1、秋風清,秋月明 , 落葉聚還散 , 寒鴉棲復驚。數控畢業論文范文 -數控技術和裝備發展趨勢及對策2007年 05月 25日 星期五 09:03摘要:簡要介紹了當今世界數控技術及裝備發展的趨勢及 我國數控裝備技術發展和產業化的現狀, 在此基礎上討論了在我國加入 WTO 和對外開放進 一步深化的新環境下, 發展我國數控技術及裝備、 提高我國制造業信息化水平和國際競爭能 力的重要性,并從戰略和策略兩個層面提出了發展我國數控技術及裝備的幾點看法。裝備工業的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度, 數控技術及裝 備是發展新興高新技術產業和尖端工業(如信息技術及其產業、生物技術及其產業、

2、航空、 航天等國防工業產業 的使能技術和最基本的裝備。 馬克思曾經說過 “ 各種經濟時代的區別, 不在于生產什么,而在于怎樣生產,用什么勞動資料生產 ” 。制造技術和裝備就是人類生產 活動的最基本的生產資料, 而數控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。 當今世 界各國制造業廣泛采用數控技術, 以提高制造能力和水平, 提高對動態多變市場的適應能力 和競爭能力。 此外世界上各工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資, 不 僅采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業, 而且在 “ 高精尖 ” 數控關鍵技術和裝備方面 對我國實行封鎖和限制政策。 總之, 大力發展以數控技術為核心的先

3、進制造技術已成為世界 各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術, 數控裝備是以數控技術為代 表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透形成的機電一體化產品, 即所謂的數字化裝 備,其技術范圍覆蓋很多領域:(1機械制造技術; (2信息處理、加工、傳輸技術; (3自動 控制技術; (4伺服驅動技術; (5傳感器技術; (6軟件技術等。1 數控技術的發展趨勢數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化, 使制造業成為工業化的象征, 而且 隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大,他對國計民生的一些重要行業(IT 、汽車、輕 工

4、、 醫療等 的發展起著越來越重要的作用, 因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展 的大趨勢。 從目前世界上數控技術及其裝備發展的趨勢來看, 其主要研究熱點有以下幾個方 面14。1. 1 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢效率、 質量是先進制造技術的主體。 高速、高精加工技術可極大地提高效率,提高產品的質 量和檔次, 縮短生產周期和提高市場競爭能力。 為此日本先端技術研究會將其列為 5大現代 制造技術之一,國際生產工程學會(CIRP 將其確定為 21世紀的中心研究方向之一。 在轎車工業領域,年產 30萬輛的生產節拍是 40秒 /輛,而且多品種加工是轎車裝備必須解 決的重點問題之一;在航空和宇航工

5、業領域,其加工的零部件多為薄壁和薄筋,剛度很差, 材料為鋁或鋁合金, 只有在高切削速度和切削力很小的情況下, 才能對這些筋、 壁進行加工。 近來采用大型整體鋁合金坯料 “ 掏空 ” 的方法來制造機翼、 機身等大型零件來替代多個零件通 過眾多的鉚釘、 螺釘和其他聯結方式拼裝,使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都 對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。從 EMO2001展會情況來看,高速加工中心進給速度可達 80m/min,甚至更高,空運行速度 可達 100m/min左右。目前世界上許多汽車廠,包括我國的上海通用汽車公司,已經采用以 高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國 CIN

6、CINNATI 公司的 HyperMach 機床 進給速度最大達 60m/min,快速為 100m/min,加速度達 2g ,主軸轉速已達 60 000r/min。加 工一薄壁飛機零件,只用 30min ,而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h ,在普通銑床加 工需 8h ;德國 DMG 公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達 12*!000r/mm和 1g 。 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 10m提高到 5m,精密級 加工中心則從 35m, 提高到 11.5m, 并且超精密加工精度已開始進入納米級 (0.01m。 在可靠性方面, 國外數控裝置的 MTBF 值已

7、達 6 000h以上, 伺服系統的 MTBF 值達到 30000h 以上,表現出非常高的可靠性。為了實現高速、 高精加工,與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發展,應 用領域進一步擴大。1.2 5軸聯動加工和復合加工機床快速發展采用 5軸聯動對三維曲面零件的加工, 可用刀具最佳幾何形狀進行切削, 不僅光潔度高, 而 且效率也大幅度提高。一般認為, 1臺 5軸聯動機床的效率可以等于 2臺 3軸聯動機床,特 別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時, 5軸聯動加工可比 3軸聯 動加工發揮更高的效益。但過去因 5軸聯動數控系統、主機結構復雜等原因,其價格要比 3軸聯動數控

