國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及數(shù)控知識(shí)畢業(yè)論文

word文檔可自由復(fù)制編輯第一章國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及數(shù)控知識(shí)簡(jiǎn)介一、國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀1.1國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床近幾年發(fā)展我國(guó)的數(shù)控機(jī)床無(wú)論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)可供市場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床有1500種，幾乎覆蓋了整個(gè)金屬切削機(jī)床的品種類別和主要的鍛壓機(jī)械。這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。近年來(lái)我國(guó)機(jī)床行業(yè)不斷承擔(dān)為國(guó)家重點(diǎn)工程和國(guó)防軍工建設(shè)提供高水平數(shù)控設(shè)備的任務(wù)。如國(guó)產(chǎn)XNZD2415型數(shù)控龍門混聯(lián)機(jī)床充分吸取并聯(lián)機(jī)床的配置靈活與多樣性和傳統(tǒng)機(jī)床加工范圍大的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)兩自由度平行四邊形并聯(lián)機(jī)構(gòu)形成基礎(chǔ)龍門，在并聯(lián)平臺(tái)上附加兩自由度串聯(lián)結(jié)構(gòu)的A、C軸擺角銑頭，配以工作臺(tái)的縱向移動(dòng)，可完成五自由度的運(yùn)動(dòng)。該構(gòu)型為國(guó)際首創(chuàng)?；赗T一Linux開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)具有的實(shí)時(shí)性和可靠性，能在同一網(wǎng)絡(luò)中與多臺(tái)PLC相連接，可控制機(jī)床的五軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。該機(jī)床的作業(yè)空間4.5mx1.6mx1.2m，A軸轉(zhuǎn)角±1050,C軸連續(xù)轉(zhuǎn)角0一4000，主軸轉(zhuǎn)速(無(wú)級(jí))最高10000r/min，重復(fù)定位精度±0.01mm，可實(shí)現(xiàn)三維立體曲面如水輪機(jī)葉片，導(dǎo)葉的五軸聯(lián)動(dòng)高速切削加工。超精密球的加面車床為陀螺儀工提供了基礎(chǔ)設(shè)備，這類車床也可用于透鏡模具、照相機(jī)塑料鏡片、條型碼閱讀設(shè)備、激光加工機(jī)光路系統(tǒng)用聚焦反射鏡等產(chǎn)品的加工。高速五軸龍門銑床采用銑頭內(nèi)油霧潤(rùn)滑冷卻、橫梁預(yù)應(yīng)力反變形控制等技術(shù)。這類銑床可用于航空、航天、造船、水泵葉片、高檔模具等的加工。目前我國(guó)已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機(jī)床。同時(shí)，我國(guó)也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床和高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)的行列。目前我國(guó)已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在8000—10000r/min以上的數(shù)控機(jī)床。我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)近年來(lái)大力推廣應(yīng)用CAD等技術(shù)，很多企業(yè)已開(kāi)始和計(jì)劃實(shí)施應(yīng)用ERP、MRPII和電子商務(wù)?！笆濉逼陂g我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局資料，2005年我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)合計(jì)完成工業(yè)總產(chǎn)值l260億元人民幣，是“九五”末期的23倍；產(chǎn)品售收人1213億元，是“九五”末期的239倍。中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)公布的數(shù)據(jù)表明，在去年全行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值中，金屬加工機(jī)床銷售超過(guò)400億元人民幣，自2002年起連續(xù)三年銷售額已居日本、德國(guó)、意大利之后，排名第四位。據(jù)國(guó)內(nèi)數(shù)控專家介紹，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展。世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而我國(guó)從上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始起步，仍處于發(fā)展階段。據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)，“十五”期間，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺(tái)，2002年24803臺(tái)，2003年36813臺(tái)，2004年51861臺(tái)，是2001年的3.7倍，平均年增長(zhǎng)39%；2005年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量59639臺(tái)，接近6萬(wàn)臺(tái)大關(guān)，是“九五”末期的424倍。業(yè)內(nèi)人士指出，“十五”期間，我國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場(chǎng)需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快，汽車和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛，外商投資企業(yè)增長(zhǎng)速度加快所致。與機(jī)床迅猛發(fā)展的現(xiàn)狀相比，作為機(jī)床“心臟部件”的數(shù)控系統(tǒng)，2005年銷量雖然超過(guò)3萬(wàn)臺(tái)，但處于低檔的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)占據(jù)較大比重。業(yè)內(nèi)專家不無(wú)憂慮地表示，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)近幾年雖有很大發(fā)展，但仍無(wú)法阻止進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)壟斷的局面。從2002年起，我國(guó)就步入世界最大的機(jī)床消國(guó)同和最大進(jìn)口國(guó)，僅以2004年為例，我國(guó)機(jī)床消費(fèi)量占世界機(jī)床產(chǎn)值的20%。2005年消費(fèi)量仍在增長(zhǎng)。在我國(guó)機(jī)床消費(fèi)額中，進(jìn)口機(jī)床占據(jù)了半壁江山，其中絕太多數(shù)是數(shù)控機(jī)床。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國(guó)家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國(guó)內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了10-15年。同時(shí)我國(guó)在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對(duì)滯后，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒(méi)有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場(chǎng)營(yíng)銷能力和經(jīng)營(yíng)管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，我國(guó)進(jìn)口的數(shù)控系統(tǒng)基本為德國(guó)西門子（SIMENS）和日本發(fā)那科（FANUC）兩家公司所壟斷，這兩家公司在世界市場(chǎng)的占有率超過(guò)80%。