数控机床及数控技术的发展

魔神

    

    制造技术，微电子技术、自动控制技术、计算机技术等相关技术的发展和普及，推动和促进了数控设备的发展，数控机床和数控装置在功能和品种上展现出极为广阔的前景，主体现在以下几个方面；   
    （1）高可靠性，数控机床能发挥其高性能高精度、高效率，并获得良好的效益，关键取决于可靠性。衡量可靠性的重要的量化指标是平均无故障工作时间（MTBF），数控系统的MTBF值已由70年代的大于3000h、80年代的10000h、提高到90年代初的30000~36000h。  
    数控机床整机的可靠性水平也有显著提高。整机的MTBF值由80年代初期的100~200h提高到现在的500~800h。  
    （2）高柔性化，数控机床对于满足加工对象的变化，已经具备了很强的适应能力。目前，在进一步提高单机柔性化方向发展。体现系统柔性化的FMC和FMS发展迅速。美国FMC的安装平均增长率达到72.85%，日本FMS的安装平均增长率为24.26%。  
    近些年来，不仅中、小批量生产方式在努力提高柔行化能力。在大批量生产方式中，也积极向柔性化方面转向。如出现PLC控制的可调组合机床、数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心，数控三坐标动力单元等具有柔性化的高效加工设备和介于传统自动线与FMS之间的柔性化自动线（FTL）  
    （3）高精度化、高速度花、数控机床配备的高级型数控系统都具有更高的分辨力和更高的进给速度，如分辨力为0.1μm时进给速度为24m/min，分辨力为1μm时进给速度为100~240m/min，在某些超精密数据机床上分辨力可达0.01μm。数控系统中的主控计算机普遍采用32位机，并已有采用64位机的。频率由5MHz、10HMz提高到16HNz、20HMz，高级型数控系统已采用精简指令集运算的RISC芯片作为主CPU，进一步提高运算速度。伺服系统采用交流数字伺服系统，位置环、速度环和电流环都实现了数字化控制，因而可获得不受机械载荷变动影响的高速响应的伺服性能。此外，还采用可前馈控制，以减少伺服系统的跟踪滞后误差；采用高分辨力的位置编码器，以及位置环和速度环的软件控制，具有学习控制功能，还有各种补偿功能等技术，从而保证了数控机床的高速度和高精度这两项指标兼容。  
    近年来，普通级数控机床的加工精度已由原来的±10μm提高到±5μm，精密级从±5μm提高到±1.5μm预计到2000年，普通加工个精密加工的精度还将提高几倍，而超精密加工已进入纳米（nm）时代。  
    提高主轴转速是提高切削速度的最有效的方法。近十年来，数控机床的主轴转速从1000~2000r/min提高到5000~7000r/min，数控高速磨削的砂轮线速度从50~60m/s提高到100~120m/s，快速移动速度由8~12m/min提高到18~24m/min.30~40m/min的机床也稳定用于生产，提高移动速度达到100m/min，因而大大减少了非切削时间。  
    在缩短换刀时间的工作台交换时间方面也取得了较大的进展。数控车床刀架的转位时间已经从过去的1~3s减少到0.4~0.6s。  
    （4）复合化。复合化包括工序复合化和功能复合化，数控机床的发展模糊了粗、精加工工序的概念。打破了传统的工序界限和分工加工的工艺规程，使一台机床能完成多种工序的复合加工，相应配置了刀具自动交换位置（ATC）、工件自动交换位置（APC）等配套技术。近年来，又相继出现了许多跨度更大的、功能集中的复合化数控机床。如美国CINCINNATIMILACRON公司的车、铣、镗型多用途制造中心；意大利SAFOP的车、铣、镗、磨复合机床；瑞士RASKIN公司的冲孔、成形与激光切削复合机床；WHITNEY公司的等离子加工与冲压复合机床等。  
    （5）制造系统自动化，自80年代中期以来，以数控机床为主体的加工自动化已从单台数控机床发展到柔性制造系统和柔性制造单元，结合信息管理系统的自动化，逐步形成整个工厂的自动化，在国外已经出现自动化工厂和计算机辅助制造工厂的雏形实体。尽管这种高自动化的技术还不够完备，投资过大，回收期较长，但数控机床的高自动化以及向FMC、FMS系统集成方向发展的总趋势仍是机械制造业发展的主流。除进一步提高其自动编程，自动换刀、自动上下料、自动加工等自动化程度外，在自动测量、自动监控、自动诊断、自动对刀，自动传输、自动调度、自动管理等方面也得到进一步发展。