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1、数控技术的发展及行业新技术ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望数控技术的发展及行业新技术数控技术的发展及行业新技术 一、数控技术的现状及发展趋势一、数控技术的现状及发展趋势 1 1 1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状 2 2 2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势二、数控加工的行业新技术二、数控加工的行业新技术 1 1
2、1 1、高速加工、高速加工、高速加工、高速加工 2 2 2 2、快速成形技术、快速成形技术、快速成形技术、快速成形技术1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状 近近20多年来，电子信息、计算机等技术的高速发展，以及市多年来，电子信息、计算机等技术的高速发展，以及市场需求的多样化，使得数控技术的发展和应用突飞猛进。场需求的多样化，使得数控技术的发展和应用突飞猛进。推动着制造业向高速、高精度、高智能化、高柔性化飞速迈进。推动着制造业向高速、高精度、高智能化、高柔性化飞速迈进。在非制造业，数控技术也大有用武之地（如：五坐标机器人等）在非制造业，数控技术也大有用武之地（如：五坐标机器人等）1 1
3、、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状数控技术发展至今：数控技术发展至今：可实现可实现 3D动态模拟显示加工过程动态模拟显示加工过程 图形交互式自动编程（建立在图形交互式自动编程（建立在CAD/CAM软件基础上）软件基础上）发达国家，五坐标联动技术成熟发达国家，五坐标联动技术成熟 FMS已有成功应用已有成功应用 CIMS技术上尚有难度技术上尚有难度 开放式、网络化、智能化数控一直处于研究之中开放式、网络化、智能化数控一直处于研究之中 1 1、数控技术及现状、数控技术及现状高速性高速性国外高档、高速数控机床：国外高档、高速数控机床：快进速度快进速度可达可达120m/min加速度加速度可达可达2
4、g15g主轴转速主轴转速可达可达100000r/min换刀时间换刀时间可少于可少于0.14s 1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状高精度高精度精度，平均每精度，平均每8年提高年提高1倍。倍。近近10年来：年来：普通级数控机床的加工精度从普通级数控机床的加工精度从10微米提高到微米提高到5微米微米精密级加工中心则从精密级加工中心则从35微米提高到微米提高到11.5微米微米 超精密加工精度已开始进入纳米级（超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01微米）微米）国内可以达到国内可以达到0.1微米微米 1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状可靠性可靠性（与工作环境有关）：（与工作环境有
5、关）：MTBF（Mean Time Between Failures），即平均故障间隔时间），即平均故障间隔时间国外（据称）：国外（据称）：数控装置的数控装置的MTBF 值值高达高达6000小时以上，小时以上，伺服系统的伺服系统的MTBF值值高达高达30000小时以上小时以上对进口数控机床的多年跟踪考核结果表明：对进口数控机床的多年跟踪考核结果表明：德美日等国的著名品牌数控机床整机德美日等国的著名品牌数控机床整机MTBF一般可达一般可达1000小时以上，有小时以上，有的已高达的已高达2500小时以上。加工中心一般在小时以上。加工中心一般在10002000小时之间。小时之间。国产数控机床的国产数
6、控机床的MTBF从从“八五八五”末期的末期的200多小时提高到多小时提高到600小时以上。小时以上。1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状 国外数控系统国外数控系统 8090%由一批著名的专业企业生产，如日本的由一批著名的专业企业生产，如日本的FANUC、德国的、德国的SIEMENS、美国的、美国的AB公司、意大利的公司、意大利的 FIDIA、西班牙的、西班牙的 FAGOR、法国、法国的的NUM等。等。中、高档数控系统已经逐渐集中到日本的中、高档数控系统已经逐渐集中到日本的FANUC和德国的和德国的SIMENS两两家企业，在全球的市场占有率高达家企业，在全球的市场占有率高达85%。国际