在國(guó)內(nèi)尚無(wú)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)高端數(shù)控系統(tǒng)替代的前提下，西門子和發(fā)那科擁有絕對(duì)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。加上高性能數(shù)控系統(tǒng)具有超越經(jīng)濟(jì)價(jià)值的戰(zhàn)略意義，發(fā)達(dá)國(guó)對(duì)出口中國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)始終有所限制，甚至像五軸聯(lián)動(dòng)以上的高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品絕對(duì)禁止向中國(guó)出口。1.2我國(guó)發(fā)展數(shù)控機(jī)床存在的問(wèn)題我國(guó)于1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過(guò)程大致可分為兩大階段。在1958—1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過(guò)關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無(wú)法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問(wèn)題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國(guó)、臺(tái)灣省共11國(guó)家(地區(qū))引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、多軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問(wèn)題包括：缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。主要概括為以下四個(gè)方面的原因：（1)缺乏政府相關(guān)政策的引導(dǎo)。我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化低，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)相比仍有很大差距。2004年，我國(guó)金屬加工機(jī)床消費(fèi)額達(dá)到了95億美元，占世界總量的1/5。其中，進(jìn)口份額占63%，數(shù)控機(jī)床進(jìn)口額34億美元，占全部進(jìn)口金屬切削機(jī)床的78.6%。缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣的指引。（2）先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)卻未消化。對(duì)國(guó)外技術(shù)重引進(jìn)、輕消化吸收的問(wèn)題仍很突出。據(jù)有關(guān)方面介紹，韓國(guó)用1美元引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，用5美元進(jìn)行消化吸收，而中國(guó)用1美元引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，用0.2美元進(jìn)行消化吸收。要注重國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收與自主創(chuàng)新能力提高的有機(jī)結(jié)合。（3）缺乏高素質(zhì)專家人才。嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，造成數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新能力不足。美、德、日三國(guó)是技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。美國(guó)的特點(diǎn)是網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。（4）產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合體系未形成。適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求的以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系尚未形成，無(wú)法有效整合相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和資源優(yōu)勢(shì)，形成合力開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)，共同打造技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造的配套環(huán)節(jié)、集成技術(shù)和制造工藝等方面比較落后。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大型高性能超精機(jī)床每年生產(chǎn)不足千臺(tái)，不到德國(guó)、日本的1/20。二、國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀2.1機(jī)電一體化產(chǎn)品在國(guó)外迅猛發(fā)展的原因機(jī)電一體化產(chǎn)品在國(guó)外迅猛發(fā)展主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：1、機(jī)電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已占其機(jī)床總數(shù)的30-40%；工業(yè)機(jī)器人的擁有量在未來(lái)10年將以25-30%的速度增長(zhǎng)。智能機(jī)器人將逐步進(jìn)入生產(chǎn)、流通、信息、辦公、管理、娛樂(lè)、家庭等諸多領(lǐng)域；2、從機(jī)電一體化的單機(jī)向整個(gè)制造過(guò)程的集成化過(guò)渡。將制造系統(tǒng)、分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)、經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)及通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，形成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，這是當(dāng)今世界范圍內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)；3、激光技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化領(lǐng)域。激光技術(shù)與機(jī)械電子技術(shù)相結(jié)合，郎人們常說(shuō)的光機(jī)電一體化，不僅大大擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域，甚至使一些行業(yè)出現(xiàn)重大變革；4、微細(xì)加工技術(shù)與設(shè)各突飛猛進(jìn)。微電子技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的高度發(fā)展，帶動(dòng)了大量高技術(shù)的興起徽細(xì)加工技術(shù)和裝各不僅支持了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)微機(jī)械的誕生和發(fā)展也起到了決定性的作用。2.2數(shù)控機(jī)床發(fā)展情況數(shù)控機(jī)床是集計(jì)算機(jī)、微電子、信息、傳感、測(cè)試、機(jī)械制造技術(shù)為一體的高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，包括數(shù)控金屬切削機(jī)床、鍛壓機(jī)床、鑄造機(jī)械、木工機(jī)床等彀其相關(guān)配套件。目前，數(shù)控機(jī)床主要指的是那些由主機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)配套件組成的金屬切削機(jī)床和鍛壓機(jī)床。