数控机床综合应用了自动控制、计算机、微电子、精密测量和机床结构等方面的最新成就。40多年来,随着科学技术的发展,机床数控技术亦经历了数代的变化,当前又出现了一些新的发展动向,以下就来谈这些问题。
一、 数控机床的产生
从1952年至今,数控机床按照控制机的发展,已经历了五代。
1959年,由于在计算机行业中研制出晶体管元件,因而在数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板,从而跨入了第二代。
1965年,出现小规模集成电路,由于它体积小、功耗低,使数控系统的可靠性得以进一步提高。数控系统发展到第三代。
以上三代系统,都是采用专用控制计算机的硬接线数控系统,我们称之为硬线系统,统称为普通数控系统(NC)。
随着计算技术的发展,小型计算机的价格急剧下降,激烈地冲击着市场。数控系统的生产厂家认识到,采用小型计算机来取代专用控制计算机,经济上是合算的,许多功能可以依靠编制专用程序存在计算机的存储器中,构成所谓控制软件而加以实现,提高了系统的可靠性和功能特色。这种数控系统,称为第四代系统,即计算机数控系统(CNC)。
但是,计算机技术的发展是日新月异的,就在1970年前后,美国英特尔(Intel)公司开发和使用了四位微处理器,微处理芯片渗透到各个行业,数控技术也不例外。我们把以微处理机技术为特征的数控系统称为第五代系统(MNC)。
二、 数控机床的发展动向
上面曾谈到,从数控系统的发展来看,数控机床已发展了五代。在实际应用中,除了机床行业之外,数控技术还应用在其他部门,产生了各种数控设备。最初,人们考虑的是在一台设备上如何提高自动化程度。例如,增加控制坐标轴的个数,如多轴数控系统(目前世界上的数控系统,最多控制的轴数是24轴)。又如,在一台设备上实现多工序自动控制,“加工中心”就是一台多工序数控机床,在一台机床上,可以实现车、铣、钻、镗、攻丝等多种功能。后来,人们发现电子计算机处理数据的速度比数控设备的加工速度快,利用一台计算机可控制多台数控设备,即我们习惯称之为群控系统或直接数控系统(DNC)。
当前,国内外在数控装置、机床结构等的研究与开发方面不断取得成果,其水平和功能也日臻提高和完善,出现了新的发展特点。从数控系统方面看,主要有:
(1) 主控机向着多位的微处理机化发展。
(2) 数控装置向着集成化和智能化的方向发展。
(3) 数控系统采用模块化结构。
(4) 数控编程更加图形化和自动化。
(5) 数控系统更加可靠和宜人化。
在数控机床的结构方面,一是其驱动装置正向着交流和数字化的方向发展;二是机床床体部分的设计和制造不断选用新的材料;三是其加工刀具等辅助工具的材料引人注目。
三、 我国的发展情况
我国从1958年开始研究数控机械加工技术,60年代针对壁锥、非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床、数控非圆齿轮插齿机等设备,保证了加工质量,减少了废品,提高了效率,取得了良好的效果。70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需,从1973年以来组织了数控机床攻关会战,经过3年努力,到1975年已试制生产了40多个品种300多台数控机床。据国家统计局的资料,从1973-1979年,7年内全国累计生产数控机床4108台(其中约3/4以上为数控线切割机床)。从技术水平来说,我国大致已达到国外60年代后期的技术水平。为了扬长避短,以解决用户急需,并争取打入国际市场,1980年前后我国采取了暂时从国外(主要是从日本和美国)引进数控装置和伺服驱动系统,为国产主机配套的方针,几年内大见成效。1981年,我国从日本发那科(FANUC)公司引进了5,7,3等系列的数控系统和直流伺服电机,直流主轴电机技术,
并在北京机床研究所建立了数控设备厂,当年年底开始验收投产,1982年生产约40套系统,1983年生产约100套系统,1985年生产约400套系统,伺服电机与主轴电机也配套生产。这些系统是国外70年代的水平,功能较全,可靠性比较高,这样就使机床行业发展数控机床有了可靠的基础,使我国的主机品种与技术水平都有较大的发展与提高。1982年,青海第一机床厂生产的XHK754卧式加工中心,长城机床厂生产的CK7815数控车床,北京机床研究所生产的JCS018立式加工中心,上海机床厂生产的H160数控端面外圆磨床等,都能可靠地进行工作,并陆续形成了批量生产。1984年仅机械工业部门就生产数控机床650台,全国当年总产量为1620台,已有少数产品开始进入国际市场,还有几种合作生产的数控机床返销国外。1985年,我国数控机床的品种已有了新的发展,除了各类数控线切割机床以外,其他各种金属切削机床(如各种规格的立式、卧式加工中心,立式、卧式数控车床,数控铣床,数控磨床等),也都有了极大的发展。新品种总计45种。到1989年底,我国数控机床的可供品种已超过300种,其中数控车床占40%,加工中心占27%。
目前,我国除具有设计与生产常规的数控机床(包括MNC系统的车、铣,加工中心机床等)外,还生产出了柔性制造系统。1984年北京机床研究所研制成功了FMC—1和FMC—2柔性加工单元,之后又开始了柔性制造系统的开发工作,并与日本发那科公司合作,在北京机床研究所内建立了第一条柔性制造系统(JCS—FMC—1型),用于加工直流伺服电机的轴类、法兰盘类、刷架体类和壳体类的14种零件。近年来,依靠我国科技人员的努力,已先后研制成功并在北京、长春等地安装使用了FMS。这一切说明,我国的机床数控技术已经进入了一个新的发展时期。预计在不远的将来,我国将会赶上和超过世界先进国家的水平。 |