7、上一些知名的数控系统生产。国际上一些知名的数控系统生产厂家，如厂家，如AB公司公司、GE公司、飞利浦公司等，在产业化方面败下阵来。公司、飞利浦公司等，在产业化方面败下阵来。1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状 西门子可以满足从产品设计到投入运行以及安装、维修改造等贯通西门子可以满足从产品设计到投入运行以及安装、维修改造等贯通整个个产品生命周期的各项服务整个个产品生命周期的各项服务 西门子西门子SINUMERIK数控系统可为高端应用提供各类解决方案，根数控系统可为高端应用提供各类解决方案，根据最终用户的不同需求，其不同系统、软件产品及配套服务上都可以提据最终用户的不同需求，其不同系统、
8、软件产品及配套服务上都可以提供相应环节的支持供相应环节的支持西门子数控系统在中国市场的成功运营西门子数控系统在中国市场的成功运营1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状我国数控机床行业的现状我国数控机床行业的现状我国数控机床行业的展望我国数控机床行业的展望1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状我国数控机床行业现状：我国数控机床行业现状：从从“六五六五”至至“十五十五”，对数控技术的引进、吸收、自主开发、产业，对数控技术的引进、吸收、自主开发、产业化攻关，数控系统产业从无到有。化攻关，数控系统产业从无到有。近近10年年国产数控的突长期国产数控的突长期 已具备自主品牌的数控系统已具备
9、自主品牌的数控系统 数控系统水平相对较低数控系统水平相对较低 机床行业数控化率较低，发展空间大机床行业数控化率较低，发展空间大 价格相对便宜，但可靠性较低价格相对便宜，但可靠性较低1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状我国数控机床行业现状我国数控机床行业现状1 1：已具备自主品牌的数控系统已具备自主品牌的数控系统国产中档数控系统基本可以满足国内生产的数控机床的技术要求国产中档数控系统基本可以满足国内生产的数控机床的技术要求国产高档数控系统也已经实现零的突破国产高档数控系统也已经实现零的突破如五轴联动数控系统等如五轴联动数控系统等1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状主要数控系统
10、生产企业有主要数控系统生产企业有20余家：余家：东（上海开通、南京华兴、南京四开等）、东（上海开通、南京华兴、南京四开等）、南（广州数控）、南（广州数控）、西（成都广泰、西（成都广泰、西南自动化所）、北（北京凯恩帝、沈阳高精、大连光洋等）、北（北京凯恩帝、沈阳高精、大连光洋等）、中中（华中数控）（华中数控）还有：航天数控、蓝天数控、大森、浙大中控、数控、凯奇数控。还有：航天数控、蓝天数控、大森、浙大中控、数控、凯奇数控。我国数控机床行业现状我国数控机床行业现状1 1：已具备自主品牌的数控系统已具备自主品牌的数控系统1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状我国数控机床行业现状我国数控机床行
11、业现状2 2：数控系统水平相对较低数控系统水平相对较低 国产数控机床始终处于低档（经济型）迅速膨胀、中档（普及型）进展国产数控机床始终处于低档（经济型）迅速膨胀、中档（普及型）进展缓慢、高档依靠进口的局面。缓慢、高档依靠进口的局面。国国产产数控机床产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平数控机床产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了相比落后了5-1 O年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了1 O-1 5年。年。国家重点工程需要的关键设备（如五坐标联动机床、高精机床等）主要依国家重点工程需要的关键设备（如五坐标联动机床、高精机
12、床等）主要依靠进口，技术受制于人。靠进口，技术受制于人。此外，国产数控系统的开放式、智能化、网络化技术方面与国外相比有此外，国产数控系统的开放式、智能化、网络化技术方面与国外相比有较大差距较大差距1 1、数控技术的行业现状、数控技术的行业现状但由于国产系统的可靠性较低，但由于国产系统的可靠性较低，在国内的用户认可度较低。在国内的用户认可度较低。我国数控机床行业现状我国数控机床行业现状3 3：国外的高档数控系统价格昂贵，国产的价格相对便宜国外的高档数控系统价格昂贵，国产的价格相对便宜1 1、数控技术的行业现状、数控技术的行业现状例：例：意大利意大利Fidia仿形数控系统价格约为仿形数控系统价格约
