所谓的“原生态”是指最自然,无加工的东西,就好像牛奶一样,原生态总是给人最好的感觉,但是也并非是真正的原生态,就算是牛奶,如果没有加工也是有益生菌的,因此,泰之在加工方面也是很下功夫的,这里的原生态是指加工后去除糟粕,取其精华的意思。例如:
数控维修技术作为泰之的主营产品之一,在对其加工时,是经过去除它多余的质量成分。
客户就是上帝,这话在很多企业家心中都成了企业发展的基本根据,想要抓取客户们的心,就得想出吸引客户的办法。在国内,大部分购买商都是担心质量效果的,也正是这一点埋没了多少高质量企业,也正是这样才使得国内经济流动不通畅,购买商不敢买,生产商提高成本的高质量产品却卖不出去;如何打破这一困境呢?其实方法很简单,设计往往是吸引客户的关键,经过长时间的探索,在设计方面下了很大的功夫,原生态设计的方案更是得到了不少的支持,在提高产品质量的同时,也在抓设计,突出产品的特点,才能获得展示的舞台。
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业,航空,航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别,什么是不生产,而是如何产生,用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,和数控技术在当今先进制造技术和设备,核心技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,为了提高制造能力和水平提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,并在“高精尖”数控关键技术和装备方面的封锁和对中国限制性政策。简而言之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工,传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等。
1, 国内外数控技术发展状况
世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复,几乎一度迅速成为夕阳产业,所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国,德国等几大制造商都经过较大变动,从90年代初开始已出现明显的回升,制造业在世界上形成一个新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同,全部生产任务。
20世纪人类社会的发明的最伟大的科技成就是计算机应用,计算机及控制技术在机械制造设备中的应 用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备,包括:汽车,铣削,加工中心,无聊,研磨,冲压,处理能力和各种平面的,数控制造设备,形成一个庞大的家族,全世界有年产10?20万单位,数十亿美元的价值。
世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复,几乎一度迅速成为夕阳产业,所以,美国人首先提 出要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国,德国等几大制造商都经过较大变动,从90年代初开始已出现明显的回升,制造业在世界上形成一个新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同,全部生产任务。
我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段,许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但在一般情况下,技术水平不高,质量差,所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整,经历了最艰难的岁月萧条,当产能50%库存超过四个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场,加强对数控设备批准进口的限制,数控系统支持关键的投资重点,设备,技术研究,对数控设备生产起到了很大的促进作用,尤其是1999年以后,国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金,使数控设备制造市场繁荣。从2000年8月份的上海数控机床展览会和2001年4月北京国际机床展览会上,您还可以看到多品种产品的繁荣。但也反映了下列问题:
(1) 低技术水平的产品竞争激烈,互相靠压价促销;
(2) 高技术水平、全功能产品主要靠进口;
(3) 配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口;
(4) 应用技术水平较低,联网技术没有完全推广使用;
(5) 自行开发能力较差,相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资公司生产或组装进口配件。
当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前,中国是世界机床的所有权(近300万台)最大的国家,但我们的机床数控化率仅达到1.9%左右,这与西方工业国家一般能达到20%的差距太大。日本的不足80万台机器的有近10倍的国家的制造能力。数控化率,现有数控机床的利用率,开工率低,这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床3000~4000台,年产5万多名日本数控机床,每年我们花十几亿美元进口7000~9000台数控机床,即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此,国家计委,从国家经贸委“八五”“九五”数控化改造提出的方法,在“九五”期间,我已经做了研究会。当时提出数控化改造的设备可达8~10万台,需要投资80?10十亿的资金,但得到的经济效益将是投入的5~10倍以上。因此,这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现,甚至有美国公司参与。“十五”才刚刚开始,国防委员会明确表示,军事投资6.8亿元的企业,用于对1.2~1.8万台机床的数控化改造。
