数控技术现状及发展趋势

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1、专家讲座课程报告题目名称： 数控技术 学 院： 机械工程学院 专业年级： 机械设计制造及其自动化12级 姓 名： 任庆贺 班级学号： 机制12-2-11 授课教师： 范久臣 二一五 年 十一月 十三 日1 数控技术发展现状111 国外数控技术发展现状112 国内数控技术发展现状32 数控技术发展趋势621 高速、高精度化622 智能化、开放式、网络化723 环保化824 采用五轴联动加工和复合快速力825 重视新技术标准、规范的建立93 对我国数控技术和产业化发展的战略思考104 自身发展101 数控技术发展现状11 国外数控技术发展现状20世纪 人 类 社 会 最 伟 大 的 科 技 成果是

2、计算机的发明与应用，计算机及控制 技 术 在 机 械 制 造 设 备 中 的 应 用 是 世 纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备涉及：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有1020万台，产值上百亿美元。 “十五“刚刚开始，国防科工委就明确提出 了 在 军 工 公司 中 投 入68亿 元，用 于 对12 18万 台 机 床 的 数 控 化 改造。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40左右，另一方面是德国的西门子公

3、司约占15以上，再 次 是 德 海 德 汉 尔、西 班 牙 发 格、意 大利菲地亚、法国的NUM、日本的三菱、安川。国 产 数 控 系 统 厂 家 主 要 有 华 中 数控、北 京 航 天 机 床 数 控 集 团、北 京 凯 恩帝、北 京 凯 奇、沈 阳 艺 天、广 州 数 控、南京 新 方 达、成 都 广 泰 等，国 产 数 控 生 产厂 家 规 模 都 较 小，年 产 都 还 没 有 超 过300400套。 国外具有世界影响力的机床公司有很多，在此重点介绍以下几家。 (1)日本山崎马扎克公司开发出了2种可使用长镗杆切削工件的复合加工机床，一种是以卧式车床为原型，与卧式加工中心(MC)组合而

4、成的卧式复合加工机床“INTEGREX e一650H II”；另一种是以立式车床为原型，与立式MC组合而成的立式复合加工机床“INTEGREX e一1060V8 II RAM”。 INTEGREX e II系列装载了MAZATROL MATRIX以及各种新功能，以Mark II为名称，是对2l世纪的制造工厂带来革命性冲击的划时代的复合加工机。其重要特点是主轴最高转速1 600 rmin，快移速度40 mmin，刀具库容量40把，刀具更换时间(刀到刀)18 s(刀具质量20 kg以下)。 新的卧式复合加工机床在MC端的主轴轴头上安装一个带有长849 mm镗杆的“长镗杆架”。该镗杆架自顶端起依次由

5、刀具、长柄和刀架组成。该镗杆架的后端有4个固定位置，由操作人员将其装在MC一侧设计有相同固定位置的主轴轴头上。MC一侧的主轴除从机床正面观测处在纵深方向的y轴外，尚有一个B轴(位于l，轴四周的轴)。l，轴的可动范围为650mm，B轴的转动范围在1800以上。长镗杆架与MC一侧的主轴轴头的上述动作联动。 在由车床主轴(工件主轴)固定的工件外周上可以加工任意角度的轴孔。并且还能在最后形成的轴孔内径上切削沟槽等。 而立式复合加工机床并没有在MC主轴轴头上安装用于镗杆加工的刀架，而是沿着机床立柱在主体垂直方向安装一个供镗杆使用的柱塞。这种柱塞具有900 mm的行程，固定在镗杆杆头上的刀具在工件内面可达

6、成900 mm的深度。同时还配备供钻孔加工工具专用的自动工具更换装置(ATC)，从进料斗中准备的6种工具中选择并固定所使用的工具的工作由ATC自动完毕。该ATC是在MC一侧的ATC之外此外设计的。 立式复合加工机床采用由MC主轴和钻孔柱塞组成的“双头”结构。因此，在其中一方进行切削的过程中，通过让另一方移至可动范围之外处在待机状态，防止两者互相干扰。 (2)美国法道VMC4020C机床是由上海法道机床有限公司严格按照美国法道公司的技术标准在国内组装生产。其具有168 kW(225 hp)强大的主轴电动机在全转速范围内提供稳定的扭矩输出。主轴采用无齿轮双速电子调速系统，更宽的调速范围提供更好的运

7、营特性。主轴转速最高可达成7 500 rrain。采用获得专利的刀柄拉杆机构，保证刀具在强力切削中的锁紧。无论是切削钢件还是铝件，都保证其有充足的动力，既可重切削又可高速切削。剐性攻丝在1501 500 rmin高速下可保证螺矩和深度精度，且不须额外配备攻丝夹头。床身采用整体铸造，内部遍布网状加强筋结构。重型铸铁的矩型导轨提供更大的接触面，实现最佳的减振性能和刚性。伺服电动机采用世界名品BALDO电动机，高达16 900 N的轴推力，有着高的安全可靠性。机床所有采用直径达成40 mm的日本精工滚珠丝杠，在低速下提供工作台的高速移动，延长丝杠寿命，允许长时间重载运营。工作台的承载能力可达成1 7

8、00 kg。加高的z轴立柱，有着长达711mm的垂直行程。主轴端面到工作台面距离可达102813 nun。可容纳21把刀具的全封闭刀库，最大刀具直径(邻位无刀具)可达成152 mill，刀具最大重量可达68 kg。 (3)CNC613240数控车床配备西门子(SINUMERIK 801)系统和交流伺服单元，采用自动刀架及手压式润滑系统。该机床床身导轨采用超音频淬火工艺，最大工件回转直径为400 mill，耐磨性强，精度保持性好；主轴系统结构先进，回转精度高，抗振性好，主轴转速范围1001 600 rmin，具有运营平稳、工作可靠、精度高、功能丰富、操作方便、应用范围广等特点，能自动完毕开深槽、

