數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

張志浩 張旭 陳志強(qiáng)

摘 要：從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，數(shù)控系統(tǒng)正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng);發(fā)展趨勢;高精尖

一、性能發(fā)展方面

1.1高精高速高效化速度

效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)關(guān)鍵的性能指標(biāo)，是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。若采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)、高分辨率檢測元件、交流數(shù)字伺服系統(tǒng)配套電主軸、直線電機(jī)等技術(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。在今后的幾年，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，大力發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，超精密數(shù)控機(jī)床正在向精密化、高速化、智能化和納米化發(fā)展，匯合而成的新一代數(shù)控機(jī)床，

1.2多軸化

多軸聯(lián)動加工，零件在一 臺數(shù)控機(jī)床上裝夾后，可進(jìn)行自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭、能轉(zhuǎn)工作臺等操作，完成多工序、多表面的復(fù)合加工，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件加工，可使用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工表面粗糙度值低，而且效率也大幅度提高。一般，1臺5軸聯(lián)動機(jī)床的效率等于2臺3軸聯(lián)動機(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，5軸聯(lián)動加工比3軸聯(lián)動加工能發(fā)揮更高的效益。

1.3軟硬件開放化

用戶可根據(jù)自己的需要，對數(shù)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，用戶的使用范圍不再受生產(chǎn)商的制約。

1.4實時智能化

在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著：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、前饋控制等方面發(fā)展。如編程專家系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出了故障時，診斷、維修等實現(xiàn)智能化。

二、功能發(fā)展方面

2.1圖形化界面功能和水平進(jìn)一步提高

高檔數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展對圖形化界面的功能和水平要求進(jìn)一步提高，用戶希望看到更豐富、更形象、更直觀的界面，以此減少用戶編程難度，提高編程和加工效率。圖形化界面包括兩個方面的內(nèi)容，一是界面控件的圖形化。二是界面內(nèi)容，主 要指加工過程的三維實時仿真。界面控件的圖形化方面，F(xiàn)iYang、光洋及其它采用WINDOWS平臺的系統(tǒng)都采用了圖形化控件。華中數(shù)控210C、HNC32數(shù)控系統(tǒng)都具備圖形化控件。

2.2高性能的內(nèi)置PLC

數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能的PLC，可直接用梯形圖或高級語言編程，可在線調(diào)試和在線編輯修改，建立自己的應(yīng)用程序。

2.3智能化、開放式新代數(shù)控系統(tǒng)

（1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加I表面粗糙度并提高設(shè)備運行的安全性。

（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)。的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間的目的。

（3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位。

（4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機(jī)床發(fā)生的各種錯誤和事故進(jìn)行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗。

（5）智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。

三、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展

隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追求的目標(biāo)。數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了人量的電氣、液壓和機(jī)電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大：工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性，就要精心設(shè)計系統(tǒng)、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過維修分析故障模式岸找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間僅為0000小時左右，國外整機(jī)平均無故障工作時間達(dá)800小時以上，而國內(nèi)最高只有300小時對整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。

四、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)向綠色化方向發(fā)展

隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。

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