13、为6070万元人民币，而华中数控与万元人民币，而华中数控与Fidia相同档次的仿形数控系统价格仅为其相同档次的仿形数控系统价格仅为其1/3.非军事工业进口五轴联动机床，光非军事工业进口五轴联动机床，光CNC单元价格单元价格20多万元，而华中数多万元，而华中数控五轴控五轴CNC价格仅为其价格仅为其1/4.英国的雷尼绍仿形测头价格高达英国的雷尼绍仿形测头价格高达28万元人民币。万元人民币。德国德国Walter的数控工具磨床，仅一种刀具的编程软件就需的数控工具磨床，仅一种刀具的编程软件就需1万美元。万美元。1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状我国数控机床行业现状我国数控机床行业现状4 4：
14、普及型数控机床所占比例从十多年前的普及型数控机床所占比例从十多年前的1 01 0增长到目前的近增长到目前的近4040。截止截止20092009年年6 6月我国机床行业产量数控化率达到月我国机床行业产量数控化率达到2323 我国机床拥有量的数控化率仅我国机床拥有量的数控化率仅2%2%，和发达国家，和发达国家9090年代水平相比，差了年代水平相比，差了一个数量级。一个数量级。我国的数控机床市场潜力巨大我国的数控机床市场潜力巨大1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状我国数控机床行业现状：我国数控机床行业现状：20012007年中国生产和进口的数控金属切削机床数量年中国生产和进口的数控金属切削
15、机床数量1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状我国数控机床行业现状：我国数控机床行业现状：20012007年国产数控加工机床的产量和进口量年国产数控加工机床的产量和进口量1 1、数控技术及行业现状、数控技术及行业现状我国数控机床行业的展望我国数控机床行业的展望 产产 业业 前前 景景 发发 展展 策策 略略我国数控机床行业的展望我国数控机床行业的展望产产 业业 前前 景景中央出台的十大行业振兴规划需要大批先进的技术装备，中央出台的十大行业振兴规划需要大批先进的技术装备，汽车、船舶、装备制造业的振兴以及航空航天、国防军工等汽车、船舶、装备制造业的振兴以及航空航天、国防军工等行业的发展将不
16、断增加中、高档数控机床的需求。行业的发展将不断增加中、高档数控机床的需求。国产中、高档数控系统的市场潜力非常巨大。国产中、高档数控系统的市场潜力非常巨大。我国数控机床行业的展望我国数控机床行业的展望2015年中国数控系统市场态势预测年中国数控系统市场态势预测我国数控机床行业的展望我国数控机床行业的展望发发 展展 策策 略略 加大自主研发、创新力度，在高档数控系统关键技术上突破加大自主研发、创新力度，在高档数控系统关键技术上突破 （如五轴联动、大型、高精度、高速度、智能化、网络化等）（如五轴联动、大型、高精度、高速度、智能化、网络化等）积极开拓专用数控系统和机床改造市场，拓展数控系统的应用领域积
17、极开拓专用数控系统和机床改造市场，拓展数控系统的应用领域 加强数控系统行业企业之间的合作，强强联合，做大做强加强数控系统行业企业之间的合作，强强联合，做大做强 提高数控系统和相关功能部件的可靠性提高数控系统和相关功能部件的可靠性2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势开放式、开放式、高精度、高速度、高效率和高可靠性高精度、高速度、高效率和高可靠性数字制造数字制造网络化数控系统网络化数控系统智能化、智能化、开放式的数控体系结构开放式的数控体系结构产生的原因产生的原因 当当今今的的CNCCNC控控制制器器是是个个黑黑匣匣子子，封封闭闭保保密密，制制造造厂厂和和用用户户不不能能把把
18、特特殊殊加加工工工工艺艺、管管理理经经验验和和操操作作技技能能等等放放进进去去，要要求求透透明明，因此需要开放结构的数控系统。因此需要开放结构的数控系统。l l现现在在的的CNCCNC技技术术（其其核核心心为为CNCCNC控控制制器器和和驱驱动动技技术术）及及结结构构为为专专用用的的软软硬硬件件，远远落落后后于于PCPC的的主主流流技技术术。升升级级困困难难，各各厂厂 家产品不兼容，成本高。家产品不兼容，成本高。l l用户界面不灵活，网络功能弱，系统维护培训昂贵。用户界面不灵活，网络功能弱，系统维护培训昂贵。2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势开放式的数控体系结构开放式的
19、数控体系结构开放式数控系统，不但要求模块化、网络化、标准化开放式数控系统，不但要求模块化、网络化、标准化(用户界面、图形显示、用户界面、图形显示、动态仿真、数控编程、故障诊断、网络通讯动态仿真、数控编程、故障诊断、网络通讯)，且对实时性和可靠性要求很，且对实时性和可靠性要求很高。高。特点：特点：可移植性：在保持应用模块功能的情况下，不需任何变化就可以应用到可移植性：在保持应用模块功能的情况下，不需任何变化就可以应用到 不同的平台上。不同的平台上。可扩展性：不同的模块能运行于一个平台，而不出现冲突。可扩展性：不同的模块能运行于一个平台，而不出现冲突。互操作性：模块在一起工作时，表现为相互协调，可
