2022年机床数控技术的现状及未来发展趋势 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 机床数控技术的现状及将来进展趋势一、数控机床的简洁介绍 车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等都 是机械加工方法,所谓机械加工,就是把金属毛坯零件加工成所需 要的外形,包含尺寸精度和几何精度两个方面；能完成以上功能的 设备都称为机床,数控机床就是在一般机床上进展过来的,数控的 意思就是数字掌握；数控系统是由显示器、掌握器伺服、伺服电 机、和各种开关、传感器构成；当然,一般机床进展到数控机床不 只是加装数控系统这么简洁,例如：从铣床进展到加工中心,机床 结构发生变化,最主要的是加了刀库,大幅度提高了精度；加工中 心最主要的功能是铣

2、、镗、钻的功能；我们一般所说的数控设备,主要是指数控车床和加工中心； 1、数控机床的特点如下：（1）加工精度高,具有稳固的加工质量；（2）可进行多坐标的联动,能加工外形复杂的零件；（3）加工零件转变时,一般只需要更换数控程序,可节约生产预备时间机床本身的精度高、刚性大,可挑选有利的加工用量,生产率高（一般为一般机床的 35 倍）；（4）机床自动化程度高,可以减轻劳动强度；（5）对操作人员的素养要求较高,对修理人员的技术要求更高；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2、数控机床的组成部分主机,他是数控机床的主题,包括机

3、床 身、立柱、主轴、进给机构等机械部件；他是用于完成各种切削加 工的机械部件；数控装置,是数控机床的核心,包括硬件（印刷电 路板、 CRT 显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件,用于 输入数字化的零件程序,并完成输入信息的储备、数据的变换、插 补运算以及实现各种掌握功能；驱动装置,他是数控机床执行机构的驱动部件,包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机 等；他在数控装置的掌握下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动；当几个进给联动时,可以完成定位、直线、平面曲线和空 间曲线的加工；帮助装置,指数控机床的一些必要的配套部件,用 以保证数控机床的运行,如冷却、排屑、润滑、照明、监测等

4、；它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分 度头,仍包括刀具及监控检测装置等；编程及其他附属设备,可用来在机外进行零件的程序编制、储备等；数控技术,简称“ 数控”；英文： NumericalControl（NC）；是指用数字、文字和符号组成的 数字指令来实现一台或多台机械设备动作掌握的技术；二、国内外机床数控技术的现状 1、国内数控机床技术现状我国数控机床制造业在 80 岁月曾有过 高速进展的阶段,很多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转 型；但总的来说,技术水平不高,质量不佳,所以在 90 岁月初期面 临国家经济由方案性经济向市场经济转移调整,经受了几年最困难的萧条时期,

5、那时生产才能降到50%,库存超过 4 个月；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 从 1995年“九五” 以后国家从扩大内需启动机床市场,加强限制进口数控设备的审批,投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关,对数控设备生产起到了很大的促进作用,特殊是在 1999 年以后,国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金,使数控设备制造市场一派富强；从2000年 8 月份的上海数控机床展览会和 2001 年 4 月北京国际机床展览会上,也可以看到多品种产品的繁 荣景象；但也反映了以下问题：（1）低技术水平的产品竞争猛烈,

6、相互靠压价促销；（2）高技术水平、全功能产品主要靠进口；（3）配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；（4）应用技术水平较低,联网技术没有完全推广使用；（5）自行开发才能较差,相对有较高技术水平的产品主要靠引进图 纸、合资生产或进口件组装； 2、国外数控机床技术现状当前,在数控机床精密化方面,美国的 水平最高,不仅生产中小型精密机床,而且由于国防和尖端技术的需要,讨论开发了大型精密机床；其代表产品有LLL 试验室研制成功的 DTM 一 3 型精密车床和 LODTM 大型光学金刚石车床,它们是 世界公认水平最高的、达到当前技术最前沿的大型精密机床；其它国家也相应研制胜利各种类似的装备,如英

7、国的 东芝机械等；Cranfield、日本的名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - （1）高速高精与多轴加工成为数控机床的主流,纳 M 掌握已经成为高速高精加工的潮流；（2）多任务和多轴加工数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业；（3）机床与机器人的集成应用日趋普及,且结构形式多样化,应 用范畴扩大化,运动速度高速化,多传感器融合技术有用化,掌握 功能智能化,多机器人协同普及化；（4）智能化加工与监测功能不断扩充,车间的加工监测与治理可 实时猎取机床本身的状态信息,分析相关数据,猜测机床的状态,提前进行相关的保护,

