數(shù)控車床的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用畢業(yè)論文

畢 業(yè) 論 文題 目 數(shù)控車床的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用 專 業(yè) 數(shù)控加工與維護(hù)工程 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 西安工業(yè)大學(xué)函授部二 0 0 九 年摘 要世界制造業(yè)轉(zhuǎn)移，中國(guó)正在逐步成為世界加工廠。美國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化發(fā)展的高技術(shù)密集時(shí)代與微電子時(shí)代，鋼鐵、機(jī)械、化工等重工業(yè)正逐漸向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移。我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)過(guò)了發(fā)展初期，正處于重化工業(yè)發(fā)展中期。 未來(lái)10年將是中國(guó)機(jī)械行業(yè)發(fā)展最佳時(shí)期。美國(guó)、德國(guó)的重化工業(yè)發(fā)展期延續(xù)了18年以上，美國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)四國(guó)重化工業(yè)發(fā)展期平均延續(xù)了12年，我們估計(jì)中國(guó)的重化工業(yè)發(fā)展期將至少延續(xù)10年，直到2015年。因此，在未來(lái)10年中，隨著中國(guó)重化工業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)，中國(guó)企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品技術(shù)、質(zhì)量等都將得到大幅提升，國(guó)產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)，逐步替代進(jìn)口，并加速出口。目前，機(jī)械行業(yè)中部分子行業(yè)如船舶、鐵路、集裝箱及集裝箱起重機(jī)制造等已經(jīng)受益于國(guó)際間的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，并將持續(xù)受益；電站設(shè)備、工程機(jī)械、床等將受益于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，加快出口進(jìn)程關(guān)鍵詞 : 制造業(yè)轉(zhuǎn)移 工業(yè)化發(fā)展 械行業(yè)發(fā)展 機(jī)床目 錄第一章 總體戰(zhàn)略1.1 以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)41.2 在商品化上狠下工夫41.3 將管理和營(yíng)銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)51.4 大力加強(qiáng)技術(shù)支持和服務(wù)51.5 堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路6第二章 國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展情況第三章 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)3.1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)83.2 五軸聯(lián)動(dòng)加工93.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)93.4 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立103.4.1 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范103.4.2 關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)103. 5 柔性化103. 6 工藝復(fù)合性和多軸化103.7 功能發(fā)展方向113 .8 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展11第四章 技術(shù)途徑 4.1 發(fā)展具有中國(guó)特色的新一代PC數(shù)控系統(tǒng)124.2 推進(jìn)數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)134.3 加速數(shù)控機(jī)床的全國(guó)產(chǎn)化，打好市場(chǎng)翻身仗14第五章 數(shù)控車的工藝與工裝削5.1合理選擇切削用量155.2. 合理選擇刀具155.3. 合理選擇夾具165.4. 確定加工路線165.5. 加工路線與加工余量的聯(lián)系165.6. 夾具安裝要點(diǎn)16第六章 進(jìn)行有效合理的車削加工第七章 數(shù)控車削加工中妙用G00及保證尺寸精度的技巧第八章 控制尺寸精度的技巧8.1. 修改刀補(bǔ)值保證尺寸精度178.2. 半精加工消除絲桿間隙影響保證尺寸精度17 8.3. 程序編制保證尺寸精度178.4. 修改程序和刀補(bǔ)控制尺寸17第九章 數(shù)控機(jī)床故障排除方法及其注意事項(xiàng)9.1、故障排除方法189.2、維修中應(yīng)注意的事項(xiàng)18 結(jié)語(yǔ)致謝參考文獻(xiàn)第一章 總體戰(zhàn)略 符合中國(guó)國(guó)情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)21世紀(jì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的分析和對(duì)我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域存在問(wèn)題的研究，我們認(rèn)為以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營(yíng)銷為重點(diǎn)，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路將是一種符合我國(guó)國(guó)情的發(fā)展數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的總體戰(zhàn)略。 1.1 以科技創(chuàng)新為先導(dǎo) 中國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，從無(wú)到有，從引進(jìn)消化到擁有自己獨(dú)立的自主版權(quán)，取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。但回顧這幾十年的發(fā)展，可以看到我們?cè)跀?shù)控領(lǐng)域的進(jìn)步主要還是按國(guó)外一些模式，按部就班地發(fā)展，真正創(chuàng)新的成分不多。這種局面在發(fā)展初期的起步階段，是無(wú)可非議的。但到了世界數(shù)控強(qiáng)手如林的今天和知識(shí)經(jīng)濟(jì)即將登上舞臺(tái)的新世紀(jì)，這一常規(guī)途徑就很難行通了。例如，在國(guó)外模擬伺服快過(guò)時(shí)時(shí)，我們開始搞模擬伺服，還沒(méi)等我們占穩(wěn)市場(chǎng)，技術(shù)上就已經(jīng)落后了；在國(guó)外將脈沖驅(qū)動(dòng)的數(shù)字式伺服打入我國(guó)市場(chǎng)時(shí)，我們就跟著搞這類所謂的數(shù)字伺服，但至今沒(méi)形成大的市場(chǎng)規(guī)模；近來(lái)國(guó)外將數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡(luò)（通過(guò)光纜等）與數(shù)控裝置連接時(shí)，我們又跟著發(fā)展此類系統(tǒng)，前途仍不樂(lè)觀。這種老是跟在別人后面走，按國(guó)外已有控制和驅(qū)動(dòng)模式來(lái)開發(fā)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上難免要滯后，再加上國(guó)外公司在我國(guó)境內(nèi)設(shè)立研究所和生產(chǎn)廠，實(shí)行就地開發(fā)、就地生產(chǎn)和就地銷售，使我們的產(chǎn)品在性能價(jià)格比上已越來(lái)越無(wú)多大優(yōu)勢(shì)，因此要進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)占有率，難度自然就很大了。為改變這種現(xiàn)狀，我們必須深刻理解和認(rèn)真落實(shí)“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的偉大論斷，大力加強(qiáng)數(shù)控領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國(guó)特色的實(shí)用的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，逐步建立自己獨(dú)立的、先進(jìn)的技術(shù)體系。在此基礎(chǔ)上大力發(fā)展符合中國(guó)國(guó)情的數(shù)控產(chǎn)品，從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類齊全的數(shù)控機(jī)床整機(jī)的完整的產(chǎn)業(yè)體系。