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        淺析數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程及趨勢

        2019-10-21 14:35:52黨歡
        名城繪 2019年3期
        關(guān)鍵詞:發(fā)展進(jìn)程數(shù)控機(jī)床發(fā)展策略

        黨歡

        摘要:文章主要以數(shù)控機(jī)床為研究對象,結(jié)合數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程,明確國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史。并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀,指出國內(nèi)數(shù)控機(jī)床存在的不良問題。根據(jù)具體不良問題,提出適合我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展策略,確定我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢,僅供參考。

        關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床;發(fā)展進(jìn)程;發(fā)展策略;發(fā)展趨勢

        自上世紀(jì)末以來,我國制造業(yè)逐步邁入制造大國方向發(fā)展。其中,以機(jī)床制造為主的行業(yè)代表,呈現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。從某種程度上來說,機(jī)床屬于先進(jìn)制造技術(shù)與制造信息的集成產(chǎn)物,不僅可以體現(xiàn)出先進(jìn)生產(chǎn)力,又可以集中體現(xiàn)出商品屬性,具有重要的制造意義。近些年來,國內(nèi)數(shù)控機(jī)床與機(jī)床工具在性能、精度與速度方面基本上實(shí)現(xiàn)了智能化效果,有效解決了以往人工操作存在的不足問題。

        1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程分析

        追溯到上世紀(jì)50年代,國際數(shù)控機(jī)床主要?dú)v經(jīng)數(shù)控NC與計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC兩個(gè)主體階段。其中,數(shù)控NC階段可以根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)類型的不同,分為3個(gè)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展階段。第1代數(shù)控系統(tǒng)主要源于上世紀(jì)50年代初期,系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)主要以電子管元件為主、在運(yùn)算方法方面主要以邏輯運(yùn)算為主、在控制方法方面主要以硬件電路控制為主[1]。第2代數(shù)控系統(tǒng)主要以晶體管元件與印刷電路板為主,在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化了邏輯運(yùn)算功能。第3代數(shù)控系統(tǒng)在功能方面,主要結(jié)合小規(guī)模集成電路,目的在于降低數(shù)控系統(tǒng)體積、功耗程度等,基本上有效推進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)的全面發(fā)展。

        計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段也可根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)功能的不同,分為3個(gè)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展階段。一般來說,計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段主要根據(jù)數(shù)控NC階段的發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步完善與優(yōu)化。因此,我們可以將計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段的發(fā)展視為數(shù)控CN的進(jìn)一步發(fā)展。第4代數(shù)控系統(tǒng)源于上世紀(jì)70年代,系統(tǒng)結(jié)合CNC技術(shù)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)控制功能。第5代數(shù)控系統(tǒng)在原有的基礎(chǔ)上,利用新興的大規(guī)模集成電路技術(shù),實(shí)現(xiàn)微處理器芯片的廣泛應(yīng)用[2]。第6代數(shù)控系統(tǒng)受到計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展影響,逐漸朝向以PC為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的運(yùn)行功能發(fā)展。

        2 數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)及功能分析

        一般來說,數(shù)控機(jī)床得以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展,基本上需要對其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化與創(chuàng)新。本文主要集中介紹數(shù)控機(jī)床中的進(jìn)給伺服系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要功能與發(fā)展情況,目的在于為數(shù)控機(jī)床提供良好的發(fā)展導(dǎo)向。

        2.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)

        所謂的進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要是指以運(yùn)動(dòng)部件的位置及速度等因素作為可控量,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的控制裝置。在運(yùn)行功能方面屬于機(jī)電一體化系統(tǒng),基本上是由位置控制單元、速度控制單元、檢測與反饋單元等共同協(xié)調(diào)形成的一體化系統(tǒng)。目前,我們可以根據(jù)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用特性的不同,能夠?qū)⑦M(jìn)給伺服系統(tǒng)分為步進(jìn)伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)及直線伺服系統(tǒng)四種形式[3]。

        結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看,傳統(tǒng)步進(jìn)伺服系統(tǒng)主要是以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形式為主,實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制功能。然而,介于步進(jìn)伺服系統(tǒng)不存在檢測功能,導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行精度始終處于較低狀態(tài)。且經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行之后,系統(tǒng)很容易出現(xiàn)“轉(zhuǎn)不動(dòng)”等問題。而直流伺服系統(tǒng)雖然在步進(jìn)伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了多次調(diào)整,但是在實(shí)際應(yīng)用過程中,仍無法避免維護(hù)工作量大的問題,長時(shí)間運(yùn)行比較容易出現(xiàn)隱患問題。

