数控机床的发展趋势论文

数控机床的发展趋势论文内容摘要：

成电路，硬件高度集成，体积小，进一步提高了系统可靠性。 (5)使用维修方便。 cNc 装置有诊断程序．当数控系统出现故障时，能显示出故障信息，使操作和维修人员能了解故障部位，减少了维修停机时间。 cNc 装置有零件程 序编辑功能，程序编制很方便。 有的 cNc 装置还有对话编程和蓝图编程功能，使程序编制简便。 零件程序编好后，可显示程序，甚至通过空运行将刀具轨迹显示出来，检验程序的正确性。 (6)基于 Pc 平台的机床数控系统大大缩短了滞后期，像触摸屏幕输入、声控输人、联网通信、超大容量存储等新性能，只要用户需要．基于 Pc 平台的机床数控系统都能提供。 国产数控机床现状及发展趋势 摘要： 在国际贸易中，数控机床作为高技术附加值和高利润的主要机电一体化出口产品，不仅能增加出口创汇，更加体现了国家的工业发展水平。 分析了国内数控 机床产业的现状，总体上与国际先进水平差距明显，并对将来的发展趋势做些探讨。 0 引言 20 世纪 80 年代初，国内先后从日本、美国等国引进了一些 CNC 装置及主轴、伺服系统的生产技术，并陆续投入了批量生产，从而结束了数控机床发展徘徊不前的局面，推动了数控机床的发展。 到 20 世纪 90 年代初，国内的数控机床及数控系统的生产具有了一定的规模，但前进中的数控机床产业正面临十分严峻的形势。 进入 WTO 后，中国将进入日趋完善的国内外相统一的大市场，大量数控机床及数控系统进口，将对发展中的数控产业造成巨大的冲击。 2020 年开始 ，中国已成为全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。 随着，“数字制造”这一新理念被引入中国制造业，有必要对国内数控机床产业的现状及趋势做些探讨。 1 数控机床的概念 数控机床就是在数字控制下，能在尺寸精度和几何精度两方面完成金属毛坯零件加工成所需要形状的工作母机的总称。 数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。 2 国产数控机床的发展现状 国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小 数控机床是当代机械制造业的主流装备，国产数控机床的发展经历了 30 年跌宕起伏，已经由 成长期进入了成熟期，可提供市场 1,500 种数控机床，覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域，产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。 特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。 其中，五轴 (坐标 )联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。 它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工，是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关 键加工设备。 五轴联动数控机床的应用，其加工效率相当于 2 台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。 国产五轴联动数控机床品种日趋增多，国际强手对中国限制的五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床、五轴落地铣镗床等均在国内研制成功，改变了国际强手对数控机床产业的垄断局面。 国产数控机床存在的问题 由于中国技术水平和工业基础还比较落后，数控机床的性能、水平和可靠性与工业发达国家相比，差距还是很大，尤其是数控系统的控制可靠性还较差，数 控产业尚未真正形成。 因此加速进行数控系统的工程化、商品化攻关，尽快建成与完善数控机床和数控产业成为当前的主要任务。 目前主要问题有： 核心技术严重缺乏 统计数据表明，数控机床的核心技术 — 数控系统，由显示器、控制器伺服、伺服电机和各种开关、传感器构成，中国 90%需要国外进口。 如在上海设厂的德国吉特迈集团和意大利利雅路机床集团，在烟台建厂的韩国大宇综合机械株式会社，所有的核心技术都被外方掌握。 国内能做的中、高端数控机床，更多处于组装和制造环节，普遍未掌握核心技术。 国产数控机床的关键零部件和关键技术主要依赖进口，国 内真正大而强的企业并不多。 目前世界最大的 3 家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。 国内有华中数控、航天数控等。 国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。 高档次的系统全都是进口。 华中数控近几年发展迅速，软件水平相当不错，但在电器硬件方面还需进一步提高。 