【文章內(nèi)容簡介】 C 的數(shù)據(jù) ， PLC 數(shù)據(jù)的傳送 ， 存貯器操作洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 控制 ， 系 統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等。還可以對 CAD/CAM/CAPP 以及 CNC的程序進行傳送和分級管理 ， 傳遞維修數(shù)據(jù)，使用戶與 NC 生產(chǎn)廠直接通信 。 進而把制造廠家連系一起，構(gòu)成虛擬制造網(wǎng)絡(luò)。 功能 的 擴大 現(xiàn)代 NC 系統(tǒng)具備的功能如： 系統(tǒng)可通過光纖與 PC 機連接，采用WindowS 兼容軟件和開發(fā)環(huán)境 ； 高速 加工能力； 具有高精插補 運算 功能 ；具有高速高精加工的智能控制功能 ， 預(yù)計算出多程序段刀具軌跡，并進行預(yù)處理 ，實現(xiàn) 智能控制機床的性能 ； 高級復(fù)雜的功能 ，包括 各種 軌跡 的插補，也可以進行 NURBS 插補 ； 強力的聯(lián)網(wǎng)通信功能 ， 支 持標(biāo)準(zhǔn) FA 網(wǎng)絡(luò)及DNC 的連接 ， 適應(yīng)工廠自動化需要 ； 具有高速內(nèi)裝的 PLC（ 有的廠商稱為PMC） ，以減少加工的循環(huán)的時間 ， 梯形圖和順序程序由專用的 PLC 處理器控制，可進行快速大規(guī)模順序控制 ； 先進的操作性和維修性 ， 具有觸摸面板，容易操作 ， 可采用存儲卡改變輸入輸 出。 未來 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在，已有近 50 年的歷史。按照電子器件的發(fā)展可分為五個發(fā)展階段：電子管數(shù)控，晶體管數(shù)控，中小規(guī)模 IC 數(shù)控，小型計算機數(shù)控，微處理器數(shù)控；從體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，可分為以硬件及連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)、計算機硬件 及軟件組成的 CNC（ Computericel Numericel Control）數(shù)控系統(tǒng)，后者也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)：從伺服及控制的方式可分為步進電機驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)和伺服電機驅(qū)動的閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)裝備的機床大大提高了加工精度、速度和效率。經(jīng)過幾十年數(shù)控技術(shù)的不斷革新，制造廠家逐漸希望數(shù)控系統(tǒng)能部分代替機床設(shè)計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗和操作技能放進數(shù)控系統(tǒng)，同時也希望系統(tǒng)具有圖形交互、診斷功能等。首先就要求數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機界面和開發(fā)平臺，通過這個界面和平臺開放而自由地 執(zhí)行和表達自己的思路。這就產(chǎn)生了開放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。機床制造商可以在該開放系統(tǒng)的平臺上增加一定的硬件和軟件構(gòu)成自己的系 統(tǒng)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 高速化 、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（ CIRP）將其確定為 21 世紀(jì)的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒 /輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問 題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料 “掏空 ”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求 。 從EMO2021 展會情況來看，高速加工中心進給速度可達 80m/min，甚至更高，空運行速度可達 100m/min 左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用 汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國 CINCINNATI 公司的 HyperMach 機床進給速度最大達 60m/min，快速為 100m/min，加速度達 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達 60 000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用 30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床加工需 8h；德國 DMG 公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12*!000r/mm 和 1g。 在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μm提高到 5μm，精密級加工中心則從 3～ 5μm，提 高到 1～ ，并且超精密加工精度已開始進入納米級 ()。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達 6 000h 以上，伺服系統(tǒng)的 MTBF 值達到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 資源豐富，產(chǎn)品開發(fā)容易 在 PC 機上開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)可以充分利用 PC 機的豐富的軟件資源，如Windows 操作系統(tǒng)、各種高級編程語言等，方便地生成友好的人機界面、編輯等軟件，這樣系統(tǒng)開發(fā)商可以集中精力 從事關(guān)鍵部分的開發(fā)工作，簡化了系統(tǒng)開發(fā)過程，使得數(shù)控產(chǎn)品的開發(fā)周期大大的縮短。如美國 Ormec System 公司僅僅用了兩年的時間就開發(fā)了以 IBM結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的控制器，可同時控制 14 個軸運動。 系統(tǒng)柔性大，控制形式多樣化 由于系統(tǒng)對硬件的依賴程度大大降低，系統(tǒng)的很多功能都是依靠軟件得以實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的柔性增大。系統(tǒng)制造商可以方便地利用 PC 機的一些新技術(shù)，如觸摸屏輸入技術(shù)、聲控技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，可以使得數(shù)控系統(tǒng)使用更加方便。 高精度化 精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提 高普通機電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（ 10nm），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等）。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加 工機床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。 