1 數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　1.1 國(guó)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　目前國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體趨勢(shì)如下：①新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。②驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展。③增強(qiáng)通信功能，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。④數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。

　　國(guó)外具有世界影響力的機(jī)床公司有很多，在此重點(diǎn)介紹以下幾家。

　　(1)日本山崎馬扎克公司開發(fā)出了2種可使用長(zhǎng)鏜桿切削工件的復(fù)合加工機(jī)床，一種是以臥式車床為原型，與臥式加工中心(MC)組合而成的臥式復(fù)合加工機(jī)床“INTEGREX e一650H II”;另一種是以立式車床為原型，與立式MC組合而成的立式復(fù)合加工機(jī)床“INTEGREX e一1060V/8 II RAM”。

　　INTEGREX e II系列裝載了MAZATROL MATRIX以及各種新功能，以Mark II為名稱，是對(duì)2l世紀(jì)的制造工廠帶來革命性沖擊的劃時(shí)代的復(fù)合加工機(jī)。其主要特點(diǎn)是主軸最高轉(zhuǎn)速1 600 r/min，快移速度40 m/min，刀具庫(kù)容量40把，刀具更換時(shí)間(刀到刀)1.8 s(刀具質(zhì)量20 kg以下)。

　　新的臥式復(fù)合加工機(jī)床在MC端的主軸軸頭上安裝一個(gè)帶有長(zhǎng)849 mm鏜桿的“長(zhǎng)鏜桿架”。該鏜桿架自頂端起依次由刀具、長(zhǎng)柄和刀架組成。該鏜桿架的后端有4個(gè)固定位置，由操作人員將其裝在MC一側(cè)設(shè)計(jì)有相同固定位置的主軸軸頭上。MC一側(cè)的主軸除從機(jī)床正面觀察處于縱深方向的y軸外，還有一個(gè)B軸(位于l，軸四周的軸)。l，軸的可動(dòng)范圍為650mm，B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍在1800以上。長(zhǎng)鏜桿架與MC一側(cè)的主軸軸頭的上述動(dòng)作聯(lián)動(dòng)。

　　在由車床主軸(工件主軸)固定的工件外周上能夠加工任意角度的軸孔。而且還能在最后形成的軸孔內(nèi)徑上切削溝槽等。

　　而立式復(fù)合加工機(jī)床并沒有在MC主軸軸頭上安裝用于鏜桿加工的刀架，而是沿著機(jī)床立柱在主體垂直方向安裝一個(gè)供鏜桿使用的柱塞。這種柱塞具有900 mm的行程，固定在鏜桿桿頭上的刀具在工件內(nèi)面可達(dá)到900 mm的深度。同時(shí)還配備供鉆孔加工工具專用的自動(dòng)工具更換裝置(ATC)，從進(jìn)料斗中準(zhǔn)備的6種工具中選擇并固定所使用的工具的工作由ATC自動(dòng)完成。該ATC是在MC一側(cè)的ATC之外另外設(shè)計(jì)的。

　　立式復(fù)合加工機(jī)床采用由MC主軸和鉆孔柱塞組成的“雙頭”結(jié)構(gòu)。因此，在其中一方進(jìn)行切削的過程中，通過讓另一方移至可動(dòng)范圍之外處于待機(jī)狀態(tài)，防止二者相互干擾。

