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數控系統與數控機床技術發展趨勢

發布時間:2021-03-02 15:02:05  瀏覽次數:

從1952年美國麻省理工學院研制出*臺試驗性數控體系,到現在已走過了46年進程。數控體系由當初的電子管式起步,閱歷了以下幾個開展階段,請看本文詳解。

1. 數控體系開展趨勢

從1952年美國麻省理工學院研制出*臺試驗性數控體系,到現在已走過了46年進程。數控體系由當初的電子管式起步,閱歷了以下幾個開展階段:

分立式晶體管式——小規模集成電路式——大規模集成電路式——小型計算機式——超大規模集成電路——微機式的數控體系。到80年代,整體開展趨勢是:數控設備由NC向CNC開展;廣泛選用32位CPU組成多微處理器體系;進步體系的集成度,縮小體積,選用模塊化結構,便于裁剪、擴展和功用升級,滿意不同類型數控機床的需求;驅動設備向溝通、數字化方向開展;CNC設備向人工智能化方向開展;選用新式的主動編程體系;增強通訊功用;數控體系牢靠性不斷進步??倸w,數控機床技能不斷開展,功用越來越完善,運用越來越便利,牢靠性越來越高,功用價格比也越來越高。到1990年,全世界數控體系專業出產廠家年產數控體系約13萬臺套。國外數控體系技能開展的整體開展趨勢是:

● 新一代數控體系選用敞開式體系結構

進入90年代以來,由于計算機技能的飛速開展,推進數控機床技能更快的更新換代。世界上許多數控體系出產廠家使用PC機豐富的軟硬件資源開發敞開式體系結構的新一代數控體系。敞開式體系結構使數控體系有更好的通用性、柔性、習慣性、擴展性,并向智能化、網絡化方向大大開展。近幾年許多國家紛繁研討開發這種體系,如美國科學制作中心(NCMS)與*共同領導的“下一代作業站/機床操控器體系結構”NGC,歐共體的“主動化體系中敞開式體系結構”OSACA,日本的OSEC方案等。開發研討成果已得到使用,如Cincinnati-Milacron公司從1995年開端在其出產的加工中心、數控銑床、數控車床等產品中選用了敞開式體系結構的A2100體系。敞開式體系結構可以很多選用通用微機的先進技能,如多媒體技能,完結聲控主動編程、圖形掃描主動編程等。數控體系持續向高集成度方向開展,每個芯片上可以集成更多個晶體管,使體系體積更小,更加小型化、微型化。牢靠性大大進步。使用多CPU的優勢,完結毛病主動排除;增強通訊功用,進步進線、聯網能力。敞開式體系結構的新一代數控體系,其硬件、軟件和總線規范都是對外敞開的,由于有足夠的軟、硬件資源可供使用,不僅使數控體系制作商和用戶進行的體系集成得到有力的支撐,并且也為用戶的二次開發帶來極大便利,促進了數控體系多檔次、多種類的開發和廣泛使用,既可經過升檔或取舍構成各種檔次的數控體系,又可經過擴展構成不同類型數控機床的數控體系,開宣布產周期大大縮短。這種數控體系可隨CPU升級而升級,結構上不必變化。

● 新一代數控體系操控功用大大進步

數控體系在操控功用上向智能化開展。跟著人工智能在計算機范疇的滲透和開展,數控體系引入了自習慣操控、含糊體系和神經網絡的操控機理,不但具有主動編程、前饋操控、含糊操控、學習操控、自習慣操控、工藝參數主動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等功用,并且人機界面極為友愛,并具有毛病確診專家體系使自確診和毛病監控功用更趨完善。伺服體系智能化的主軸溝通驅動和智能化進給伺服設備,能主動識別負載并主動優化調整參數。直線電機驅動體系已有用化。