目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。 数控功能部件是另外一个薄弱环节。 某种意义上说，功能部件将构筑 21 世纪现代数控机床。 功能部件的性能和价格决定了数控机床的性能和价格。 功能部件不是机床附件，它是数控机床的核心代表。 国产数 控机床的主要故障大多出在功能部件上，它是影响国产数控机床使用的主要根源。 从国产数控机床的开发和使用来看，功能部件急需技术攻关。 特别在数控刀具滞后现象反映相当强烈。 国产数控刀具在寿命、可靠性等方面差距明显，无论在品种、性能和质量上都远远不能满足用户要求。 由于国产刀具品种少、寿命低，严重影响数控机床效率的发挥。 调研企业进口的数控机床，配用大量进口数控刀具，由于价格昂贵，用户不堪负担。 数控立、卧回转工作台，数控分度盘和数控电动刀架等数控功能部件市场中海外商家也稍胜一筹。 民族品牌与国际品牌差距明显 2020 年 6 月 一份广东机床用户的抽查情况透露，在数控机床的各个品牌之中，用户对欧洲、日本、美国、韩国和中国台湾等数控机床品牌的关注度已占全部市场的 60%以上。 品牌知名度上的差距，导致用户在选择加工设备时把更多的机会给了海外数控机床行业的一些“实力派”。 如哈尔滨某发动机 (集团 )有限公司的缸体生产线是一条全自动加工线，其粗加工选用韩国大宇重工的专机自动线，精加工则选用了英国 CROSS HULLE 公司的专机自动线，缸盖加工线是由德国 Cross. Huller 公司制造的高速加工中心和专机自动线、德国产的全自动在线测量机、日本产的 全自动密封检测机和清洗机组成的。 曲轴生产线为全自动柔性流水生产线，精加工线由日本的数控高速 CBN 磨床、动平衡机、抛光机等组成。 技术创新和成果转化与市场脱节 适销对路的产品是企业在市场竞争中取胜的根本。 技术创新是产品满足市场需要的关键。 多数企业在确定数控技术创新项目上没有突出重点，市场定位不明确，不能集中力量，突破重点，带动整体，项目安排带有盲目性。 首先，盲目跟随国际技术潮流增加生产能力。 数控机床产业本身的水平关键要看创新能力、人员素质和企业素质的提高。 近年来的改制、改组已有一些初步成效，来之不易。 在面对 市场需求增加的同时，还是要清醒看市场，稳妥求发展，还是要抓前、抓后 (即抓开发、抓销售、抓质量、抓服务 )，慎重抓能力。 中国要成为制造市场，而不是加工市场，机床行业也应正确看待这个问题。 否则就造成科技攻关的新产品差距仍然很大，浪费了有限的人力物力；其次技术创新取得成果后，缺乏市场化的全面安排，质量保证体系的不健全，尚未制定相应的规范和标准，制造工艺研究严重滞后。 造成数控机床市场占有率逐年下降；再次，不重视质量和服务。 机床行业是第 1 个提出质量承诺声明的行业，在市场好转的时候，企业对质量和服务更要重视，对用户更加 周到和热情，一个企业的品牌往往是在市场好的时候树立的，也往往是在市场好的时期丢掉的。 缺乏先进的管理机制 多数企业都受到生产经营缺乏动力、自我约束机制不健全、劳动生产率低下等问题的严重困扰。 适应市场经济需求的以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成，缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境，无法有效整合相关技术、产业和资源优势，形成合力开展联合攻关，共同打造技术创新平台。 所以必须按照经济发展的客观要求，建立以公司法人为主要内容的现代企业制度。 真正确立以用户为中心的市场经济观念，认真调整产品结构和组织 结构。 真正让市场在资源配置中起基础作用。 3 国内数控机床的发展趋势 根据 2020 年 10 月，完成的《数控机床产业发展专项规划》。 国内数控机床大致发展趋势表现在以下几方面： 智能、高速、高精度化 新一代数控机床为提高生产效率，向超高速方向发展，采用新型功能部件 (如电主轴、直线电机、 LM 直线滚动系统等 )主轴转速达 15,000r/min 以上。 计算机技术及其软件控制技术在机床产品技术中占的比重越来越大，计算机系统及其应用软件的复杂化，带来了机床系统及其硬件结构的简化，数控机床的智能化程度日趋提高。 一台机床的重复定位 精度如果能达到 mm(ISO 标准、统计法 )，就是一台高精度机床，在 (ISO 标准、统计法 )以下，就是超高精度机床。 高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。 随着电脑辅助制造 (CAM)系统的发展，精密度已达到微米级。 设计、制造绿色化 绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。 它在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下，系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响，从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小，资源利用率最高。 