2.2.1產(chǎn)量與產(chǎn)值世界數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)量已在15萬(wàn)臺(tái)以上（產(chǎn)值超過(guò)200億美元）總擁有量超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床品種已超過(guò)150種。1992年日本的年產(chǎn)量為32037臺(tái)，約占21%德國(guó)年產(chǎn)量為14758臺(tái)，約占10%；美國(guó)年產(chǎn)量為6663臺(tái)，約占4.4%；原蘇聯(lián)(在1985年時(shí))年產(chǎn)量為17600臺(tái)，約占11.7%；我國(guó)年產(chǎn)7450臺(tái)，約占5%；臺(tái)灣年產(chǎn)5385臺(tái)，約占3.5%。僅日、德、美三國(guó)，年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床就占世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量的36%。日本、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、意大利等六國(guó)1989年金屬切翻機(jī)床的總產(chǎn)值與1980年比，僅增加54%，但同期數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值比1980年刪增加了256%。1990年，日本數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)量已達(dá)61697臺(tái)，年產(chǎn)量的數(shù)控化率為31.8%，年產(chǎn)值的數(shù)控化率為76%。其他五國(guó)的年產(chǎn)量數(shù)控化率均在20%以上，年產(chǎn)值數(shù)控化率均在50%以上。上述六國(guó)擁有量數(shù)控化率在10%以上。1994年日本擁有量的數(shù)控化率為20.8%。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)床廠均生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，普通機(jī)床已逐步甩給第三世界營(yíng)家去生產(chǎn)。在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)中，生產(chǎn)最多的仍然是普通數(shù)控機(jī)床，特別是數(shù)控車床，但發(fā)展最快的則是可以自動(dòng)換刀的加工中心。在近幾年的國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，展品均以加工中心及由加工中心為主體的柔性加工單元及柔性制造系統(tǒng)為主。現(xiàn)在，日本、箍國(guó)、美國(guó)等三國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)約占國(guó)際市場(chǎng)的三分之二。在目前世界機(jī)床擁有量中，高檔(數(shù)控機(jī)床及柔性加工單元)、中檔(非數(shù)控的高效自動(dòng)化機(jī)床)、低檔(手動(dòng)操作的普通機(jī)床)之平均比例約為5：6O：35。在工業(yè)化國(guó)家中，高、中、低檔機(jī)床比例約為10：65：25，高、中檔機(jī)床比重大；在發(fā)展中國(guó)家，高、中、低檔機(jī)床的比例約為1：19：80，低擋機(jī)床的比重高達(dá)60-90%，數(shù)控機(jī)床所古比例不超過(guò)1%。例如，美國(guó)、日本數(shù)控機(jī)床在機(jī)床總擁有量中的比重約為10%，中國(guó)的擁有量數(shù)控化率還不超過(guò)1%。2.2.2政府的重視與支持?jǐn)?shù)控機(jī)床是發(fā)展軍事工業(yè)的戰(zhàn)略物資。眾所周知的1985年“東芝事件”充分反映了數(shù)控機(jī)床在國(guó)防工業(yè)現(xiàn)代化方面所起的至關(guān)重要的作用。由于數(shù)控機(jī)床所處的特殊的戰(zhàn)略地位，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)制訂產(chǎn)業(yè)政策，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)發(fā)展路線、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、投資渠道、設(shè)備折舊制度、進(jìn)口限制、出口鼓勵(lì)、人員培訓(xùn)等方面給予大力支持。(1)日本：日本政府于1956年、1971年和1978年三次制訂和修訂機(jī)械振興法，將數(shù)控機(jī)床列為國(guó)家重點(diǎn)支持的特定產(chǎn)品。(2)美國(guó)：美國(guó)的汽車、機(jī)電、軍事工業(yè)和宇航業(yè)尖端技術(shù)在一段時(shí)期內(nèi)之所以能處于領(lǐng)先地位，一直靠本國(guó)的先進(jìn)機(jī)床工業(yè)支持。(3)意大利：意太利政府于1965年和1983年先后頒布了一系列法規(guī)，通過(guò)貸款和分期付款的方式鼓勵(lì)企業(yè)購(gòu)置國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，為數(shù)控機(jī)床制造廠提供研究開(kāi)發(fā)資金及出口信貸，對(duì)進(jìn)口日本機(jī)床提高關(guān)稅等，促進(jìn)了本國(guó)數(shù)控機(jī)床工業(yè)的迅速發(fā)展。(4)西班牙：70年代西班牙的機(jī)床工業(yè)十分落后，1988年政府開(kāi)始實(shí)施CN一1000NC開(kāi)發(fā)計(jì)劃，使得效控機(jī)床發(fā)展很快，從而帶動(dòng)了汽車、飛機(jī)等制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的出口也有很大增長(zhǎng)。西班牙在歐洲、南美洲和亞洲都占有一定的機(jī)床市場(chǎng)。(5)印度：印度是一個(gè)農(nóng)業(yè)國(guó)家，進(jìn)入80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車、鐵路、機(jī)械的高速發(fā)展，促使政府重視數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、實(shí)施特別補(bǔ)貼、執(zhí)行各種獎(jiǎng)勵(lì)政策及技術(shù)發(fā)展計(jì)劃(TUS)，印度數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量從1987年到1990年三年問(wèn)平均以40%的速度高速增長(zhǎng)。2.3世界數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)據(jù)國(guó)際咨詢機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，今后世界上數(shù)控機(jī)床將以較高的速度發(fā)展，在金切機(jī)床中幾乎所有品種均可實(shí)現(xiàn)數(shù)控化；數(shù)控系統(tǒng)向高度集成(采用64位CPU)、高分辨率(0.1um)、小型化方向發(fā)展I加工中心的定位精度在5tun以內(nèi)，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)1萬(wàn)轉(zhuǎn)／min以上，最高迭4—5萬(wàn)轉(zhuǎn)／min，快速進(jìn)給速度達(dá)100m／min。機(jī)械加工向工序復(fù)合化、智能化方向發(fā)展。未來(lái)工廠將廣泛應(yīng)用數(shù)控機(jī)床、柔性加工單元和柔性加工生產(chǎn)線，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。工廠可以靈活地根據(jù)用戶需要，在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)、制造出全新的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)更高精度、效率和效益。1、高精度化。國(guó)外效控系統(tǒng)的設(shè)定單位由1um發(fā)展到0.1um和0.01um。1992年7月，日本FANUC公司在慶祝該公司成立二十周年的新成果展示會(huì)上，展示了實(shí)現(xiàn)納米加工的整套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了0.001um／脈沖的控制系統(tǒng)，能牘利執(zhí)行每個(gè)脈沖當(dāng)量為0．