2015年我國數控機床行業發展趨勢
2015-11-16 10:06:54 點擊：
近20年來，隨著科學技術的發展，先進制造技術的興起和不斷成熟，對數控機床技術提出了更高的要求。那么數控機床行業發展趨勢如何呢？以下是2015年我國數控機床行業發展趨勢分析：
1.向高速度、高精度方向發展
速度和精度是數控機床的兩個重要指標，直接關系到產品的質量和檔次、產品的生產周期和在市場上的競爭能力。
在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3~5μm提高到1~1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級（0.001μm）。加工精度的提高不僅在于采用了滾珠絲杠副、靜壓導軌、直線滾動導軌、磁浮導軌等部件，提高了CNC系統的控制精度，應用了高分辨率位置檢測裝置，而且也在于使用了各種誤差補償技術，如絲杠螺距誤差補償、刀具誤差補償、熱變形誤差補償、空間誤差綜合補償等。
在加工速度方面，高速加工源于20世紀90年代初，以電主軸和直線電機的應用為特征，使主軸轉速大大提高，進給速度達60m／min以上，進給加速度和減速度達到1~2g以上，主軸轉速達100000r/min以上。高速進給要求數控系統的運算速度快、采樣周期短，還要求數控系統具有足夠的超前路徑加（減）速優化預處理能力（前瞻處理），有些系統可提前處理5000個程序段。為保證加工速度，高檔數控系統可在每秒內進行2000~10000次進給速度的改變。
2.向柔性化、功能集成化方向發展
數控機床在提高單機柔性化的同時，朝單元柔性化和系統化方向發展，如出現了數控多軸加工中心、換刀換箱式加工中心等具有柔性的高效加工設備；出現了由多臺數控機床組成底層加工設備的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，FMC）、柔性制造系統（FlexibleManufacturingSystem，FMS）、柔性加工線（FlexibleManufacturingLine，FML）。
在現代數控機床上，自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置等已成為基本裝置。隨著數控機床向柔性化方向的發展，功能集成化更多地體現在：工件自動裝卸，工件自動定位，刀具自動對刀，工件自動測量與補償，集鉆、車、鏜、銑、磨為一體的“萬能加工”和集裝卸、加工、測量為一體的“完整加工”等。
3.向智能化方向發展
隨著人工智能在計算機領域不斷滲透和發展，數控系統向智能化方向發展。在新一代的數控系統中，由于采用“進化計算”（EvolutionaryComputation）、“模糊系統”（FuzzySystem）和“神經網絡”（NeuralNetwork）等控制機理，性能大大提高，具有加工過程的自適應控制、負載自動識別、工藝參數自生成、運動參數動態補償、智能診斷、智能監控等功能。
�。�1）引進自適應控制技術由于在實際加工過程中，影響加工精度因素較多，如工件余量不均勻、材料硬度不均勻、刀具磨損、工件變形、機床熱變形等。這些因素事先難以預知，以致在實際加工中，很難用最佳參數進行切削。引進自適應控制技術的目的是使加工系統能根據切削條件的變化自動調節切削用量等參數，使加工過程保持最佳工作狀態，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率。
（2）故障自診斷、自修復功能在系統整個工作狀態中，利用數控系統內裝程序隨時對數控系統本身以及與其相連的各種設備進行自診斷、自檢查。一旦出現故障，立即采用停機等措施，并進行故障報警，提示發生故障的部位和原因等，并利用“冗余”技術，自動使故障模塊脫機，接通備用模塊。
�。�3）刀具壽命自動檢測和自動換刀功能利用紅外、聲發射、激光等檢測手段，對刀具和工件進行檢測。發現工件超差、刀具磨損和破損等，及時進行報警、自動補償或更換刀具，確保產品質量。
�。�4）模式識別技術應用圖像識別和聲控技術，使機床自己辨識圖樣，按照自然語言命令進行加工。
�。�5）智能化交流伺服驅動技術目前已研究能自動識別負載并自動調整參數的智能化伺服系統，包括智能化主軸交流驅動裝置和進給伺服驅動裝置，使驅動系統獲得最佳運行。
4.向高可靠性方向發展
數控機床的可靠性一直是用戶最關心的主要指標，它主要取決于數控系統各伺服驅動單元的可靠性。為提高可靠性，目前主要采取以下措施：
（1）采用更高集成度的電路芯片，采用大規�；虺笠幠５膶Ｓ眉盎旌鲜郊呻娐罚詼p少元器件的數量，提高可靠性。
�。�2）通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時通過硬件結構的模塊化、標準化、通用化及系列化，提高硬件的生產批量和質量。
