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1 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 級 類 專業(yè) 課 題 支承套零件的專用夾具 姓 名 指導(dǎo)老師 2007 年 04 月 05 日 2 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 課題 支承套零件的專用夾具 圖面工作量 工件零件圖 A4 4 張 總圖部分 銑夾具裝配圖 A1 1 張 夾具零件部分 銑夾具夾具體零件圖 A3 1 張 原始資料 支承套零件樣一張 設(shè)計 計算說明書 5000 字以上 3 摘要 本文首先介紹了夾具的研究背景和發(fā)展趨勢 課題的作用和意義 夾具的組成以及銑床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 通過對參考文獻(xiàn)進(jìn)詳細(xì)的分 析 闡述了定位方案的選擇 夾緊方案的確定 夾具體與定位鍵 夾具總圖上的尺寸 公差和技術(shù)要求以及加工精度分析 關(guān)鍵詞 定位 夾緊 銑夾具 4 目 錄 1 課題介紹 1 1 1 課題背景及發(fā)展趨勢 1 1 2 課題的作用與意義 2 1 3 夾具的組成 3 1 4 銑床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4 1 5 課題的任務(wù) 5 2 銑床夾具設(shè)計 6 2 1 定位方案 6 2 2 夾緊方案 7 2 3 夾具體 與定位鍵 7 2 4 夾具總圖上的尺寸 公差和技術(shù)要求 8 2 5 加工精度分析 9 3 小結(jié) 12 參考文獻(xiàn) 13 課題介紹 在機(jī)械制造過程中 用來固定加工對象 使其占有正確的位置 以便接受施工 檢測的裝置都可統(tǒng)稱為 夾具 廣義地說 夾具是 一種保證產(chǎn)品質(zhì)量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備 夾具以 其數(shù)量和在生產(chǎn)中的地位來說 機(jī)床夾具 最重要 機(jī)床夾具為機(jī) 5 床的一種輔助設(shè)備 用它來準(zhǔn)確地確定工件與刀具的相對位置 即 將工件定位及夾緊 以完成加工所需要的相對運(yùn)動 所以機(jī)床夾具 是用以使工件定位和夾緊的附加裝置 機(jī)床夾具設(shè)計的基本要求有保證工件的加工精度 提高生產(chǎn)率 工藝性好 使用性好 經(jīng)濟(jì)性好 1 1 課題背景及發(fā)展趨勢 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在 大約可以分為三個階段 第一個階段主要 表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上 這是夾具主要是作為人的單純的輔助工 具 是加工過程加速和趨于完善 第二階段 夾具成為人與機(jī)床之 間的橋梁 夾具的機(jī)能發(fā)生變化 它主要用于工件的定位和夾緊 人們越來越認(rèn)識到 夾具與操作人員改進(jìn)工作及機(jī)床性能的提高有 著密切的關(guān)系 所以對夾具引起了重視 第三階段表現(xiàn)為夾具與機(jī) 床的結(jié)合 夾具作為機(jī)床的一部分 成為機(jī)械加工中不可缺少的工 藝裝備 在機(jī)械制造業(yè)中 為了適應(yīng)新品種不斷發(fā)展的要求 夾具設(shè)計 有朝著下列方向發(fā)展的趨勢 1 發(fā)展通用夾具新品種 通用夾具是使用最廣泛的一種夾具 發(fā)展通用夾具以代替某些 專用夾具 內(nèi)容包括以下 1 發(fā)展高精度通用夾具 2 廣泛采用高效率通用夾具 3 發(fā)展適用于各種類型零件工藝特征的專用夾具 6 2 發(fā)展調(diào)整式夾具 調(diào)整式夾具經(jīng)過部分零件的更換和重新調(diào)整組合 即可適應(yīng)不 同工件的加工 適用程度介于通用和專用之間 主要有兩種類型 1 通用可調(diào)式夾具 2 調(diào)整式夾具 3 推廣和發(fā)展組合夾具及拼拆夾具 1 組合夾具 組合夾具式有一套預(yù)先制好的各種不同形狀 不同規(guī)格尺寸 具有互換性和耐磨性的標(biāo)準(zhǔn)元件與合件所組成 2 拼拆夾具 與組合夾具有相同之處 有一系列可多次利用的標(biāo)準(zhǔn)零件與基 礎(chǔ)零件 但又采用了部分具有一定專用性的部件 其夾緊部件多采 用液壓傳動裝置 4 加強(qiáng)專用夾具的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化 加強(qiáng)夾具元件的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化 不但能加速生產(chǎn)準(zhǔn)備周期 而且也可使夾具的生產(chǎn)由單件轉(zhuǎn)為成批 降低夾具制造成本 因此 可節(jié)省勞動力 縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期 5 專用夾具中采用高精度 高效率的夾具 主要滿足高生產(chǎn)率的加工要求 使之有可能采用采用平行或平 行先后的加工方法 采用多件的加工方法 以及盡可能縮短或重合 輔助時間的方法來壓縮單件工時 提高生產(chǎn)率 6 大力推廣和使用機(jī)械化及自動化夾具 7 生產(chǎn)機(jī)械化及自動化是技術(shù)革命的中心內(nèi)容 大力推廣和使用 機(jī)械化及自動化夾具以減少和消除繁重的體力勞動是機(jī)械制造中的 重要問題 7 推廣和發(fā)展擴(kuò)大機(jī)床性能的夾具 具體的有仿形裝置 機(jī)床改裝用的各類夾具 8 采用新結(jié)構(gòu) 新工藝 新材料來設(shè)計和制造夾具 實(shí)踐證明 采用新結(jié)構(gòu) 新工藝 新材料來設(shè)計和制造夾具 能滿足機(jī)械加工中的定位要求 并簡化制造工藝 縮短了生產(chǎn)周期 并能保證零件的加工精度 1 2 課題的作用與意義 由于專用夾具可以按照工件加工的具體要求進(jìn)行設(shè)計 