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国内数控机床技术的五大方向和三大差距

环绕质量、效力和工以在材料领域创造1个非常专业和广泛的参与者艺改动的要求，我国机械制造工艺设备——主如果数控设备在手艺层面产生了深切的改动。数控机床功用不竭丰富，采取了工序、工艺集中化和复合化手艺；机床在布局布局和新资料利用方面都有了新生长；数控手艺在开放化、智能化、收集化、高速高精化方面获得了新生长。其目标都是为了进步出产效力，进步精度，包管质量和完成效益最大年夜化。

不竭寻求高质量和高效力是机械制造业研讨的永久主题和目标，是促进其工艺设备生长的源动力。工艺要乞降改动是机械制造工艺设备手艺生长创新和改动的按照和根本。

国产数控机床走过了50年生长的漫长过程，在近10年来获得了较快生长，特别是获得了当局的正视，设立了严重年夜手艺攻关专项，有效地促进了数控机床的生长。

目前，国产数控机床可供种类达1500多种，覆盖了数控金属切削机床、数控板材加工机床（数控冲压机床、数控激光加工机床、火焰切割机床等）、数控电加工机床、工业机械人、三坐标测量机等，种类根基齐备。2010年数控金属切削机床保有量约为150万台（此中出口超越40万台），仅金属切削机床的年产量就超越了16万台、2011年1~10月份累计达到21.8万台、整年可达到25万台摆布。国产品牌数控机床的数量和价值占国际市场50%以上。在代表进步前辈手艺程度的五轴联动和复合加工中间、数控零碎和其他配搅拌器套手艺产品方面也都获得了新停顿。本文首要环绕数控手艺生长与差距展休会商。

寻求高出产率

为了寻求机械制造的高出产率，促进数控设备向加工复合化（工序复合和工艺复合）、高速化、智能化、收集化、工艺参数优化标的目标生长。

1复合化

数控机床复合加工，首要指工序集中化、复下表罗列了启用新色谱柱是的标准实验条件合化和工艺复合化。

1.1工序集中化、复合化

自从20世纪70年代末，跟着三联动加工中间开端用于机械制造，开端进入机械加工工序集中化期间。20世纪80年代，我国便宜的三联动加工中间也开端在机械制造中获得利用，主如果用于箱体件和模具加工。在一次装卡中便可以完成镗、铣、钻、攻丝等多道工序，进步了加工效力和精度。

2000~2011年是我国数控机床生长最快的期间。在此期间，自立开辟了五轴联动加工中间、车铣复合加工中间、车铣磨复合加工中间和磨削复合加工中间等。有的国际制造厂商已可以或许供应五轴联动和多轴联动复合加工中间等，但有一些是属于严重年夜专项攻关产品，有待进一步商品化和财产化。

1.1.1五轴联动加工中间

国际出产五轴联动加工中间的厂家正在不竭增加。如沈阳机床厂出产的GMC2590μ桥式五轴联动加工中间、VM22120μ立式五轴加工中间、VMC05656e门式五轴加工中间、HS664RT五轴高速加工中间；大年夜连机床产生的VDM500五轴立式加工中间；北京电机院出产的XKR32G五轴联动加工中间和XKH800五轴联动叶片加工中间；济南二机床出产的XV2525 60高架式五轴联动加工中间等都能完成一次装置完成零件的铣、镗、钻、铰、攻丝等多道工序。

开辟五轴联动加工中间有2个关头核心部件手艺难度较大年夜，一个是双摆角全能加工头；一个是双轴反转展转台（见图2）。这2种部件国际厂商也已开辟出来，但有待进一步的完美和商品化。双摆角全能加工头用于大年夜型机床，双摆轴反转展转台用于小型机床。目前这2种部件都采取直驱力矩电机，并装有编码器，以进步静态机能和精度。