這樣，才不會(huì)被國(guó)外牽著鼻子，永遠(yuǎn)受別人的制約，才有可能用先進(jìn)、實(shí)用的數(shù)控產(chǎn)品去收復(fù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，打開國(guó)際市場(chǎng)，使中國(guó)的數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在21世紀(jì)走在世界的前列。 1.2 在商品化上狠下工夫近幾年我國(guó)數(shù)控產(chǎn)品雖然發(fā)展很快，但真正在市場(chǎng)上站住腳的卻不多。就數(shù)控系統(tǒng)而言，國(guó)產(chǎn)貨仍未真正被廣大機(jī)床廠所接受，因此出現(xiàn)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)用于舊機(jī)床改造的例子較多，而裝備新機(jī)床的卻很少，機(jī)床廠出產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床大多數(shù)用的都是國(guó)外的系統(tǒng)。這當(dāng)然不是說(shuō)舊機(jī)床的數(shù)控化改造不重要，而是說(shuō)明從商品的角度看，我們的數(shù)控系統(tǒng)與國(guó)外相比還存在相當(dāng)大的差距。 控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床商品化的主要因素除技術(shù)性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。以往，一些數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品的研究、開發(fā)部門，所追求的往往是一些體現(xiàn)技術(shù)水平的指標(biāo)（如多少通道、多少軸聯(lián)動(dòng)、每分鐘多少米的進(jìn)給速度等等），而對(duì)影響實(shí)用性的一些指標(biāo)和一些小問(wèn)題卻不太重視，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、魯棒性、可靠性、實(shí)用性方面花的精力相對(duì)較少。從而出現(xiàn)某些產(chǎn)品鑒定時(shí)的水平都很高，甚至也獲各種大獎(jiǎng)。但這些高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品到用戶哪兒卻由于一些小問(wèn)題而表現(xiàn)不盡人意，最后喪失了信譽(yù)，打不開市場(chǎng)。這說(shuō)明，高指標(biāo)、高性能的樣機(jī)型的產(chǎn)品離用戶真正需要的實(shí)用、可靠的商品是有相當(dāng)大的距離的，將一個(gè)高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品變?yōu)橐粋€(gè)有市場(chǎng)的商品還需作出大量艱苦的努力。 另一方面，數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床不像家電類產(chǎn)品那樣易于大批量生產(chǎn)，應(yīng)用環(huán)境也不那么簡(jiǎn)單。數(shù)控產(chǎn)品是在生產(chǎn)環(huán)境中使用，面臨的是五花八門的工藝問(wèn)題。如果開發(fā)部門對(duì)這些問(wèn)題掌握得不透，就難以將產(chǎn)品設(shè)計(jì)得很完善。而且數(shù)控產(chǎn)品的某些問(wèn)題在開發(fā)、試用，甚至鑒定時(shí)都難以發(fā)現(xiàn)。這就造成，同樣型號(hào)的數(shù)控機(jī)床在有的用戶那兒運(yùn)行得很好，而在別的用戶那兒卻表現(xiàn)欠佳。或者同樣型號(hào)的數(shù)控機(jī)床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時(shí)卻不盡人意。出現(xiàn)這種情況，有時(shí)是用戶操作人員的水平問(wèn)題，但有時(shí)就是數(shù)控產(chǎn)品本身潛在問(wèn)題的暴露。為解決這一問(wèn)題，國(guó)外一些公司設(shè)立了專門機(jī)構(gòu)來(lái)測(cè)試考驗(yàn)自己的產(chǎn)品，如為考驗(yàn)新開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，廠家自己設(shè)計(jì)和從生產(chǎn)實(shí)際中收集了大量零件程序，讓數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行各種各樣的程序，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，即立即反饋給開發(fā)部門予以解決。經(jīng)過(guò)這樣的測(cè)試考驗(yàn)過(guò)程后，數(shù)控系統(tǒng)的潛在問(wèn)題就大為減少。以往，我們的產(chǎn)品就很少進(jìn)行這樣嚴(yán)格的全面的自我測(cè)試考驗(yàn)。好些問(wèn)題要等到用戶去給我們挑出來(lái)。這樣，即使一個(gè)小問(wèn)題也將嚴(yán)重影響國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品的聲譽(yù)。 因此，我們應(yīng)充分重視上述問(wèn)題，在商品化上切實(shí)狠下工夫，將其作為數(shù)控產(chǎn)業(yè)的主干來(lái)抓，貫穿于技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)、試制、生產(chǎn)等的全過(guò)程中，從而將我們已有的技術(shù)水平較高的數(shù)控產(chǎn)品變成真正有市場(chǎng)的好商品。1.3 將管理和營(yíng)銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn) 經(jīng)過(guò)20來(lái)年市場(chǎng)風(fēng)雨的沖擊，國(guó)人已越來(lái)越認(rèn)識(shí)到，技術(shù)固然重要，但在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境下，要在激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)中獲勝，管理和營(yíng)銷就顯得更為重要。例如，我國(guó)臺(tái)灣生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床不但占領(lǐng)了大陸市場(chǎng)的相當(dāng)大的份額，而且還打進(jìn)了美國(guó)市場(chǎng)。是臺(tái)灣數(shù)控機(jī)床的技術(shù)和質(zhì)量超過(guò)美國(guó)了嗎？顯然不是。那他們靠的是什么？重要的一條就是在企業(yè)管理和產(chǎn)品營(yíng)銷上下了工夫。而我們長(zhǎng)期以來(lái)把主要精力放在開發(fā)技術(shù)和提高水平上，忽視了經(jīng)營(yíng)管理、市場(chǎng)開拓、產(chǎn)品營(yíng)銷等方面的工作，結(jié)果在新技術(shù)、新產(chǎn)品開發(fā)出來(lái)以后，在產(chǎn)品質(zhì)量提高以后，企業(yè)仍然處于產(chǎn)品銷售不暢的困境1。國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，數(shù)控產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力不僅取決于技術(shù)，更取決于經(jīng)營(yíng)管理能力和營(yíng)銷能力。 因此，從現(xiàn)在起我們應(yīng)將管理和營(yíng)銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，真正擺脫計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代所遺留下來(lái)的思維方式和工作習(xí)慣的束縛，建立適應(yīng)市場(chǎng)的高效、靈敏的運(yùn)行機(jī)制和有效的激勵(lì)機(jī)制。通過(guò)這種機(jī)制，一方面切實(shí)加強(qiáng)企業(yè)管理，激發(fā)企業(yè)負(fù)責(zé)人和廣大職工的負(fù)責(zé)精神、創(chuàng)造精神和獻(xiàn)身精神，努力提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力；另一方面充分調(diào)動(dòng)企業(yè)內(nèi)外、行業(yè)內(nèi)外一切積極因素，大力加強(qiáng)市場(chǎng)開拓力度，奮力打通營(yíng)銷渠道?？梢詧?jiān)信，有過(guò)硬競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，再加上北京開關(guān)廠那樣的“找、掙、鉆、搶”精神，我們就一定能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得勝利。1.4 大力加強(qiáng)技術(shù)支持和服務(wù) 數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床作為典型的高技術(shù)產(chǎn)品，對(duì)用戶的技術(shù)支持和服務(wù)是相當(dāng)重要的。以前國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品喪失信譽(yù)的原因，除可靠性問(wèn)題外，另一大問(wèn)題就是缺乏有力的技術(shù)支持和服務(wù)。