8、機床高出數倍,加之編程技術難度較大,制約了 5軸聯動機床的發展。當前由于電主軸的出現, 使得實現 5軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化, 其制造難度和 成本大幅度降低, 數控系統的價格差距縮小。 因此促進了復合主軸頭類型 5軸聯動機床和復 合加工機床(含 5面加工機床的發展。在 EMO2001展會上,新日本工機的 5面加工機床采用復合主軸頭,可實現 4個垂直平面的 加工和任意角度的加工, 使得 5面加工和 5軸加工可在同一臺機床上實現, 還可實現傾斜面 和倒錐孔的加工。 德國 DMG 公司展出 DMUV oution 系列加工中心, 可在一次裝夾下 5面加 工和 5軸聯動加工,可由 CNC 系

9、統控制或 CAD/CAM直接或間接控制。1.3 智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發展的主要趨勢21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統,智能化的內容包括在數控系統中的各個方 面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化, 如加工過程的自適應控制, 工藝參數自動生 成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、 電機參數的自適應運算、 自動 識別負載自動選定模型、 自整定等; 簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的自動編 程、 智能化的人機界面等; 還有智能診斷、 智能監控方面的內容、 方便系統的診斷及維修等。 為解決傳統的數控系統封閉性和數控應用軟件的產業化生產存在的問題。 目

10、前許多國家對開 放式數控系統進行研究,如美國的 NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control、 歐共體的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems、日本的OSEC(Open System Environment for Controller, 中國的 ONC(Open Numerical Control System等。 數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。 所謂開放式數控系統就是數控系統的開 發可以在統一的運行平臺上, 面向機床廠家

11、和最終用戶, 通過改變、 增加或剪裁結構對象 (數 控功能 ,形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中,快速 實現不同品種、 不同檔次的開放式數控系統, 形成具有鮮明個性的名牌產品。 目前開放式數 控系統的體系結構規范、 通信規范、 配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功 能軟件開發工具等是當前研究的核心。網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。 數控裝備的網絡化將極大地滿 足生產線、 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、虛 擬企業、 全球制造的基礎單元。 國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推 出了

12、相關的新概念和樣機,如在 EMO2001展中,日本山崎馬扎克(Mazak 公司展出的 “CyberProduction Center” (智能生產控制中心,簡稱 CPC ;日本大隈(Okuma 機床公司 展出 “IT plaza” (信息技術廣場,簡稱 IT 廣場 ;德國西門子 (Siemens公司展出的 Open Manufacturing Environment(開放制造環境,簡稱 OME 等,反映了數控機床加工向網絡化 方向發展的趨勢。1.4 重視新技術標準、規范的建立1.4.1 關于數控系統設計開發規范如前所述,開放式數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性,美國、歐共體和日本 等

13、國紛紛實施戰略發展計劃, 并進行開放式體系結構數控系統規范 (OMAC、 OSACA 、 OSEC 的研究和制定,世界 3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和規范的制定, 預示了數控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在 2000年也開始進行中國的 ONC 數控 系統的規范框架的研究和制定。1.4.2 關于數控標準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年間的信息交換都是基于 ISO6983標準,即采用 G , M 代碼描述如何(how 加工,其本質特征是面向加工過程,顯 然, 他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

14、 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。STEP-NC 的出現可能是數控技術領域的一次革命,對于數控技術的發展乃至整個制造業, 將產生深遠的影響。首先, STEP-NC 提出一種嶄新的制造理念,傳統的制造理念中, NC 加 工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下, NC 程序可以分散在互聯網上,這正是數控 技術開放式、 網絡化發展的方向。 其次, STEP-NC 數控系統還可大大減少加工圖紙 (約 75% 、 加工程序編制

15、時間(約 35%和加工時間(約 50% 。目前,歐美國家非常重視 STEP-NC 的研究,歐洲發起了 STEP-NC 的 IMS 計劃 (1999.1.1 2001.12.31 。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的 20個 CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商 和學術機構。美國的 STEP Tools 公司是全球范圍內制造業數據交換軟件的開發者,他已經 開發了用作數控機床加工信息交換的超級模型 (Super Model, 其目標是用統一的規范描述所 有加工過程。目前這種新的數據交換格式已經在配備了 SIEMENS 、 FIDIA 以及歐洲 OSACA-NC 數控系統的原型樣機上進行了驗證。

