【文章內容簡介】 M03 G00 G96 Z339 S160 M08 G01 X502 F03 G65 P9005 X45619 I10 F01 U02 G01 U02 F03 G01 X45419 F005 M15 M16 G00 X510 G04 U001 G00 Z328 G04 U001 G01 X49963 F02 G02 X48763 Z334 R06 F005 G01 X45369 F012 G04 U01 G00 X51 Z336 G04 U001 G00 Z35 G04 U001 G01 X49963 F02 G03 X48713 Z344 R06 F005 G01 X45369 F012 G04 U01 G01 Z334 F01 G04 U01 G00 G97 X80 Z336 S1000 G00 Z100 M09 G00 T0588 N50 ID FINISH NR 02 正文 數(shù)控技術是指用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品即所謂的數(shù)字化裝備其中數(shù)控技術和數(shù)控裝備的范圍覆蓋很多領域 1 機械制造技術 2 信息處理加工傳輸技術 3 自動控制技術 4 伺服驅動技術 5 傳感器技術 6 軟件技術等在未來經(jīng)濟技術發(fā)展的大趨勢下數(shù)控技 術和數(shù)控裝備都有其相應的發(fā)展趨勢同時為適應世界潮流的變化中國在這些方面必定有自己的研究方向與發(fā)展策略 一數(shù)控技術的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大他對國計民生的一些重要行業(yè) IT 汽車輕工醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看其主要研究熱點有以下幾個方面〔 1～ 4〕 1 高速高精加工技術及裝備的新趨勢效率質量是先進制造技術的主體高速高精加工技 術可極大地提高效率提高產品的質量和檔次縮短生產周期和提高市場競爭能力為此日本先端技術研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術之一國際生產工程學會 CIRP 將其確定為 21 世紀的中心研究方向之一在轎車工業(yè)領域年產 30萬輛的生產節(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) 結方式 拼裝使構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 80mmin 甚至更高空運行速度可達 100mmin 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都已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產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 60mmin 快速為 100mmin 加速度達 2g 主軸轉速已達 60000rmin 加工一個薄壁飛機零件只用 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 120210rmm 和 1g 在加工精度方面 10 年來 近 普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10m 提高到 5m精密級加工中心則從 3～ 5m提高到 1～ 15m并且超精密加工精度已開始進入納米級 001m 在可靠性方面國外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達 6000h 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)高速高精的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)展應用領域進一步擴大 2五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(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)主機結構復雜等原因其價格要比 3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍加之編程技術難度較大制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展當前由于電主軸的出現(xiàn)使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構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合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復 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實現(xiàn) 5 面加工和 5 軸聯(lián)動加工可由 CNC 系統(tǒng)控制或 CADCAM 直接或間接控制 3 智能化開放式網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面為追求加工效率和加工質量方面的智能化如加工過 程的自 適應控制工藝參數(shù)自動生成為提高驅動性能及使用連接方便的智能化如前饋控制電機參數(shù)的自適應運算自動識別負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)控應用軟件的產業(yè)化生產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 WorkStationMachine 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構對象數(shù) 控功能形成系列化并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系 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 牌產品目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(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)工具等是當前研究的核心網(wǎng)絡化數(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)絡化將極大地滿足生產線制造系統(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)全球制造的基礎單元國內外一些著名數(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 智能生產控制中心簡稱 CPC 日本大隈 Okuma 機床公司展出 IT plaza 信息技術廣場簡稱 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)絡化方向發(fā)展的趨勢 4重視新技術標準規(guī)范的建立 1關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范如前所述開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性柔性適應性擴展性美國歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃并進行開放式體系結構數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范 