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　　國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)發(fā)展與差距

　　國(guó)際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國(guó)機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床走過(guò)了50年發(fā)展的漫長(zhǎng)歷程，在近10年來(lái)得到了較快發(fā)展，特別是得到了政府的重視，設(shè)立了重大技術(shù)攻關(guān)專項(xiàng)，有效地促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。目前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床可供品種達(dá)1500多種，覆蓋了數(shù)控金屬切削機(jī)床、數(shù)控板材加工機(jī)床（數(shù)控沖壓機(jī)床、數(shù)控激光加工機(jī)床、火焰切割機(jī)床等）、數(shù)控電加工機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，種類基本齊全。2010年數(shù)控金屬切削機(jī)床保有量約為150萬(wàn)臺(tái)（其中進(jìn)口超過(guò)40萬(wàn)臺(tái)），僅金屬切削機(jī)床的年產(chǎn)量就超過(guò)了16萬(wàn)臺(tái)、2011年1~10月份累計(jì)達(dá)到21.8萬(wàn)臺(tái)、全年可達(dá)到25萬(wàn)臺(tái)左右。國(guó)產(chǎn)品牌數(shù)控機(jī)床的數(shù)量和價(jià)值占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)50%以上。在代表先進(jìn)技術(shù)水平的五軸聯(lián)動(dòng)和復(fù)合加工中心、數(shù)控系統(tǒng)和其他配套技術(shù)產(chǎn)品方面也都取得了新進(jìn)展。本文主要圍繞數(shù)控技術(shù)發(fā)展與差距展開(kāi)討論。

　　不斷追求高質(zhì)量和高效率是機(jī)械制造業(yè)研究的永恒主題和目標(biāo)，是促進(jìn)其工藝裝備發(fā)展的源動(dòng)力。工藝要求和變革是機(jī)械制造工藝裝備技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新和變革的根據(jù)和基礎(chǔ)。

圍繞質(zhì)量、效率和工藝變革的要求，我國(guó)機(jī)械制造工藝裝備——主要是數(shù)控設(shè)備在技術(shù)層面發(fā)生了深刻的變化。數(shù)控機(jī)床功能不斷豐富，采用了工序、工藝集中化和復(fù)合化技術(shù)；機(jī)床在結(jié)構(gòu)布局和新材料應(yīng)用方面都有了新發(fā)展；數(shù)控技術(shù)在開(kāi)放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速高精化方面取得了新發(fā)展。其目的都是為了提高生產(chǎn)效率，提高精度，保證質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)效益最大化。

　　追求高生產(chǎn)率

　　為了追求機(jī)械制造的高生產(chǎn)率，促進(jìn)數(shù)控設(shè)備向加工復(fù)合化（工序復(fù)合和工藝復(fù)合）、高速化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、工藝參數(shù)優(yōu)化方向發(fā)展。

　　1 復(fù)合化

　　數(shù)控機(jī)床復(fù)合加工，主要指工序集中化、復(fù)合化和工藝復(fù)合化。

　　1.1 工序集中化、復(fù)合化

自從20世紀(jì)70年代末，隨著三聯(lián)動(dòng)加工中心開(kāi)始用于機(jī)械制造，開(kāi)始進(jìn)入機(jī)械加工工序集中化時(shí)代。20世紀(jì)80年代，我國(guó)自制的三聯(lián)動(dòng)加工中心也開(kāi)始在機(jī)械制造中得到應(yīng)用，主要是用于箱體件和模具加工。在一次裝卡中就可以實(shí)現(xiàn)鏜、銑、鉆、攻絲等多道工序，提高了加工效率和精度。

　　2000~2011年是我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展最快的時(shí)期。在此期間，自主開(kāi)發(fā)了五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、車銑復(fù)合加工中心、車銑磨復(fù)合加工中心和磨削復(fù)合加工中心等。有的國(guó)內(nèi)制造廠商已經(jīng)能夠提供五軸聯(lián)動(dòng)和多軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合加工中心等，但有一些是屬于重大專項(xiàng)攻關(guān)產(chǎn)品，有待進(jìn)一步商品化和產(chǎn)業(yè)化。

