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国内外数控系统技术研究现状与发展趋势

时间:2017年06月05日信息来源:本站原创点击: 加入收藏 】【 字体:

  在经济全球化和信息技术革命的影响下,国际制造业正在发生深刻变化,制造业的规模和水平已成为衡量一个国家综合实力的重要标志[1]。数控( numerical control,NC) 机床特别是高档数控机床是国际装备制造业竞争的热点领域。我国已经将高档数控机床与基础制造装备列入国家科技重大专项给予大力推进。数控系统是数控机床的控制核心,价值占到整机的 30% ——40%,其功能、控制精度和可靠性直接影响机床的整体性能、性价比和市场竞争力[2-4]。

  目前,德、美、日等工业发达国家已先后完成了数控机床的产业化进程,数控系统的发展日趋成熟。我国数控系统由于起步晚、研发队伍实力较弱、研发投入力度不够等多方面原因,长期以来始终处于低端迅速膨胀、中端进展缓慢、高端依靠进口的局面。目前,正值装备制造业高速发展期,数控机床的重要性愈加明显,对高端数控系统的需求越来越大,然而国内高端数控系统的市场基本被国外厂商占领,因此加强数控系统技术领域的基础研究和共性关键问题攻关,已成为我国装备制造业发展的当务之急,对提升我国高端数控系统的独立设计开发能力和国际竞争力具有重要意义。

  1 、数控系统技术的发展现状

  1. 1 国外数控系统技术的发展现状

  1952 年,美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统,开创了世界数控系统技术发展的先河。20 世纪 80 年代中期,数控系统技术进入高速发展阶段。1986 年,三 菱 ( MITSUBISHI) 推 出 了 采 用Motorola 32 位 68020 CPU 的数控系统,掀起了 32 位数控系统的热潮。1987 年,发那科( FANUC) 公司32 位多 CPU 系统—FS-15 的问世,使系统内部各部分之间的数据交换速度较原来的 16 位数控系统显著提高。

  90 年代以来,受计算机技术高速发展的影响,利用 PC 丰富的软硬件资源,数控系统朝着开放式体系结构方向发展。该结构不仅使数控系统具备更好的通用性、适应性和扩展性,也是智能化、网络化发展的技术基础。工业发达国家相继建立开放式数控系统的研究计划,如欧洲的 OSACA 计划、日本的OSEC 计划[6]等。此外,随着数控系统性能的不断提升,数控机床的高速化成效显著。德、美、日等各国争相开发新一代的高速数控机床[7-9],加工中心的主轴转速、工作台移动速度、换刀时间分别从 80年代的 3 000——4 000 r/min、10 m /min 和 5——10 s 提高到 90 年代的 15 000 —— 50 000 r/min、80 —— 120 m/min和1——3 s[10]。

  进入 21 世纪,数控系统技术在控制精度上取得了突破性进展。2010 年国际制造技术( 机床) 展览会( IMTS 2010) 上,专业的数控系统制造商纷纷推出了提高控制精度的新举措。FANUC 展出的 Series30i /31i /32i /35i-MODEL B 数控系统推出了 AI 纳米轮廓 控 制、AI 纳迈克尔精度控制、纳 米 平 滑 加 工、NURBS 插补等先进功能,能够提供以纳米为单位的插补指令,大大提高了工件加工表面的平滑性和光洁度( 图 1) 。SIEMENS 展出的 SINUMERIK 828D数控系统所独有的 80 位浮点计算精度,可充分保证插补中轮廓控制的精确性,从而获得更高的加工精度。此外,MITSUBISHI 公司的 M700V 系列数控系统也可实现纳米级插补。

  经过持久研发和创新,德、美、日等国已基本掌握了数控系统的领先技术。目前,在数控技术研究应用领域主要有两大阵营: 一个是以发那科( FANUC) 、西 门 子( SIEMENS) 为代表的专业数控系统厂商; 另一个是以山崎马扎克( MAZAK) 、德玛吉( DMG) 为代表,自主开发数控系统的大型机床制 造 商。2015 年 FANUC 推 出 的 Series oiMODELF 数控系统,推进了与高档机型 30i 系列的“无缝化”接轨,具备满足自动化需求的工件装卸控制新功能和最新的提高运转率技术,强化了循环 时 间 缩短功能,并支持最新的 I/O 网络—I/OLink。

  MAZAK 提 出 的 全 新 制 造 理 念—SmoothTechnology,以基于 Smooth 技术的第七代数控系统MAZATROL SmoothX 为枢纽,提供高品质、高性能的智能化产品和生产管理服务。SmoothX 数控系统搭配先进软硬件,在高进给速度下可进行多面高精度加工; 图解界面和触屏操作使用户体验更佳,即使是复杂的五轴加工程序,通过简单的操作即可修改;内置的应用软件可以根据实际加工材料和加工要求快速地为操作者匹配设备参数。DMG 推 出 的CELOS 系统简化和加快了从构思到成品的进程,其应用程序( CELOS APP) 使用户能

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