前言
重工業(yè)尤其是其中的裝備丁業(yè)的發(fā)展水平?jīng)Q定著一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備的核心技術(shù)。在現(xiàn)代丁業(yè)、制造業(yè)尤其是高精尖領(lǐng)域，數(shù)控技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。各丁業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也將數(shù)控技術(shù)視為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，甚至對(duì)丁業(yè)欠發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)施信息屏蔽和技術(shù)封鎖。我國(guó)經(jīng)過了改革開放后幾十年的奮力追趕，在數(shù)控領(lǐng)域已取得較大成就，并在開放式數(shù)控系統(tǒng)、嵌入式數(shù)控系統(tǒng)等方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。但是，目前我國(guó)數(shù)控技術(shù)水平從國(guó)際上看仍處于落后水平，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距。尤其是在高速、髙精度數(shù)控加工中心方面，國(guó)內(nèi)大量使用進(jìn)口產(chǎn)品，國(guó)產(chǎn)加工中心市場(chǎng)占有率不足5%，這充分反映了我國(guó)在數(shù)控領(lǐng)域仍處于技術(shù)落后狀態(tài)。
本文通過五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)、誤差補(bǔ)償技術(shù)和直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)等數(shù)控加工中心關(guān)鍵技術(shù)，來探討我國(guó)數(shù)控加工中心技術(shù)未來發(fā)展的方向。
二、數(shù)控加工中心應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)
(一)五軸朕動(dòng)技術(shù)
目前，高檔數(shù)控加工中心多是五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工中心，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心已成為航空航天、船舶制造等重丁業(yè)以及精密儀器加丁等精密丁業(yè)最重要的加丁丁具。同時(shí)，它也是技術(shù)難度最大，應(yīng)用范圍最廣的數(shù)控加工中心技術(shù)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心一般采用“3+2”的結(jié)構(gòu)，不僅可以實(shí)現(xiàn)X/Y/Z三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)另外兩個(gè)軸的回轉(zhuǎn)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心主要可分為立式加工中心、臥式加T.中心、搖籃式加T.中心等。以立式加丁中心為例，立式五軸加丁中心的回轉(zhuǎn)軸可 分為以下兩種實(shí)現(xiàn)方式：一是T作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸;二是依靠主軸頭的回轉(zhuǎn);除此以外，臥式加丁中心還有通過丁作臺(tái)旋轉(zhuǎn)和主軸頭擺動(dòng)結(jié)合的五軸聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
國(guó)外五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心以歐美、日本為代表，這些國(guó)家或地區(qū)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心代表廣目前數(shù)控領(lǐng)域此項(xiàng)技術(shù)的最高水平。而國(guó)內(nèi)由于丁業(yè)基礎(chǔ)薄弱的內(nèi)部因素和國(guó)外技術(shù)封鎖的外部因素，目前的整體水平還很低，雖然，經(jīng)過了科研機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)的不斷努力，但以五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心為代表的高檔數(shù)控加工中心的穩(wěn)定性和加T.精度方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法與國(guó)外相比。但近幾年，我國(guó)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心發(fā)展很快，技術(shù)上已有一些突破，并形成了一些成熟的產(chǎn)品。
(二)誤差補(bǔ)償技術(shù)
現(xiàn)代T.業(yè)對(duì)于加丁產(chǎn)品的品質(zhì)要求越來越高，而加丁過程中的誤差正是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。為了消除誤差帶來的不良影響，盡可能地提高加丁產(chǎn)品的質(zhì)量，在數(shù)控加工中心加丁方面采取誤差補(bǔ)償技術(shù)，來補(bǔ)償固有誤差，實(shí)現(xiàn)高精加工。對(duì)數(shù)控加工中心誤差進(jìn)行誤差補(bǔ)償，首先要從誤差來源處著手。由于數(shù)控加工中心一般主要由床身、立柱、主軸和各種直線導(dǎo)軌或轉(zhuǎn)軸等幾部分組成，以上每一部分在安裝和丁作中都會(huì)造成誤差的產(chǎn)生。
