【導讀】aaNCTechnology. meltintelligently,openly,studyworkedly. modelsaut

　　

【正文】 1998 數控技術 當前世界 NC 機床的研究現狀 世界各國對數控機床、加工中心以至 FMS、 CIMS 等各種新技術的研究與發(fā)展進程，是與世界經濟形勢緊密相連的。機床工業(yè)有世界經濟相互促進和發(fā)展，進入 21 世界知識機警時代，人們的知識所起的作用更加突出，而機床工業(yè)作為機器制造業(yè)的基礎，其重點地位與戰(zhàn)略意義也更加明顯。在 1991— 1994 年間，世界經濟衰退，昂貴的 FMS， CIMS 降溫， 1995— 2020 年間，世界經濟在低速增長，根據當前世界市場各方面用戶為提高生產率對 NC 機床的要求以及世界四大國際機床展（歐洲的 EMO、美國的 IMTS、日本的 JIMTOF、中國的 CIMT）上展品的分析，當前世界 NC 機床的技術研究主要有以下幾點： （ 1）、更加重視新技術和創(chuàng)新 在世界范圍內，對新工藝、新材料、新結構、新單元、新元件的研究開發(fā)工作正在大力開展，如新的刀具材料、新的主軸結構、高速電主軸、高速直線電機等的開發(fā)研究。以加工工藝的改進 創(chuàng)新為基礎，為加工超硬、難切削材料及特殊復合材料及復雜零件、不規(guī)則曲面等在不斷研究開發(fā)新機種。 （ 2）、提高機床加工的精度和研究 為了提高加工中心的加工精度，不斷提高機床的剛度、減少振動，消除熱變形，降低噪聲，提高 NC 機床的定位精度、重復精度、工作可靠性、穩(wěn)定性、精度保持性，世界很多國家都在進行機床熱誤差、機床運動及負載變形誤差的軟件補償技術研究，并采取精度補償、軟件補償等措施加以改善，有的已經可以使此類誤差消除 60%。并在不斷開發(fā)精細加工，納米加工。 （ 3）、提高機床加工生產率的研究 世界 NC 機床、加工中心及相應的高速點主軸、直線電機、測量系統(tǒng)、 NC系統(tǒng)的開發(fā)，均以提高生產率為前提。 （ 4）、許多國家都已經開始對數控系統(tǒng)的智能化、開放化、網絡化研究 A、數控系統(tǒng)的智能化的研究 主要表現在：為追求加工效率和加工質量的智能化，對加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成進行研究；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，對反饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等進行研究；還有智能化的自動編程、智能化的人機界面、智能診斷、智能監(jiān)控等方面的研究。 B、數控系統(tǒng)開放化研究 主要表現在：數控系統(tǒng)的開發(fā)在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終擁護，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控對象），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，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通行規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數控系統(tǒng)功能庫以及數控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。 C、數控裝備的網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，也是實現新的制造模式的基礎單元。 加工中心的分類 （ 1）按主軸加工時的空間位置分類有：臥式和立式加工中心。 臥式加工中心，是指主軸軸線水平設置的加工中心。臥式加工中心一般具有3— 5 個運動坐標軸，常見的是三個直線運動坐標軸和一個回轉運動坐標軸（回轉工作臺），它能在工件一次裝夾完成除安裝面和頂面以外的其余 4 個面的加工，最適合加工箱體類工件。它與力式加工中心相比，結構復雜，占地面積大，質量大，價格高。 立式加工中心，立式加工中心主軸的軸線為垂直設置，其結構多為固定立柱式，工作臺為十字滑臺，適合加工盤類零件，一般具有 3 個直線運動坐標軸，并可在工作臺上安 置一個水平軸的數控轉臺（第 4 軸）來加工螺旋類零件。立式加工中心結構簡單，占地面積小，價格低，配備各種附件后，可進行大部分工件的加工。 大型龍門式加工中心，主軸多為垂直設置，尤其使用于大型或形狀復雜的工件，像航空、航天工業(yè)及大型汽輪機上的某些零件的加工都需要用這類多坐標龍門式加工中心。 五面加工中心，這種加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個面的加工，這種加工方式可以使工件的形狀誤差降到最低，省去二次裝夾工作，從而提高生產效率，降低加工成本。 （ 2）按工藝用 途分類有： 鏜銑加工中心，分為立式樘銑加工中心、臥式樘銑加工中心和龍門樘銑加工中心。其加工工藝以樘銑為主，用于箱體，殼體以及各種復雜零件特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工，適合多品種小批量生產。 復合加工中心，主要指五面復合加工，主軸頭可自動回轉，進行立，臥加工，在主軸自動回轉后，在水平和垂直方向實現知道變換。 （ 3）按特殊功能分類有： 單工作臺、雙工作臺加工中心； 單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心； 立式轉塔加工中心和臥式轉塔加工中心； 刀庫加主軸換刀加工中心； 刀庫接寫手加 主軸換刀加工中心； 刀庫加機械手加雙主軸轉塔加工中心。 