16、2 對我國數控技術及其產業發展的基本估計我國數控技術起步于 1958年,近 50年的發展歷程大致可分為 3個階段:第一階段從 1958年到 1979年,即封閉式發展階段。在此階段,由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的限 制, 數控技術的發展較為緩慢。 第二階段是在國家的 “ 六五 ” 、 “ 七五 ” 期間以及 “ 八五 ” 的前期, 即引進技術,消化吸收, 初步建立起國產化體系階段。在此階段, 由于改革開放和國家的重 視, 以及研究開發環境和國際環境的改善, 我國數控技術的研究、 開發以及在產品的國產化 方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的 “ 八五 ” 的后期和 “ 九五 ” 期間,

17、 即實施產業化 的研究,進入市場競爭階段。在此階段, 我國國產數控裝備的產業化取得了實質性進步。在 “ 九五 ” 末期,國產數控機床的國內市場占有率達 50%,配國產數控系統(普及型也達到 了 10%。縱觀我國數控技術近 50年的發展歷程,特別是經過 4個 5年計劃的攻關,總體來看取得了 以下成績。a. 奠定了數控技術發展的基礎,基本掌握了現代數控技術。我國現在已基本掌握了從數控系 統、伺服驅動、 數控主機、 專機及其配套件的基礎技術,其中大部分技術已具備進行商品化 開發的基礎,部分技術已商品化、產業化。b. 初步形成了數控產業基地。 在攻關成果和部分技術商品化的基礎上, 建立了諸如華中數控、

18、 航天數控等具有批量生產能力的數控系統生產廠。 蘭州電機廠、 華中數控等一批伺服系統和 伺服電機生產廠以及北京第一機床廠、 濟南第一機床廠等若干數控主機生產廠。 這些生產廠 基本形成了我國的數控產業基地。c. 建立了一支數控研究、開發、管理人才的基本隊伍。雖然在數控技術的研究開發以及產業化方面取得了長足的進步,但我們也要清醒地認識到, 我國高端數控技術的研究開發, 尤其是在產業化方面的技術水平現狀與我國的現實需求還有 較大的差距。雖然從縱向看我國的發展速度很快, 但橫向比(與國外對比 不僅技術水平有 差距, 在某些方面發展速度也有差距, 即一些高精尖的數控裝備的技術水平差距有擴大趨勢。 從國際

19、上來看,對我國數控技術水平和產業化水平估計大致如下。a. 技術水平上,與國外先進水平大約落后 1015年,在高精尖技術方面則更大。b. 產業化水平上,市場占有率低,品種覆蓋率小,還沒有形成規模生產;功能部件專業化生 產水平及成套能力較低; 外觀質量相對差;可靠性不高, 商品化程度不足; 國產數控系統尚 未建立自己的品牌效應,用戶信心不足。c. 可持續發展的能力上,對競爭前數控技術的研究開發、工程化能力較弱;數控技術應用領 域拓展力度不強;相關標準規范的研究、制定滯后。分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面。a. 認識方面。對國產數控產業進程艱巨性、復雜性和長期性的特點認識不足;對市場的不規

20、范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足;對我國數控技術應用水平及能力分析不夠。 b. 體系方面。從技術的角度關注數控產業化問題的時候多,從系統的、產業鏈的角度綜合考 慮數控產業化問題的時候少; 沒有建立完整的高質量的配套體系、 完善的培訓、 服務網絡等 支撐體系。c. 機制方面。不良機制造成人才流失,又制約了技術及技術路線創新、產品創新,且制約了 規劃的有效實施,往往規劃理想,實施困難。d. 技術方面。企業在技術方面自主創新能力不強,核心技術的工程化能力不強。機床標準落 后,水平較低,數控系統新標準研究不夠。3 對我國數控技術和產業化發展的戰略思考3.1 戰略考慮我國是制造大國, 在世界產業轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移, 即要掌握先進制造 核心技術,否則在新一輪國際產業結構調整中,我國制造業將進一步 “ 空芯 ” 。我們以資源、 環境、市場為代價,交換得到的可能僅僅是世界新經濟格局中的國際 “ 加工中心 ” 和 “ 組裝中 心 ” , 而非掌握核心技術的制造中心的地位, 這樣將會嚴重影響我國現代制造業的發展進程。