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數(shù) 控 技 術(shù)
1、當(dāng)前世界NC機(jī)床的研究現(xiàn)狀
世界各國(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床、加工中心以至FMS、CIMS等各種新技術(shù)的研究與發(fā)展進(jìn)程，是與世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)緊密相連的。機(jī)床工業(yè)有世界經(jīng)濟(jì)相互促進(jìn)和發(fā)展，進(jìn)入21世界知識(shí)機(jī)警時(shí)代，人們的知識(shí)所起的作用更加突出，而機(jī)床工業(yè)作為機(jī)器制造業(yè)的基礎(chǔ)，其重點(diǎn)地位與戰(zhàn)略意義也更加明顯。在1991—1994年間，世界經(jīng)濟(jì)衰退，昂貴的FMS，CIMS降溫，1995—2000年間，世界經(jīng)濟(jì)在低速增長(zhǎng)，根據(jù)當(dāng)前世界市場(chǎng)各方面用戶為提高生產(chǎn)率對(duì)NC機(jī)床的要求以及世界四大國(guó)際機(jī)床展（歐洲的EMO、美國(guó)的IMTS、日本的JIMTOF、中國(guó)的CIMT）上展品的分析，當(dāng)前世界NC機(jī)床的技術(shù)研究主要有以下幾點(diǎn)：
（1）、更加重視新技術(shù)和創(chuàng)新
在世界范圍內(nèi)，對(duì)新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)、新單元、新元件的研究開(kāi)發(fā)工作正在大力開(kāi)展，如新的刀具材料、新的主軸結(jié)構(gòu)、高速電主軸、高速直線電機(jī)等的開(kāi)發(fā)研究。以加工工藝的改進(jìn)創(chuàng)新為基礎(chǔ)，為加工超硬、難切削材料及特殊復(fù)合材料及復(fù)雜零件、不規(guī)則曲面等在不斷研究開(kāi)發(fā)新機(jī)種。
（2）、提高機(jī)床加工的精度和研究
為了提高加工中心的加工精度，不斷提高機(jī)床的剛度、減少振動(dòng)，消除熱變形，降低噪聲，提高NC機(jī)床的定位精度、重復(fù)精度、工作可靠性、穩(wěn)定性、精度保持性，世界很多國(guó)家都在進(jìn)行機(jī)床熱誤差、機(jī)床運(yùn)動(dòng)及負(fù)載變形誤差的軟件補(bǔ)償技術(shù)研究，并采取精度補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償?shù)却胧┘右愿纳疲械囊呀?jīng)可以使此類誤差消除60%。并在不斷開(kāi)發(fā)精細(xì)加工，納米加工。
（3）、提高機(jī)床加工生產(chǎn)率的研究
世界NC機(jī)床、加工中心及相應(yīng)的高速點(diǎn)主軸、直線電機(jī)、測(cè)量系統(tǒng)、NC系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，均以提高生產(chǎn)率為前提。
（4）、許多國(guó)家都已經(jīng)開(kāi)始對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的智能化、開(kāi)放化、網(wǎng)絡(luò)化研究
A、數(shù)控系統(tǒng)的智能化的研究
主要表現(xiàn)在：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，對(duì)加工過(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成進(jìn)行研究；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，對(duì)反饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等進(jìn)行研究；還有智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面、智能診斷、智能監(jiān)控等方面的研究。
B、數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化研究
主要表現(xiàn)在：數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終擁護(hù)，通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控對(duì)象），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通行規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開(kāi)發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。
C、數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式的基礎(chǔ)單元。
2、加工中心的分類
（1）按主軸加工時(shí)的空間位置分類有：臥式和立式加工中心。
臥式加工中心，是指主軸軸線水平設(shè)置的加工中心。臥式加工中心一般具有3—5個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，常見(jiàn)的是三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸（回轉(zhuǎn)工作臺(tái)），它能在工件一次裝夾完成除安裝面和頂面以外的其余4個(gè)面的加工，最適合加工箱體類工件。它與力式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，質(zhì)量大，價(jià)格高。
立式加工中心，立式加工中心主軸的軸線為垂直設(shè)置，其結(jié)構(gòu)多為固定立柱式，工作臺(tái)為十字滑臺(tái)，適合加工盤(pán)類零件，一般具有3個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，并可在工作臺(tái)上安置一個(gè)水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)（第4軸）來(lái)加工螺旋類零件。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，價(jià)格低，配備各種附件后，可進(jìn)行大部分工件的加工。
大型龍門(mén)式加工中心，主軸多為垂直設(shè)置，尤其使用于大型或形狀復(fù)雜的工件，像航空、航天工業(yè)及大型汽輪機(jī)上的某些零件的加工都需要用這類多坐標(biāo)龍門(mén)式加工中心。
五面加工中心，這種加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個(gè)面的加工，這種加工方式可以使工件的形狀誤差降到最低，省去二次裝夾工作，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。
（2）按工藝用途分類有：
鏜銑加工中心，分為立式樘銑加工中心、臥式樘銑加工中心和龍門(mén)樘銑加工中心。其加工工藝以樘銑為主，用于箱體，殼體以及各種復(fù)雜零件特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工，適合多品種小批量生產(chǎn)。