　　(2)美國(guó)法道VMC4020C機(jī)床是由上海法道機(jī)床有限公司嚴(yán)格按照美國(guó)法道公司的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)組裝生產(chǎn)。其具有16.8 kW(22.5 hp)強(qiáng)大的主軸電動(dòng)機(jī)在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的扭矩輸出。主軸采用無齒輪雙速電子調(diào)速系統(tǒng)，更寬的調(diào)速范圍提供更好的運(yùn)行特性。主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)到7 500 r/rain。采用獲得專利的刀柄拉桿機(jī)構(gòu)，確保刀具在強(qiáng)力切削中的鎖緊。無論是切削鋼件還是鋁件，都保證其有充分的動(dòng)力，既可重切削又可高速切削。剮性攻絲在150～1 500 r/min高速下可保證螺矩和深度精度，且不須額外配備攻絲夾頭。床身采用整體鑄造，內(nèi)部遍布網(wǎng)狀加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。重型鑄鐵的矩型導(dǎo)軌提供更大的接觸面，實(shí)現(xiàn)最佳的減振性能和剛性。伺服電動(dòng)機(jī)采用世界名品BALDO電動(dòng)機(jī)，高達(dá)16 900 N的軸推力，有著高的安全可靠性。機(jī)床全部采用直徑達(dá)到40 mm的日本精工滾珠絲杠，在低速下提供工作臺(tái)的高速移動(dòng)，延長(zhǎng)絲杠壽命，允許長(zhǎng)時(shí)間重載運(yùn)行。工作臺(tái)的承載能力可達(dá)到1 700 kg。加高的z軸立柱，有著長(zhǎng)達(dá)711mm的垂直行程。主軸端面到工作臺(tái)面距離可達(dá)102～813 nun。可容納21把刀具的全封閉刀庫(kù)，最大刀具直徑(鄰位無刀具)可達(dá)到152 mill，刀具最大重量可達(dá)6.8 kg。

　　(3)CNC6132/40數(shù)控車床配備西門子(SINU—MERIK 801)系統(tǒng)和交流伺服單元，采用自動(dòng)刀架及手壓式潤(rùn)滑系統(tǒng)。該機(jī)床床身導(dǎo)軌采用超音頻淬火工藝，最大工件回轉(zhuǎn)直徑為400 mill，耐磨性強(qiáng)，精度保持性好;主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，回轉(zhuǎn)精度高，抗振性好，主軸轉(zhuǎn)速范圍100—1 600 r/min，具有運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠、精度高、功能豐富、操作方便、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，能自動(dòng)完成開深槽、坯料去除、螺紋車削、深孔、彈性攻絲等，都可以通過固定的車削循環(huán)以及豐富的編程指令集來實(shí)現(xiàn)。適合于多品種、中小批量產(chǎn)品的加工。

　　(4)德馬吉(DMG)公司生產(chǎn)的CTX 310 ECO通用車床其主軸驅(qū)動(dòng)在無級(jí)可調(diào)情況下，轉(zhuǎn)速可達(dá)5 000r/min，輸出功率為ll kW，扭矩為112 N·Ill，可為書51—200 mm直徑范圍的高要求車削操作提供最佳的前提條件。在此，主軸上的直接測(cè)量系統(tǒng)與可供選擇的法那科或西門子提供的高端CNC控制器相結(jié)合，提供最高的定位精度。

　　此外，在標(biāo)準(zhǔn)配置中就已擁有德馬吉的創(chuàng)新產(chǎn)品——1個(gè)帶有12個(gè)刀位的VDI 30刀塔，其中的6個(gè)刀位可以選配動(dòng)力刀具并配置C軸。除此之外，用于軸加工的可編程移動(dòng)的尾座也包含在標(biāo)準(zhǔn)配置中;標(biāo)準(zhǔn)配置中還包括在所有軸上用于保證工藝穩(wěn)定性及工件加工精度的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。每根軸均配有數(shù)字驅(qū)動(dòng)裝置，它使x軸的快移速度可達(dá)到24 m/min，Z軸的快移速度可達(dá)到30 m/min。

　　在操控方面，無論是CTX 310 ECO還是CTX 510ECO，都采用西門子和發(fā)那科的高科技三維CNC數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)還提供最大可達(dá)15英寸的彩色LCD操作顯示器，標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和電子控制手輪。除了在任何情況下都極具說服力的硬件配置，CTX 310 ECO和CTX510 ECO外，還有若干在現(xiàn)場(chǎng)信息領(lǐng)域內(nèi)支持操作人員對(duì)車床進(jìn)行舒適操控的軟件，其中包括整合在西門子控制系統(tǒng)中的ShopTum圖形化編程軟件以及法那科控制系統(tǒng)中的Manual Guide i圖形化編程軟件。ECO系列產(chǎn)品在操控方面的其他過人之處在于強(qiáng)大的刀具管理以及直觀的圖形界面設(shè)置，還具有強(qiáng)大的圖形界面故障診斷功能。

