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晚点寿司
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玉米大叉叉

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我们机电系的一篇论文,看看行不行 雕塑曲面体混流式叶片的多轴联动数控加工编程技术 摘要:转轮叶片是水轮机能量转换的关键部件,也是最难加工的零件,目前多轴联动数控加工是解决该类大型雕塑曲面零件最有效的加工方法。多轴联动数控加工编程则是实现其高精度和高效率加工的最重要环节。本文介绍混流式水轮机叶片五轴联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到转轮叶片三维造型、刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、后置变换等关键技术。通过对这些技术的链接和研究,开发实现了大型叶片的多轴联动加工。 关键词:数控编程 引言 水轮机是水力发电的原动机,水轮机转轮叶片的制造,转轮的优劣,对水电站机组的安全、可靠性、经济性运行有着巨大的影响。水轮机转轮叶片是非常复杂的雕塑面体。在大中型机组制造工艺上,长期以来采用的“砂型铸造—— —砂轮铲磨——立体样板检测 —的制造工艺,不能有效地保证叶片型面的准确性和制造质量。目前采用五轴联动数控加工技术是当今机械加工中的尖端高技术。大型复杂曲面零件的数控加工编程则是实现其数字化制造的最重要的技术基础,其数控编程技术是一个数字化仿真评价及优化过程。其 关键技术包括:复杂形状零件的三维造型及定位,五 轴联动刀位轨迹规划和计算,加工雕塑曲面体的刀轴 控制技术,切削仿真及干涉检验,以及后处理技术等。 大型复杂曲面的多轴联动数控编程技术使雕塑曲面体 转轮叶片的多轴数控加工成为可能,这将大大推动我 国水轮机行业的发展和进步,为我国水电设备制造业 向着先进制造技术发展奠定基础。 " 大型混流式水轮机叶片的多轴数控加工编程过程大型复杂曲面零件的五轴联动数控编程比普通零件编程要复杂得多,针对混流式叶片体积大并且型面曲率变化大的特点,通过分析加工要求进行工艺设计,确定加工方案,选择合适的机床、刀具、夹具,确定合理的走刀路线及切削用量等;建立叶片的几何模型、计算加工过程中的刀具相对于叶片的运动轨迹,然后进行叶片的切削仿真以及机床的运动仿真,反复修改加工参数、刀具参数和刀轴控制方案,直到仿真结果确无干涉碰撞发生,则按照机床数控系统可接受的程序格式进行后处理,生成叶片加工程序。其具体编程过程如图-所示。 图-大型混流式叶片的五轴联动数控加工编程流程!"! 混流式水轮机叶片的三维几何建模 混流式叶片这一复杂雕塑曲面体由正面、背面、与上冠相接的带状回转面、与下环相接的带状回转面、 大, 可编写一个.*/0程序读入这些三维坐标点,然后采用双三次多补片曲面片通过自由形式特征的通过曲线的方法进行曲面造型,如图1所示。叶片的毛坯形状可从设计数据点进行偏置计算处理,或者从三维测量得到的点云集方式确定对叶片的各个曲面分别进行"234$曲面造型,并缝合成实体。 !"# 叶片加工工艺规划 加工方案和加工参数的选择决定着数控加工的效率和质量。我们根据要加工叶片的结构和特点可选择大型龙门移动式五坐标数控铣镗床,根据三点定位原理经大量的研究分析,决定在加工背面是采用通用的带球形的可调支撑,配以叶片焊接的定位销对叶片定位,在叶片上焊接必要的工艺块,采用一些通用的拉紧装置来装夹。加工正面时,采用在加工背面时配合铣出的和背面型面完全一致的胎具,将叶片背面放入胎具,利用焊接的工艺块进行调整找正,仍然采用通用的拉压装置进行装夹。由于叶片由多张曲面组合而 成,为了解决加工过程中的碰撞问题,我们采用沿流线 走刀,对于叶片的正背面进行分区域加工,根据曲面各 处曲率的不同采用不同直径的刀具、不同的刀轴控制方 式来加工。对每个面一般分多次粗铣和一次精铣。在机 床与工件和夹具不碰撞和不干涉情况下,尽量采用大直 径曲面面铣刀,以提高加工效率。叶片正背面我们选用 刀具直径!-56曲面面铣刀粗铣、!-16曲面面铣刀精铣, 叶片头部曲面采用!76的曲面面铣刀加工,出水边采用!76螺旋玉米立铣刀五轴联动侧铣。根据后续仿真情况 反复做刀位编辑,以寻求合理的加工方案。在满足加工 要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提下尽可能 的提高加工效率。 !"$叶片五轴联动加工刀位轨迹的生成 针对大型混流式叶片各曲面的特点,进行合理的刀 位轨迹规划和计算,是使所生成的刀位轨迹无干涉、无 碰撞、稳定性好、编程效率高的关键。