我国的数控机床研究
- 作者:admin 来源:网络 日期:2009-4-7 22:11:17
- 摘要：文章介绍了我国数控机床发展现状，并分析了其存在的问题；对数控机床的发展趋势进行了探讨，最后提出未来五年我国数控机床发展的任务。
关键词：数控机床；现状；发展趋势
前言
数控机床是新型自动化机床，具有广泛的通用性和很高自动化程序的全新型机床，它将加工过程所需要的各种操作（如主轴变速、工件的夹紧或松开、进刀与退刀、开车与停车、刀具选择和交换、供给冷却液等）与步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码表示，通过程序载体（如穿孔纸带、磁存储器等）或手工直接输入（MDI）方式将数字信息送入数控系统的计算机中进行寄存、运算和处理，最后通过驱动电路由伺服装置控制机床实现自动加工[1]。采用数字控制技术进行机械加工的思想最早来源于20世纪40年代，数控机床最早产生于美国。1947年，为了精确制作直升飞机叶片的样板，美国John.T.Parson公司设想并利用全数字计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，提出在坐标床上用脉冲信号控制的加工方法，这就是数控机床诞生的出发点。随后1952年，麻省理工学院研制成功了1台三坐标连续控制的样机铣床，这就是世界上第1台数控机床样机。20世纪70年代以后，伴随微电子技术的高速发展，数控机床在经过几代更新变化中得到突飞猛进的发展，应用范围也越来越广，并对原有机械制造业形成巨大冲击。机床的发展和创新在一定程度上映射出加工技术的主要趋向，随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展，促使数控机床不断升级而逐渐成为评价现代工业发展的重要指标[2]。http://www.dxlww.net代写论文网
一、国数控机床发展现状
我国数控机床及技术也起步于1958年,当时是从电子管着手的，20世纪60年代中期，由于国外的技术封锁和我国的基础条件,我国机床车体设计实力差、各种机、电、液、气配套基础元部件、数控系统不过关,工作不可靠,故障频繁,且由于发展数控机床整个方针、政策、方法、步骤、措施错误以致我国的数控机床还处于研制开发阶段。直到70年代开始，数控技术在车、铣、齿轮加工、电加工等领域全面发展，数控加工中心在上海北京研制成功，在这一时期，数控车削、点位加工和加工中心及三坐标数控加工的自动编程系统和语言，有的还在生产中得到了较好的应用。20世纪80年代，我国从日本引进了数控系统和直流伺服电动机等制造技术。与此同时，还自行研发了3、4、5轴联动的数控系统以及双电动机驱动的同步数控系统和新品种的伺服电动机，使得我国数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。现在我国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。一些较高档次的数控系统，如5轴联动数控系统、6轴数控高速滚齿机等高精度数控机床、加工中心也相继研制成功并投入商用。进入20世纪90年代以来，国内企业不断推出自行开发的新产品。国内许多商家还制造出5轴联动加工中心，如北京机电研究院新研制出型号为5C-VMC1250的5轴联动加工中心。此外，在并联机床方面，我国也已经进入了实用阶段，开发了自主版权的虚拟轴机床数控系统和软件，这是我国机床创新方面的又一重大成果。此外，我国机床制造业在网络制造技术方面也取得了长足的发展，如华中数控系统股份公司与桂林机床股份公司联合研制出一套由4台机床组成的相同功能的网络制造系统，为实现生产制造过程的智能化奠定了较坚实的基础。在国家政策的大力扶持下，近几年国内数控机床发展迅猛。2007年，我国数控机床产量达到12.3万台，提前三年超额完成‘十一五’规划年产10万台的目标，数控机床年产量已居世界首位。行业规模不断壮大，国产高档数控机床明显进步，国产中高档数控系统取得重大突破，这些都充分说明，我国数控机床整体水平全面提升。
二、我国数控机床发展存在的问题
（一）数控化水平低
与发达国家相比，我国机床数控化率不高，目前生产产值数控化率还不到30%；消费值数控化率还不到50%，而发达国家大多在70%左右。高档次数控机床及配套部件还只能依靠进口。国产数控车床到2000年可供品种700多种。接近数控机床品种的50%，其中占产量50%的是经济型数控车床。最高转速一般在2000r/min，个别转速达8000r/min，坐标定位精度一般为0.01mm，重复定位精度在0.005mm，工作精度圆度在0.01～0.005mm之间，表面粗糙在Ra0.8～1.6μm。长城机床厂CK7815C主轴最高转速3500r/min，快速行程X轴9m/min，Z轴12m/min，定位精度X轴0.025mm，工作精度圆度0.007mm，表面粗糙度Ra<1.6μm。SPINNERTC46德国数控车床最高转速4500r/min，快速移动X轴10m/min,Z轴20m/min。该公司超精密SB/PD/UP系列数控车床,重复定位精度0.1μm，工件圆度0.3μm，可实现镜面车削，可选配第二主轴/C轴/动力刀架。
（二）产品水平不高
首先是精度普遍不够高，对国产加工中心刀库机械手、数控车床刀架，用户不放心，定位精度，特别是重复定位精度也有待提高。只有少数产品达到欧洲标准定位精度；其次，高精度、静刚度主机结构和整机性能开发有差距，国际普遍采用龙门式、框式、O型整体结构，箱中箱式结构，L型床身,三轴移动移出机身,侧挂箱式卧式加工中心等我国则大多还未开发；再次，产品在主轴转速，快移速度、换刀速度、加速度等机床性能指标上与国外有较大差距。最后，可靠性有待提高。国产数控系统最常平均无故障时间（MTBF）大都可超过1万h，但国际上先进企业数控系统MTBF已达8万h。国产数控车床、加工中心MTBF虽有少数厂达500h，但国际上先进水平已达800h。至于外观、漏油等老问题仍与工业发达国家产品有差距。
（三）功能部件发展的问题
数控功能部件是指数控系统、主轴单元、数控刀架和转台、滚珠丝杠副和滚动直线导轨副、刀库和机械手、高速防护装置等。功能部件技术水平的高低、性能的优劣及整体的社会配套水平，直接决定和影响数控机床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度。相对数控机床主机来说，我国功能部件生产企业的发展更显滞后。但功能部件不仅决定着机床的整机性能，还占到整机成本的60%左右，其发展状况直接关系到机床的竞争力水平。国产功能部件产品档次不高，且形不成规模，造价相对并不低，采用进口功能部件价格昂贵，从而使整机价格攀升，国产数控机床的价格优势丧失殆尽，同等水平的数控机床，其价格与一些国家和地区的产品趋于持平。目前，国产数控机床大量选购境外功能部件，一面是由于国内还没有形成社会配套的能力，产品质量和水平上存在着一定差距；另一方面是主机厂应用户要求,而选用指定外国公司的功能部件。
（四）应用技术方面的差距
国外已经普及的远程服务技术,我国尚待开发，如交钥匙工程—从机床选择、工艺装备（刀、夹、附、检具）配置与提供到切削用量的确定。国内的高速机床，普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削机理及切削数据库的研究我国近乎空白，我国尚不能提供高速切削软件包等。产品的可操作性、外观、内在质量方面也与工业发达国家相比的有很大差距。
三、数控机床的发展趋势
目前，先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展。http://www.dxlww.net代写论文网
（一）高速度、高精度化
速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。
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