8、防止事故的发生,削减机床的故障率,提高 机床的利用率；（5）最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对 机床的补偿测量,与传统的激光干涉仪相比,对机床误差的补偿精 度能够提高 34 倍,同时效率得到大幅度提升；（6）最新的 CAD/CAM 技术为多轴多任务数控机床的加工供应了 强有力的支持,可以大幅度提高加工效率；（7）刀具技术进展快速,众多刀具的设计涵盖了整个加工过程,并且新型刀具能够满意平稳加工以及抗振性能的要求；12 三、数控机床技术进展的趋势 1、高速度与超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的质量；高速度、超精度加工技术可极 大地提高效率,

9、提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 竞争才能；为此日本先端技术讨论会将其列为5 大现代制造技术之一,国际生产工程学会 CIRP将其确定为 21 世纪的中心讨论方向之 一；特殊是在超高速切削、超精密加工技术的实施中,对机床各坐标轴位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外,这两项技术指 标又是相互制约的,也就是说要求位移速度越高,定位精度就越难 提高；目前,在超高速加工中,车削和铣削的切削速度已达到50008000m/min 以上；主轴转数在30000转/分有的高达 10 万转

10、/分以上；工作台的移动速度 进给速度 ：在辨论率为 l 微 M 时,在100m/min有的到 200m/min以上,在辨论率为0.1um 时,在24m/min 以上；自动换刀速度在 1 秒以内；小线段插补进给速度达到 12m/min；在加工精度方面,近10 年来,一般级数控机床的加工精度已由 10um 提高到 5um,精密级加工中心就从 35um,提高到115um,并且超精密加工精度已开头进入纳M 级001um； 2、高牢靠性随着数控机床网络化应用的进展,数控机床的高牢靠 性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标；对于每天工作两班的无人工厂而言,假如要求在l6 小时内连续正常工作,无

11、故障率在 Pt99以上,就数控机床的平均无故障运行时间 MTBF 就必需大于 3000 小时；我们只对一台数控机床而言,如主机与数控系统的失效率之比为l0：1数控的牢靠比主机高一个数量级；此时数控系统的 MTBF 就要大于 333333 小时,而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF 就必需大于 l0 万小时；当前国外数名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 控装置的 MTBF 值已达 6000 小时以上,驱动装置达 30000小时以 上,但是,可以看到距抱负的目标仍有差距； 3、多功能化在零件加工过程中有大量的无用时间

12、消耗在工件搬 运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上,为了尽可能降 低这些无用时间,人们期望将不同的加工功能整合在同一台机床 上,因此数控机床实现了一机多能,以最大限度地提高设备利用 率；另外前台加工、后台编辑的前后台功能,充分提高其工作效率 和机床利用率；数控机床仍具有更高的通讯功能,现代数控机床除 具有通信口, DNC 功能外,仍具有网络功能； 4、多轴化随着 5 轴联动数控系统和编程软件的普及,5 轴联动控 制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点,由于在加 工自由曲面时, 5 轴联动掌握对球头铣刀的数控编程比较简洁,并且能使球头铣刀在铣削3 维曲面的过程中始终保持合理的切

13、速,从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率,而在 3 轴联 动掌握的机床无法防止切速接近于零的球头铣刀端部参加切削,因 此,5 轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家 积极开发和竞争的焦点； 5、网络化数控机床的网络化,主要指机床通过所配装的数控系统 与外部的其它掌握系统或上位运算机进行网络连接和网络掌握；数 控机床一般第一面对生产现场和企业内部的局域网,然后再经由因特网通向企业外部,这就是所谓Internet/Intranet技术；随着网络技术的成熟和进展,最近业界又提出了数字制造的概念；数字制造,名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 10 页精选学

14、习资料 - - - - - - - - - 是机械制造企业现代化的标志之一,也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式；随着信息化技术的大量接受,越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能；机械制造企业在普遍接受 CAD/CAM 的基础上,越加广泛地使用数控加工设备；数控应用软件日趋丰富和具有“人性化 ”；虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求；通过软件智能替 代复杂的硬件,正在成为当代机床进展的重要趋势；在数字制造的目标下,通过流程再造和信息化改造,ERP等一批先进企业治理软件已经脱颖而出,为企业制造出更高的经济效益； 6、柔性化、智能化数控机床向柔

