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行業新聞

國內外數控技術發展狀況
日期:2019-07-20 16:57:03 點擊量:0
  

20世紀人類社會最偉大的科技成果是計算機的發明與應用,計算機及控制技術在機械制造設備中的應用是世紀內制造業發展的最重大的技術進步。自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已經歷了50個年頭。數控設備包括:車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機,形成龐大的數控制造設備家族,每年全世界的產量有10~20萬臺,產值上百億美元。 世界制造業在20世紀末的十幾年中經歷了幾次反復,曾一度幾乎快成為夕陽工業,所以美國人首先提出了要振興現代制造業。90年代的全世界數控機床制造業都經過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經過較大變動,從90年代初開始已出現明顯的回升,在全世界制造業形成新的技術更新浪潮。如德國機床行業從2000年至今已接受3個月以后的訂貨合同,生產任務飽滿。

 

  我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展的階段,許多機床廠從傳統產品實現向數控化產品的轉型。但總的來說,技術水平不高,質量不佳,所以在90年代初期面臨國家經濟由計劃性經濟向市場經濟轉移調整,經歷了幾年最困難的蕭條時期,那時生產能力降到50%,庫存超過4個月。從1995年“九五”以后國家從擴大內需啟動機床市場,加強限制進口數控設備的審批,投資重點支持關鍵數控系統、設備、技術攻關,對數控設備生產起到了很大的促進作用,尤其是在1999年以后,國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金,使數控設備制造市場一派繁榮。從2000年8月份的上海數控機床展覽會和2001年4月北京國際機床展覽會上,也可以看到多品種產品的繁榮景象。但也反映了下列問題:

 

  (1) 低技術水平的產品競爭激烈,互相靠壓價促銷;

 

  (2) 高技術水平、全功能產品主要靠進口;

 

  (3) 配套的高質量功能部件、數控系統附件主要靠進口;

 

  (4) 應用技術水平較低,聯網技術沒有完全推廣使用;

 

  (5) 自行開發能力較差,相對有較高技術水平的產品主要靠引進圖紙、合資生產或進口件組裝。

 

  當今世界工業國家數控機床的擁有量反映了這個國家的經濟能力和國防實力。目前我國是全世界機床擁有量最多的國家(近300萬臺),但我們的機床數控化率僅達到1.9%左右,這與西方工業國家一般能達到20%的差距太大。日本不到80萬臺的機床卻有近10倍于我國的制造能力。數控化率低,已有數控機床利用率、開動率低,這是發展我國21世紀制造業必須首先解決的最主要問題。每年我們國產全功能數控機床3000~4000臺,日本1年產5萬多臺數控機床,每年我們花十幾億美元進口7000~9000臺數控機床,即使這樣我國制造業也很難把行業中數控化率大幅度提上去。因此,國家計委、經貿委從“八五”、“九五”就提出數控化改造的方針,在“九五”期間,我協會也曾做過調研。當時提出數控化改造的設備可達8~10萬臺,需投入80~100億資金,但得到的經濟效益將是投入的5~10倍以上。因此,這兩年來承擔數控化改造的企業公司大量涌現,甚至還有美國公司加入。“十五”剛剛開始,國防科工委就明確提出了在軍工企業中投入6.8億元,用于對1.2~1.8萬臺機床的數控化改造。

 

  數控技術經過50年的2個階段和6代的發展: 第1階段:硬件數控(NC) 第1代:1952年的電子管 第2代:1959年晶體管分離元件 第3代:1965年的小規模集成電路

 

  第2階段:軟件數控(CNC) 第4代:1970年的小型計算機 第5代:1974年的微處理器 第6代:1990年基于個人PC機(PC-BASEO) 第6代的系統優點主要有:

 

  (1) 元器件集成度高,可靠性好,性能高,可靠性已可達到5萬小時以上;

 

  (2) 基于PC平臺,技術進步快,升級換代容易;

 

  (3) 提供了開放式基礎,可供利用的軟、硬件資源豐富,使數控功能擴展到很寬的領域(如CAD、CAM、CAPP,連接網卡、聲卡、打印機、攝影機等);

 

  (4) 對數控系統生產廠來說,提供了優良的開發環境,簡化了硬件。 目前,國際上最大的數控系統生產廠是日本FANUC公司,1年生產5萬套以上系統,占世界市場約40%左右,其次是德國的西門子公司約占15%以上,再次是德海德漢爾,西班牙發格,意大利菲地亞,法國的NUM,日本的三菱、安川。

 

  國產數控系統廠家主要有華中數控、北京航天機床數控集團、北京凱恩帝、北京凱奇、沈陽藝天、廣州數控、南京新方達、成都廣泰等,國產數控生產廠家規模都較小,年產都還沒有超過300~400套。

 

  近10年數控機床為適應加工技術發展,在以下幾個技術領域都有巨大進步。

 

  (1) 高速化 由于高速加工技術普及,機床普遍提高各方面速度,車床主軸轉速由3000~4000r/min提高到8000~10000r/min,銑床和加工中心主軸轉速由4000~8000r/min提高到12000r/min、24000r/min、40000r/min以上快速移動速度由過去的10~20m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m/min在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度,其已由過去一般機床的0.5G(重力加速度)提高到1.5~2G,最高可達15G,直線電機在機床上開始使用,主軸上大量采用內裝式主軸電機。

 

  (2) 高精度化 數控機床的定位精度已由一般的0.01~0.02mm提高到0.008mm左右,亞微米級機床達到0.0005mm左右,納米級機床達到0.005~0.01μm,最小分辨率為1nm(0.000001mm)的數控系統和機床已有產品。 數控中兩軸以上插補技術大大提高,納米級插補使兩軸聯動出的圓弧都可以達到1μ的圓度,插補前多程序段預讀,大大提高插補質量,并可進行自動拐角處理等。

 

  (3) 復合加工、新結構機床大量出現 如5軸5面體復合加工機床,5軸5聯動加工各類異形零件。也派生出各新穎的機床結構,包括6軸虛擬軸機床,串并聯鉸鏈機床等。采用特殊機械結構,數控的特殊運算方式,特殊編程要求。

 

  (4) 使用各種高效特殊功能的刀具使數控機床“如虎添翼”。如內冷鉆頭由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑,在鉆深孔時大大提高效率。加工鋼件切削速度能達1000m/min,加工鋁件能達5000m/min。

 

  (5) 數控機床的開放性和聯網管理,已是使用數控機床的基本要求,它不僅是提高數控機床開動率、生產率的必要手段,而且是企業合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此,計算機集成制造、網絡制造、異地診斷、虛擬制造、異行工程等等各種新技術都在數控機床基礎上發展起來,這必然成為21世紀制造業發展的一個主要潮流。

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