2015年我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
2015-11-16 10:06:54 點(diǎn)擊：
近20年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)提出了更高的要求。那么數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)如何呢？以下是2015年我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析：
1.向高速度、高精度方向發(fā)展
速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次、產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。
在加工精度方面，近10年來，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)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始進(jìn)入納米級(jí)（0.001μm）。加工精度的提高不僅在于采用了滾珠絲杠副、靜壓導(dǎo)軌、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、磁浮導(dǎo)軌等部件，提高了CNC系統(tǒng)的控制精度，應(yīng)用了高分辨率位置檢測(cè)裝置，而且也在于使用了各種誤差補(bǔ)償技術(shù)，如絲杠螺距誤差補(bǔ)償、刀具誤差補(bǔ)償、熱變形誤差補(bǔ)償、空間誤差綜合補(bǔ)償?shù)取?/span>
在加工速度方面，高速加工源于20世紀(jì)90年代初，以電主軸和直線電機(jī)的應(yīng)用為特征，使主軸轉(zhuǎn)速大大提高，進(jìn)給速度達(dá)60m／min以上，進(jìn)給加速度和減速度達(dá)到1~2g以上，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)100000r/min以上。高速進(jìn)給要求數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算速度快、采樣周期短，還要求數(shù)控系統(tǒng)具有足夠的超前路徑加（減）速優(yōu)化預(yù)處理能力（前瞻處理），有些系統(tǒng)可提前處理5000個(gè)程序段。為保證加工速度，高檔數(shù)控系統(tǒng)可在每秒內(nèi)進(jìn)行2000~10000次進(jìn)給速度的改變。
2.向柔性化、功能集成化方向發(fā)展
數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，朝單元柔性化和系統(tǒng)化方向發(fā)展，如出現(xiàn)了數(shù)控多軸加工中心、換刀換箱式加工中心等具有柔性的高效加工設(shè)備；出現(xiàn)了由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床組成底層加工設(shè)備的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，F(xiàn)MC）、柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）、柔性加工線（FlexibleManufacturingLine，F(xiàn)ML）。
在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上，自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)工作臺(tái)交換裝置等已成為基本裝置。隨著數(shù)控機(jī)床向柔性化方向的發(fā)展，功能集成化更多地體現(xiàn)在：工件自動(dòng)裝卸，工件自動(dòng)定位，刀具自動(dòng)對(duì)刀，工件自動(dòng)測(cè)量與補(bǔ)償，集鉆、車、鏜、銑、磨為一體的“萬能加工”和集裝卸、加工、測(cè)量為一體的“完整加工”等。
3.向智能化方向發(fā)展
隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。在新一代的數(shù)控系統(tǒng)中，由于采用“進(jìn)化計(jì)算”（EvolutionaryComputation）、“模糊系統(tǒng)”（FuzzySystem）和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”（NeuralNetwork）等控制機(jī)理，性能大大提高，具有加工過程的自適應(yīng)控制、負(fù)載自動(dòng)識(shí)別、工藝參數(shù)自生成、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、智能診斷、智能監(jiān)控等功能。
（1）引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)由于在實(shí)際加工過程中，影響加工精度因素較多，如工件余量不均勻、材料硬度不均勻、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形等。這些因素事先難以預(yù)知，以致在實(shí)際加工中，很難用最佳參數(shù)進(jìn)行切削。引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)的目的是使加工系統(tǒng)能根據(jù)切削條件的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)切削用量等參數(shù)，使加工過程保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。
（2）故障自診斷、自修復(fù)功能在系統(tǒng)整個(gè)工作狀態(tài)中，利用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝程序隨時(shí)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、自檢查。一旦出現(xiàn)故障，立即采用停機(jī)等措施，并進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位和原因等，并利用“冗余”技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，接通備用模塊。
（3）刀具壽命自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)換刀功能利用紅外、聲發(fā)射、激光等檢測(cè)手段，對(duì)刀具和工件進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)工件超差、刀具磨損和破損等，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)償或更換刀具，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
（4）模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用圖像識(shí)別和聲控技術(shù)，使機(jī)床自己辨識(shí)圖樣，按照自然語(yǔ)言命令進(jìn)行加工。
（5）智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前已研究能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能化主軸交流驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。
4.向高可靠性方向發(fā)展
數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)，它主要取決于數(shù)控系統(tǒng)各伺服驅(qū)動(dòng)單元的可靠性。為提高可靠性，目前主要采取以下措施：
（1）采用更高集成度的電路芯片，采用大規(guī)模或超大規(guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。
（2）通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時(shí)通過硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化，提高硬件的生產(chǎn)批量和質(zhì)量。
