浅析数控机床的发展进程及趋势1

网络教育学院专科生毕业大作业题目：浅析数控机床的发展进程及趋势学习中心：重庆万州奥鹏学习中心[16]VIP层次：专科起点本科专业：机械设计制造及其自动化年级：2011年春季学号：111511311768学生：夏小兵指导教师：徐磊完成日期：2013年03月04日完整论文请加QQ:1479352057I内容摘要从20世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。各工业发达国家投入巨资,对现代技术进行研究开发,提出了全新的制造模式。在现代制造系统中,数控技术是关键技术,他集微电子,计算机,信息处理,自动检测,自动控制等高新技术于一体,具有高精度,高效率,柔性自动化等特点,对制造业实现绕性自动化,集成化,智能化起着举足轻重的作用。目前,数控技术正在发生根本性变革,有专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展.在集成化基础上,数控系统实现了超薄型,超小型化;在智能基础上,综合了计算机,多媒体,模糊控制,神经网络等学科技术,数控系统实现了高速,高精,高效控制,加工过程中可以自动修正,调节与补偿各项参数,实现了在现诊断和智能化故障处理;在网络化基础上,CAD/CAM与数控系统集成为一体，数控机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。关键词：数控机床；进给伺服系统，机床加工程序完整论文请加QQ:1479352057II目录内容摘要......................................................................I前言......................................................................11数控机床的发展进程.........................................................21.1进给伺服系统.........................................................21.2机械传动系统.........................................................41.3数控机床加工程序的结构...............................................41.3.1程序开始部分....................................................41.3.2程序内容部分....................................错误!未定义书签。1.3.3程序结尾部分.....................................错误!未定义书签。2数控机床的发展趋势.........................................................62.1高速化.................................................................62.2高精度化...............................................................62.3功能复合化.............................................错误!未定义书签。2.4控制智能化.............................................错误!未定义书签。2.5体系开放化.............................................错误!未定义书签。2.6驱动并联化.............................................................62.7极端化(大型化和微型化).................................................62.8信息交互网络化.........................................错误!未定义书签。2.9新型功能部件...........................................错误!未定义书签。2.10高可靠性..............................................错误!未定义书签。2.11多媒体技术的应用......................................错误!未定义书签。3数控机床发展中所存在的问题.................................................73.1缺乏实事求是的科学精神.................................................73.2缺乏系统深入的科研工作.................................................73.3没有合理地运用资源.....................................错误!未定义书签。3.4我国制造业大环境的制约.................................错误!未定义书签。3.5缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境...............错误!未定义书签。3.6对国外技术重引进、轻消化吸收的问题仍很突出.............错误!未定义书签。4数控机床的发展策略.........................................................84.1以高速化为先导，提高数控机床的综合性能.................................84.2推进μm工程，研制高效精密数控机床.....................................84.3发展复合加工数控机床、缩短制造过程链...................