故可事 先采取措施來保證操作的安全 對工件進(jìn)行機(jī)械加工時 為了保證加工要求 首先要使工件相 對刀具 或機(jī)床 有正確的位置 并使這個位置在加工過程中不因 外力的影響而變動 為此 進(jìn)行機(jī)械加工之前 先將工件裝夾好 工件的裝夾方法有兩種 一種使工件直接裝夾在機(jī)床的工作臺 或花盤上 另一種使工件裝夾在夾具上 采用第一種方法裝夾工件時 一般要先按圖樣要求在工件表面 劃線 劃出加工表面的尺寸和位置 裝夾時用劃針或百分表找正后 再夾緊 這種方法不需專門裝備 但效率低 一般用于單件或者小 批生產(chǎn) 批量較大時 大都采用夾具裝夾工件 用夾具裝夾工件有以下優(yōu)點(diǎn) 8 1 2 1 保證加工精度 降低人工等級 零件的加工精度 包括尺寸精度 幾何形狀精度和表面相互位 置精度三種 實(shí)用夾具的最大功用 是保證零件上加工表面的位置 精度 例如 在搖臂鉆床上使用鉆夾具加工孔系時 可保證達(dá)到 0 10 0 20mm 的中心距精度 而按劃線找正加工時 僅能保證 0 4 1 0mm 而且受到操作技術(shù)的影響 同批零件的質(zhì)量也不穩(wěn)定 當(dāng)工件的形狀復(fù)雜及精度要求高時 往往不易或不能依靠通用 機(jī)床及其附件來達(dá)到加工要求 因此需要采用專用夾具 1 2 2 提高勞動生產(chǎn)率和降低加工成本 使用夾具后 免除了每件都要找正 對刀等時間 加速工件的 裝卸 從而大大減少了有關(guān)工件安裝的輔助時間 特別對那些機(jī)動 時間較短而輔助時間長的中小件加工意義更大 此外 用夾具安裝 還容易實(shí)現(xiàn)多件加工 多工位加工 可進(jìn)一步縮短輔助時間 提高 勞動生產(chǎn)率 1 2 3 擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍 工件的結(jié)構(gòu)形狀時各式各樣的 現(xiàn)在對精度和生產(chǎn)率的要求也 越來越高 在某些情況下 原有機(jī)床難以適應(yīng) 為解決這一困難 往往采用專用夾具以擴(kuò)大機(jī)床的適用范圍 實(shí)現(xiàn) 一機(jī)多用 例如 在機(jī)床上使用鏜夾具 就可以代替鏜床來做鏜孔工作 解決缺乏設(shè) 備的困難 9 1 2 4 改變原機(jī)床的用途 擴(kuò)大機(jī)床適用范圍 在產(chǎn)品更換時 工廠現(xiàn)有的機(jī)床設(shè)備 有時往往不能適應(yīng)新產(chǎn) 品的要求 為此 可以采用夾具來改變機(jī)床的用途 1 2 5 減輕操作的勞動強(qiáng)度 做到安全生產(chǎn) 由于夾具中可以采用擴(kuò)力機(jī)構(gòu)來減小操作的原始力 而且有時 還可以采用各種機(jī)動夾緊裝置 故可使操作省力 減輕勞動強(qiáng)度 由于專用夾具可以按照工件加工的具體要求進(jìn)行設(shè)計 故可事先采 取措施來保證操作的安全 1 3 夾具的組成 根據(jù)夾具元件在結(jié)構(gòu)中所起的作用不同 可將各種夾具元件分 為下列幾種 10 1 3 1 分度裝置 用于改變工件與刀具相對位置以獲得多個工位的 一種裝置 可作為某些夾具的一部分 1 3 2 夾具本體 用來連接夾具上的所有各種元件和裝置成為一個 夾具整體 1 3 3 靠模裝置 它是作為用來加工型面的一種特殊裝置 1 3 4 動力裝置 在非手動夾具中 作為產(chǎn)生動力的部分 如氣缸 油缸 電磁裝置等 1 3 5 其他件 包括與機(jī)床連接用的零件 各種連接件 特殊元件 及其它輔助裝置等 1 3 6 分度裝置 用于改變工件與刀具相對位置以獲得多個工位的 一種裝置 可作為某些夾具的一部分 1 3 7 夾具本體 用來連接夾具上的所有各種元件和裝置成為一個 夾具整體 1 3 8 靠模裝置 它是作為用來加工型面的一種特殊裝置 1 3 9 動力裝置 在非手動夾具中 作為產(chǎn)生動力的部分 如氣缸 油缸 電磁裝置等 但是并非所有夾具都包括上述各類元件 然而其中定位元件 夾緊裝置和夾具體本體則是每一夾具都不可缺少的組成部分 11 1 4 銑床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 銑床夾具主要用于加工零件上的平面 凹槽 花鍵及各種成型 面 銑削加工的切削用量和切削力一般較大 切削力的大小和方向 也是變化的 而且又是斷續(xù)切削 因而 加工時的沖擊和振動也較 嚴(yán)重 所以設(shè)計這類夾具時 要特別注意工件定位穩(wěn)定性和夾緊可 靠性 夾緊裝置要能產(chǎn)生足夠的夾緊力 手動夾緊時要有良好的自 鎖性能 夾具上個組成元件的強(qiáng)度和剛度要高 為此 要求銑床夾 具得結(jié)構(gòu)比較粗壯低矮 以降低夾具重心 增加剛度 強(qiáng)度 銑削 得切屑較多 夾具上應(yīng)有足夠得排屑空間 以盡量避免切屑堆積在 定位支承面上 因此 定位支承面應(yīng)高出周圍的平面 而且在夾具 體內(nèi)盡可能做出便于清除切屑和排出冷卻液的出口 粗銑時振動較大 不宜采用偏心夾緊 因?yàn)檎駝訒r偏心夾緊容 易松開 在側(cè)面夾緊工作 如加工薄而大的平面 時 壓板的著力點(diǎn)應(yīng) 低于工件側(cè)面的定位支承點(diǎn) 并使夾緊力有一垂直分力 將工件壓 向主要定位支承面 以避免工件向上抬起 對于毛坯件 壓板與工 件接觸處應(yīng)開有尖齒紋 以增大摩擦系數(shù) 1 5 課題的任務(wù) 課題來源 支承套零件的專用夾具 圖 1 1 示為支承套零件圖 工件的材料為 45 鋼 大批量 生產(chǎn) 簡介 12 在支承套長度方向 選擇左端面為定位基準(zhǔn) 以保證 17mm 孔深尺寸 11 00 5 設(shè)計一專用夾具 圖 1 1 支承套零件 1 6 設(shè)計工藝 1 6 1 選擇加工方法 由于毛呸為棒料 因此所有孔都是在實(shí)體上加工 為防止鉆偏 需先用中心孔鉆鉆孔正孔 然后再鉆孔 孔 35H7 及 2X 15H7 選擇鉸削作其最終加工方法 對 60 的孔 根據(jù)孔徑精度 孔深 尺寸和孔底平面要求 用銑削方法同時完成孔壁和孔底平面的加 工 各加工表面選擇的加工方案如下 2X 15H7 孔 鉆中心孔 鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔 