【文章內容簡介】 大。 數控機床的發(fā)展 人類歷史是一部始終“有所發(fā)現、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造、有所前進”的發(fā)展史，數控機床的歷史也如 人類歷史一樣，在跨越了半個多世紀的發(fā)展進步之后，一直向更高、更快、更強的的境界發(fā)展。根據目前的發(fā)展動態(tài)，數控機床的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面。 （ 1）越來越高速化的數控技術。 向高速化方向發(fā)展的數控機床，充分地發(fā)揮了現代刀具材料的性能，不但大幅度提高了零件的表面加工質量和精度，而且還降低了加工成本、提高了加工效率，適應了制造業(yè)對低成本、優(yōu)質、高效生產的需求。所以，在最近的幾年中各國都竟相開發(fā)出新一代的高速的數控機床，加快了高速化機床的發(fā)展進程。目前高性能的數控和伺服系統(tǒng)、高速的主軸單元（電主軸，轉速 15,000100,000r/min） 、高速且高加 /減速度的進給運動部件（快移速度達 150m/min 以上，加速度達 以上，切削徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 2 進給速度達 100m/min 以上）以及數控工具系統(tǒng)都出現了新的發(fā)現，并且都取得了意想不到的成果，提高了技術水平。在大功率高速主軸、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具、超高速切削機理、高加 /減速度直線電動機驅動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護裝置等一系列技術領域中關鍵技術得以解決的情況下，大量涌現了新一代高速數控機床，滿足制造業(yè)快速發(fā)展的需要。 （ 2）越來越智能化的數控技術 。 通過與快速發(fā)展的人工智能相融合的數控技術，使數控機床具備了以下的功能：自適應控制，自動編程，運動參數動態(tài)補償，學習控制，前饋控制，工藝參數自動生成，模糊控制，三維刀具補償，自動識別負載并自動優(yōu)化調整參數等。并且具有非常友好的人機界面，同時具備了讓系統(tǒng)功能更趨于完善的故障診斷專家系統(tǒng)和故障監(jiān)控功能。隨著越來越成熟的人工智能（包括專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經網絡控制和自適應控制等）理論與技術，也使數控機床的智能化程度得到了極大的提高，目的在于更好地實現對人類智力的延伸。 (3)越來越網絡化的數控技術。 數控機床網絡化的重要意義主要體現在三個方面，首先是在企業(yè)之間，敏捷制造（ AM）等先進制造模式更加需要數控機床的網絡化功能，大大推動了企業(yè)間的合作與資源共享；其次是對數控機床制造商和用戶，數控機床的網絡化使制造商能夠通過計算機網絡為用戶提供遠程故障診斷、維修、技術咨詢等服務；最后是在企業(yè)內部，具有網絡功能的數控機床可充分實現企業(yè)內部資源和信息的共享，使企業(yè)底層生產控制系統(tǒng)的集成更加簡便有效。因此，數控機床的網絡化將極大地滿足制造企業(yè)、制造系統(tǒng)、生產線對信息集成的需求，同時也是新的制造模式如、虛擬企業(yè)、敏捷制造 的重要基礎。 （ 4）越來越復合化的數控技術。 增加了數控機床的復合加工功能即為數控機床的復合化，并且進一步提高了工序的集中度，減少了多工序加工零件的上下料時間，避免了在不同機床上的零件進行的工序轉換，從而增加了工序間等待和輸送時間，降低了零件的生產周期，最終滿足了敏捷生產的現代生產模式的需要?？捎脭悼匚菝婕庸堥T銑床（加工中心）來說明復合化數控機床的效益，它可以大大縮短零件的生產周期至工序分散的非數控機床的 16%，并且能夠使加工過程中的切削時間比率由 17%增至 70%，從而提高了機床的利用率，同時減少了由于 多次安裝零件引起的誤差，便于保證加工精度。典型的復合化數控機床有 5 面加工與 5軸聯動數控機床。