中国数控技术现状(数控技术的现状及发展趋势)

海潮机械 2022-12-16 07:01 编辑:admin 258阅读

1. 数控技术的现状及发展趋势

个人认为当今数控技术的发展趋势有走向集约化,走向高度自动化,走向智能化

2. 数控技术的现状发展趋势的总结

数控技术专业是一种集机、电、液、光、计算机、自动控制技术为一体的知识密集型技术,它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础,同时也是提高产品质量,提高生产率必不可少的物质手段。

数控技术在机械制造业的广泛应用,已成为国民经济发展的强大动力。加入世贸组织后,随着经济的快速发展,中国正逐步成为“世界制造中心”,数控化率已成为衡量一个国家或企业制造技术水平和经济实力的重要指标之一(数控化率:设备拥有量中数控设备所占的比例)。

数控技术专业的就业前景如何?数控技术的广泛应用促进了国民经济的发展,国民经济想要持续稳定发展,必定少不了数控技术的不断进步与应用,因此,对于数控技术专业的技能型人才的需求是供不应求的,可见数控技术专业的就业前景还是很客观的,值得提醒的是,目前广大企业都讲究持证上岗,建议各位同学在在校期间多去考一些相关的专业证书,对于今后找工作有一定的好处

3. 数控技术的发展前景

首先,这个行业很有前途,但要精,现在这个行业现在普通人也很多,有好多从技校出来的 学生,都说是会,其实到了现场只是会操作和简单的编程,这样的人很多。

现在市场上缺的是高级编程工艺人员,缺少那种能综合运用现在数控加工技术并熟悉加工工艺,正确选用加工参数的综合性人才,这样的人才市场上非常吃香,国内好多数控机床尽管性能非常先进,但编程工艺人员不能完全发挥出其先进性能。

现在普通操作人员工资不高,但综合性高级编程工艺员很缺,工资很高,很有前途,希望你好好学。 总之,这个学好了绝对有工作,而且是技术活,缺点的话就是整天在车间里,噪音、油腻。凡事有利也有弊,个人建议,学这个是个不错的选择。

就业方向:学生可在数控加工工艺与数控加工程序编制、数控设备的操作及维护等岗位就业,也可从事cad/cam软件应用、数控系统或设备的销售、技术服务,或车间生产管理等岗位工作。

4. 数控技术的现状及发展趋势论文

表面看,数控技术是理科的专业,但到了专科院校的此专业,主要是操作上的实际应用。理论、设计、研究等很少,所以正如前面同学的回答,初中毕业生都可以掌握,何况你高中毕业呢。但是有一个问题,就是专科的这个专业就是实际操作,就是培养技术工人,所以动手做的较多。因此,无论文理科生,看你动手操作的能力怎么样,如果偏思考,偏理论研究的学生反而不太适合学习了。

5. 数控技术的现状及发展趋势怎么写

数控技术,即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。

主干课程

机械制图、公差配合与测量技术、金属切削加工与刀具、金属切削机床、数据加工工艺与编辑、CAD/CAM 技术、机床夹具及其应用、机床控制系统、液压与气动技术等。

培养目标

本专业培养德、智、体、美全面发展,具有良好职业道德和人文素养,掌握机械零部件识图与测绘、CAD三维造型设计、机械加工工艺文件识读与编制,熟悉安全操作规程、各类金属切削加工方法及加工装备、常见零件程序编制方法与加工等基本知识,具备数控机床操作、数控加工程序编制、CAD/CAM软件技术应用等能力,从事数控机床操作与编程、数控加工工艺编制、数控机床维护与调试、生产管理等工作的高素质技术技能人才。

培养要求

本专业是为培养学生从事数控加工、机械产品设计与制造、生产技术管理等方面的高等工程技术应用型人才,是具有实用技能特点的特色专业。要求学生能在生产现场从事产品制造、开发工作,或在技术部门从事工艺、管理工作。主要培养学生数控编程、加工及数控车床、数控铣床、数控加工中心及其它数控设备的操作维修、维护方面的理论知识和专业知识。

教学课程

专业核心课程与主要实践环节:机械制图、机械设计基础、数控加工技术、数控加工编程与操作、数控原理与系统、CAD/CAM应用、数控机床使用及维修、数控机床电气控制、工业企业管理 、制图测绘、PLC实训、机加工实习、CAM实训、数控机床操作技能实训、专业课程的课程设计、毕业实习(设计)等,以及各校的主要特色课程和实践环节。

