《數(shù)控車床的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用畢業(yè)論文》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)控車床的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用畢業(yè)論文（37頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 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

2、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

3、 目 錄 第一章 總體戰(zhàn)略 1.1 以科技創(chuàng)新為先導(dǎo) 4 1.2 在商品化上狠下工夫 4 1.3 將管理和營(yíng)銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn) 5 1.4 大力加強(qiáng)技術(shù)支持和服務(wù) 5 1.5 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) 8 3.2 五軸聯(lián)動(dòng)加工 9 3.3 智能化、開(kāi)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) 9 3.4 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 10 3.4.1 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)規(guī)范 10 3.4.2 關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn) 10 3

4、. 5 柔性化 10 3. 6 工藝復(fù)合性和多軸化 10 3.7 功能發(fā)展方向11 3 .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) 12 4.2 推進(jìn)數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn) 13 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 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 15 5.2. 合理選擇刀具 15 5.3. 合理選擇夾具 16 5.4. 確定加工路線 16 5.5. 加工路線與加工余量的聯(lián)系 16 5.6. 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

5、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 17 8.2. 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 17 8.4. 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 18 9.2、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)

6、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(kāi)

7、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(kāi)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(kāi)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

8、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(kāi)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)

9、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(kāi)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)

10、題而表現(xiàn)不盡人意，最后喪失了信譽(yù)，打不開(kāi)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(kāi)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(kāi)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?；蛘咄瑯有吞?hào)的數(shù)控機(jī)床用于加工某些零件工作得很好，

11、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(kāi)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(kāi)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

12、主干來(lái)抓，貫穿于技術(shù)研究、產(chǎn)品開(kāi)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(kāi)發(fā)技術(shù)和提高水平上，忽視了經(jīng)營(yíng)管理、市場(chǎng)開(kāi)拓、產(chǎn)品營(yíng)銷等方面

13、的工作，結(jié)果在新技術(shù)、新產(chǎn)品開(kāi)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(kāi)拓力度，奮力打通營(yíng)銷渠道。可以堅(jiān)信，有過(guò)硬競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，再加上北京開(kāi)關(guān)廠

14、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，

15、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(kāi)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(kāi)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：①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

16、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。②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。③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。 ④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

17、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(kāi)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

18、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(kāi)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

19、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10～20萬(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(kāi)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

20、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

21、，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(kāi)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1．9％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(kāi)動(dòng)率低，這是發(fā)展我國(guó)21

22、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3000～4000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7000～9000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)8～10萬(wàn)臺(tái)，需投入80～100億資金，但得到的經(jīng)濟(jì)效益將是投入的5～10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。“十五”剛剛開(kāi)始，國(guó)防科工委就明確提出了在軍工企業(yè)中投入6．8億元，用于對(duì)1．2～1．8萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的

23、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)（PC－BASEO） 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(kāi)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

24、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(kāi)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)300～400套。 近10年數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)發(fā)展，在

25、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3000～4000r／min提高到8000～10000r／min，銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r／min提高到12000r／min、24000r／min、40000r／min以上快速移動(dòng)速度由過(guò)去的10～20m／min提高到48m／min、60m／min、80m／min、120m／min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0．5G（重力加速度）提高到1．5～2G，最高可達(dá)15G，直線電機(jī)在機(jī)床上開(kāi)始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。

26、 （2） 高精度化 數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的0．01～0．02mm提高到0．008mm左右，亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到0．0005mm左右，納米級(jí)機(jī)床達(dá)到0．005～0．01μm，最小分辨率為1nm（0．000001mm）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1μ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

27、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)1000m／min，加工鋁件能達(dá)5000m／min。 （5） 數(shù)控機(jī)床的開(kāi)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(kāi)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。

28、 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〔1～8〕。 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

29、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

30、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10μm提高到5μm，精密級(jí)

31、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(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)(0.01μm)。 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

32、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

33、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(kāi)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)

34、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(kāi)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(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

35、就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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

36、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(kāi)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(kāi)發(fā)規(guī)范 如前所述，開(kāi)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

37、發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開(kāi)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(kāi)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（STEP－NC

38、)，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(kāi)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

39、發(fā)起了STEP-NC的IMS計(jì)劃(1999.1.1～2001.12.31)。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(kāi)發(fā)者，他已經(jīng)開(kāi)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

40、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

41、?？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

42、.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(kāi)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

43、使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息。可視化技術(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

44、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脩艨稍跇?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)

45、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

46、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(kāi)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(kāi)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

47、系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開(kāi)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(kāi)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)

48、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

49、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(kāi)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

50、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

51、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_(kāi)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

52、控制等）和開(kāi)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、

53、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(kāi)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(kāi)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(kāi)放的，構(gòu)成開(kāi)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(kāi)關(guān)量控制到伺服控制都可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)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

54、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(kāi)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：①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；②低速出力小且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，難以滿足寬范圍切削要求；③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；④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(kāi)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

55、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(kāi)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

56、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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)將驅(qū)

57、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(kāi)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(kāi)發(fā)0.1 μm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

58、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

59、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(kāi)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)

60、控機(jī)床的技術(shù)途徑可有以下幾條：①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。②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。③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。④為數(shù)控機(jī)床開(kāi)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

61、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(kāi)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(kāi)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

62、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

63、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

64、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)

65、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)

66、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