?數(shù)控技術(shù)不僅給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,它對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。盡管十多年前就出現(xiàn)了高精度、高速度的趨勢,但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的,高精度、高速度的內(nèi)涵也在不斷變化,正在向著精度和速度的極限發(fā)展。
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從世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢來看,主要有如下幾個方面:
1.機(jī)床的高速化、精密化、智能化、微型化發(fā)展
隨著汽車、航空航天等工業(yè)輕合金材料的廣泛應(yīng)用,高速加工已成為制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。高速加工具有縮短加工時間、提高加工精度和表面質(zhì)量等優(yōu)點,在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。機(jī)床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進(jìn)給驅(qū)動,以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和輕量化。高速加工不僅是設(shè)備本身,而且是機(jī)床、刀具、刀柄、夾具和數(shù)控編程技術(shù),以及人員素質(zhì)的集成。高速化的最終目的是高效化,機(jī)床僅是實現(xiàn)高效的關(guān)鍵之一,絕非全部,生產(chǎn)效率和效益在“刀尖”上。
2.五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展
采用五軸聯(lián)動對三維曲面零件進(jìn)行加工,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為,1臺五軸聯(lián)動機(jī)床的效率可以等于2臺三軸聯(lián)動機(jī)床,特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時,五軸聯(lián)動加工可比三軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因,其價格要比三軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍,加之編程技術(shù)難度較大,制約了五軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,使得實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此五軸聯(lián)動技術(shù)促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型五軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展。
3.新結(jié)構(gòu)、新材料及新設(shè)計方法的發(fā)展
機(jī)床的高速化和精密化要求機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡化和輕量化,以減少機(jī)床部件運動慣量對加工精度的負(fù)面影響,大幅度提高機(jī)床的動態(tài)性能。例如,借助有限元分析對機(jī)床構(gòu)件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,設(shè)計箱中箱結(jié)構(gòu)以及采用空心焊接結(jié)構(gòu)和使用鉛合金材料等已經(jīng)開始從實驗室走向?qū)嵱谩?br>我國機(jī)床設(shè)計和開發(fā)手段要盡快從二維CAD向三維CAD過渡。三維建模和仿真是現(xiàn)代設(shè)計的基礎(chǔ),是企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢的源泉。在此三維設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行CAD/CAM/CAE/PDM的集成,加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度,保證新產(chǎn)品的順利投產(chǎn),并逐步實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理。
4.開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展
許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究,數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng),就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上,面向機(jī)床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能),形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng),形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。開放式數(shù)控系統(tǒng)有三種形式:
(1)全開放系統(tǒng),即基于微機(jī)的數(shù)控系統(tǒng),以微機(jī)作為平臺,采用實時操作系統(tǒng),開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能,通過伺服卡傳送數(shù)據(jù),控制坐標(biāo)軸電動機(jī)的運動。
(2)嵌入系統(tǒng),即CNC+PC,CNC控制坐標(biāo)軸電動機(jī)的運動,PC作為人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)通信。
(3)融合系統(tǒng),在CNC的基礎(chǔ)上增加PC主板,提供鍵盤操作,提高人機(jī)界面功能。
開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。
5.可重組制造系統(tǒng)的發(fā)展
隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快,專用機(jī)床的可重構(gòu)性和制造系統(tǒng)的可重組性日益重要。通過數(shù)控加工單元和功能部件的模塊化,可以對制造系統(tǒng)進(jìn)行快速重組和配置,以適應(yīng)變型產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。機(jī)械、電氣和電子、液體和氣體,以及控制軟件的接口規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)可重組性的關(guān)鍵。
6.虛擬機(jī)床和虛擬制造的發(fā)展
為了加快新機(jī)床的開發(fā)速度和質(zhì)量,在設(shè)計階段借助虛擬現(xiàn)實技術(shù),可以在機(jī)床還沒有制造出來以前,就能夠評價機(jī)床設(shè)計的正確性和使用性能,在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程的各種失誤,減少損失,提高新機(jī)床開發(fā)的質(zhì)量。