高等教育自学考试数控技术专业(独立本科段)课程设置与学分

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相关文件:考委[2005]3号、考委[2007]1号

高等教育自学考试数控技术专业(独立本科段)课程设置与学分

发展历史

1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。

1949年,该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究,并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床,当时的数控装置采用电子管元件。

1959年,数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板,出现带自动换刀装置的数控机床,称为加工中心( MC Machining Center),使数控装置进入了第二代。

1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的发展。

60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC),又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。

1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC),这是第五代数控系统。

20世纪80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

20世纪90年代后期,出现了PC+CNC智能数控系统,即以PC机为控制系统的硬件部分,在PC机上安装NC软件系统,此种方式系统维护方便,易于实现网络化制造。

数控技术也叫计算机数控技术(Computerized Numerical Control 简称:CNC),它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置,使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现,均可以通过计算机软件来完成。数控技术是制造业信息化的重要组成部分。

发展前景

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力,关系到一个国家的战略地位。因此,世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。

在我国,数控技术与装备的发展亦得到了高度重视,取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域,以PC平台为基础的国产数控系统,已经走在了世界前列。但是,我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题,特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时,如何有效解决这些问题,使我国数控领域沿着可持续发展的道路,从整体上全面迈入世界先进行列,使我们在国际竞争中有举足轻重的地位,将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。  为完成此任务,首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此,本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势,世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面:

高速、高精加工技术及装备的新趋势

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。  在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。  从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*1000r/mm和1g。  在加工精度方面,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。  在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。

五轴联动加工和复合加工机床快速发展

采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。

当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。

数控系统发展主要趋势 

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller),中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能),形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的名牌产品。开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中,日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”(智能生产控制中心,简称CPC);日本大隈(Okuma)机床公司展出“IT plaza”(信息技术广场,简称IT广场);德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(开放制造环境,简称OME)等,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。

重视新技术标准、规范的建立

关于数控系统设计开发规范

如前所述,开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性,美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。

关于数控标准

数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准,即采用G,M代码描述如何(how)加工,其本质特征是面向加工过程,显然,他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC),其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化。STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命,对于数控技术的发展乃至整个制造业,将产生深远的影响。首先,STEP-NC提出一种崭新的制造理念,传统的制造理念中,NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下,NC程序可以分散在互联网上,这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次,STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸(约75%)、加工程序编制时间(约35%)和加工时间(约50%)。

欧美国家非常重视STEP-NC的研究,欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1~2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者,他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model),其目标是用统一的规范描述所有加工过程。这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。

应用领域

数控技术专业在主要面向机械、模具、电子、电气、轻工等行业,可从事产品设计与加工、数控编程、数控机床操作、数控常用CAM软件多轴加工、数控设备调试与维修等相关工作。

数控技术应用专业的毕业生分配单位的性质分布如下:三资企业占58%,国有企业占26%,民营企业占9%,其他占5%。

数控技术应用专业的毕业生所从事的工作性质分布如下:操作占55.7%,编程占13.4%,维修占9.4%,工艺占8.0%,生产管理占7.1%,质量检测占4.5%,综合占1.2%,营销占1.7%,行政管理占1.4%,其他占5.5%。

可设置的专业方向:数控机床控制技术、数控编程和数控加工技术、机械CAD/CAM。

就业面向:在工业企业,从事数控程序编制、数控设备的使用、维护与技术管理,数控设备销售与售后服务等工作。本专业可获取劳动部组合机床操作工中级职业技术证书、劳动部(数控)加工中心操作工中级职业技术证书。

在发达国家中,数控机床已经大量普遍使用。我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距,机床数控化率还不到2%对于我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用。原因是多方面的,数控人才的匾乏无疑是主要原因之一、由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电一体化综合技术,我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。军工制造业是我国数控技术的主要应用对象。

知识技能

数控人才的知识结构

处于生产一线的各种数控人才主要有二个来源:一是高职或中职的数控技术或机电一体化等专业的毕业生,他们都很年轻,具有不同程度的英语、计算机应用、机械和电气基础理论知识和一定的动手能力,容易接受新工作岗位的挑战。他们最大的缺陷就是学校难以提供的工艺经验,同时,由于学校教育的专业课程分工过窄,仍然难以满足某些企业对加工和维修一体化的复合型人才的要求。而采用双师型的教师队伍对学生进行教学,他们由具有企业技能工作经验的数控技师和从事高职教育多年的讲师组成。为学生毕业后到企业工作创造有利条件。