35H7 孔 鉆中心孔 鉆孔 粗鏜 半精鏜 鉸孔 60 孔 粗銑 精銑 2X 11 孔 鉆中心孔 鉆孔 13 2X 17 孔 忽孔 在 11 底孔上 2XM6 6H 螺孔 鉆中心孔 鉆底孔 孔端倒角 攻螺紋 1 6 2 確定加工順序 為減少變換工位的輔助時間和工作臺分度誤差的影響 各個工位 上的加工表面在工作臺一次分度下按先粗后精的原則加工完畢 具 體的加工順序是 第一工位 B0 度 鉆 35H7 2X 11 中心孔 鉆 35H7 孔 鉆 2X 11 孔 忽 2X 17 孔 粗鏜 35H7 孔 粗 銑 精銑 60X12 孔 半精鏜 35H7 孔 鉆 2XM6 6H 螺紋中心 孔 鉆 2XM6 6H 螺紋底孔 2XM6 6H 螺紋孔端角 攻 2M6 6H 螺紋 鉸 35H7 孔 第 2 工位 B90 度 鉆 2X 15H7 中心孔 鉆 2X 15H7 孔 擴(kuò) 2X 15H7 孔 鉸 2X 15H7 孔 14 2 銑床夾具設(shè)計 2 1 定位方案 首先按照基準(zhǔn)重合原則考慮選擇定位基準(zhǔn) 由于 35H7 孔 60 孔 2X 11 孔及 2X 17 孔的設(shè)計基準(zhǔn)均為 100f9 外圓中心線 所以選擇 100f9 外圓中心線為主要定位基準(zhǔn) 因孔 100f9 外圓不 是整圓 故用 V 形塊做定位元件 支承套長度方向的定位基準(zhǔn) 若 選右端面定位 對 17 孔深 11 不重合誤差 精度不能保證 因5 0 工序尺寸 80 的公差為 0 5mm 故選左端面定位 在裝夾時應(yīng)使5 0 工件上平面在夾具中保持垂直 以消除轉(zhuǎn)動自由度 方案 工件以 外圓在在壓板的作用力下以 V 型塊為定位基98 10f 準(zhǔn) 端面加二個壓蓋以支承套的左端面定位 如圖 2 1 所示 圖 2 1 定位方案 15 2 2 夾緊方案 根據(jù)夾緊力的方向應(yīng)朝向主要限位面和作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件 的支承范圍內(nèi)的原則 如 夾緊力的作用線應(yīng)落在區(qū)域內(nèi) N 為接觸點(diǎn)的法線 夾緊力 與垂直方向的夾角應(yīng)盡量小 以保證夾緊穩(wěn)定可靠 鉸鏈壓板的兩 個弧形面的曲率半徑應(yīng)大于工件的最大半徑 2 3 夾具體與定位鍵 為保證夾具在工作臺上安裝穩(wěn)定 應(yīng)按照夾具體的高寬比不大 于 1 25 的原則確定其寬度 并在兩端設(shè)置耳座 以便固定 如圖 2 2 夾具體 如圖 2 2 夾具體 為了保證側(cè)面的二個圓孔平行度的要求 夾具體壓板應(yīng)具有可 調(diào)節(jié)性 壓板面應(yīng)當(dāng)與 V 形塊的側(cè)面平行 為減少夾具的安裝誤差 宜采用有可調(diào)節(jié)螺母 16 2 4 夾具總圖上的尺寸 公差和技術(shù)要求 1 夾具最大輪廓尺寸為 181mm 225mm 150mm 2 影響工件定位精度的尺寸和公差為壓板是否與 V 型塊側(cè)面平行 用可調(diào)節(jié)螺母來控制其精度 3 影響夾具在機(jī)床上安裝精度的尺寸和公差為定位鍵與銑床工作臺 U 形槽的配合尺寸 18 h 8 T 形槽為 18H8 2 5 加工精度分析 在支承套零件工序中 側(cè)面對二個 軸線的平行度要求較715H 高 應(yīng)進(jìn)行精度分析 其它加工要求未注公差或公差不是在本夾具 中進(jìn)行精度分析 鍵槽側(cè)面對 軸線的平行度的加工誤差715H 1 定位誤差 D 由于 V 形塊 2 一般在裝配后一起精加工 V 形面 它 們的相互位置誤差極小 可視為一長 V 形塊 所以 D 0 17 2 安裝誤差 A 定位鍵的位置所示 mm 038 2840 5 A m 3 夾具誤差 z 影響平行度的制造誤差是 I 工位 V 形塊設(shè)計心軸軸線 與定位鍵側(cè)面 B 的平行度 0 03 mm 所以 z 0 03 mm 18 表 5 2 頂尖套銑雙槽夾具的加工誤差 加 加工要 求 代 號 平行度 0 05mm D A Z 0 0 038 0 03 19 2 鉆削力計算 所加工的支承套零件的材料為 HT200 并采用硬質(zhì)合金刀具 根 據(jù) T200 鉆削連線表上查得鉆削的深度 ap和進(jìn)給量 f 連線 確 定 Fc和 Ft 其中 F c主切削力 F t垂直于 Fc的 F f和 Fp的合 力 1 切削深度 ap的確定 由表 3 3 可知 鉆孔時 ap 0 5 0 8 根據(jù)表 3 3 說明 切削深度 當(dāng)工件的加工直徑 較大及需轉(zhuǎn)位或兩次安裝時 則取較大值 加工直徑較小及要 求較高的加工精度和表面光潔度是 則取較小值 所以 由于 夾具所要加工的工件的直徑較小且是在一次裝夾中完成的 取 較小值 ap 0 5 表 3 3 鉆削深度表 工序名稱 切削深度 直徑上 mm 粗加工 鉆孔 精加工 粗加工 鉸孔 精加工 1 進(jìn)給量 f 的確定 根據(jù)精鏜 硬質(zhì)合金刀具及 45 材料的 工件 查表 3 4 可得進(jìn)給量 f 0 06 0 10 取 f 0 08mm r 20 表 3 4 鉆孔時的進(jìn)給量 f 工序名稱 刀具名稱 材料 進(jìn)給量 fmm r 鑄鐵 D1 級 0 08 D 級 0 12 0 15 鋼 0 12 0 15 鉆孔 硬質(zhì)合金 鋁合金 0 06 0 10 連接切削深度 ap和進(jìn)給量 f 連線 交 Fc和 Ft的直線 交點(diǎn)值 為 Fc 7 5kgf Ft 1 6kgf 根據(jù)工件材料 刀具材料和幾何參數(shù)的不同 對 Fc和 Ft分別 乘以修正系數(shù) KFc和 KFt3 其中 K Fc KFc1 KFc2 KFc3 KFt KFt1 KFt2 因?yàn)楣ぜ?45 材料 其硬度為 50 150HB 所以為了保證加工 的安全性 取最大值 150HB 21 表 3 5 修正系數(shù)與工件材料的關(guān)系 HB 140 160工件材料硬 度 KFc1 0 78 0 84 kr 30 刀具主偏角 KFc2 1 05 re 1 1 5刀尖圓弧半 徑 KFc3 0 95 表 3 6 修正系數(shù)與工件材料的關(guān)系 HB 140 160工件材料硬 度 KFt1 0 61 0 67 Kr 