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浅谈国内外数控系统发展现状研究

发布时间: 2017-10-10
论文关键词: 数控系统 发展现状 论文摘要: 数控系统确保了数控机床具有高精、高速、高效的功能。本文论述了国内外数控系统的发展现状,以期对我国数控系统发展有所帮助。    数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。从1952年美国麻省理工满堂彩研制出第1台实验性数控系统,到现在已走过了半个世纪。数控系统也由当初的电子管式起步,发展到了今天的开放式数控系统。    数控系统确保了数控机床具有高精、高速、高效的功能,可以使装备制造业实现数字化、柔性化和网络化制造。随着我国航空航天、船舶、汽车、电站设备和国防工业等制造业的高速发展,数控机床在装备制造业中的重要性愈来愈明显,中高档数控系统的需求也越来越大。以往中高档数控系统基本被国外厂商占领,因此我国中高档数控系统技术必须加快发展。   一、国外数控系统现状    在国际市场,德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子(Siemens)、发那克(FANUC)、三菱电机(Mitsubishi Electric)、海德汉(HEIDENHAIN)、博世力士乐(Bosch Rexroth)、日本大隈(Okuma)等。   1.纳米插补与控制技术已走向实用阶段    纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器,使数字伺服控制器的位置指令更加平滑,从而提高了加工表面的平滑性。将“纳米插补”应用于所有插补之后,可实现纳米级别的高质量加工。在两年一届的美国芝加哥国际制造技术(机床)展览会(IMTS 2010)上,发那克就展出了30i/31i/32i/35i-MODEL B数控系统。除了伺服控制外,“纳米插补”也可以用于Cs轴轮廓控制;刚性攻螺纹等主轴功能。西门子展出的828D所独有的80bit浮点计算精度,可使插补达到很高的轮廓控制精度,从而获得很好的工件精度。此外,三菱公司的M700V系列的数控系统也可实现纳米级插补。[1]   2.机器人使用广泛    未来机床的功能不仅局限于简单的加工,而且还具有一定自主完成复杂任务的能力。机器人作为数控系统的一个重要应用领域,其技术和产品近年来得到快速发展。机器人的应用领域,不仅仅局限于传统的搬运、堆垛、喷漆、焊接等岗位,而且延伸到了机床上下料、换刀、切削加工、测量、抛光及装配领域,从传统的减轻劳动强度的繁重工种,发展到IC封装、视觉跟踪及颜色分检等领域,大大提高了数控机床的工作效率。典型的产品有德国的KUKA,FANUC公司的M-1iA、M-2000iA、M-710ic。[2]   3.智能化加工不断扩展    随着计算机领域中人工智能的不断渗透和发展,数控系统的智能化程度也得到不断提高。应用自适应控制技术数控系统能够检测到过程中的一些重要信息,并自动调整系统中的相关参数,改进系统的运行状态;车间内的加工监测与管理可实时获取数控机床本身的状态信息,分析相关数据,预测机床状态,使相关维护提前,避免事故发生,保证其不稳定工况下生产的安全,减少机床故障率,提高机床利用率。应用先进的伺服控制技术,伺服系统能通过自动识别由切削力导致的振动,产生反向的作用力,消除振动。应用主轴振动控制技术,在主轴嵌入位移传感器,机床可以自动识别当前的切削状态,一旦切削不稳定,机床会自动调整切削参数,保证加工的稳定性。  4.CAD/CAM技术的应用    当前,为了使数控机床操作者更加便利地编制数控加工程序,解决复杂曲面的编程问题,国际数控系统制造商将图形化、集成化的编程系统作为扩展数控系统功能、提高数控系统人机互动性的主要途径。最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床加工提供了有力的支持,可以大幅地提高加工效率。ESPRIT、CIMATRON等一些著名CAM软件公司的产品除了具备传统的CAM软件功能模块,还开发了多任务编程、对加工过程的动态仿真等新的功能模块。   二、国内数控系统现状    随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进,我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的发展,我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系,国产数控系统产业发展迅速,在质与量上都取得了飞跃。    国内数控系统基本占领了低端数控系统市场,在中高档数控系统的研发和应用上也取得了一定的成绩。其中,武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司、北京航天数控系统有限公司和上海电气(集团)总公司等已成功开发了五轴联动的数控系统,分别应用于数控加工中心、数控龙门铣床和数控铣床。近期,武汉重型机床满堂彩应用华中数控系统,成功开发了CKX5680数控七轴五联动车铣复合加工机床。国内主要数控系统生产基地有华中数控、航天数控、广州数控和上海开通数控等。[3]    国内的数字化满堂彩伺服驱动系统产品也有了很大的发展,已能满足一般的应用,并能与进口产品竞争,占领了国内的大部分市场。伺服系统和伺服电机生产基地主要有兰州电机厂、华中数控、广州数控、航天数控和开通数控等。    然而,由于我国原有数控系统的封闭性及数控软硬件研究开发的基础较差,技术积累较少,研发队伍的实力较弱,研发的投入力度不够,国产中高档数控系统在性能、功能和可靠性方面与国外相比仍有较大的差距,限制了数控系统的发展。为此需要政府、科研院所和制造商共同努力,推进我国中高档数控系统的发展。   参考文献:   [1]彭芳喻等.从IMTS 2010展看我国数控系统未来发展之路[J],金属加工,2011第4期: 8-11   [2]肖明.从EMO 2009看现代数控系统技术发展[J],机械工程师,2009第4期: 13-16   [3]梁昌鑫,贾廷纲,陈孝祺.国内外数控系统现状及发展趋势[J],上海机电满堂彩学报,第11卷第4期,2008年12月: 311-316   [4]刘俊英,梁丰.数控系统的研究现状及发展前景[J],高校理科研究,2007(21): 433-434
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