OMACOSACAOSEC 的研究和制定世界 3 個最大的經(jīng)濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定 預示了數(shù)控技術的一個新的變革時期的來臨我國在 2021 年也開始進行中國的 ONC 數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定 2 關于數(shù)控標準 數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢 數(shù)控技術誕生后的 50年間的信息交換都是基于 ISO6983標準即采用 GM 代碼描述如何加工其本質特征是面向加工過程顯然他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術高速發(fā)展的需要為此國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標準 ISO14649STEP－ NC 其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制能夠描述產品整個生命周期內 的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型 從而實現(xiàn)整個制造過程 乃至各個工業(yè)領域產品信息的標準化 STEPNC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術領域的一次革命對于數(shù)控技術的發(fā)展乃至整個制造業(yè)將產生深遠的影響首先 STEPNC 提出一種嶄新的制造理念傳統(tǒng)的制造理念中 NC 加工程序都集中在單個計算機上而在新標準下 NC 程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上這正是數(shù)控技術開放式網(wǎng)絡化發(fā)展的方向其次STEPNC 數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙約 75％加工程序編制時間約 35％和加工時間約 50％目前歐美國家非常重視 STEPNC 的研究歐洲發(fā)起了 STEPNC 的IMS 計 劃 199911～ 20211231 參加這項計劃的有來自歐洲和日本的 20 個 CADCAMCAPPCNC 用戶廠商和學術機構美國的 STEP Tools 公司是全球范圍內制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者 他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型 Super Model 其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程目前這種 新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了 SIEMENSFIDIA 以及歐洲 OSACANC 數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證 二對我國數(shù)控技術及其產業(yè)發(fā)展的基本估計 我國數(shù)控技術起步于 1958年近 50年的發(fā)展歷程大致可分為 3個階段第一階段從 1958年到 1979年即封閉式發(fā)展階段在此階段由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的限制數(shù)控技術的發(fā)展較為緩慢第二階段是在國家的六五七五期間以及八五的前期即引進技術消化吸收初步建立起國產化體系階段在此階段由于改革開放和國家的重視以及研究開發(fā)環(huán)境和國際 環(huán)境的改善我國數(shù)控技術的研究開發(fā)以及在產品的國產化方面都取得了長足 的進步 第三階段是在國家的八五的后期和九五期間即實施產業(yè)化的研究進入市場競爭階段在此階段我國國產數(shù)控裝備的產業(yè)化取得了實質性進步在九五末期 國產數(shù)控機床的國內市場占有率達 50％配國產數(shù)控系統(tǒng)普及型也達到了 10％ 縱觀我國數(shù)控技術近 50 年的發(fā)展歷程特別是經(jīng)過 4個 5年計劃的攻關總體來看取得了以下成績 1奠定了數(shù)控技術發(fā)展的基礎基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)伺服驅動數(shù)控主機專機及其配套件的基礎技術其中大部分技術已具備進行商品化開發(fā)的基礎部分技術已商品化產業(yè)化 2 初步形成了數(shù)控產業(yè)基地在攻關成果和部分技術商品化的基礎上建立了諸如華中數(shù)控航天數(shù)控等具有批量生產能力的數(shù)控系統(tǒng)生產廠蘭州電機廠華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機生產廠 以及北京第一機床廠濟南第一機床 廠等若干數(shù)控主機生產廠這些生產廠基本形成了我國的數(shù)控產業(yè)基地 3 建立了一支數(shù)控研究開發(fā)管理人才的基本隊伍雖然在數(shù)控技術的研究開發(fā)以及產業(yè)化方面取得了長足的進步但我們也要清醒 地認識到我國高端數(shù)控技術的研究開發(fā)尤其是在產業(yè)化方面的技術水平現(xiàn)狀 與我國的現(xiàn)實需求還有較大的差距 雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快但橫向比與國外對比不僅技術水平有差距在某些方面發(fā)展速度也有差距即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術水平差距有擴大趨勢從國際上來看對我國數(shù)控技術水平和產業(yè)化水平估計大致如下 1 技術水平上與國 外先進水平大約落后 10～ 15 年在高精尖技術方面則更大 2產業(yè)化水平上市場占有率低品種覆蓋率小還沒有形成規(guī)模生產功能部件專業(yè)化生產水平及成套能力較低外觀質量相對差可靠性不高商品化程度不足國產數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應用戶信心不足 3 可持續(xù)發(fā)展的能力上對競爭前數(shù)控技術的研究開發(fā)工程化能力較弱數(shù)控技術應用領域拓展力度不強相關標準規(guī)范的研究制定滯后 分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面 1 認識方面對國產數(shù)控產業(yè)進程艱巨性復雜性和長期性的特點認識不足對市場的不規(guī)范國外的封鎖加扼殺體制等困難估計不足對我國數(shù)控技術應 用水平及能力分析不夠 2 體系方面從技術的角度關注數(shù)控產業(yè)化問題的時候多從系統(tǒng)的產業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產業(yè)化問題的時候少沒有建立完整的高質量的配套體系完善的培訓服務網(wǎng)絡等支撐體系 3 機制方面不良機制造成人才流失又制約了技術及技術路線創(chuàng)新產品創(chuàng)新且制約了規(guī)劃的有效實施往往規(guī)劃理想實施困難 4 技術方面企業(yè)在技術方面自主創(chuàng)新能力不強核心技術的工程化能力不強機床標準落后水平較低數(shù)控系統(tǒng)新標準研究不夠 附錄三 Numerical control technology and equipment trends and countermeasures Text N