　　1.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于20世紀(jì)50年代末期，經(jīng)歷了初期的封閉式開發(fā)階段，“六五”、“七五”期間的消化吸收、引進(jìn)技術(shù)階段，“八五”期間建立國(guó)產(chǎn)化體系階段，“九五”期間產(chǎn)業(yè)化階段，現(xiàn)已基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控專業(yè)人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。目前，較具規(guī)模的企業(yè)有廣州數(shù)控、航天數(shù)控、華中數(shù)控等，生產(chǎn)了具有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認(rèn)可，在市場(chǎng)上站穩(wěn)了腳跟。但是由于系統(tǒng)技術(shù)含量低，產(chǎn)生的附加值少，不具備與進(jìn)口系統(tǒng)進(jìn)行全面抗衡的能力，只在低端市場(chǎng)占有一席之地，還不能為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)起到支撐的作用，與國(guó)外相比，還有不小的差距。主要問題有以下幾方面：

　　(1)技術(shù)創(chuàng)新成分低、消化吸收能力不足目前我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究主要還是依照國(guó)外開發(fā)的一些模式按部就班地進(jìn)行。真正創(chuàng)新的成分不多，對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴度較高，對(duì)所引進(jìn)技術(shù)的消化依舊停留在掌握已有技術(shù)和提高國(guó)產(chǎn)化率上，沒有完全形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。技術(shù)引進(jìn)是加快我國(guó)控技術(shù)發(fā)展的一條重要途徑，但引進(jìn)的技術(shù)要實(shí)現(xiàn)從根本上提高我國(guó)數(shù)控技術(shù)水平，必須進(jìn)行充分的消化吸收。消化吸收的力度不強(qiáng)，不但無法擺脫對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，而且還會(huì)造成對(duì)國(guó)外技術(shù)依賴性增強(qiáng)的反作用。

　　(2)技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境不完善我國(guó)尚未形成有利于企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力來源于對(duì)經(jīng)濟(jì)利益的追求和外部市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，其技術(shù)創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)。企業(yè)還沒有建立良好的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制，絕大部分企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新組織仍處于一種分散狀態(tài)，很難取得高水平的科研成果。

　　(3)產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性不高可靠性的指標(biāo)一般采用平均無故障時(shí)間(MTBF，單位為h)，國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間在10 000 h以上，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間僅為3 000—6 000 h。這使得可靠性、穩(wěn)定性上就與國(guó)外技術(shù)相差很大，必然影響產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率。

　　(4)網(wǎng)絡(luò)化程度不夠我國(guó)數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化程度不夠，目前主要用于NC程序傳送，采用紙帶閱讀器、串口通訊技術(shù)，其集成化、遠(yuǎn)程故障排除、網(wǎng)絡(luò)化水平有限。

　　(5)體系結(jié)構(gòu)不夠“開放” 大部分?jǐn)?shù)控產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)不夠開放，用戶接口不完善，少數(shù)具有開放功能的產(chǎn)品又不能形成真正的產(chǎn)品，只是停留在試驗(yàn)、試制階段。用戶不能根據(jù)自己的需要將積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)融入到系統(tǒng)中，無形中流失了很多對(duì)數(shù)控技術(shù)改進(jìn)、創(chuàng)新和完善的資源。

　　針對(duì)以上存在的不足，國(guó)內(nèi)機(jī)床公司廠家作出了很大的努力。目前，較具規(guī)模的企業(yè)有廣州數(shù)控、航天數(shù)控、華中數(shù)控等，生產(chǎn)了具有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控系統(tǒng)。下面作簡(jiǎn)單的介紹。

　　(1)華中“世紀(jì)星”數(shù)控系統(tǒng)在功能和配置方面遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)外普及型數(shù)控系統(tǒng)。特別是在多軸(9軸)聯(lián)動(dòng)、三維圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真、大容量程序內(nèi)存、雙向螺距補(bǔ)償、漢字界面、網(wǎng)絡(luò)功能、開放體系結(jié)構(gòu)、哪彩色腳糕LWO豁f貉-。 ，一平昂-朋洲Repons綜述薄形顯示器等配置方面，已達(dá)到國(guó)外高檔系統(tǒng)(如FANUC18、SIMENSE一840)的水平。