用戶花了很多錢買的數(shù)控機(jī)床或數(shù)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題卻叫天天不應(yīng)，叫地地不靈，以后誰(shuí)還敢買我們的產(chǎn)品。因此，應(yīng)將對(duì)用戶的技術(shù)支持和服務(wù)當(dāng)成重要的日常工作來(lái)抓，使我們?cè)谑袌?chǎng)上向縱深挺進(jìn)時(shí)，有一個(gè)強(qiáng)大后方。因此，為了取得數(shù)控產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的全面勝利，必須建立以技術(shù)支持和服務(wù)為核心的強(qiáng)大后方。當(dāng)然，為贏得主動(dòng)，后方也須主動(dòng)出擊。目前，利用先進(jìn)的信息技術(shù)手段（如網(wǎng)絡(luò)和多媒體），將為建立新一代立體化的技術(shù)支持和服務(wù)體系開辟新的途徑。1.5 堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路可持續(xù)發(fā)展是下一世紀(jì)企業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)要有大的發(fā)展也必須堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展的道路。綠色是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，其主要思想是清潔和節(jié)約。為此應(yīng)大力加強(qiáng)綠色數(shù)控產(chǎn)品的開發(fā)，加速促進(jìn)數(shù)控產(chǎn)品、數(shù)控產(chǎn)業(yè)以及整個(gè)制造業(yè)的綠色化，主要戰(zhàn)略措施應(yīng)考慮以下幾方面：有效減少產(chǎn)品制造及使用過(guò)程中的環(huán)境污染。如減少數(shù)控機(jī)床的鑄件結(jié)構(gòu)，消除鑄造對(duì)環(huán)境的污染；將數(shù)控機(jī)床主軸的潤(rùn)滑以油氣潤(rùn)滑、噴油潤(rùn)滑等取代油霧潤(rùn)滑，減少對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染；在精密數(shù)控機(jī)床及其運(yùn)行環(huán)境的溫度控制中取消氟利昂制冷的恒溫技術(shù)；以電傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)，減少噪聲污染。大幅度降低資源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產(chǎn)品壽命結(jié)束后硬件裝置的拆卸回收問(wèn)題；以永磁驅(qū)動(dòng)代替感應(yīng)驅(qū)動(dòng)，提高效率和功率因數(shù)，節(jié)約能源；以電傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)，提高效率，減少能源消耗。加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床。這既符合運(yùn)用信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和裝備現(xiàn)代化這一產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，又可取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)擁有普通機(jī)床數(shù)百萬(wàn)臺(tái)，加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床將成為下世紀(jì)我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。 大力發(fā)展綠色數(shù)控機(jī)床。綠色數(shù)控機(jī)床應(yīng)是材料消耗少、能耗低、無(wú)污染，壽命長(zhǎng)且便于拆卸回收的新型機(jī)床。例如，以并聯(lián)結(jié)構(gòu)代替串聯(lián)結(jié)構(gòu)就是開發(fā)綠色數(shù)控機(jī)床的一條途徑，這是因?yàn)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床消耗的金屬材料僅為常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床的幾分之一，其加工量也比常規(guī)機(jī)床大幅度減少，特別是消除了大型結(jié)構(gòu)件的鑄造，這將顯著降低機(jī)床制造過(guò)程中的能源消耗和對(duì)環(huán)境的污染。此外，并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床有利于采用電傳動(dòng)，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了ISO14000環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)，全球環(huán)境問(wèn)題“法律化”的趨勢(shì)正在進(jìn)一步發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展將成為企業(yè)通向國(guó)際市場(chǎng)的通行證2。因此，我們的數(shù)控產(chǎn)品要在下一世紀(jì)走向國(guó)際市場(chǎng)，我們的企業(yè)就必須“從我做起，從現(xiàn)在做起”。 第二章 國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r世界制造業(yè)在20世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽(yáng)工業(yè)，所以美國(guó)人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過(guò)重大改組。如美國(guó)、德國(guó)等幾大制造商都經(jīng)過(guò)較大變動(dòng)，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國(guó)機(jī)床行業(yè)從2000年至今已接受3個(gè)月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。 20世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。自從1952年美國(guó)第1臺(tái)數(shù)控銑床問(wèn)世至今已經(jīng)歷了50個(gè)年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機(jī)，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有1020萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)值上百億美元。 世界制造業(yè)在20世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽(yáng)工業(yè)，所以美國(guó)人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過(guò)重大改組。如美國(guó)、德國(guó)等幾大制造商都經(jīng)過(guò)較大變動(dòng)，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國(guó)機(jī)床行業(yè)從2000年至今已接受3個(gè)月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過(guò)高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來(lái)說(shuō)，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90年代初期面臨國(guó)家經(jīng)濟(jì)由計(jì)劃性經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時(shí)期，那時(shí)生產(chǎn)能力降到50，庫(kù)存超過(guò)4個(gè)月。從1995年“九五”以后國(guó)家從擴(kuò)大內(nèi)需啟動(dòng)機(jī)床市場(chǎng)，加強(qiáng)限制進(jìn)口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點(diǎn)支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對(duì)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用，尤其是在1999年以后，國(guó)家向國(guó)防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場(chǎng)一派繁榮。