15、性自动化系统进展的趋势是：从点数控单机、加工中心和数控复合加工机床、线FMC、FMS、FTL、FML 向面工段车间独立制造岛、 FA 、体CIMS、分布式网 络集成制造系统 的方向进展,另一方面对注意应用性和经济性方向 进展；柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品快速更新 的主要手段,是各国制造业进展的主流趋势,是先进制造领域的基 础技术；其重点是以提高系统的牢靠性、有用化为前提,以易于联网和集成为目标；注意加强单元技术的开拓、完善；CNC 单机向高 精度、高速度和高柔性方向进展；数控机床及其构成柔性制造系统 能便利地与 CAD 、CAM 、CAPP、MTS 联结,向信息集成方向发 展；

16、网络系统向开放、集成和智能化方向进展；智能化是 21 世纪制 造技术进展的一个大方向；智能加工是一种基于神经网络掌握、模 糊掌握、数字化网络技术和理论的加工,它是要在加工过程中模拟名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 人类专家的智能活动,以解决加工过程很多不确定性的、要由人工 干预才能解决的问题；智能化的内容包括在数控系统中的各个方 面：为追求加工效率和加工质量的智能化,如自适应掌握,工艺参 数自动生成；为提高驱动性能及使用连接便利的智能化,如前馈控 制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定 等；简化

17、编程、简化操作的智能化,如智能化的自动编程,智能化 的人机界面等；智能诊断、智能监控,便利系统的诊断及修理等；世界上正在进行讨论的智能化切削加工系统很多,其中日本智能化 数控装置讨论会针对钻削的智能加工方案具有代表性； 7、绿色化 21 世纪的金切机床必需把环保和节能放在重要位置,即要实现切削加工工艺的绿色化；目前这一绿色加工工艺主要集中 在不使用切削液上,这主要是由于切削液既污染环境和危害工人健 康,又增加资源和能源的消耗；干切削一般是在大气氛围中进行,但也包括在特殊气体氛围中氮气中、冷风中或接受干式静电冷却技术不使用切削液进行的切削；不过,对于某些加工方式和工件组 合,完全不使用切削液的干

18、切削目前尚难与实际应用,故又显现了使用极微量润滑 MQL 的准干切削；对于面对多种加工方法 /工件组 合的加工中心之类的机床来说,主要是接受准干切削,通常是让极微量的切削油与压缩空气的混合物经由机床主轴与工具内的中空通道喷向切削区；在各类金切机床中,接受干切削最多的是滚齿机； 8、体系开放化向将来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标 准协议,只需少量的重新设计和调整,新一代的通用软硬件资源就名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 可能被现有系统所接受、吸取和兼容,这就意味着系统的开发费用 将大大降低而系统性能与牢靠性将

19、不断改善并处于长生命周期；向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、供应硬软件产品的 各种组合以满意特殊应用要求；数控标准的建立：国际上正在讨论 和制定一种新的 CNC 系统标准 ISO14649（STEP-NC）以供应一种 不依靠于详细系统的中性机制,能够描述产品整个生命,周期内的 统一数据模型,从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息 的标准化；标准化的编程语言,既便利用户使用,又降低了和操作 效率直接有关的劳动消耗； 9、极端化（大型化和微型化）国防、航空、航天事业的进展和能 源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑；而超精密加工技术和微纳 展能适应微小型尺寸和微纳M

20、 技术是 21 世纪的战略技术,需发 M 加工精度的新型制造工艺和装备,所以微型机床包括微切削加工（车、铣、磨）机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐步增大；终止语：总之,数控 NC机床技术已成为制造技术的进展基础；数控机床技术的进步和进展为现代制造业的进展供应了良好的条 件,促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向进展；为了满意制造技术不断进展的需要,NC 机床将朝着智能化、网络化、集成化、数字化的方向进展；今后,随着运算技术、测试技术、微电子 技术、运算机技术、材料和机械结构等方面的讨论和科技的进步,也必将面临着新的挑战；可以预见,随着数控机床技术的进展和数名师归纳

21、总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 控机床的广泛应用制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深 刻革命；行业简况：北京傲唯刃道科技有限公司认为：供求关系是一个行业能否快 速进展的前提；目前来看,市场需求是很大的,而供应方面却略显 不足,特殊是拥有核心学问产权,专利产品及服务质量过硬的企业 并不多,行业整体缺乏品牌效应；傲唯刃道呼吁业内企业共同努 力,特殊发挥吹毛求疵的研发精神,进一步提高研发技艺,降低成 本,真正解决客户的实际困难,严把质量关,供应最牢靠的产品及 服务；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页