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM的根底上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有#quot;人性化#quot;。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床开展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化改造，ERP等一批先进企业管