　　1.1.1 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的廠家正在不斷增加。如沈陽(yáng)機(jī)床廠生產(chǎn)的GMC2590μ橋式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、VM22120μ立式五軸加工中心、VMC05656e門式五軸加工中心、HS664RT五軸高速加工中心；大連機(jī)床產(chǎn)生的VDM500五軸立式加工中心；北京機(jī)電院生產(chǎn)的XKR32G五軸聯(lián)動(dòng)加工中心和XKH800五軸聯(lián)動(dòng)葉片加工中心；濟(jì)南二機(jī)床生產(chǎn)的XV2525×60高架式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心等都能實(shí)現(xiàn)一次安裝完成零件的銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等多道工序。

　　開(kāi)發(fā)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心有2個(gè)關(guān)鍵核心部件技術(shù)難度較大，一個(gè)是雙擺角萬(wàn)能加工頭（見(jiàn)圖1）；一個(gè)是雙軸回轉(zhuǎn)臺(tái)（見(jiàn)圖2）。這2種部件國(guó)內(nèi)廠商也已開(kāi)發(fā)出來(lái)，但有待進(jìn)一步的完善和商品化。雙擺角萬(wàn)能加工頭用于大型機(jī)床，雙擺軸回轉(zhuǎn)臺(tái)用于小型機(jī)床。目前這2種部件都采用直驅(qū)力矩電機(jī)，并裝有編碼器，以提高動(dòng)態(tài)性能和精度。

　　1.1.2 車銑復(fù)合加工中心

車銑復(fù)合加工中心既有在數(shù)控車床基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，也有在立式加工中心基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。如南京數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的CK1840S型車銑復(fù)合加工中心是在數(shù)控車床基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。該機(jī)床具有雙主軸、雙刀架、雙C軸和W軸，共7軸，分為二組三聯(lián)動(dòng)全閉環(huán)控制。其中C軸分辨率達(dá)到0.001°。該機(jī)床對(duì)回轉(zhuǎn)體零件一次裝卡可完成車削、分度偏心鉆削、定位銑削等多道工序，即1臺(tái)車銑復(fù)合加工中心能完成2臺(tái)數(shù)控車床的加工工序，提高效率1倍，且因能減少二次安裝誤差而提高了精度。安陽(yáng)鑫盛機(jī)床股份生產(chǎn)的CX110立式車銑復(fù)合加工中心，是在立式加工中心基礎(chǔ)上增加車削裝置開(kāi)發(fā)出來(lái)的。該機(jī)床具有車、鏜、銑、鉆、鉸、攻絲等功能，可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)的五面加工。此外大連機(jī)床開(kāi)發(fā)的VHT800五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工中心、CHD25五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工中心；武漢重型機(jī)床集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)的WHGS7000車銑復(fù)合加工中心等，也都能實(shí)現(xiàn)零件一次裝卡，完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)和復(fù)雜型面零件的多道工序加工。

　　1.1.3 車銑磨復(fù)合加工中心

　　寧波海天精工機(jī)械開(kāi)發(fā)的HTM-V120L數(shù)控立式車銑磨復(fù)合加工中心，工件一次裝卡可完成車、銑、磨多道工序，還可進(jìn)行重切削高精度加工，適合用于大型軸承加工。

　　1.1.4 車銑磨齒輪加工復(fù)合中心

　　有的車削中心在回轉(zhuǎn)刀架上安裝了第二主軸和砂輪軸。在第二主軸上也可安裝齒輪加工軸齒輪和蝸輪，甚至可以實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，用指型銑刀加工弧齒輪和錐齒輪等。