30 刀具主偏角 KFt2 0 63 查表 3 5 表 3 6 知 K Fc1 0 84 KFc2 1 05 KFc3 0 95 KFt1 0 67 KFt2 0 63 所以 最終 K Fc KFc1 KFc2 KFc3 0 84 1 05 0 95 0 8379 22 KFt KFt1 KFt2 0 67 0 63 0 4221 Fc0 KFc Fc 0 8379 7 5 6 28425 kN Ft0 KFt Ft 0 4221 1 6 0 67536 kN 即 最終的切削力為軸向 6 28425 kN 徑向 0 67536 kN 夾緊力與鉆削力的比較 由計算得知 夾緊力大于鉆削力 所以所設(shè)計的夾具 所使用的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的擰緊螺絲是適用的 達(dá)到了夾緊的作用 使工件在加 工時不會移位 保證了加工的精度 小結(jié) 通過做這次小設(shè)計 更深刻地了解了夾具方面的知識 而所設(shè) 計的銑床夾具 在夠滿足精度要求下 由于一次走刀過程能有兩個 工步 大大提高了效率 另外 工件的夾緊采用液壓彈簧裝置 裝 夾穩(wěn)定拆卸迅速 不過感覺還有不盡理想的地方 比如工件從第一 工位到第二工位時要換向翻轉(zhuǎn) 而且工位二的安裝要考慮到定位銷 與鍵槽的正確定位 這個過程相對效率不高 從總的看 本銑床夾具能夠滿足要求 達(dá)到了設(shè)計要求 23 參考文獻(xiàn) 1 徐憬 機(jī)械設(shè)計手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 6 2 張普禮 機(jī)械加工工藝裝備 東南大學(xué)出版社 2002 3 3 劉守勇等 機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 7 4 徐發(fā)仁 機(jī)床夾具設(shè)計 重慶大學(xué)出版社 1996 7 5 白成軒 機(jī)床夾具設(shè)計新原理 機(jī)械工業(yè)出版社 1997 7 6 韋彥成 金屬切削機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計 國防工業(yè)出版社 1991 7 柯明揚(yáng) 機(jī)械制造工藝學(xué) 北京航天航空大學(xué)出版社 1995 8 武良臣 敏捷夾具設(shè)計理論及應(yīng)用 煤炭工業(yè)出版社 2003 9 融亦鳴 計算機(jī)輔助夾具設(shè)計 機(jī)械出版社 2002 24 翻譯 金陵科技學(xué)院畢業(yè)論文
附錄1 外文譯文
數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢及對策
—機(jī)械論文
裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟(jì)時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實(shí)行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
????數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：(1)機(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；(3)自動控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)；(6)軟件技術(shù)等。
??? ?1?數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
????數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個方面［1～4］。
????1．1?高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢
????效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。
????在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
????從EMO2001展會情況來看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60?000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12*!000r/mm和1g。
????在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(0.01μm)。
????在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6?000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。
為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
????1.2?五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展
????采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺5軸聯(lián)動機(jī)床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。
????當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含5面加工機(jī)床）的發(fā)展。
????在EMO2001展會上，新日本工機(jī)的5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。
????1.3?智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。
????21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
