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第一章 概論 一 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史 1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī) 這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞 動的工具 它與人類在農(nóng)業(yè) 工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動的工具相比 起了 質(zhì)的飛躍 為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ) 6 年后 即在 1952 年 計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了 機(jī)床上 在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床 從此 傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化 近半個世紀(jì)以 來 數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展 二 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析 一 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升 在大中企業(yè)已有較多的使用 在中小企 業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用 在這些數(shù)控機(jī)床中 除少量機(jī)床以 FMS 模式集成使用 外 大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài) 并且相當(dāng)部分處于使用效率不高 管理方式落后的狀態(tài) 2001 年 我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第 5 名 機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第 3 位 達(dá) 47 39 億美元 僅次于美國的 53 67 億美元 消費(fèi)額比上一年增長 25 但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī) 床不能滿足市場的需求 使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢 2001 年進(jìn)口機(jī)床躍升至世 界第 2 位 達(dá) 24 06 億美元 比上年增長 27 3 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床 有數(shù)控車床 數(shù)控磨床 數(shù)控特種加工機(jī)床 數(shù)控剪板機(jī) 數(shù)控成形折彎機(jī) 數(shù)控壓鑄機(jī) 等 普通機(jī)床有鉆床 鋸床 插床 拉床 組合機(jī)床 液壓壓力機(jī) 木工機(jī)床等 出口的 數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主 二 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 1 新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破 技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位 2 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長 數(shù)控化率顯著提高 2001 年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá) 1 8 萬臺 比上年增長 28 5 金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值 數(shù)控化率 從 2000 年的 17 4 提高到 2001 年的 22 7 3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破 三 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1 繼續(xù)向開放式 基于 PC 的第六代方向發(fā)展 基于 PC 所具有的開放性 低成本 高可靠性 軟硬件資源豐富等特點(diǎn) 更多的數(shù)控 系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路 至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī) 來處理人機(jī)界面 編程 聯(lián)網(wǎng)通信等問題 由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù) PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面 將普及 到所有的數(shù)控系統(tǒng) 遠(yuǎn)程通訊 遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍 2 向高速化和高精度化發(fā)展 這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要 3 向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高 1 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息 并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù) 達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn) 行狀態(tài)的目的 2 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗 加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中 以工藝參數(shù)數(shù)據(jù) 庫為支撐 建立具有人工智能的專家系統(tǒng) 3 引入故障診斷專家系統(tǒng) 4 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置 可以通過自動識別負(fù)載 而自動調(diào)整參數(shù) 使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行 四 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 一 微觀看改造的必要性 從微觀上看 數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性 而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控 系統(tǒng)所包含的計算機(jī)的威力 1 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線 曲面等復(fù)雜的零件 由于計算機(jī)有高超的運(yùn)算能力 可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運(yùn)動的運(yùn)動量 因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面 2 可以實現(xiàn)加工的自動化 而且是柔性自動化 從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3 7 倍 由 于計算機(jī)有記憶和存儲能力 可以將輸入的程序記住和存儲下來 然后按程序規(guī)定的順序 自動去執(zhí)行 從而實現(xiàn)自動化 數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序 就可實現(xiàn)另一工件加工的自 動化 從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化 故被稱為實現(xiàn)了 柔性自動化 3 加工零件的精度高 尺寸分散度小 使裝配容易 不再需要 修配 4 可實現(xiàn)多工序的集中 減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn) 5 擁有自動報警 自動監(jiān)控 自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能 因而可實現(xiàn)長時間無人看 管加工 6 由以上五條派生的好處 如 降低了工人的勞動強(qiáng)度 節(jié)省了勞動力 一個人可以看管多臺機(jī)床 減少 了 工裝 縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期 可對市場需求作出快速反應(yīng)等等 二 宏觀看改造的必要性 從宏觀上看 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍 民機(jī)械工業(yè) 在 70 年代末 80 年代初已開始大規(guī) 模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床 