復(fù)合加工中心，主要指五面復(fù)合加工，主軸頭可自動(dòng)回轉(zhuǎn)，進(jìn)行立，臥加工，在主軸自動(dòng)回轉(zhuǎn)后，在水平和垂直方向?qū)崿F(xiàn)知道變換。
（3）按特殊功能分類有：
單工作臺(tái)、雙工作臺(tái)加工中心；
單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心；
立式轉(zhuǎn)塔加工中心和臥式轉(zhuǎn)塔加工中心；
刀庫(kù)加主軸換刀加工中心；
刀庫(kù)接寫(xiě)手加主軸換刀加工中心；
刀庫(kù)加機(jī)械手加雙主軸轉(zhuǎn)塔加工中心。
3、當(dāng)今數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)：
目前，世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正在朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。
（1）.高速度、高精度化速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。同時(shí)，采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，即提高插補(bǔ)運(yùn)算的速度和精度。并采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的直線伺服進(jìn)給方式，其高速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性相當(dāng)優(yōu)越。采用前饋控制技術(shù)，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。
為適應(yīng)超高速加工的要求，數(shù)控機(jī)床采用主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了變頻電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸一體化，主軸電機(jī)的軸承采用磁浮軸承、液體動(dòng)靜壓軸承或陶瓷滾動(dòng)軸承等形式。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開(kāi)始得到應(yīng)用。
（2）.多功能化配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)(刀庫(kù)容量可達(dá)100把以上)的各類加工中心，能在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床還采用了多主軸、多面體切削，即同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工。數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多CPU結(jié)構(gòu)和分級(jí)中斷控制方式，即可在一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行零件加工和程序編制，實(shí)現(xiàn)所謂的“前臺(tái)加工，后臺(tái)編輯”。為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的要求，數(shù)控系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離串行接口，甚至可以聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。
（3）.智能化現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過(guò)程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。具有自診斷、自修復(fù)功能，在整個(gè)工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采用停機(jī)等措施，并進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。還可以自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊，以確保無(wú)人化工作環(huán)境的要求。為實(shí)現(xiàn)更高的故障診斷要求，其發(fā)展趨勢(shì)是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。
（4）.數(shù)控編程自動(dòng)化隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD／CAM圖形交互式自動(dòng)編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，再經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和后置處理，從而自動(dòng)生成NC零件加工程序，以實(shí)現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了CAD／CAPP／CAM集成的全自動(dòng)編程方式，它與CAD／CAM系統(tǒng)編程的最大區(qū)別是其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫(kù)獲得。
（5）.可靠性最大化數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，來(lái)提高可靠性。通過(guò)硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時(shí)采用硬件結(jié)構(gòu)機(jī)床本體的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。還通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。利用報(bào)警提示，及時(shí)排除故障；利用容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)重要部件采用“冗余”設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)故障自恢復(fù)；利用各種測(cè)試、監(jiān)控技術(shù)，當(dāng)生產(chǎn)超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。
（6）.控制系統(tǒng)小型化數(shù)控系統(tǒng)小型化便于將機(jī)、電裝置結(jié)合為一體。目前主要采用超大規(guī)模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規(guī)?？s小系統(tǒng)的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器替代傳統(tǒng)的陰極射線管，將使數(shù)控操作系統(tǒng)進(jìn)一步小型化。這樣可以方便地將它安裝在機(jī)床設(shè)備上，更便于對(duì)數(shù)控機(jī)床的操作使用。
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