数控系统和数控机床技术的发展趋势

　　从1952年麻省理工学院开发出diyi个实验性的数控系统到现在已经46年了。数控系统从zui初的电子管开始，经历了以下几个发展阶段，请看本文的详细讲解。

　　1数控系统发展趋势

　　从1952年麻省理工学院开发出diyi个实验性的数控系统到现在已经46年了。数控系统从zui初的电子管开始，经历了以下几个发展阶段:

　　数控系统的分立晶体管型-小规模集成电路型-大规模集成电路型-小型计算机型-超大规模集成电路型-微型计算机型。到20世纪80年代，总体发展趋势是:数控器件从数控发展到数控；广泛使用32位CPU组成多微处理器系统；提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，便于裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需求；驱动装置正向交流化、数字化方向发展；数控设备正在向人工智能发展；采用新的自动编程系统；增强沟通功能；数控系统可靠性不断提升。总之，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性价比越来越高。到1990年，全球数控系统专业厂商年产量约为13万台。国外数控系统技术发展的总体发展趋势是:

　　

　　20世纪90年代以来，由于计算机技术的快速发展，数控机床技术得到了更快的更新推广。世界上很多数控系统厂商利用PC丰富的软硬件资源，开发出开放式架构的新一代数控系统。开放架构使数控系统更加通用、灵活、适应性强、可扩展，正在向智能化、网络化方向发展。近年来，很多国家都在研究开发这种系统，比如NCMS和空军联合牵头的“下一代工作站/机床控制器架构”NGC，欧共体的“自动化系统开放架构”OSACA，日本的OSEC。研究成果已得到应用。例如，辛辛那提-米拉克龙公司从1995年开始在加工zhongxin、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式架构的A2100系统。开放式架构可以利用多媒体技术等通用微型计算机的大量先进技术，实现语音控制和图形扫描的自动编程。数控系统不断向高集成度发展，每个芯片上可以集成更多的晶体管，这使得系统更小、更小型化、小型化。可靠性大大提高。利用多CPU的优势，实现自动故障排除；增强通信功能，提高进线和联网能力。开放式架构的新一代数控系统的硬件、软件、总线规格均对外开放。因为有充足的软硬件资源可用，不仅让数控系统厂商和用户的系统ronhe得到了有力的支持，也给用户的二次开发带来了ji大的便利，推动了多档次、多品种的数控系统的发展和广泛应用。它不仅可以通过升级或切割形成各种等级的0。这个数控系统可以随着CPU升级而升级，结构不需要改变。

　　

　　数控系统在控制性能上向智能化发展。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机制，不仅具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能。，而且还有友好的人机界面，并有故障诊断专家系统来完善自诊断和故障监测的功能。伺服系统智能主轴交流驱动和智能进给伺服装置，可自动识别负载，自动优化调整参数。直线电机驱动系统已投入实际使用。

　　总之，新一代数控系统技术水平大幅提升，推动数控机床性能向高精度、高速度、高柔性方向发展，不断提升柔性自动化加工技术水平。

　　2数控机床发展趋势

　　为适应市场和科技发展的需要，满足现代制造技术对数控技术的更高要求，当前世界数控技术及其装备的发展趋势主要体现在以下几个方面:

　　(1)高速、gaoxiao、高精度、高可靠性

　　为了提高加工效率，首先bixu提高切削和进给速度，同时缩短加工时间；为了保证加工质量，需要提高机床零件运动轨迹的精度，可靠性是上述目标的基本保证。因此，bixu保证高性能数控器件。

　　高速gaoxiao

　　机床向高速方向发展，可以充分发挥现代刀具材料的性能，不仅可以大大提高加工效率，降低加工成本，还可以提高零件的表面加工质量和精度。chaogao速加工技术对于制造业实现gaoxiao、高质量、低成本生产具有广泛的适用性。

　　新一代数控机床(包括加工zhongxin)只有通过高速大幅度缩短切削时间，才能进一步提高其生产率。chaogao速加工，特别是chaogao速铣削，与新一代高速数控机床特别是高速加工zhongxin的发展和应用密切相关。20世纪90年代以来，欧美、日本等国家竞相开发应用新一代高速数控机床以加快机床的发展。在高速主轴单元(电主轴，转速15000-100000r/min)、高速高加减速运动部件(快速运动速度60-120m/min，切削进给速度可达60m/min)、高性能数控、伺服系统和数控刀具系统等方面取得新突破，随着chaogao速切削机构、超硬耐磨长寿命刀具材料、磨料等一系列技术领域关键技术的解决，达到了新的技术水平高加减速直线电机驱动进给组件、高性能控制系统(含监控系统)和保护装置，有必要不失时机地研发应用新一代高速数控机床。

