浅谈数控技术与制造业

浅谈数控技术与制造业单位：芜湖职业技术学院241006姓名：赵亮系别：机械工程系班级：数维班摘要：数控技术是一门集计算机基础、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术。是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术，这项技术在制造业中越来越占据主导地位。就最近十年，随着我国国民经济持续快速的发展状况下，为了满足制造业需求，国家每年花费10亿多美元引进数控设备，致使我国制造业的数控设备出现了大幅度的快速增长趋势。但是，与国外相比，我国制造数字化技术应用水平比较低。制造技术实现质的改变一是要高技术化，二是要技术升级。数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平从某种程度上代表了这个国家制造业技术水平和竞争力。简而言之，数控加工技术在制造业中占据的位置越来越重要了！关键词：数控技术、数控车床、制造业、发展与应用一、数控机床发展的历史1、数控机床产生的历史背景随着科学技术的迅速发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，并且产品改型频繁。航空、造船、武器生产等工业部门，需要加工零件多具有精度高、形状复杂、批量小、经常变动等特点。使用普通机床加工这些零件，不仅劳动强度大、效率低，而且难以保证其精度、有些零件甚至无法加工。2、数控机床产生的时间世界上第一台数字控制机床（简称数控机床）是为了满足航空工业加工复杂零件的需要而产生的。1984年，美国帕森斯公司（ParsonsCo.）在研制加工直升机叶片轮廓检查用样板的机床时，提出了数控机床的初步设想。后来，受空军委托与麻省理工学院（MIT)合作开始了将三坐标铣床数控化的研究工作。1952年，研制出了世界上第一台数控机床，这是一台直线插补连续控制的三坐标铣床，使用的是电子管原件德国RFTECC813、数控机床的发展过程第一代；1952~1959年采用电子管元件；第二代；从1959年开始采用晶体管元件；第三代；从1965年开始采用集合电路；第四代；从1970年开始采用大规模集成电路及小型通用计算机；第五代；从1974年开始采用微处理机或微型计算机；第六代；从1990年开始采用PC机的通用CNC系统；前三代为第一阶段，数控系统主要是由硬件联结构构成，称为硬件数控；后三代称为计算机数控，其功能主要由软件完成。由此可见，数控技术正在一步一步成熟着。我国是从1958年开始起步的。1952年，第一台数控机床的问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，机械制造业便开始进入了自动化发展的历史时期。运用传统的物理机械理论进行加工操作已经满足不了机械制造业的蓬勃发展，经过不断的发展和改造过程，数控技术转变了传统的机械操作模式。现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前他是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术利用计算机按事先储存的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控系统装置，使输入数据的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。这样便使得数据存储和处理运算过程精细化，极大的减少了误差。二、数控技术在制造业中的作用伴随着时代的发展，在如今的制造业中，机械制造术发生了深刻的变化，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工产品的设备提出了高性能、高精度和高自动化的要求。在机械产品中，面对多品种小批量生产比重的增大，产品交货质量和成本要求的提高，要求现代的制造技术具有很高的柔性。那么，如何才能增强制造业对外界因素的适应能力以及产品适应市场的变化能力呢？这样就需要我们能利用现代数控技术的灵活性，最大限度的应用于机械制造行业。将机械制造行业的功能、效率、可靠性和产品质量提高到一个新的水平，从而满足现代市场的竞争和需求。数控加工是机械制造中的先进加工技术。它的广泛应用为机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化，是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，为机械制造行业和国民经济产生了巨大的效益。三、数控技术的发展趋势数控技术的应不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业称为工业化的象征，而且伴随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，当前的数控车床呈以下趋势发展；1、数控技术向高速、高精度、高效化的趋势发展效率、精度是机械制造技术的关键性指标。由于采用了高速的CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测原件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精度高效化已大大提高。高速、精密是机床发展永恒的目标。采用了高速CPU芯片、多CPU控制系统以及交流数字伺服系统，还采用了改善机床动态、静态特征特性的有效措施，随着电脑辅助制造系统的发展，精度已达到微米级，可见数控机床的高速高精度化已大大提高。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2.1智能化发展趋势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：①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、工艺参数的自动生成。②为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电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。③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。④智能诊断、智能监控方面的内容。方便系统的诊断及及维修等。