        交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)有效攻克了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的不足,以高精度、高性能的伺服驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)逐漸成為數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的技術(shù)重點(diǎn)。然而,介于交流電機(jī)強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn),實(shí)際控制管理要比以往難得多。直流伺服系統(tǒng)永磁同步直線電機(jī)的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用基本上解決了上述問題,并將 PMLSM應(yīng)用于直流伺服系統(tǒng)當(dāng)中。但是需要注意的是,直流伺服系統(tǒng)在正式應(yīng)用過程中,往往會受到運(yùn)行條件的限制,而出現(xiàn)負(fù)載擾動(dòng)情況,影響數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行[4]。

        2.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

        所謂的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等傳動(dòng)系統(tǒng)組成。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看,數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要功能在于滿足不同數(shù)控加工需求,并根據(jù)主軸切削速度的不同,分別作用于各個(gè)運(yùn)行設(shè)置當(dāng)中,確保生產(chǎn)過程的科學(xué)、合理。

        3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢分析

        隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展,國內(nèi)對于數(shù)控機(jī)床的精度、速度等方面要求愈加嚴(yán)格。且隨著數(shù)控機(jī)床應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大,生產(chǎn)加工方式必須實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化。針對于此,數(shù)控機(jī)床行業(yè)必須立足于當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀,朝向高精度化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向駛進(jìn)[5]。

        3.1 高精度化

        一臺機(jī)床的重復(fù)定位精度必須達(dá)到ISO標(biāo)準(zhǔn)才能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)行功能。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步,滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床難以滿足當(dāng)前生產(chǎn)需求。唯有不斷提高機(jī)床的重復(fù)定位精度,才能夠?qū)崿F(xiàn)高精度化要求。結(jié)合當(dāng)前來看,CAM系統(tǒng)的不斷發(fā)展為機(jī)床重復(fù)定位高精度的有效實(shí)現(xiàn)提供了可能,甚至可以達(dá)到微米級。

        3.2 控制智能化

        人工智能基本上已經(jīng)滲透于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中,尤其對于制造業(yè)而言。目前,結(jié)合人工智能的控制功能,基本上可以加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床的學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制功能,并為自我診斷、故障監(jiān)控等功能的有效實(shí)現(xiàn)提供可能。

        3.3 信息網(wǎng)絡(luò)化

        面對激烈的市場競爭,制造行業(yè)唯有不斷結(jié)合時(shí)代技術(shù)要求,才能夠確保數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用性能。其中,實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)化是確保數(shù)控機(jī)床加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通訊功能的主要保障,不僅可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享功能,同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控等多方位功能,必須予以重點(diǎn)加強(qiáng)[6]。

        4結(jié)論

        結(jié)合目前來看,多數(shù)國家針對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了全面研究,并將實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)開放化視為數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。所謂的開放式數(shù)控系統(tǒng)主要是指基于統(tǒng)一運(yùn)行平臺上,通過利用增加、改變數(shù)控功能的方法,形成系列化運(yùn)行特征,迅速實(shí)現(xiàn)不同品種開放式數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行功能,形成具備創(chuàng)新化、鮮明化的數(shù)控產(chǎn)品。與此同時(shí),實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備網(wǎng)絡(luò)化逐漸會成為生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)的主要技術(shù)條件,并也會成為虛擬企業(yè)、敏捷制造等行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)條件??梢哉f,國內(nèi)數(shù)控機(jī)床基本上會朝向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展,讓我們拭目以待!

        參考文獻(xiàn):

        [1]王勃,杜寶瑞,王碧玲. 智能數(shù)控機(jī)床及其技術(shù)體系框架[J]. 航空制造技術(shù),2016(09):55-61.

        [2]蒲衛(wèi)華. 淺析數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程及趨勢[J]. 四川勞動(dòng)保障,2016(S1):160-164.

        [3]郭靜. 我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢與對策[J]. 時(shí)代農(nóng)機(jī),2017,44(08):26-27.

        [4]吳連連,黃愛華. 淺談我國數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 機(jī)械管理開發(fā),2013(03):115-116+118.

        (作者單位:中信戴卡股份有限公司)

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