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1、关于智能制造中数控技术关于智能制造中数控技术 发展的思考与认识发展的思考与认识刘刘强强 LIU Qiang北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京航空航天大学机械工程及自动化学院 国防科技工业高效数控加工技术研究应用中心国防科技工业高效数控加工技术研究应用中心 北京市高效绿色数控加工工艺技术与装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺技术与装备工程技术研究中心Tel: 010-82316699，13901163932 E-mail: 刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程
2、技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心提提要要数控机床的发展与面临的挑战数控机床的发展与面临的挑战数控机床相关关键技术的发展数控机床相关关键技术的发展对智能数控的思考及探索研究对智能数控的思考及探索研究小结与展望小结与展望刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心现代制造业的特点现代制造业的特点一代产品一代产品一代材料一代材料一代工艺一代工艺材料与结构融合材料与结构融合工艺与装备融合工艺与装备融合优
3、质优质/高效高效/低耗低耗/绿色是永恒的主题绿色是永恒的主题制造技术和生产方式创新引发新技术革命制造技术和生产方式创新引发新技术革命发达国家制造业在做什么？发达国家制造业在做什么？American Makes美国人具体在做什么？美国人具体在做什么？Industry 4.0德国人具体在做什么？德国人具体在做什么？其他有关国家和地区其他有关国家和地区1. 制造业发展面临的挑战制造业发展面临的挑战刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程
4、技术研究中心制造业特点一：一代产品制造业特点一：一代产品一代材料一代材料一代制造技术一代制造技术一一 代代 产产 品品一一 代代 结结 构构 和和 材材 料料一一 代代 制制 造造 技技 术术刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心制造技术和加工效率发展制造技术和加工效率发展刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工
5、艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心加工方法和加工精度发展加工方法和加工精度发展刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心制造业特点二：材料与结构融合制造业特点二：材料与结构融合工艺与装备融合工艺与装备融合航空：航空： 大客、军机大客、军机航天：航天： 卫星、运载火箭卫星、运载火箭两机：两机： 航发和燃机航发和燃机能源：能源： 核电和风机核电和风机面向产品应用的制造装备与工艺技术面向产
6、品应用的制造装备与工艺技术结构结构工艺工艺装备装备低成本复合材料低成本复合材料 构件材料结构一构件材料结构一 体化成套制造装体化成套制造装 备与工艺备与工艺耐高温复合材耐高温复合材 料高效复合加料高效复合加 工装备与工艺工装备与工艺难加工金属难加工金属 材料与结构材料与结构 复合制造技复合制造技 术与装备术与装备综合效能最优综合效能最优 的先进装备材的先进装备材 料结构一体化料结构一体化 设计制造设计制造材料一体化成材料一体化成 形构件制造形构件制造材料材料刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数
7、控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心工艺与装备融合工艺与装备融合智能化制造装备和生产系统智能化制造装备和生产系统刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心航空发动机零件航空发动机零件 Aero-engine Parts制造业特点三：优质制造业特点三：优质/高效高效/低耗低耗/绿色是永恒的主题绿色是永恒的主题飞机结构件飞机结构件 Aircraft Structural Parts
8、航天器关键结构件航天器关键结构件 Aerospace Parts刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心1 81 8 世纪末世纪末2 02 0 世纪初世纪初7 07 0 年代初年代初至今至今第一次工业革命第一次工业革命 机械化生产机械化生产 蒸汽驱动蒸汽驱动第二次工业革命第二次工业革命 批量流水线生产批量流水线生产 电力驱动电力驱动第三次工业革命第三次工业革命 高自动化柔性生产高自动化柔性生产 计算机信息技术驱动计算机