????為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的NGC(未來的工作站/ 機(jī)器控制)、歐共體的OSACA、日本的OSEC，中國的ONC等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。
????網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會的一個新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction?Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)；日本大隈（Okuma）機(jī)床公司展出“IT?plaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的開放制造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。
????1.4?重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立
????1.4.1?關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)規(guī)范
????如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進(jìn)行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。
???1.4.2?關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)
????數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。
????STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約50％）。
????目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項(xiàng)計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國的STEP?Tools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級模型(Super?Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。
???? 2?對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計
我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場占有率達(dá)50％，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達(dá)到了10％。
????縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過4個5年計劃的攻關(guān)，總體來看取得了以下成績。
????1.奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。
????2.初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。
????3.建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍。
雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認(rèn)識到，我國高端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴(kuò)大趨勢。從國際上來看，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計大致如下。
??? 1.技術(shù)水平上，與國外先進(jìn)水平大約落后10～15年，在高精尖技術(shù)方面則更大。
?? 2.產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。
?? ? 3.可持續(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)、工程化能力較弱；數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強(qiáng)；相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究、制定滯后。
????分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面。
??? 1.認(rèn)識方面。對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點(diǎn)認(rèn)識不足；對市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。
?? 2.體系方面。從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候少；沒有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。
??? 3.機(jī)制方面。不良機(jī)制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)施困難。
??? 4.技術(shù)方面。企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)。機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)研究不夠。
????3?對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考
????3.1?戰(zhàn)略考慮