由于五轴加工的 刀具位置和刀具轴线方向是变化的,因此五轴加工的是 由工件坐标系中的刀位点位置矢量和刀具轴线方向矢量 组成,刀轴可通过前倾角和倾斜角来控制,于是我们可 根据曲面在切削点处的局部坐标计算出刀位矢量和刀轴 矢量。从加工效率、 表面质量和切削工 艺性能来看,选择 沿叶片造型的参数 线作为铣削加工的 方向分多次粗铣和 一次精铣,然后划 分加工区域,定义 与机床有关的参数, 根据以上所选叶片 的加工部位、装夹 图, 混流式叶片的刀轨生成 定位方式、机床、 刀具及切削参数和余量分布情况将叶片分为多个组合面 分别进行加工。通过对曲面曲率的分布情况的分析对于 不同的区域采用不同的面铣刀。粗加工给出每次加工的 余量,精加工采用同一直径的铣刀,根据粗糙度要求给 定残余高度,根据具体情况选择切削类型、切削参数、 刀轴方向、进退刀方式等参数,生成的刀位轨迹如图, 所示。但是对于像叶片这样的曲率变化很大而又不均匀 的雕塑曲面零件我们还要根据情况作大量的刀位编辑, 并且必须进一步通过切削仿真做干涉和碰撞检查修改和 编辑刀轨。 !"#叶片五轴联动数控加工仿真 数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径 与材料切除过程来检验并优化加工程序。在计算机上 仿真验证多轴联动加工的刀具轨迹,辅助进行加工刀 具干涉检查和机床与叶片的碰撞检查,取代试切削或 试加工过程,可大大地降低制造成本,并缩短研制周 期,避免加工设备与叶片和夹具等的碰撞,保证加工 过程的安全。加工零件的"!代码在投入实际的加工之 前通常需要进行试切,水轮机叶片是非常复杂的雕塑 曲面体,开发利用数控加工仿真技术是其成功采用五 轴联动数控加工的关键。在此,我们首先进行工艺系 统分析,明确机床!"!系统型号、机床结构形式和尺 寸、机床运动原理和机床坐标系统。用三维!,-软件建 立机床运动部件和固定部件的实体几何模型,并转换 成仿真软件可用的格式,然后建立刀具库,在仿真软 件中新建用户文件,设置所用!"!系统,并建立机床运 动模型,即部件树,添加各部件的几何模型,并准确 定位,最后设置机床参数。 接下来将叶片模型变换到 加工位置计算出刀具轨迹,再以此轨迹进行叶片切削 过程、刀位轨迹和机床运动的三维动态仿真。这样就 可以清楚的监控到叶片加工过程中的过切与欠切、刀 杆和联接系统与叶片、机床各运动部件与叶片和夹具 间的干涉碰撞,从而保证了数控编程的质量,减少了 试切的工作量和劳动强度,提高了编程的一次成功率, 缩短了产品设计和加工周期,大大提高生产效率。如 在数控加工行业进行推广,可产生巨大的经济和社会 效益。叶片的切削仿真如图.所示,叶片的机床加工仿 真如图/所示。 图. 混流式叶片的切削仿真图/ 混流式叶片的机床加工仿真 !"$叶片刀位轨迹的后置处理 后置处理是数控编程的一个重要内容,它将我们前 面生成的刀位数据转换成适合具体机床的数据。后处理 最基本的两个要素就是刀轨数据和后处理器。我们应首 先了解龙门移动式五坐标数控铣镗床的结构、机床配备的附属设备、机床具备的功能及功能实现的方式和机床 配备的数控系统,熟悉该系统的"!编程包括功能代码 的组成、含义。然后应用通用后置处理器导向模板,根 据以上掌握的知识,开发定制专用后置处理器。然后将 我们已得刀位源文件进行输入转换成可控制机床加工的 "!代码。 % 结束语 复杂曲面的多轴联动数控编程是一涉及到众多领域 知识的复杂流程,是数字化仿真及优化的过程。本文介 绍的大型水轮机叶片的多轴联动编程技术,已用于工程 实际大型叶片的数控编程中,实现了大型转轮叶片的五 轴联动数控加工的刀位轨迹计算和加工仿真,保证了后 续数控加工的质量和效率,已作为大型水轮机叶片五轴 联动数控加工的编程工具用于实际生产中。

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数控加工毕业论文 1 水泵特点及叶片加工要求 太浦河泵站的设计净扬程为,单泵流量50m3/s,装有6台斜150轴伸泵,叶轮直径,是国内最大的斜轴伸式水泵。由于该水泵的扬程特低、流量很大,要求水泵装置具有很高的水力效率和良好的汽蚀性能。叶片是水泵的最重要部件,它直接和决定水泵的能量指标、汽蚀性能、水压脉动和泵组的运行振动。通过国际招标,水泵由无锡水泵厂制造。该厂采用数控机床对叶片进行加工,以保证原型水泵与模型水泵有很好的水力相似,叶片各方面的技术指标可以达到或超过招标文件规定的各项技术要求。 2 水泵叶片技术要求 叶片材料 水泵叶片材料采用ZG0Cr13Ni4Mo。其化学成分见表1,物理指标见表2。 表1 ZG0Cr13Ni4Mo材料化学成分 化学成分 C Si Mn S Cr Ni Mo 含量(%) ≤ ≤ ≤ ≤ 5~ ~ ~ 表2 ZG0Cr13Ni4Mo材料物理指标 物理指标 σb σs δ ψ HB 数值 760Mpa 550MPa 15% 35% ≥240 该材料的特性是抗汽蚀性能好,可焊性好,硬度较高,耐磨损,在水轮机和水泵制造中较常使用。 