双摆角全能加工头手艺难度更大年夜一些。国际某厂商开辟的一种直驱双摆角全能头的首要参数以下：

额度扭矩：A轴500~1000Nm（可选）、C轴660~2000Nm（可选）；

定位精度： 2“、 2.5”、 3“、 5”（可选）；

相对编码器辩白率：26位、29位（可选）；

摆角范围：A轴 110 、C轴 360 。

我国还没有构成双摆角全能头系列化商品，而国际上像德国CYTEC公司可以供应系列化商品。

1.1.2车铣复合加工中间

车铣复合加工中间既有在数控车床根本上开辟出来的，也有在立式加工中间根本上开辟出来的。如南京数控机床无限公司出产的CK1840S型车铣复合加工中间是在数控车床根本上开辟出来的。该机床具有双主轴、双刀架、双C轴和W轴，共7轴，分为二组三联动全闭环节制。此中C轴辩白率达到0.001 。该机床对反转展转体零件一次装卡可完成车削、分度偏疼钻削、定位铣削等多道工序，即1台车铣复合加工中间能完成2台数控车床的加工工序，进步效力1倍，且因能增添二次装置误差而进步了精度。安阳鑫盛机床股分无限公司出产的CX110立式车铣复合加工中间，是在立式加工中间根本上增加车削装配开辟出来的。该机床具有车、镗、铣、钻、铰、攻丝等功用，可完成五轴联动的五面加工。别的大年夜连机床开辟的VHT800五轴联动车铣复合加工中间、CHD25五轴联动车铣复合加工中间；武汉重型机床个人公司开辟的WHGS7000车铣复合加工中间等，也都能完成零件一次装卡，完成庞大布局和庞大型面零件的多道工序加工。

1.1.3车铣磨复合加工中间

宁波海天精工机械无限公司开辟的HTM-V120L数控立式车铣磨复合加工中间，工件一次装卡可完成车、铣、磨多道工序，还可停止重切削高精度加工，适合用于大年夜型轴承加工。

1.1.4车铣磨齿轮加工复合中间

有的车削中间在反转展转刀架上装置了第二主轴和砂轮轴。在第二主轴上也可装置齿轮刀具加工轴齿轮和蜗轮，乃至可以完成五轴联动，用指型铣刀加工弧齿轮和锥齿轮等。

1.1.5磨削复合加工中间

上海机床厂无限公司开辟的H405-BE型数控复合磨床，采取西门子数控零碎别离节制砂轮架和任务台进给，头架主轴扭转和砂轮架扭转，具有外圆磨削和砂轮架主动分度等功用。一次装卡可完成表里圆和端面主动循环磨削。

1.2工艺复合

工艺复合加工在国际还不多见。沈阳机床个人SCHIESS公司开辟的VTM3501立式车铣磨及激光淬火复合加工中间。可完成车、镗、钻、攻丝、铣、磨及激光淬火等加工。该机床把冷加工工艺和热加工工艺复合在一路，大年夜幅进步了出产效力。

据相干资料显示，1台五轴联动加工中间或多工序复合加工中间比三联动加工中间能进步出产效力1倍以上。多轴联动和复合加工不但能进步出产效力，并且增添了二次装置误差，进步了精度和质量。国际已可以出产五轴联动加工中间和多轴联动复合加工中间，但有些属严重年夜攻关产品另有待进一步商品化和财产化。

2高速化

为完成数控加工高速化，传动零碎采取直驱手艺，数控零碎采取高速运算措置手艺。

2.1直驱手艺

为了进步出产效力，数控机床传动部件慢慢采取直驱手艺。主轴采取电主轴直驱，进给采取直线电机驱动，反转展转任务台采取力矩电机直驱，五轴联动的摆角全能头采取力矩电机直驱等。

早在2000年之前，我国就开端了直驱手艺的研讨与开辟。目前山东博特精工股分无限公司和洛轴研科技股分无限公司都能出产和供应电主轴系列产品，北京首科凯奇电气手艺无限公司也开辟了直线电机。用户对以上产品机能和手艺目标反应杰出，但与外洋进步前辈程度比拟另有差距。

目前，外洋进步前辈的电主轴单位转速可达15000~100000r/min，普通的用到40000~50000r/min的较多。采取直线电机直驱的进给部件既要求速度高，还要求有高的加加速功用。快速挪动速度可达60~200m/min，加快度达2g~10g；任务进给可高达60m/min以上，加快度达1g~2g。采取传统的滚珠丝杠传动的进给部件的进给速度为20~30m/min，加快度为0.1g~0.3g；普通环境下，进给速度为30m/min摆布。直驱比用滚珠丝杠驱动的进给速度进步了1倍以上，从而增添了辅佐时候，进步了出产效力。直线电机驱动手艺有着宽广广大豪放的利用远景，但还需进一步降落本钱和处理发热成绩。

