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数控技能和配备开展趋势及对策

摘要:扼要介绍了当今国际数控技能及配备开展的趋势及我国数控配备技能开展和工业化的现状,在此根底上评论了在我国参与WTO和对外敞开进一步深化的新环境下,开展我国数控技能及配备、前进我国制作业信息化水平缓国际竞赛才能的重要性,并从战略和战略两个层面提出了开展我国数控技能及配备的几点观点。

    配备工业的技能水平缓现代化程度决议着整个国民经济的水平缓现代化程度,数控技能及配备是开展新式高新技能工业和顶级工业(如信息技能及其工业、生物技能及其工业、航空、航天等国防工业工业)的使能技能和最根本的配备。马克思从前说过“各种经济时代的差异,不在于出产什么,而在于怎样出产,用什么劳动资料出产”。制作技能和配备便是人类出产活动的最根本的出产资料,而数控技能又是当今先进制作技能和配备最中心的技能。当今国际各国制作业广泛选用数控技能,以前进制作才能和水平,前进对动态多变商场的适应才能和竞赛才能。此外国际上各工业发达国家还将数控技能及数控配备列为国家的战略物资,不只采纳严重办法来开展自己的数控技能及其工业,并且在“高精尖”数控关键技能和配备方面临我国施行封闭和约束方针。总归,大力开展以数控技能为中心的先进制作技能已成为国际各发达国家加快经济开展、前进归纳国力和国家位置的重要途径。
    数控技能是用数字信息对机械运动和作业进程进行操控的技能,数控配备是以数控技能为代表的新技能对传统制作工业和新式制作业的浸透构成的机电一体化产品,即所谓的数字化配备,其技能规划掩盖许多范畴:(1)机械制作技能;(2)信息处理、加工、传输技能;(3)主动操控技能;(4)伺服驱动技能;(5)传感器技能;(6)软件技能等。

    1 数控技能的开展趋势

    数控技能的运用不光给传统制作业带来了革新性的改动,使制作业成为工业化的标志,并且跟着数控技能的不断开展和运用范畴的扩展,他对国计民生的一些重要职业(IT、轿车、轻工、医疗等)的开展起着越来越重要的效果,由于这些职业所需配备的数字化已是现代开展的大趋势。从现在国际上数控技能及其配备开展的趋势来看,其首要研讨热门有以下几个方面[1~4]。

    1.1 高速、高精加工技能及配备的新趋势
    功率、质量是先进制作技能的主体。高速、高精加工技能可极大地前进功率,前进产品的质量和层次,缩短出产周期和前进商场竞赛才能。为此日本先端技能研讨会将其列为5大现代制作技能之一,国际出产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研讨方向之一。
    在轿车工业范畴,年产30万辆的出产节拍是40秒/辆,并且多种类加工是轿车配备有必要处理的要点问题之一;在航空和宇航工业范畴,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,资料为铝或铝合金,只要在高切削速度和切削力很小的状况下,才能对这些筋、壁进行加工。近来选用大型全体铝合金坯料“掏空”的办法来制作机翼、机身等大型零件来代替多个零件通过很多的铆钉、螺钉和其他联合办法拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到前进。这些都对加工配备提出了高速、高精和高柔性的要求。
    从EMO2001展会状况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运转速度可达100m/min左右。现在国际上许多轿车厂,包含我国的上海通用轿车公司,现已选用以高速加工中心组成的出产线部分代替组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加快度达2g,主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而相同的零件在一般高速铣床加工需3h,在一般铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加快度别离达12*!000r/mm和1g。
    在加工精度方面,近10年来,一般级数控机床的加工精度已由10μm前进到5μm,精细级加工中心则从3~5μm,前进到1~1.5μm,并且超精细加工精度已开端进入纳米级(0.01μm)。
    在可靠性方面,国外数控设备的MTBF值已达6 000h以上,伺服体系的MTBF值到达30000h以上,表现出十分高的可靠性。
为了完成高速、高精加工,与之配套的功用部件如电主轴、直线电机得到了快速的开展,运用范畴进一步扩展。

    1.2 5轴联动加工和复合加工机床快速开展
    选用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几许形状进行切削,不只光洁度高,并且功率也大幅度前进。一般以为,1台5轴联动机床的功率可以等于2台3轴联动机床,特别是运用立方氮化硼等超硬资料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但曩昔因5轴联动数控体系、主机结构杂乱等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技能难度较大,约束了5轴联动机床的开展。
    当时由于电主轴的呈现,使得完成5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制作难度和本钱大幅度下降,数控体系的价格距离缩小。因而促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的开展。
    在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床选用复合主轴头,可完成4个笔直平面的加工和恣意视点的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上完成,还可完成倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC体系操控或CAD/CAM直接或直接操控。