　　眾所周知，國(guó)外的高檔數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格非常昂貴，如意大利Fidia仿形數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格為60一70萬元人民幣，英國(guó)的雷尼紹仿形測(cè)頭價(jià)格高達(dá)28萬元人民幣;德國(guó)Walter的數(shù)控工具磨床，僅一種刀具的編程軟件即需l萬美元。而華中數(shù)控與菲地亞相同檔次的仿形數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格約僅為其1/3。此外，若進(jìn)口五軸聯(lián)動(dòng)以上的數(shù)控系統(tǒng)，還受到西方政府的管制，要對(duì)最終用戶和最終用途進(jìn)行調(diào)查，限制其使用，若認(rèn)為與軍事工業(yè)有關(guān)，則不予批準(zhǔn)。即使我國(guó)民用工業(yè)能購(gòu)進(jìn)口這類設(shè)備，其價(jià)格也非常昂貴，僅一套CNC單元價(jià)格高達(dá)20多萬元人民幣，而華中數(shù)控五軸CNC，價(jià)格約為其1/4。

　　另外開放式、網(wǎng)絡(luò)化已成為當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)。華中“世紀(jì)星”系列數(shù)控系統(tǒng)包括世紀(jì)星HNC一18i、HNC一19i、HNC一2I和HNC一22四個(gè)系列產(chǎn)品，均采用工業(yè)微機(jī)(IPC)作為硬件平臺(tái)的開放式體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新技術(shù)路線，充分利用PC軟、硬件的豐富資源，通過軟件技術(shù)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的突破。通過工業(yè)PC的先進(jìn)技術(shù)和低成本保證數(shù)控系統(tǒng)的高性價(jià)比和可靠性。并充分利用通用微機(jī)已有軟硬件資源和分享計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新成果，如大容量存儲(chǔ)器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯(lián)網(wǎng)通訊等技術(shù)，使數(shù)控系統(tǒng)可以伴隨PC技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，從而長(zhǎng)期保持技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。

　　(2)廣州數(shù)控生產(chǎn)的GSK983M系統(tǒng)是中高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，該系統(tǒng)最多可實(shí)現(xiàn)5軸4聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)高速高精閉環(huán)加工，最高移動(dòng)速度達(dá)24 m/mim，精度達(dá)。可實(shí)現(xiàn)12種固定循環(huán)，空間螺旋線插補(bǔ)，刀補(bǔ)C，螺補(bǔ)，用戶宏A/B，比例縮放，坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)等等功能;內(nèi)嵌式PMC，192/128個(gè)I/0點(diǎn)，5 000步容量，梯圖編程，大大方便和簡(jiǎn)化機(jī)床強(qiáng)電設(shè)計(jì)并可由用戶自行二次開發(fā)。可實(shí)現(xiàn)DNC加工，程序及參數(shù)傳輸功能，極大方便于加工程序備份保存和機(jī)床調(diào)整。圖形顯示，中/英文菜單，后臺(tái)編輯;配備10.4英寸TFT液晶顯示器。具有低價(jià)格、高性能、高可靠性，等等優(yōu)點(diǎn)，較適合用于銑床和小型加工中心。其加工穩(wěn)定性在國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)中占有一定的優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)已被國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)機(jī)床廠家認(rèn)可。

　　(3)北京航天數(shù)控系統(tǒng)有限公司最新推出的CASNUC2100E數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)將PCI04板嵌入到控制系統(tǒng)中的一體化的車、銑床閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將控制系統(tǒng)、顯示面板、操作面板集于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝;彩色LCD顯示，具有功能全面、性能可靠、連接簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。CASNUC 2100E數(shù)控系統(tǒng)適用于車床、銑床、鉆床、磨床等4軸以下的機(jī)械設(shè)備控制。

　　(4)凱奇數(shù)控開發(fā)的NC一110系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，嵌入式PC機(jī).可跟蹤PC機(jī)的技術(shù)發(fā)展，不斷豐富系統(tǒng)的功能，保持系統(tǒng)的高處理速度。該系統(tǒng)經(jīng)過廣泛的國(guó)際、國(guó)內(nèi)合作，能為用戶提供最佳的軟硬件配置方案和合理的性能價(jià)格比。系統(tǒng)可進(jìn)行多過程控制，大容量程序存儲(chǔ)，內(nèi)藏PLC控制器，提供充足的I/O點(diǎn)。系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，使用維修方便，并經(jīng)過嚴(yán)格的國(guó)內(nèi)外電磁兼容性和環(huán)境試驗(yàn)、檢測(cè)，具有高可靠性。

