国内数控机床技术的五大方向和三大差距

麦田守望者

国内数控机床技术的五大方向和三大差距

　　国产数控机床走过了50年发展的漫长历程，在近10年来得到了较快发展，特别是得到了政府的重视，设立了重大技术攻关专项，有效地促进了数控机床的发展。

　　目前，国产数控机床可供品种达1500多种，2010年数控金属切削机床保有量约为150万台（其中进口超过40万台），仅金属切削机床的年产量就超过了16万台、2011年1~10月份累计达到21.8万台、全年可达到25万台左右。国产品牌数控机床的数量和价值占国内市场50%以上。在代表先进技术水平的五轴联动和复合加工中心、数控系统和其他配套技术产品方面也都取得了新进展。本文主要围绕数控技术发展与差距展开讨论。

　　追求高生产率

　　为了追求机械制造的高生产率，促进数控设备向加工复合化（工序复合和工艺复合）、高速化、智能化、网络化、工艺参数优化方向发展。

　　1复合化

　　数控机床复合加工，主要指工序集中化、复合化和工艺复合化。

　　1.1工序集中化、复合化

　　自从20世纪70年代末，随着三联动加工中心开始用于机械制造，开始进入机械加工工序集中化时代。20世纪80年代，我国自制的三联动加工中心也开始在机械制造中得到应用，主要是用于箱体件和模具加工。在一次装卡中就可以实现镗、铣、钻、攻丝等多道工序，提高了加工效率和精度。


　　1.2工艺复合

　　工艺复合加工在国内还不多见。沈阳机床集团SCHIESS公司开发的VTM3501立式车铣磨及激光淬火复合加工中心。可实现车、镗、钻、攻丝、铣、磨及激光淬火等加工。该机床把冷加工工艺和热加工工艺复合在一起，大幅提高了生产效率。

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　　2高速化

　　为实现数控加工高速化，传动系统采用直驱技术，数控系统采用高速运算处理技术。

　　2.1直驱技术

　　为了提高生产效率，数控机床传动部件逐步采用直驱技术。主轴采用电主轴直驱，进给采用直线电机驱动，回转工作台采用力矩电机直驱，五轴联动的摆角万能头采用力矩电机直驱等。

　　2.2数控系统高速运算处理技术

　　高速直驱进给要求数控系统运算速度快，采样周期短，具有足够的超前路径加（减）速优化程序段预处理能力。较先进的数控系统可预处理几千和几万个程序段。在多轴联动控制时可根据预处理缓冲区的G代码进行加减速优化处理。为保证加工速度，第六代数控系统每秒可进行2000~10000次进给速度改变。

　　3智能化

　　为追求数控机床加工效率和加工质量，数控系统不但有自动编程、前馈控制、模糊控制、自学习控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等智能化功能，并有故障诊断专家系统，使自诊断和故障监控功能更趋于完善。伺服驱动系统智能化，能自动感知负载变化，自动优化调整参数。

　　国产数控系统正在努力朝智能化方向发展，引入了一些智能化技术。比如华中的“中华8型”和凯恩帝K1000TIV型等，数控系统都具有自诊断功能、状态实时显示和故障实时报警等智能化功能，并都在进一步丰富和完善智能化技术。

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　　4开放化和网络化

　　数控装置的开放化可以更容易地实现智能化网络化制造，有效地促进生产效率的提高。

　　4.1开放化

　　开放式数控装置是指硬件、软件和总线对用户是开放的。开放式数控装置最主要的优点是具有更好的通用性、灵活性、适应性和可扩展性，可以满足用户二次开发的要求。

　　4.2网络化

　　网络化有利于信息共享和提高生产效率。有资料介绍在多品种小批量生产中，1台数控机床用于切削的时间只占机动时间的25%~35%，联成网络后，可以提高到60%~65%。


　　5优化工艺参数提高效率

　　数控加工采用的工艺参数是否合理，对于提高生产效率和保证加工质量非常重要，必须逐步进行优化并建立工艺数据库。

　　我国数控设备生产企业也应该提供这方面的技术和服务。采用工艺优化参数不但可以提高生产效率和提高加工质量，而且对节省材料、节能减排，实现绿色制造有着重要意义。

麦田守望者

　　追求高精度高质量

　　追求数控机床加工工件的高精度和高质量。首先数控机床本身必须具有这样的性能。为此，数控机床在结构和布局上，在材料选用上必须考虑到提高刚性和承载能力，以保证实现高精度；同时数控系统、伺服驱动系统、传动系统和测量传感器等也必须具有高分辨率、高精度的性能，才能满足加工工件高精度、高质量的要求。

　　1结构布局

　　为了实现功能和提高刚性，数控车床、车削中心、立式加工中心、卧式加工中心、龙门加工中心、车铣复合加工中心等在结构布局方面发生了深刻变化。

　　2采用新材料提高刚性

　　用于数控机床的优质新材料的开发与应用，有利于提高数控机床整体刚性和精度，非常重要。

　　此外，还有资料显示，蜂窝状材料、水泥材料、天然花岗岩石材等也有用于数控设备的情况。重视新型材料的开发与应用，必然使机床结构设计和性能发生变革。

　　3高精度插补数控系统

　　高位数CPU（64位）在数控装置上的应用，高速纳米级插补运算、高分辨率伺服等功能为提高数控机床精度做出重要贡献。

　　在数控机床上应用的CPU，从20世纪80年代的16位发展到现在的64位，其频率也从原来的5MHZ、10MHZ提高到上千MHZ。CPU的发展进一步提高了运算速度和分辨率（0.1μm、0.01μm）。国产数控系统开始采用64位CPU，可实现微米级精度插补，但与国外先进数控系统相比还有距离。