　　1.1.5 磨削復(fù)合加工中心

上海機(jī)床廠開(kāi)發(fā)的H405-BE型數(shù)控復(fù)合磨床，采用西門子數(shù)控系統(tǒng)分別控制砂輪架和工作臺(tái)進(jìn)給，頭架主軸旋轉(zhuǎn)和砂輪架旋轉(zhuǎn)，具有外圓磨削和砂輪架自動(dòng)分度等功能。一次裝卡可完成內(nèi)外圓和端面自動(dòng)循環(huán)磨削。

　　1.2 工藝復(fù)合

　　工藝復(fù)合加工在國(guó)內(nèi)還不多見(jiàn)。沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)SCHIESS公司開(kāi)發(fā)的VTM3501立式車銑磨及激光淬火復(fù)合加工中心?？蓪?shí)現(xiàn)車、鏜、鉆、攻絲、銑、磨及激光淬火等加工。該機(jī)床把冷加工工藝和熱加工工藝復(fù)合在一起，大幅提高了生產(chǎn)效率。

據(jù)有關(guān)資料顯示，1臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心或多工序復(fù)合加工中心比三聯(lián)動(dòng)加工中心能提高生產(chǎn)效率1倍以上。多軸聯(lián)動(dòng)和復(fù)合加工不但能提高生產(chǎn)效率，而且減少了二次安裝誤差，提高了精度和質(zhì)量。國(guó)內(nèi)已經(jīng)可以生產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心和多軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合加工中心，但有些屬重大攻關(guān)產(chǎn)品還有待進(jìn)一步商品化和產(chǎn)業(yè)化。

　　2 高速化

　　為實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工高速化，傳動(dòng)系統(tǒng)采用直驅(qū)技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)采用高速運(yùn)算處理技術(shù)。

　　2.1 直驅(qū)技術(shù)

　　為了提高生產(chǎn)效率，數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)部件逐步采用直驅(qū)技術(shù)。主軸采用電主軸直驅(qū)，進(jìn)給采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用力矩電機(jī)直驅(qū)，五軸聯(lián)動(dòng)的擺角萬(wàn)能頭采用力矩電機(jī)直驅(qū)等。

　　早在2000年以前，我國(guó)就開(kāi)始了直驅(qū)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。目前山東博特精工股份和洛軸研科技股份都能生產(chǎn)和供應(yīng)電主軸系列產(chǎn)品，北京首科凱奇電氣技術(shù)也開(kāi)發(fā)了直線電機(jī)。用戶對(duì)以上產(chǎn)品性能和技術(shù)指標(biāo)反應(yīng)良好，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有差距。

目前，國(guó)外先進(jìn)的電主軸單元轉(zhuǎn)速可達(dá)15000~100000r/min，一般的用到40000~50000r/min的較多。采用直線電機(jī)直驅(qū)的進(jìn)給部件既要求速度高，還要求有高的加減速功能?？焖僖苿?dòng)速度可達(dá)60~200m/min，加速度達(dá)2g~10g；工作進(jìn)給可高達(dá)60m/min以上，加速度達(dá)1g~2g。采用傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)的進(jìn)給部件的進(jìn)給速度為20~30m/min，加速度為0.1g~0.3g；一般情況下，進(jìn)給速度為30m/min左右。直驅(qū)比用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給速度提高了1倍以上，從而減少了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，但還需進(jìn)一步降低成本和解決發(fā)熱問(wèn)題。

目前，我國(guó)一些廠家開(kāi)發(fā)的數(shù)控機(jī)床已采用了直驅(qū)技術(shù)。如濟(jì)南二機(jī)床開(kāi)發(fā)的XHV2525×60高架式五軸聯(lián)動(dòng)高速鏜銑加工中心，x、y軸采用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。北京機(jī)電院開(kāi)發(fā)的XKR32G五軸聯(lián)動(dòng)加工中心工作臺(tái)的2個(gè)回轉(zhuǎn)軸采用力矩電機(jī)直驅(qū)，XKH800五軸聯(lián)動(dòng)葉片加工中心的主軸采用電主軸直驅(qū)等。國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床采用直驅(qū)技術(shù)還處于初級(jí)階段，還不普遍，在性能方面還存在一定差距。而德國(guó)DMG公司每年生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床中有1500多臺(tái)采用了直驅(qū)技術(shù)。德國(guó)巨浪公司生產(chǎn)的FZ12KS五軸加工中心，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)40000r/min，換刀時(shí)間低于0.6s，進(jìn)給加速度達(dá)1g~2g ，快速進(jìn)給速度可達(dá)90m/min，工件交換時(shí)間為2s。

