题 目 x-y 数控工作台技术发展综述学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师(职称) 完成时间 2011年11月30日 11x-y数控工作台技术的发展综述摘要：通过分析国内外数控技术与数控装备的现状，探讨了我国数控技术及工作台的发展趋势，综述了我国数控机床产业发展现状,分析我国数控产业发展中的主要问题,介绍了一些现有的较为成熟的数控技术关键词：机床技术；数控技术；现状分析；发展方向1 前言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备近年来，我国数控技术与装备的开发研制，得到了国家和企业的高度重视，取得了很大的进步，如基于PC机的开放式智能化数控系统，可实施多轴控制，并已具备联网进线等功能本文从国内外数控技术的发展现状开始，描述了国内外数控技术的差距，主要体现在高速度和高精度的新技术上和一些工作台的设计和定位；分析我国数控技术存在的问题，如技术创新成分低、消化吸收能力不足，技术创新环境不完善等，并根据现有的发展条件，提出了一些加快我国数控技术发展的措施；并进行了x-y工作台的研究，x-y工作台是随着数控机床的发展而发展起来的，在机床中有很重要的作用。
2 国内外x-y数控工作台技术的发展现状x-y工作台是随着普通机床的基础上因军事工业需求发展起来的并且随着数控技术的发展得到了提高，它综合了机械学、控制学、电子学、计算机科学四大基础学机床数控技术给传统的制造业带来了崭新的革命，工作台的发展也成为数控关键，数控技术发展的半个多世纪以来，随着电子科技尤其是计算机技术的发展，经历了两个阶段和六代发展2.1 我国x-y数控工作台的展状况x-y工作台是指能分别沿着x向和y向移动的工作台数控技术的加工系统、平面绘图仪的绘图系统等，尽管结构和功能各不相同，但基本原理相同连香姣讲师在x-y工作台的机电一体化系统设计中所设计的x-y工作台是开环伺服系统，通过控制器控制步进电机的驱动，经传动机构带动工作台运动在机械设计中采用一级齿轮减速带动丝杠传动通过 螺母的直线移动带动工作台此外还有辅助机械部件，如导轨、轴承等在控制系统设计中选择了单片机因为单片机体积小、重量轻、价格便宜工作台的定位是机械加工中非常重要的南京海空航天大学超声电机研究中心的白永明和黄卫清研究了超声波电动机的工作台精确定位系统目前工作台的控制一般都采用步进电机或者伺服电机，它们是传统的电磁电机。
20世纪80年代后，一种新型的微电机—超声波电机问世，它不仅采用不同于以往电磁电机的驱动机理，而是根据超声頻域的机械振动来驱动电机超声破电动机与传统的电动机相比，有如下优点：1） 不受磁场影响超声波电动机由于是根据超声振动来驱动，所以它的工作不收菜场影响，并且它工作时也不会产生磁场2） 制动性和响应快超声波电机的定转子之间用较大的预紧力压紧，断电后有很大的自锁力，转子惯性小，响应快，机械时间常在1ms范围内，即控制性能优越3） 低速大力矩和无噪音超声破电动机在低速时就可以输出比较大的力矩，不要减速机构，可以直接作驱动用超声波电动机在超声频域工作，所以不会产生噪音基于以上的优点和超声电动技术的日趋成熟，人们越来越关心这种新型电机的使用价值如何在生产和生活的各方面应用超声波电动机，以成为超声波研究领域的新课题本文采用超声波电动机来驱动工作台来实现微米级定位在使用超声波电动机的工作台可以使加工的零件更接近加工要求2.2 国外x-y数控工作台系统研究现状目前，先进的数控技术掌握在一些欧美国家，如西班牙FAGOR、德国SIEMENS、美国A一B、法国的NUM、日本OKUMA、FANUC、MITSUBISHI。
其中日本的FANUC德国的S工EMENS以优越的、稳健的数控系统功能而占据着世界机床市场日本是数控系统生产大国，同样x-y数控工作台的发展也在世界前列FANUC年产量达到了世界总产量的一半， 1987年推出了至今仍占领先进地位的FANuC一15，先后又推出了FANuC一16、FANUC一18和FANUC一20等系统同样工作台也随着变化而加工精度也随之提高80年代，美国制造业开始衰退，为了重新振兴机床工业，国家制造科学中心(NCMS)与空军制定了“下一代工作站/机床控制器”体系结构的研究计划，简称NGC(Next Generation workstation/Machine Controller)，开始了开放式控制系统的研究由于传统的控制系统是一种封闭式系统，相互兼容性不好，内部结构复杂，维修不便，更难于升级和二次开发而开放式控制系统结合先进 CAD/CAM/CAPP技术，是一个模块化、可重构、可扩充的软硬件控制系统，并且适应制造业的FMs/CIMS发展要求基于标准PC的开放式数控系统，能提供自由的设备组合、友好的操作界面、先进的通讯工具，颇受关注研究机构如美国三大汽车公司的 OMAC(Open Modular Architecture Control)项目;欧共体的“自动化系统中开放式体系结构OSACA(OpenSystem Architecture for Control within Automation Systems);日本的OSEC(Open System Environment for controller)计划等。