001um的伺服單元，伺服電機(jī)、氣浮絲杠、氣浮主軸等部件，能檢測(cè)納米級(jí)精度的高精度檢測(cè)反饋系統(tǒng)。據(jù)資料介紹，這是世界上第一個(gè)真正實(shí)現(xiàn)納米加工的成套技術(shù)。2、高速化。快速行程已從24m／min提高到240m／min(當(dāng)設(shè)計(jì)單位為1um時(shí))，加工中心的切削進(jìn)給速度可達(dá)10m／min以上。數(shù)控系統(tǒng)已從16位微機(jī)發(fā)展到32位、64位機(jī)，或用40多個(gè)CPU的結(jié)構(gòu)。FANUC公司開(kāi)發(fā)的15B數(shù)控系統(tǒng)就采用了64位微機(jī)的RISC技術(shù)(壓縮、優(yōu)化程序、消除跟蹤誤差)。3、高可靠性。FANUC公司的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的平均無(wú)故障工作時(shí)(MTBF)是0.01次／月·臺(tái)，即實(shí)現(xiàn)了100個(gè)月里出現(xiàn)一次故障的高可靠性t從而使機(jī)器人也實(shí)現(xiàn)了0.013次／月·臺(tái)的高可靠性(另一種說(shuō)法是國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)的MTBF在1萬(wàn)小時(shí)以上)。4、系統(tǒng)化。在新廠籌建和老廠擴(kuò)建過(guò)程中，人們已注意到了耍在系統(tǒng)工程觀念指導(dǎo)下來(lái)添置數(shù)控機(jī)床、柔性加工單位及柔性制造系統(tǒng)、機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品。德國(guó)的維勒爾公司已經(jīng)給世界各國(guó)提供了上百條柔性制造系統(tǒng)。FANUC公司還在筑波科學(xué)城中按計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(O1MS)的五層結(jié)構(gòu)建成CIMS模式的工廠。富士通公司建立了紹津CIMS工廠，富士電機(jī)也建立了吹上C1MS工廠}德國(guó)的西門子公司建立了CIMS數(shù)控系統(tǒng)制造廠。5、微型化。FANUC公司由于采用了64位傲處理囂、RISC技術(shù)、SMT技術(shù)(表面涂裝技術(shù))，用液晶顯示器代替CRT及三維立體安裝等新技術(shù)．已將16、18等新數(shù)控系統(tǒng)鰭小到原有數(shù)控系統(tǒng)的1/3。同時(shí)，已開(kāi)始與其它公司，政府部門合作，開(kāi)展了徽型機(jī)器人的研制工作。用于醫(yī)學(xué)頓域的傲型機(jī)器人要能進(jìn)入人體，執(zhí)行打通血管阻塞的任務(wù)，還要在任務(wù)完成后自動(dòng)退出人體。6、智能化。視覺(jué)、觸覺(jué)、模糊邏輯控制等智能化工作仍在積極進(jìn)行。如FANUC公司展示的7軸雙腕智能化機(jī)器人。日本在無(wú)人化工廠的研制上長(zhǎng)期保持l～2個(gè)示范工廠的狀態(tài)現(xiàn)已打破，目前已有7個(gè)無(wú)人化工廠。FANUC公司在無(wú)人化工廠的研制上每年投入1億美元的研制費(fèi)。7、由傳統(tǒng)的萬(wàn)能機(jī)床向機(jī)床功能專用化和產(chǎn)品多樣化發(fā)展。由于機(jī)床的萬(wàn)能性和多功能性，造成機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造周期長(zhǎng)、成本也相應(yīng)提高。用戶往往只需要都分功能，但付出的卻是多功能的代價(jià)，功能浪費(fèi)了，根不經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在機(jī)l床制造業(yè)從品種少、批量大的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為多品種、專業(yè)化和小批量生產(chǎn)。對(duì)每一種具體的機(jī)床產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，它的功能應(yīng)該是有限的，適合用戶特定需要的，盡量步帶不必要的功能。如加工中心的刀庫(kù)，原來(lái)一般為60把刀，后考慮多數(shù)用戶需要的刀數(shù)還不到一半，生產(chǎn)企業(yè)把刀庫(kù)容量降到25把刀或以下。8、以模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，功能專用化，已成為當(dāng)前機(jī)床發(fā)展的主流。這類機(jī)床是較為專用化的機(jī)床。這類機(jī)床在機(jī)床鎊售額中所占的比重，過(guò)去5～10年為3%，現(xiàn)在已達(dá)到10%，再過(guò)5～10年，將達(dá)到50%以上。生產(chǎn)企業(yè)要為每個(gè)不同的用戶專門設(shè)計(jì)機(jī)床，而規(guī)格和功能完全相同的機(jī)床將缸來(lái)愈少。甚至于以后有可能不再出現(xiàn)。9、發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和加工中心也成為當(dāng)前數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一種趨勢(shì)。經(jīng)濟(jì)型(國(guó)外多稱為廉價(jià)型)數(shù)控機(jī)床，加工中心，是美國(guó)、日本等國(guó)的機(jī)床業(yè)作為一個(gè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的新策略而再現(xiàn)的。起初這些企業(yè)為擴(kuò)大銷售市場(chǎng)，眼光從西方轉(zhuǎn)向東方什對(duì)中國(guó)大陸和東南亞這一片市場(chǎng)，如以功能復(fù)雜、檔次高而價(jià)格昂貴的效控機(jī)床、加工中心在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)并不有利，相反，以價(jià)廉和便于操作的數(shù)控機(jī)床來(lái)適應(yīng)，則更加符合于這些地區(qū)的實(shí)際需要。10、“電子——機(jī)械”商品化。一般認(rèn)為機(jī)電一律化商品，機(jī)械部分成本較高?，F(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)上機(jī)電一體化商品中的“電子”部分的比啻I不斷增加。FANUC公司正準(zhǔn)備將成本中的電子都分增加到占60%，機(jī)械部分占40%，即形成以“電子”為主，以“機(jī)械”為輔的機(jī)電一體化商品。三、數(shù)控機(jī)床知識(shí)簡(jiǎn)介機(jī)床數(shù)字控制技術(shù)是集計(jì)算機(jī).電子.電氣.電力拖動(dòng).自動(dòng)控制與自動(dòng)測(cè)量.機(jī)械.液壓.氣動(dòng)為一體的高新技術(shù)。它較好的解決了形狀復(fù)雜.精密.中小批量零件加工問(wèn)題,而隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)輔助制造.計(jì)算機(jī)輔助工藝(CAD/CAM/CAPP)等新技術(shù)的應(yīng)用,特別是在自動(dòng)化和柔性化制造系統(tǒng)中發(fā)揮著不可取代的作用,為產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代推波助瀾。為此也推動(dòng)了數(shù)控技術(shù)自身的不斷完善和發(fā)展。數(shù)控機(jī)床（NC機(jī)床）狹義的說(shuō)就是以數(shù)字字符形式控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)，完成機(jī)械加工的機(jī)床。而我們常說(shuō)的CNC是指計(jì)算機(jī)數(shù)控（ComputerNumberControl）數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)于五十年代末，七十年代以后隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的?，F(xiàn)在已經(jīng)成為機(jī)加行業(yè)不可缺少不可取代的加工設(shè)備。NC技術(shù)的硬件也經(jīng)歷了從分離元件、中.小規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路到超大規(guī)模集成電路的過(guò)程。