高可靠性 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因為是商品，受性能價格比的約束。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在 16 小時內(nèi)連續(xù)正常工洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 作，無故障率 P(t)＝ 99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF 就必須大于 3000 小時。 綜上所述，由于數(shù)控機床不斷采納科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的各種新技術(shù)，使得其功能日趨完善，數(shù)控技術(shù)在機械加工中的地位也顯得越來越重要，數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用 是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 5 軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為， 1 臺 5 軸聯(lián)動機床的效率可以等于 2 臺 3 軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時， 5 軸聯(lián)動加工可比 3 軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn) 5 軸 聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床（含 5 面加工機床）的發(fā)展。 在 EMO2021 展會上，新日本工機的 5 面加工機床采用復(fù)合主軸頭，可實現(xiàn) 4 個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn)，還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián)動加工，可由 CNC 系統(tǒng)控制或 CAD/CAM 直接或間接控制。 智能化、開 放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題 。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，如美國的 NGC(The Next Generation WorkStation/Machine Control)、歐共體的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的 ONC(Open Numerical Control System)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未 來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對 信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，如在 EMO2021 展中，日本山崎馬扎克（ Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱 CPC) ；日本大隈（ Okuma）機床公司展出 “IT plaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱 IT 廣場 )；德國西門子 (Siemens)公司展出的 Open Manufacturing Environment（開放制造環(huán)境，簡稱 OME）等 ，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。 數(shù)控加工技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替。目前國外機械設(shè)備的數(shù)控化率已達到 85%以上，而我國的機械設(shè)備的數(shù)控化率不足 20%，隨著我國機制行業(yè)新技術(shù)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 的應(yīng)用，我國世界制造業(yè)加工中心地位形成，數(shù)控機床的使用、維修、維護人員在全國各工業(yè)城市都非常緊缺，再加上數(shù)控加工人員從業(yè)面非常廣，可在現(xiàn)代制造業(yè)的模具、鐘表業(yè)、五金行業(yè) 、中小制造業(yè)、從事相應(yīng)公司企業(yè)的電腦繪圖、數(shù)控編程設(shè)計、加工中心操作、模具設(shè)計與制造、 電火花及線切割工作，所以目前現(xiàn)有的數(shù)控技術(shù)人才無法滿足制造業(yè)的需求，而且人才市場上的這類人才儲備并不大，企業(yè)要在人才市場上尋覓 合適的人才顯得比較困難，以至于導(dǎo)致模具設(shè)計、 CAD/CAM 工程師、數(shù)控編程、數(shù)控加工等已成為我國各人才市場招聘頻率最高的職位之一。在各種招聘會上，數(shù)控專業(yè)人才更是企業(yè)熱衷于標(biāo)注 “急聘 ”、 “高薪誠聘 ”等字樣的少數(shù)職位之一，以致出現(xiàn)了 “月薪 6000 元難聘數(shù)控技工 ”， “年薪 16 萬元招不到數(shù)控技工 ”的現(xiàn)象。據(jù)報載，我國高級技工正面臨著 “青黃不接 ”的嚴(yán)重局面，原有技工年齡已大，中年技工為數(shù)不多，青年技工尚未成熟。在制造業(yè)，能夠熟練操作現(xiàn)代化機床的人才已成稀缺， 據(jù)統(tǒng)計，目前，我國技術(shù)工人中，高級技工占 %，中級工 占 35%，初級工占 60%。而發(fā)達國家技術(shù)工人中，高級工占 35%、中級工占 50%、初級工占 15%。這表明，我們的高級技工在未來 5—10 年內(nèi)仍會有大量的人才缺口。 隨著產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，就業(yè)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化。企業(yè)對較高層次的第一線應(yīng)用型人才的需求將明顯增加。 而借助國外的發(fā)展經(jīng)驗來看，當(dāng)進入產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整時期，與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高度化匹配、培養(yǎng)相當(dāng)數(shù)量的具有高等文化水平的職業(yè)人才，成為迫切要求。而對于數(shù)控加工專業(yè)，不僅要求從業(yè)人員有過硬的實踐能力，更要掌握系統(tǒng)而扎實的機加理論知識。因此，既有學(xué)歷又有 很強操作能力的數(shù)控加工人才更是成為社會較緊缺、 企業(yè)最急需的人才 。 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控設(shè)備國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，我國數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展迅速，國產(chǎn)數(shù)控車床已完全能滿足國內(nèi)市場需要。高性能的臥式車削中心和車銑復(fù)合中心，通過合資、引進技術(shù)和自主開發(fā)，某些產(chǎn)品已能滿足部分國內(nèi)高端用戶要求。但是，臥式車銑復(fù)合加工中心、帶 Y 軸或 C 軸的臥式車削中心、雙主軸臥式車削中心和高精度臥式車削中心仍然主要依靠進口。國產(chǎn)立式加工中心在技術(shù)上比較洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 成熟，技術(shù)性能與國際水平接近，生產(chǎn)廠家較多并具有一定