另一个来源就是从企业现有员工中挑选人员参加不同层次的数控技术中、短期培训,以适应企业对数控人才的急需。这些人员一般具有企业所需的工艺背景、比较丰富的实践经验,但是他们大部分是传统的机类或电类专业的各级毕业生,知识面较窄,特别是对计算机相应软件应用技术和计算机数控系统不太了解。而在数控应用软件方向由具有从业经验数控工程师进行教学,使学生更能够达到企业数控自动化编程和工艺设计以及零件建模要求。

对于数控人才,有以下三个需求层次,所需掌握的知识结构也各不同

数控操作技工:精通机械加工和数控加工工艺知识,熟练掌握数控机床的操作和手工编程,了解自动编程和数控机床的简单维护维修。适合中职学校组织培养。此类人员市场需求量大,适合作为车间的数控机床操作技工。但由于其知识较单一,其工资待遇不会大高。

数控编程员:掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作,掌握复杂模具的设计和制造专业知识,熟练掌握三维CAD/CAM软件,如UG、ProE等;熟练掌握数控手工和自动编程技术;适合高职院校组织培养。适合作为工厂设计处和工艺处的数控编程员。此类人员需求量大,尤其在模具行业非常受欢迎,待遇也较高。

数控机床维护、维修人员:掌握数控机床的机械结构和机电联调,掌握数控机床的操作与编程,熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、PLC和参数设置。精通数控机床的机械和电气的调试和维修。适合高职院校组织培养。适合作为工厂设备处工程技术人员。此类人员需求量相对少一些,但培养此类人员非常不易,知识结构要求很广,适应与数控相关的工作能力强,需要大量实际经验的积非常缺乏,其待遇也较高。

数控通才:具备并精通数控操作技工、数控编程员和数控维护、维修人员所需掌握的综合知识,并在实际工作中积累了大量实际经验,知识面很广。精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计,掌握数控机床的机电联调。能自行完成数控系统的选型、数控机床电气系统的设计、安装、调试和维修。能独立完成机床的数控化改造。是企业(特别是民营企业)的抢手人才,其待遇很高。适合高职院校组织培养。提供特殊的实训措施和名师指导等手段,促其成才。适合于担任企业的技术负责人或机床厂数控机床产品开发的机电设计主管。

对于以上各类数控人才,主要的基础知识基本相同,专业课的内容和重点不同。在课程设置方面应特别加强实训内容和与企业实习的内容,因材施教,培养企业所需的人才。在学校学习主要获得数控类职业资格等级证书、全国高校计算机等级证书、AutoCAD中级证书、维修电工/机修钳工中级证书等。

主要院校

开设数控专业的相关重点院校:福州大学、山东理工大学、兰州交通大学,集美大学、广东工业大学、南昌大学、南京工程学院、大连交通大学、重庆交通大学、辽宁工业大学、成都工业学院、黑龙江工程学院、南阳理工学院,淮阴工学院、西华大学、沈阳理工大学、河北工业大学、华南农业大学、青岛理工大学,浙江师范大学、山东华宇工学院、聊城职业技术学院、山东科技大学、重庆工学院、长沙理工大学、河南科技大学、宜宾职业技术学院[2]南阳职业学院(两年制)、重庆航天职业技术学院、重庆工业职业技术学院、长沙航空职业技术学院(军队校名空军航空维修技术学院)、湖南信息职业技术学院、湖北汽车工业学院、泰州职业技术学院、四川工程职业技术学院、北华航天工业学院、长沙南方职业技术学院、湖北轻工职业技术学院、无锡商业职业技术学院、丽水职业技术学院、四川大学职业技术学院、郑州蓝天学校、南通职业大学[3]、陕西国防工业职业技术学院、顺德职业技术学院

就业前景

主要面向机械、模具、电子、电气、轻工等行业,从事设计、制造、工艺、设备维护、销售等相关工作。社会对本专业的人才需求旺盛,与三一重工、中联重科、比亚迪、山河智能、中航集团等企业建立了实习、就业基地。

6. 数控技术行业现状分析

数控技术的前景还可以,现在大部分的东西都是靠数控加工出来的,底薪不错,就是工作比较辛苦。

培养目标:主要培养数控机床操作人员、数控编程工艺人员、CNC数控编程、数控设备维修人员、数控设备营销人员。

就业方向:数控技术专业毕业生主要面向珠三角外资大中型企事业单位及国有企事业单位的操作、销售、工艺、设备维护等部门。此外还能从事CAD/CAM软件应用,数控系统或设备的销售与技术服务工作,数控设备的安装调试及维护,以及车间生产组织与管理等工作等。