由于采用信息技術(shù)對國外軍 民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造 稱之為信息化 最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng) 而我們在信息技術(shù)改造 傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后 20 年 如我國機(jī)床擁有量中 數(shù)控機(jī)床的比重 數(shù)控化率 到 1995 年只有 1 9 而日本在 1994 年已達(dá) 20 8 因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口 這 也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 數(shù)控化改造的市場空間 機(jī)床的數(shù)控制化改造是一個方興未的行業(yè) 從各種統(tǒng)計數(shù)字上看前途應(yīng)該是十分光明 的 例如 在美國 日本和德國等發(fā)達(dá)國家 它們的機(jī)床改造人作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè) 生意盎然 正處在黃金時代 由于機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步 機(jī)床改造是一個 永恒 的課題 我國的機(jī)床改造業(yè) 也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)所以不難看 出 1 國內(nèi)的市場 我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺 而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11 34 萬臺 即我國機(jī)床數(shù) 控化率不到 3 近 10 年來 我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0 6 0 8 萬臺 年產(chǎn)值約為 18 億 元 機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6 我國機(jī)床役齡 10 年以上的占 60 以上 10 年以下的 機(jī)床中 自動 半自動機(jī)床不到 20 FMC FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù) 美國和日本 自動和半自動機(jī)床占 60 以上 可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn) 加工裝備絕 大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床 而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床 用這種裝備加工出來的產(chǎn) 品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期長 從而在國際 國內(nèi)市場上缺乏 競爭力 直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品 市場 效益 影響企業(yè)的生存和發(fā)展 所以必須大力 提高機(jī)床的數(shù)控化率 2 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 我國自改革開放以來 很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù) 設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造 據(jù)不 完全統(tǒng)計 從 1979 1988 年 10 年間 全國引進(jìn)技術(shù)改造項目就有 18446 項 大約 165 8 億美元 這些項目中 大部分項目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用 但是有的引進(jìn)項目由 于種種原因 設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn) 甚至癱瘓 使企業(yè)的效益受到影響 嚴(yán)重的使 企業(yè)陷入困境 一些設(shè)備 生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后 有的消化吸收不好 備件不全 維護(hù) 不當(dāng) 結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良 有的引進(jìn)時只注意引進(jìn)設(shè)備 儀器 生產(chǎn)線 忽視軟件 工藝 管 理等 造成項目不完整 設(shè)備潛力不能發(fā)揮 有的甚至不能啟動運(yùn)行 沒有發(fā)揮應(yīng)有的作 用 有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好 但是因為設(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo) 有的因為能耗高 產(chǎn) 品合格率低而造成虧損 有的已引進(jìn)較長時間 需要進(jìn)行技術(shù)更新 種種原因使有的設(shè)備 不僅沒有創(chuàng)造財富 反而消耗著財富 這些不能使用的設(shè)備 生產(chǎn)線是個包袱 也是一批很大的存量資產(chǎn) 修好了就是財富 只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn) 解決關(guān)鍵技術(shù)問題 就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn) 爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益 這也是一個極大的改造市場 機(jī)床改造的效益分析 提高機(jī)床數(shù)控化效率有兩個途徑 一是購買新的數(shù)控機(jī)床 二是對舊的機(jī)床進(jìn)行改造 而對于一個機(jī)床擁有量大 經(jīng)濟(jì)財力又不足的發(fā)展中國家來說 采用舊機(jī)床改造來提高設(shè) 備的先進(jìn)性和數(shù)控化率是一個極其有效和使用的途徑 采用第二中方法有以下的優(yōu)點(diǎn) 1 減少了投資和交貨的期限 同購置新的數(shù)控機(jī)床相比 一般可以節(jié)省 60 到 80 的費(fèi)用 改造的費(fèi)用大大減低 2 機(jī)械的穩(wěn)定性可靠 機(jī)床的床身 立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄鐵構(gòu)件 而鑄件越久自然失效充分 內(nèi) 應(yīng)力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定 這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會資源 又減少了鑄鐵 件生產(chǎn)時對環(huán)境的污染 3 熟悉了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能 便于操作維修 購買的新設(shè)備 事先很難前面了解機(jī)床的結(jié)構(gòu) 性能 以至很難預(yù)算是否完全適合加工要求 而改造則完全可以避免這種情況 并且大大 縮短了對數(shù)控機(jī)床在使用和維修方面的培訓(xùn)時間 機(jī)床一旦改裝完成 很快就可以投入使 用 見效較快 4 可以充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有的地基 不必像購新機(jī)時重新構(gòu)筑新基 同時工夾具 樣板和外設(shè) 備也可以在利用 5 可更好的因地制宜合理篩選功能 購買現(xiàn)成的通用型機(jī)床 往往對一個具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能 又可能缺少某 一個專用的特殊功能 如向機(jī)床制造廠提出特殊定貨要求 增加某些特殊的加工要求 往 往費(fèi)用大 交貨的日期又長 而采用改造的方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求 采用組合的方 法再某些部件設(shè)計改造成專用的數(shù)控機(jī)床 6 可及時采用最新技術(shù) 充分利用社會資源 由于技術(shù)進(jìn)步和我國機(jī)床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展 目前已有眾多的疏忽資源支持 機(jī)床方面的改造 如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副 且交貨期短 采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù) 可使傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防止爬行 還可以使得刮研極容易 等 等例子說明有一大批社會資源 可根據(jù)技術(shù)更新的發(fā)展速度 及時地采用最新技術(shù)來提高 生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率 提高設(shè)備質(zhì)量和檔次 將舊機(jī)場改造成當(dāng)今水平的機(jī)床