20、以根据定义互操作性：模块在一起工作时，表现为相互协调，可以根据定义 相互交换数据。相互交换数据。可维护性：用户修方便。可维护性：用户修方便。统一的人机界面。统一的人机界面。2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势开放式的数控体系结构开放式的数控体系结构上世纪上世纪8080年代后期，发达国家，如美国、日本、欧洲开始提出开年代后期，发达国家，如美国、日本、欧洲开始提出开放式的数控体系结构，并制定了相应的计划。如：放式的数控体系结构，并制定了相应的计划。如：美国：美国：NGC(Next Generation Controller)NGC(Next Generation Contro
21、ller)OMAC OMAC（Open Modular Architecture Controls Open Modular Architecture Controls）欧洲：欧洲：OSACA OSACA（Open System Architecture for Controls Open System Architecture for Controls within Automation Systems within Automation Systems）日本：日本：OSEC OSEC（Open System Environment for ControllersOpen System En
22、vironment for Controllers）2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势智能化智能化 将是将是21世纪制造业发展的一个重要方向。世纪制造业发展的一个重要方向。智能加工是在加工过程中模拟人类智能的活动，以解决加智能加工是在加工过程中模拟人类智能的活动，以解决加工过程中许多不确定性因素。工过程中许多不确定性因素。2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势智能化智能化智能化的内容包括多个方面：智能化的内容包括多个方面：为追求加工效率、加工质量，如自适应控制、工艺参数自动生成；为追求加工效率
23、、加工质量，如自适应控制、工艺参数自动生成；为提高驱动性能的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、为提高驱动性能的智能化，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；自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面；界面；还有智能诊断、智能监控等等。还有智能诊断、智能监控等等。2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势网络化网络化 网网络络的的任任务务主主要要是是进进行行通通讯讯，共共享享信信息息。数数控控机机床床作作为为车车间间的的
24、基基本本设备，它的通讯范围是：设备，它的通讯范围是：（1）数数控控系系统统内内部部的的CNC装装置置与与数数字字伺伺服服间间的的 通通信信，主主要要通通过过SERCOS链式网络传送数字伺服控制信息；链式网络传送数字伺服控制信息；（2）数控系统与上级主计算机间的通信；）数控系统与上级主计算机间的通信；（3）与与车车间间现现场场设设备备及及I/O装装置置的的通通信信，主主要要通通过过现现场场总总线线，如如PROFIBUS等进行通讯；等进行通讯；（4）通过因特网与服务中心的通信，传递维修数据；）通过因特网与服务中心的通信，传递维修数据；（5）通过因特网与另一个工厂交换制造数据。）通过因特网与另一个工
25、厂交换制造数据。2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势 数字制造数字制造 1995199519951995年年年年12121212月，美国月，美国月，美国月，美国SMESMESMESME主席主席主席主席G.OllingG.OllingG.OllingG.Olling提出提出提出提出“数字制造数字制造数字制造数字制造”（“digital“digital“digital“digital manufacturing”manufacturing”manufacturing”manufacturing”）。）。）。）。“数字制造数字制造数字制造数字制造”，就是用数字的方式来存储、管理