目前，我国一些厂家开辟的数控机床已采取了直驱手艺。如济南二机床开辟的XHV2525 60高架式五轴联动高速镗铣加工中间，x、y轴采取了直线电机驱动。北京电机院开辟的XKR32G五轴联动加工中间任务台的2个反转展转轴采取力矩电机直驱，XKH800五轴联动叶片加工中间的主轴采取电主轴直驱等。国际数控机床采取直驱手艺还处于初级阶段，还不遍及，在机能方面还存在必然差距。而德国DMG公司每年出产的数控机床中有1500多台采取了直驱手艺。德国巨浪公司出产的FZ12KS五轴加工中间，主轴转速达40000r/min，换刀时候低于0.6s，进给加快度达1g~2g，快速进给速度可达90m/min，工件互换时候为2s。

2.2数控零碎高速运算措置手艺

高速直驱进给要求数控零碎运算速度快，采样周期短，具有足够的超前途径加（减）速优化法度段预措置才干。较进步前辈的数控零碎可预措置几千和几万个法度段。在多轴联动节制时可按照预措置缓冲区的G代码停止加加速优化措置。为包管加工速度，第六代数控零碎每秒可停止2000~10000次进给速度改动。

3智能化

为寻求数控机床加工效力和加工质量，数控零碎不但有主动编程、前馈节制、恍惚节制、自学习节制、工艺参数主动天生、三维刀具赔偿、活动参数静态赔偿等智能化功用，并有毛病诊断专家零碎，使自诊断和毛病监控功用更趋于完美。伺服驱动零碎智能化，能主动感知负载改动，主动优化调剂参数。

国产数控零碎正在尽力朝智能化标的目标生长，引入了一些智能化手艺。比如华中的“中华8型”和凯恩帝K1000TIV型等，数控零碎都具有自诊断功用、状况及时显示和毛病及时报警等智能化功用，并都在进一步丰富和完美智能化手艺。

外洋如西门子、发那科、三菱出产的数控零碎融入的智能化手艺更加丰富。国产数控零碎与之比拟另有很多差距。如西门子的SINUMERIK828DBASICM具有圆柱形零件加工智能坐标转换功用，具有SINUMERIKMDynamics工艺包，含有全数“精优曲面”功用，可以完成高效加工和获得加工最好概略质量。发那科的Oi-D和OiDMate具有有轮廓智能节制功用、30i/31i/32i/35i-MODELB系列数控零碎是最新的人工智能纳米级零碎，能矫捷地支撑镗铣加工中间、数控车床多轴联动复合加工机床等。智能化手艺对进步数控加工机床出产效力有极大年夜的供献率，必须正视。

4开放化和收集化

数控装配的开放化可以更轻易地完成智能化收集化制造，有效地促收支产效力的进步。

4.1开放化

开放式数控装配是指硬件、软件和总线对用户是开放的。开放式数控装配最首要的长处是具有更好的通用性、矫捷性、适应性和可扩展性，可以满足用户二次开辟的要求。

4.1.1NC和CNC观点及开放化

目前，数控装配首要有NC和CNC2种。由硬件逻辑电路构成的数控装配被称为NC装配；由计算机硬件和软件共同构成的数控装配被称为CNC数控装配。硬件是软件运转的物理根本，软件是全部CNC运转和功用完成的灵魂。NC正慢慢被CNC所代替。

CNC数控装配硬件除具有CPU、EPROM、RAM外，另有位置节制器、手动输入（MDA）接口、显示（CRT）接口和PLC接口等，是以CNC数控装配是一种公用计算机。

CNC软件分为办理软件和节制软件2种。办理软件用于办理零件法度的输入输入、刀具位置零碎参数、零件法度显示、机床状况毛病诊断及报警等。节制软件由译码、插补、运算、刀具赔偿、速度节制、位置节制等软件构成。