從2000年8月份的上海數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)和2001年4月北京國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問(wèn)題： （1） 低技術(shù)水平的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，互相靠壓價(jià)促銷； （2） 高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進(jìn)口； （3） 配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進(jìn)口； （4） 應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒(méi)有完全推廣使用； （5） 自行開發(fā)能力較差，相對(duì)有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進(jìn)圖紙、合資生產(chǎn)或進(jìn)口件組裝。 當(dāng)今世界工業(yè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的擁有量反映了這個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)能力和國(guó)防實(shí)力。目前我國(guó)是全世界機(jī)床擁有量最多的國(guó)家（近300萬(wàn)臺(tái)），但我們的機(jī)床數(shù)控化率僅達(dá)到19左右，這與西方工業(yè)國(guó)家一般能達(dá)到20的差距太大。日本不到80萬(wàn)臺(tái)的機(jī)床卻有近10倍于我國(guó)的制造能力。數(shù)控化率低，已有數(shù)控機(jī)床利用率、開動(dòng)率低，這是發(fā)展我國(guó)21世紀(jì)制造業(yè)必須首先解決的最主要問(wèn)題。每年我們國(guó)產(chǎn)全功能數(shù)控機(jī)床30004000臺(tái)，日本1年產(chǎn)5萬(wàn)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，每年我們花十幾億美元進(jìn)口70009000臺(tái)數(shù)控機(jī)床，即使這樣我國(guó)制造業(yè)也很難把行業(yè)中數(shù)控化率大幅度提上去。因此，國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委從“八五”、“九五”就提出數(shù)控化改造的方針，在“九五”期間，我協(xié)會(huì)也曾做過(guò)調(diào)研。當(dāng)時(shí)提出數(shù)控化改造的設(shè)備可達(dá)810萬(wàn)臺(tái)，需投入80100億資金，但得到的經(jīng)濟(jì)效益將是投入的510倍以上。因此，這兩年來(lái)承擔(dān)數(shù)控化改造的企業(yè)公司大量涌現(xiàn)，甚至還有美國(guó)公司加入?！笆濉眲倓傞_始，國(guó)防科工委就明確提出了在軍工企業(yè)中投入68億元，用于對(duì)1218萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的數(shù)控化改造。 數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò)50年的2個(gè)階段和6代的發(fā)展： 第1階段：硬件數(shù)控（NC） 第1代：1952年的電子管 第2代：1959年晶體管分離元件 第3代：1965年的小規(guī)模集成電路 第2階段：軟件數(shù)控（CNC） 第4代：1970年的小型計(jì)算機(jī) 第5代：1974年的微處理器 第6代：1990年基于個(gè)人PC機(jī)（PCBASEO） 第6代的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)主要有： （1） 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可達(dá)到5萬(wàn)小時(shí)以上； （2） 基于PC平臺(tái)，技術(shù)進(jìn)步快，升級(jí)換代容易； （3） 提供了開放式基礎(chǔ)，可供利用的軟、硬件資源豐富，使數(shù)控功能擴(kuò)展到很寬的領(lǐng)域（如CAD、CAM、CAPP，連接網(wǎng)卡、聲卡、打印機(jī)、攝影機(jī)等）； （4） 對(duì)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠來(lái)說(shuō)，提供了優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境，簡(jiǎn)化了硬件。 目前，國(guó)際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠是日本FANUC公司，1年生產(chǎn)5萬(wàn)套以上系統(tǒng)，占世界市場(chǎng)約40左右，其次是德國(guó)的西門子公司約占15以上，再次是德海德漢爾，西班牙發(fā)格，意大利菲地亞，法國(guó)的NUM，日本的三菱、安川。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廠家主要有華中數(shù)控、北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)、北京凱恩帝、北京凱奇、沈陽(yáng)藝天、廣州數(shù)控、南京新方達(dá)、成都廣泰等，國(guó)產(chǎn)數(shù)控生產(chǎn)廠家規(guī)模都較小，年產(chǎn)都還沒(méi)有超過(guò)300400套。 近10年數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)發(fā)展，在以下幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。 （1） 高速化 由于高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高各方面速度，車床主軸轉(zhuǎn)速由30004000rmin提高到800010000rmin，銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由40008000rmin提高到12000rmin、24000rmin、40000rmin以上快速移動(dòng)速度由過(guò)去的1020mmin提高到48mmin、60mmin、80mmin、120mmin在提高速度的同時(shí)要求提高運(yùn)動(dòng)部件起動(dòng)的加速度，其已由過(guò)去一般機(jī)床的05G（重力加速度）提高到152G，最高可達(dá)15G，直線電機(jī)在機(jī)床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。 （2） 高精度化 數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的001002mm提高到0008mm左右，亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到00005mm左右，納米級(jí)機(jī)床達(dá)到0005001m，最小分辨率為1nm（0000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已有產(chǎn)品。 數(shù)控中兩軸以上插補(bǔ)技術(shù)大大提高，納米級(jí)插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動(dòng)出的圓弧都可以達(dá)到1的圓度，插補(bǔ)前多程序段預(yù)讀，大大提高插補(bǔ)質(zhì)量，并可進(jìn)行自動(dòng)拐角處理等。 （3） 復(fù)合加工、新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn) 如5軸5面體復(fù)合加工機(jī)床，5軸5聯(lián)動(dòng)加工各類異形零件。也派生出各新穎的機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機(jī)床，串并聯(lián)鉸鏈機(jī)床等。采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運(yùn)算方式，特殊編程要求。 （4） 使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機(jī)床“如虎添翼”。如內(nèi)冷鉆頭由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑，在鉆深孔時(shí)大大提高效率。加工鋼件切削速度能達(dá)1000mmin，加工鋁件能達(dá)5000mmin。 （5） 數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理，已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開動(dòng)率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、異行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，這必然成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要潮流。 第三章 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面18。 