早期的NC實(shí)際是由硬件組成的插補(bǔ)器，采用光電閱讀機(jī)讀取紙帶（一般為ISO/EIA標(biāo)準(zhǔn)代碼）隨著技術(shù)的進(jìn)步在NC中逐步增加了各種輔助功能、補(bǔ)償功能、檢測(cè)功能等速度等，速度也大大提高，人機(jī)界面大大改善（這當(dāng)然與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展有關(guān)）。一．?dāng)?shù)控機(jī)床特點(diǎn)1．特點(diǎn)：加工精度高;加工零件一致性.互換性好;減少了工裝.夾具;柔性化程度高;提高了工作效率;一次裝夾可以進(jìn)行多工序加工,提高了加工質(zhì)量,減少了輔助工作時(shí)間;改善了勞動(dòng)條件等等。2．對(duì)機(jī)床要求：為了提高整機(jī)可靠性就必須選用可靠性高的元.器件;提高機(jī)床的耐磨性能和保持潤(rùn)滑良好;為了提高精度就必須提高軸承.絲杠.帶輪.齒輪等傳動(dòng)部件的精度和提高對(duì)導(dǎo)軌接觸面.垂直.平行等的要求;對(duì)機(jī)床機(jī)械裝配和電氣裝配質(zhì)量也提高了要求;為了提高機(jī)床的自動(dòng)化程度就必須提高其他輔助設(shè)施的自動(dòng)化程度等等。3．結(jié)構(gòu)情況1）機(jī)床基礎(chǔ)件：鑄件（應(yīng)為高強(qiáng)度的樹(shù)脂沙造型密烘鑄件）、焊接件（一般用于輕型機(jī)床，且易變形）2）導(dǎo)軌：導(dǎo)軌是機(jī)床精度的首要部件有以下幾種形式①滑動(dòng)導(dǎo)軌：傳統(tǒng)機(jī)床的導(dǎo)軌有V型和矩型兩種形式。數(shù)控機(jī)床多采用矩型導(dǎo)軌，其承載能力強(qiáng)，精度保持度好。為了提高精度保持度、降低摩擦系數(shù)和動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別小一般采用鑲鋼-貼塑或鑄鐵淬火-貼塑結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌副。②線性導(dǎo)軌：這是一種專業(yè)廠生產(chǎn)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，有滾針、滾珠、單排、多排多種規(guī)格，其性能差別也很大。其摩擦系數(shù)低，已被數(shù)控機(jī)床大量采用。③靜壓導(dǎo)軌：一般用于大型機(jī)床，因其調(diào)整要求高、對(duì)油溫和黏度也要控制。3）主傳動(dòng)：主軸電機(jī)與主軸間的傳動(dòng)有多種形式①直聯(lián)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速高，缺點(diǎn)是受主電機(jī)轉(zhuǎn)矩的限制，一般轉(zhuǎn)矩小。直聯(lián)對(duì)拉刀機(jī)構(gòu)的位置有些限制。②齒輪傳動(dòng)：變速范圍廣，傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適宜大扭矩切削機(jī)床，受齒輪最高線速度的限制一般轉(zhuǎn)速較低。③帶輪傳動(dòng)：有同步帶和多諧帶兩種，后者傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。④電主軸：高速主軸（12000rpm以上）一般采用機(jī)電和一的電主軸，且主軸采用內(nèi)冷卻方式。4）進(jìn)給傳動(dòng)：為了提高傳動(dòng)效率和傳動(dòng)精度數(shù)控機(jī)床多采用滾珠絲杠傳動(dòng)，且絲杠應(yīng)進(jìn)行予拉伸。絲杠與進(jìn)給電機(jī)間采用直聯(lián)或同步帶、帶輪傳動(dòng)。5）刀庫(kù)：刀庫(kù)機(jī)械手是加工中心的重要部件，其可靠性的好壞又是加工中心的重要指標(biāo)。常見(jiàn)的刀庫(kù)形式有鏈?zhǔn)?、盤式、斗笠式等刀庫(kù)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)有氣、液、電等；其中以凸輪式刀庫(kù)換刀速度最快。6）潤(rùn)滑系統(tǒng)；和普通機(jī)床一樣分為主軸潤(rùn)滑、導(dǎo)軌潤(rùn)滑、絲杠絲母潤(rùn)滑。機(jī)床潤(rùn)滑的可靠與否關(guān)系著機(jī)床的可靠性、精度保持度；好的數(shù)控機(jī)床潤(rùn)滑必須是可靠、充分和不污染環(huán)境。7）冷卻系統(tǒng)：冷卻系統(tǒng)包括主軸冷卻和刀具冷卻。高速主軸必須具有主軸冷卻系統(tǒng)，以控制主軸軸承的溫升在允許的范圍內(nèi)（保證主軸精度和可靠運(yùn)行）。刀具冷卻是為了充分發(fā)揮機(jī)床和刀具的加工效率，使刀具在允許的線速度下長(zhǎng)期切削加工。8）機(jī)床防護(hù)裝置：機(jī)床防護(hù)裝置包括導(dǎo)軌防護(hù)和切屑、切屑液的防護(hù)。要求防護(hù)良好有便于工件的裝卸。二．?dāng)?shù)控機(jī)床分類1．按照一般機(jī)床應(yīng)用可分為數(shù)控車.銑.磨.鉆.沖.線切割等等。2．按照機(jī)床功能又可分為一般數(shù)控機(jī)床；加工中心（車削中心、銑削中心、鉆削中心、加工中心）和數(shù)控仿形機(jī)床三類。3．按照檢測(cè)位移反饋測(cè)量位置的不同，又可分為閉環(huán).半閉環(huán).開(kāi)環(huán)三大類。如果將光柵.感應(yīng)同步器.磁柵等測(cè)量器件裝在工作臺(tái)上,直接測(cè)量工作臺(tái)位移,反饋到數(shù)控系統(tǒng)就構(gòu)成了全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。如果將脈沖編碼器.旋轉(zhuǎn)變壓器.等測(cè)量器件裝在絲杠端頭通過(guò)測(cè)量絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量工作臺(tái)位移(間接測(cè)量)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。不進(jìn)行位移測(cè)量的數(shù)控系統(tǒng)稱開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。4．以銑加工為主的機(jī)床（加工中心）有升降臺(tái)式、滑枕式、床身式（包括十字滑臺(tái)和動(dòng)柱式兩種結(jié)構(gòu)）和龍門式等。前兩種機(jī)床較經(jīng)濟(jì)，一般精度稍低，而龍門式機(jī)床多為大型機(jī)床。中小型加工中心多為床身式機(jī)床。三．?dāng)?shù)控代碼和編程數(shù)控機(jī)床是通過(guò)數(shù)控程序來(lái)控制機(jī)床加工的,目前大多采用功能代碼加數(shù)字的形式,表示各種動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)。G代碼稱準(zhǔn)備功能代碼，用以指令運(yùn)動(dòng)形式。如：G00表示定位；G01表示直線插補(bǔ)；G02G03表示圓弧插補(bǔ)；G04表示暫停等等。M代碼稱輔助功能代碼，用以指令輔助動(dòng)作。如：主軸啟動(dòng)正轉(zhuǎn).反轉(zhuǎn).停止;冷卻液的開(kāi)和關(guān);程序停止等等。S代碼稱主軸功能代碼，用以指令主軸速度。有S二位.S四位（五位）等,一般S四位以上直接指令主軸轉(zhuǎn)速,S二位數(shù)只表示一定的主軸轉(zhuǎn)速。T代碼稱刀具功能代碼，用于指令刀具號(hào)和刀具補(bǔ)償號(hào)。F代碼稱進(jìn)給功能代碼，用于指令進(jìn)給速度。此外，用X.Y.Z.A.B.C等指令坐標(biāo)軸;用R指令圓弧半徑;用I.J.K等指令圓弧圓心;用H.D.P等指令補(bǔ)償.暫停等參數(shù);用O指令程序號(hào);用N指令程序段號(hào)等等。將這些代碼和數(shù)字分段組合起來(lái)，用于控制機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)叫做編程。（有的數(shù)控系統(tǒng)不采用這種代碼型式）為了編程方便，數(shù)控系統(tǒng)一般具有刀具補(bǔ)償功能，用一個(gè)程序通過(guò)刀具補(bǔ)償可以用不同刀具加工出同一個(gè)工件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際加工的需要，在有的數(shù)控系統(tǒng)中又增加了參數(shù)編程（宏指令），將一些方程和計(jì)算（包括邏輯運(yùn)算，比較）在系統(tǒng)中進(jìn)行，使一些手工計(jì)算復(fù)雜的問(wèn)題得以簡(jiǎn)化。數(shù)控加工程序?qū)儆诠に嚪懂?，它是與機(jī)床設(shè)備.工藝方法密切相關(guān)的(包括加工路線.裝夾.刀具.對(duì)刀等).所以工藝不同程序也不相同。1．簡(jiǎn)單零件的加工可以手工編程,通過(guò)系統(tǒng)的手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入(MDI)輸入機(jī)床。