2.2开放式发展趋势为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的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(TheNextGeneratianWork-Station/MachineContor)/欧共体的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)/日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController),中国的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。开放式的体系结构使数控技术有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、网络化。开放时尚体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放时尚体系结的新一代数控技术，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控技术制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活的配置数控技术带来大方便，促进了数控技术多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控技术可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。2.3网络化发展趋势数控技术的网络化，主要是指数控技术与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控技术一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后在经由因特网通向企业外部，这就是所谓的Internet/Intranet技术。数控技术的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展。柔性自动化技术以易于联网和集成为目标，同时注重加强单元技术的开拓、完善，数控机床及其结构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联接，向信息集成方向发展，网络系统向开放、集成和智能化方向发展。3.数控技术向多轴联动化方向发展在数控机床加工曲面时，由于以往的3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参与切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球刀铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在切削三维曲面的过程中始终保持合理切削速度，从而显著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系统开发商不遗余力地开发5轴，甚至6轴联动的数控技术，随着5轴联动数控技术和编程软件的成熟和日益普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术的快速发展。数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化智能化、柔性化、绿色化方面取得了长足的进步。现代制造业正在迎来一场新的技术革命。四、数控的绿色化加工随着日趋严格的环境问题与资源约束，制造加工过程中的绿色化越来越重要，尤其是我国的环境问题和资源问题在这方面的问题尤为突出。在数控加工过程中冷却液的使用是一重要的因素之一。因此，近年来不用或少用冷却液、从而实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发当中。日本的FANUC公司坐落于日本的富士山脚下的一片森林中。很难想象，这样一个偌大的公司树立在这样一个环境中竟然没有破坏这里的生态坏境。在日本的FANUC公司中，打开窗户是一片绿色，关上窗同样不例外。可想而知，日本FANUC公司在环保、绿色工业生产、技术成熟的一个高度。在21世纪，绿色制造的大趋势将一定会使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场，成为世界的主流。五、我国数控发展现状我国的机械制造工业已具有一定的实力。机床工业高速发展，生产的产品除满足国内建设需要外，还有部分产品远销国外。改革开放后，我国数控技术得到了发展机遇。在80年代初，我国先后从美国、德国等发达国家引进了一些数控系统和伺服技术，填补了我国在这方面的空白。然后陆续研发了那个时代的数控系统，通过不断的完善，这些系统的可靠性得到么用户的肯定，总而结束了我国数控技术在这一阶段的瓶颈，这个时期的数控技术在我国主要还是多依赖发达国家的技术为主，对一些知识进行消化吸收。到90年代，我国的数控机床已经有了质的飞跃。在这个阶段国家针对实际情况，先后安排了“柔性制造系统技术（FMS）开发研究”、“计算机集成制造系统（CIMS）的研究”等一系列重大的科研项目，大力推动我国数控技术的自主研发过程。这样我国数控机床的数控系统和伺服驱动系统，也由进口发展到了自主研发的阶段。目前我国已有数十家的研究所和企业可以从事各类数控系统的研发和生产。其中比较知名的有北京的KND系统、南京的华兴系统、成都的广泰系统等。我国现已经能生产小型仪表机床、重型机床，各种精密的、高自动化的、高效率的机床。机床性能正在逐渐提高，有些机床性能已经接近世界先进水平。目前生产的数控系统（以数控机床为主）大部分以PC机作为控制核心，使得我国生产的数控系统在硬件系统方面、软件系统方面都有不同程度的提升，增强了市场竞争了。目前已经能生产100多种数控机床，并研制出了6轴五联动的数控系统，可应用于更加复杂型面的加工。我国数控机床的分辨率已经提高到0.001mm。系统的可靠性业大大提升，这是由于我国生产数控系统均采用模块化设计，且电路板中广泛采用超大规模集成电路，保证了系统的整体可靠性。但是由于我国数控机床的技术水平和工业基础的起步比较晚，在一些领域的研究还是存在着距离。导致在数控机床的性能和可靠性方面与发达国家相比还是存在着差距。目前在推动数控机床发展的工业化和产业化的过程中，我国的数控行业还存在着很多的问题。如：缺乏核心技术、技术创先能力不足、缺乏有效的管理机制、在与国际企业竞争时缺乏实力等问题。六、数控技术在制造业中的应用6.1数控技术在机床中的应用机床设备是机械工业的“母机”，只有机床设备实现了机电一体化，加工出来的产品才能达到质量稳定可靠，企业才有较强的应变能力。计算机数控系统为机械制造业提供了良好的机床控制能力，即把计算机作为一种控制装置运用到机床上，也就是用数控技术对机床的加工实施控制。这样的机床就是数控机床。数控机床是以数字化的信息实机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置、机床惦记的启动和停止、主轴变速、工件松开夹紧、刀具的选择、冷却泵的起停等各种操作顺序动作等信息用代码化的数字记录在