（3）增強故障自診斷、自恢復和保護功能，對系統內硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷、報警。當發生加工超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進行相應的保護。
5.向網絡化方向發展
數控機床的網絡化將極大地滿足柔性生產線、柔性制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式，如敏捷制造（AgileManufacturing，AM）、虛擬企業（VirtualEnterprise，VE）、全球制造（GlobalManufacturing，GM）的基礎單元。目前先進的數控系統為用戶提供了強大的聯網能力，除了具有RS232C接口外，還帶有遠程緩沖功能的DNC接口，可以實現多臺數控機床間的數據通信和直接對多臺數控機床進行控制。有的已配備與工業局域網通信的功能以及網絡接口，促進了系統集成化和信息綜合化，使遠程在線編程、遠程仿真、遠程操作、遠程監控及遠程故障診斷成為可能。
6.向標準化方向發展
數控標準是制造業信息化發展的一種趨勢。數控技術誕生后的50多年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G、M代碼對加工過程進行描述，顯然，這種面向過程的描述方法已越來越不能滿足現代數控技術高速發展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649（STEP－NC），其目的是提供一種不依賴于具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個制造過程，乃至各個工業領域產品信息的標準化。
7.向驅動并聯化方向發展
并聯機床（又稱虛擬軸機床）是20世紀最具革命性的機床運動結構的突破，引起了普遍關注。并聯機床（參見圖1-7）由基座、平臺、多根可伸縮桿件組成，每根桿件的兩端通過球面支承分別將運動平臺與基座相連，并由伺服電機和滾珠絲杠按數控指令實現伸縮運動，使運動平臺帶動主軸部件或工作臺部件作任意軌跡的運動。并聯機床結構簡單但數學復雜，整個平臺的運動牽涉到相當龐大的數學運算，因此并聯機床是一種知識密集型機構。并聯機床與傳統串聯式機床相比具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度、重量輕、機械結構簡單、制造成本低、標準化程度高等優點，在許多領域都得到了成功的應用。
1.向高速度、高精度方向發展
速度和精度是數控機床的兩個重要指標，直接關系到產品的質量和檔次、產品的生產周期和在市場上的競爭能力。
在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3~5μm提高到1~1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級（0.001μm）。加工精度的提高不僅在于采用了滾珠絲杠副、靜壓導軌、直線滾動導軌、磁浮導軌等部件，提高了CNC系統的控制精度，應用了高分辨率位置檢測裝置，而且也在于使用了各種誤差補償技術，如絲杠螺距誤差補償、刀具誤差補償、熱變形誤差補償、空間誤差綜合補償等。
在加工速度方面，高速加工源于20世紀90年代初，以電主軸和直線電機的應用為特征，使主軸轉速大大提高，進給速度達60m／min以上，進給加速度和減速度達到1~2g以上，主軸轉速達100000r/min以上。高速進給要求數控系統的運算速度快、采樣周期短，還要求數控系統具有足夠的超前路徑加（減）速優化預處理能力（前瞻處理），有些系統可提前處理5000個程序段。為保證加工速度，高檔數控系統可在每秒內進行2000~10000次進給速度的改變。
2.向柔性化、功能集成化方向發展
數控機床在提高單機柔性化的同時，朝單元柔性化和系統化方向發展，如出現了數控多軸加工中心、換刀換箱式加工中心等具有柔性的高效加工設備；出現了由多臺數控機床組成底層加工設備的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，FMC）、柔性制造系統（FlexibleManufacturingSystem，FMS）、柔性加工線（FlexibleManufacturingLine，FML）。
在現代數控機床上，自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置等已成為基本裝置。隨著數控機床向柔性化方向的發展，功能集成化更多地體現在：工件自動裝卸，工件自動定位，刀具自動對刀，工件自動測量與補償，集鉆、車、鏜、銑、磨為一體的“萬能加工”和集裝卸、加工、測量為一體的“完整加工”等。
圖片來自百度圖片
3.向智能化方向發展
