【編者按】新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進了數(shù)控機床性能向高精度、高速度、高柔性化方向發(fā)展蒸咏，使柔性自動化加工技術(shù)水平不斷提高。--為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的智能化极哨，如前饋控制呐相、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)載自動選定模型硼屁、自整定等汞小。

　　一晶恨、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

　　從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了46年歷程蛛挚。數(shù)控系統(tǒng)由當(dāng)初的電子管式起步抗斤，經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：

　　分立式晶體管式--小規(guī)模集成電路式--大規(guī)模集成電路式--小型計算機式--超大規(guī)模集成電路--微機式的數(shù)控系統(tǒng)。到80年代丈咐，總體發(fā)展趨勢是：數(shù)控裝置由NC向CNC發(fā)展瑞眼；廣泛采用32位CPU組成多微處理器系統(tǒng)；提高系統(tǒng)的集成度棵逊，縮小體積伤疙，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于裁剪辆影、擴展和功能升級徒像，滿足不同類型數(shù)控機床的需要；驅(qū)動裝置向交流蛙讥、數(shù)字化方向發(fā)展锯蛀；CNC裝置向人工智能化方向發(fā)展；采用新型的自動編程系統(tǒng)次慢；增強通信功能旁涤；數(shù)控系統(tǒng)可靠性不斷提高∑认瘢總之辙炒，數(shù)控機床技術(shù)不斷發(fā)展，功能越來越完善瞒脆，使用越來越方便衷谋，可靠性越來越高，性能價格比也越來越高纺闷。到1990年，全世界數(shù)控系統(tǒng)專業(yè)生產(chǎn)廠家年產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)約13萬臺套胧含。國外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(fā)展趨勢是：

　　●新一代數(shù)控系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu)

　　進入90年代以來需复，由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控機床技術(shù)更快的更新?lián)Q代费控。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)拓郑。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性咸培、適應(yīng)性节霸、擴展性，并向智能化疑跑、網(wǎng)絡(luò)化方向大大發(fā)展怒医。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)炉抒，如美國科學(xué)制造中心（NCMS）與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站/機床控制器體系結(jié)構(gòu)”NGC，歐共體的“自動化系統(tǒng)中開放式體系結(jié)構(gòu)”O(jiān)SACA稚叹，日本的OSEC計劃等焰薄。開發(fā)研究成果已得到應(yīng)用，如Cincinnati-Milacron公司從1995年開始在其生產(chǎn)的加工中心扒袖、數(shù)控銑床塞茅、數(shù)控車床等產(chǎn)品中采用了開放式體系結(jié)構(gòu)的A2100系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機的先進技術(shù)季率，如多媒體技術(shù)野瘦，實現(xiàn)聲控自動編程、圖形掃描自動編程等飒泻。數(shù)控系統(tǒng)繼續(xù)向高集成度方向發(fā)展鞭光，每個芯片上可以集成更多個晶體管，使系統(tǒng)體積更小蠢络，更加小型化衰猛、微型化∩部祝可靠性大大提高忧绊。利用多CPU的優(yōu)勢，實現(xiàn)故障自動排除缓贤；增強通信功能基列，提高進線、聯(lián)網(wǎng)能力卿黍。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)军笑，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的见拴，由于有充足的軟擅暴、硬件資源可供利用，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進行的系統(tǒng)集成得到有力的支持馒毙，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大方便项栈，促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用疫壕，既可通過升檔或剪裁構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)映检，又可通過擴展構(gòu)成不同類型數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短秸谢。這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級凛澎，結(jié)構(gòu)上不必變動。

　　●新一代數(shù)控系統(tǒng)控制性能大大提高

　　數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展估蹄。隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的滲透和發(fā)展塑煎，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制沫换、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機理，不但具有自動編程轧叽、前饋控制苗沧、模糊控制、學(xué)習(xí)控制炭晒、自適應(yīng)控制待逞、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償网严、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ苁队＃胰藱C界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善震束。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動和智能化進給伺服裝置怜庸，能自動識別負(fù)載并自動優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。直線電機驅(qū)動系統(tǒng)已實用化姚转。

　　總之谋扼，新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進了數(shù)控機床性能向高精度们敢、高速度咐准、高柔性化方向發(fā)展，使柔性自動化加工技術(shù)水平不斷提高慷训。

　　二消李、數(shù)控機床發(fā)展趨勢

　　為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求蝉橘，當(dāng)前苔眼，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1、高速润邑、高效稽星、高精度、高可靠性

　　要提高加工效率哄谆，首先必須提高切削和進給速度卜壕，同時，還要縮短加工時間烙常；要確保加工質(zhì)量，必須提高機床部件運動軌跡的精度鹤盒，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證蚕脏。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證侦锯。

