数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其发展趋势主要有以下几个方面。
1.高速、高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄肋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些肋、薄壁进行加工。近年来,采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联接方式拼装来制造机翼、机身等大型零件,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精度和高柔性的要求。
目前,高速加工中心进给速度可达80m/min甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车有限公司,已经采用由高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach数控机床最大切削进给速度可达60m/min,主轴转速已达60000r/min。这种高速机床加工薄壁飞机零件只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h。
在加工精度方面,近十年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。在可靠性方面,国外数控装置的MTBF(Mean Time Between Failure,平均故障间隔时间)值已达6000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精度加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电动机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。(www.daowen.com)
2.智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制、工艺参数自动生成等;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电动机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容,方便系统的诊断及维修等。
为解决传统数控系统的封闭性和数控应用软件产业化生产存在的问题,目前,许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧盟的OSACA(Open System Architecture for Contro lwithin Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)、中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统,就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能),形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的产品。目前,开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是研究的核心。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式,如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名的数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如日本MAZAK展出的“Cyber Production Center”(CPC,智能生产控制中心);日本OKUMA机床公司展出“ITplaza”(信息技术广场,简称IT广场);德国SIEMENS公司展出的Open Manufacturing Environment(OME,开放制造环境)等,反映了数控系统向网络化方向发展的趋势。
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