數(shù)控系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　發(fā)展具有中國道路的數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　摘要：數(shù)控系統(tǒng)是各類數(shù)控裝備的核心，因此通過科技創(chuàng)新首先發(fā)展具有中國特色的新型數(shù)控系統(tǒng)，將是推動數(shù)控產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的有效技術(shù)途徑?？沙浞掷猛ㄓ梦C(jī)已有軟硬件資源和分享計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新成果，此外以通用微機(jī)作為數(shù)控平臺還可獲得快速的技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)PC機(jī)升級換代時，數(shù)控系統(tǒng)也可相應(yīng)升級換代，從而長期保持技術(shù)上的優(yōu)勢，在競爭中立于不敗之地。</p&g

2、t;<p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控部件、國產(chǎn)化 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、概述…………………………………………………………4</p><p>　　二、推進(jìn)數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)…………………………4</p><p>　　（1）、新型永磁電主軸單元………

3、……………………………4</p><p>　　（2）、廉價的高性能伺服系統(tǒng)…………………………………4</p><p>　?。?）、直線交流伺服系統(tǒng)………………………………………5</p><p>　?。?）、零傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭…………………………………5</p><p>　?。?）、高速高精度檢測裝置……………………………………5<

4、/p><p>　　三、加速數(shù)控機(jī)床的全國產(chǎn)化，打好市場翻身仗……………5</p><p>　?。?）、大力發(fā)展低價位數(shù)控機(jī)床………………………………5</p><p>　?。?）、加速開發(fā)高速高效數(shù)控機(jī)床……………………………5</p><p>　?。?）、突破重型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)制造技術(shù)……………………6</p><p>

5、　　四、結(jié)束語………………………………………………………7</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………8</p><p>　　發(fā)展具有中國道路的數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　一、概述      幾十年的經(jīng)驗(yàn)表明，可靠性好壞是國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能否發(fā)展的關(guān)鍵。雖然影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多，但過大

6、的硬件規(guī)模和較低的硬件制造工藝水平往往對可靠性造成最大的威脅。以往，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)時由于種種原因的限制，不得不選用技術(shù)指標(biāo)不太高的普通CPU，這樣，為完成數(shù)控的復(fù)雜功能往往需要由多個CPU來組成系統(tǒng)，有時還需另加一些專用或通用硬件電路來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的一些高實(shí)時性功能，從而造成系統(tǒng)硬件規(guī)模龐大。對于數(shù)控系統(tǒng)這種批量不大的產(chǎn)品，在國內(nèi)現(xiàn)有工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統(tǒng)的可靠性，因而使得國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的表現(xiàn)不佳，對國

7、產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的形象和聲譽(yù)造成嚴(yán)重影響，使得不少用戶現(xiàn)在還心有余悸。</p><p>　　因此，我們在開發(fā)新型數(shù)控系統(tǒng)時，應(yīng)優(yōu)先選用新型高性能CPU作為系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核心，并盡量用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統(tǒng)硬件的規(guī)模。此外，還應(yīng)在軟件設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)、接插件設(shè)計(jì)與選用、接地與屏蔽設(shè)計(jì)和施工等方面采用強(qiáng)抗擾高可靠性設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，從而全面提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>

8、　　二、推進(jìn)數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)</p><p>　　如何實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)與制造便是我國機(jī)床制造企業(yè)快速響應(yīng)市場需求，在競爭中獲勝的另一關(guān)鍵。要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)制造，必須解決數(shù)控機(jī)床功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)問題。目前我國在這方面離實(shí)際需求還有相當(dāng)大的差距。因此，在今后的若干年內(nèi)，我們必須大力促進(jìn)數(shù)控機(jī)床功能部件的開發(fā)和專業(yè)化生產(chǎn)。其要點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）新型