这标志着对新一代数控系统的研究如火如茶，商业应用前景非常广阔当然随着机床技术的突破，新型的工作台也随着产生近一步促进了工业领域的发展2.3 我国x-y数控工作台技术与国外的差距我国x-y数控工作台和机床在产品水平、技术和品种上与国外有着很大的差距, 主要体现在高速和高精度等新技术上对于高速加工中心, 国外机床在进给驱动上, 滚珠丝杠驱动的加工中心快速进给大多在40m/min以上, 最高已达到90m/min国内加工中心快速进给大多在30m/min左右, 个别达到60m/min在加工精度上, 国外卧式加工中心都装有机床精度温度补偿系统,加工精度比较稳定, 而国内尚在研发中清华大学学生孔庆忠和高钟毓设计了具有轨迹预览功能的工作台这工作台是以pc104为控制器，步进电动机驱动的开环系统程序用c语言编写，直线、圆及圆弧插补功能，粗插补数据集中管理，为图形显示和精插补提供数据精插补采用直线插补算法优点（1）这个系统有轨迹预览功能，大大方便了操作人员的操作、形象、直观2）具有便利的人机对话功能，输入数据和修改极为便利3）通过轨迹的预览，便于操作人员对设备的调整，以免发生失误4）目前程序的运行环境为turboc2.0,若在visualC++下运行，操作界面会更好。
这是在国内较先进的2.4 x-y数控工作台系统的发展趋势2.4.1 高速、高精度、高可靠性速度和精度是数控产品的两个重要指标，它体现着零件的加工效率和质量提高主轴转速、和进给速度、减小换刀时间、提高数据处理速度和工作台的精度等实现高速加工高精度就是零件的精度等级达到了微米级、纳米级，从普通加工、精密加工到超精密加工，使产品满足现代工业的加工精度要求保证零件加工效率和质量，还要求数控机床有很高的可靠性，一般数控系统和工作台的可靠性要高于数控设备的一个数量级，使其平均无故障运行时间MTF在一个合适的范围上2.4.2 复合化x-y数控工作台具有多功能复合加工能力，集车、铣、钻、锉等功能于一身，提供多轴控制和多轴联动控制，使零件加工工序或工艺集中，实现零件一次装夹后完成各种复杂曲面的全部加工，如各种机械加工中心不仅保证了加工精度，减少了辅助时间，还提高了生产效率2.4.3 智能化人工智能渗透到数控技术领域，利用自适应控制、神经网络、模糊控制、专家系统、前馈控制、等技术实现机械加工过程中数控装备动态的响应外界变化，使机床达到加工时最佳状态2.4.4 柔性化、集成化、网络化产品的多样化、个性化的需求要求数控机床具有模块化、可重构、可扩充的柔性化特点，如具有统一处理任何曲线的插补技术、进行二次开发的接口等，便于技术移植、系统设计研究，提高了工作台使用柔性。
柔性化又要求工作台装备采用高度集成化的功能模块芯片和应用数控技术的网络化3 我国数控产业及x-y数控工作台发展存在的问题3.1 数控化水平低近年来，我国数控机床一直保持两位数增长2002 年产量居世界第四但与发达国家相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率还不到30％；消费值数控化率还不到50％，而发达国家大多在70％左右高档次的数控机床及配套部件只能靠进口我国经济型数控车床最高转速一般在2000r/min，个别转速达8000r/min，坐标定位精度一般在0.01mm，重复定位精度在0.005mm ，工作精度圆度在0.01-0.005mm 之间，表面粗糙度Ra0.8-1.6 μ m长城机床厂CK7815C 主轴最高转速3500r/min，快速行程X 轴9m/min，Z 轴12m/min，定位精度X 轴0.016mm，Z 轴0.025mm，工作精度圆度0.007mm，表面粗糙度Ra ＜ 1.6 μ m德国SPINNERTC46 数控车床最高转速4500r/min，快速移动X 轴10m/min，Z 轴20m/min该公司超精密SB/PD/UP 系列数控车床，重复定位精度0.1 μ m，工件圆度0.3μ m，可实现镜面车削，可选配第二主轴/C 轴/ 动力刀架。
国产数控系统MTBF 可靠性大都超过1 万小时，但国际上先进企业数控系统MTBF 已达8 万小时国产数控车床、加工中心MTBF 虽有少数厂达500 小时，但国际上先进水平已达800小时对国产加工中心刀库机械手、数控车床刀架，用户仍不放心，定位精度，特别是重复定位精度也有待提高至于外观、漏油等老问题仍与工业发达国家产品有差距3.2 功能部件跟不上数控功能部件是指数控系统、滚珠丝杠副和滚动直线导轨副、刀库和机械手、高速防护装置、等它们是x-y数控工作台的重要组成部分功能部件技术水平的高低、性能的优劣以及整体的社会配套水平，都直接决定和影响着x-y工作台和数控机床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度相对数控机床主机来说，我国功能部件生产企业的发展更显滞后但功能部件不仅决定着机床的整机性能，还占到整机成本的60％左右，其发展状况直接关系到机床的竞争力水平3.3 缺乏产业规模在一段时间里, 我国数控机床产品品种相对较少, 开发和交货周期较长, 由于没有按市场需求进行开发, 批量不大, 不能满足市场需求, 市场占有率较低; 质量不稳定(可靠性是突出的质量症结) , 性能水平与国外相对有一定差距, 竞争力不强; 软件开发投入不足, 开发的数控系统缺少共同的软件规范和支撑平台, 尚未实现系列化、商品化, 没有产业规模。
3.4 缺乏发展数控产业的政策和技术配套体系40 多年来, 我国政府对数控机床的发展给予了大量的财力和物力支持, 在政策上也陆续出台了一些支持措施, 对数控机床的发展起了很好的促进作用但在政策的配套及相互制约方面力度不够, 在引进外资和扩大开放的同时, 对国产数控机床的必要保护显得过于单薄例如, 进口产品可以免除关税和进口环节税, 而国内产品却很少能享受这种待遇同时, 数控机床的发。