26、和传递制造过程中的所有，就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过程中的所有，就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过程中的所有，就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过程中的所有信息。信息。信息。信息。在计算机世界里，可以产生各种各样的信息，并把物理过程虚拟化；在计算机世界里，可以产生各种各样的信息，并把物理过程虚拟化；在计算机世界里，可以产生各种各样的信息，并把物理过程虚拟化；在计算机世界里，可以产生各种各样的信息，并把物理过程虚拟化；DNC DNC DNC DNC可以对可以对可以对可以对CAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAM以及以及
27、以及以及CNCCNCCNCCNC的程序进行传送和分级管理。的程序进行传送和分级管理。的程序进行传送和分级管理。的程序进行传送和分级管理。DNCDNCDNCDNC技术使技术使技术使技术使CNCCNCCNCCNC与通信网络联系在一起与通信网络联系在一起与通信网络联系在一起与通信网络联系在一起,还可以传送维修数据，使用户与数控生产厂家直还可以传送维修数据，使用户与数控生产厂家直还可以传送维修数据，使用户与数控生产厂家直还可以传送维修数据，使用户与数控生产厂家直接通信；进而把制造厂家联系在一起，构成虚拟制造网络。接通信；进而把制造厂家联系在一起，构成虚拟制造网络。接通信；进而把制造厂家联系在一起，构成
28、虚拟制造网络。接通信；进而把制造厂家联系在一起，构成虚拟制造网络。如何把这些信息从计算机如何把这些信息从计算机如何把这些信息从计算机如何把这些信息从计算机“下载下载下载下载”到生产线，在生产过程中利用这些信息到生产线，在生产过程中利用这些信息到生产线，在生产过程中利用这些信息到生产线，在生产过程中利用这些信息控制机器，生产出合格产品；这个全过程就是控制机器，生产出合格产品；这个全过程就是控制机器，生产出合格产品；这个全过程就是控制机器，生产出合格产品；这个全过程就是“数字制造数字制造数字制造数字制造”。2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势并联机床并联机床直线电机直线电机S
29、TEP-NCE维护维护2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势 传统的机床串联结构：传统的机床串联结构：传统的机床串联结构：传统的机床串联结构：即按笛卡尔坐标沿三个坐标方向直线运动和绕这三个坐标转动依次串联即按笛卡尔坐标沿三个坐标方向直线运动和绕这三个坐标转动依次串联即按笛卡尔坐标沿三个坐标方向直线运动和绕这三个坐标转动依次串联即按笛卡尔坐标沿三个坐标方向直线运动和绕这三个坐标转动依次串联叠加起来叠加起来叠加起来叠加起来，形成刀具与工件的相对运动轨迹。形成刀具与工件的相对运动轨迹。形成刀具与工件的相对运动轨迹。形成刀具与工件的相对运动轨迹。机床所有结构的几何精度误机床所有结构
30、的几何精度误机床所有结构的几何精度误机床所有结构的几何精度误差、力的传递和刚度的损失，差、力的传递和刚度的损失，差、力的传递和刚度的损失，差、力的传递和刚度的损失，都会形成串联累积而成为致命的薄弱环节。都会形成串联累积而成为致命的薄弱环节。都会形成串联累积而成为致命的薄弱环节。都会形成串联累积而成为致命的薄弱环节。并联机床：并联机床：并联机床：并联机床：通过多杆结构在空间同时运动来移动主轴头以实現加工动作，通过多杆结构在空间同时运动来移动主轴头以实現加工动作，通过多杆结构在空间同时运动来移动主轴头以实現加工动作，通过多杆结构在空间同时运动来移动主轴头以实現加工动作，与串联结构与串联结构与串联结
31、构与串联结构相比，相比，相比，相比，并联结构具有更为简化、并联结构具有更为简化、并联结构具有更为简化、并联结构具有更为简化、刚度重量比大、速度快、刚度重量比大、速度快、动态性能好（包动态性能好（包动态性能好（包动态性能好（包括精度保证及运动效率）、灵活方便括精度保证及运动效率）、灵活方便括精度保证及运动效率）、灵活方便括精度保证及运动效率）、灵活方便等优点，具有广泛的应用和发展前景，等优点，具有广泛的应用和发展前景，已成为数控技术研究的一个热点。已成为数控技术研究的一个热点。并联机床并联机床 新的新的机床结构机床结构2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势并联机床并联机床并联