9、永磁電主軸單元 </p><p>　　電主軸已成為國際市場上最熱門的數(shù)控機(jī)床功能部件。但目前這類產(chǎn)品幾乎都為感應(yīng)異步型，存在以下突出問題：①轉(zhuǎn)子上存在繞組，有大電流流過，因此轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重，直接影響主軸精度；②低速出力小且轉(zhuǎn)矩脈動大，難以滿足寬范圍切削要求；③效率和功率因素低，不僅電機(jī)體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；④控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本高。</p><p>　　因此，利用我國稀土永

10、磁材料的優(yōu)勢，開發(fā)新型大功率、高效率、寬調(diào)速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現(xiàn)有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產(chǎn)品。由于永磁電主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)都較感應(yīng)異步型電主軸簡單，因此易于進(jìn)行專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術(shù)、高精度高速動平衡技術(shù)、高速驅(qū)動、檢測與控制技術(shù)、高可靠性安全保證技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　(2)廉價

11、的高性能伺服系統(tǒng)</p><p>　　目前，一套進(jìn)給交流伺服系統(tǒng)（驅(qū)動器+電機(jī)）的價格一般都在萬元以上，主軸伺服系統(tǒng)的價格高達(dá)數(shù)萬元，已成為降低國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床成本的一大障礙。因此，應(yīng)配合新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，大力開發(fā)廉價的高性能內(nèi)裝式伺服系統(tǒng)。由于內(nèi)裝式伺服的硬件部分只有電機(jī)和功率接口，充分利用我國的永磁資源優(yōu)勢，通過專業(yè)化生產(chǎn)可以把電機(jī)的造價降下來，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內(nèi)裝

12、式進(jìn)給伺服的價格控制在數(shù)千元以內(nèi)，將內(nèi)裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內(nèi)，將是完全可能的。</p><p>　　(3)直線交流伺服系統(tǒng)  </p><p>　　直線交流伺服系統(tǒng)是下一世紀(jì)數(shù)控機(jī)床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產(chǎn)品，因此應(yīng)加強(qiáng)研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用?？紤]到常規(guī)機(jī)床的防磁問題較難解決，而并聯(lián)機(jī)床的防磁相對容易，因此可為常規(guī)結(jié)構(gòu)機(jī)床開發(fā)感應(yīng)異步型直線電機(jī)，為并聯(lián)結(jié)

13、構(gòu)機(jī)床開發(fā)永磁同步型直線電機(jī)，從而揚(yáng)長避短，構(gòu)成符合實(shí)際應(yīng)用要求的新型高速高精度進(jìn)給系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步開發(fā)將驅(qū)動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。</p><p>　　(4)零傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭  </p><p>　　數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭是多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉(zhuǎn)臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達(dá)到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟

14、蹊徑開發(fā)新型零傳動（無機(jī)械傳動鏈）數(shù)控轉(zhuǎn)臺和擺頭，以促進(jìn)我國高速高精度多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。</p><p>　　(5)高速高精度檢測裝置  </p><p>　　高速高精度是下世紀(jì)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主題，這不但需要高性能的控制和驅(qū)動，同時還需要高品質(zhì)的檢測環(huán)節(jié)，因此應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)0.1 μm以上精度的高速(60 m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移

15、傳感器，此類技術(shù)國外對我國是封鎖的。</p><p>　　三、加速數(shù)控機(jī)床的全國產(chǎn)化，打好市場翻身仗</p><p>　　數(shù)控產(chǎn)業(yè)化的最終成功將體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的全國產(chǎn)化和市場占有率上。在上述總體戰(zhàn)略指導(dǎo)下，采取抓兩頭（低價位數(shù)控機(jī)床和高速高效數(shù)控機(jī)床）、帶中間（普通數(shù)控機(jī)床）、促重型（重型關(guān)鍵裝備）的方針，將是在國內(nèi)市場上快速收復(fù)失地，在國際市場上穩(wěn)步進(jìn)軍，最終打贏國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場翻身仗的

