随着社会生产和科学技术的迅速发展,机械产品的日益精密复杂,特别在宇航、造船、军事等领域所需机械零件,精度要求高,形状复杂,批量小。加工这类产品经常需要改装或调整设备,普通机床或专用化程度高的自动化机床己不能适应这些要求。为了解决以上问题,一种新型的机床——数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果,是今后数控机床的发展方向。
在某些行业领域,由于需求的零件形状复杂、精度要求相对较高、尺寸偏大或者偏小等方面的因素,普通通用数控机床不能满足加工要求,而大型或小型的数控加工机床或者加工中心又有加工精度不够、加工范围过小或者功能冗余的问题出现,这也是限制某些企业发展的一个瓶颈。随着制造、机械装配水平不断提高以及数控系統的应用,专用数控机床得到了更进一步地发展,这个瓶颈问题得到了很大的改善。广阔的市场需要专用数控机床的开发。
数控系统通常由二部分组成:即数控装置、内装或外装可编程控制器(有的系统可不带)、驱动装置(包括伺服驱动和主轴驱动)。数控装置的主要功能是:通过执行零件的加工程序,完成机床加工过程中的定位、直线及轮廓控制。可编程控制器的主要功能是:通过执行梯形图程序,完成零件加工过程中的顺序控制。驱动装置中的伺服驱动,则是根据数控装置送来的控制指令,控制机床运动轴,按照零件程序的要求运动,实现对零件的加工或其他辅助工作;主轴驱动一般是根据加工的要求,以规定的转数,带动刀具(铣床)或工件(车床)旋转(有的系统不带主轴控制),实现切削。.
数控系统按运动轨迹分类,可分为点位控制系统:只控制工具相对工件从某一加工点移到另一个加工点之间的精确坐标位置。而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制,且移动过程中不作任何加工。通常采用这一类系统的设备有数控钻床、键床、冲床等;直线控制系统:不仅要控制点与点的精确位置,还要控制两点之间的移动轨迹是一条直线,且在移动中能以给定的进给速度进行加工。连续控制系统:又称为轮廓控制系统或轨迹控制系统。能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制,即不仅控制每个坐标的行程位置,同时还控制每个坐标的运动速度。各坐标的运动按规定的比例关系相互配合,精确地协调起来连续进行加工,以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加工中心、电加工机床、特种加工机床等。伺服系统按其控制方式的不同可以分为开环伺服系统和闭环伺服系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同,闭环伺服系统又分为半闭环和闭环系统。
我国的数控系统分为二种类型,即经济型、普及型和高级型。在经济型数控系统中,我们具有很大的优势,在当前每年数千台经济型数控车床和电加工机床的市场上,国产数控系统是“一枝独秀”(其中10%左右是合资企业产品)。在普及型数控系统的市场上,国产数控系统正在取得进展,拥有自主产权的数控系统在市场开拓上仍要尽更大的力量。
20世纪90年代以来,由于计算机技术的飞速发展,推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性,并可以较容易的实现智能化、网络化。开放式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。开放式体系结构的新一代数控系统,其硬件、软件和总线规范都是对外开放的,数控系统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配置数控系统带来极大方便,促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用,开发生产周期大大缩短。同时,这种数控系统可随CPU升级而升级,而结构可以保持不变。
智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。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理,不但具有自动编程、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,而且人机界面极为友好,并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。
数控系统的网络化,主要指数控系统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。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网,然后再经由因特网通向企业外部,这就是所谓互联网技术。
随着网络技术的成熟和发展,最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造,又称“e一制造”,是机械制造企业现代化的标志之一,也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用,越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。数控系统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、线、面、体的方向发展。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,数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD, CAM, CAPP, MTS联结,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。
我国是机床生产大国,又是机床消费大国。数控机床是机械工业发展的关键产品,我国的机床产品总体水平低。目前,数控机床的品种和规格很多。当前,在许多工厂中,甚至在产品定型且产量较大的机器制造厂,在数控机床的使用中,或多或少存在着这样一种现象,就是将多功能数控机床当专用机床使用。透过这种较为普遍的现象,说明在产品定型的工厂或大批量半产的工厂里需要一种适应零件加工特征的专用数控机床,以保证加工零件的精度,保证零件的尺寸一致性,提高劳动生产率。此外,有些劳动强度大的手上操作也完全可以用专用数控机床去完成,把人从繁重的体力劳动中解放出来。总之,从各个工厂的情况看,需要有专用数控机床。
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