數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用價(jià)值
進(jìn)人21世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，進(jìn)人了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。閥門(mén)雙面機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī),，也遭遇到加人世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵,。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步,，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要,。數(shù)控機(jī)床正向高速化,、高精度化、復(fù)合化,、智能化,、開(kāi)放化、網(wǎng)絡(luò)化,、多軸化,、綠色化等方面發(fā)展高速化。新一代數(shù)控機(jī)床為提高生產(chǎn)效率,，向超高速方向發(fā)展,，采用新型功能部件(如電主軸、直線(xiàn)電機(jī),、LM直線(xiàn)滾動(dòng)系統(tǒng)等)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)15,000r/min以上,。計(jì)算機(jī)技術(shù)及其軟件控制技術(shù)在機(jī)床產(chǎn)品技術(shù)中占的比重越來(lái)越大，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件的復(fù)雜化,，帶來(lái)了機(jī)床系統(tǒng)及其硬件結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化,，數(shù)控機(jī)床的智能化程度日趨提高高精度化。一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005mm（ISO標(biāo)準(zhǔn),、統(tǒng)計(jì)法),，就是一臺(tái)高精度機(jī)床，在0.005mm（ISO標(biāo)準(zhǔn),、統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床,。高精度的機(jī)床,，要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造(CAM)系統(tǒng)的發(fā)展,，精密度已達(dá)到微米級(jí)功能復(fù)合化,。工件一次裝夾，能進(jìn)行多種工序復(fù)合加工,，可大大地提高生產(chǎn)效率和加工精度,，是機(jī)床一貫追求的。由于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期愈來(lái)愈短,，對(duì)制造速度的要求也相應(yīng)提高,，機(jī)床也朝高效能發(fā)展。機(jī)床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品,，用一臺(tái)電腦控制一條生產(chǎn)線(xiàn)的作業(yè),。產(chǎn)品對(duì)外觀(guān)曲線(xiàn)要求的提高，機(jī)床五軸加工,、六軸加工已日益普及,，機(jī)床加工的復(fù)合化已是不可避免的發(fā)展趨勢(shì)控制智能化。
 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展,，數(shù)控系統(tǒng)引人了自適應(yīng)控制,、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程,、前饋控制,、模糊控制、學(xué)習(xí)控制,、自適應(yīng)控制,、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償,、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng),，使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善,。為日本Muzak公司最新推出的E-zizith型臥式加工中心，將信息技術(shù)與制造技術(shù)融為一體,。在制造過(guò)程中,，加工、檢測(cè)一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造,、快速檢測(cè)和快速響應(yīng)的有效途徑,，已形成將測(cè)量、建模,、加工,、機(jī)器操作四者融合在一個(gè)系統(tǒng)中,，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測(cè)量,、建模,、加工、操作一體化的4M智能系統(tǒng)體系開(kāi)放化,。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,，推動(dòng)數(shù)控技術(shù)更快地更新?lián)Q代。許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)家利用Pc機(jī)豐富的軟硬件資源開(kāi)發(fā)開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng),。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性,、柔性、適應(yīng)性,、可擴(kuò)展性,，并可以較容易地實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化,。
開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)技術(shù),，使編程、操作以及技術(shù)升級(jí)和更新變得更加簡(jiǎn)單快捷,。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng),，其硬件、軟件和總線(xiàn)規(guī)范都是對(duì)外開(kāi)放的,，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶(hù)可以根據(jù)這此開(kāi)放的資源進(jìn)行系統(tǒng)集成,，同時(shí)它也為用戶(hù)根據(jù)實(shí)際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來(lái)極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次,、多品種的開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用,，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時(shí),，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級(jí)而升級(jí),，而結(jié)構(gòu)可以保持不變驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動(dòng)部件質(zhì)量大,、系統(tǒng)剛度低,、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低,、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動(dòng)性不夠等固有缺陷,，在機(jī)床主軸(一般為動(dòng)平臺(tái))與機(jī)座(一般為靜平臺(tái))之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制桿系中桿的長(zhǎng)度使桿系支撐的平臺(tái)獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動(dòng),，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工,、裝配和測(cè)量多種功能，更能滿(mǎn)足復(fù)雜特種零件的加工,，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高,、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)并聯(lián)雙面數(shù)控鏜孔專(zhuān)用機(jī)床作為一種新型的加工設(shè)備,，已成為當(dāng)前機(jī)床技術(shù)的一個(gè)重要研究方向，受到了國(guó)際機(jī)床行業(yè)的高度重視,，被認(rèn)為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來(lái)在機(jī)床行業(yè)中最有意義的進(jìn)步”和“21世紀(jì)新一代數(shù)控加工設(shè)備”。
極端化(大型化和微型化),。國(guó)防,、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機(jī)床的支撐,。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù),，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機(jī)床包括微切削加工(車(chē),、銑,、磨)機(jī)床、微電加工機(jī)床,、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大信息交互網(wǎng)絡(luò)化,。對(duì)于面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，使數(shù)控機(jī)床具有雙向,、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能,，以保證信息流在車(chē)間各個(gè)部門(mén)間暢通無(wú)阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享,，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視,、控制、培訓(xùn),、教學(xué),、管理，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷,、維護(hù)等),。例如，日本Muzak公司推出新一代的加工中心配備了一個(gè)稱(chēng)為信息塔的外部設(shè)備,，包括計(jì)算機(jī),、手機(jī)、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等,，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音,、圖形、視像和文本的通信故障警報(bào)展現(xiàn),、在線(xiàn)幫助排除故障等功能,，是獨(dú)特的、自主管理的制造單元新型功能部件,。