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数控机床的历史、现状与未来-.doc

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江苏技术师范学院毕业论文第 1 页 共 10 页数控机床的历史、现状与未来摘 要一、数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,从而使机床动作。过去的数控机床经历了一个由单一向多元转换的一个过程,数控机床的快速发展是整个世界经济、科技发展的重要体现。数控机床在现代工业中占据着不可替代的位置,与我们生活的各个方面都有直接或间接的关系。未来数控机床将会有一个前所未有的发展,世界上主要工业发达国家都十分重视的研究和发展关 键 字数控机床,发展加工,发展趋势,数控加工技术,智能前言数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,从而使机床动作。它是集现代机械制造技术、自动控制技术及计算机信息技术于一体,采用数控装置或计算机来部分或全部地取代一般通用机床在加工零件时的各种动作的人工控制。是高效率、高精度、高柔性和高自动化的光、机、电一体化的数控设备。江苏技术师范学院毕业论文第 2 页 共 10 页目 录概要-------------------------------------------------------(1)一、 数控机床---------------------------------------------(3)二 、数控机床的历史---------------------------------------(3)1、第一台数控机床的诞生-----------------------------------(3)2、数控机床早期的发展史-----------------------------------(3)三、数控机床的现状-----------------------------------------(4)1、我国数控机床的现状-------------------------------------(4)2、国内数控机床行业近年取得的成绩-------------------------(4)四、数控机床的展望与未来------------------------------------(6)1、高速化、高精度化、高可靠性------------------------------(6)2、复合化--------------------------------------------------(7)3、向智能化方向发展 ---------------------------------------(7)江苏技术师范学院毕业论文第 3 页 共 10 页4、开放式体系结构------------------------------------------(7)5、离速、离效、高精度、商可靠性----------------------------(8)6、柔性化-------------------------------------------------(8)7 、环保节能的新理念--------------------------------------(8)主要参考文献----------------------------------------------(10)一、数控机床数控机床(Numerial Control Machine Tools)是指采用数字控制技术对机床加工过程进行自动控制的一类机床。国际信息处理联盟第五次技术委员会对数控机床作的定义是:“数控机床是一个装有程序控制系统的机床,该系统能够逻辑地处理具有使用代码或其他编码指令规定的程序。 ”它是集现代机械制造技术、自动控制技术及计算机信息技术于一体,采用数控装置或计算机来部分或全部地取代一般通用机床在加工零件时的各种动作(如启动、加工顺序、改变切削量、主轴变速、选择刀具、冷却液开停以及停车等)的人工控制,是高效率、高精度、高柔性和高自动化的光、机、电一体化的数控设备。数控机床具有广泛的适应性,加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高,可以精确加工复杂型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件,并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多,有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。二、数控机床的历史1、第一台数控机床的诞生。江苏技术师范学院毕业论文第 4 页 共 10 页1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出计算机控制机床的设想。1949 年,该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下,开始数控机床研究,并于 1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床,不久即开始正式生产。2、早期的发展历史。1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的发展。60 年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC),又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974 年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC),这是第五代数控系统。第五代与第三代相比,数控装置的功能扩大了一倍,而体积则缩小为原来的 1/20,价格降低了3/4,可靠性也得到极大的提高。80 年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。三、数控机床的现状1、在当代电子、信息、通讯等科技的大力发展下,数控机床的综合性能也达到了一个很高的水平。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上,技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同,各有特点:(1)美国政府重视机床工业,美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费,且网罗世界人才,特别讲究“效率”和“创新” ,注重基础科研。