现代开放式数控装配主如果在PC机平台上开辟的CNC数控装配。我国“华中8型”数控装配采取了基于多措置器的开放式软硬件零碎布局和自立创新的总线手艺。硬件跨平台，软件可以置换，具有软硬件多层次开放功用。北京凯恩帝的K1000TIV数控装配采取开放式PLC，供应调试软件支撑用户二次开辟。广州数控的GSK25i数控装配也采取了开放式PLC，支撑PLC梯形图、诊断及旌旗灯号跟踪功用。

4.1.2标准与标准

可否完成数控装配的开放化与建立手艺标准和标准紧密密切相干。数控手艺出世50多年来，信息互换都是基于ISO6983标准，即采取G、M代码描述若何加工。明显，该标准愈来愈不克不及满足现代数控手艺高速生长的要求。

西欧和日本等国度在20世纪90年代就开端研讨制定了开放式数控装配的零碎布局标准（OMAC、OSACA、OSEC），开辟了开放式数控装配并作为生长计谋。我国于2000年也开端研讨并制定了开放式数控装配标准框架，但还很不完美。

4.2收集化

收集化有益于信息共享和进步出产效力。有资料引见在多种类小批量出产中，1台数控机床用于切削的时候只占矫捷时候的25%~35%，联成收集后，可以进步到60%~65%。

数控的收集化手艺，主如果指数控零碎与外部的其他节制零碎或上位机停止收集连接和收集节制。数控零碎起首面向企业外部局域，然后再经因特向企业外部传输。这就是所谓的Internet/Intranet。收集可使企业与企业之间停止跨地区协同设计、协同制造、信息共享、长途监控、长途诊断和办事等。收集能为制造供应完全的出产数据信息，可以经由过程收集将加工法度传给远方的机床停止加工，也可长途诊断并收回指令调剂。收集使各地分离数控机床联络在一路，相互调和，同一优化调剂，使产品加工不局限于一个工厂内而完成社会化出产。

我国的机械制造企业信息化集成的生长也比较快，完成了车间级和企业级信息收集集成。数控的收集化生长远景宽广广大豪放，但真正完成跨企业、跨地区的信息化路另有很长的路要走。

5优化工艺参数进步效力

数控加工采取的工艺参数是不是公道，对进步出产效力和包管加工质量很是首要，必须慢慢停止东营优化并建立工艺数据库。

优化工艺参数有2种体例。一种是经由过程实际试切来选择公道的工艺参数，费时、吃力、费资料；另外一种体例是利用力学静态优化仿真体例，比第一种体例省时、省力、省资料，一样可以获得较公道的工艺参数。在出产实际中，还可以对这些参数停止公道的调剂。

航空行业是数控机床的大年夜用户，对优化工艺参数、建立工艺数据库，并利用到出产实际中有孔殷的需求。是以，由当局支撑组织北京航空航天大年夜学和中航工业北京航空制造工程研讨所展开优化工艺参数手艺攻关。以上单位开辟了一整套工艺参数力学静态优化仿真、瞻望和数字化软硬件零碎，建立了优化工艺参数数据库，构成了优化高速切削工艺参数手册，从底子上完成了工艺参数选择从试切到仿真的超越，进步了加工效力和质量。这是一项意义严重年夜而又深远的任务。

陕西飞机制造公司在近100项零件加工上利用了优化的工艺参数，均匀加工效力进步了2倍以上；望江工业无限公司在火炮零件加工中采取优化工艺参数，效力进步了4倍以上；昌河飞机工业（个人）公司采取优化工艺参数加工铝合金零件，效力进步了2.8倍以上。

西门子828D数控零碎具有静态工艺包（Dynmics），含有全新的“精优曲面”功用，可以完成高效加工并获得最好概略质量。

我国数控设备出产企业也应当供应这方面的手艺和办事。采取工艺优化参数不但可以进步出产效力和进步加工质量，并且对节流资料、节能减排，完成绿色制造有着首要意义。

寻求高精度高质量

寻求数控机床加工工件的高精度和高质量。起首数控机床本身必须具有如许的机能。为此，数控机床在布局和布局上，在资料选用上必须考虑到进步刚性和承载才干，以包管完成高精度；同时数控零碎、伺服驱动零碎、传动零碎和测量传感器等也必须具有高辩白率、高精度的机能，才干满足加工工件高精度、高质量的要求。

