外文翻譯--數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

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附錄 A 數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 摘要 :本文主要闡述了數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展以及其將來(lái)，較全面的說(shuō)明了現(xiàn)階段及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控機(jī)床 1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 從 1952 年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過(guò)了46 年歷程。數(shù)控系統(tǒng)由當(dāng)初的電子管式起步，經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段： 分立式晶體管式－－小規(guī)模集成電路式－－大規(guī)模集成電路式－－小型計(jì)算機(jī)式－－超大規(guī)模集成電路－－微機(jī)式的數(shù)控系統(tǒng)。到 80 年代，總體發(fā)展趨勢(shì)是：數(shù)控裝置由 展；廣泛采用 32 位 成多微處理器系統(tǒng)；提高系統(tǒng)的集成度，縮小體積，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和功能升級(jí)，滿足不同類型數(shù)控機(jī)床的需要；驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展； 置向人工智能化方向發(fā)展；采用新型的自動(dòng)編程系統(tǒng)；增強(qiáng)通信功能；數(shù)控系統(tǒng)可靠性不斷提高?？傊瑪?shù)控機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展，功能越來(lái)越完善，使用越來(lái)越方便，可靠性越來(lái)越高，性能價(jià)格比也越來(lái)越高。到 1990 年，全世界數(shù)控系統(tǒng)專業(yè)生產(chǎn)廠家年產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)約 13 萬(wàn)臺(tái)套。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(fā)展趨勢(shì)是： 新一代數(shù)控系統(tǒng)采用開(kāi)放式體系結(jié) 構(gòu) 進(jìn)入 90 年代以來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用 豐富的軟硬件資源開(kāi)發(fā)開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向大大發(fā)展。近幾年許多國(guó)家紛紛研究開(kāi)發(fā)這種系統(tǒng)，如美國(guó)科學(xué)制造中心（ 空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站 /機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)” 共體的“自動(dòng)化系統(tǒng)中開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)” 本的劃等。開(kāi)發(fā)研究成果已得到應(yīng)用，如 司從 1995 年開(kāi)始在其生產(chǎn)的加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控車床等產(chǎn)品中采用了開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的統(tǒng)。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，如多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)聲控自動(dòng)編程、圖形掃描自動(dòng)編程等。數(shù)控系統(tǒng)繼續(xù)向高集成度方向發(fā)展，每個(gè)芯片上可以集成更多個(gè)晶體管，使系統(tǒng)體積更小，更加小型化、微型化?？煽啃源蟠筇岣摺＠枚?優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)排除；增強(qiáng)通信功能，提高進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)能力。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對(duì)外開(kāi)放的，由于有充足的軟、硬件資源可供利用， 不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進(jìn)行的系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開(kāi)發(fā)帶來(lái)極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用，既可通過(guò)升檔或剪裁構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)，又可通過(guò)擴(kuò)展構(gòu)成不同類型數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。這種數(shù)控系統(tǒng)可隨 級(jí)而升級(jí)，結(jié)構(gòu)上不必變動(dòng)。 新一代數(shù)控系統(tǒng)控制性能大大提高 數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制 、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已實(shí)用化。 總之，新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床性能向高精度、高速度、高柔性化方向發(fā)展，使柔性自動(dòng)化加工技術(shù)水平不斷提高。 2 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì) 為了滿足市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對(duì)數(shù)控技術(shù)提出的更高的要 求，當(dāng)前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 高速、高效、高精度、高可靠性 要提高加工效率，首先必須提高切削和進(jìn)給速度，同時(shí)，還要縮短加工時(shí)間；要確保加工質(zhì)量，必須提高機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。 高速、高效 機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn) 有廣泛的適用性。 新一代數(shù)控機(jī)床（含加工中心）只有通過(guò)高速化大幅度縮短切削工時(shí)才可能進(jìn)一步提高其生產(chǎn)率。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機(jī)床特別是高速加工中心的開(kāi)發(fā)應(yīng)用緊密相關(guān)。 90 年代以來(lái)，歐、美、日各國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速15000－ 100000r/高速且高加 /減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（快移速度60~120m/削進(jìn)給速度高達(dá) 60m/高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù) 水平。隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長(zhǎng)壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加 /減速度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，應(yīng)不失時(shí)機(jī)地開(kāi)發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床。 依靠快速、準(zhǔn)確的數(shù)字量傳遞技術(shù)對(duì)高性能的機(jī)床執(zhí)行部件進(jìn)行高精密度、高響應(yīng)速度的實(shí)時(shí)處理，由于采用了新型刀具，車削和銑削的切削速度已達(dá)到 5000米 ~8000 米 /分以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在 30000 轉(zhuǎn) /分 (有的高達(dá) 10 萬(wàn)轉(zhuǎn) /分 )以上；工作臺(tái)的移動(dòng)速度：（進(jìn)給速度），在分辨率為 1 微米時(shí)，在 100 米 /分（有的到 200 米 /分）以上，在分辨率為 米時(shí)，在 24 米 /分以上；自動(dòng)換刀速度在 1 秒以內(nèi)；小線段插補(bǔ)進(jìn)給速度達(dá)到 12 米 /分。根據(jù)高效率、大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，高速直線電機(jī)的推廣應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出一批高速、高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機(jī)床以滿足汽車、農(nóng)機(jī)等行業(yè)的需求。還由于新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期加快，模具、航空、軍事等工業(yè)的加工零件不但復(fù)雜而且品種增多。 