因而在机床技术上不断创新,如 1952年研制出世界第一台数控机床、1958 年创制出加工中心、70 年代初研制成 FMS、1987 年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求,充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线,而且电子、计算机技术在世界上领先,因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实,且一贯重视科研和创新,故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床,其存在的教训是,偏重于基础科研,忽视应用技术,且在上世纪 80代政府一度放松了引导,致使数控机床产量增加缓慢,于 1982年被后进的日本超过,并大量进口。从 90年代起,纠正过去偏向,数控机床技术上转向实用,产量又逐渐上升。(2)德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位,在多方面大力江苏技术师范学院毕业论文第 5 页 共 10 页扶植。特别讲究“实际”与“实效” ,坚持“以人为本” ,师徒相传,不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上,于 1956年研制出第一台数控机床后,一直坚持实事求是,讲求科学精神,不断稳步前进。(3)日本政府对机床工业之发展异常重视,通过规划、法规(如“机振法” 、 “机电法” 、 “机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国,在质量管理及数控机床技术上学习美国,甚至青出于蓝而胜于蓝。日本在发展数控机床的过程中,狠抓关键,突出发展数控系统。日本 FANUC公司战略正确,仿创结合,针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统,在技术上领先,在产量上居世界第一。2、我国数控机床现状的特征我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代,通过“六五”期间引进数控技术, “七五”期间组织消化吸收“科技攻关” ,我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年,我国数控产业发展迅速,1998~2004 年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为 39.3%和 34.9%。尽管如此,进口机床的发展势头依然强劲,从 2002年开始,中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国,2004年中国机床主机消费高达 94.6亿美元,国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显,70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力,究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势,充分认识国产数控机床的不足,努力发展先进技术,加大技术创新与培训服务力度,以缩短与发达国家之问的差距。我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展,在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计,目前我国可供市场的数控机床有 1500种,几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广,可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。如国产 XNZD2415型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点,通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门,在并联平台上附加两自由度串联结构的 A、C 轴摆角铣头,配以工作台的纵向移动,可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。基于 RT一 Linux开发的数控系统具有的实时性和可靠性,能在同一网络中与多台 PLC相连接,可控制机床的五轴联动,实现人机对话。该机床的作业空间 4.5mx1.6mx1.2m,A 轴转江苏技术师范学院毕业论文第 6 页 共 10 页角±1050,C 轴连续转角 0一 4000,主轴转速(无级)最高 10000r/min,重复定位精度±0.01mm,可实现三维立体曲面如水轮机叶片,导叶的五轴联动高速切削加工。超精密球面车床为陀螺仪的加工提供了基础设备,这类车床也可用于透镜模具、照相机塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。高速五轴龙门铣床采用铣头内油雾润滑冷却、横梁预应力反变形控制等技术。这类铣床可用于航空、航天、造船、水泵叶片、高档模具等的加工。SSCKZ80一 5型五轴车铣复合加工中心可满足航天、航空、船舶及铁路运输业对高精度、高刚度、形状复杂的大型回转体零件加工的要求,如飞机发动机主轴、起落架的加工,船舶发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器及螺旋叶片的加工等。TW250型高速、高效车削中心采取双主轴对置结构,两个刀架分别位于主轴轴线上下方,控制轴数 8个,可实现 4轴联动。装有 12位伺服驱动双向动力刀台的上下刀架可对任一主轴进行 2轴或 4轴加工。该机床采用模块化设计技术,可根据用户的不同要求派生为双刀架双主轴、单刀架双主轴、双刀架单主轴、等车削中心或数控车床。XKAE2720型桥式定梁龙门加工中心可满足航空、航天、军工、机车车辆、模具、印刷机械等行业的需求。MJ一 860DT型双刀架四轴对置式数控车床是一种大规格、重载荷、高刚度、多轴控制的数控车床,适合兵器、航天航空制造业对大型工件(如高强度耐热钛镍合金钢类零件)进行中低转速下的强力切削,也适宜冶金、机车、造纸机械等行业对大型工件特别是长轴类零件进行高效、强力车削时采用。TK68125A型落地式数控镗铣床可广泛适用于大中型柴油机、工程机械、汽车、船舶、航天航空工业的大中型复杂结构件加工,特别适用于对具有空间曲面的复杂零件高速、高效加工。TK6913B型落地式数控镗铣床在高刚度方滑枕、数控可移动主轴组件、数控回转工作台、数控平旋盘、大型链式刀库、模块化开发等方面形成了自己的核心技术。纵观我国数控技术近 50多年的发展历程,特别是经过 4个 5年计划的攻关,总体来看取得了以下成绩:奠定了数控技术发展的基础,基本掌握了现代数控技术。初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上,建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产江苏技术师范学院毕业论文第 7 页 共 10 页能力的数控系统生产厂。建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然从纵向看我国的发展速度很快,但横向比(与国外对比)不仅技术水平有差距,在某些方面发展速度也有差距,即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看,对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下:技术水平上,与国外先进水平大约落后10~15 年,在高精尖技术方面则更大。