為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能,，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然,。具有代表性的新型功能部件包括：高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動(dòng)機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小,、轉(zhuǎn)速高,、可無(wú)級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用,；直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)：近年來(lái),，直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng),，但由于負(fù)載變化擾動(dòng),、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用,，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化,，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有了提高。公司的臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī),；電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成,，可以大大簡(jiǎn)化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，具有傳動(dòng)環(huán)節(jié)少,、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)高可靠性,。數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等,，應(yīng)用了大量的電氣,、液壓和機(jī)電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大,；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和干擾對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利,，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長(zhǎng),，要求平均無(wú)故障時(shí)間在2萬(wàn)小時(shí)以上為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性,，就要精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過(guò)維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié),。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間在7一10萬(wàn)小時(shí)以上,，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間僅為10000小時(shí)左右，國(guó)外整機(jī)平均無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)500小時(shí)以上,，而國(guó)內(nèi)最高只有300小時(shí),。
極端化(大型化和微型化)。國(guó)防,、航空,、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機(jī)床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備,，所以微型機(jī)床包括微切削加工(車(chē),、銑、磨)機(jī)床,、微電加工機(jī)床,、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大信息交互網(wǎng)絡(luò)化。對(duì)于面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)來(lái)說(shuō),，使數(shù)控機(jī)床具有雙向,、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車(chē)間各個(gè)部門(mén)間暢通無(wú)阻是非常重要的,。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視,、控制,、培訓(xùn)、教學(xué),、管理,，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等),。例如,，日本Muzak公司推出新一代的加工中心配備了一個(gè)稱(chēng)為信息塔的外部設(shè)備，包括計(jì)算機(jī),、手機(jī),、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音,、圖形,、視像和文本的通信故障警報(bào)展現(xiàn)、在線(xiàn)幫助排除故障等功能,，是獨(dú)特的,、自主管理的制造單元新型功能部件。為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能,，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然,。具有代表性的新型功能部件包括：高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動(dòng)機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小,、轉(zhuǎn)速高,、可無(wú)級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用,；直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)：近年來(lái),，直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng),，但由于負(fù)載變化擾動(dòng),、熱變形補(bǔ)償,、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化,，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有了提高,。公司的臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)；電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成,，可以大大簡(jiǎn)化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu),，具有傳動(dòng)環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)高可靠性,。數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比,，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣,、液壓和機(jī)電裝置,，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和干擾對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利,，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜,，加工周期長(zhǎng)，要求平均無(wú)故障時(shí)間在2萬(wàn)小時(shí)以上為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性,，就要精心設(shè)計(jì)系統(tǒng),、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過(guò)維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間在7一10萬(wàn)小時(shí)以上,，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間僅為10000小時(shí)左右,，國(guó)外整機(jī)平均無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)500小時(shí)以上，而國(guó)內(nèi)最高只有300小時(shí),。
加工過(guò)程綠色化,。隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來(lái)越重要,，而我國(guó)的資源,、環(huán)境問(wèn)題尤為突出。因此,，近年來(lái)不用或少用冷卻液,、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn),，并在不斷發(fā)展當(dāng)中在21世紀(jì),，綠色制造的大趨勢(shì)將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場(chǎng),。
多媒體技術(shù)的應(yīng)用,。多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音,、文字,、圖像和視頻信息的能力，因此也對(duì)用戶(hù)界面提出了圖形化的要求,。合理的人性化的用戶(hù)界面極大地方便了非專(zhuān)業(yè)用戶(hù)的使用,，人們可以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)咚!編程和快速編程,、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形,、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟 蹤和仿真,、不同方向的視圖和局部展現(xiàn)比例縮放功能的實(shí)現(xiàn),。除此以外，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化,、智能化,，應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)等,，因此有著重大的應(yīng)用價(jià)值。
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