談到誤差補(bǔ)償技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面：誤差建模技術(shù)、誤差測(cè)量技術(shù)及補(bǔ)償實(shí)施技術(shù)。誤差建模誤差補(bǔ)償前提，其主要可以分為誤差綜合建模和誤差元素建模;誤差測(cè)量方法可以分為直接誤差測(cè)量和間接誤差辨識(shí)。以上工作的最終目的是為了對(duì)誤差進(jìn)行合理補(bǔ)償，誤差補(bǔ)償在時(shí)間尺度上可以分為離線和實(shí)時(shí)補(bǔ)償。所謂離線補(bǔ)償，就是根據(jù)測(cè)量得到的誤差在后期對(duì)加工中心進(jìn)行誤差補(bǔ)償，但離線補(bǔ)償時(shí)只能針對(duì)加工中心穩(wěn)定的誤差。對(duì)于有生產(chǎn)環(huán)節(jié)重點(diǎn)所產(chǎn)生的誤差，因其和所處溫度場(chǎng)緊密相關(guān)，因此，需要使用實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法。誤差補(bǔ)償實(shí)施技術(shù)研究的關(guān)鍵在于提高補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、有效性和簡(jiǎn)便性。
(:.)直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)技術(shù)
直線電機(jī)是一種能將電能直接轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，而無任何中間轉(zhuǎn)換裝置的新型電機(jī)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、噪音小、磨損少、組合性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在高精度的數(shù)控加工中心上一般應(yīng)用交流直線電機(jī)。交流直線電機(jī)按照其T：作原理又分為直線感應(yīng)電機(jī)和永磁直線同步電機(jī)。
直線感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)通常有平面型和岡筒型。對(duì)于小直線行程場(chǎng)合，多數(shù)使用圓筒型。對(duì)于長(zhǎng)行程場(chǎng)合則一般采用平面型結(jié)構(gòu)。直線感應(yīng)電機(jī)具有成本低、環(huán)境因素影響小、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。
7欠磁直線同步電機(jī)在應(yīng)用時(shí)兼有直線電機(jī)和永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，一般由逆變器供電，通過PWM調(diào)制，采用PID調(diào)節(jié)控制及DSP等控制方式。它推力能量更大、響應(yīng)速度更快、體積同時(shí)較小，是目前高精度直線進(jìn)給系統(tǒng)的首選電機(jī)類型。
目前，歐美、日本等工業(yè)大國(guó)已普遍在數(shù)控加工中心上應(yīng)用直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以提高其加工效率和加丁精度。而國(guó)內(nèi)由于開始研究直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)技術(shù)時(shí)間較晚，尚未能實(shí)現(xiàn)能應(yīng)用到高速加工中心上的大推力、長(zhǎng)行程進(jìn)給。
三、數(shù)控加工中心技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
(-)數(shù)控加工中心的高速、高粘、高效化
效率是丁業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵，質(zhì)量是丁業(yè)生產(chǎn)
的根本。只有能夠高速、高效、高精度完成加T.的數(shù)控加工中心才能符合人們?cè)絹碓娇量痰囊蟆Ｍㄟ^高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，利用五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)和直線點(diǎn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)技術(shù)，數(shù)控加工中心的高速、高精、高效化水平已大大提高，可以滿足大部分群體的加工需要。但在航空航天、精密儀器制造等領(lǐng)域目前的加丁精度還不能很好地完成一些復(fù)雜、精密零件的加丁。高精度產(chǎn)品還有利于減小測(cè)量誤差、減少機(jī)械磨損、延長(zhǎng)使用壽命等。比如人們?cè)趯?shí)際操作中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)切削速度提高10倍，進(jìn)給速度提高20倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)切削“禁區(qū)”后，將導(dǎo)致單位功率的金屬切除率提高30%-40%，切削力下降30%，切削振動(dòng)幾乎消失，刀具切削壽命提高70%。因此，高速、高精、高效化依然是數(shù)控加工中心發(fā)展的主要趨勢(shì)。
(二)數(shù)控加工中心的網(wǎng)絡(luò)化