隨著人工智能在計算機領域不斷滲透和發展，數控系統向智能化方向發展。在新一代的數控系統中，由于采用“進化計算”（EvolutionaryComputation）、“模糊系統”（FuzzySystem）和“神經網絡”（NeuralNetwork）等控制機理，性能大大提高，具有加工過程的自適應控制、負載自動識別、工藝參數自生成、運動參數動態補償、智能診斷、智能監控等功能。
�。�1）引進自適應控制技術由于在實際加工過程中，影響加工精度因素較多，如工件余量不均勻、材料硬度不均勻、刀具磨損、工件變形、機床熱變形等。這些因素事先難以預知，以致在實際加工中，很難用最佳參數進行切削。引進自適應控制技術的目的是使加工系統能根據切削條件的變化自動調節切削用量等參數，使加工過程保持最佳工作狀態，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率。
（2）故障自診斷、自修復功能在系統整個工作狀態中，利用數控系統內裝程序隨時對數控系統本身以及與其相連的各種設備進行自診斷、自檢查。一旦出現故障，立即采用停機等措施，并進行故障報警，提示發生故障的部位和原因等，并利用“冗余”技術，自動使故障模塊脫機，接通備用模塊。
�。�3）刀具壽命自動檢測和自動換刀功能利用紅外、聲發射、激光等檢測手段，對刀具和工件進行檢測。發現工件超差、刀具磨損和破損等，及時進行報警、自動補償或更換刀具，確保產品質量。
�。�4）模式識別技術應用圖像識別和聲控技術，使機床自己辨識圖樣，按照自然語言命令進行加工。
�。�5）智能化交流伺服驅動技術目前已研究能自動識別負載并自動調整參數的智能化伺服系統，包括智能化主軸交流驅動裝置和進給伺服驅動裝置，使驅動系統獲得最佳運行。
4.向高可靠性方向發展
數控機床的可靠性一直是用戶最關心的主要指標，它主要取決于數控系統各伺服驅動單元的可靠性。為提高可靠性，目前主要采取以下措施：
（1）采用更高集成度的電路芯片，采用大規�；虺笠幠５膶Ｓ眉盎旌鲜郊呻娐罚詼p少元器件的數量，提高可靠性。
�。�2）通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時通過硬件結構的模塊化、標準化、通用化及系列化，提高硬件的生產批量和質量。
（3）增強故障自診斷、自恢復和保護功能，對系統內硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷、報警。當發生加工超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進行相應的保護。
5.向網絡化方向發展
數控機床的網絡化將極大地滿足柔性生產線、柔性制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式，如敏捷制造（AgileManufacturing，AM）、虛擬企業（VirtualEnterprise，VE）、全球制造（GlobalManufacturing，GM）的基礎單元。目前先進的數控系統為用戶提供了強大的聯網能力，除了具有RS232C接口外，還帶有遠程緩沖功能的DNC接口，可以實現多臺數控機床間的數據通信和直接對多臺數控機床進行控制。有的已配備與工業局域網通信的功能以及網絡接口，促進了系統集成化和信息綜合化，使遠程在線編程、遠程仿真、遠程操作、遠程監控及遠程故障診斷成為可能。
6.向標準化方向發展
數控標準是制造業信息化發展的一種趨勢。數控技術誕生后的50多年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G、M代碼對加工過程進行描述，顯然，這種面向過程的描述方法已越來越不能滿足現代數控技術高速發展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649（STEP－NC），其目的是提供一種不依賴于具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個制造過程，乃至各個工業領域產品信息的標準化。
7.向驅動并聯化方向發展
并聯機床（又稱虛擬軸機床）是20世紀最具革命性的機床運動結構的突破，引起了普遍關注。并聯機床（參見圖1-7）由基座、平臺、多根可伸縮桿件組成，每根桿件的兩端通過球面支承分別將運動平臺與基座相連，并由伺服電機和滾珠絲杠按數控指令實現伸縮運動，使運動平臺帶動主軸部件或工作臺部件作任意軌跡的運動。并聯機床結構簡單但數學復雜，整個平臺的運動牽涉到相當龐大的數學運算，因此并聯機床是一種知識密集型機構。并聯機床與傳統串聯式機床相比具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度、重量輕、機械結構簡單、制造成本低、標準化程度高等優點，在許多領域都得到了成功的應用。
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