数控技术经过50年的2个阶段和6代的发展:
第1阶段:硬件数控(NC)
第1代:1952年的电子管
第2代:1959年晶体管分离元件
第3代:1965年的小规模集成电路
第2阶段:软件数控(CNC)
第4代:1970年的小型计算机
第5代:1974年的微处理器
第6代:1990年基于个人PC机(PC-BASEO)
第6代的系统优点主要有:
(1) 元器件集成度高,可靠性,高性能可靠性已可达到5万小时以上;
(2) 基于PC平台,技术进步快,升级换代容易;
(3) 提供了开放式基础,可用于柔软的使用,丰富的硬件资源,数控能力,使广大地区(如CAD,CAM,CAPP,连接卡,声卡,打印机,摄影机等);
(4) 对数控系统生产厂来说,提供了一个良好的发展环境,简化了硬件。
目前,国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司,年产5万套以上系统,约占40%的世界市场,其次是德国的西门子公司约占15%以上,再次德海德汉尔,西班牙发格,意大利菲律宾卡地亚,法国NUM,日本三菱,安川。
国产数控系统厂家华中数控,北京航天数控集团北京KND,北京凯奇,沉阳艺术节,葛兰素史克,南京方达,成都广泰等。国产数控生产厂家都是小规模的,年产都还没有超过300~400套。
近10年数控机床为适应加工技术发展,在以下技术领域有巨大的进步。
(1) 高速化
由于高速加工技术普及,普遍提高机器速度的各个方面,车床主轴转速由3000~4000r/min提高到8000~10000r/min,铣床和4000?8000r/min加工中心主轴转速高达转速12000r/min,24000r/min进,40000r/min以上?快速移动速度由过去的10~20m/min提高到48m/min、60m/min的,在80m/min,120m/min可同时改善提高起步加速所需的移动部件的速度,其已由过去一般机床的0.5G(重力加速度)提高到1.5~2G,高达15G,直线电机开始在机器上,主轴上大量采用内装式主轴电机。
(2) 精密的
数控机床的定位精度已经普遍上升至约0.01?0.02毫米0.008毫米,亚微米级机床达到0.0005mm左右,纳米机器达到0.005?0.01μm的,最小分辨率为1nm(0.000001mm)的数控系统和机床已有产品。
数控中两轴以上插补技术大大提高,纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1μ的圆度,插补前多块预读,大大提高了插值的质量,自动拐角处理。
(3) 复合加工,新结构机床大量出现
如5轴5面体复合加工机床,5轴加工各种异型件。还得出了每个新的机器结构,包括6轴虚拟轴机床,串联和并联铰链机床。采用特殊的机械结构,数控特殊的操作模式特殊编程要求。
(4) 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑,当钻深孔大大提高工作效率。加工钢件切削速度能达1000m/min,加工铝件能达5000m/min。
(5) 数控机床的开放性和网络管理,其基本要求是采用数控机床,它不仅是提高数控机床的开动率,生产力的必要手段,和企业的合理化,优化使用的制造工具这些方法。因此,计算机集成制造,网络化制造,远程诊断,虚拟制造,异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来,这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。
2, 数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车,光,医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从数控技术和视设备发展的角度,世界上目前的趋势,其主要研究热点有以下几个方面〔1~8〕。
2.1 速度,高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是先进制造技术的机构。高速,高精加工技术可极大地提高效率,提高产品质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在汽车行业,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度差,该材料是铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,为了使这些肌肉,墙处理。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式,强度构件,刚度和改进的可靠性。这些都为高速加工设备制造,高精度和高灵活性的要求。
从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达在80m/min,或什至更高,空运行速度可达100m/min的左右。目前世界上许多汽车厂,其中包括中国的上海通用汽车,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快如100m/min的,加速度2g的,主轴转速已达60 000r/min。处理的薄壁飞机零件,仅30分钟,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。
在加工精度,近10年来,数控加工精度由10微米可达5μm的一般水平,精密加工中心从3?5μm的,可达1?1.5微米,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm的)。
在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。
为了实现高速,精度高,辅助功能,如主轴,直线电机得到了快速发展,应用范围进一步扩大。
2.2 5轴联动加工bsp;
采用5轴联动对三维曲面零件的加工,最佳可用的工具,切削几何参数,不仅光洁度,和效率大大提高。一般情况下,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但在过去因5轴联动数控系统,主机结构和复杂的原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,再加上编程难度比较大,制约了5轴联动机床的发展。