叶片加工技术要求 太浦河水泵的设备招标文件编制时,兼顾了叶片常规加工和数控机床加工的两种要求。招标文件规定:叶片型线允许偏差不超过±(D为叶轮直径m),叶片厚度的允许偏差为-3%T~+6%T(T为叶片厚度)。叶片正背面的波浪度应低于2/100,在进水口等容易产生汽蚀的部位叶片波浪度应小于1/100。叶轮叶片安放角最大偏差不大于±15/。叶片表面粗糙度不得大于μm。 3 叶片加工方式 轴流式水泵的叶片加工一般采用两种方式:一种是叶片表面手工打磨的常规加工方式,另一种是数控机床加工方式。 常规加工方式 常规加工方式工艺较简单,费用低,轴流式水泵叶片基本采用常规加工。其主要工艺过程如下: a:叶片固溶处理(不锈钢) b:叶片表面随形磨、打磨 c:按叶片坐标,三坐标工具检测坐标、划中心孔位置线及零度位置线 d:钻两端中心孔 e:粗加工叶片柄部 f:探伤检查 g:精加工叶片柄部 h:钻定位孔或铣键槽 I:叶片称重分组和转子体装配 j:加工叶片外球形 k:校静平衡 常规加工的叶片表面有两种处理方式。对小型水泵,叶片铸造时表面不留加工余量,叶片精度主要由木模和铸造精度来保证,变形量比较大,叶片表面极个别处(约1~2处)最大变形可达到5~6-12mm(根据叶片大小和叶型厚度)。对大型或重要的水泵,叶片铸造时表面留3~4mm加工余量,在探伤检查后,叶片表面多次采用坐标检测和打点,对其用砂轮进行手工表面打磨,重新划叶片零度线,以达到设计要求。叶片表面的精度主要由操作工及测量手段保证,一般能达到,有一定的误差。该采用坐标投影测量(游标精度、实测精度≤)。 数控机床加工 叶片采用数控机床加工是一种最先进的加工方式,虽然它的加工费用较高,但对于大型水泵河特殊要求的水泵,可以保证原型叶片的型线、表面粗糙度和精度、各叶片重量具有很高的一致性。数控机床加工主要工艺过程如下: a:叶片固溶处理(不锈钢) b:叶片表面随形磨、打磨 c:按叶片坐标,坐标投影检测坐标、划中心孔位置线及零度位置线 d:钻两端中心孔 e:粗加工叶片柄部 f:叶片坐标检测、记录、重新划叶片零度线 g:探伤检查 h:精加工叶片柄部 I:钻定位孔或铣键槽 j:叶片坐标检测、记录 k:叶片表面数控加工 l:叶片称重分组和转子体装配 m:加工叶片外球形 n:校静平衡 与常规叶片加工方式相比,数控机床加工方式增加了叶片表面坐标检测和数控加工的工艺流程。 数控机床有三轴、四轴、五轴几种形式。三轴数控机床仅有X、Y、Z三个坐标,铣刀位置不调整,宜加工一般要求的工件。四轴和五轴数控机床除有X、Y、Z三个坐标外,还有刀头旋转的坐标,可以调整加工误差,工件加工精度很高。数控机床在加工上又有轴、三轴联动、四轴联动、五轴联动的不同加工。运转速度上又可分为传统的低速铣床和的高速铣床。数控机床配置有CAD/CAM/CAE软件,可以按设计的曲面型线,仿型加工。数控加工采用不同的加工方式和加工工艺,其达到的精度、效果也不相同。 两种加工方式比较 虽然传统的低速铣床也可加工叶片的曲面,但难以控制叶片的型线,尤其在叶片比较薄的地方,传统的低速铣床在切削力的作用下,产生振动和弹性退让,降低了加工精度。一般传统三轴铣床加工表面粗糙较差和存在着加工死角,通常在工艺上还要进行大量的表面打磨。数控机床将叶片型线输入控制箱内,可以随意控制和调整铣刀的加工,用直线、圆弧命令逼近零件,控制刀位轨迹使叶片表面的实际曲线与设计的曲线完全一致,精加工后的叶片表面不用打磨,便达到设计要求。 数控机床加工的叶片型线和精度,根据编制的设计程序控制加工,可以不再对叶片表面进行检测。数控机床的精度由有关部门按规定期限定期进行检验,所以它的可靠性和精度远高于常规叶片加工后的检测方式。 4 太浦河水泵叶片加工 太浦河泵站斜150轴伸泵叶轮直径米,每个叶轮有三个叶片,每个叶片重~,共18个叶片。为保证水泵叶片的加工质量,无锡水泵厂选择了富春江水工机械厂的五轴联动数控机床,它的加工效果非常好。 数控机床加工的太浦河水泵叶片,叶片加工精度实测数值: 叶片正面波浪度~,集中区域~,并均匀分布。 叶片背面波浪度~,其中≤1/100的区域占总面积的。 叶片表面粗糙度~μm,集中分布区域~μm。 实测2502个点坐标,其坐标误差-3~+4mm,绝对值≤3mm的占。 按要求每个叶片重量误差≤39kg。实测18个叶片,重量误差0~35kg,其中≤25kg的占,≤10kg的占50%。 坐标误差即为叶片允许误差,叶轮直径,允许误差为±。 5 数控机床加工的性 数控机床的价格比较贵,所以加工的费用比常规加工的要高。加工费用由机床折旧费、日常维护费、操作人员和管理人员费、加工中的正常损耗如刀具、电、气、冷却液等费用构成。最简单的方法是单位工时价格×工时数。