3.1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬(wàn)輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來(lái)制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 從EMO2001展會(huì)情況來(lái)看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國(guó)的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國(guó)CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60 000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國(guó)DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10m提高到5m，精密級(jí)加工中心則從35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)(0.01m)。 在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6 000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 3.2 五軸聯(lián)動(dòng)加工bsp; 采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺(tái)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工可比3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過(guò)去因5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含5面加工機(jī)床）的發(fā)展。 在EMO2001展會(huì)上，新日本工機(jī)的5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)4個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國(guó)DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動(dòng)加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。 3.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、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；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問(wèn)題。目前許多國(guó)家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國(guó)的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、歐共體的OSACA(Op 和復(fù)合加工機(jī)床en System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中國(guó)的ONC(Open Numerical Control System)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能），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。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(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)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。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)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱CPC)；日本大隈（Okuma）機(jī)床公司展出“IT plaza”（信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱IT廣場(chǎng))；德國(guó)西門子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（開放制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。 3.4 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 3.4.1 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范 如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)國(guó)紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來(lái)臨。我國(guó)在2000年也開始進(jìn)行中國(guó)的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。 3.4.2 關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過(guò)程，顯然，他已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國(guó)際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。 STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75）、加工程序編制時(shí)間（約35）和加工時(shí)間（約50）。 目前，歐美國(guó)家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計(jì)劃(1999.1.12001.12.31)。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來(lái)自歐洲和日本的20個(gè)CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國(guó)的STEP Tools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型(Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過(guò)程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。 3. 5 柔性化柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 3. 6 工藝復(fù)合性和多軸化工藝復(fù)合性和多軸化以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。(4)實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。 3.7 功能發(fā)展方向 (1)用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、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顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。 (2)科學(xué)計(jì)算可視化 科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語(yǔ)言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過(guò)程的可視化仿真演示等。 (3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?(4)內(nèi)裝高性能PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。 (5)多媒體技術(shù)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。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，在實(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)等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。 3 .8 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 (1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過(guò)提高集成電路密度、減少互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 (2)模塊化 硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 (3)網(wǎng)絡(luò)化 機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作。通過(guò)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時(shí)顯示在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上。 (4)通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級(jí)，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過(guò)程是一個(gè)具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過(guò)程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過(guò)程變量。