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发展数控技术 推进高效柔性化制造 |
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作者：北京机床研究所 盛伯浩 |
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1.数控机床持续地向新结构高性能迅速发展
机床既是实施先进制造技术的重要装备，也是制造信息集成的一个重要载体，因此，机床的发展和创新在一定程度上映射出加工技术的主要趋向。在20世纪70年代起形成的以数控技术为中心的柔性制造技术，在本世纪仍将继续发展并成为加工技术发展的主流。围绕着数控机床向高速、高精度和高效柔性化发展的总体技术目标，当前数控机床正主要地沿着以下五个方面迈进：
(1) 以发展高速切削为先导，并重视对空运行过程的提速，力求做到全面地缩短切削工时和辅助工时。
(2) 高效加工在注重提高机床材料切除率的同时，大力推进以缩短加工过程链为目标的复合加工技术。通过复合数控机床进一步实现工序集中，既可减少工件多次装卸调整的时间，又可免去按工序分散在多台机床上加工所出现的在制品储存和传输的时间，它是提高单件小批生产效率的一项有效途径。
(3) 对于中大批生产，以数控机床为核心的柔性生产线仍是主要的发展方向，它们在可重组制造 (Reconfigurable Manufacturing)技术支持下构建的制造系统，具有高效柔性化的特点。通过对制造系统的快速重组，可更敏捷和经济地适应不确定市场对产品多变的需求，保证市场所需产品能迅速投产上市。
(4) 数控机床的工作精度正以平均每年提升8%～10%的幅度(约8～10年提高一倍)，向亚微米级精度迈进，并不断地拓展新颖的精密加工方法。
(5) 机床的绿色设计和制造是以减少对环境污染为重点，干切削或微量切削液(≤100ml/h)的高效加工技术日趋成熟，并促使机床结构作相适应的发展。
对以上论述的数控机床的一些发展趋势，可从下表列出的国际上先进水平的中型加工中心的高速、高效和高精发展的历程得到启示。
注：中型加工中心包括生产型的立式加工中心和卧式加工中心，它的主要规格参数为：
工作台宽度400～630mm，主轴锥孔ISO 40或HSK 63，机床的材料切除率(铣削45钢)≥200cm3/min，刀具最大重量≤10kg。
2.发展开放式平台系统 构建新一代数控系统
数控机床及其组成的制造系统的技术发展特征可归纳为3F、3I和3S，即：
3F表示：柔性化(Flexibility)、联盟化 (Federalization)和新颖化(Fashion)。
3I表示：集成化(Integration)、信息化(Information) 和智能化(Intelligence)。
3S表示：系统化(System)、软件化(Software)和个性化(Speciality)。这些特征表明现代数控机床及其制造系统要进一步深化发展，适应多品种、变批量生产的柔性自动化技术，探求在网络分布制造的协作联盟环境下的通信和管理的结构及数控技术；研发基于先进工艺和结构的新颖装备如直线电机、电主轴和车铣复合加工中心等，来优化制造过程；构建能实施集成化的数控系统平台以及规范化的、标准化的应用软件接口和现场总线；建立基于因特网的信息化体系结构，加强信息交互，密切制造部门与管理、客户、供应商间的联系和互动作用；发展可视化控制管理、故障自诊断和优化决策等智能化技术；从系统化角度探求适合企业特点的制造模式，构建灵捷的制造系统如快速重组制造系统、柔性集群管理制造系统等，使能快速响应市场需求，提高机床综合利用率，以高质量产品迅速地批量上市；加强软件的开发，如发展适用的误差补偿软件，组态控制软件等，有效地发挥软件技术在提高制造过程技术水平和管理水平的作用；推进机床及其装置的创新设计，使能经济地满足用户对产品个性化发展的要求。
数控系统作为数控机床的核心，它的技术发展将要考虑到去实现上述9个方面的要求，其主要趋势初步分析如下：
(1)基于PC的数控系统已渐成为主流实践应用的成功已消除了对在PC机上增扩数控功能的疑虑，而随着其可靠性问题的解决，更突现了PC机具有开放性、友好的界面、适应现代通信技术和众多价廉元器件供应等优点，故已成为数控系统发展的主流。
(2)开放式数控平台将成为新一代数控系统发展的基础NC核心的开放性结构使操作层面的友好性进一步提高，人机接口(MMI)模块可实现最佳匹配，可视化控制管理将得到发展；发展组态软件实现对不同控制任务进行软件的合理配置和重组，甚至可以按定制需要完成专用 加工设备的控制；新一代数控系统将成为既是控制信息执行的装置，也是构成信息集成的一个重要环节。
(3)发展适应高速、高效和高精加工的数控系统功能数控平台结构将使其控制模块易于根据制造技术的发展而易于更新和升级；研发多种智能化补偿功能的软件，以减少高速化引起的静动态误差和热误差；发展适应高效复合化加工数控机床的具有复合控制功能的数控系统，例如用同一个数控系统实现数控机床与机器人的控制等。(end)
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(12/13/2005) |
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