????我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。
????我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定；其次從國防安全看，西方發(fā)達(dá)國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對我國實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制，“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。
????3.2?發(fā)展策略
????從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場需求為導(dǎo)向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。
????強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)（如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等）帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。
????在高精尖裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標(biāo)，按國家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國家之急需。
????在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
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附錄2 外文原文
Numerical control technology and equipment trend of
development and countermeasure
For mechanical paper
The equipment industry technical level and the modernized degree were deciding the entire national economy level and the modernized degree, the numerical control technology and the equipment are the development emerging high technology and new technology industry and the state-of-art industry (for example defense industry industries and so on information technology and industry, biological technology and industry, aviation, astronautics) enables the technology and the most basic equipment. Marx had said “each kind of economical time difference, does not lie in produces any, but how lies in produces, with any means of labor production”. The technique of manufacture and the equipment is the humanity produces active the most basic producer goods, but the numerical control technology also is advanced now the technique of manufacture and the equipment most core technology. Now the various countries manufacturing industry widely uses the numerical control technology, sharpens the manufacturing capacity and the level, enhances to the dynamic changeable market adaptiveness and competitive ability. In addition in the world various industries developed country also lists as the national strategic resources the numerical control technology and the numerical control equipment, not only takes the significant measure to develop own numerical control technology and the industry, moreover implements the blockade and the limit policy in “precise and advanced” the numerical control key technologies and the equipment aspect to our country. In brief, develops vigorously take the numerical control technology has become the world each developed country acceleration economy development as the core advanced technique of manufacture, enhances the comprehensive national strength and the national status important way.