　　軟件功能強(qiáng)大，可控制多種機(jī)床，如車床、銑床、各種類型加工中心、磨床等。該系列產(chǎn)品已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。

　　(5)由齊齊哈爾二機(jī)床集團(tuán)、清華大學(xué)和哈爾濱電機(jī)廠有限公司“產(chǎn)學(xué)研用”密切合作開發(fā)的XNZD2415大型龍門式五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，是我國(guó)在并聯(lián)機(jī)床研究方面的一個(gè)突破。該機(jī)床結(jié)合串聯(lián)結(jié)構(gòu)與并聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，采用雙柱龍門工作臺(tái)移動(dòng)式，用直線驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)虛擬空間坐標(biāo)位置變換。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多自由度運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)，具有較高的柔性和工藝集成度。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)采用兩組平行四邊形機(jī)構(gòu)，A/C擺角銑頭采用雙蝸桿消隙機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，交叉滾柱軸承支撐，剛度高，保證了主軸進(jìn)給剛度及精度，實(shí)現(xiàn)A軸轉(zhuǎn)角±1050、C軸連續(xù)轉(zhuǎn)角O～4000，可實(shí)現(xiàn)葉片、導(dǎo)葉等復(fù)雜空間曲面的加工。由清華大學(xué)開發(fā)的基于RT—Linux的數(shù)控系統(tǒng)采用高精度控制算法，應(yīng)用數(shù)控后置處理系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)刀位文件轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)加工代碼。

　　(6)山東大學(xué)研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮軸承高速主軸單元樣機(jī)。通過采用遺傳算法對(duì)電磁軸承進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，開展了磁懸浮軸承的仿真研究、軸承剛度測(cè)試以及工業(yè)磨削試驗(yàn)、磁懸浮軸承起浮實(shí)驗(yàn)等。該主軸單元樣機(jī)的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到34 000 r/rain，剛度達(dá)645.9 N/p,m，回轉(zhuǎn)精度達(dá)0.001 5 mm。數(shù)字控制器采用DSPTMS320VC33為系統(tǒng)硬件平臺(tái)，PC機(jī)監(jiān)視狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。通過在濟(jì)南四機(jī)數(shù)控機(jī)床有限公司研制的J4K一095數(shù)控內(nèi)外圓復(fù)合磨床上進(jìn)行磨削試驗(yàn)，目前磨出的鋼件內(nèi)孔表面粗糙度為0.89 p,m。

　　(7)南京數(shù)控機(jī)床公司開發(fā)的高效、大型車削單兀是國(guó)內(nèi)重機(jī)、軍工和航天等行業(yè)急需的設(shè)備。通過大型車削加工單元的研制，主軸最大輸出扭矩達(dá)2 500N·m，主軸最高轉(zhuǎn)速2 500 r/min，可適合大扭矩切削。高加工效率。同時(shí)對(duì)主軸的加工工藝，軸單元的動(dòng)平衡，主軸箱體孔的研磨工藝，軸承與主軸和箱體孔的眄己合，主軸軸承的預(yù)加負(fù)荷及溫升控制進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，保證主軸單元規(guī)定的技術(shù)要求。采用模塊化設(shè)計(jì)。針對(duì)加工不同零件實(shí)現(xiàn)不同的模塊組合，使機(jī)床具有較寬適用范圍。此外還針對(duì)兵器和航天行業(yè)典型的彈體類零件的特點(diǎn)和要求設(shè)計(jì)了龍門式上下料機(jī)械手。