總歸,新一代數控體系技能水平大大進步,促進了數控機床功用向高精度、高速度、高柔性化方向開展,使柔性主動化加工技能水平不斷進步。

2. 數控機床開展趨勢

為了滿意市場和科學技能開展的需求,為了到達現代制作技能對數控技能提出的更高的要求,當時,世界數控技能及其配備開展趨勢首要體現在以下幾個方面:

(1) 高速、高精度、高牢靠性

要進步加工功率,首要必須進步切削和進給速度,一起,還要縮短加工時刻;要保證加工質量,必須進步機床部件運動軌道的精度,而牢靠性則是上述方針的根本保證。為此,必須要有高功用的數控設備作保證。

● 高速

機床向高速化方向開展,可充分發揮現代刀具資料的功用,不但可大起伏進步加工功率、降低加工成本,并且還可進步零件的表面加工質量和精度。超高速加工技能對制作業完結、、低成本出產有廣泛的適用性。

新一代數控機床(含加工中心)只有經過高速化大起伏縮短切削工時才或許進一步進步其出產率。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數控機床特別是高速加工中心的開發使用緊密相關。90年代以來,歐、美、日各國爭相開發使用新一代高速數控機床,加速機床高速化開展步伐。高速主軸單元(電主軸,轉速15000-100000r/min)、高速且高加/減速度的進給運動部件(快移速度60~120m/min,切削進給速度高達60m/min)、高功用數控和伺服體系以及數控工具體系都呈現了新的突破,到達了新的技能水平。跟著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具資料和磨料磨具,大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅動進給部件以及高功用操控體系(含監控體系)和防護設備等一系列技能范疇中關鍵技能的解決,應不失時機地開發使用新一代高速數控機床。

依靠快速、精確的數字量傳遞技能對高功用的機床執行部件進行高精細度、高響應速度的實時處理,由于選用了新式刀具,車削和銑削的切削速度已到達5000米~8000米/分以上;主軸轉數在30000轉/分(有的高達10萬轉/分)以上;作業臺的移動速度:(進給速度),在分辨率為1微米時,在100米/分(有的到200米/分)以上,在分辨率為0.1微米時,在24米/分以上;主動換刀速度在1秒以內;小線段插補進給速度到達12米/分。依據率、大批量出產需求和電子驅動技能的飛速開展,高速直線電機的推廣使用,開宣布一批高速、的高速響應的數控機床以滿意轎車、農機等職業的需求。還由于新產品更新換代周期加速,模具、航空、軍事等工業的加工零件不但復雜并且種類增多。

● 高精度

從精細加工開展到超精細加工(特高精度加工),是世界各工業強國努力開展的方向。其精度從微米級到亞微米級,甚至納米級(<10nm),其使用范圍日趨廣泛。超精細加工首要包含超精細切削(車、銑)、超精細磨削、超精細研磨拋光以及超精細特種加工(三束加工及微細電火花加工、微細電解加工和各種復合加工等)。跟著現代科學技能的開展,對超精細加工技能不斷提出了新的要求。新資料及新零件的呈現,更高精度要求的提出等都需求超精細加工工藝,開展新式超精細加工機床,完善現代超精細加工技能,以習慣現代科技的開展。

當時,機械加工高精度的要求如下:一般的加工精度進步了一倍,到達5微米;精細加工精度進步了兩個數量級,超精細加工精度進入納米級(0.001微米),主軸回轉精度要求到達0.01~0.05微米,加工圓度為0.1微米,加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。

精細化是為了習慣高新技能開展的需求,也是為了進步一般機電產品的功用、質量和牢靠性,減少其安裝時的作業量從而進步安裝功率的需求。跟著高新技能的開展和對機電產品功用與質量要求的進步,機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。為了滿意用戶的需求,近10多年來,一般級數控機床的加工精度已由±10μm進步到±5μm,精細級加工中心的加工精度則從±3~5μm,進步到±1~1.5μm。