　　依托快速准确的数字量传递技术，高性能机床执行部件实时处理，精度高，响应速度快。由于采用了新刀具，车铣切削速度达到5000m~8000m/min以上；主轴转速在30000转/分以上(有的高达100000转/分)；工作台的移动速度:(进给速度)，分辨率为1微米时大于100米/分钟(有的高达200米/分钟)，分辨率为0.1微米时大于24米/分钟；1秒内自动换刀速度；小段插补进给速度达到12m/min。根据gaoxiao率、大批量生产的要求，电子驱动技术的快速发展和高速直线电机的推广应用，开发了一批高速、gaoxiao、高速响应的数控机床型，满足汽车、农机等行业的需求。还有，由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军工等行业的加工件不仅复杂，而且品种也多。

　　高精度

　　从jingmi加工到超jingmi加工(chaogao精度加工)，是世界各国工业强国的发展方向。其精度范围从微米级到亚微米级，甚至纳米级(

　　目前对高精度加工的要求是:普通加工精度已翻倍至5微米；jingmi加工精度提高了两个数量级，超jingmi加工精度达到纳米级(0.001微米)，主轴旋转精度要求达到0.01~0.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米。

　　jingmi化是为了满足高科技发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少装配时的工作量，提高装配效率。随着高科技的发展和机电产品性能和质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求越来越高。为满足用户需求，近10年普通数控机床级加工精度从10微米提高到5微米，jingmi级加工zhongxin加工精度从3到5微米提高到1到1.5μm。

　　高可靠性

　　意味着数控系统的可靠性比被控设备高一个数量级以上，但并不是可靠性越高越好，但仍然是适度可靠的，因为它是商品，受性价比的约束。对于每天两班倒的无人工厂，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率p(t)=99个点以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBFbixu大于3000小时。MTBF超过3000小时，这对于由不同数量的数控机床组成的无人化工厂来说差别很大。我们只用一个数控机床，比如主机和数控系统的故障率比为10:1(数控的可靠性比主机高一个数量级)。此时，数控系统的MTBF将大于33333.3小时，数控设备、主轴和驱动器的MTBFbixu大于100000小时。

　　目前国外数控器件的MTBF值已经达到6000小时以上，驱动器件已经达到30000小时以上。

　　(2)模块化、智能化、柔性化和集成化

　　模块化、专业化和个性化

　　机床结构模块化，数控功能专业化，机床性价比显著提升，加速优化。为适应数控机床多品种小批量的特点，机床结构模块化，数控功能专业化，机床性价比显著提升，加速优化。个性化是近年来特别明显的发展趋势。

　　智能化

　　智能内容包括数控系统中的所有方面:

　　A.追求加工效率和质量的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；

　　B.以提高驱动性能的智能化和连接的便捷性，如前馈控制、电机参数自适应运行、负载自动识别、模型自动选择、自整定等；

　　C.简化编程和操作智能，如智能自动编程和智能人机界面；

　　d智能诊断监控，方便系统诊断维护。

　　灵活性和集成性

　　从数控机床到柔性自动化系统的趋势是从点(数控单机、加工zhongxin、数控复合加工机床)和线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(车间、FA中的独立制造岛)和体(CIMS、分布式网络集成制造系统)发展，并注重应用另一方面柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求、快速更新产品的主要手段。它是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。zyhongdian是提高系统的可靠性和实用性，以易于组网和集成为目标；注重加强机组技术的开发和改进；数控单机向高精度、高速度、高柔性发展；数控机床及其柔性制造系统可轻松与CAD、CAM、CAPP、MTS连接，向信息集成发展；网络系统正朝着开放、ronhe、智能的方向发展。

　　(3)开放性

　　为了满足数控接入、网络化、普及化、个性化、多品种、小批量、灵活性和快速发展的要求，zui重要的发展趋势是架构的开放性，以及开放数控系统的设计和生产，如美国、欧共体和日本发展开放数控的计划。

　　(4)新一代数控加工技术和设备出现

　　A.为了适应制造自动化的发展，为FMC、FMS和CIMS提供基础设备，要求数控制造系统不仅能完成通常的加工功能，还具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换轴头(有时还带有坐标变换)、自动误差补偿、自动诊断、送丝联网等功能。，并广泛应用机器人和物流系统；

　　B.FMC、FMS基于Web的制造和无图制造技术；

　　C.围绕数控技术和制造工艺技术，在快速成型、并联机构机床、机器人机床、多功能机床等整机以及高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术上取得突破。新型数控机床平行杆系结构的实际应用。这个虚拟轴数控机床用软件的复杂性取代了传统机床机制的复杂性，开辟了数控机床开发的新领域；

　　基于计算机辅助管理、工程数据库和互联网的制造信息支持技术和智能决策。加工过程中的大量信息被实时存储和处理。利用数字网络技术，加工中的整体系统趋向于被资源合理支配和gaoxiao应用。

　　E.由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术和数字网络技术，机械加工向虚拟制造方向发展。