通常由于數控機床與主機、結構復雜、編程技術難度大等原因，制約了關于 5面加工與 5軸聯動數控機床的發(fā)展。當前在電主軸出現的情況下，大為簡化了 5 軸聯動加工的復合主軸頭結構，大幅度降低了其制造難度和成本，縮小了數控系統(tǒng)的價格差距，最終推動了復合加工機床（含 5 面加工機床）和復合主軸頭類型的 5 軸聯動機床的發(fā)展。 （ 5）越來越開放化的數控技術。 基于 PC 的 CNC 系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的是具有開放式體系結構的數控系統(tǒng)，其對外開放的有硬 件、軟件和總線規(guī)范，并且可以大量采用通用微機的先進技術（如多媒體技術等），從而圖形掃描自動編程、實現聲控自動編程等功能。徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 3 由于具有開放式體系結構的數控系統(tǒng)可供利用的軟、硬件資源十分的充足，數控系統(tǒng)制造商和用戶進行的系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且極大的方便用戶的二次開發(fā)，同時使用戶能夠將技術訣竅和特殊應用歸結到控制系統(tǒng)之中，從而大大的推動了數控系統(tǒng)多品種、多檔次的開發(fā)和應用。開放式的體系結構不僅可以通過升檔或剪裁使之構成各種檔次的數控系統(tǒng)，而且可以通過擴展從而構成不同類型的數控機床的數控系統(tǒng)，從而大大縮短了開發(fā)生 產周期。開放化的體系結構使數控系統(tǒng)具有更加良好的通用性、柔性、適應性、擴展性，而且大大方便了數控系統(tǒng)向網絡化、智能化方向發(fā)展。所以近幾年許多國家都在紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國的 NGC、歐盟的 OSACA、日本的 OSEC 和中國的 ONC 等。 （ 6）越來越精密化的數控技術。 為了適應高新技術發(fā)展的需要，同時也是為了達到改善普通機電產品的質量、性能和可靠性的目的，滿足減少其裝配時的工作量從而達到提高裝配效率的目的，數控機床的精密化越來越高。隨著最近幾年高新技術的發(fā)展以及機電產品性能與質量要求的提高，數控機床用戶對加 工精度的要求也隨著提高。在滿足精密和超精密的需要的方面，世界上的各個工業(yè)強國都在努力發(fā)展高精度的數控機床。在最近的10多年來，普通級數控機床的加工精度已由 +10um 提高到 +5um，精密級數控機床的加工精度則從 +3～ 5um 提高到 +1～ ，超精密數控機床加工精度已開始進入納米級（ ） 。 先進數控加工技術 直接數字控制系統(tǒng) 直接數字控制（ Direct Numerical Control）又稱為分布式數字控制（ DNC），其研究始于 20世紀 60年代。它指的是用一臺通用計算機直接控 制和管理若干臺數控機床進行零件或裝配的系統(tǒng)，所以又稱為計算機群控，如圖 所示。當時的研究目的主要是為了解決早期數控設備成本高等問題。 70 年代以后， DNC 已經由簡單的直接數字控制發(fā)展為分布式數字控制。分布式數控既具有直接數字控制的所有功能，也具有系統(tǒng)控制、系統(tǒng)信息收集及系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視等功能。相對群控而言，它的最大的優(yōu)點在于 DNC 中的各數控機床都能夠自治。此時，如果主控計算機出現故障，系統(tǒng)中的各數控機床仍然是可以繼續(xù)工作的。在 80 年代之后， CIMS 技術、計算機技術和通信技術的迅猛發(fā)展，擴大了 DNC 的內涵和功能 ，并且開始注重車間的加工操作、生產計劃和技術準備等基本作業(yè)的車間的集成信息，并進行集中監(jiān)控與分散控制，而且通過局域網把生產任務分配給各個加工單元，同時相互交換信息，最終可以與整個工廠的計算機聯成網絡，形成一個較大的、較完整的制造系統(tǒng)。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 4 圖 DNC 的基本功能是傳送 NC程序。