数控技术

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数控技术是指由数字、文字和符号组成的数字指令来控制一台或多台机械设备动作的技术,该技术可以有效地提高零部件制造精度和生产效率,是机械自动化技术的重要组成部分,世界各国科研人员一直在研究和深化这门技术。

1952年,美国研制出世界第一台数控机床(美国PARSONS公司与麻省理工学院(MIT)合作研制的三坐标数控铣床),第一台数控机床的问世,标准着数控技术有了一个赞新的起点,同时也为后续一系列数控产品和体系的研发奠定了有力的基础。

“开放式数控体系”作为数控体系中的较为“前沿”一员,是目前以至未来数控体系的发展方向,它不仅能够实现在不同厂商的各种平台上运行应用程序,支持与其它应用系统进行相互操作,并能向用户提供统一的交互界面风格,有效地解决了控制系统专一和产品多样化需求的矛盾。

该体系具有互操作性、可移植性、可互换性、可扩展性、可互操作性的特点。

开放式控制系统是机床控制技术的发展方向,将给数控系统供应商、机床制造商和最终用户都带来效益。

开放式数控系统从20世纪90年代初就走入了人们的视线。

初期的开放式系统仍然是面向特定装置、硬件和软件的。

数控系统是数控技术的核心,现代开放式数控系统已经由一开始的硬件数控到计算机数控逐渐发展到以微型计算机为基础的数控和柔性制造系统等,并朝着更高的水平发展,随着全球化市场的发展,市场的竞争越来越激烈,对制造商的产品不但要求质量好,价格优惠,交货时间短,售后服务好,还要求满足用户的特殊需要,因为传统的数控系统是一种专用的封闭系统,已经不能满足市场发展的需求了,所以要求传统的数控体系进一步向开放式数控体系转化;开放式数控体系能够帮助解决用户的二次开发、即插即用、独立开发一系列专用功能和其它有个性的模块、能够互相兼容及适应网络技术在工业生产领域应用上的需求。

开放式数控体系研究的内容包括
(1)高速化发展,为提高效率,需广泛采用新型功能部件,如直线电机、高速滚珠丝杠、直线重载导轨、高速电主轴,充分发挥现代刀具材料的性能,实现高速加工;
(2)提高精度,精密化是为适应高新技术发展的需要,精度已由微米级发展到亚纳米级、纳米级(<10nm);
(3)集中工序,尽量减少装夹次数,提高生产率和工作精度;
(4)环境保护,随着人类环保意识的提高,对机床提出了无冷却、无
润滑、无气味的要求,机床的排屑、除尘等装置也发生深刻变化;
(5)智能化,计算机技术及应用软件在产品中的技术含量越来越高,如采用软件补偿技术提高精度,使机床的结构简化,远程控制、远程故障排除及维护成为可能;
(6)网络化,网络化制造是未来制造的思想,采用internet技术建立灵活有效、互惠互利的动态联盟,有效地实现研究、设计、生产和销售各种资源的重组,从而提高企业的市场快速响应和竞争能力的新模式。

现代网络技术已逐步成熟,未来的数控体系也需紧密契合网络技术的快捷性、跨区域性、集成性等特点,实现制造管理的网络化。

开放式数控体系由于其自身的先进性,必然会成为未来智能化制造技术的主导力量,但其研发过程中仍存在诸多的难点。

(1)整机优化设计技术,由于开放式数控体系的研发和应用必将适用于大型乃至超大型制造设备,其整机优化设计的技术比将成为一个难点所在;
(2)软件开放式CNC,因该体系运行在通用的非实时window操作系统平台上,系统的实时性处理是一个难点,针对其弱实时的特性,通常对其内核进行实时扩展,引入强实时扩展软件,以处理强实时任务;
(3)高速主轴动刚度与轴承热平衡系统和动平衡的研究,开放式数控体系其中一个发展趋势是高速化发展,高速主轴动刚度与轴承热平衡系统和动平衡的研究需同步进行,这也是目前国内较为欠缺的一块;
(4)高速进给动态特性测试、前瞻控制、加速度平稳控制技术,冷却、润滑技术,多轴联动、多工序复合加工工艺;
(5)国内许多制造企业高层次科技人才严重匮乏,特别是缺乏精通外语又有经验的高级复合型技术人才,而且很少与国外先进同行进行广泛的技术交流,对许多关键技术仅仅是一知半解,拟制了技术前瞻性研究,致使企业新产品的研发主要还是依靠经验和模仿,制约了高档产品的发展;
(6)国内制造企业普遍工艺装备和检测实验手段落后,装备数控化率很低,尤其是缺乏高精水平的关键设备和基础实验条件;
(7)制造行业配套体系不合理,重主机、轻配套,尤其是数控系统、电主轴、刀库机械手包括液压元件、刀具、轴承等关键配套发展滞后,也制约了高档产品关键技术的突破。

在计算机技术飞速发展的今天,商业和办公自动化的软硬件系统开放性已经
非常好,如果计算机的任何软硬件出了故障,都可以很快从市场买到它并加以解决,而这在传统封闭式数控系统中是做不到的。

为克服传统数控系统的缺点,数控系统正朝着开放式数控系统的方向发展。

开放式数控系统是制造技术领域的革命性飞跃。

其硬件、软件和总线规范都是对外开放的,由于有充足的软、硬件资源可被利用,系统软硬件可随着PC技术的发展而升级,不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持,而且针对用户的二次开发也带来方便,促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用,既可通过升档或裁剪构成各种档次的数控系统,又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统,开发周期大大缩短。