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1、数控机床的发展趋势代朝卫 机自103 201010301347【摘要】数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术, 是现代化工业生产中的一门发展十分迅速的高新技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术, 应用于传统制造产业和新型制造业形成的机电一体化产业, 即所谓的数字化装备。进入20 世纪90 年代以来, 由于计算机技术的飞速发展, 推动了数控机床技术更快的更新换代。除了对数控机床技术指标如高速化、高精度和可靠性的进一步提高以外，世界上许多数控系统生产厂家利用PC丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统具有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性, 并
2、向智能化、网络化方向发展。【关键字】 数控机床现状 发展趋势一、 性能发展趋势1.1高速化效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。高速化加工对于不同对象有着不同的内涵。对于某种机械零件而言, 高速加工就是以较快的生产节拍进行加工。一个生产节拍: 零件送进定位夹紧刀具快进刀具工进( 在线检测) 刀具快退工具松开、卸下质量检测等7个基本生产环节。而常常谈论的高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动( 或移动) 速度超过普通切削510 倍, 主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上, 是高速加工系统技术中的一个子
3、系统，具体体现在数控机床上的指标便是主轴转速、进给率、运算速度等。而在追求金属切削的高速加工这一国际机床制造业的主流下，高速主轴首先成为制造厂的主攻方向。对于整条自动生产线而言, 高速加工的表征是以简捷工艺流程, 以较短、较快的生产节拍的生产线进行生产加工。这就要求突破机械加工传统观念, 在确保产品质量的前提下, 改革原有加工工艺( 方式) , 尽可能地缩短整条生产线的工艺流程: 或采用一工位多工序、一刀多刃, 或以车、铰、铣削替代磨削, 或以拉削、搓、挤、滚压加工工艺( 方式) 替代滚、插、铣削加工等工艺。1.2高精度现代数控机床上,为提高数控机床的加工精度,类似传统机床对数控机床基础大件结
4、构特性和热稳定性要求逐步提高以外，从系统软件方面的提高更显示出数控机床的高精度提升前景远远优于传统机床。提高数控系统的高精度分为提高数控系统的控制精度，提高位置检测精度。控制精度的一大核心就是采用误差补偿技术。最有显著效果的刀具补偿技术包含刀具寿命管理,刀具长度补偿、爬行补偿、实时热变形补偿等多种补偿功能,因而使机床的加工精度有很大的提高。同时，利用逆向间隙补偿、刀具误差补偿和丝杆螺距误差补偿等技术，对设备的热变形和空间等误差进行综合补偿。综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少65-80。1.3可靠性随着复合功能的增多和密集型技术的引入，故障隐患增多，先进功能和性能不能维持，先进性失去意义。在
5、日趋激烈的开放市场竞争中，产品可靠性成为用户关注的焦点，数控机床的高水平化和复杂化突出了可靠性研究的必要性和紧迫感。1.4工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工, 正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后, 通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施, 完成多工序、多表面的复合加工。在这方面最典型的机种是加工中心和车削中心,加工中心是数控机床向工艺及功能集成化方面发展的产物。二、 功能的发展趋势 2.1 功能集成化与智能化“功能集成化”是数控机床的一个重要趋势。加工中心上的ATC 和APC 已是这类机床的基本常见装置,随着向柔性化
6、和无人化发展,功能集成化的水平更高地体现在工件自动定位、机内对刀、刀具破损监控、机床与工件精度的检测和补偿方法。早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境, 其作用是如何调度任务, 以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。在数控技术领域, 实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。智能化是2l世纪制造技术发展的一个总的方向，所渭智能加工就是基于网络技术，数字技术，电子技术和模糊控制的一种加工的更高级形式。智能加工是为了在加工过程中模拟人类智能的活动，以解决加工过程中许多不确定性因素，并
7、利用人类智能进行预见及干预这些不确定性，使加工过程实现高速安全化。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加T效率和加工质量的智能化如自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。 2.2网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作, 通过机床联网, 可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行, 不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。网络的任务主要是进行通信, 共享信息。
8、数控作为车间基本设备, 它的通信范围为: 1) CNC内部CNC 装置与数字伺服之间的通信, 比如通过SERCOS 链式网络传送数字伺服控制信息; 2) 与上级主计算机的通信, 一般通过以太网进行通信; 3) 与车间现场设备及IO 装置通信, 主要通过现场总线进行通信, 如采用PROFIBUS 等; 4)通过因特网与服务中心通信, 传递维修数据; 5) 通过因特网与另一个工厂进行交换制造数据。随着网络技术的发展, NC 通信功能将越来越重要。现在国外已经广泛使用了数控机床联网的技术，所谓数控机床联网就是把机床用网络连接起来，实现机床管理的统一化和程序传输的便捷化。现阶段的数控机床联网一般具有以
9、下几个功能：将程序从办公室送到每台机床并实现实时监控；采集每台机床的性能指标到计算机备份；实现机床与机床之间的程序互相转移；将每台机床的生产数据及时传送到计算机处理；数控机床的刀具磨损寿命情况及时反馈到计算机，实现电脑监控换刀程序。2.3 柔性化柔性是指机床适应加工对象变化的能力,传统的单一品种的大批量刚性自动化设备及生产线,当被加工对象变换时,调整很困难,甚至是不可能的。柔性加工自动化对满足加工对象变换有很强的适应能力。数控柔性的发展不再局限于过去的结构单机柔性了，更有意义的是当前认为的柔性两方面：数控系统本身的柔性, 数控系统采用模块化设计, 功能覆盖面大, 可裁剪性强, 便于满足不同用户
10、的需求,根本上由开放化体系结构决定；群控系统的柔性, 同一群控系统能依据不同生产流程的要求, 使物料流和信息流自动进行动态调整, 从而最大限度地发挥群控系统的效能。近几年来,不仅中小批量的生产方式在努力提高柔性化能力,就是大批量生产方式中,也积极向柔性化方面转向。如出现了PLC 控制的可调组合机床,数控多轴加工中心,换刀换箱式加工中心,数控三坐标动力单元等。可见现在的柔性已经以高度自动化为基础飞速发展了。三、 重视新技术标准、规范的建立 3.1 关于数控系统设计开发规范 开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统
11、规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。3.2关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生
12、命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75）、加工程序编制时间（约35）和加工时间（约50）。四、结语数控技术是制造自动化的基础, 是现代制造装备的灵魂与核心, 是国家工业和国防工业现代化的重要手段, 关系到国家战略地位, 体
13、现国家综合国力水平, 其水平的高低和数控装备拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。中国作为一个制造大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力发展自己的先进技术，加大技术创新与人才培训力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发达国家之间的差距。参考文献：【1】贾亚洲,杨兆军.数控机床可靠性国内外现状与技术发展策略J. 中国制造业信息化,2008,4 : 35 38；【2】孙淑媛.数控技术发展趋势的研究J.山西电子技术,2002,6 : 38 4；.【3】机床数控系统的
14、发展趋势. 黄勇 陈子辰 浙江大学；【4】机床技术发展的新动向. 梁训,王宣 ,周延佑. 世界制造技术与装备市场；【5】机械工业联合会科技工作部.“十五”我国数控技术及装备发展情况J.中国制造业信息化,2005,3.【6】Making CNC machine tools more open, interoperable and intelligenta review of the technologies Original Research ArticleComputers in Industry, Volume 57, Issue 2, February 2006, Pages 141-152X.W. Xu, S.T. Newman- （The STEP-NC standard）7