The numerical control technology is carries on the control with the numerical information to the mechanical movement and the work process the technology, the numerical control equipment is take the numerical control technology as representative's new technology the integration of machinery product which forms to the traditional manufacture industry and the emerging manufacturing industry seepage, namely so-called digitized equipment, its technical scope cover very many domains: (1) machine manufacture technology; (2) information processing, processing, transmission technology; (3) automatic control technology; (4) servo actuates the technology; (5) sensor technology; (6) software technology and so on.
1 numerical control technology trend of development
Not only the numerical control technology application has brought the revolutionary change for the traditional manufacturing industry, causes the manufacturing industry to become the industrialization the symbol, moreover along with numerical control technology unceasing development and application domain expansion, he to national economy and the people's livelihood some important professions (IT, automobile, light industry, medical service and so on) development more and more vital role, because these professions must equip the digitization already was the modern development major tendency. The numerical control technology and the equipment development tendency looked from the present world that, its main research hot spot has following several aspect [1~4].
1.1 high speed, high precision work technology and equipment new tendency
The efficiency, the quality are the advanced technique of manufacture main bodies. High speed, the high precision work technology may enhance the efficiency enormously, enhances the product the quality and the scale, reduces the production cycle and sharpens the market competition ability. Lists as one of 5 great modern techniques of manufacture for this Japan Tip Technology Research board it, the international production project learns (CIRP) its determination is one of 21st century central research directions.
In the passenger vehicle industry domain, yearly produces 300,000 production metres was 40/s，moreover the multi-variety processing is one of key questions which the passenger vehicle equipment must solve; In the aviation and the astronavigation industry domain, its processing spare part many for the thin wall and the thin muscle, the rigidity is very bad, material for aluminum or aluminum alloy, only then in the high cutting speed and the cutting force very small situation, can to these muscles, the wall carry on the processing. Recently uses the large-scale overall aluminum alloy semifinished materials “pull out spatially” the method to make the wing, the fuselage and so on the large-scale components substitutes many components through the multitudinous rivets, the bolt and other joint way assembling, causes the component the intensity, the rigidity and the reliability obtains the enhancement. These all to processed the equipment to propose high speed, Gao Jing and the high flexible request.
Unfolds from EMO2001 meets the situation to look that, processes the center feed rate to be possible high speed to reach 80m/min, even higher, the aerial transport stroke speed may reach 100m/About min. At present in the world many automotive factories, including our country's Shanghai General Motors, already used by the high speed processing center composition production line part substitution aggregate machine-tool. American CINCINNATI Corporation's HyperMach engine bed feed rate reaches 60m/most greatlymin, fast is 100m/min, the acceleration reaches 2g, the main axle rotational speed has reached 60 000r/min. Processes a thin wall airplane part, only uses 30min, but the same components need 3h in the common high speed milling machine processing, needs 8h in the plain milling machine processing; The German DMG Corporation's double main axle lathe main axle speed and the acceleration respectively reach 12*! 000r/mm和1g。
In the processing precision aspect, in the recent 10 years, the ordinary level numerical control engine bed processing precision from 10μm enhanced 5μm, the fine level of secrecy processing center from 3~5 μm, enhances to 1~1.5 μm, and the ultra precise processing precision started to enter a nanometer level (0.01μm).
In the reliable aspect, the overseas numerical control installment value has reached above 6 000h, the servosystem value achieved above 30000h, displays the extremely high reliability.
In order to realize, the high precision work high speed, with it necessary function part like electricity main axle, the straight line electrical machinery obtained the fast development, the application domain further expanded.