加工過(guò)程中采用開放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。第四章 技術(shù)途徑4.1 發(fā)展具有中國(guó)特色的新一代PC數(shù)控系統(tǒng) 統(tǒng)是各類數(shù)控裝備的核心，因此通過(guò)科技創(chuàng)新首先發(fā)展具有中國(guó)特色的新型數(shù)控系統(tǒng)，將是推動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的有效技術(shù)途徑。 實(shí)踐證明，10年來(lái)我們所走的PC數(shù)控道路是完全正確的。PC機(jī)（包括工業(yè)PC）產(chǎn)量大、價(jià)格便宜，技術(shù)進(jìn)步和性能提高很快，且可靠性高（工業(yè)PC主機(jī)的MTBF已達(dá)30年3）。因此，以其作為數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)不但可以大幅度提高數(shù)控系統(tǒng)的性能價(jià)格比，而且還可充分利用通用微機(jī)已有軟硬件資源和分享計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新成果，如大容量存儲(chǔ)器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯(lián)網(wǎng)通訊等。此外，以通用微機(jī)作為數(shù)控平臺(tái)還可獲得快速的技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)PC機(jī)升級(jí)換代時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)也可相應(yīng)升級(jí)換代，從而長(zhǎng)期保持技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。 目前，PC數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)有2種主要形式：（1）專用數(shù)控加PC前端的復(fù)合式結(jié)構(gòu)；（2）通用PC加位控卡的遞階式結(jié)構(gòu)。另外還有一種正在發(fā)展的數(shù)字化分布式結(jié)構(gòu)。其方案是將由DSP等組成的數(shù)字式伺服通過(guò)以光纜等為介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)控裝置連接起來(lái)，組成一完整的數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然性能很好，但由于開發(fā)和生產(chǎn)成本太高，近期難以被國(guó)內(nèi)廣大用戶所接受。我們認(rèn)為，上述結(jié)構(gòu)并不是符合中國(guó)國(guó)情的最好方案，適合中國(guó)國(guó)情的應(yīng)是將所有數(shù)控功能全軟件化的集成式結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的硬件規(guī)模最小，不但有利于降低系統(tǒng)成本，而且更重要的是可以有效提高系統(tǒng)的可靠性。 幾十年的經(jīng)驗(yàn)表明，可靠性好壞是國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能否發(fā)展的關(guān)鍵。雖然影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多，但過(guò)大的硬件規(guī)模和較低的硬件制造工藝水平往往對(duì)可靠性造成最大的威脅。以往，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)時(shí)由于種種原因的限制，不得不選用技術(shù)指標(biāo)不太高的普通CPU，這樣，為完成數(shù)控的復(fù)雜功能往往需要由多個(gè)CPU來(lái)組成系統(tǒng)，有時(shí)還需另加一些專用或通用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的一些高實(shí)時(shí)性功能（如細(xì)插補(bǔ)、位置伺服控制等），從而造成系統(tǒng)硬件規(guī)模龐大。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)這種批量不大的產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統(tǒng)的可靠性，因而使得國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的表現(xiàn)不佳，對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的形象和聲譽(yù)造成嚴(yán)重影響，使得不少用戶現(xiàn)在還心有余悸。 因此，我們?cè)陂_發(fā)新型數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用新型高性能CPU（如高主頻的Pentium II、Pentium III等）作為系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核心，并盡量用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統(tǒng)硬件的規(guī)模。此外，還應(yīng)在軟件設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)、接插件設(shè)計(jì)與選用、接地與屏蔽設(shè)計(jì)和施工等方面采用強(qiáng)抗擾高可靠性設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，從而全面提高系統(tǒng)的可靠性。 由于一個(gè)新型高性能CPU可以代替數(shù)十個(gè)普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平臺(tái)上不僅可以完成數(shù)控系統(tǒng)的基本功能（如信息處理、刀補(bǔ)計(jì)算、插補(bǔ)計(jì)算、加減速控制等）和開關(guān)量控制功能（內(nèi)裝PLC），而且還可以完成伺服控制功能。這樣，以前由DSP完成的數(shù)字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數(shù)控部分的硬件規(guī)模，而且還大幅度縮小了伺服控制部分硬件規(guī)模。 這種具有內(nèi)裝PLC和內(nèi)裝伺服控制的全軟件化集成式數(shù)控系統(tǒng)，其硬件規(guī)模將達(dá)到最小化，整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)除一個(gè)PC平臺(tái)外，剩下的只有驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的功率接口和反饋接口。這既有效提高了系統(tǒng)可靠性，又消除了信息傳遞瓶頸，提高了系統(tǒng)性能，同時(shí)還可顯著降低系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)（包括電機(jī)）售價(jià)將可降至現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的一半左右。顯然，這種高性能、高可靠性、低成本的新型數(shù)控系統(tǒng)將具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，有望為開創(chuàng)中國(guó)數(shù)控的新局面作出貢獻(xiàn)。 此外，集成化PC數(shù)控系統(tǒng)還有一大優(yōu)點(diǎn)，就是容易實(shí)現(xiàn)開放式結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)?，這種系統(tǒng)的硬件本身已經(jīng)是完全開放的，構(gòu)成開放式數(shù)控系統(tǒng)的工作完全在軟件上，只要制定好標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，從信息處理、軌跡插補(bǔ)、加減速控制、開關(guān)量控制到伺服控制都可以實(shí)現(xiàn)開放，從而可大大方便用戶的使用。 4.2 推進(jìn)數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn) 解決數(shù)控系統(tǒng)問(wèn)題后，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)與制造便是我國(guó)機(jī)床制造企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝的另一關(guān)鍵。要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)制造，必須解決數(shù)控機(jī)床功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)問(wèn)題。目前我國(guó)在這方面離實(shí)際需求還有相當(dāng)大的差距。因此，在今后的若干年內(nèi)，我們必須大力促進(jìn)數(shù)控機(jī)床功能部件的開發(fā)和專業(yè)化生產(chǎn)。