16、一種有效戰(zhàn)術(shù)和策略。關(guān)于普通數(shù)控機(jī)床的發(fā)展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價位數(shù)控機(jī)床、高速高效數(shù)控機(jī)床和重型數(shù)控機(jī)床的發(fā)展問題作一討論。</p><p>　　(1)大力發(fā)展低價位數(shù)控機(jī)床  </p><p>　　低價位機(jī)床是功能滿足用戶要求(無功能浪費(fèi))、技術(shù)指標(biāo)適中、可靠性好、價格便宜的普及型數(shù)控機(jī)床。這類機(jī)床已成為國際市場上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢之一，也是國內(nèi)眾多用戶渴

17、求的產(chǎn)品，其市場前景相當(dāng)廣闊。然而，如果采用國外數(shù)控系統(tǒng)（包括伺服）按照傳統(tǒng)思路來發(fā)展低價位機(jī)床，是很難將價格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)來發(fā)展高性能的低價位數(shù)控機(jī)床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構(gòu)成的全國產(chǎn)普及型數(shù)控車床的售價完全可以控制在10萬元以內(nèi)，三坐標(biāo)數(shù)控銑床可控制在15萬元左右，加工中心可控制在20萬元左右。此價位的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床將是具有較強(qiáng)競爭力的。</p

18、><p>　　(2)加速開發(fā)高速高效數(shù)控機(jī)床  </p><p>　　高速高效是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的另一大潮流。發(fā)展高速高效數(shù)控機(jī)床的技術(shù)途徑可有以下幾條：①通過提高切削速度和進(jìn)給速度，從而達(dá)到成倍提高生產(chǎn)效率，有效提高零件的表面加工質(zhì)量和加工精度并解決常規(guī)加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復(fù)雜薄壁零件）的高效加工問題。②通過工藝復(fù)合，減少工件的安裝

19、次數(shù)，有效縮短搬運(yùn)和裝夾時間。例如，將五面五軸加工中心與立車復(fù)合構(gòu)成萬能加工中心，可實(shí)現(xiàn)一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數(shù)，提高加工效率。④為數(shù)控機(jī)床開發(fā)智能尋位加工功能，消除對精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準(zhǔn)備時間。</p><p>　　在我國現(xiàn)實(shí)條件下如果沿用傳統(tǒng)思路是難以實(shí)現(xiàn)上述途徑的，

20、因此，必須立足國情，結(jié)合實(shí)際勇于創(chuàng)新，大膽探索新的道路。 考慮到常規(guī)數(shù)控機(jī)床在總體結(jié)構(gòu)上基本上采用工件和刀具沿各自導(dǎo)軌共同運(yùn)動的方案，一方面由于機(jī)床傳動環(huán)節(jié)剛性不足和導(dǎo)軌中的摩擦阻力較大，使運(yùn)動部件難以獲得高的進(jìn)給速度；另一方面由于工件、夾具和工作臺的總質(zhì)量比較大，使之難以獲得高的加速度。此外，傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)是一種串聯(lián)開鏈結(jié)構(gòu)，組成環(huán)節(jié)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且由于存在懸臂部件和環(huán)節(jié)間的聯(lián)接間隙，不容易獲得高的總體剛度，因此難以適應(yīng)高速高效加工的

21、特殊要求。為此，開發(fā)國產(chǎn)高速高效數(shù)控機(jī)床時，可采用工件固定，以直線電機(jī)組成并聯(lián)短鏈直接驅(qū)動主軸和刀具運(yùn)動、將高速高精度傳動與高剛度支撐合二為一的適合于高速高效加工中心的新型結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)的高速高效數(shù)控機(jī)床不但速度高、剛度高，如果在傳動與控制上處理得當(dāng)，可以達(dá)到比常規(guī)機(jī)床更高的加工精度和加工質(zhì)量，而且具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制造成本低，易于經(jīng)濟(jì)化批量生產(chǎn)等顯著優(yōu)點(diǎn)。因此，沿此思路發(fā)展高速高效數(shù)控機(jī)床將是一條符合國情

