數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
摘要】數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù),數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,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)展和應用領(lǐng)域的擴大,他對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用,因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。
本文試分析世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢。
【關(guān)鍵詞】數(shù)控技術(shù) 發(fā)展趨勢
1.高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢。
效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。
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)周期和提高市場競爭能力。
為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一,國際生產(chǎn)工程學會(CIRP)將其確定為21世紀的中心研究方向之一。
在轎車工業(yè)領(lǐng)域,年產(chǎn)30萬輛的生產(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問題之一;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,才能對這些筋、壁進行加工。
近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝,使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。
這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
從EMO2001展會情況來看,高速加工中心進給速度可達80m/min,甚至更高,空運行速度可達100m/min左右。
目前世界上許多汽車廠,包括我國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)線部分替代組合機床。
美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min,快速為100m/min,加速度達2g,主軸轉(zhuǎn)速已達60000r/min。
加工一薄壁飛機零件,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DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面,近10年來,普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密級加工中心則從3～5μm,提高到1～1.5μm,并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。
在可靠性方面,國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000h以上,伺服系統(tǒng)的MTBF值達到30000h以上,表現(xiàn)出非常高的可靠性。
為了實現(xiàn)高速、高精加工,與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展,應用領(lǐng)域進一步擴大。
2.5軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展。
采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工,可用刀具最佳幾何形狀進行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。
一般認為,1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床,特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時,5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。
但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復雜等原因,其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍,加之編程技術(shù)難度較大,制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。
當前由于電主軸的出現(xiàn),使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。
因此促進了復合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復合加工機床(含5面加工機床)的發(fā)展。
在EMO2001展會上,新日本工機的5面加工機床采用復合主軸頭,可實現(xiàn)4個垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn),還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。
德國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)動加工,可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。
3.智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。
21世紀的數(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,如加工過程的自適應控制,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;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)控應用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。
目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究,如美國的NGC、日本的OSEC,中國的ONC等。
數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。
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)一的運行平臺上,面向機床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能),形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實現(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、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。
網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。
數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。
國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(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,如在EMO2001展中,日本山崎馬扎克(Mazak)公司展出的CPC;日本大隈機床公司展出IT廣場;德國西門子OME等,反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢。
4.重視新技術(shù)標準、規(guī)范的建立。
4.1 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(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、適應性、擴展性,美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃,并進行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定,預示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時期的來臨。
我國在2000年也開始進行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。
4.2 關(guān)于數(shù)控標準。
數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。
數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準,即采用G,M代碼描述如何(how)加工,其本質(zhì)特征是面向加工過程,顯然,他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。
為此,國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649(STEP-NC),其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制,能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型,從而實現(xiàn)整個制造過程,乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化。
目前,歐美國家非常重視STEP-NC的研究,歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。
參加這項計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/ CAM/ CAPP/ CNC用戶、廠商和學術(shù)機構(gòu)。
美國的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)控機床加工信息交換的超級模型(Super Model),其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。
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)的原型樣機上進行了驗證。
【數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢】相關(guān)文章：
機械數(shù)控技術(shù)應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢論文10-08
數(shù)控技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢探討論文10-08
數(shù)控技術(shù)的求職自薦02-21
數(shù)控技術(shù)實習日記10-26
數(shù)控技術(shù)應用簡歷10-05
數(shù)控技術(shù)實習報告03-24
汽車玻璃的發(fā)展趨勢探究10-06
建筑鍍膜玻璃發(fā)展趨勢論文10-09
視覺傳達設計的發(fā)展趨勢論文07-03