当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,制造难度和成本显著降低,数控系统缩小价格差距。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。
在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,和处理可以在4处理的垂直平面上的任何角度来实现,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国德马吉展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
2.3 智能化,开放,网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,包括智能数控系统的各个方面:追求加工效率和智能化的品质,自适应过程控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制,电机参数的自适应运算,自动识别负载自动选定模型自整定等;简化编程、简化的智能操作方面,作为智能化的自动编程,智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控内容易于诊断和修复系统等。
为了解决传统的数控系统和数控应用程序关闭的工业生产问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧盟OSACA(运
和复合加工机床EN 系统架构 为 自动化系统中 控制 ),日本的OSEC(开放系统 环境为 控制器),中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的平台上运行,对于机床制造商和最终用户,通过改变,增加或剪裁结构对象(数控功能),形成,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种,不同档次的开放式数控系统,形成了知名品牌具有鲜明的个性。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范,配置规范,操作平台,数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统,制造企业集成信息的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业,全球制造基地单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,在EMO2001展会,日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”(智能生产控制中心,简称CPC);日本大隈(Okuma)机床公司展出“IT plaza”(信息技术广场,简称IT广场);德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(开放制造环境,短OME)等,体现了对网络的数控加工方向的趋势。
2.4 重视新技术标准、规范的建立
2.4.1 关于数控系统设计开发规范
如前所述,开放式数控系统有更好的通用性,灵活,各国纷纷实施战略,以适应时代的发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA,OSEC)的研究和开发,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。在2000年也开始了我们的研究,中国的ONC数控系统的规范框架。
2.4.2关于数控标准
数控标准是制造业信息化发展的一个趋势。信息交流数控技术诞生50年后的基于之间ISO6983标准,它采用G,M代码描述如何(how)加工,其基本特征是面向过程的,显然,他已越来越不能满足现代数控技术的快速发展的需要。为此,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC),其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,统一的数据模型可以描述整个产品生命周期,在整个制造过程中,为了实现,乃至各个工业领域产品信息的标准化。
STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命,对于数控技术的发展乃至整个制造业,将产生深远的影响。首先,STEP-NC提出一种崭新的制造理念,传统的制造理念,NC加工程序都集中在单个计算机上。根据新标准,NC程序可以分散在互联网上,这是一个开放式数控技术,网络的发展方向。其次,STEP-NC的数控系统还可以大大减少加工图纸(约75%),加工编程时间(约35%)和处理时间(约50%)。
目前,欧美国家非常重视STEP-NC的研究,欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1~2001.12.31)。参与该项目的20加元来自欧洲和日本/ CAM / CAPP / CNC用户,厂商和学术机构。美国步骤 工具制造公司的软件进行数据交换的全球开发者,他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model),其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、验证的原型FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统。
2. 5 柔性化 包含两方面:数控系统本身的柔性,数控系统采用模块化设计,功能覆盖面大,可裁剪性强,便于满足不同用户的需求;群控系统的柔性,控制系统可以基于同一组的不同的生产工艺要求使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度地发挥群控系统的效能。