　　2.2 數(shù)控系統(tǒng)高速運(yùn)算處理技術(shù)

高速直驅(qū)進(jìn)給要求數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算速度快，采樣周期短，具有足夠的超前路徑加（減）速優(yōu)化程序段預(yù)處理能力。較先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)可預(yù)處理幾千和幾萬(wàn)個(gè)程序段。在多軸聯(lián)動(dòng)控制時(shí)可根據(jù)預(yù)處理緩沖區(qū)的G代碼進(jìn)行加減速優(yōu)化處理。為保證加工速度，第六代數(shù)控系統(tǒng)每秒可進(jìn)行2000~10000次進(jìn)給速度改變。

　　3 智能化

　　為追求數(shù)控機(jī)床加工效率和加工質(zhì)量，數(shù)控系統(tǒng)不但有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、自學(xué)習(xí)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)戎悄芑δ埽⒂泄收显\斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨于完善。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能化，能自動(dòng)感知負(fù)載變化，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。

國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)正在努力朝智能化方向發(fā)展，引入了一些智能化技術(shù)。比如華中的“中華8型”和凱恩帝K1000TIV型等，數(shù)控系統(tǒng)都具有自診斷功能、狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示和故障實(shí)時(shí)報(bào)警等智能化功能，并都在進(jìn)一步豐富和完善智能化技術(shù)。

國(guó)外如西門子、發(fā)那科、三菱生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)融入的智能化技術(shù)更為豐富。國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)與之相比還有不少差距。如西門子的SINUMERIK828D BASICM具有圓柱形零件加工智能坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，具有SINUMERIK MDynamics工藝包，含有全部“精優(yōu)曲面”功能，可以實(shí)現(xiàn)高效加工和獲得加工最佳表面質(zhì)量。發(fā)那科的Oi-D和OiDMate具有有輪廓智能控制功能、30i/31i/32i/35i-MODELB系列數(shù)控系統(tǒng)是最新的人工智能納米級(jí)系統(tǒng)，能靈活地支持鏜銑加工中心、數(shù)控車床多軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合加工機(jī)床等。智能化技術(shù)對(duì)于提高數(shù)控加工機(jī)床生產(chǎn)效率有極大的貢獻(xiàn)率，必須重視。

　　4 開(kāi)放化和網(wǎng)絡(luò)化

　　數(shù)控裝置的開(kāi)放化可以更容易地實(shí)現(xiàn)智能化網(wǎng)絡(luò)化制造，有效地促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高。

　　4.1 開(kāi)放化

　　開(kāi)放式數(shù)控裝置是指硬件、軟件和總線對(duì)用戶是開(kāi)放的。開(kāi)放式數(shù)控裝置最主要的優(yōu)點(diǎn)是具有更好的通用性、靈活性、適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，可以滿足用戶二次開(kāi)發(fā)的要求。

　　4.1.1 NC 和CNC 概念及開(kāi)放化

　　目前，數(shù)控裝置主要有NC和CNC2種。由硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置被稱為NC裝置；由計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同組成的數(shù)控裝置被稱為CNC數(shù)控裝置。硬件是軟件運(yùn)行的物理基礎(chǔ)，軟件是整個(gè)CNC運(yùn)行和功能實(shí)現(xiàn)的靈魂。NC正逐步被CNC所取代。

