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构架拓展化数控体系为本土数控研发作业的必须

作者:天乙数控机床时间:2021-11-15871次浏览

信息摘要:

我国数控发展简况自改革开放以来,我国数控技术的开发研究有了较快的发展,尤其是经过“六五”(1981~1985)规划引进国外技术、“七五”(1986~1990)规划对引进技术的消化吸收,“八五”(1991~1995)规划由国家组织科技攻关对自主版权数控的开发及“九五”(1996~2000)规划国家组织产业化攻关等各个阶段实施,开发了

我国数控发展简况自改革开放以来,我国数控技术的开发研究有了较快的发展,尤其是经过“六五”(1981~1985)规划引进国外技术、“七五”(1986~1990)规划对引进技术的消化吸收,“八五”(1991~1995)规划由国家组织科技攻关对自主版权数控的开发及“九五”(1996~2000)规划国家组织产业化攻关等各个阶段实施,开发了具有我国自主版权的两个基本系统(即平台),四种数控系统及其派生产品。它们是,中华Ⅰ型(中国珠峰公司)、航天Ⅰ型(航天数控集团公司)、蓝天Ⅰ型(中科院沈阳计算所)、华中Ⅰ型(华中理工大学)。其中,中华Ⅰ型、华中Ⅰ型是基于PC+数控卡构成硬件平台而进行开发的。航天Ⅰ型是利用PC机的体系结构设计了与通用PC兼容的微机、加上数控通用/专用模板,构成了单机数控系统,在这个基础上,再与通用PC机互连,构成了典型的前/后台结构的多机系统。蓝天Ⅰ型是在原7500系列的高档数控的基础上,通过大规模可编程门阵芯片(EPLD)二次集成的,缩小化设计后与通用PC互连,构成了8500系列多机系统。这些高档数控系统的开发成功,使我国数控技术有了长足的进步,也给我国数控发展带来了新的机遇,如今随着芯片技术及计算机系统的高速发展,利用通用微机系统设计开放式结构的数控系统,把开发工作转到软件及算法上,在已开发的四个基本系统中都有突破。


  上述高档数控系统,都具有多轴联动功能,联动轴数可在五轴以上,这说明在新一代数控系统的开发研制上,我们与国外已站到了同一起跑线上,彻底改变了我国数控机床装备的数控系统,长期以来对国外的依赖性,同时高档数控系统的开发成功,也为我国高档数控机床的发展提供了有力保障。现在,我们已能够自行开发出国产数控机床所需要的各种类型的数控系统。国产数控系统不论是经济型数控,还是普及型(中档数控)及高级型(高档数控),近几年来已进入中、小批量的生产并得到广泛的应用。当然,经济型数控仍是我国应用面*大的系统,在10来年时间内,全国约有2万多台普通机床改造成经济型数控机床(以车床为主)。用普及型和高档数控系统对普通机床和传统机床,对进口机床及技术老化的机床或二手机床进行改造,在近几年来也有显著的经济效益,例如:蓝天高档数控国家工程研究中心,在批量生产的基础上,已向机床行业提供了200余台高中档为主的CNC产品与机床配套,不仅与国内10多个机床厂家的加工中心、车削中心、数控车床、数控铣床等20多种数控机床配套,同时也支持与完成了国家重大数控加工设备的配套及攻关。蓝天高档数控系统还成功地装备了沈阳第三机床厂的“S3FMC01盘套类柔性制造单元”、协同沈阳**机床厂成功装备了我国**台双过程曲轴铣床,协同中科院长春光机所成功装备了我国**台数控非球面光学镜片加工中心等等。又如,华中数控公司,对东方电机厂(国产大型发电设备制造重点企业)的10台重型机床和中型机床及其他企业中的几十台关键设备,进行数控化改造,使之成为普及型和高级型数控机床。


  更为可喜的是,利用高档数控国家工程研究中心的高档数控系统的优势与北京凯奇数控设备成套公司的伺服系统的优势,联合开发的高档数控系统(NC-100系统),已成功地向国外出口,于1998年开始对俄罗斯出口80套,实现了国产数控系统由进口到出口的转折。它标志着我国高档数控系统的技术水平已达到参与国际市场竞争的新阶段,是我国数控系统技术发展中的质的飞跃。


  目前,我国数控技术在基于PC的新一代开放式控制系统已有相当大的转机,研制成功的四种基型各有优点。但就开放性这一点来看,它们还未具备开放式控制系统的本质特性,各系统所采用的体系结构并不一致,尚未解决开放式控制系统的平台问题,相互间缺乏兼容性和互换性。


  显然,系统的软硬件还谈不上可移植性和互操作性,从软件开发上言仅处于结构化程序设计的水平,没有进一步利用面向对象、软件复用,二次开发等软件工程中的新技术,致使应用系统的开放性与开放式控制系统的要求相差甚远。为此,在进一步发展我国数控技术方面,在通用PC机体系结构的基础上,制定开放式数控系统技术规范的问题尤为重要。