其要點(diǎn)如下： (1)新型永磁電主軸單元 電主軸已成為國(guó)際市場(chǎng)上最熱門的數(shù)控機(jī)床功能部件。但目前這類產(chǎn)品幾乎都為感應(yīng)異步型，存在以下突出問(wèn)題：轉(zhuǎn)子上存在繞組，有大電流流過(guò)，因此轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重，直接影響主軸精度；低速出力小且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，難以滿足寬范圍切削要求；效率和功率因素低，不僅電機(jī)體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本高。 因此，利用我國(guó)稀土永磁材料的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)新型大功率、高效率、寬調(diào)速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現(xiàn)有電主軸存在的問(wèn)題，形成具有中國(guó)特色的新一代電主軸產(chǎn)2.2 推進(jìn)數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)品。由于永磁電主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)都較感應(yīng)異步型電主軸簡(jiǎn)單，因此易于進(jìn)行專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動(dòng)靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術(shù)、高精度高速動(dòng)平衡技術(shù)、高速驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)與控制技術(shù)、高可靠性安全保證技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。 (2)廉價(jià)的高性能伺服系統(tǒng) 目前，一套進(jìn)給交流伺服系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)器+電機(jī)）的價(jià)格一般都在萬(wàn)元以上，主軸伺服系統(tǒng)的價(jià)格高達(dá)數(shù)萬(wàn)元，已成為降低國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床成本的一大障礙。因此，應(yīng)配合新型集成化國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，大力開發(fā)廉價(jià)的高性能內(nèi)裝式伺服系統(tǒng)。由于內(nèi)裝式伺服的硬件部分只有電機(jī)和功率接口，充分利用我國(guó)的永磁資源優(yōu)勢(shì)，通過(guò)專業(yè)化生產(chǎn)可以把電機(jī)的造價(jià)降下來(lái)，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內(nèi)裝式進(jìn)給伺服的價(jià)格控制在數(shù)千元以內(nèi)，將內(nèi)裝式主軸伺服的價(jià)格控制在2萬(wàn)元以內(nèi)，將是完全可能的。 (3)直線交流伺服系統(tǒng) 直線交流伺服系統(tǒng)是下一世紀(jì)數(shù)控機(jī)床不可缺少的功能部件，目前我國(guó)還沒(méi)有成熟產(chǎn)品，因此應(yīng)加強(qiáng)研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用?？紤]到常規(guī)機(jī)床的防磁問(wèn)題較難解決，而并聯(lián)機(jī)床的防磁相對(duì)容易，因此可為常規(guī)結(jié)構(gòu)機(jī)床開發(fā)感應(yīng)異步型直線電機(jī)，為并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床開發(fā)永磁同步型直線電機(jī)，從而揚(yáng)長(zhǎng)避短，構(gòu)成符合實(shí)際應(yīng)用要求的新型高速高精度進(jìn)給系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步開發(fā)將驅(qū)動(dòng)與支承合二為一的磁懸浮工作臺(tái)。 (4)零傳動(dòng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)與擺頭 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)與擺頭是多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達(dá)到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟蹊徑開發(fā)新型零傳動(dòng)（無(wú)機(jī)械傳動(dòng)鏈）數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和擺頭，以促進(jìn)我國(guó)高速高精度多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。 (5)高速高精度檢測(cè)裝置 高速高精度是下世紀(jì)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主題，這不但需要高性能的控制和驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還需要高品質(zhì)的檢測(cè)環(huán)節(jié)，因此應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)0.1 m以上精度的高速(60 m/min以上)線位移傳感器和100萬(wàn)脈沖/r的角位移傳感器，此類技術(shù)國(guó)外對(duì)我國(guó)是封鎖的。4.3 加速數(shù)控機(jī)床的全國(guó)產(chǎn)化，打好市場(chǎng)翻身仗 數(shù)控產(chǎn)業(yè)化的最終成功將體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的全國(guó)產(chǎn)化和市場(chǎng)占有率上。在上述總體戰(zhàn)略指導(dǎo)下，采取抓兩頭（低價(jià)位數(shù)控機(jī)床和高速高效數(shù)控機(jī)床）、帶中間（普通數(shù)控機(jī)床）、促重型（重型關(guān)鍵裝備）的方針，將是在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上快速收復(fù)失地，在國(guó)際市場(chǎng)上穩(wěn)步進(jìn)軍，最終打贏國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)翻身仗的一種有效戰(zhàn)術(shù)和策略。關(guān)于普通數(shù)控機(jī)床的發(fā)展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價(jià)位數(shù)控機(jī)床、高速高效數(shù)控機(jī)床和重型數(shù)控機(jī)床的發(fā)展問(wèn)題作一討論。 (1)大力發(fā)展低價(jià)位數(shù)控機(jī)床 低價(jià)位機(jī)床是功能滿足用戶要求(無(wú)功能浪費(fèi))、技術(shù)指標(biāo)適中、可靠性好、價(jià)格便宜的普及型數(shù)控機(jī)床。這類機(jī)床已成為國(guó)際市場(chǎng)上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)之一，也是國(guó)內(nèi)眾多用戶渴求的產(chǎn)品，其市場(chǎng)前景相當(dāng)廣闊。然而，如果采用國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)（包括伺服）按照傳統(tǒng)思路來(lái)發(fā)展低價(jià)位機(jī)床，是很難將價(jià)格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)來(lái)發(fā)展高性能的低價(jià)位數(shù)控機(jī)床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構(gòu)成的全國(guó)產(chǎn)普及型數(shù)控車床的售價(jià)完全可以控制在10萬(wàn)元以內(nèi)，三坐標(biāo)數(shù)控銑床可控制在15萬(wàn)元左右，加工中心可控制在20萬(wàn)元左右。此價(jià)位的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床將是具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的。 (2)加速開發(fā)高速高效數(shù)控機(jī)床 高速高效是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的另一大潮流。發(fā)展高速高效數(shù)控機(jī)床的技術(shù)途徑可有以下幾條：通過(guò)提高切削速度和進(jìn)給速度，從而達(dá)到成倍提高生產(chǎn)效率，有效提高零件的表面加工質(zhì)量和加工精度并解決常規(guī)加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復(fù)雜薄壁零件）的高效加工問(wèn)題。