高精度 從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米 級(jí)（ <10其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等）。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。 當(dāng)前，機(jī)械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高了一倍，達(dá)到 5 微米；精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)（ 米），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到 米，加工圓度為 米，加工表面粗糙度 米等。 精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時(shí)的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來(lái)越高。為了滿足用戶的需要，近 10 多年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由± 10μ m 提高到± 5μ m，精密級(jí)加工中心的加工精度則從± 3~5μ m，提高到± 1~ 高可靠性 高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因?yàn)槭巧唐?，受性能價(jià)格比的約束。對(duì)于每天工作兩班的無(wú)人工廠而言，如果要求在 16 小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無(wú)故障率 P(t)＝ 99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間 必須大于3000 小時(shí)。 于 3000 小時(shí)，對(duì)于由不同數(shù)量的數(shù)控機(jī)床構(gòu)成的無(wú)人化工廠差別就大多了，我們只對(duì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10： 1 的話（數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí)）。此 時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的 時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的 必須大于 10 萬(wàn)小時(shí)。 當(dāng)前國(guó)外數(shù)控裝置的 已達(dá) 6000 小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá) 30000 小時(shí)以上。 模塊化、智能化、柔性化和集成化 模塊化、專門化與個(gè)性化 機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高并加快優(yōu)化。為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn)，機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高并加快優(yōu)化。個(gè)性化是近幾年來(lái)特別明顯的發(fā)展趨勢(shì)。 智能化 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面： 為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成； 為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等； 簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程，智能化的人機(jī)界面等； 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。 柔性化和集成化 數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：從點(diǎn)（數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床）、線（ 面（工段車間獨(dú)立制造島、 體（ 布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)；注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開(kāi)拓、完善； 機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 結(jié)，向信 息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開(kāi)放、集成和智能化方向發(fā)展。 開(kāi)放性 為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性，設(shè)計(jì)生產(chǎn)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國(guó)、歐共體及日本發(fā)展開(kāi)放式數(shù)控的計(jì)劃等。 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備 為適應(yīng)制造自動(dòng)化的發(fā)展，向 供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)字控制制造系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)上下料、自動(dòng)換刀、自動(dòng)更換主軸頭（有時(shí)帶坐標(biāo)變換） 、自動(dòng)誤差補(bǔ)償、自動(dòng)診斷、進(jìn)線和聯(lián)網(wǎng)等功能，廣泛地應(yīng)用機(jī)器人、物流系統(tǒng)； 造及無(wú)圖紙制造技術(shù)； 圍繞數(shù)控技術(shù)、制造過(guò)程技術(shù)在快速成型、并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床、機(jī)器人化機(jī)床、多功能機(jī)床等整機(jī)方面和高速電主軸、直線電機(jī)、軟件補(bǔ)償精度等單元技術(shù)方面先后有所突破。并聯(lián)桿系結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床實(shí)用化。這種虛擬軸數(shù)控機(jī)床用軟件的復(fù)雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，開(kāi)拓了數(shù)控機(jī)床發(fā)展的新領(lǐng)域； 以計(jì)算機(jī)輔助管理和工程數(shù)據(jù)庫(kù)、因特網(wǎng)等為主體的制造信息支持技術(shù)和智能化決策系統(tǒng)。對(duì)機(jī) 械加工中海量信息進(jìn)行存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理。應(yīng)用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使機(jī)械加工整個(gè)系統(tǒng)趨于資源合理支配并高效地應(yīng)用。 由于采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，機(jī)械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。 綜上所述，在現(xiàn)階段和未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展將迎來(lái)一個(gè)新的空間，必定以驚人的速度向前發(fā)展，并達(dá)到一個(gè)嶄新的曾面上。 附錄 B of of of of of of &D 952 of of 6 of of - of － － of － － － of of of 0 of C 2 of of to to of In a of is is Go to 990 of of of of a to 0 of of of go up a of of a of of of of is to In a of of a of in 00 A2 of 995 in of of of of in as of to on It is a of is of is of go on is of of or of of of of of of of PU on a he of on to to in of of ey is to of be of In a a of of of to of o of of to of of in o at of of is of of of is to of of to to is a of of is 90 a of of of of r/, is m/0 is as 0 m/ of . As is of of of of of as as a of in of do a of is is of of of of 000 8000 s of in is as as in 00 s 00 s) in .1 4 s ; 2 s to a of of of a of of of of of of to of is of to < 10 by to to as as 3 of . of of of of is as of .1 is a of is of is of so of of of of is of of To of 0 of 10 μ m go 5 μ of m 3 ~5 μ m, 1 ~ m. of of to be of do be is a is of of if to 6 ( t) ＝ 99% of of of be 000 is 000 of of a of as of 0: (is a of of be 3,333.3 of in of be of of 000 Is he of is of of of of of of of of of of is in he in of to in of if is To perf