CNC數(shù)控裝置硬件除具有CPU、EPROM、RAM外，還有位置控制器、手動(dòng)輸入（MDA）接口、顯示（CRT）接口和PLC接口等，因此CNC數(shù)控裝置是一種專用計(jì)算機(jī)。

　　CNC軟件分為管理軟件和控制軟件2種。管理軟件用于管理零件程序的輸入輸出、位置系統(tǒng)參數(shù)、零件程序顯示、機(jī)床狀態(tài)故障診斷及報(bào)警等?？刂栖浖勺g碼、插補(bǔ)、運(yùn)算、補(bǔ)償、速度控制、位置控制等軟件組成。

現(xiàn)代開(kāi)放式數(shù)控裝置主要是在PC機(jī)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的CNC數(shù)控裝置。我國(guó)“華中8型”數(shù)控裝置采用了基于多處理器的開(kāi)放式軟硬件體系結(jié)構(gòu)和自主創(chuàng)新的總線技術(shù)。硬件跨平臺(tái)，軟件可以置換，具有軟硬件多層次開(kāi)放功能。北京凱恩帝的K1000TIV數(shù)控裝置采用開(kāi)放式PLC，提供調(diào)試軟件支持用戶二次開(kāi)發(fā)。廣州數(shù)控的GSK25i數(shù)控裝置也采用了開(kāi)放式PLC，支持PLC梯形圖在線、診斷及信號(hào)跟蹤功能。

　　4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

　　能否實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝置的開(kāi)放化與建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范密切相關(guān)。數(shù)控技術(shù)誕生50多年來(lái)，信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G、M代碼描述如何加工。顯然，該標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的要求。

　　歐美和日本等國(guó)家在20世紀(jì)90年代就開(kāi)始研究制定了開(kāi)放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范（OMAC、OSACA、OSEC），開(kāi)發(fā)了開(kāi)放式數(shù)控裝置并作為發(fā)展戰(zhàn)略。我國(guó)于2000年也開(kāi)始研究并制定了開(kāi)放式數(shù)控裝置規(guī)范框架，但還很不完善。

　　4.2 網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)化有利于信息共享和提高生產(chǎn)效率。有資料介紹在多品種小批量生產(chǎn)中，1臺(tái)數(shù)控機(jī)床用于切削的時(shí)間只占機(jī)動(dòng)時(shí)間的25%~35%，聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)后，可以提高到60%~65%。

數(shù)控的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，主要是指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其他控制系統(tǒng)或上位機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)首先面向企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，然后再經(jīng)因特網(wǎng)向企業(yè)外部傳輸。這就是所謂的Inter/Intra。網(wǎng)絡(luò)可使企業(yè)與企業(yè)之間進(jìn)行跨地區(qū)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、信息共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和服務(wù)等。網(wǎng)絡(luò)能為制造提供完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將加工程序傳給遠(yuǎn)方的機(jī)床進(jìn)行加工，也可遠(yuǎn)程診斷并發(fā)出指令調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)使各地分散數(shù)控機(jī)床聯(lián)系在一起，互相協(xié)調(diào)，統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)整，使產(chǎn)品加工不局限于一個(gè)工廠內(nèi)而實(shí)現(xiàn)社會(huì)化生產(chǎn)。

　　我國(guó)的機(jī)械制造企業(yè)信息化集成的發(fā)展也比較快，實(shí)現(xiàn)了車間級(jí)和企業(yè)級(jí)信息網(wǎng)絡(luò)集成。數(shù)控的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展前景廣闊，但真正實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)、跨地區(qū)的信息化網(wǎng)路還有很長(zhǎng)的路要走。

　　5 優(yōu)化工藝參數(shù)提高效率

　　數(shù)控加工采用的工藝參數(shù)是否合理，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和保證加工質(zhì)量非常重要，必須逐步進(jìn)行優(yōu)化并建立工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　優(yōu)化工藝參數(shù)有2種方法。一種是通過(guò)實(shí)際試切來(lái)選擇合理的工藝參數(shù)，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)材料；另一種方法是應(yīng)用力學(xué)動(dòng)態(tài)優(yōu)化仿真方法，比第一種方法省時(shí)、省力、省材料，同樣可以獲得較合理的工藝參數(shù)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，還可以對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整。