错误!未定义书签。4.4高效柔性化的新一代制造系统.............................错误!未定义书签。4.5发展网络化制造单元，推进企业制造能力的高效柔性化.......错误!未定义书签。4.6开展可靠性设计，加强全面质量管理，保证数控机床的可靠性增长错误!未定义书签。4.7提高技术人员的综合素质。...............................错误!未定义书签。参考文献......................................................................9完整论文请加QQ:14793520571前言自20世纪末开始，我国制造业就开始了逐渐由制造大国向制造强国迈进了脚步，机床制造业也跟着取得数控机床快速增长的业绩。机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，既是生产力要素，又是重要商品。机床的发展和创新在一定程度上能映射出加工技术的主要趋势。近年来,我国在数控机床和机床工具行业对外合资合作进一步加强,无论在精度、速度、性能,还是智能化方面都取得了相当的成绩[1]。在国际贸易中,很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的主要机电出口产品。因此，对数控机床技术的发展历程进行总结分析，将有助于推进我国数控机床技术实现跨越式发展的目标。本文以数控机床为研究对象，首先阐述了数控机床的发展历程，尤其对其进给伺服系统和机械传动系统的发展过程进行了详细描述，接下来对我国数控机床的发展现状与发展趋势进行了介绍，并分析了其存在的问题，最后提出了针对我国数控机床的发展策略。完整论文请加QQ:147935205721数控机床的发展进程自上世纪50年代以来，世界数控机床主要经历了数控NC（NumericalControl）和计算机数控CNC（ComputerNumericalControl）2个阶段[2]。数控NC阶段主要经历了以下3代：第1代数控系统，始于50年代初年，系统全部采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件电路完成。第2代数控系统，始于50年代末，以晶体管元件和印刷电路板广泛应用于数控系统为标志。第3代数控系统，始于60年代中期，由于小规模集成电路的出现，使其体积变小、功耗降低，可靠性提高，推动了数控系统的进一步发展。计算机数控CNC阶段也经历了3代：第4代数控系统，始于70年代，当首个采用小型计算机的CNC装置芝加哥展览会上露面时，标志着CNC技术的问世。第5代数控系统，70年代后期，中、大规模集成电路技术所取得成就，促使价格低廉、体积更小、集成度更高、工作可靠的微处理器芯片的产生，并逐步应用于数控系统。第6代数控系统，始于90年代初，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统正朝着以个人计算机(PC)为基础，向着开放化、智能化、网络化等方面进一步发展。数控机床通常由控制系统、进给伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。其中进给伺服系统作为数控机床的重要功能部件，其性能是决定数控机床加工性能的极其重要的技术指标。因此提高进给伺服系统的动态特性与静态特性的品质是人们始终追求的目标。接下来主要介绍一下进给伺服系统和机械传动系统的发展历程。1.1进给伺服系统进给伺服系统是以运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，它是一个很典型的机电一体化系统，主要由位置控制单元、速度控制单元、驱动元件(电机)、检测与反馈单元和机械执行部件几个部分组成。是以运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，它是一个很典型的机电一体化系统，主要由位置控制单元、速度控制单元、驱动元件(电机)、检测与反馈单元和机械执行部件几个部分组成。完整论文请加QQ:147935205731.1.1步进伺服系统在20世纪60年代以前，步进伺服系统是以步进电机驱动的液压伺服电动机或是以功率步进电机直接驱动为特征，伺服系统采用开环控制。步进伺服系统接受脉冲信号，它的转速和转过的角度取决于指令脉冲的频率或个数。由于没有检测和反馈环节，步进电机的精度取决于步距角的精度，齿轮传动间隙等，所以它的精度较低。而且步进电机在低频时易出现振动现象，它的输出力矩随转速升高而下降。又由于步进伺服系统为开环控制，步进电机在启动频率过高或负载过大时易出现“丢步”或“堵转”现象，停止时转速过高容易出现过冲的现象。另外步进电机从静止加速到工作转速需要的时间也较长，速度响应较慢。但是由于其结构简单，易于调整，工作可靠，价格较低的特点，在许多要求不高的场合还是可以应用的。1.1.2直流伺服系统60～70年代后，数控系统大多采用直流伺服系统。直流伺服电机具有良好的宽调速性能。输出转矩大，过载能力强，伺服系统也由开环控制发展为闭环控制，因而在工业及相关领域获得了更加广泛的运用。但是，随着现代工业的快速发展，其相应设备如精密数控机床、工业机器人等对电伺服系统提出越来越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而传统直流电动机采用的是机械式换向器，在应用过程中面临很多问题，如电刷和换向器易磨损，维护工作量大，成本高;换向器换向时会产生火花，使电机的最高转速及应用环境受到限制;直流电机结构复杂、成本高、对其他设备易产生干扰。1.1.3交流伺服系统针对直流电动机的缺点，人们一直在努力寻求以交流伺服电动机取代具有机械换向器和电刷的直流伺服电动机的方法，以满足各种应用领域，尤其是高精度、高性能伺服驱动领域的需要。但是由于交流电机具有强耦合，非线性的特性，控制非常复杂，所以高性能运用一直受到局限。自80年代以来，随着电子电力等各项技术的发展，特别是现代控制理论的发展，在矢量控制算法方面的突破，原来一直困扰着交流电动机的问题得以解决，交流伺服发展地越来越快。1.1.4直线伺服系统永磁同步直线电机在推力、动态性能、定位精度方面比其他直线电机更具优越性，因而PMLSM越来越多的用于直线