  针对国内外发展开放式数控系统的现状和问题,我国的一些高等院校对此进行了积极的研制开发工作,上海交通大学生产系统和控制研究所,以通用微机作为数控平台,利用自身软件开发优势,建立以标准化的应用程序接口,统一的实时通信系统,动态实时配置系统为主要内容的系统平台和以功能元为基础的系统参考结构,直接提高了数控系统对不同需求的适应性,规范了系统的实现模式,已很好地应用在数控车床改造上。


  数控技术发展趋势当前,数控技术主要呈现如下发展趋势:1高精、高速、高效的加工在金切加工中、数控机床已经是半精加工和精加工的关键设备。为进一步提高精度,除了保证数控机床制造的几何精度和良好的结构特性外,可通过减少数控系统的误差和采用一定的补偿技术来实现,同时必须具备高精度的位置检测系统和高性能的伺服系统。脉冲当量为0.1μ(比现有数控系统在精度上高出一个数量级)的高性能数控系统和全数字伺服系统的研制开发,将直接促进数控机床的定位精度和加工精度的提高,也成为超精加工技术中不可缺少的控制装置。提高生产率是数控加工技术发展中追求的基本目标之一,首先必须提高切削速度和进给速度,而且还要减少辅助时间,缩短非切削时间。具体来说,就是提高主轴转速(这是提高切削速度的*直接有效的方法),提高各坐标轴快速移动速度(即进给速度),缩短换刀时间(在加工中心的自动刀具交换中)及工作台交换(在FMC中的自动交换工作台)的时间。


  对主轴转速言,在80年代中期普遍为4000~6000R/min,而后期进入到8000~12000R/min,90年代以来,相继出现12000~50000R/min甚至有超高速(超过50000R/min)的加工中心机床出现,例如日本新泻铁工所的VZ40立式加工中心,主轴转速高达50000R/min,使用该机床,结合陶瓷刀具,加工NAC55钢模具只需12~13min,而在普通机床上要9h才完成,很明显高速切削带来了高效的加工。


  对进给速度言,由于伺服系统技术的发展,各坐标轴快速移动速度已由10年前的15~24m/min提高到现在的30~40m/min,配合高性能的数控系统和具有优越的加、减速特性的直线电机驱动,在重型或大型的数控机床上,高速的空行程可达到40m/min以上至100m/min,从而大大减少了非切削时间。


  加工中心的快速换刀和FMC上的缩短工作台交换时间,近些年来也有较大进展。通过换刀机构的改进,使换刀时间由5~10s减少到2~4s,有的甚至达到0.5~1s.而工作台交换时间也由过去的12~20s,减少到6~10s,*快可达到2.5s以内,这使辅助时间缩减到*小。


  高可靠性数控系统的可靠性是数控机床质量的一项关键性指标,常以MTBF(平均无故障工作时间)来衡量。随着元器件集成度的提高,其可靠性指标MTBF已由80年代的大于10000h,提高至90年代1的30000~50000h,基于PC的新一代数控系统开发成功,其可靠性指标MTBF已达10年以上。


  增强通讯联网的能力在数控系统上开发多个通讯接口和多级通讯功能满足进线和联网的不同需要,使之不仅具有串行、DNC等点对点的通讯,还支持制造自动化协议(MAP)及以太网等多种通用和专用的网络操作,成为工厂自动化的基础设备。


  加强标准化和开放性为使基于PC的开放式数控系统成为数控技术发展的重要一翼,形成产业、不断适应制造业发展的需要,必须在通用PC机体系结构的基础上,制定必要的技术规范,按现代控制系统要求,使硬件的体系结构和功能模块具有兼容性,使软件层次结构、控制流程、接口及模块结构等规范化和标准化,为机床制造厂或用户提供一个良好的开放性和开发环境。


  网络数控网络化数控是数控向通用计算机即开放式体系结构方向的发展。在开放式体系结构标准下,应用网络技术,建立一个带有网络通信功能并具有统一软件、硬件平台结构的开放式系统。增强网络功能可以实现网络制造、异地制造、远程诊断与维护,加强了工厂对加工信息的传输和管理,提高了机加工自动化程度及远程监控,生产厂可通过广域网或电话网对数控系统进行诊断和维护。


  智能化数控系统的智能化程度是和人工智能技术发展和计算机应用密切关联的,几乎包含在数控系统的各个方面:为提高加工的质量和加工效率,利用自适应控制技术从加工中检测必要的信息,来自动调整系统有关参数、改善系统运行状态,达到*佳的运行。引入专家系统以建立工艺参数数据库为支撑指导加工,如,目前已开发出用于电加工机床的模糊逻辑控制和带自学习机功能的神经网络系统。以智能化数字伺服驱动装置,应用前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动调整参数等来提高伺服系统性能。由会话式编程到面向车间的编程及智能化自动编程和从触摸式屏幕操作,到“傻瓜”系统的推出及智能化的人机界面,均是数控系统在简化编程,简化操作方面的智能化进程。*后,应用分布式人工智能(DAI)技术,用Agent(智能体)元素开发智能检测监控系统,将会大大加强了数控系统智能化的程度。


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