航空行業(yè)是數(shù)控機(jī)床的大用戶，對(duì)優(yōu)化工藝參數(shù)、建立工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，并應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中有急切的需求。因此，由政府支持組織北京航空航天大學(xué)和中航工業(yè)北京航空制造工程研究所開(kāi)展優(yōu)化工藝參數(shù)技術(shù)攻關(guān)。以上單位開(kāi)發(fā)了一整套工藝參數(shù)力學(xué)動(dòng)態(tài)優(yōu)化仿真、預(yù)測(cè)和數(shù)字化軟硬件系統(tǒng)，建立了優(yōu)化工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成了優(yōu)化高速切削工藝參數(shù)手冊(cè)，從根本上實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)選擇從試切到仿真的跨越，提高了加工效率和質(zhì)量。這是一項(xiàng)意義重大而又深遠(yuǎn)的工作。

　　陜西飛機(jī)制造公司在近100項(xiàng)零件加工上應(yīng)用了優(yōu)化的工藝參數(shù)，平均加工效率提高了2倍以上；望江工業(yè)在火炮零件加工中采用優(yōu)化工藝參數(shù)，效率提高了4倍以上；昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）公司采用優(yōu)化工藝參數(shù)加工鋁合金零件，效率提高了2.8倍以上。

西門子828D數(shù)控系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)工藝包（Dynmics），含有全新的“精優(yōu)曲面”功能，可以實(shí)現(xiàn)高效加工并獲得最佳表面質(zhì)量。

　　我國(guó)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)也應(yīng)該提供這方面的技術(shù)和服務(wù)。采用工藝優(yōu)化參數(shù)不但可以提高生產(chǎn)效率和提高加工質(zhì)量，而且對(duì)節(jié)省材料、節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造有著重要意義。

　　追求高精度高質(zhì)量

　　追求數(shù)控機(jī)床加工工件的高精度和高質(zhì)量。首先數(shù)控機(jī)床本身必須具有這樣的性能。為此，數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)和布局上，在材料選用上必須考慮到提高剛性和承載能力，以保證實(shí)現(xiàn)高精度；同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和測(cè)量傳感器等也必須具有高分辨率、高精度的性能，才能滿足加工工件高精度、高質(zhì)量的要求。

　　1 結(jié)構(gòu)布局

為了實(shí)現(xiàn)功能和提高剛性，數(shù)控車床、車削中心、立式加工中心、臥式加工中心、龍門加工中心、車銑復(fù)合加工中心等在結(jié)構(gòu)布局方面發(fā)生了深刻變化。

　　例如，國(guó)內(nèi)有些廠家生產(chǎn)的立式加工中心和臥式加工中心，橫向坐標(biāo)采用立柱移動(dòng)，這樣減少了一層工作臺(tái)（傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是雙層十字工作臺(tái)），提高了工作臺(tái)的剛性和承載能力；龍門加工中心從工作臺(tái)不動(dòng)、雙立柱移動(dòng)發(fā)展成橋式結(jié)構(gòu)，即工作臺(tái)固定，2個(gè)立柱做成固定式墻體，在墻體上面裝有導(dǎo)軌，橫梁在導(dǎo)軌上做縱向運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)減少了運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)慣性，有利于準(zhǔn)定位，減少了占地面積。

沈陽(yáng)機(jī)床生產(chǎn)的GMC2590μ橋式五軸加工中心、濟(jì)南二機(jī)床生產(chǎn)的XHV2525×60高架式五軸聯(lián)動(dòng)高速鏜銑加工中心、臺(tái)灣亞太菁英（股份）公司生產(chǎn)的跨軌式高速龍門加工中心，都采用了橋架式龍門框架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)布局合理、剛性好、承載能力強(qiáng)、受力均勻、熱平衡性好、精度穩(wěn)定、占地面積小。