（3）增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷、報(bào)警。當(dāng)發(fā)生加工超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。
5.向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足柔性生產(chǎn)線、柔性制造系統(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（AgileManufacturing，AM）、虛擬企業(yè)（VirtualEnterprise，VE）、全球制造（GlobalManufacturing，GM）的基礎(chǔ)單元。目前先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)為用戶提供了強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)能力，除了具有RS232C接口外，還帶有遠(yuǎn)程緩沖功能的DNC接口，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床間的數(shù)據(jù)通信和直接對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。有的已配備與工業(yè)局域網(wǎng)通信的功能以及網(wǎng)絡(luò)接口，促進(jìn)了系統(tǒng)集成化和信息綜合化，使遠(yuǎn)程在線編程、遠(yuǎn)程仿真、遠(yuǎn)程操作、遠(yuǎn)程監(jiān)控及遠(yuǎn)程故障診斷成為可能。
6.向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展
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多年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G、M代碼對(duì)加工過程進(jìn)行描述，顯然，這種面向過程的描述方法已越來越不能滿足現(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），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)制造過程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。
7.向驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化方向發(fā)展
并聯(lián)機(jī)床（又稱虛擬軸機(jī)床）是20世紀(jì)最具革命性的機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的突破，引起了普遍關(guān)注。并聯(lián)機(jī)床（參見圖1-7）由基座、平臺(tái)、多根可伸縮桿件組成，每根桿件的兩端通過球面支承分別將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與基座相連，并由伺服電機(jī)和滾珠絲杠按數(shù)控指令實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)主軸部件或工作臺(tái)部件作任意軌跡的運(yùn)動(dòng)。并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但數(shù)學(xué)復(fù)雜，整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)牽涉到相當(dāng)龐大的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此并聯(lián)機(jī)床是一種知識(shí)密集型機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)串聯(lián)式機(jī)床相比具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度、重量輕、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域都得到了成功的應(yīng)用。
1.向高速度、高精度方向發(fā)展
速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次、產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。
在加工精度方面，近10年來，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)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始進(jìn)入納米級(jí)（0.001μm）。加工精度的提高不僅在于采用了滾珠絲杠副、靜壓導(dǎo)軌、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、磁浮導(dǎo)軌等部件，提高了CNC系統(tǒng)的控制精度，應(yīng)用了高分辨率位置檢測(cè)裝置，而且也在于使用了各種誤差補(bǔ)償技術(shù)，如絲杠螺距誤差補(bǔ)償、刀具誤差補(bǔ)償、熱變形誤差補(bǔ)償、空間誤差綜合補(bǔ)償?shù)取?/span>
在加工速度方面，高速加工源于20世紀(jì)90年代初，以電主軸和直線電機(jī)的應(yīng)用為特征，使主軸轉(zhuǎn)速大大提高，進(jìn)給速度達(dá)60m／min以上，進(jìn)給加速度和減速度達(dá)到1~2g以上，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)100000r/min以上。高速進(jìn)給要求數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算速度快、采樣周期短，還要求數(shù)控系統(tǒng)具有足夠的超前路徑加（減）速優(yōu)化預(yù)處理能力（前瞻處理），有些系統(tǒng)可提前處理5000個(gè)程序段。為保證加工速度，高檔數(shù)控系統(tǒng)可在每秒內(nèi)進(jìn)行2000~10000次進(jìn)給速度的改變。
2.向柔性化、功能集成化方向發(fā)展
數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，朝單元柔性化和系統(tǒng)化方向發(fā)展，如出現(xiàn)了數(shù)控多軸加工中心、換刀換箱式加工中心等具有柔性的高效加工設(shè)備；出現(xiàn)了由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床組成底層加工設(shè)備的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，F(xiàn)MC）、柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）、柔性加工線（FlexibleManufacturingLine，F(xiàn)ML）。
在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上，自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)工作臺(tái)交換裝置等已成為基本裝置。隨著數(shù)控機(jī)床向柔性化方向的發(fā)展，功能集成化更多地體現(xiàn)在：工件自動(dòng)裝卸，工件自動(dòng)定位，刀具自動(dòng)對(duì)刀，工件自動(dòng)測(cè)量與補(bǔ)償，集鉆、車、鏜、銑、磨為一體的“萬能加工”和集裝卸、加工、測(cè)量為一體的“完整加工”等。
圖片來自百度圖片
3.向智能化方向發(fā)展
隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。在新一代的數(shù)控系統(tǒng)中，由于采用“進(jìn)化計(jì)算”（EvolutionaryComputation）、“模糊系統(tǒng)”（FuzzySystem）和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”（NeuralNetwork）等控制機(jī)理，性能大大提高，具有加工過程的自適應(yīng)控制、負(fù)載自動(dòng)識(shí)別、工藝參數(shù)自生成、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、智能診斷、智能監(jiān)控等功能。