2．計(jì)算機(jī)編程,利用計(jì)算機(jī)編程也有手工和自動(dòng)兩種方法,手工編程可以用計(jì)算機(jī)的通用編輯軟件進(jìn)行。自動(dòng)編程軟件很多，可以分為二維.三維和多維幾種,也稱CAM軟件。一般工作過(guò)程是輸入加工工件的特征字（點(diǎn).線.圓弧.曲線.曲面等）和各型值點(diǎn)數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理(編程軟件)建立數(shù)學(xué)模型,再輸入工藝參數(shù)(材料.刀具.裝夾.基準(zhǔn).機(jī)床系統(tǒng)等)經(jīng)后置處理程序就可以輸出加工程序了。（常見(jiàn)的CAM編程軟件有EDSUG、SURFCAM、DUCT、Pro-E等一般價(jià)格較高。國(guó)內(nèi)的以北航-海爾的CAX'A制造工程師較為完善。）3．大多數(shù)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間可以通過(guò)RS232C接口通訊，但需要有通訊軟件。四．?dāng)?shù)控系統(tǒng)構(gòu)成1．輸入及顯示單元,輸入單元包括鍵盤和接口用于輸入和編輯程序.設(shè)定參數(shù),目前大多采用觸摸式鍵盤,一般要求可靠,美觀,手感好,最好防水,防油。顯示單元有CRT（陰極射線管）LCD（液晶顯示器）LED（液晶數(shù)碼顯示器）等，又分為單色，彩色兩種。2．?dāng)?shù)控單元，包括CPU及數(shù)控軟件，I/O接口，軸卡，存儲(chǔ)器等等。3．位置檢測(cè)器件：閉環(huán)系統(tǒng)測(cè)量反饋元件種類很多，用于線性位移測(cè)量的有光柵尺.感應(yīng)同步器.磁柵尺等;用于轉(zhuǎn)角測(cè)量的有圓光柵.脈沖編碼器.旋轉(zhuǎn)變壓器等,還有增量式和絕對(duì)式之分,我公司機(jī)床多采用增量式編碼器或光柵。早期的測(cè)量系統(tǒng)均反饋到控制單元，現(xiàn)在控制單元與伺服之間有些采用了通訊有的只反饋到伺服單元。4．執(zhí)行元件：數(shù)控裝置的執(zhí)行元件多采用伺服電機(jī)，伺服電機(jī)有步進(jìn)電機(jī).直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等種類。它們都用其特定的驅(qū)動(dòng)單元（伺服單元）驅(qū)動(dòng)控制。早期的數(shù)控系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)，用晶閘管或晶體管控制電機(jī)電樞電壓和激磁電壓(只有主軸才改變激磁)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)在多采用交流伺服電機(jī)，通過(guò)改變施加在電機(jī)上不同頻率的電壓（實(shí)際上電壓也改變）控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，交流伺服電機(jī)由于沒(méi)有碳刷而使電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，減少了維修費(fèi)用。驅(qū)動(dòng)電路采用晶體管脈寬調(diào)制。而指令電路又有模擬式和數(shù)字式之分，數(shù)字式由于電路簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快，控制精度高。又沒(méi)有溫度變化帶來(lái)的零點(diǎn)漂移（沒(méi)有運(yùn)算放大器），越來(lái)越被廣泛采用。步進(jìn)電機(jī)是脈沖控制電機(jī),大多用于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)?？梢钥刂浦鬏S伺服電機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，可以控制主軸的轉(zhuǎn)向.轉(zhuǎn)速甚至位置。5．可編程控制器（稱PLC或PMC）現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床幾乎全部采用CNC系統(tǒng)，在電氣控制中多采用了可編程控制器。PLC接收來(lái)自機(jī)床和CNC的信號(hào)，來(lái)自機(jī)床的信號(hào)如：按扭.行程開(kāi)關(guān).自動(dòng)開(kāi)關(guān).機(jī)床液壓.液位.氣壓.等;來(lái)自CNC的信號(hào)如:M.S.T代碼等。經(jīng)過(guò)邏輯處理（PLC順序程序）再向機(jī)床和CNC發(fā)出控制信號(hào)。發(fā)往機(jī)床的信號(hào)如：接通.斷開(kāi)開(kāi)關(guān);(用于控制電機(jī).閥.電磁鐵.離合器等)各種指示燈等。發(fā)往CNC的信號(hào)如：工作方式.循環(huán)啟動(dòng).進(jìn)給保持.緊急停止.進(jìn)給和主軸倍率以及M.S.T的應(yīng)答信號(hào)等等。PLC的采用大大簡(jiǎn)化了機(jī)床電氣設(shè)計(jì)，減少了元.器件,提高了電氣可靠性,同時(shí)也使連鎖.互鎖等保護(hù)功能大大加強(qiáng)。有些PLC還可以控制伺服電機(jī),但只能用于定位(如:刀庫(kù)轉(zhuǎn)位;圓工作臺(tái)分度定位等)。PLC又有內(nèi)裝和外裝之分，現(xiàn)在大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)帶有內(nèi)裝PLC，其優(yōu)點(diǎn)是與CNC之間信息量大.方便。有些系統(tǒng)需用外裝PLC（如：上海開(kāi)通的MTC-Ⅱ）五．?dāng)?shù)控系統(tǒng)情況數(shù)控系統(tǒng)性能是一個(gè)綜合指標(biāo)，涉及的問(wèn)題很多，諸如：系統(tǒng)開(kāi)發(fā)年代.CPU位數(shù).處理速度.軟件.內(nèi)存.I/O.通訊.人機(jī)界面.安全.方便.成套性.可靠性以及維修等。所以評(píng)價(jià)系統(tǒng)決不是一句話可以說(shuō)清的，只有通過(guò)需要.性能和價(jià)格來(lái)確定。1．系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)PC：數(shù)控系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，但目前大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)又不同于計(jì)算機(jī)，它沒(méi)有諸如DOS.WINDOWS等操作系統(tǒng)；硬件和PC也不一樣,沒(méi)有采用諸如PCI，ISA總線以及光驅(qū).硬盤和軟驅(qū);只是采用了計(jì)算機(jī)通用芯片CPU.可編程接口.存儲(chǔ)器.門電路等。所以它很多指標(biāo)不同于計(jì)算機(jī),這在日本FANUC系統(tǒng)尤為突出。數(shù)控系統(tǒng)工作在工業(yè)環(huán)境,對(duì)可靠性要求高;而PC是辦公用品,可靠性指標(biāo)低些。歐美一些廠商和一些機(jī)床廠開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)更接近一些,表現(xiàn)為有的有操作系統(tǒng).硬盤或軟驅(qū),與計(jì)算機(jī)通訊也較簡(jiǎn)單,他們共同的問(wèn)題是用戶沒(méi)有FANUC等專業(yè)生產(chǎn)廠多,可靠性一般也不及FANUC等專業(yè)生產(chǎn)廠的系統(tǒng)。2．系統(tǒng)生產(chǎn)廠a.FANUC是目前市場(chǎng)占有率最大的系統(tǒng)生產(chǎn)廠(2000年市場(chǎng)占有率為全世界的48.5%)，其生產(chǎn)0（0C、0D、0i等）系統(tǒng)又是其產(chǎn)量最大的，0C系統(tǒng)是一種通用型數(shù)控系統(tǒng)，選擇功能多，可配置FANUC各種數(shù)字式伺服電機(jī)；0D是FANUC為中國(guó)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)，有比較強(qiáng)的軟件功能包，選件主要是圖形功能，主要缺點(diǎn)是只能配aC系列伺服電機(jī)高速下扭距偏小。0i系統(tǒng)是新開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)也是功能包形式，功能大大強(qiáng)于前兩種系統(tǒng)，其功能包A功能更強(qiáng)。0i-ModelB可以具有以太網(wǎng)接口功能；16/18系列系統(tǒng)是一種全功能型數(shù)控系統(tǒng)，采用了64位高速微處理器，它最多何以控制十個(gè)軸，四軸連動(dòng)。