　　2 采用新材料提高剛性

　　用于數(shù)控機(jī)床的優(yōu)質(zhì)新材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，有利于提高數(shù)控機(jī)床整體剛性和精度，非常重要。

　　例如，寧波海天精工機(jī)械在生產(chǎn)的HTM-V120L數(shù)控立式車銑磨加工中心上采用了90%花崗巖成分聚合澆鑄的床身。據(jù)該廠介紹，該材料制成的床身比一般鑄鐵床身抗震強(qiáng)度增加10倍。

　　又如，大連科德公司在生產(chǎn)的TG-45型六軸（或五軸）聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床的底座采用了人造石材。

據(jù)稱以上2家企業(yè)應(yīng)用了這兩種新材料，因其具有吸震性好、穩(wěn)定性好、耐磨等特點(diǎn)，為提高和保持機(jī)床精度提供了保證。

　　此外，還有資料顯示，蜂窩狀材料、水泥材料、天然花崗巖石材等也有用于數(shù)控設(shè)備的情況。重視新型材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，必然使機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能發(fā)生變革。

　　3 高精度插補(bǔ)數(shù)控系統(tǒng)

　　高位數(shù)CPU（64位）在數(shù)控裝置上的應(yīng)用，高速納米級(jí)插補(bǔ)運(yùn)算、高分辨率伺服等功能為提高數(shù)控機(jī)床精度做出重要貢獻(xiàn)。

　　在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的CPU，從20世紀(jì)80年代的16位發(fā)展到現(xiàn)在的64位，其頻率也從原來(lái)的5MHZ、10MHZ提高到上千MHZ。CPU的發(fā)展進(jìn)一步提高了運(yùn)算速度和分辨率（0.1μm、0.01μm）。國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)始采用64位CPU，可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)精度插補(bǔ)，但與國(guó)外先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)相比還有距離。

例如， 發(fā)那科30i/31i/32i/35iB系列數(shù)控系統(tǒng)、三菱M700V數(shù)控系統(tǒng)、西門子的828D數(shù)控系統(tǒng)為都是納米級(jí)插補(bǔ)或納米級(jí)運(yùn)算精度。

　　實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度插補(bǔ)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制分辨率和響應(yīng)能力是非常關(guān)鍵的。為此，在驅(qū)動(dòng)單元之中伺服電機(jī)軸上安裝高精度傳感器（16×106線/轉(zhuǎn)），在閉環(huán)系統(tǒng)中采用高分辨率（1μm）的光柵尺，可使小型數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件定位精度達(dá)到2~3μm。一般情況下，國(guó)產(chǎn)小型數(shù)控機(jī)床還達(dá)不到這樣的水平。

　　結(jié)束語(yǔ)

只有組成數(shù)控設(shè)備的各種部件（包括軟硬件）技術(shù)都卓越，整體綜合性能才能卓越，才能實(shí)現(xiàn)加工的高生產(chǎn)率、高精度、高質(zhì)量。而且，每個(gè)部件都有保證生產(chǎn)效率和質(zhì)量的功能，只是貢獻(xiàn)率不同而已。本文只介紹了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)重要方面，不夠全面。

　　要特別強(qiáng)調(diào)的是，今后要特別重視新工藝的研究與創(chuàng)新，從而促進(jìn)數(shù)控產(chǎn)品的創(chuàng)新；要特別重視數(shù)控加工工藝參數(shù)的優(yōu)化和建立數(shù)據(jù)庫(kù)的工作，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。要特別重視新材料的研究與應(yīng)用，以提高數(shù)控機(jī)床性能；要特別重視數(shù)控技術(shù)的智能化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，其前景廣闊。

　　以上強(qiáng)調(diào)的4個(gè)特別，政府應(yīng)大力支持，數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)和機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)特別重視，要不懈地努力工作，使我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展從跟隨變?yōu)轭I(lǐng)跑。

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