2. 6 工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间综合处理的主要目的,多轴线移动时,多家庭控制方向。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后,通过自动换刀,主轴头或转台等的旋转多项措施完成了多进程,复杂的多面加工。五轴联动数控技术,西门子880系统控制轴数可达24轴。(4)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境,它的作用是如何调度的任务,为了确保任务在规定期限内完成。认可机构正试图实现各种与计算模式的智能人的行为。当今科学技术的发展,实时系统和人工智能相互结合,人工智能正向着具有实时响应的、发展更现实的领域,而实时系统也朝着具有智能行为的、更复杂的应用程序的开发,由此产生了实时智能控制这一新的领域。数控技术,实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展:自适应控制、模糊控制,神经网络控制,专家控制,学习控制,前馈控制。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统,参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统,在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能压力,温度,位置,速度控制和模糊控制等方面,使数控系统的控制性能大大提高,从而达到最佳的控制。
2.7 功能发展方向
(1)用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同的用户界面的不同要求,因而开发用户界面的工作量极大,用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。目前的互联网,虚拟现实科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面大大方便了使用非专业用户,人们可以通过窗口和菜单进行操作,蓝图易于编程和快速编程,三维动态三维彩色图形,图形仿真,图形和模拟动态跟踪,视图和在不同方向的局部显示,实现缩放功能。
(2)科学计算可视化 科学计算可视化,可用于数据和解释数据的高效处理,使信息交流不再局限于用文字和语言表达,图形,可以直接使用,图片,动画等视觉信息。可视化和虚拟环境技术,进一步拓宽应用领域,如果没有设计图纸,虚拟样机技术,这缩短产品设计周期,提高产品质量,降低产品成本是很重要的。数控技术,可视化技术可用于CAD/CAM,如果自动编程设计,参数都自动设置刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
(3)插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补,圆柱插补,空间椭圆曲面插值,螺纹插补,极坐标插补,2D +2螺旋插补,纳米插补,NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A,B,C样条)多项式插值。多种功能,如补偿反向间隙补偿,垂直补偿象限误差补偿,间距和测量系统误差补偿,相关联的速度前馈补偿温度补偿,具有光滑的做法和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
(4)内装高性能PLC 数控系统内装高性能PLC控制模块,可直接用梯形图或高级语言编程,具有直观的在线调试和在线帮助功能。用于车床和铣床的编程工具包含标准PLC用户程序实例,用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改,从而方便地建立自己的应用程序。
(5)多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、视听和通信技术,并从而使计算机具有集成的无害化处理,文本,图像和能力的视频信息。数控技术,可集成的多媒体信息处理技术的应用,智能化,在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
2 .8 体系结构的发展
(1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD,CPLD以及专用集成电路ASIC芯片,数控系统可以提高软件和硬件速度的集成。应用FPD平板显示技术,可以提高显示性能。平板技术含量高显示,重量轻,体积小,低功耗,携带方便等优点,超大显示屏可实现,成为和CRT抗衡的新兴显示技术,显示21世纪的主流技术。先进封装和互连技术的应用,将半导体和表面安装技术融为一体。通过增加集成电路的密度,减少互连长度和数量来降低产品价格,改进的性能,减少元件尺寸,提高了系统的可靠性。
(2)模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据功能要求,基本模块,如CPU,内存,位置伺服,PLC,输入输出接口,通信模块,做一个标准的系列产品,作物以及在模块的数量功能变化由积木方式构成不同档次的数控系统。
(3)网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过网络工具,可在任何一台机床上对其它机床进行编程、建立,操作上,运行,不同的机器屏幕可同时每台机器屏幕上显示。
(4)通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化,开放,嵌入式架构,易切割,扩展和升级,可组成不同档次的,不同的类型,整合不同的数字系统的程度。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程,包含的信息,如加工的大小,形状,振动,噪声,因素的各种变化和热变形温度,因此,实现多目标优化的过程中,必须是多回路控制变量,在处理期间动态地调整实时过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式,易于实时智能计算机技术,网络技术,多媒体技术,CAD / CAM,伺服控制,自适应控制,动态数据管理和动态刀具补偿,动态仿真等高新技术于一体,构成严密的制造过程闭环控制体系,为了实现一体化,智能化,网络。
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