具有前饋予讀.圖形會(huì)話編程.刀具壽命管理.程序存儲(chǔ)可達(dá)512K字節(jié)等選擇功能。16i/18i等系統(tǒng)是FANUC公司推遲的具有以太網(wǎng)功能的新系統(tǒng)b．MITSUBISHI（三菱）主要有50M、520A及60系列等系統(tǒng)(2000年市場(chǎng)占有率為全世界的6.0%),其性能大致接近FANUC的0D.0C和18C.但基本功能比FANUC多,選擇功能少些。C、SIEMENS系統(tǒng)(2000年市場(chǎng)占有率為全世界的9.0%)，西門子公司是全球最大的電氣公司之一，其自動(dòng)化部生產(chǎn)數(shù)控和伺服驅(qū)動(dòng),在國(guó)內(nèi)用的比較多有840D810D.802D.802S等.它們共同的優(yōu)點(diǎn)是用戶內(nèi)存大,810D.840D可達(dá)1.5Mb,802D.802C.802S為256Kb,硬件有多種選擇;缺點(diǎn)是操作使用不及FANUC系統(tǒng)直觀,用戶也沒(méi)有FANUC多。840D、810D系統(tǒng)與FANUC18C屬同一個(gè)檔次；810D與0C；802C與0D屬同一個(gè)檔次，而802S系統(tǒng)為控制步進(jìn)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。其840D、810D等采用了多CPU結(jié)構(gòu)，界面可是WINDOWS環(huán)境、以太網(wǎng)界面又可和18i比美。d．FIDIA公司（意大利）FIDIA系統(tǒng)以仿形聞名于世,一般采用工控計(jì)算機(jī)(IPC)控制,它生產(chǎn)的仿形頭也很好。e．歐美數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠還有德國(guó)HEIDENHAIN.法國(guó)NUM.西班牙FAGOR.美國(guó)AUTOCON.A-B.HASS等。f．還有一些機(jī)床生產(chǎn)廠自己開(kāi)發(fā)了數(shù)控系統(tǒng)，如日本的OKUMA（大畏）.MAXAK的（馬扎克）.美國(guó)的CINCINATI的（辛辛那提）等等,這些系統(tǒng)大多與計(jì)算機(jī)聯(lián)系緊密,內(nèi)存容量大.通訊方便,由于用量少,維修體系不容易健全。3，數(shù)控系統(tǒng)功能：a．控制軸控制軸是系統(tǒng)的重要指標(biāo)，包括控制軸數(shù).同時(shí)控制軸數(shù)(插補(bǔ)軸數(shù)).及與軸有關(guān)的一些設(shè)置功能。b．插補(bǔ)功能(軌跡運(yùn)算功能)包括定位.圓弧.螺旋線.圓柱等,還包括軌跡有關(guān)的其他控制。c．操作指系統(tǒng)（機(jī)床）有那些操作方式。d．進(jìn)給指系統(tǒng)（機(jī)床）有那些進(jìn)給方式。e．刀具功能指有多少刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器和刀具補(bǔ)償形式.壽命管理等。f．程序輸入及編輯，程序內(nèi)存容量。輸入方式.代碼格式.以及允許的編輯方式（方便性）等。g．顯示與設(shè)定.診斷.報(bào)警。h．網(wǎng)絡(luò)功能等六．加工中心.測(cè)頭和仿形隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展，在機(jī)床上增加了刀庫(kù)機(jī)械手，在加工過(guò)程中通過(guò)PLC控制自動(dòng)交換刀具,構(gòu)成加工中心。如果再加上數(shù)個(gè)自動(dòng)交換工作臺(tái)就稱為柔性制造單元（FMC）。加工中心可以一次裝夾工件進(jìn)行多工序連續(xù)加工，提高加工效率和加工精度。工件測(cè)頭和刀具測(cè)頭是加工中心常帶的重要附件，工件測(cè)頭一般裝在主軸上，分有線和無(wú)線兩種，為了方便加工中心多用紅外線檢測(cè)的無(wú)線測(cè)頭（如RENISHAW的SP12測(cè)頭）。工件測(cè)頭可以完成對(duì)工件的找正和測(cè)量，與宏指令配合就可以完成對(duì)工件的再加工。刀具測(cè)頭一般裝在工作臺(tái)的角上（如RENISHAW的TS27R），用于測(cè)量刀具的長(zhǎng)度和半徑，與外部數(shù)據(jù)輸入配合，可以完成刀具補(bǔ)償值的修改，而不需改變加工程序。有了測(cè)頭可以進(jìn)一步提高加工中心的加工效率和加工精度。數(shù)控仿形是數(shù)控機(jī)床中的高技術(shù)產(chǎn)品，它除了具有一般數(shù)控功能外，還具有仿形和數(shù)字化功能。在機(jī)床上增加了仿形儀，仿形儀實(shí)際上是一個(gè)高靈敏度的三向位移傳感器，系統(tǒng)除了接受控制指令外還接受來(lái)自仿形儀的信號(hào)，控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。仿形加工的優(yōu)點(diǎn)是不需編程，因而特別適合編程困難的零件，只需一個(gè)實(shí)物或模型就可以加工。缺點(diǎn)是只能一比一加工，為了克服這一缺點(diǎn)可以采用數(shù)字化功能，如同仿形方式一樣，用仿形儀（稱測(cè)頭）對(duì)工件（模型）進(jìn)行掃描，將工件坐標(biāo)存入計(jì)算機(jī)，再經(jīng)數(shù)字化處理，就建立了工件的數(shù)學(xué)模型，實(shí)際加工時(shí)再配以工藝參數(shù)（主軸.刀具.加工方法.加工路線等）進(jìn)行加工。主要優(yōu)點(diǎn)是可以改變工件的尺寸和比例，也可以鏡象加工，一臺(tái)機(jī)床采集的數(shù)據(jù)也可以用于其他數(shù)控機(jī)床加工。在普通數(shù)控機(jī)床上加裝一個(gè)測(cè)頭，利用通用計(jì)算機(jī)PC和專用軟件也何以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化掃描，此時(shí)在計(jì)算機(jī)上設(shè)定掃描區(qū)域和掃描方式，由計(jì)算機(jī)通過(guò)接口控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)（掃描），進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這種方式用的最多的是英國(guó)RENISHAW公司的測(cè)頭和軟件。由于用PC機(jī)采集數(shù)據(jù)所以其后置處理程序一般功能較強(qiáng)，而且一些PC軟件也可以運(yùn)行。目前，RENISHAW公司數(shù)控機(jī)床用掃描系統(tǒng)主要包括SP2-1模擬掃描測(cè)頭.TracecutCAM軟件.電纜.探針以及接口卡等,分Rentroscan和Renscan200兩種,兩種的主要區(qū)別是掃描速度不一樣,在系統(tǒng)上取得坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置也不一樣(連接位置不一樣)。其對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理TracecutCAM軟件是一樣的。七．DNCDNC是數(shù)控系統(tǒng)的選擇功能，一般意義上的DNC是指直接數(shù)字控制（DirectNumiericControl）。它是通過(guò)連接數(shù)控系統(tǒng).計(jì)算機(jī)之間的RS232C接口通訊實(shí)現(xiàn)的功能,可以完成:a、發(fā)送:從計(jì)算機(jī)向數(shù)控機(jī)床傳輸程序或參數(shù).b、接收:從數(shù)控機(jī)床向計(jì)算機(jī)傳輸程序或參數(shù).c、實(shí)時(shí)加工:計(jì)算機(jī)向機(jī)床傳送程序,機(jī)床邊接收程序,邊實(shí)際加工。（程序可以無(wú)限長(zhǎng)）實(shí)現(xiàn)DNC的條件是：a、具有一定運(yùn)行環(huán)境的一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)或PC兼容機(jī)。b、與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)適配的DNC軟件。c、正確連接機(jī)床與系統(tǒng)之間的RS232C。d、正確設(shè)定有關(guān)通訊參數(shù)。DNC的另一種說(shuō)法是指分布式數(shù)字控制（DistributeNumericControl）或稱計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，它對(duì)數(shù)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件都提出了更高的要求。