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| 數(shù)控系統(tǒng)的絢彩未來 |
| 發(fā)布時(shí)間：2009/6/2 11:20:00 來源：鑫泰科技 發(fā)布者：manni123 |
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數(shù)控系統(tǒng)從其問世以來，發(fā)展至今已經(jīng)走過了半個(gè)多世紀(jì)的歷程。在數(shù)控系統(tǒng)的演變過程中經(jīng)歷了最早的NC系統(tǒng)，后來引進(jìn)了DNC的概念，DNC的概念也經(jīng)歷了從“群控”到“分布式控制”的變化，其內(nèi)涵也發(fā)生了變化。上世紀(jì)70年代初，通用小型計(jì)算機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)并批量生產(chǎn)，其運(yùn)算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，于是小型計(jì)算機(jī)被用做數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段。由于PC機(jī)的快速發(fā)展，也促使了以PC為基礎(chǔ)的開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的誕生。
中國作為全球最大的數(shù)控機(jī)床消費(fèi)市場(chǎng)，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的需求潛力巨大。國內(nèi)、國外眾多的數(shù)控系統(tǒng)品牌均活躍在中國機(jī)床市場(chǎng)，被不同的行業(yè)和用戶所選用。如何看待數(shù)控系統(tǒng)未來的發(fā)展方向？如何正確認(rèn)識(shí)不同品牌的數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)？近日，本刊記者與北京機(jī)床研究所的盛伯浩教授圍繞數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的交流。
向開放式體系結(jié)構(gòu)，基于PC的第六代方向發(fā)展
基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對(duì)外開放的，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進(jìn)行系統(tǒng)集成，同時(shí)它也為用戶根據(jù)實(shí)際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來了極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時(shí)，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級(jí)而升級(jí)，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。
向智能化方向發(fā)展
應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過程中的一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工，引入故障診斷專家系統(tǒng)，智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置，可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。
智能化是21世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大方向。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ埽胰藱C(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。
向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其他控制系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，制造業(yè)又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e-制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國際先進(jìn)機(jī)床制造商提供標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時(shí)要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。
數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，同時(shí)注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善，數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成的柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS連接，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。
向高可靠性方向發(fā)展
隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追求的目標(biāo)。對(duì)于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在P(t)＝99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時(shí)間MTBF就必須大于3000小時(shí)。對(duì)某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí))，此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于10萬小時(shí)。如果對(duì)整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。
當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上。
向復(fù)合化方向發(fā)展
在零件加工過程中有大量的時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降上，為了盡可能降低這些非加工時(shí)間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺(tái)機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī)種。
柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后，機(jī)床便能按照數(shù)控加工程序，自動(dòng)進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個(gè)復(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種加工工序。復(fù)合化的要求促使數(shù)控系統(tǒng)功能的整合。目前，高端的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)商都能提供高性能的復(fù)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。
向多軸聯(lián)動(dòng)化方向發(fā)展
由于在加工自由曲面時(shí)，3軸聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進(jìn)而對(duì)工件的加工質(zhì)量造成破壞性影響，而5軸聯(lián)動(dòng)控制對(duì)球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡(jiǎn)單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。因此，數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)商不遺余力地開發(fā)5軸、6軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，隨著5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的成熟和日益普及，5軸聯(lián)動(dòng)控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)被廣泛使用。
我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展
華中數(shù)控、廣州數(shù)控、藍(lán)天數(shù)控、廣泰數(shù)控、凱恩帝數(shù)控、大連光洋數(shù)控是國內(nèi)生產(chǎn)、研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的主要品牌，其產(chǎn)品的發(fā)展和改進(jìn)，推動(dòng)了我國機(jī)床行業(yè)的進(jìn)步。
我國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品中90%以上是中低端產(chǎn)品，低檔數(shù)控系統(tǒng)通常用機(jī)動(dòng)的分級(jí)變頻控制進(jìn)行變速，屬于開環(huán)控制，加工精度較低。中檔數(shù)控系統(tǒng)通常采用半閉環(huán)伺服電機(jī)，控制各軸的運(yùn)動(dòng)分辨率達(dá)到1μm。高檔數(shù)控系統(tǒng)是指高速、精密、多軸、復(fù)合，如5軸聯(lián)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中有很多補(bǔ)償功能，分辨率優(yōu)于0.1μm，全閉環(huán)控制，可以完成復(fù)雜型面的精密加工。中高檔產(chǎn)品是我國數(shù)控系統(tǒng)重點(diǎn)研發(fā)的方向。
國外主要數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品
FANUC數(shù)控系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣的數(shù)控產(chǎn)品，其0系列數(shù)控系統(tǒng)是FANUC普及型數(shù)控產(chǎn)品，體積小、價(jià)格相對(duì)低，在數(shù)字化、精密化、高速化等方面性能優(yōu)良，可實(shí)現(xiàn)4軸聯(lián)動(dòng)控制，其下有0i系統(tǒng)等。
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