数控机床的应用及发展前景
摘 要:探讨了数控机床的应用现状,并对其发展前景作出了一些研究.
关键词:数控机床 发展前景 产业
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0033-02
1 概述
1.1 数控机床的历史发展
数字控制机床是指采用了数字控制技术的机床,简称数控机床。数控系统能逻辑地处理具有数字号码或者其他符号编码指令规定的程序,通过自动完成信息的输入、译码、运算,从而控制机床的运动和加工过程。
1949年美国北密歇根的一个小型飞机工业承包商帕森斯公司在制造飞机框架及直升机叶片轮廓用样板时,为了提高精度和效率,首先提出了利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径进行控制的方案,并与美国麻省理工学院的伺服机构研究所开始共同研究。到1952年研究出一套实验性数字控制系统,并把它装在一台立式铣床上,成功地实现了同时控制三轴的运动。后来经过改进,第一台工业用数控机床于1954年生产出来。
1.2 数控机床在我国的发展历程
数控机床在我国的发展也分为三个阶段。1958年,清华大学和北京一机床厂合作研制出我国第一台数控机床,直至70年代,相继推出了一些数控机床品种,但从整体来看,我国数控机床产业尚处于起步阶段。1990—2005年,国家从科技攻关和技术改造两方面对数控机床产业进行了重点扶植,并加快了国产数控系统的开发。一些数控机床主机厂组建床身、箱体、主轴、轴套等成组单元,厂内组织专业化生产,生产水平进一步提高,最终使数控机床进入了快速发展期。
1.3 现代数控机床的主要应用和显著成效
数控机床与普通机床相比具有很多优点,其应用范围正在不断扩大,但目前它并不能完全替代普通机床,也不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控机床主要应用在:(1)多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件;(2)轮廓形状复杂,对加工精度要求较高的零件;(3)用普通机床加工时,需要有昂贵的工艺装备的零件;(4)需要多次改型的零件;(5)价值昂贵,加工中不允许报废的关键零件;(6)需要最短生产周期的急需零件。机床行业是装备,制造业的母机,尽管机床行业产值不到GDP的1%,但它对国民经济的贡献则远高出这一数量概念,是经济发展战略中重要的支柱性产业。汽车行业、机械行业、军工行业这些都是需要大量数控机床的生产而支撑的。它是我们工业发展的砥柱。
2 数控机床的应用
2.1 数控机床的组成、结构特点
数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。
控制装置又称信息载体,是人与数控机床之间联系的中间媒介物质,它上面记载着数控加工中的全部信息。数控装置是数控机床的核心,现代数控机床都采用计算机数控装置,即CNC装置。它能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。为了完成各种形状的零件加工,它具备:(1)多坐标控制;(2)实现多种函数的插补;(3)多种程序输入功能以及编辑和修改功能;(4)信息转换功能;(5)补偿功能,即刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等;(6)多种加工方式选择,可以实现各种加工循环、重复加工、凹凸模加工和镜像加工等;(7)故障自诊断功能;(8)显示功能,用CRT可以显示字符、轨迹、平面图形和动态三维图形;(9)通信和联网功能。伺服装置及测量反馈装置是数控机床的关键部分,它影响数控机床的动态特性和轮廓加工精度。机床本体是数控机床的主体,由基础件和运动件组成。它不仅要实现由数控装置控制的各种运动,而且还要承受包括切削力在内的各种力。
以数控车床为例,一般由以下几部分组成:主机,数控装置,伺服驱动系统,辅助装置等。数控车床与普通车床相比较,其机构基本相同。由于采用计算机数控系统,因此其进给系统与普通车床有着本质的差别。卧式车床由主轴运动经过交换齿轮架、进给箱、溜板箱传到刀架,实现纵向和横向进给运动。而数控机床采用伺服电动机经滚珠丝杠传到滑板和刀架,实现纵向和横向进给运动。可见,数控机床传动结构大为简化,精度和自动化程度大大提高。
2.2 数控机床在机械行业所起的作用
衡量一个国家综合实力的重要标志,是数控机床的拥有量及其性能水平的高低。加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。根据中国机床工具工业协会组织用户调查表明,航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、精密、多轴、高效数控机床;汽车、摩托车、家电制造业需求高可靠性、高效、高自动化的数控机床和成套柔性生产线;电站设备、造船、冶金石化设备、轨道交通设备制造业需求高精度、重型为特征的数控机床;IT业、生物工程等高技术产业需求纳米级亚微米级超精密加工数控机床;工程机械、农业机械等传统制造行业的产业升级,特别是民营企业的蓬勃发展,需要大量数控机床进行装备。所以,数控机床的发展对我国经济发展起到至关重要的作用。
3 数控机床在国内的发展前景
3.1 数控机床的优点与缺点
优点:
(1)适应性强,适应性就是柔性,是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控机床上进行产品加工,当产品改变时,仅仅需要改变数控设备的输入程序就能适应新产品的生产需要,而不需改变机械部分和控制部分的硬件,而且生产过程是自动完成的。这一点不仅满足了当前产品更新、更快的市场竞争需要,而且较好地解决了单件、小批量、多变产品的自动化生产问题。适应性强势数控机床最突出的优点,也是数控机床得以产生和迅速发展的主要原因。
(2)能实现复杂的运动,普通机床难以实现或根本无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面运动,如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面,而数控机床可以实现几乎是任何形式的空间曲面和任意轨迹运动,适用于复杂异性零件的加工。
(3)加工精度高、产品质量稳定,数控机床是按照预定程序自动工作的,一般情况下的工作过程不需要人工干预,这就消除了误差。在设计制造设备主机时,通产采取了许多措施,使数控设备的机械部分达到较高的精度。数控装置的脉冲当量目前可达0.00002～0.01mm,同时可以通过实时检测反馈修正误差或补偿来获得更高的精度。因此,数控机床可以获得比机床本身精度更高的加工精度,尤其提高了同批零件生产的一致性,是产品质量得到控制。