数 控机床在设计时要考虑：绿色材料设计；可拆卸性设计；节能性设计；可回收性设计；模块化设计；绿色包装设计等。 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，通过绿色生产过程生产出绿色产品。 数控机床在制造时要考虑：节约资源的工艺设计；节约能源的工艺设计；环保型工艺设计等。 随着世界经济的迅速发展，尤其是国内改革开放以来工业化程度的加快，所带来的环境污染问题越来越严重，环境保护的呼声越来越高，环保问题已经成为各国经济可持续发展的制约因素之一。 数控机床作为装备制造业的核心，能否顺应环保趋势，加大绿色设计与制造的 研制，将是影响经济发展的重要要素之一。 复合化与系统化 工件一次装夹，能进行多种工序复合加工，可大大地提高生产效率和加工精度，是机床一贯追求的。 由于产品开发周期愈来愈短，对制造速度的要求也相应提高，机床也朝高效能发展。 机床已逐渐发展成为系统化产品，用一台电脑控制一条生产线的作业。 产品对外观曲线要求的提高，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。 数控系统发展趋势 (1)数控系统向开放式体系结构发展。 计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快地更新换代。 许多数控系统生产厂 家利用 Pc 机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有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易地实现智能化、网络化。 ，开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。 开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的．数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。 同时，这种 数控系统可随 cPu 升级而升级，而结构可以保持不变。 (2)数控系统向软数控方向发展。 ①传统数控系统，如 FANuc o 系统、 MITStJBISHI M50 系统、 SIN!』 MERlK 810M,7／ c 系统等，是一种专用的封闭体系结构的数控系统。 目前，这类系统还是占领了制造业的大部分市场。 但由于开放式体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正在受到挑战，已逐渐减小。 ②“ Pc 嵌人 Nc”结构的开放式数控系统，如 f39。 ANuc 18i 和 16l、 SINUMERig 840D、Nutr1060、 AB 9／： 360 等，是数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品．具有一定的开放性。 但它的 Nc 部分仍然是传统的数控系统，用户无法介人数控系统的核心。 这类系统结构复杂，功能强大，价格昂贵。 ⑧“ Nc 嵌人 Pc”结构的开放式数控系统。 它由开放式体系结构运动控制卡和 Pc机共同构成。 这种运动控制卡通常选用高速 DSF’作为 cPu，具有很强的运动控制和 PLc控制能力。 它本身就是一个数控系统，可以单独使用。 它开放的函数库供用户在 wlNDOws台下自行开发构造所需的控制系统，因而，这种开放式体系结构运动控 制卡被广泛应用于制造业自动化控制的各个领域。 ④ SOFT 型开放式数控系统。 这是一种最新开放式体系结构的数控系统。 它提供给用户最大的选择和灵活性，它的 cNc 软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部 I／ O 之间的标准化通用接口。 就像计算机中可以安装各种品牌的声卡和相应的驱动程序一样。 用户可以在 wINDOWS NT 平台上，利用开放的 cNc 内核开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统，与前几种数控系统相比， SO 订型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。 通过软件智能替代复 杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。 其典型产品有美国 MDsI 公司的 Open cNc、德国 P0werAutomatlon公司的 P．～ 8000 NT 等。 (3)数控系统控制性能向智能化方向发展。 随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统，使自诊断和故障监控功能更趋完善。 为日本 Mazak 公司最新 推出的 E— zIIOH 型卧式加工中心，将信息技术与制造技。