　　(8)武漢重型機(jī)床廠研制的CKX53160型數(shù)控單柱移動(dòng)立式銑車床，加工直徑16 m，加工高度6.3 in，工作臺(tái)承重550 t并可精確分度，要求工件一次裝卡完成車、銑、鏜、鉆、攻絲、磨削全部加工工序，制造難度大。該機(jī)床的試制成功，保證了三峽電站550 t巨型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的加工。武漢重型機(jī)床廠研制開發(fā)的重型七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工機(jī)床，最大加工高度2 000lllm，最大加工直徑8 000 mm，承重100 t，具有五聯(lián)動(dòng)車、銑復(fù)合加工，在線測(cè)量等功能，可實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)精確分度，能一次裝卡完成螺旋槳的全部工序的加工，是我國(guó)首臺(tái)自行研制的大型螺旋槳數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床，并達(dá)到當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平。

　　2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅大力發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：①機(jī)械制造技術(shù);②信息處理、加工、傳輸技術(shù);③自動(dòng)控制技術(shù);④伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù);⑤傳感器技術(shù);⑥軟件技術(shù)等。從目前世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。

　　2.1 高速、高精度化

　　高速切削加工不僅可以提高生產(chǎn)效率，而且可以改善加工質(zhì)量，所以自20世紀(jì)90年代初以來，便成為機(jī)床技術(shù)重要的發(fā)展方向。各國(guó)相繼推出了許多主軸轉(zhuǎn)速10 000 r/rain至60 000 r/min以上的加工中心和數(shù)控銑床。高速切削加工正與硬切削加工、于切削和準(zhǔn)干切削加工以及超精密切削加工相結(jié)合;正從銑削向車、鉆、鏜等其他工藝擴(kuò)展;正向較大切削負(fù)荷方向發(fā)展。

　　高速加工對(duì)機(jī)床和功能部件的要求是：主軸功能部件的速度應(yīng)能達(dá)到12 000～40 000 r/min;工作臺(tái)最高進(jìn)給速度應(yīng)達(dá)到40～60 m/min;加速度達(dá)到lg;高剛性的機(jī)械部件結(jié)構(gòu);高穩(wěn)定、高剛度、冷卻良好的高速主軸;精確的熱補(bǔ)償系統(tǒng);高速處理能力的控制系統(tǒng)(具有NURBS插補(bǔ)功能和預(yù)處理能力的控制系統(tǒng))。

　　瑞士的米克朗(MIKRON)公司生產(chǎn)的HSM立式加工中心，它在主軸轉(zhuǎn)速為30 000 r/min(12.5 kW)、進(jìn)給速度40 m/min、加速度17 m/s2的情況下，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行;日本安田公司生產(chǎn)的YBM950V型立式加工中心，其主軸在20 000～30 000 r/min高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，仍十分平穩(wěn)，銑削平面的粗糙度可達(dá)0.4斗m。

　　國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床及其功能部件無論在技術(shù)參數(shù)上，還是在各種動(dòng)態(tài)指標(biāo)上，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的同類產(chǎn)品均存在一定差距。目前，國(guó)內(nèi)沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上成功開發(fā)出BW60HS/I型系列高速臥式加工中心，并已批量進(jìn)入市場(chǎng)。該機(jī)采用電主軸，主軸最高轉(zhuǎn)速16 000 r/min，由零至最高轉(zhuǎn)速的時(shí)間為l s，快速移動(dòng)速度60 m/min。寧江集團(tuán)開發(fā)的高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)40 000 r/min。

　　當(dāng)前，在數(shù)控機(jī)床精密化方面，美國(guó)的水平最高，不僅生產(chǎn)中小型精密機(jī)床，而且由于國(guó)防和尖端技術(shù)的需要，研究開發(fā)了大型精密機(jī)床。其代表產(chǎn)品有LLL實(shí)驗(yàn)室研制成功的DTM一3型精密車床和LODTM大型光學(xué)金剛石車床，它們是世界公認(rèn)水平最高的、達(dá)到當(dāng)前技術(shù)最前沿的大型精密機(jī)床。其它國(guó)家也相應(yīng)研制成功各種類似的裝備，如英國(guó)的Cran·field、日本的東芝機(jī)械等。近年來我國(guó)對(duì)超精密機(jī)床的研制也一直在進(jìn)行。北京機(jī)床研究所研制成功了JCS一027型超精密車床、JCS一03型超精密銑床、JCS一035型數(shù)控超精密車床等。