隨著 DNC技術的發(fā)展，現代 DNC 還具有制造數據傳送（ NC 程序上傳、 NC 程序校對文件下傳、刀具指令下傳、托盤零點值下傳、機器人程序下傳、工作站操作指令下傳等）、狀態(tài)數據采集（機床狀態(tài)、刀具信息和托盤信息等）、刀具管理 、上傳調度、生產監(jiān)控、單元控制和 CAD/CAPP/CAM 接口等功能。 目前， DNC 技術的發(fā)展方向主要表現在 DNC 與 CIMS 的集成、 DNC 系統(tǒng)的模塊化與商品化、基于現場總線與計算機局域網的 DNC產品開發(fā)，以及 DNC 產品與數控系統(tǒng)的配套開發(fā)和生產等方面。 柔性制造系統(tǒng) 柔性制造單元（ FMS）是以中心控制計算機和加工中心為主體，再配上托盤自動交換裝置或工業(yè)機器人、刀具和工件的自動檢測裝置、加工過程監(jiān)控裝置等組成的自動檢測加工系統(tǒng)。由于工件一次裝夾后可在柔性制造單元中的加工中心上加工， 因此比加工中心具有更高的制造柔性、加工精度和生產效率。 圖 所示為北京精密機床廠生產的 FMC1 型柔性制造單元。它由臥式加工中心、環(huán)形交換工作臺、托盤及托盤交換裝置組成。在加工過程中，工件裝夾在托盤上，類似通常的隨行夾具與工件一起流動。用于工件的輸送與中間存儲是環(huán)形工作臺，由內側的環(huán)鏈拖動在環(huán)形導軌上回轉的是托盤座，并且每個托盤座上都有地址識別碼。當一個工件完成加工之后，數控機床發(fā)出完結信號，通過托盤交換裝置將加工完的工件（包括托盤）拖到回轉臺的空位處，然后轉到裝卸工位，同時將待加工工件推至機床工作臺并 定位加工。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 5 圖 FMC1型柔性制造系統(tǒng) 1環(huán)形交換工作臺 2托盤座 3托盤 4加工中心機床 5托盤交換裝置 在車削 FMC 中一般不使用托盤交換工件，而是直接由機械手將工件安裝在卡盤中，裝卸料由機械手或機器人實現。 FMC 是在加工中心（ MC）、車削中心（ TC）的基礎上發(fā)展起來的，它可以作為獨立運行的生產設備進行自動加工，也可以作為 FMS 的加工模塊。 FMC 具有規(guī)模小，成本低（相對FMS），占地面積小，便于擴展等優(yōu)點，它可在單元計算機的控制下，配以簡單的物料傳送裝置，擴展成小型的柔性制造系統(tǒng) ，特別適用于中、小型企業(yè)。 柔性制造系統(tǒng)（ FMS）由一組數控機床組成，它能隨機地加工一組具有不同加工順序及加工循環(huán)零件，實行自動運送材料及計算機控制，以便動態(tài)地平衡資源的供應，從而使系統(tǒng)自動地適應零件生產混合的變化及生產量的變化。一般認為，柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和信息控制系統(tǒng)組成。圖 所示為一柔性制造系統(tǒng)結構框圖。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 6 13 柔性制造系統(tǒng)結構框圖 （ 1） 加工系統(tǒng)。加工系統(tǒng)又稱為加工單元或制造單元，它由 自動化設備、檢驗站、清洗站、裝配站等組成，是 FMS 的基本制造單元。加工系統(tǒng)中的自動化加工設備通常由 5～10臺 CNC 機床、加工中心及其附屬設備（如工件裝卸系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、切屑處理系統(tǒng)和刀具交換系統(tǒng)等）組成。 （ 2） 物料儲運系統(tǒng)。物料儲運系統(tǒng)在計算機控制下主要實現工件、刀具和夾具的輸送及入庫存放，它由自動化倉庫。中央刀具庫、自動輸送小車、輸送帶及搬運機器人等組成。在 FMS 中，工件一般通過專用夾具安裝愛托盤上，工件輸送時連同整個托盤一起由自動輸送小車進行輸送。刀具輸送是利用利用機器人實現刀具進出系統(tǒng)以及系統(tǒng)中央倒庫和各 加工設備刀庫之間的刀具輸送。 （ 3） 信息系統(tǒng)。信息系統(tǒng)