當今數控機床的發(fā)展趨勢： 目前，世界先進制造技術不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術的應用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟，對數控加工技術提出了更高的要求。當今數控機床正在朝著以下幾個方向發(fā)展。 （ 1） .高速度、高精度化速度和精度是數控機床的兩個重要指標，它直接關系到加工效率和產品質量。目前，數控系統(tǒng)采用位數、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運算速度。同時，采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結構，以提高系統(tǒng)的數據處理能力，即提高插補運算的速度和精度。并采用直線電動機直接驅動機床工作臺的直線伺服進給方式，其高速度和動態(tài)響應特性相當優(yōu)越。采用前饋控制技術，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。 為適應超高速加工的要求，數控機床采用主軸電動機與機床主軸合二為一的結構形式，實現了變頻電動機與 機床主軸一體化，主軸電機的軸承采用磁浮軸承、液體動靜壓軸承或陶瓷滾動軸承等形式。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應用。 （ 2） .多功能化配有自動換刀機構 (刀庫容量可達 100 把以上 )的各類加工中心，能在同一臺機床上同時實現銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工，現代數控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加工。數控系統(tǒng)由于采用了多 CPU 結構和分級中斷控制方式，即可在一臺機床上同時進行零件加工和程序編制，實現所謂的“前臺加工，后臺編輯”。為了 適應柔性制造系統(tǒng)和計算機集成系統(tǒng)的要求，數控系統(tǒng)具有遠距離串行接口，甚至可以聯網，實現數控機床之間的數據通信，也可以直接對多臺數控機床進行控制。 （ 3） .智能化現代數控機床將引進自適應控制技術，根據切削條件的變化，自動調節(jié)工作參數，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率。具有自診斷、自修復功能，在整個工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時對 CNC 系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設備進行自診斷、檢查。一旦出現故障時，立即采用停機等措施，并進行故障報警，提 示發(fā)生故障的部位、原因等。還可以自動使故障模塊脫機，而接通備用模塊，以確保無人化工作環(huán)境的要求。為實現更高的故障診斷要求，其發(fā)展趨勢是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。 （ 4） .數控編程自動化隨著計算機應用技術的發(fā)展，目前 CAD／ CAM 圖形交互式自動編程已得到較多的應用，是數控技術發(fā)展的新趨勢。它是利用 CAD繪制的零件加工圖樣，再經計算機內的刀具軌跡數據進行計算和后置處理，從而自動生成 NC 零件加工程序，以實現 CAD 與 CAM 的集成。隨著 CIMS 技術的發(fā)展，當前又出現了 CAD／ CAPP／ CAM 集成的全自動編程方式，它與 CAD／CAM 系統(tǒng)編程的最大區(qū)別是其編程所需的加工工藝參數不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內的 CAPP 數據庫獲得。 （ 5） .可靠性最大化數控機床的可靠性一直是用戶最關心的主要指標。數控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數量，來提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時采用硬件結構機床本體的模塊化、標準化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產批量，又便于組織生產和質量把關。還通過自動運行啟動診斷、在線診斷、離線診 斷等多種診斷程序，實現對系統(tǒng)內硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷和報警。利用報警提示，及時排除故障；利用容錯技術，對重要部件采用“冗余”設計，以實現故障自恢復；利用各種測試、監(jiān)控技術，當生產超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進行相應的保護。 （ 6） .控制系統(tǒng)小型化數控系統(tǒng)小型化便于將機、電裝置結合為一體。目前主要采用超大規(guī)模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規(guī)模縮小系統(tǒng)的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器替代傳統(tǒng)的陰極射線管，將使數控操作系統(tǒng)進一步 小型化。這樣可以方便地將它安裝在機床設備上，更便于對數控機床的操作使用。