    1.3 智能化、敞开式、网络化成为今世数控体系开展的首要趋势
    21世纪的数控配备将是具有必定智能化的体系,智能化的内容包含在数控体系中的各个方面:为寻求加工功率和加工质量方面的智能化,如加工进程的自适应操控,工艺参数主动生成;为前进驱动性能及运用衔接便利的智能化,如前馈操控、电机参数的自适应运算、主动识别负载主动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的主动编程、智能化的人机界面等;还有智能确诊、智能监控方面的内容、便利体系的确诊及修理等。
    为处理传统的数控体系封闭性和数控运用软件的工业化出产存在的问题。现在许多国家对敞开式数控体系进行研讨,如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller),我国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控体系敞开化现已成为数控体系的未来之路。所谓敞开式数控体系便是数控体系的开发可以在一致的运转渠道上,面向机床厂家和终究用户,通过改动、添加或取舍结构方针(数控功用),构成系列化,并可便利地将用户的特别运用和技能窍门集成到操控体系中,快速完成不同种类、不同层次的敞开式数控体系,构成具有鲜明个性的名牌产品。现在敞开式数控体系的体系结构规范、通讯规范、配备规范、运转渠道、数控体系功用库以及数控体系功用软件开发东西等是当时研讨的中心。
    网络化数控配备是近两年国际闻名机床博览会的一个新亮点。数控配备的网络化将极大地满意出产线、制作体系、制作企业对信息集成的需求,也是完成新的制作形式如灵敏制作、虚拟企业、全球制作的根底单元。国内外一些闻名数控机床和数控体系制作公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中,日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”(智能出产操控中心,简称CPC);日本大隈(Okuma)机床公司展出“IT plaza”(信息技能广场,简称IT广场);德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(敞开制作环境,简称OME)等,反映了数控机床加工向网络化方向开展的趋势。

    1.4 注重新技能规范、规范的树立

    1.4.1 关于数控体系规划开发规范
    如前所述,敞开式数控体系有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性,美国、欧共体和日本等国纷繁施行战略开展方案,并进行敞开式体系结构数控体系规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研讨和拟定,国际3个最大的经济体在短期内进行了简直相同的科学方案和规范的拟定,预示了数控技能的一个新的革新时期的降临。我国在2000年也开端进行我国的ONC数控体系的规范结构的研讨和拟定。

   1.4.2 关于数控规范
    数控规范是制作业信息化开展的一种趋势。数控技能诞生后的50年间的信息交流都是根据ISO6983规范,即选用G,M代码描绘怎么(how)加工,其本质特征是面向加工进程,明显,他已越来越不能满意现代数控技能高速开展的需求。为此,国际上正在研讨和拟定一种新的CNC体系规范ISO14649(STEP-NC),其意图是供给一种不依赖于详细体系的中性机制,可以描绘产品整个生命周期内的一致数据模型,然后完成整个制作进程,甚至各个工业范畴产品信息的规范化。
    STEP-NC的呈现或许是数控技能范畴的一次革新,关于数控技能的开展甚至整个制作业,将发生深远的影响。首要,STEP-NC提出一种簇新的制作理念,传统的制作理念中,NC加工程序都会集在单个核算机上。而在新规范下,NC程序可以涣散在互联网上,这正是数控技能敞开式、网络化开展的方向。其次,STEP-NC数控体系还可大大削减加工图纸(约75%)、加工程序编制时刻(约35%)和加工时刻(约50%)。
    现在,欧美国家十分注重STEP-NC的研讨,欧洲发起了STEP-NC的IMS方案(1999.1.1~2001.12.31)。参与这项方案的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术组织。美国的STEP Tools公司是全球规划内制作业数据交流软件的开发者,他现已开发了用作数控机床加工信息交流的超级模型(Super Model),其方针是用一致的规范描绘一切加工进程。现在这种新的数据交流格式现已在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控体系的原型样机前进行了验证。