工时包括软件计算工时和装夹、换刀等工时。确定数控加工的方法非常丰富,从轴至5轴联动,速度从低速至高速、工艺变化很多,刀位轨迹变化多,为有良好的经济性,应根据不同加工件的产品质量要求,选定最优数控加工程序和经济的加工方法。 比如,加工余量的确定是为了保证叶片能加工出来,应根据叶片大小、厚度,选择合适的叶片单面加工余量,太浦河水泵叶片的尺寸可放5~13mm余量;叶片根部、进出口边圆角等处可考虑以磨代铣降低费用。为了经济、高效又高精度的加工叶片,加工精度可通过人机交互设定。粗加工时三轴联动重切削加工去除大量表面余量,精加工时采用五轴联动高速加工,消除加工死角及薄壁处的振动和弹性退让,表面加工后不用打磨。在运行软件上可以首先用CAD三维设计、造型叶片,修改叶片表面缺陷,对表面光滑处理。然后用CAM灵活设计加工方法、确定加工参数、刀具等,进行刀轨的校核、编辑、优化、模拟仿真以获得最佳加工刀位轨迹,通过后处理程序生成加工程序。 太浦河水泵的叶轮直径,每个叶片重,由于委托外厂数控机床加工,每个叶片费用近8万元。0Cr13Ni4Mo的材料比较硬,如叶片铸造余量留得比较大,将增加数控机床的加工量和加工工时数。控制叶片的铸造质量,可以控制加工费用。 6 结束语 太浦河水泵叶片采用数控机床加工,叶片表面取得了很高的加工精度,保证了产品质量。随着我国经济实力的增加和机械加工的进步,水轮机制造厂已普遍使用数控机床,使水轮机叶片的加工水平大大提高,这也是水泵行业方向。 工程建设单位和设计单位,应该根据工程的重要性和特殊性,对水泵叶片的加工提出明确要求。对重点工程和特殊要求的水泵,采用数控机床加工水泵叶片。 对本答案还满意,请采纳!谢谢!!!

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抖抖小姨

是啊,总得有个范围吧

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夏雨落荷塘

我国数控机床的现状及发展趋势摘要:论述我国数控机床发展的过程与现状,对数控机床的发展趋势进行了探讨,提出了我国数拉机床发展的对策。关键词:数控机床;发展加工数控机床是数字控制的工作母机的总称,由主机、数控系统和相关配套件组成。其最大优点是提高了机床的自动化。从而减少甚至消除了操作人员对正在加工中的零件的干扰。许多数控机床可以在没人照顾的情况下完成整个加工过程,这样既节省了人力资源又同时带来了诸如减轻操作人员的疲劳度,减少人为错误以及准确的对每个加工件的加工时间进行预侧等优点。因为数控机床在运行的过程中是由程序控制的,所以数控机床对其操作人员的技术水平的要求也相对要低得多。第二大优点是其加工的一致性和精确性。因为一且控制机床的程序得到验证以后,成千上万个-模一样的加工件就可以被准确无误地加工出来。所以由数控机床生产出来的加工件规格都特别精确。第三大优点是其灵活性。要加工不同的加工件,只要通过简单的加载不同的控制程序就可以实现,只要某个加工件的控制程序被脸证过,而且被用来加工过该加工件,那么下次要再加工此加工件时,只要再把该控制程序加载就行了,这样带来的另一个好处是数控机床可以很快的从加工一个加工件转到加工另外一个加工件。我国数据机床历史回顾我国数控机床产业的发展一直受到国家经济状况、数控技术发展水平与国家扶持政策的制定等三大因素的影响,自1958年以来,中国数控机床的发展划分为三个阶段:l、初始阶段。中国的数控机床发展起步于1958年,经历了20余年的初始阶段。到1979年,中国的数控机床发展仍十分缓慢,特别是受到电子技术发展的限制,国产数控系统的可靠性差,使中国的数控机床在20年内难于打开局面,未能形成产业。2、稳步发展阶段一引进、消化吸收、国产化与自行开发阶段。自从1980年以来,中国执行了‘六五”、‘七五”、‘,/又丑,三个五年计划。在这个期间,在改革开发的政策指导下,国家大力支持机床行业,通过引进技术发展数控机床产业。自‘六五”以来,中国有80余家企业通过许可证贸易、合作生产、购进样机、来料加工或合资生产等方式,先后从日本、西德、美国等10多个国家引进与数控机床生产及应用有关的技术,其中引进数控系统和伺服系统20项、数控机床109项、机床电器18项、机床附件U项、数控刀具系统巧项、测量技术10项,总用汇额已超过亿美元。3.曲折发展阶段。1994年至1998年由于东南亚金融危机,我国经济软着陆及国内消费市场疲软等综合因素的影响,事实上,国内机床市场容量呈下降趋势,而且国产机床的市场占有早有所下降,机床工具行业连续五年负增长。1999年3月份,全行业开始恢复性增长,1999年至6月份开始出现两位数增长,其中数控产品增长占主导地位.到2000年一年全行业总产值将已经到320亿元,其中金属切削机床产值达到120亿元,数控金属切削机床产值达到20亿元,出口刨汇达7亿美元。