产业化水平上,市场占有率低,品种覆盖率小,还没有形成规模生产;功能部件专业化生产水平及成套能力较低;外观质量相对差;可靠性不高,商品化程度不足;国产数控系统尚未建立自己的品牌效应,用户信心不足。可持续发展的能力上,对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱;数控技术应用领域拓展力度不强;相关标准规范的研究、制定滞后。四、数控机床的展望1、高速化、高精度化、高可靠性:提高进给速度与提高主轴转速。精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级。一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上,但也不是可靠性越高越好,因为商品受性能价格比的约束。2、复合化。数控机床的功能复合化的发展,其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序,从而提高了机床的效率和加工精度,提高生产的柔性。当今的机械加工更趋向于高精度、多品种、小批量、低成本、短周期和复杂化的加工,复合加工是数控机床的一个重要技术发展方向。复合功能使数控机床显著提高了工件成品的生产速度,能够大大消除散列工序加工过程中的运输、装夹及等待时间,使加工周期大大缩短并降低加工车间的在制品数量。工件在机床上只有一次装夹定位,既减少了加工辅助时间,又提高了工件的加工精度。显然,复合加工机床对自动化产品的要求更高。复合功能的实现依赖于针对工件和刀具的实时检测与智能判断、数据运算、刀具管理及系统控制。高灵敏度的探针、高速处理芯片、体积更小、响应速度更快的传感器和执行器等自动化产品和技术在机床上将会得到更为广泛的应用。3、向智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展,数控系统的智能化程度将不断提高。 数控机床的智能化体现在系统的各个方面,如提高加工效率和加工质量的智能化,提高驱动性能和方便使用连接的智能化,追求简化编程江苏技术师范学院毕业论文第 8 页 共 10 页与操作的智能化,为方便系统诊断与维修的智能诊断、智能监控等。目前数控机床的智能化技术已经在数控系统中得到了较多体现。(1)应用自适应控制技术 数控系统能检测过程中一些重要信息,并自动调整系统的有关参数,达到改进系统运行状态的目的。 (2)引入专家系统指导加工 将熟练工人和专家的经验,加工的一般规律和特殊规律存入系统中,以工艺参数数据库为支撑,建立具有人工智能的专家系统。 (3)引入故障诊断专家系统 (4)智能化数字伺服驱动装置 可以通过自动识别负载,而自动调整参数,使驱动系统获得最佳的运行。4、开放式体系结构新一代的数控系统体系结构向开放式系统方向发展。很多数控系统开发厂家瞄准通用个人计算机所具有的开发性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点,开发出基于 pc的 cnc。随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展,数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化,具备完善的自诊断功能;可靠性也大大提高;数控系统本身将普遍实现自动编程。未来数控机床的类型将更加多样化,多工序集中加工的数控机床品种越来越多;激光加工等技术将应用在切削加工机床上,从而扩大多工序集中的工艺范围;数控机床的自动化程度更加提高,并具有多种监控功能,从而形成一个柔性制造单元,更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。5离速、离效、高精度、商可靠性机床向高速化方向发展,可充分发挥现代刀具材料的性能。不但可大幅度提高加工效率!降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度;要提高加工效率。首先必须提高切削和进给速度,同时,还要缩短加工时间;要确保加工质量,必须提高机床部件运动轨迹的精度.对数控系统的可靠性而言,一般要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上,它是高速、高效、高精度的基本保证。但也不是可靠性.越高越好,仍然是适度可靠,因为是商品,受性能价格比的约束。高速高精度并不仅仅是指数控机床对工件的加工速度要高要快,生产的产品精度更高,还要求数控机床在工件加工的整个过程中都要高速运转、精确定位,以减少工件在准备、加工、转运、收储等各个环节占用的时间,综合提高工厂的生产效率,降低生产成本。更高精度的机械产品在实际使用中会带来更多的益处,如减少运转过程中的摩擦和发江苏技术师范学院毕业论文第 9 页 共 10 页热,降低能源损耗,使整机运转更加平稳可靠,减少故障出现的几率等。为了实现高速高精度的目标,自动化产品厂商们加大了技术投入和开发力度,研发了更多的自动化产品应用于数控机床,如直线电机、电主轴、更高线数的编码器、精度更高更稳定的光栅尺等,这些自动化产品为数控机床实现高速高精度功能提供了强有力的支持。6柔性化机器人与主机的柔性化组合可以提高效率,得到了广泛应用。柔性自动化技术是制造行业满足市场需求和实现产品更新的主要手段。作为先进制造领域的基础技术,它已经成为各国制造行业发展的主流趋势。7 环保节能的新理念目前,全球范围内都在提倡绿色经济、低碳经济,这样的发展趋势和环保要求同样在数控机床行业得到响应和实践。所谓绿色机床,就是要求机床的制造材料要环保,可以回收利用;能够降低空运转功率,减少功率损耗;尽可能减少机床使用和工件加工过程中产生的各种废弃物,并保证这些废弃物不污染工作环境和自然环境。自动化产品、数控系统和数控机床制造商们根据各自的研究成果,采用新的环保材料和生产工艺,改变产品结构和方式,研发新的技术手段,改进废弃物的回收方式等,把环保节能的绿色要求和指标嵌入到了数控机床中,以使数控机床对环境的影响降低到最小程度。纵观数控机床的发展之路,我们可以清晰的认识到数控的发展他不仅代表着整个制造业的发展,也代表着整个社会的进步。所以数控机床的明天一定是充满辉煌,充满希望。 目前,数控机床的发展日新月异,高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。当前。国产数控 4机床与工业国家的机床产品相比,有一定差距。但差距所在,便是其努力方向及发展动力所在。这也将促使我们在学习掌握和运用高速、高精数控机床的核心技术的同时。积极开发新的现代制造技术。使国产数控机床得到更大发展。从而相应进一步加大对出口市江苏技术师范学院毕业论文第 10 页 共 10 页参考文献:[1]中国机床工具工业协会 行业发展部.CIMT2001 巡礼[J].世界制造技术与装备市场,2001(3):18-20.[2]梁训王宣 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