22、、易于取得成功的道路。</p><p>　　(3)突破重型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)制造技術(shù)  </p><p>　　重型數(shù)控機(jī)床（特別是多坐標(biāo)重型數(shù)控機(jī)床）是國民經(jīng)濟(jì)和國防生產(chǎn)中的重大關(guān)鍵設(shè)備，屬于戰(zhàn)略物資，真正先進(jìn)的重型數(shù)控機(jī)床國外是不可能賣給我們的，因此，在我國下世紀(jì)數(shù)控產(chǎn)品的發(fā)展中必須依靠自己的力量進(jìn)行解決。發(fā)展重型數(shù)控機(jī)床必須有過硬的基礎(chǔ)，我們在數(shù)控機(jī)床國產(chǎn)化的進(jìn)程中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)

23、，加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究，充分發(fā)揮我國產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的優(yōu)勢，各部門通力合作、共同努力，爭取在下世紀(jì)初取得突破性進(jìn)展。</p><p>　　目前，在發(fā)展重型數(shù)控機(jī)床中除需加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究外，還應(yīng)加強(qiáng)其關(guān)鍵技術(shù)研究。例如，重型機(jī)床的控制就是需要加以特殊解決的關(guān)鍵問題。因重型機(jī)床加工的工件特別昂貴不允許報(bào)廢，為了確保機(jī)床工作可靠，在數(shù)控系統(tǒng)中可采用雙（或多）CPU冗余工作方案，以確保運(yùn)算和控制的絕對正確，并在出現(xiàn)故障

24、時自動診斷、自動修復(fù)或自動替補(bǔ)，確保加工不出問題。此外，在電源上可采取雙蓄電池供電的全隔離供電方案，即一組電池在給系統(tǒng)供電時，可對另一組電池進(jìn)行充電，電網(wǎng)與控制系統(tǒng)是完全隔離的。這就徹底消除了重型車間中電網(wǎng)電壓波動厲害、干擾嚴(yán)重對數(shù)控系統(tǒng)造成的影響，從而有效保證系統(tǒng)的可靠性。又如，重型數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動也是一大關(guān)鍵問題。當(dāng)行程長度超過5 m，普通滾珠絲桿就難以勝任大負(fù)荷的傳動，因此目前一般采用預(yù)加負(fù)載的雙齒輪-齒條機(jī)構(gòu)、靜壓</p&g

25、t;<p>　　蝸桿-蝸母條機(jī)構(gòu)、四足（或雙足）爬行進(jìn)給機(jī)構(gòu)等來實(shí)現(xiàn)長行程傳動。但這些方案存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度和加速度低、動態(tài)性能差、難以達(dá)到高精度、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜等問題。為此可發(fā)展陣列式高效直線電機(jī)直接驅(qū)動技術(shù)和空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動技術(shù)，以新的途徑來解決重型數(shù)控機(jī)床的高速、高精度驅(qū)動問題。除此之外，機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、長行程精密檢測、重力變形補(bǔ)償、切削力變形補(bǔ)償、熱變形補(bǔ)償?shù)纫彩侵匦蛿?shù)控機(jī)床中必須解決的關(guān)鍵問題，必須予以充分重視

26、。  </p><p><b>　　四、結(jié)束語</b></p><p>　　制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。本文在對數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的分析，對我國數(shù)控領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展途徑進(jìn)行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營銷

27、為重點(diǎn)，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路的總體發(fā)展戰(zhàn)略。在此基礎(chǔ)上，研究了發(fā)展新型數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件、數(shù)控機(jī)床整機(jī)等的具體技術(shù)途徑。</p><p>　　我們衷心希望，我國科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經(jīng)濟(jì)給我們帶來的難得機(jī)遇，迎接競爭全球化帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在21世紀(jì)使我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭而共同努力奮斗！</p><p&

28、gt;<b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 高勇等.UG NX 中文版數(shù)控加工基礎(chǔ)教程.北京:人民郵電出版社,2006.4</p><p>　　[2] 孫漢卿.數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[3] 王立新.淺談數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào).2007.</p&g