薪酬统计:

通过647份数控技术专业就业状况分析,数控技术专业平均薪酬水平为 4910 元。

若按照工作经验和工龄来统计,数控技术专业应届毕业生工资3700,0-2年工资4580,6-7年工资4870,3-5年工资5330,10年以上工资6330,8-10年工资5750。

排名统计:

数控技术专业在所有 1099个专业中,就业排名第504;

数控技术专业在制造62个专业中,就业排名第18;

数控技术专业在机械设计制造类30个专业中,就业排名第8。

7. 数控技术的现状和发展趋势

高端机床领域,比如五轴机床,发展起步较晚,还有许多问题有待突破。数控机床行业如今面临的一个严峻问题,就是高端数控机床进口占主导。

从数控机床进口量的相关数据来看,2012年11月起,我国数控机床进口量整体呈现下行趋势,然而进口价却一直在上升,这可以表明高端数控机床进口量持续上升。

不说机床本身,数控机床是机床实现自动化智能化的主要产品,其数控系统的水平是判定数控机床水平高低的一个重要指标。

然而,中国90%的数控系统都需要从国外进口。

国产数控系统,尤其是高档数控系统与国外技术相比,无论是加工精度、稳定性还是可靠性方面,差距依然十分明显。

8. 数控技术的现状及发展趋势分析

主要有以下几个趋势:

1、高速化

随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用,对数控机床加工的高速化要求越来越高。

2、高精度化 

数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度,机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。

3、功能复合化

复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等。

工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工,减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差。

提高了零件加工精度,缩短了产品制造周期,提高了生产效率和制造商的市场反应能力,相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。

4、控制智能化

随着人工智能技术的发展,为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求,数控机床的智能化程度在不断提高。

9. 综述当前数控技术发展现状与趋势

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NC

(Numerical Control,数字控制,简称数控),指用离散的数字信息控制机械等装置的运行,只能由操作者自己编程

DNC

直接数字控制系统(DNC)

用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统

CNC

CNC技术应用

CNC技术的发展相当迅速,这大大提高了模具加工的生产率,其中运算速度更快捷的CPU是CNC技术发展的核心。CPU的改进不仅仅是运算速度的提高,而且速度本身也涉及到了其它方面CNC技术的改进。正因为近几年CNC技术发生了如此大的变化,才值得我们对当前CNC技术在模具制造业的应用情况作一个综述。

程序块处理时间及其它由于CPU处理速度的提高,以及CNC制造商将高速度CPU应用到高度集成化的CNC系统中, CNC的性能有了显著的改善。反应更快、更灵敏的系统实现的不仅仅是更高的程序处理速度。事实上,一个能够以相当高的速度处理零件加工程序的系统在运行过程中也有可能象一个低速处理系统,因为即使是功能完备的CNC系统也存在着一些潜在的问题,这些问题有可能成为限制加工速度的瓶颈。

目前大多数模具厂都意识到高速加工需要的不仅仅是较短的加工程序处理时间。在很多方面,这种情况和赛车的驾驶很相似。速度最快的赛车就一定能赢得比赛吗?即使是一个偶尔才观看车赛的观众都知道除速度以外,还有许多因素影响着比赛的结果。

首先,车手对于赛道的了解程度很重要:他必须知道何处有急转弯,以便能恰如其分地减速,从而安全高效地通过弯道。在采用高进给速度加工模具的过程中,CNC中的待加工轨迹监控技术可预先获取锐曲线出现的信息,这一功能起着同样的作用。

同样的,车手对其他车手动作以及不可确定因素的反应灵敏程度与CNC中的伺服反馈的次数类似。CNC中伺服反馈主要包括位置反馈、速度反馈和电流反馈。

当车手驾车绕赛道行驶时,动作的连贯性,能否熟练地刹车、加速等对车手的临场表现有着非常重要的影响。同样地,CNC系统的钟形加速/减速和待加工轨迹监控功能利用缓慢加速/减速来代替突然变速,以保证机床的平稳加速。

除此以外,赛车和CNC系统还有其它相似的地方。赛车发动机的功率类似于CNC的驱动装置和电机,赛车的重量可以和机床中运动构件的重量相提并论,赛车的刚度和强度则类似于机床的强度和刚度。CNC修正特定路径误差的能力与车手具备的将赛车控制在车道内的能力极其相似。