2001年比2000年销舍产值增长2o%,全行业的金属切削机床和锻压设备重点联系企业的产值数控化率从2000年的提高到2001年的。2.数据机床发展方向由于计算机技术的飞速发展,推动数控机床技术更快的更新换代‘世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统,开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性,并向智能化、网络化方向大大发。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统,如美国科学制造中心(NeMs)与空军共同领导的‘下一代工作站/机床控制器体系结构”ONGC。欧共体的/自动化系统中开放式体系结构00SAC-A,日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到应用。如Cincinnati一Mn二ron公司从1995年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的A2100系统。新一代数控系统技术水平大大提高,促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展,具体说来表现为以下几个方面:离速、离效、高精度、商可靠性机床向高速化方向发展,可充分发挥现代刀具材料的性能。不但可大幅度提高加工效率!降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度;要提高加工效率。首先必须提高切削和进给速度,同时,还要缩短加工时间;要确保加工质量,必须提高机床部件运动轨迹的精度.对数控系统的可靠性而言,一般要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上,它是高速、高效、高精度的基本保证。但也不是可靠性.越高越好,仍然是适度可靠,因为是商品,受性能价格比的约束。2‘2模块化、钾能化、柔性化和集成化为了适应数控机床多品种、小批量的特点。机床结构模块化,数控功能专门化,机床性价比显著提高并加快优化,个性化是近几年来特别明显的发展趋势;智能化体现在加工效率、加工质量、驱动性能、编程与操作、监控、诊断与维修等。开放性为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求,最重要的发展趋势是体系结构的开放性,设计生产开放式的数控系统,例如美国!欧共体及日本发展开放式数控的计划等。当前。国产数控4机床与工业国家的机床产品相比,有一定差距。但差距所在,便是其努力方向及发展动力所在。这也将促使我们在学习掌握和运用高速、高精数控机床的核心技术的同时。积极开发新的现代制造技术。使国产数控机床得到更大发展。从而相应进一步加大对出口市场的开拓力度。参考文献:「l]郝安林,吕安相,中国数控机床的现状及发展趋势[J].安阳大学学报.2004(5)[2]胡娟.数控机床的基本原理[J].安徽电子信息职业技术学院学报.2004(7)[s]赵华蓉.我国数控机床的状况与发展[J].科技与经济.200叹19)

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雁归来无痕

目录前言摘要一、数控技术是制造业的重要基础2、数控技术发展趋势 性能发展方向 功能发展方向 体系结构的发展 三、中国数控的出路四、结语参考文献前言 没有指导的实践是盲目的实践,没有实践的理论是空洞的理论。 我国从事数控机床编程、加工工艺与维修工作的技术人员数以万计,然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约,还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速,尤其是微技术和机技术的日新月异,使得数控技术也在同步飞速发展,数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践 ,带来了巨大变化,也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此,一篇论文形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床技术理论完整地表述出来,本文仅是将业内众老师及同仁的经验加以适当的归纳整理,以求对该学科有更深刻的认识数控技术的发展趋势浅析摘要 简要介绍了国内外数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。