（1）引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)由于在實(shí)際加工過程中，影響加工精度因素較多，如工件余量不均勻、材料硬度不均勻、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形等。這些因素事先難以預(yù)知，以致在實(shí)際加工中，很難用最佳參數(shù)進(jìn)行切削。引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)的目的是使加工系統(tǒng)能根據(jù)切削條件的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)切削用量等參數(shù)，使加工過程保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。
（2）故障自診斷、自修復(fù)功能在系統(tǒng)整個(gè)工作狀態(tài)中，利用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝程序隨時(shí)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、自檢查。一旦出現(xiàn)故障，立即采用停機(jī)等措施，并進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位和原因等，并利用“冗余”技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，接通備用模塊。
（3）刀具壽命自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)換刀功能利用紅外、聲發(fā)射、激光等檢測(cè)手段，對(duì)刀具和工件進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)工件超差、刀具磨損和破損等，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)償或更換刀具，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
（4）模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用圖像識(shí)別和聲控技術(shù)，使機(jī)床自己辨識(shí)圖樣，按照自然語(yǔ)言命令進(jìn)行加工。
（5）智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前已研究能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能化主軸交流驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。
4.向高可靠性方向發(fā)展
數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)，它主要取決于數(shù)控系統(tǒng)各伺服驅(qū)動(dòng)單元的可靠性。為提高可靠性，目前主要采取以下措施：
（1）采用更高集成度的電路芯片，采用大規(guī)模或超大規(guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。
（2）通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時(shí)通過硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化，提高硬件的生產(chǎn)批量和質(zhì)量。
（3）增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷、報(bào)警。當(dāng)發(fā)生加工超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。
5.向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足柔性生產(chǎn)線、柔性制造系統(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（AgileManufacturing，AM）、虛擬企業(yè)（VirtualEnterprise，VE）、全球制造（GlobalManufacturing，GM）的基礎(chǔ)單元。目前先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)為用戶提供了強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)能力，除了具有RS232C接口外，還帶有遠(yuǎn)程緩沖功能的DNC接口，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床間的數(shù)據(jù)通信和直接對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。有的已配備與工業(yè)局域網(wǎng)通信的功能以及網(wǎng)絡(luò)接口，促進(jìn)了系統(tǒng)集成化和信息綜合化，使遠(yuǎn)程在線編程、遠(yuǎn)程仿真、遠(yuǎn)程操作、遠(yuǎn)程監(jiān)控及遠(yuǎn)程故障診斷成為可能。
6.向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展
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多年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G、M代碼對(duì)加工過程進(jìn)行描述，顯然，這種面向過程的描述方法已越來越不能滿足現(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），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)制造過程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。
7.向驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化方向發(fā)展
并聯(lián)機(jī)床（又稱虛擬軸機(jī)床）是20世紀(jì)最具革命性的機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的突破，引起了普遍關(guān)注。并聯(lián)機(jī)床（參見圖1-7）由基座、平臺(tái)、多根可伸縮桿件組成，每根桿件的兩端通過球面支承分別將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與基座相連，并由伺服電機(jī)和滾珠絲杠按數(shù)控指令實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)主軸部件或工作臺(tái)部件作任意軌跡的運(yùn)動(dòng)。并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但數(shù)學(xué)復(fù)雜，整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)牽涉到相當(dāng)龐大的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此并聯(lián)機(jī)床是一種知識(shí)密集型機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)串聯(lián)式機(jī)床相比具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度、重量輕、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域都得到了成功的應(yīng)用。
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