數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

張志浩 張旭 陳志強(qiáng)

摘 要：從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，數(shù)控系統(tǒng)正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng);發(fā)展趨勢(shì);高精尖

一、性能發(fā)展方面

1.1高精高速高效化速度

效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)關(guān)鍵的性能指標(biāo)，是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。若采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)、高分辨率檢測(cè)元件、交流數(shù)字伺服系統(tǒng)配套電主軸、直線電機(jī)等技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在今后的幾年，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，大力發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，超精密數(shù)控機(jī)床正在向精密化、高速化、智能化和納米化發(fā)展，匯合而成的新一代數(shù)控機(jī)床，

1.2多軸化

多軸聯(lián)動(dòng)加工，零件在一 臺(tái)數(shù)控機(jī)床上裝夾后，可進(jìn)行自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭、能轉(zhuǎn)工作臺(tái)等操作，完成多工序、多表面的復(fù)合加工，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件加工，可使用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工表面粗糙度值低，而且效率也大幅度提高。一般，1臺(tái)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率等于2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)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(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工比3軸聯(lián)動(dòng)加工能發(fā)揮更高的效益。

1.3軟硬件開(kāi)放化

用戶可根據(jù)自己的需要，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，用戶的使用范圍不再受生產(chǎn)商的制約。

1.4實(shí)時(shí)智能化

在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等方面發(fā)展。如編程專家系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出了故障時(shí)，診斷、維修等實(shí)現(xiàn)智能化。

二、功能發(fā)展方面

2.1圖形化界面功能和水平進(jìn)一步提高

高檔數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展對(duì)圖形化界面的功能和水平要求進(jìn)一步提高，用戶希望看到更豐富、更形象、更直觀的界面，以此減少用戶編程難度，提高編程和加工效率。圖形化界面包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是界面控件的圖形化。二是界面內(nèi)容，主 要指加工過(guò)程的三維實(shí)時(shí)仿真。界面控件的圖形化方面，F(xiàn)iYang、光洋及其它采用WINDOWS平臺(tái)的系統(tǒng)都采用了圖形化控件。華中數(shù)控210C、HNC32數(shù)控系統(tǒng)都具備圖形化控件。

2.2高性能的內(nèi)置PLC

數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能的PLC，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，可在線調(diào)試和在線編輯修改，建立自己的應(yīng)用程序。

2.3智能化、開(kāi)放式新代數(shù)控系統(tǒng)

（1）加工過(guò)程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過(guò)監(jiān)測(cè)加工過(guò)程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識(shí)別，以辯識(shí)出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加I表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)。的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的目的。

（3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實(shí)現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位。

（4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對(duì)數(shù)控機(jī)床發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事故進(jìn)行回放和仿真，用以確定錯(cuò)誤引起的原因，找出解決問(wèn)題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

（5）智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置：能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動(dòng)裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動(dòng)裝置能自動(dòng)識(shí)別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并自動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。

三、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展

隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追求的目標(biāo)。數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了人量的電氣、液壓和機(jī)電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大：工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和干擾對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長(zhǎng)，要求平均無(wú)故障時(shí)間在2萬(wàn)小時(shí)以上。為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性，就要精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過(guò)維修分析故障模式岸找出薄弱環(huán)節(jié)。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間在7～10萬(wàn)小時(shí)以上，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間僅為0000小時(shí)左右，國(guó)外整機(jī)平均無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)800小時(shí)以上，而國(guó)內(nèi)最高只有300小時(shí)對(duì)整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。

四、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)向綠色化方向發(fā)展

隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來(lái)越重要，而中國(guó)的資源、環(huán)境問(wèn)題尤為突出。因此，近年來(lái)不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢(shì)將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)控系統(tǒng)分會(huì)，從CCMT2008看數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)發(fā)展水平、機(jī)械研究與應(yīng)用，2006年第19卷第，期

[2]鄒兆東，賀艷.數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)械研究與應(yīng)用，2006年第19卷第1期

[3]徐偉，劉朝明.數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的研究，制造業(yè) 自動(dòng)化。2009年第9期