在此基础上,从性能发展 体系结构等各方面深入讨论了我国数控技术的发展趋势,得出数控技术会向智能化 网络化 集成化 微机电控制系统和数字化的方向发展的结论;并从产业发展的角度考虑,进行了对数控技术与产业发展途径的思考,分别从总体战略和技术途径两方面进行了探讨。并对我过数控产业发展进行了思考。一、数控技术是制造业的重要基础 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术;是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础;是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段;是国防现代化的重要战略物质;是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径.装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。因此,专家们预言: 机械制造的竞争,其实质是数控技术的竞争。 根据国民经济发展和国家重点建设工程的具体需求,设计制造“高、精、尖”重大数控装备,打破国外封锁,掌握数控装备关键技术,创出中国数控机床品牌,提高市场占有率是全面提升我国基础制造装备的核心竞争力的关键所在。 二、数控技术发展趋势 性能发展方向 (1)高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统,同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施,机床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化 包含两方面:数控系统本身的柔性,数控系统采用模块化设计,功能覆盖面大,可裁剪性强,便于满足不同用户的需求;群控系统的柔性,同一群控系统能依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度地发挥群控系统的效能。 (3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工,正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后,通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施,完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴,西门子880系统控制轴数可达24轴。 功能发展方向 (1)用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同,因而开发用户界面的工作量极大,用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用,人们可以通过窗口和菜单进行操作,便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 (2)科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据,使信息交流不再局限于用文字和语言表达,而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合,进一步拓宽了应用领域,如无图纸设计、虚拟样机技术等,这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域,可视化技术可用于CAD/CAM,如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 (3)插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 (4)内装高性能PLC 数控系统内装高性能PLC控制模块,可直接用梯形图或高级语言编程,具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例,用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改,从而方便地建立自己的应用程序。 体系结构的发展 (1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片,可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术,可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点,可实现超大尺寸显示,成为和CRT抗衡的新兴显示技术,是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术,将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格,改进性能,减小组件尺寸,提高系统的可靠性。 (2)模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求,将基本模块,如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块,作成标准的系列化产品,通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减,构成不同档次的数控系统。 (3)网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网,可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行,不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。 (4)通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构,便于裁剪、扩展和升级,可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程,包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素,因此,要实现加工过程的多目标优化,必须采用多变量的闭环控制,在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式,易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体,构成严密的制造过程闭环控制体系,从而实现集成化、智能化、网络化。 三、中国数控的出路 纵观目前我国的数控市场,我国数控产品在性能、外观、可靠性方面与国外产品有一定差距,特别是国外企业有雄厚的资金,加上外国企业为占领中国市场,对我国能够生产的数控系统压价销售,而对我国未能生产的数控系统,不仅高价而且附加许多限制。在国外数控企业采用技术封锁和低价倾销的双重策略下,中国数控产业经历了坎坷的历程,我国曾花巨资引进西门子和FANUC的技术,并希望在此基础上吸收消化,开发我国自己的数控技术。如北京密云所引进了FANUC的数控系统,可是,FANUC卖给我们的都是即将过时的落后技术。我国引进后,尚未来得及吸收消化和批量生产,FANUC即宣布停止生产该系统的生产,并将性能价格比更好、质量更高、体积更小的数控系统推向中国市场。这种总是跟在别人后面走的做法,必然受人制约,永远落在后面。中国数控出路何在? 随着计算机技术日新月异的发展,基于微机的开放式数控是数控技术发展的必然趋势。在传统数控技术方面,我国处于相对落后的状态,开放式数控为我国数控产业的发展提供良好的契机,加强和重点扶持开放性数控技术的研究和应用,我国的数控产业才有发展壮大可能,才有可能在未来的市场竞争中立于不败之地 四、结语 制定符合中国国情的总体发展战略,确立与国际接轨的发展道路,对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析,对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上,对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨,坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上,研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。我们衷心希望,我国科技界、产业界和教育界通力合作,把握好知识经济给我们带来的难得机遇,迎接竞争全球化带来的严峻挑战,为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列,使我国经济的发展和数控技术共同腾飞!参考文献1 施法中.计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条.北京航空航天大学出版社.19942 陈玉祥.中国机械工程, 1998,9(5):1~4[4] 3 熊鸣镝.三维设计将CAD应用引向深入.机电一体化.1997.(5):5~7

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