另一个与目前CNC相似的情况是,那些速度不是最快的赛车往往需要技术全面的车手。过去只有高档的CNC才能在高速切削的同时保证较高的加工精度。如今,中、低档的CNC所具备的功能也有可能令人满意地完成工作。虽然高档CNC具备目前所能获得的最佳性能,但也存在着这种可能,即你所使用的低档CNC具有与同类产品中高档CNC一样的加工特性。过去,限制模具加工最高进给速度的因素是CNC,今天则是机床的机械结构。在机床已处于性能极限的情况下,更好的CNC也不会使性能再提高。

CNC系统的内在特性

以下是目前模具加工过程中的一些基本的CNC特性:

1. 曲线曲面的非均匀有理B样条(NURBS)插补

该项技术采用沿曲线插补的方式,而不是采用一系列短直线来拟合曲线。这一技术的应用已经相当普遍。许多模具行业目前使用的CAM软件都提供了一个选项,即生成NURBS插补格式的零件程序。同时,功能强大的CNC还提供了五轴插补功能以及与此相关的特性。这些性能提高了表面精加工的质量,改善了电机运行的平稳度,提高了切削速度,并使零件加工程序更小。

2. 更小的指令单位

大多数的CNC系统向机床主轴传递运动和定位指令的单位不小于1微米。在充分利用CPU处理能力提高这一优势后,一些CNC系统的最小指令单位甚至可达到1纳米(0.000001mm)。在指令单位缩小1000倍后,可获得更高的加工精度,可使电机运行得更平稳。电机运行的平稳使得一些机床能够在床身振动不加大的前提下,以更高的加速度运行。

3. 钟形曲线加速/减速

也称作为S曲线加速/减速,或爬行控制。与使用直线加速方式相比,这种方式可使机床获得更好的加速效果。与其它加速方式相比,也包括直线方式和指数方式,采用钟形曲线方式可获得更小的定位误差。

4. 待加工轨迹监控

这一技术已被广泛使用,该技术具有众多性能差异,使其在低档控制系统中的工作方式与高档控制系统中的工作方式得以区别开来。总的来讲, CNC就是通过加工轨迹监控来实现对程序的预处理,以此来确保能获得更优异的加速/减速控制。根据不同的CNC的性能,待加工轨迹监控所需的程序块数量从两个到上百个不等,这主要取决于零件程序的最短加工时间和加速/减速的时间常数。一般而言,要想满足加工要求,至少需要十五个待加工轨迹监控程序块。

5. 数字伺服控制

数字伺服系统的发展如此迅速,以至于大多数机床制造商都选择该系统作为机床的伺服控制系统。使用该系统后,CNC能够更及时地控制伺服系统,而且CNC对机床的控制也变得更精确。

数字伺服系统的作用如下:

1) 将提高电流环路的采样速度,再加上电流环控制的改善,从而降低电机温升。这样,不仅可以延长电机的寿命,还可以减少传递到滚珠丝杠的热量,从而提高丝杠的精度。除此之外,采样速度的加快还可以提高速度回路的增益,这些都有助于提高机床的整体性能。

2) 由于许多新的CNC使用高速序列与伺服回路相连,因此通过通讯链路,CNC可获得更多的电机和驱动装置的工作信息。这可提高机床的维护性能。

3) 连续的位置反馈允许在高速进给的情况下进行高精度的加工。CNC运算速度的加快使得位置反馈的速率成为制约机床运行速度的瓶颈。在传统的反馈方式中,随着CNC和电子设备的外部编码器的采样速度的变化,反馈速度受到信号类型的制约。采用串行反馈,这一问题将得到很好的解决。即使机床以很高的速度运行,也可达到精密的反馈精度。

6. 直线电机

近几年来,直线电机的工作性能和欢迎度有了显著的提高,所以很多加工中心采用了这一装置。至今,Fanuc公司至少已经安装了1000台直线电机。GE Fanuc的一些先进技术使得机床上的直线电机的最大输出力为15,500N,最大加速度为30g。另一些先进技术的应用使机床的尺寸得以减小,重量得以减轻,冷却效率大为提高。所有这些技术上的进步使直线电机在与旋转电机相比时,优势更强:更高的加/减速率;更准确的定位控制,更高的刚度;更高的可靠性;内部的动态制动。

外部附加特性:开放式CNC系统

采用开放式 CNC系统的机床发展非常迅速。目前可供选择的通讯系统的通讯速度都较高,因而出现多种类型的开放式CNC结构。绝大多数的开放式系统将标准的PC机的开放性与传统CNC的功能相结合。这样做最大的好处在于:即使机床的硬件已经过时,开放式的CNC仍然允许其性能随现有技术和加工要求改变。借助于其它软件,还可以向开放式CNC中添加其它功能。这些性能可以是与模具加工密切相关的,也可以是与模具加工关系不大的。通常情况下,模具车间使用的开放式CNC系统具有以下这些常用的功能选择:

价格低廉的网络通讯;

以太网;

自适应控制功能;

可供连接条形码阅读器、刀具序列号阅读器和/或托盘序列号系统的接口;

保存和编辑大量零件程序的功能;

存储程序控制信息的采集;

文件处理功能;

CAD/CAM技术的集成和车间规划;

通用的操作界面。

最后一点极为重要。因为模具加工对操作简单的CNC 的需求越来越大。在这个概念中,最重要就是不同的CNC具有相同的操作界面。就一般情况而言,不同机床的操作人员必须分开培训,因为不同类型的机床,以及不同制造商生产的机床使用的CNC界面都不相同。开放式CNC系统为整个车间使用同一个CNC控制界面创造了机会。

现在,机床的所有者即使不懂C语言,也可以为CNC操作设计自己的界面了。此外,开放式系统的控制器允许根据个人的需要,设定不同的机器运转方式。这样操作者、编程人员和维修者可按自己的要求进行设置。在使用时,屏幕上只出现他们需要的特定信息。采用这样的方式可减少不必要的页面显示,有助于简化CNC操作。

五轴加工

在制造复杂模具的过程中,五轴加工的应用变得越来越广。使用五轴加工,可以减少加工一个零件所需的工装或/和机床的数量,加工过程所需的设备数量将被减至最低,与此同时也降低了总的加工时间。CNC的功能越来越强,这使得CNC制造商能够提供更多的五轴特性。

从前只有高档CNC才具备的功能,如今也被用在中档产品上。对于那些从未使用过五轴加工技术的厂家而言,这些特性的应用使得五轴加工变得更简单。将目前的CNC技术用于五轴加工,使得五轴加工具备以下优势:

减少专用工具的需求;

允许在完成零件程序后再设定刀具的偏置;

支持通用程序的设计,这样经过后处理的程序可以在不同机床之间互换使用;

提高精加工的质量;

可用于不同结构的机床,这样就不必在程序中说明是主轴还是工件在绕中心点转动。因为这将由CNC 的参数来解决。

我们可以用球形铣刀的补偿的例子来说明为何五轴特别适用于模具加工。在零件和刀具绕中枢轴旋转时,为了准确地补偿球形铣刀的偏置,CNC必须能够在X、Y、Z三个方向动态地调整刀具的补偿量。保证刀具切触点的连续,有利于提高精加工的质量。

此外,五轴CNC的用途还表现在:与绕主轴旋转刀具相关的特性,与绕主轴旋转零件相关的特性,以及允许操作者采用手动方式改变刀具矢量的特性。

当采用刀具的中轴线作为回转轴线时,原来Z轴方向的刀具长度偏置将被分成X、Y、Z三个方向的分量。另外,原来X、Y轴方向的工具直径偏置也被分为X、Y、Z轴三个方向的分量。 由于在切削工程中,刀具可以沿旋转轴方向做进给运动,所有这些偏置必须动态更新,以便说明连续变化的刀具的方位。

CNC另一项被称为“刀具中心点编程”的特性,允许编程人员定义刀具的路径和中心点速度,CNC通过旋转轴和直线轴方向的命令来保证刀具按照程序运动。这一特性使得刀具的中心点不再随刀具的变化而变化,这也意味着:在五轴加工中可以象三轴加工一样直接输入刀具的偏置,还可以通过再一次后置程序来说明刀具长度的改变。这种通过使主轴旋转来实现转轴的运动特性简化了刀具的编程后置处理。

利用同样的功能,使工件绕中枢轴旋,机床也可以获得旋转运动。新研制的CNC能够通过动态地调整固定偏置和旋转坐标轴来配合零件的运动。当操作人员采用手动方式来实现机床的慢速进给时,CNC系统同样起着重要的作用。新研制的CNC系统同样允许轴沿着刀具向量的方向缓慢进给,在没有刀尖位置变化的前提下,还允许改变刀尖向量的方向(参看上面的插图)。

这些特性使得操作人员在使用五轴加工机床的过程中,能够很容易地使用目前在模具业广泛使用的3+2编程法。然而,随着新的五轴加工功能的逐渐发展和这种功能逐浙被接受,真正的五轴模具加工机床可能会更普遍