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        淺談數(shù)控機床的產生和發(fā)展趨勢

        2013-04-29 13:49:37周吉生楊輝
        今日湖北·中旬刊 2013年7期
        關鍵詞:產生數(shù)控發(fā)展趨勢

        周吉生 楊輝

        摘 要 制造業(yè)是一個國家國民經(jīng)濟的支柱產業(yè),它一方面創(chuàng)造價值,生產物質財富,另一方面為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備,其現(xiàn)代化程度決定了國家其它行業(yè)的發(fā)展步伐。數(shù)控技術和數(shù)控是制造業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎,全面了解數(shù)控機床的發(fā)展過程和趨勢,對提高數(shù)控發(fā)展再認識有重要的現(xiàn)實意義。隨著計算機技術的迅速發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的性價比和數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的普及率將大幅提高。

        關鍵詞 數(shù)控 產生 發(fā)展趨勢

        一、數(shù)控機床的產生和發(fā)展

        數(shù)字控制機床,是近代發(fā)展起來的一種自動控制機床,通過數(shù)字信息自動控制機床的運轉。數(shù)控機床的加工程序和運動變量(如坐標方向、位移量、軸的轉向和轉速等)通過數(shù)控裝置自動控制,同時具有自動換刀、自動測量、自動潤滑和自動冷卻等功能。數(shù)控機床的發(fā)展完全依賴于數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。自1952年美國研制出第一臺數(shù)控銑床起,數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。

        (一)數(shù)控(NC)階段(1952—1970年)

        早期計算機的運算速度低,這雖然對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響并不大。但卻不能適應機床適時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng),這被稱為硬件連接數(shù)控,簡稱為數(shù)控(NC)。隨著元器件的發(fā)展,這個階段經(jīng)歷了三代,即:第一代數(shù)控1952—1959年采用電子管元件構成的專用NC裝置;第二代數(shù)控1959一1964年采用晶體管電路的NC裝置;第三代數(shù)控1965—1970年采用小、中規(guī)模集成電路的NC裝置。

        (二)計算機數(shù)控(CNC)階段(1970至今)

        到1970年,通用小型計算機已批量生產,其運算速度比20世紀五六十年代有了大幅度的提高,這比專門“搭”成的專用計算機成本低、可靠性高,于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件,從此進入了計算機數(shù)控(CNC)階段。隨著計算機技術的發(fā)展,這個階段也經(jīng)歷了三代,即:第四代數(shù)控:1970—1974年采用大規(guī)模集成電路的小型通用計算機數(shù)控系統(tǒng);第五代數(shù)控:1974—1990年應用微處理器的計算機數(shù)控系統(tǒng);第六代數(shù)控:1990年以后,PC(個人計算機,國內習慣稱微機)的性能巳發(fā)展到很高的階段,可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求,數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于PC(PC—BASED)的時代。

        二、 數(shù)控機床發(fā)展的趨勢

        (一)提高數(shù)控系統(tǒng)的智能化和可靠性

        在數(shù)控機床上應用自適應控制技術,能使數(shù)控機床根據(jù)切削條件的變化隨時自動調節(jié)各相關工作參數(shù)、切削用量等,使加工過程始終保持最佳工作狀態(tài)。自適應控制技術,即在加工過程中數(shù)控系統(tǒng)可以根據(jù)工件、刀具、機床等一系列實際參數(shù)的變化,自動修改機床切削進給量,使機床能“適應”加工過程中的各種隨機變量任一瞬時變化,并使之始終保持最佳加工狀態(tài)。目前,現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的智能化正朝著運用自適應控制技術,實現(xiàn)自動檢測及更換刀具,故障自診斷、自修復,自動定心,人-機對話自動編程以及圖像識別和聲控技術的方向發(fā)展。而具有人工智能功能的故障診斷系統(tǒng)軟件的開發(fā)及使用,可以增強機床自診斷、自恢復的保護功能,從而大幅降低了系統(tǒng)的故障率。

        (二)提高速度和精度

        提高速度及精度是提高生產率的主要手段?,F(xiàn)代數(shù)控機床正朝著提高加工速度及加工精度的方向發(fā)展。例如,采用高性能的數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng),已經(jīng)可以使一個程序段的處理時間縮短到0.5ms;達到最小位移單位時,最大進給速度大于100m/min;采用陶瓷球的滾珠軸承等措施,可使主軸轉速大大提高;高分辨率的位置編碼器和各種誤差補償技術的使用,也使加工精度不斷提高。

        (三)數(shù)控機床結構現(xiàn)代化

        目前在先進數(shù)控機床的機床主體結構設計和制造上,正向著模塊化數(shù)控機床的方向發(fā)展。將典型的零部件制造標準化、通用化和系列化,把組合機床的積木式設計應用到機床整體設計中,將某種機床的組成部件設計成若干個模塊部件,通過組合可以形成多種形式和不同用途的機床。應用這種技術的制造商可以使自己的產品具有精度高、功能多及互換性好等優(yōu)點。我國的一些機床廠在這方面已經(jīng)取得了一定的進展和成果。

        (四)數(shù)控技術多功能化和綜合自動化

        目前數(shù)控技術正隨著微電子技術、計算機技術、成組技術和系統(tǒng)丁程技術等的發(fā)展,使機械丁業(yè)從傳統(tǒng)的概念和方法中解脫出來。數(shù)控設備正向著多功能化、綜合自動化的方向不斷發(fā)展。

        采用計算機輔助制造(CAM)技術,使計算機參與從零件材料到加工和裝配、檢測直至成品出庫的整個過程。從在一臺設備上增加控制坐標軸的個數(shù)以提高自動化程度到在—臺設備上實現(xiàn)多工序自動控制,再到加工中心(MC),在一臺機床上實現(xiàn)車、銑、鉆、錘、攻螺紋等多種功能,制造自動化技術正朝著柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)和智能制造系統(tǒng)的方向發(fā)展。

        柔性制造系統(tǒng)這一概念的初創(chuàng)者在一條數(shù)控自動化加工線上率先使用了“FMS”一詞,該線的特點是能完成多品種、中小批量的加工任務。柔性制造系統(tǒng)由數(shù)控加工系統(tǒng)、物流控制系統(tǒng)等組成,擁有物流控制系統(tǒng)是柔性制造系統(tǒng)的特點。柔性制造系統(tǒng)適應性更強,生產率更高,加工范圍可隨時調整。柔性制造系統(tǒng)包括各制造單元(數(shù)控機床、加工中心和測量機等)、工夾具、無人送料車、自動化倉庫以及一套計算機控制系統(tǒng)、物流控制和信息網(wǎng)絡等。

        最新發(fā)展的是以數(shù)控機床為基本單元的計算機集成制造系統(tǒng),即CIMS系統(tǒng).它綜合利用廠CAD/CAP/CAM/DNC/FMS及工廠自動化系統(tǒng),用計算機通過信息集成實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產制造,是建立在多項先進技術基礎上的高技術制造系統(tǒng)。CIMS通常由管理信息系統(tǒng)、產品設計工程信息系統(tǒng)、制造自動化系統(tǒng)、質量保證系統(tǒng)以及計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。

        現(xiàn)在通過網(wǎng)絡技術,數(shù)字化制造已經(jīng)進入了信息高速公路;敏捷制造、網(wǎng)絡化設計與制造、虛擬制造等技術也正在全面快速發(fā)展。

        (作者單位:河南省周口職業(yè)技術學院)

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