9、信息技术驱动第四次工业革命第四次工业革命 智能化工厂智能化工厂 智能装备及信息通信智能装备及信息通信敏敏 捷捷 制制 造造智智 能能 制制 造造制造业特点四：制造技术和生产方式制造业特点四：制造技术和生产方式 创新引发新技术革命创新引发新技术革命刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心18世纪世纪 炮筒镗炮筒镗 床床,机动机动 进给车进给车 床床1952 第一台第一台 三坐标三坐标 数控铣数控铣 床床(MIT)1950
10、s 手动操手动操 作的普作的普 通车床通车床 床床19世纪世纪 机械加机械加 工车间工车间 的机床的机床1959 第一台第一台 卧式镗卧式镗 铣加工铣加工 中心中心 (K&T)1967 早期的早期的 FMS- System 24,Omni line I1960 1970 计算机计算机 数控数控 直接数直接数 控控1980 开放结开放结 构构CNC1990 高速机高速机 床床 虚轴机虚轴机 床床2000 复合加复合加 工机床工机床 DDT应应 用用2010 绿色化绿色化 机床机床 智能化智能化 机床机床2020 更高更高 更快更快 更强更强 更精更精 。2. 数控技术的数控技术的 发展与面临的发
11、展与面临的 挑战挑战数控机床数控机床 发展历程发展历程刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心电子管元电子管元 件数控装件数控装 置置、穿孔穿孔 带带、三轴三轴 控制控制、旋旋 转 变 流转 变 流 DC 伺 服伺 服 ， APT计算机数计算机数 控装置控装置、 直接数控直接数控、 晶闸管变晶闸管变 流直流伺流直流伺 服服智能数控智能数控 装置装置 多功能多功能、 集成化集成化、 聪明化聪明化、 绿色化绿色化 。数控系
12、统技术发展数控系统技术发展1952 第一代第一代1959 第二代第二代晶体管数晶体管数 控装置控装置、 液压伺服液压伺服1965 第三代第三代1969 第四代第四代1985 第五代第五代1990 第六代第六代201x 第七代？第七代？微型计算微型计算 机数控装机数控装 置置、虚拟虚拟 轴机床轴机床、 PWM 直直 流伺服流伺服集成电路集成电路 数控装置数控装置、 直接数控直接数控、 电液伺服电液伺服、 步进电机步进电机基 于基 于 PC 的开放式的开放式 数控装置数控装置、 交流伺服交流伺服、 复合加工复合加工、 DDT伺服伺服刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Q
13、iang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心新的挑战之一新的挑战之一新型难加工材料新型难加工材料 典型实例：超高强度钢、高温合金、典型实例：超高强度钢、高温合金、CFRP、C/C、C/SiC等等结构件大量应用，结构件大量应用， 提高客机有效载提高客机有效载 重量和军机性能重量和军机性能直升机机身，减直升机机身，减 重、抗坠毁重、抗坠毁Quelle: Daimler.de航天器防航天器防/隔热隔热 部件，提升耐高部件，提升耐高 温能力温能力车身、船体、车身、船体、 叶片等轻量化，叶片等轻量
14、化， 提升民品经济提升民品经济 性和竞争力性和竞争力要求：要求： 功率功率/转矩转矩/刚性更大更好刚性更大更好 切削性能更强的刀具切削性能更强的刀具 更高的切削加工效率更高的切削加工效率 高效优化的切削工艺数据支持高效优化的切削工艺数据支持 新原理加工方法和装备新原理加工方法和装备刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心新的挑战之二新的挑战之二复杂结构零件复杂结构零件 典型实例：叶片、叶盘、机匣、大型整体结构件等典型实
15、例：叶片、叶盘、机匣、大型整体结构件等整体叶轮整体叶轮/叶盘叶盘复杂型面叶片复杂型面叶片扩压器扩压器要求：要求： 五轴联动控制五轴联动控制 曲线曲面新型插补原理曲线曲面新型插补原理 高效优化的加工轨迹规划高效优化的加工轨迹规划 基于特征的自动编程基于特征的自动编程 变形预测与控制技术变形预测与控制技术刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心新的挑战之三新的挑战之三更高的加工质量要求更高的加工质量要求 典型实例：各种大直
16、径镜片、大型壁板、隐身结构等典型实例：各种大直径镜片、大型壁板、隐身结构等要求：要求： 提高机床位置控制精度提高机床位置控制精度 误差实时在线检测与补偿误差实时在线检测与补偿 减少刀具磨损、变形减少刀具磨损、变形 主动和被动的振动抑制主动和被动的振动抑制 加工过程在线监控加工过程在线监控刘刘 强强 教授教授 Prof. Qiang LIUProf. Qiang LIU机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心新的挑战之四新的挑战之四绿色制造、加工能效的要求绿色制造、加工能效的要求 典型实例：碳排放、切削液排放、能效标准等新要求典型实例：碳排放、切削液排放、能效标准等新要求要求：要求： 绿色化机床设计绿色化机床设计 加工程