　　2.2 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化

　　2l世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載、自動(dòng)選定模型、自整定等;簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、specid Repons綜述能化的人機(jī)界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。日本MAZAK株式會(huì)社的日本工廠是世界上為數(shù)不多的智能管理的代表。整個(gè)工廠實(shí)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)智能化管理。智能生產(chǎn)中心通過機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、生產(chǎn)線上的網(wǎng)絡(luò)管理Pc機(jī)、立體倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理。智能生產(chǎn)中心由CAM—WARE輔助制造編程系統(tǒng)、智能化日程管理系統(tǒng)、智能化工具管理系統(tǒng)、智能化監(jiān)控系統(tǒng)組成。馬扎克公司在中國(guó)的企業(yè)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床用以太網(wǎng)并與智能生產(chǎn)中心相連。在此基礎(chǔ)上再借助以太網(wǎng)與企業(yè)上層的CAD/MRP(EPR)等系統(tǒng)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成，建立了智能網(wǎng)絡(luò)化工廠。

　　為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題，目前許多國(guó)家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國(guó)的NGC、歐共體的OSACA、日本的OSEC，中國(guó)的ONC等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象(數(shù)控功能)，形成系列化。并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。

　　網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EM0200l展中，日本山崎馬扎克公司展出的“Cyber-Production Center”(智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱CPC);日本大隈機(jī)床公司展出的“IT plaza”(信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱IT廣場(chǎng));德國(guó)西門子公司展出的“Open Manufac—tufing Environment”(開放式制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱OME)等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。

　　2.3 環(huán)保化

　　隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)環(huán)保的要求越來越高。不僅要求在機(jī)床制造過程中不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的污染，也要求在機(jī)床的使用過程中不產(chǎn)生二次污染。在這種形勢(shì)下，裝備制造領(lǐng)域?qū)C(jī)床提出了無冷卻液、無潤(rùn)滑液、無氣味的環(huán)保要求，機(jī)床的排屑、除塵等裝置也發(fā)生了深刻的變化。上述綠色加工工藝愈來愈受到機(jī)械制造業(yè)的重視。目前在歐洲的大批量機(jī)械加工中，已有10%一15%的加工實(shí)行了干切削或準(zhǔn)干切削。美國(guó)HARDING的QUEST系列車床、德國(guó)HUELLER的高速加工中心均采用了干切削技術(shù);日本原洲公司加工中心采用了液氮冷卻技術(shù);日本富士公司的數(shù)控車床采用了冷風(fēng)冷卻技術(shù)。

　　2.4 采用五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合快速力

　　采用五軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅粗糙度好，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼工件時(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)加工可比三軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過去因五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。

　　當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小，因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床(含五面加工機(jī)床)的發(fā)展。

　　在EM02001展會(huì)上，新日本工機(jī)的五面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)4個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得五面加工和五軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國(guó)DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下五面加工和五軸聯(lián)動(dòng)加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。

　　我國(guó)復(fù)合加工機(jī)床剛剛起步，主要是車銑復(fù)合加工機(jī)。國(guó)內(nèi)首臺(tái)復(fù)合加工機(jī)床是由沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)與德國(guó)MAX—MULLER公司合作生產(chǎn)的車銑復(fù)合中心。

　　2.5 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立

　　如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國(guó)、歐共體和日本等國(guó)紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來l臨。我國(guó)在2000年也開始進(jìn)行中國(guó)的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。

　　STEP—NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP—NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEP—NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙(約75%)、加工程序編制時(shí)間(約35%)和加工時(shí)間(約50%)。

　　歐美國(guó)家非常重視STEP—NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP—NC的IMS計(jì)戈Ⅱ(1999.1.1—2001.12.31)。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自歐洲和日本的20個(gè)CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國(guó)的STEP TOOLS公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，已開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型(Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。這種新的數(shù)據(jù)交換格式已在配備了SIE—MENS、FIDIA以及歐洲OSACA—NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　3 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考

　　我國(guó)是制造大國(guó)，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場(chǎng)為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國(guó)際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會(huì)嚴(yán)重影Ⅱ向我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會(huì)安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國(guó)就業(yè)的壓力，保障社會(huì)的穩(wěn)定。