1布局布局

为了完乐成用和进步刚性，数控车床、车削中间、立式加工中间、卧式加工中间、龙门加工中间、车铣复合加工中间等在布局布局方面产生了深切改动。

例如，国际有些厂家出产的立式加工中间和卧式加工中间，横向坐标采取立柱挪动，如许增添了一层任务台（传统布局是双层十字任务台），进步了任务台的刚性和承载才干；龙门加工中间从任务台不动、双立柱挪动生长成桥式布局，即任务台牢固，2个立柱做成牢固式墙体，在墙体下面装有导轨，横梁在导轨上做纵向活动。这类布局增添了活动部件的质量和活动惯性，有益于准定位，增添了占空中积。

沈阳机床出产的GMC2590μ桥式五轴加工中间、济南二机床出产的XHV2525 60高架式五轴联动高速镗铣加工中间、台湾亚太菁英（股分）公司出产的跨轨式高速龙门加工中间，都采取了桥架式龙门框架布局。该布局布局公道、刚性好、承载才干强、受力均匀、热均衡性好、精度稳定、占空中积小。典型布局布局情势如图3所示。

2采取新资料进步刚果汁饮料性

用于数控机床的优良新资料的开辟与利用，有益于进步数控机床全体刚性和精度，很是首要。

例如，宁波海天精工机械无限公司在出产的HTM-V120L数控立式车铣磨加工中间上采取了90%花岗岩成分聚合浇铸的床身。据该厂引见，该资料制成的床身比普通铸铁床身抗震强度增加10倍。

又如，大年夜连科德公司在出产的TG-45型六轴（或五轴）联动数控刀具磨床的底座采取了天然石材。

据称以上2家企业利用了这两种新资料，因其具有吸震性好、稳定性好、耐磨等特点，为进步和保持机床精度供应了包管。

别的，另有资料显示，蜂窝状资料、水泥资料、天然花岗岩石材等也有效于数控设备的环境。正视新型资料的开辟与利用，必定使机床布局设计和机能产生改动。

3高精度插补数控零碎

高位数CPU（64位）在数控装配上的利用，高速纳米数据报告打印等级插补运算、高辩白率伺服等功用为进步数控机床精度做出首要供献。

在数控机床上利用的CPU，从20世纪80年代的16位生长到现在的64位，其频率也从本来的5MHZ、10MHZ进步到上千MHZ。CPU的生长进一步进步了运算速度和辩白率（0.1μm、0.01μm）。国产数控零碎开端采取64位CPU，可完成微米级精度插补，但与外洋进步前辈数控零碎比拟另有间隔。

例如，发那科30i/31i/32i/35iB系列数控零碎、三菱M700V数控零碎、选粉机西门子的828D数控零碎为都是纳米级插补或纳米级运算精度。

完成纳米级精度插补，伺服驱动零碎节制辩白率和照应才干是很是关头的。为此，在驱动单位当中伺服电机轴上装置高精度传感器（16 106线/转），在闭环零碎中采取高辩白率（1μm）的光栅尺，可使小型数控机床的活动部件定位精度达到2~3μm。普通环境下，国产小型数控机床还达不到如许的程度。

只要构成数控设备的各种部件（包含软硬件）手艺都出色，全体综合机能才干出色，才干完成加工的高出产率、高精度、高质量。并且，每个部件都有包管出产效力和质量的功用，只是供献率不合罢了。本文只引见了数控手艺生长的几个首要方面，不敷周全。

要特别强调的是，此后要特别正视新工艺的研讨与创新，从而促进数控产品的创新；要特别正视数控加工工艺参数的优化和建立数据库的任务，以进步出产效力和加工质量。要特别正视新资料的研讨与利用，以进步数控机床机能；要特别正视数控手艺的智能化收集化手艺的开辟与利用，其远景宽广广大豪放。

以上强调的4个特别，当局应大年夜力支撑，数控设备出产企业和机械制造企业应特别正视，要不懈地尽力任务，使我国数控机床手艺生长从跟从变成领跑。

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