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展給傳統(tǒng)T.業(yè)帶來了新的發(fā)展點(diǎn)，現(xiàn)代工業(yè)加T大多通過計(jì)算機(jī)控制，這就給數(shù)控加工中心的網(wǎng)絡(luò)化創(chuàng)造了條件。網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在故障診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控。例如，當(dāng)加工中心發(fā)生故障時(shí)，生產(chǎn)廠家可以通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控進(jìn)行故障原因診斷以便故障的排除，該方式不僅節(jié)省了人力資本，還促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高。此外，網(wǎng)絡(luò)化還有利于實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)控加工中心”，企業(yè)可以通過網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)分析掌握市場(chǎng)的第一手資料，并通過遠(yuǎn)程操作控制更高效靈活的調(diào)整生產(chǎn)方向和生產(chǎn)內(nèi)容。數(shù)控加工中心的網(wǎng)絡(luò)化可以使人徹底擺脫手丁輸人程序和單機(jī)輸人程序的局面，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離自動(dòng)程序傳輸和遠(yuǎn)程控制。通過并行傳輸程序，可以同時(shí)控制多臺(tái)加工中心進(jìn)行同種加下，提高加丁效率。網(wǎng)絡(luò)化還可以利用數(shù)控APP簡(jiǎn)化操作的流程，縮短培訓(xùn)和操作時(shí)間，并使丁作人員能夠隨時(shí)對(duì)網(wǎng) 絡(luò)上的數(shù)控加工中心實(shí)施管理及數(shù)據(jù)通訊。傳輸可靠性高、自我糾錯(cuò)、操作信息實(shí)時(shí)記錄等功能更使網(wǎng)絡(luò)化的速度越來越快。
(0數(shù)控加工中心的智能化
機(jī)器化是人類發(fā)展的永恒主題，機(jī)器是人類智慧的延伸。在數(shù)控系統(tǒng)中，人們致力于將數(shù)控系統(tǒng)功能代替人類設(shè)計(jì)師和操作者。智能化使加工中心能夠完成自動(dòng)調(diào)節(jié)抑制震動(dòng)、防止干涉、減少熱形變等功能，提高生產(chǎn)效率和加T-精度。數(shù)控加工中心目要求具有熱補(bǔ)償、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、磨損監(jiān)測(cè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障判斷等智能功能，數(shù)控機(jī)場(chǎng)的實(shí)時(shí)智能化正是由此而產(chǎn)生的技術(shù)和發(fā)展方向。
在智能數(shù)控加工中心領(lǐng)域，智能實(shí)時(shí)控制主要有以下幾個(gè)發(fā)展方向：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前反饋控制等。在實(shí)際應(yīng)用中，將數(shù)控系統(tǒng)中加裝編程系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)定系統(tǒng)和刀具管理系統(tǒng)以及補(bǔ)償調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在數(shù)控加工中心高速運(yùn)行中引人狀態(tài)預(yù)測(cè)功能、反饋功能，對(duì)壓力、溫度、位置、速度等重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋控制，這樣將使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能進(jìn)一步提高。伴隨著人丁智能和智能機(jī)器人的發(fā)展，目前已有一些高端的智能機(jī)器人開始用于數(shù)控加工中心的及時(shí)維護(hù)，用來最大限度的保護(hù)生產(chǎn)過程。未來智能機(jī)器人還將在加工中心的維護(hù)維修、故障排查、自診斷和振動(dòng)、磨損檢測(cè)等方面做川貢獻(xiàn)。
四、總結(jié)
數(shù)控加工中心作為現(xiàn)代T.業(yè)的基石，發(fā)展前景廣闊，發(fā)展動(dòng)力充足。目前，通過現(xiàn)代的先進(jìn)技術(shù)數(shù)控加工中心的加丁效率和加丁.質(zhì)量已大大提高，自動(dòng)化發(fā)展成果豐碩,并且數(shù)控加工中心已具備一定的智能，未來還將沿著高速、髙精、高效化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向繼續(xù)發(fā)展。
數(shù)控加工中心作為現(xiàn)代先進(jìn)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，是一個(gè)國(guó)家發(fā)展機(jī)械丁業(yè)和精密丁業(yè)的關(guān)鍵。數(shù)控加工中心作為現(xiàn)代丁業(yè)最基本技術(shù)的重要性和我國(guó)在數(shù)控領(lǐng)域落后的現(xiàn)狀都要求我們要大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，以改變高檔數(shù)控加工中心依賴進(jìn)口，精密工件的加丁依賴國(guó)外的被動(dòng)局面。同時(shí)，隨著數(shù)控加工中心在機(jī)械T.業(yè)中的廣泛應(yīng)用，它的發(fā)展還將帶動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的全面提高。
伯特利數(shù)控是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省東莞市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務(wù)！
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