9、坯料去除、螺纹车削、深孔、弹性攻丝等，都可以通过固定的车削循环以及丰富的编程指令集来实现。适合于多品种、中小批量产品的加工。 (4)德马吉(DMG)公司生产的CTX 310 ECO通用车床其主轴驱动在无级可调情况下，转速可达5 000rmin，输出功率为ll kW，扭矩为112 NIll，可为书51200 mm直径范围的高规定车削操作提供最佳的前提条件。在此，主轴上的直接测量系统与可供选择的法那科或西门子提供的高端CNC控制器相结合，提供最高的定位精度。 此外，在标准配置中就已拥有德马吉的创新产品1个带有12个刀位的VDI 30刀塔，其中的6个刀位可以选配动力刀具并配置C轴。除此之外，用于轴加

10、工的可编程移动的尾座也包含在标准配置中；标准配置中还涉及在所有轴上用于保证工艺稳定性及工件加工精度的直线滚动导轨。每根轴均配有数字驱动装置，它使x轴的快移速度可达成24 mmin，Z轴的快移速度可达成30 mmin。 在操控方面，无论是CTX 310 ECO还是CTX 510ECO，都采用西门子和发那科的高科技三维CNC数控系统，同时还提供最大可达15英寸的彩色LCD操作显示器，标准键盘和电子控制手轮。除了在任何情况下都极具说服力的硬件配置，CTX 310 ECO和CTX510 ECO外，尚有若干在现场信息领域内支持操作人员对车床进行舒适操控的软件，其中涉及整合在西门子控制系统中的ShopTu

11、m图形化编程软件以及法那科控制系统中的Manual Guide i图形化编程软件。ECO系列产品在操控方面的其他过人之处在于强大的刀具管理以及直观的图形界面设立，还具有强大的图形界面故障诊断功能。12 国内数控技术发展现状 我国数控技术起步于20世纪50年代末期，经历了初期的封闭式开发阶段，“六五”、“七五”期间的消化吸取、引进技术阶段，“八五”期间建立国产化体系阶段，“九五”期间产业化阶段，现已基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。目前，较具规模的公司有广州数控、航天数控、华中数控等，生产了具有中国特色的经济型、普及型数控系统。经

12、半个世纪的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被用户认可，在市场上站稳了脚跟。但是由于系统技术含量低，产生的附加值少，不具有与进口系统进行全面抗衡的能力，只在低端市场占有一席之地，还不能为我国数控产业起到支撑的作用，与国外相比，尚有不小的差距。重要问题有以下几方面： (1)技术创新成分低、消化吸取能力局限性目前我国数控技术的研究重要还是依照国外开发的一些模式按部就班地进行。真正创新的成分不多，对国外技术的依赖度较高，对所引进技术的消化依旧停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有完全形成产品自主开发能力和技术创新能力。技术引进是加快我国控技术发展的一条重要途径，但引进的技术要实现从主线上

13、提高我国数控技术水平，必须进行充足的消化吸取。消化吸取的力度不强，不仅无法摆脱对国外技术的依赖，并且还会导致对国外技术依赖性增强的反作用。 (2)技术创新环境不完善我国尚未形成有助于公司技术创新的竞争环境。公司技术创新的动力来源于对经济利益的追求和外部市场的竞争压力，其技术创新意识不强。公司还没有建立良好的技术创新机制，绝大部分公司的技术创新组织仍处在一种分散状态，很难取得高水平的科研成果。 (3)产品可靠性、稳定性不高可靠性的指标一般采用平均无端障时间(MTBF，单位为h)，国外数控系统平均无端障时间在10 000 h以上，国产数控系统平均无端障时间仅为3 0006 000 h。这使得可靠性

14、、稳定性上就与国外技术相差很大，必然影响产品的市场占有率。 (4)网络化限度不够我国数控技术的网络化限度不够，目前重要用于NC程序传送，采用纸带阅读器、串口通讯技术，其集成化、远程故障排除、网络化水平有限。 (5)体系结构不够“开放” 大部分数控产品体系结构不够开放，用户接口不完善，少数具有开放功能的产品又不能形成真正的产品，只是停留在实验、试制阶段。用户不能根据自己的需要将积累的技术经验融入到系统中，无形中流失了很多对数控技术改善、创新和完善的资源。 针对以上存在的局限性，国内机床公司厂家作出了很大的努力。目前，较具规模的公司有广州数控、航天数控、华中数控等，生产了具有中国特色的经济型、普及

15、型数控系统。下面作简朴的介绍。 (1)华中“世纪星”数控系统在功能和配置方面远优于国外普及型数控系统。特别是在多轴(9轴)联动、三维图形显示、动态仿真、大容量程序内存、双向螺距补偿、汉字界面、网络功能、开放体系结构、哪彩色脚糕LWO豁f貉-。 ，一平昂-朋洲Repons综述薄形显示器等配置方面，已达成国外高档系统(如FANUC18、SIMENSE一840)的水平。 众所周知，国外的高档数控系统价格非常昂贵，如意大利Fidia仿形数控系统价格为60一70万元人民币，英国的雷尼绍仿形测头价格高达28万元人民币；德国Walter的数控工具磨床，仅一种刀具的编程软件即需l万美元。而华中数控与菲地亚相同档次的仿形数控系统价格约仅为其13。此外，若进口五轴联动以上的数控系统，还受到西方政府的管制，要对最终用户和最终用途进行调查，限制其使用，若认为与军事工业有关，则不予批准。即使我国民用工业能购进口这类设备，其价格