通過(guò)工藝復(fù)合，減少工件的安裝次數(shù)，有效縮短搬運(yùn)和裝夾時(shí)間。例如，將五面五軸加工中心與立車復(fù)合構(gòu)成萬(wàn)能加工中心，可實(shí)現(xiàn)一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數(shù)，提高加工效率。為數(shù)控機(jī)床開發(fā)智能尋位加工功能，消除對(duì)精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準(zhǔn)備時(shí)間。 在我國(guó)現(xiàn)實(shí)條件下如果沿用傳統(tǒng)思路是難以實(shí)現(xiàn)上述途徑的，因此，必須立足國(guó)情，結(jié)合實(shí)際勇于創(chuàng)新，大膽探索新的道路。 考慮到常規(guī)數(shù)控機(jī)床在總體結(jié)構(gòu)上基本上采用工件和刀具沿各自導(dǎo)軌共同運(yùn)動(dòng)的方案，一方面由于機(jī)床傳動(dòng)環(huán)節(jié)剛性不足和導(dǎo)軌中的摩擦阻力較大，使運(yùn)動(dòng)部件難以獲得高的進(jìn)給速度；另一方面由于工件、夾具和工作臺(tái)的總質(zhì)量比較大，使之難以獲得高的加速度。此外，傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)是一種串聯(lián)開鏈結(jié)構(gòu)，組成環(huán)節(jié)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且由于存在懸臂部件和環(huán)節(jié)間的聯(lián)接間隙，不容易獲得高的總體剛度，因此難以適應(yīng)高速高效加工的特殊要求。為此，開發(fā)國(guó)產(chǎn)高速高效數(shù)控機(jī)床時(shí)，可采用工件固定，以直線電機(jī)組成并聯(lián)短鏈直接驅(qū)動(dòng)主軸和刀具運(yùn)動(dòng)、將高速高精度傳動(dòng)與高剛度支撐合二為一的適合于高速高效加工中心的新型結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)的高速高效數(shù)控機(jī)床不但速度高、剛度高，如果在傳動(dòng)與控制上處理得當(dāng)，可以達(dá)到比常規(guī)機(jī)床更高的加工精度和加工質(zhì)量，而且具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制造成本低，易于經(jīng)濟(jì)化批量生產(chǎn)等顯著優(yōu)點(diǎn)。因此，沿此思路發(fā)展高速高效數(shù)控機(jī)床將是一條符合國(guó)情、易于取得成功的道路。 (3)突破重型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 重型數(shù)控機(jī)床（特別是多坐標(biāo)重型數(shù)控機(jī)床）是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防生產(chǎn)中的重大關(guān)鍵設(shè)備，屬于戰(zhàn)略物資，真正先進(jìn)的重型數(shù)控機(jī)床國(guó)外是不可能賣給我們的，因此，在我國(guó)下世紀(jì)數(shù)控產(chǎn)品的發(fā)展中必須依靠自己的力量進(jìn)行解決。發(fā)展重型數(shù)控機(jī)床必須有過(guò)硬的基礎(chǔ)，我們?cè)跀?shù)控機(jī)床國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究，充分發(fā)揮我國(guó)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，各部門通力合作、共同努力，爭(zhēng)取在下世紀(jì)初取得突破性進(jìn)展。 目前，在發(fā)展重型數(shù)控機(jī)床中除需加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究外，還應(yīng)加強(qiáng)其關(guān)鍵技術(shù)研究。例如，重型機(jī)床的控制就是需要加以特殊解決的關(guān)鍵問(wèn)題。因重型機(jī)床加工的工件特別昂貴不允許報(bào)廢，為了確保機(jī)床工作可靠，在數(shù)控系統(tǒng)中可采用雙（或多）CPU冗余工作方案，以確保運(yùn)算和控制的絕對(duì)正確，并在出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)診斷、自動(dòng)修復(fù)或自動(dòng)替補(bǔ)，確保加工不出問(wèn)題。此外，在電源上可采取雙蓄電池供電的全隔離供電方案，即一組電池在給系統(tǒng)供電時(shí)，可對(duì)另一組電池進(jìn)行充電，電網(wǎng)與控制系統(tǒng)是完全隔離的。這就徹底消除了重型車間中電網(wǎng)電壓波動(dòng)厲害、干擾嚴(yán)重對(duì)數(shù)控系統(tǒng)造成的影響，從而有效保證系統(tǒng)的可靠性。又如，重型數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)也是一大關(guān)鍵問(wèn)題。當(dāng)行程長(zhǎng)度超過(guò)5 m，普通滾珠絲桿就難以勝任大負(fù)荷的傳動(dòng)，因此目前一般采用預(yù)加負(fù)載的雙齒輪-齒條機(jī)構(gòu)、靜壓蝸桿-蝸母條機(jī)構(gòu)、四足（或雙足）爬行進(jìn)給機(jī)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)行程傳動(dòng)。但這些方案存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度和加速度低、動(dòng)態(tài)性能差、難以達(dá)到高精度、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜等問(wèn)題。為此可發(fā)展陣列式高效直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)和空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以新的途徑來(lái)解決重型數(shù)控機(jī)床的高速、高精度驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。除此之外，機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、長(zhǎng)行程精密檢測(cè)、重力變形補(bǔ)償、切削力變形補(bǔ)償、熱變形補(bǔ)償?shù)纫彩侵匦蛿?shù)控機(jī)床中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題，必須予以充分重視。 第五章 數(shù)控車的工藝與工裝削 5.1 合理選擇切削用量 對(duì)于高效率的金屬切削加工來(lái)說(shuō)，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時(shí)間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。 切削條件的三要素：切削速度、進(jìn)給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會(huì)上升，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會(huì)減少1/2。 進(jìn)給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進(jìn)給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對(duì)刀具的影響小。切深對(duì)刀具的影響雖然沒(méi)有切削速度和進(jìn)給量大，但在微小切深切削時(shí)，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會(huì)影響刀具的壽命。 用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進(jìn)給量、切深等選擇使用的切削速度。 最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達(dá)到壽命才是理想的條件。 然而，在實(shí)際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究。對(duì)于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來(lái)說(shuō)，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。 5.2. 合理選擇刀具 1) 粗車時(shí)，要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時(shí)大背吃刀量、大進(jìn)給量的要求。 2) 精車時(shí)，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。 3) 為減少換刀時(shí)間和方便對(duì)刀，應(yīng)盡量采用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀片。 5.3. 合理選擇夾具 1) 盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具； 2) 零件定位基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差。 5.4. 確定加工