八．?dāng)?shù)控機(jī)床的精度檢查數(shù)控機(jī)床具有普通機(jī)床的全部特征，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度檢查是多方面的，它除了普通機(jī)床的幾何精度以外，還增加了位置精度檢查和工作精度檢查。1．機(jī)床的幾何精度主要是指工作臺(tái)面的平面度.各直線軸移動(dòng)的直線度.各軸間的垂直度.平行度.主軸的軸向跳動(dòng).徑向跳動(dòng).各旋轉(zhuǎn)軸的軸線對(duì)對(duì)應(yīng)軸的平行度.基準(zhǔn)T型槽的直線度及與其對(duì)應(yīng)軸的平行度.垂直度等。2．位置精度,位置精度主要評(píng)定三項(xiàng)精度,即重復(fù)定位精度R.定位精度Au和反向偏差值B。定位精度Au反應(yīng)了移動(dòng)的目標(biāo)位置與實(shí)際到達(dá)位置的偏差；重復(fù)定位精度R反應(yīng)了多次定位時(shí)到達(dá)同一位置的離散度；反向偏差值B反應(yīng)了正.反兩方向趨向同一位置的偏差。位置精度的檢測(cè)和評(píng)定方法設(shè)機(jī)床（坐標(biāo)）予定到達(dá)位置為Pj（j為目標(biāo)位置的序號(hào)1.2.3…..）實(shí)際到達(dá)位置(測(cè)量值)為Pij↑和Pij↓(i為測(cè)量次數(shù)號(hào)1.2.3…..而↑和↓分別表示趨向目標(biāo)位置的兩個(gè)不同方向)位置偏差為Xij↑=Pij↑-Pj和Xij↓=Pij↓-Pj則單向平均位置偏差為_(kāi)1n(Xi↑)=---ΣXij↑和ni=1_1n(Xi↓)=---ΣXij↓ni=1目標(biāo)位置的反向偏差Bj=Xj↑-Xj↓平均位置偏差Xi=（Xi↑+Xi↓）/2目前采用的評(píng)定位置精度的方法有多種，但用的最多是國(guó)標(biāo)GB/T17421.2-2000（數(shù)字控制機(jī)床位置精度的評(píng)定方法）還有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS230/2.德國(guó)VDI/DGQ3441.美國(guó)NBTBA.（英國(guó)3800-1991；已經(jīng)不用）以上幾種評(píng)定方法采用的是數(shù)理統(tǒng)計(jì)法以及日本JISB6330-1980，該標(biāo)準(zhǔn)采用的是極差法等。前幾種稍有差別,而日本JISB要求較低。1）GB/T17421.2-2000在此標(biāo)準(zhǔn)中引入了位置偏差的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sja.重復(fù)定位精度單向?yàn)镽j↑=4Sj↑和Rj↓=4Sj↓則軸線的重復(fù)定位精度為Rj↑和Rj↓中的最大值.b.定位精度__單向定位精度Au↑=(Xj↑+3Sj↑)-(Xj↑-3Sj↑)maxmin__單向定位精度Au↓=(Xj↓+3Sj↓)-(Xj↓-3Sj↓)maxmin雙向定位精度__Ab=(Xj↑+3Sj↑)或(Xj↓+3Sj↓)-maxmax__(Xj↑-3Sj↑)或(Xj↓-3Sj↓)minmin(取各測(cè)量點(diǎn)中的最大和最小值)c.軸線的反向偏差值B各目標(biāo)位置反向差值Bj中的最大絕對(duì)值B=∣Bj∣max2）JISB-6330-1980數(shù)字控制機(jī)床試驗(yàn)方法通則這是日本標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)橐胛覈?guó)較早,所以至今仍被廣泛采用a.重復(fù)定位精度取同方向七次測(cè)量最大.最小讀數(shù)差的1/2加(±)表示。b.定位精度取同方向一次側(cè)量：Xijc.反向偏差Xi↑—Xi↓（測(cè)量7次）3．工作精度檢查，又稱NAS試驗(yàn)(美國(guó)海軍航空試驗(yàn)站)主要是切削圓.棱.定位.鏜孔等。其是對(duì)機(jī)床各項(xiàng)精度和調(diào)試結(jié)果的綜合檢查，包括了幾何精度.插補(bǔ).跟隨誤差的調(diào)整.兩軸匹配.換向等只有工作精度好,才說(shuō)明整機(jī)精度好。九、數(shù)控機(jī)床和系統(tǒng)的新發(fā)展數(shù)控機(jī)床的發(fā)展1、高速、高效、高精度。進(jìn)給速度可達(dá)60m/min以上，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)40000rpm以上，定位精度可≤0。002mm，表面光潔度在0.003mm以內(nèi)。2、床復(fù)合化：車、銑、鉆、鉸、鏜功能一體化，使一次裝卡可完成多工序；銑頭可立臥相互轉(zhuǎn)換；交換刀具、工作臺(tái)、銑頭等真正實(shí)現(xiàn)多工序一機(jī)加工。3、更加柔性化，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（CIMS），就是在CAD/CAM和CAPP的基礎(chǔ)上完善起來(lái)的。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展：1、更加貼近計(jì)算機(jī)（PC），與CAD/CAM一機(jī)化，界面、操作系統(tǒng)也與PC一致。2、實(shí)現(xiàn)OpenSoftCNC，和PC一樣，實(shí)現(xiàn)硬件、軟件的隨意配置。3、網(wǎng)絡(luò)及遠(yuǎn)程控制，無(wú)人加工的完成。4、高速響應(yīng)。第二章相關(guān)理論知識(shí)2.1引言數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它是綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電氣傳動(dòng)、自動(dòng)檢測(cè)、精密機(jī)械制造和管理信息等技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的高新科技。作為數(shù)控加工的主體設(shè)備數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床代表一個(gè)民族制造工業(yè)現(xiàn)代化的水平隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展制造技術(shù)和自動(dòng)化水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，數(shù)控機(jī)床朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。但最主要的發(fā)展趨勢(shì)就是采用“PC＋運(yùn)動(dòng)控制器”的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，它不僅具有信息處理能力強(qiáng)、開(kāi)放程度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制精確、通用性好等特點(diǎn)，而且還從很大程度上提高了現(xiàn)有加工制造的精度、柔性和應(yīng)付市場(chǎng)需求的能力。2.2零件分析1.生產(chǎn)狀態(tài)繪制凸臺(tái)槽孔零件圖，如零件圖1所示，毛坯為180ⅹ140ⅹ50.5mm板料，零件材料為45#鋼，小批量生產(chǎn)，無(wú)熱處理工藝等其他要求。2.零件材料分析該零件的材料是45#鋼，45#鋼屬于中碳鋼。其化學(xué)成分(%)：0.42-0.50C、0.17-0.37Si、0.50-0.80Mn、0.035P、0.035S、0.25Ni、0.25Cr、0.25Cu、?？估瓘?qiáng)度為600Mpa、屈服強(qiáng)度為355Mpa、伸長(zhǎng)率為16%3.零件結(jié)構(gòu)分析零件屬于板類零件，加工的部位有上表面、凸臺(tái)輪廓、孔、開(kāi)口槽。加工內(nèi)容都集中在上表面，因此零件可以在一次裝夾中完成。零件的表面有槽、輪廓、孔加工，在數(shù)控銑床和數(shù)控加工中心上都可以滿足圖紙要求。2.3零件工藝分析1.選擇毛坯該零件的材料為45#鋼，毛坯為180ⅹ140ⅹ50.5mm板料，各邊都有足夠的余量，剛性好，加工時(shí)不容易變形。2.工藝分析1)零件圖紙分析：該零件用四個(gè)基本視圖表達(dá)它的內(nèi)外形狀。左視圖采用部分全剖，主要表達(dá)φ14的孔、φ20.5+0.021和φ10+0.018孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。零件的結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，標(biāo)注的尺寸很多，這里僅分析主要尺寸。零件底面為高度方向的尺寸基準(zhǔn)，標(biāo)注出深度方向尺寸39.5+0.028、120、14.5+0.021、25.5+0.021等；零件左右對(duì)稱面為長(zhǎng)度方向的尺寸基準(zhǔn)，標(biāo)注出長(zhǎng)度方向尺寸160、130、110-0.054、