　　●高速驼鞭、高效

　　機床向高速化方向發(fā)展秦驯，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率挣棕、降低加工成本译隘，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實現(xiàn)高效洛心、優(yōu)質(zhì)固耘、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。

　　新一代數(shù)控機床（含加工中心）只有通過高速化大幅度縮短切削工時才可能進一步提高其生產(chǎn)率词身。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機床特別是高速加工中心的開發(fā)應(yīng)用緊密相關(guān)厅目。90年代以來，歐农灯、美修诈、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐品扯。高速主軸單元（電主軸投沃，轉(zhuǎn)速15000-100000r/min）、高速且高加/減速度的進給運動部件（快移速度60~120m/min捻钢，切削進給速度高達60m/min）绞艘、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達到了新的技術(shù)水平稀销。隨著超高速切削機理鸡捉、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸栗绝、高加/減速度直線電機驅(qū)動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決甚岩，應(yīng)不失時機地開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機床。

　　依靠快速涕瘸、準(zhǔn)確的數(shù)字量傳遞技術(shù)對高性能的機床執(zhí)行部件進行高精密度涡相、高響應(yīng)速度的實時處理，由于采用了新型刀具剩蟀，車削和銑削的切削速度已達到5000米~8000米/分以上催蝗；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000轉(zhuǎn)/分（有的高達10萬轉(zhuǎn)/分）以上；工作臺的移動速度：（進給速度）育特，在分辨率為1微米時丙号，在100米/分（有的到200米/分）以上，在分辨率為0.1微米時缰冤，在24米/分以上犬缨；自動換刀速度在1秒以內(nèi)；小線段插補進給速度達到12米/分。根據(jù)高效率怀薛、大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動技術(shù)的飛速發(fā)展刺彩，高速直線電機的推廣應(yīng)用，開發(fā)出一批高速枝恋、高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機床以滿足汽車创倔、農(nóng)機等行業(yè)的需求。還由于新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期加快焚碌，模具却值、航空、軍事等工業(yè)的加工零件不但復(fù)雜而且品種增多的讯。

　　●高精度

　　從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工）匪笨，是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級某现，乃至納米級（<10nm）匙桦，其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削（車宋睦、銑）阁陌、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細(xì)電火花加工琐侣、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等）奖朴。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汇径。新材料及新零件的出現(xiàn)曼刀，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機床史隆，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)魂务，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。

　　當(dāng)前泌射，機械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高了一倍粘姜，達到5微米；精密加工精度提高了兩個數(shù)量級熔酷，超精密加工精度進入納米級（0.001微米）孤紧，主軸回轉(zhuǎn)精度要求達到0.01~0.05微米，加工圓度為0.1微米拒秘，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等号显。

　　精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機電產(chǎn)品的性能躺酒、質(zhì)量和可靠性咙轩，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要获讳。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高活喊。為了滿足用戶的需要，近10多年來孽衩，普通級數(shù)控機床的加工精度已由±10μm提高到±5μm箫俯，精密級加工中心的加工精度則從±3~5μm，提高到±1~1.5μm陌沟。

　　●高可靠性

　　是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上怕事，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠截巢，因為是商品旅测，受性能價格比的約束。對于每天工作兩班的無人工廠而言呻蚪，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作兆布，無故障率P（t）＝99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時础姚。MTBF大于3000小時佛或，對于由不同數(shù)量的數(shù)控機床構(gòu)成的無人化工廠差別就大多了，我們只對一臺數(shù)控機床而言填恬，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10：1的話（數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級）弧跑。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置擂送、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于10萬小時悦荒。

　　當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅(qū)動裝置達30000小時以上嘹吨。

　　2搬味、模塊化、智能化躺苦、柔性化和集成化

　　●模塊化身腻、專門化與個性化

　　機床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化匹厘，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化嘀趟。為了適應(yīng)數(shù)控機床多品種、小批量的特點愈诚，機床結(jié)構(gòu)模塊化她按，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化炕柔。個性化是近幾年來特別明顯的發(fā)展趨勢酌泰。

　　●智能化

　　智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：

　　--為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化媒佣，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成漂烂；

　　--為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的智能化据伏，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算束多、自動識別負(fù)載自動選定模型骏庙、自整定等；

　　--簡化編程拳股、簡化操作方面的智能化辣棉，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等事匈；

　　--智能診斷狰赘、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等址敢。

　　●柔性化和集成化

　　數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點（數(shù)控單機扮人、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機床）、線（FMC钟牛、FMS允悦、FTL、FML）向面（工段車間獨立制造島虑啤、FA）隙弛、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展狞山，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展全闷。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢萍启，是先進制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)总珠。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提勘纯，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)局服；注重加強單元技術(shù)的開拓、完善驳遵；CNC單機向高精度淫奔、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD堤结、CAM斜擎、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)肢阿，向信息集成方向發(fā)展宿闯；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放乳嘁、集成和智能化方向發(fā)展。

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