    2 对我国数控技能及其工业开展的根本估量

    我国数控技能起步于1958年,近50年的开展进程大致可分为3个阶段:榜首阶段从1958年到1979年,即封闭式开展阶段。在此阶段,由于国外的技能封闭和我国的根底条件的约束,数控技能的开展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期,即引进技能,消化吸收,开始树立起国产化体系阶段。在此阶段,由于改革敞开和国家的注重,以及研讨开发环境和国际环境的改进,我国数控技能的研讨、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的前进。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间,即施行工业化的研讨,进入商场竞赛阶段。在此阶段,我国国产数控配备的工业化取得了实质性前进。在“九五”晚期,国产数控机床的国内商场占有率达50%,配国产数控体系(普及型)也到达了10%。
    纵观我国数控技能近50年的开展进程,特别是通过4个5年方案的攻关,整体来看取得了以下效果。
    a.奠定了数控技能开展的根底,根本把握了现代数控技能。我国现在已根本把握了从数控体系、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的根底技能,其间大部分技能已具有进行商品化开发的根底,部分技能已商品化、工业化。
    b.开始构成了数控工业基地。在攻关效果和部分技能商品化的根底上,树立了比如华中数控、航天数控等具有批量出产才能的数控体系出产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服体系和伺服电机出产厂以及北京榜首机床厂、济南榜首机床厂等若干数控主机出产厂。这些出产厂根本构成了我国的数控工业基地。
    c.树立了一支数控研讨、开发、管理人才的根本部队。
尽管在数控技能的研讨开发以及工业化方面取得了长足的前进,但咱们也要清醒地知道到,我国高端数控技能的研讨开发,尤其是在工业化方面的技能水平现状与我国的实际需求还有较大的距离。尽管从纵向看我国的开展速度很快,但横向比(与国外比照)不只技能水平有距离,在某些方面开展速度也有距离,即一些高精尖的数控配备的技能水平距离有扩展趋势。从国际上来看,对我国数控技能水平缓工业化水平估量大致如下。
    a.技能水平上,与国外先进水平大约落后10~15年,在高精尖技能方面则更大。
    b.工业化水平上,商场占有率低,种类掩盖率小,还没有构成规划出产;功用部件专业化出产水平及成套才能较低;外观质量相对差;可靠性不高,商品化程度缺乏;国产数控体系没有树立自己的品牌效应,用户决心缺乏。
    c.可持续开展的才能上,对竞赛前数控技能的研讨开发、工程化才能较弱;数控技能运用范畴拓宽力度不强;相关规范规范的研讨、拟定滞后。
    剖析存在上述距离的首要原因有以下几个方面。
    a.知道方面。对国产数控工业进程艰巨性、杂乱性和长期性的特色知道缺乏;对商场的不规范、国外的封闭加摧残、体系等困难估量缺乏;对我国数控技能运用水平及才能剖析不行。
    b.体系方面。从技能的视点注重数控工业化问题的时分多,从体系的、工业链的视点归纳考虑数控工业化问题的时分少;没有树立完好的高质量的配套体系、完善的训练、服务网络等支撑体系。
    c.机制方面。不良机制作成人才流失,又约束了技能及技能道路立异、产品立异,且约束了规划的有用施行,往往规划抱负,施行困难。
    d.技能方面。企业在技能方面自主立异才能不强,中心技能的工程化才能不强。机床规范落后,水平较低,数控体系新规范研讨不行。
    3 对我国数控技能和工业化开展的战略考虑

    3.1 战略考虑
    我国是制作大国,在国际工业搬运中要尽量承受前端而不是后端的搬运,即要把握先进制作中心技能,否则在新一轮国际工业结构调整中,我国制作业将进一步“空芯”。咱们以资源、环境、商场为价值,交流得到的或许仅仅是国际新经济格式中的国际“加工中心”和“拼装中心”,而非把握中心技能的制作中心的位置,这样将会严重影响我国现代制作业的开展进程。
    咱们应站在国家安全战略的高度来注重数控技能和工业问题,首要从社会安全看,由于制作业是我国工作人口最多的职业,制作业开展不只可前进公民的生活水平,并且还可缓解我国工作的压力,保证社会的安稳;其次从国防安全看,西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质,对我国完成禁运和约束,“东芝事情”和“考克斯陈述”便是最好的例子。

    3.2 开展战略
    从我国根本国情的视点动身,以国家的战略需求和国民经济的商场需求为导向,以前进我国制作配备业归纳竞赛才能和工业化水平为方针,用体系的办法,挑选可以主导21世纪初期我国制作配备业开展晋级的关键技能以及支撑工业化开展的支撑技能、配套技能作为研讨开发的内容,完成制作配备业的跨跃式开展。
    着重商场需求为导向,即以数控终端产品为主,以整机(如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、要点职业关键设备等)带动数控工业的开展。要点处理数控体系和相关功用部件(数字化伺服体系与电机、高速电主轴体系和新式配备的附件等)的可靠性和出产规划问题。没有规划就不会有高可靠性的产品;没有规划就不会有价格低廉而赋有竞赛力的产品;当然,没有规划我国的数控配备终究难以有出头之日。
    在高精尖配备研制方面,要着重产、学、研以及终究用户的紧密结合,以“做得出、用得上、卖得掉”为方针,按国家毅力施行攻关,以处理国家之急需。
    在竞赛前数控技能方面,着重立异,着重研讨开发具有自主知识产权的技能和产品,为我国数控工业、配备制作业甚至整个制作业的可持续开展奠定根底。


参考文献:
[1] 我国机床东西工业协会 职业开展部.CIMT2001巡礼[J].国际制作技能与配备商场,2001(3):18-20.
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[3] 我国机床东西工业协会 数控体系分会.CIMT2001巡礼[J].国际制作技能与配备商场,2001(5):13-17.
[4] 杨学桐,李冬茹,何文立,等?距世纪数控机床技能开展战略研讨[M].北京:国家机械工业局,2000.