数控技术的现状和发展趋势

1.3　数控技术的现状和发展趋势

数控机床技术可从精度、速度、柔韧性和自动化程度等方面来衡量，目前的技术现状与发展趋势如下：

1.高精度化

精度包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度，两个方面均已取得明显进展。例如，普通级中等规格加工中心的定位精度已从20世纪80年代中期的0.012／300mm，提高到（0.002－0.005）／全程。精密级数控机床的加工精度已由原来的0.005mm提高到0.0015mm。

2.高速度化

提高生产率是机床技术追求的基本目标之一，实现该目标的关键是提高切削速度、进给速度和减少辅助时间。中等规格加工中心的主轴转速已从过去的2000～3000r/min提高到10 000r/mim以上。日本新潟铁工所生产的UHSIO型超高速数控立式铣床主轴最高转速达100 000r/min。中等规格加工中心的快速进给速度从过去的8～12m/min提高到60m/min。加工中心换刀时间从5～10s减少到小于1s。而工作台交换时间也由过去的12～20s减少到2.5s以内。

3.高柔性化

采用柔性自动化设备，是提高加工精度和效率、缩短生产周期、适应市场变化需求和提高竞争能力的有效手段。数控机床在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。如出现了可编程控制器（PLC）控制的可调组合机床、数控多轴加工中心，换刀换箱式加工中心、数控三坐标动力单元等具有高柔性、高效率的柔性加工单元（FMC）。柔性制造系统（FMS）、介于传统自动线与FMS之间的柔性制造线（FTL）、计算机集成制造系统（CIMS）以及自动化工厂（FA）也有较大发展。有的厂家则走组合柔性化之路，这类柔性加工系统由若干加工单元合成，自动上下料机械手兼负工件传输的作用。

4.高自动化

高自动化是指在全部加工过程中尽量减少“人”的介入而自动完成规定的任务，它包括物料流和信息流的自动化。自20世纪80年代中期以来，以数控机床为主体的加工自动化已从“点”的自动化（单台数控机床）发展到“线”的自动化（FMS、FTL）和“面”的自动化（柔性制造车间），结合信息管理系统的自动化，逐步形成整个工厂“体”的自动化。在国外已出现FA（自动化工厂）和CIMS（计算机集成制造）工厂的雏形实体。尽管由于这种高自动化的技术还不够完备，投资过大，回收期长，但数控机床的高自动化并向FMS、CIMS集成方向发展的总趋势仍然是机械制造业发展的主流。数控机床的自动化除进一步提高其自动编程、上下料、加工等自动化程度外，还在自动检索、监控、诊断等方面进一步发展。

5.智能化

随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展，同时为适应制造业生产柔性化、自动化发展需要，数控设备智能化程度也在不断提高。如Mitsubishi Elexric公司的数控电火花成型机床上的“Miracle Fuzzy”自适应控制器利用基于模糊逻辑的自适应控制技术，能自动控制和优化加工参数，使操作者不需具备专门的知识就能很好地操作机床；日本大隈公司的7000系列数控系统带有人工智能式自动编程功能；日本牧野公司在电火花数控系统MAKINO-MCE20中，用带自学习功能的神经网络专家系统代替操作人员进行加工监视。

6.复合化

复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工工序的概念。加工中心的出现，又把车、铣、镗等工序集中到一台机床来完成，打破了传统工序界限和分开加工的工艺规程。近年来，相继出现了许多跨度更大、功能集中的超复合化数控机床，如日本池贝铁工所的TV4L立式加工中心，由于采用U轴，亦可进行车加工；美国辛辛那提公司的车、铣、镗型多用途制造中心；意大利SAFOP的车、镗、铣、磨复合机床；瑞士RASKIN公司的冲孔、成形与激光切割复合机床等。

除上述几个基本趋势外，值得一提的是数控机床的结构技术正取得重大突破。近年来已出现了所谓六条腿结构的并联加工中心，如美国GIDDINGS﹠LEWIS公司的VARIAX（“变异型”）加工中心、INGERSOLL公司的OCTAHEDRALHEXAPOD（“八面体的六足动物”）加工中心等。这种新颖的加工中心是采用以可伸缩的六条腿（伺服轴）支撑并连接上平台（装有主轴头）与下平台（装有工作台）的构架结构形式，取代传统的床身、立柱等支撑结构。而没有任何导轨与滑板的所谓“虚轴机床”（VIRTUAL AXIS MACHINE）。其最显著的优点是机床基本性能高，精度、刚度和加工效率均可比传统加工中心高出许多倍。随着这种结构技术的成熟和发展，数控机床技术将进入一个有重大变革和创新的新时代。