1.2 5 axis linkage processing and compound processing engine bed fast development
Uses 5 axis linkages to the three dimensional curved surface components processing, the available cutting tool best geometry shape carries on the cutting, not only the smooth finish is high, moreover the efficiency also large scale enhances. Believed generally that, 1 5 axis linkage engine bed efficiency may be equal to 2 3 axis linkage engine bed, specially uses when the cubic boron nitride and so on the ultra hard material milling cutter carries on the high speed milling hardened steel components, 5 axis linkage processing may compared to 3 axis linkage processing display a higher benefit. Because but past 5 axis linkage numerical control system, main engine structure complex and so on reasons, its price must outdo the several fold compared to 3 axis linkage numerical control engine bed, added the programming technology difficulty to be big, has restricted 5 axis linkage engine bed development.
Current as a result of electricity main axle appearance, causes to realize 5 axis linkage processing compound host axle neck structure is greatly the simplification, its manufacture difficulty and the cost reduce large scale, numerical control system price disparity reduction. Therefore promoted the compound host axle neck type 5 axis linkage engine bed and the compound processing engine bed (including 5 processing engine beds) development.
Unfolds at the meeting in EMO2001, the new Japanese labor machine 5 processing engine beds use the compound host axle neck, may realize 4 vertical plane processings and the random angle processing, causes 5 processings and 5 axis processings may realize on the identical Taiwan engine bed, but also may realize the inclined plane and the back taper hole processing. German DMG Corporation displays the DMUVoution series processing center, may clamp the next 5 processings and 5 axis linkage processing in an attire, may by the CNC systems or CAD/CAM which are controled deract or inderact.
1.3 intellectualizations, open style, the network becomes the contemporary numerical control system development the main tendency
The 21st century numerical control equipments will be has certain intellectualized system, the intellectualized content including in numerical control system each aspect: In order to pursue the processing efficiency and the processing quality aspect intellectualization, like processing process adaptive control, craft parameter automatic production; In order to enhance the actuation performance and the use connection convenient intellectualization, like feed-forward control, electrical machinery parameter auto-adapted operation, automatic diagnosis load automatic designation model, self regulating grade; Simplification programming, simplification operation aspect intellectualization, like intellectualized automatic programming, intellectualized man-machine contact surface and so on; Also has the intelligence to diagnose, the intelligent monitoring aspect content, the convenience system diagnosis and the service and so on.
In order to solve the traditional numerical control system closeness and the numerical control application software industrial production production existence question. At present many countries conduct the research to the open style numerical control system, like US NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、European Economic Community OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、Japanese OSEC(Open System Environment for Controller)，Chinese ONC(Open Numerical Control System) and so on。The numerical control system will open already becomes the numerical control system road of the future. The so-called open style numerical control system is the numerical control system development may in the unified movement platform, face the engine bed factory and the end-user, through the change, the increase or the tailor structure object (numerical control function), forms the seriation, and may conveniently integrates user's special application and the technical knack in the control system, the fast realization different variety, the different scale open style numerical control system, forms has the bright individuality famous brand goods. At present the open style numerical control system architecture standard, the correspondence standard, the disposition standard, the movement platform, the numerical control system function storehouse as well as the numerical control system function software development kit and so on is the current research core.
The network numerical control equipment is a near two year international famous engine bed exposition new luminescent spot. The numerical control equipment network enormously will satisfy the production line, the manufacture system, the manufacture enterprise to the information integration demand, also will be realizes new manufacture pattern like agile manufacture, hypothesized enterprise, the global manufacture foundation unit. The domestic and foreign some famous numerical control engine bed and the numerical control system manufacture company all has promoted the related new concept and the prototype in the nearly two years. 1.4 takes the new technical standard, the standard establishment
1.4.1 about numerical control system design development standard
As mentioned above, the open style numerical control system has a better versatility, the flexibility, the compatibility, the extension, countries and so on US, European Economic Community and Japan implements the strategy development plan in abundance, and carries on the open style architecture numerical control system specification (OMAC, OSACA, OSEC) the research and the formulation, the world 3 biggest economies have carried on the nearly same science plan and the standard formulation in the short-term, has indicated a numerical control technology new transformation time oncoming. Our country also started in 2000 to conduct China's ONC numerical control system standard frame research and the formulation.
1.4.2 about numerical control standard
The numerical control standard is the manufacturing industry informationization development one tendency. The numerical control technology is born after 50 year exchanges of information all is based on the ISO6983 standard, how namely uses the G, M code to describe the (how) processing, its substantive characteristics faces the processing process, obviously, he has more and more not been able to satisfy mode