● 高牢靠性

是指數控體系的牢靠性要高于被控設備的牢靠性在一個數量級以上,但也不是牢靠性越高越好,仍然是適度牢靠,由于是商品,受功用價格比的束縛。關于每天作業兩班的無人工廠而言,如果要求在16小時內接連正常作業,無毛病率P(t)=99%以上的話,則數控機床的均勻無毛病運行時刻MTBF就必須大于3000小時。MTBF大于3000小時,關于由不同數量的數控機床構成的無人化工廠差別就大多了,我們只對一臺數控機床而言,如主機與數控體系的失功率之比為10:1的話(數控的牢靠比主機高一個數量級)。此刻數控體系的MTBF就要大于33333.3小時,而其中的數控設備、主軸及驅動等的MTBF就必須大于10萬小時。

當時國外數控設備的MTBF值已達6000小時以上,驅動設備達30000小時以上。

(2) 模塊化、智能化、柔性化和集成化

● 模塊化、專門化與個性化

機床結構模塊化,數控功用專門化,機床功用價格比明顯進步并加速優化。為了習慣數控機床多種類、小批量的特點,機床結構模塊化,數控功用專門化,機床功用價格比明顯進步并加速優化。個性化是近幾年來特別明顯的開展趨勢。

● 智能化

智能化的內容包含在數控體系中的各個方面:

a. 為尋求加工功率和加工質量方面的智能化,如自習慣操控,工藝參數主動生成;

b. 為進步驅動功用及運用連接便利方面的智能化,如前饋操控、電機參數的自習慣運算、主動識別負載主動選定模型、自整定等;

c. 簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的主動編程,智能化的人機界面等;

d. 智能確診、智能監控方面的內容,便利體系的確診及維修等。

● 柔性化和集成化

數控機床向柔性主動化體系開展的趨勢是:從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制作島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制作體系)的方向開展,另一方面向注重使用性和經濟性方向開展。柔性主動化技能是制作業習慣動態市場需求及產品敏捷更新的首要手段,是各國制作業開展的主流趨勢,是先進制作范疇的根底技能。其重點是以進步體系的牢靠性、有用化為條件,以易于聯網和集成為方針;注重加強單元技能的開辟、完善;CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向開展;數控機床及其構成柔性制作體系能便利地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯結,向信息集成方向開展;網絡體系向敞開、集成和智能化方向開展。

(3) 敞開性

為習慣數控進線、聯網、普及型個性化、多種類、小批量、柔性化及數控敏捷開展的要求,zui重要的開展趨勢是體系結構的敞開性,設計出產敞開式的數控體系,例如美國、歐共體及日本開展敞開式數控的方案等。

(4) 呈現新一代數控加工工藝與配備

a. 為習慣制作主動化的開展,向FMC、FMS和CIMS供給根底設備,要求數字操操控造體系不僅能完結一般的加工功用,并且還要具有主動測量、主動上下料、主動換刀、主動更換主軸頭(有時帶坐標變換)、主動差錯補償、主動確診、進線和聯網等功用,廣泛地使用機器人、物流體系;

b. FMC,FMS Web-based制作及無圖紙制作技能;

c. 圍繞數控技能、制作過程技能在快速成型、并聯組織機床、機器人化機床、多功用機床等整機方面和高速電主軸、直線電機、軟件補償精度等單元技能方面先后有所突破。并聯桿系結構的新式數控機床有用化。這種虛擬軸數控機床用軟件的復雜性替代傳統機床組織的復雜性,開辟了數控機床開展的新范疇;

d. 以計算機輔助管理和工程數據庫、因特網等為主體的制作信息支撐技能和智能化決策體系。對機械加工中海量信息進行存儲和實時處理。使用數字化網絡技能,使機械加工整個體系趨于資源合理支配并地使用。

e. 由于選用了神經網絡操控技能、含糊操控技能、數字化網絡技能,機械加工向虛擬制作的方向開展。

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