32、机床并联机床并联加工中心并联加工中心2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势并联机床并联机床并联并联并联并联机床的出现彻底改变了一百多年来机床的结构配置和运机床的出现彻底改变了一百多年来机床的结构配置和运动学原理。动学原理。1994年，年，Giddings&Lewis公司在美国芝加哥公司在美国芝加哥IMTS94机床机床博览会上推出的博览会上推出的VARIAX并联机床，引起广泛关注，被称为并联机床，引起广泛关注，被称为“2l世纪的机床世纪的机床”。2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势近二十年来，有十
33、几个国家从事并联机床的研发，近二十年来，有十几个国家从事并联机床的研发，其中瑞典其中瑞典TRICEPT公司已供应商品四百余台，公司已供应商品四百余台，应用于空客、波音、通用和卡勒比勒大型工程机械企业。应用于空客、波音、通用和卡勒比勒大型工程机械企业。并联机床并联机床2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势 我国也有产学研合作研发，并取得研究成果。如：我国也有产学研合作研发，并取得研究成果。如：哈尔滨量具刃具集团与哈工大合作研发的并联机构，已生产哈尔滨量具刃具集团与哈工大合作研发的并联机构，已生产5台，台，成功应用于哈尔滨汽轮机厂叶片加工生产线中。成功应用于哈尔滨汽轮机厂叶片加
34、工生产线中。齐齐哈尔第二机床集团与清华大学合作开发的龙门式齐齐哈尔第二机床集团与清华大学合作开发的龙门式“混联混联”（串联（串联与并联混合）机床，已成功应用于哈尔滨电机厂的大型水电站设备制造中。与并联混合）机床，已成功应用于哈尔滨电机厂的大型水电站设备制造中。在在2008年的中国数控机床展览会上，哈尔滨量具刃具集团又展出了年的中国数控机床展览会上，哈尔滨量具刃具集团又展出了新的并联机床品种新的并联机床品种LINKS-EXE700（引进瑞典（引进瑞典TRICEPT技术而开发的）技术而开发的）并联机床并联机床2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势直线电机直线电机新型的驱动技术（
35、高速、高精度）新型的驱动技术（高速、高精度）直线电机驱动技术在国外的高速加工、超精加工中成功应用，直线电机驱动技术在国外的高速加工、超精加工中成功应用，正成为国内外的研究热点和发展趋势正成为国内外的研究热点和发展趋势直线电机直接带动负载，无需中间传动环节（零传动）直线电机直接带动负载，无需中间传动环节（零传动）配合气浮导轨或液体静压导轨，可达到无摩擦运动配合气浮导轨或液体静压导轨，可达到无摩擦运动2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势直线电机的优点：直线电机的优点：高刚度高刚度 宽调速范围（通常可实现宽调速范围（通常可实现1 1微米微米/s5m/s)/s5m/s)极好的恒速
36、特性（速度变化好于极好的恒速特性（速度变化好于0.01%)0.01%)动态性能好动态性能好 加速度高，大型电机加速度高，大型电机35g35g以上，为传统的以上，为传统的10102020倍，倍，小型电机通常可超过小型电机通常可超过10g10g 精度高精度高 配合合适的反馈装置及导轨，控制精度可达亚微米级。配合合适的反馈装置及导轨，控制精度可达亚微米级。运行极平稳运行极平稳 定位精度和跟踪精度高。定位精度和跟踪精度高。理论上行程不受限制。理论上行程不受限制。无磨损或免维护无磨损或免维护 直线电机直线电机新型的驱动技术（高速、高精度）新型的驱动技术（高速、高精度）2 2、数控技术及装备的发展趋势、数
37、控技术及装备的发展趋势直线电机的不足：直线电机的不足：端部效应端部效应推力波动推力波动 控制难度大控制难度大 不能自锁不能自锁直线电机直线电机新型的驱动技术（高速、高精度）新型的驱动技术（高速、高精度）2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势直线电机的发展及应用概况直线电机的发展及应用概况18451845年，英国人发明第一台直线电动机，未成功年，英国人发明第一台直线电动机，未成功上世纪中叶，直线电动机进入新的研究阶段上世纪中叶，直线电动机进入新的研究阶段上世纪上世纪8080年代末，出现直线伺服电动机。年代末，出现直线伺服电动机。上世纪上世纪9090年代，随着高速加工概念的提出
38、，直线电动机开年代，随着高速加工概念的提出，直线电动机开始在加工中心和大行程数控机床的进给系统中使用始在加工中心和大行程数控机床的进给系统中使用2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势19881988年，美国的年，美国的AnoradAnorad公司推出了无刷直流直线电动机，并获得专利。公司推出了无刷直流直线电动机，并获得专利。1993年，德国年，德国ExcellO公司在汉诺威国际机床博览会上展出了世公司在汉诺威国际机床博览会上展出了世界上第一台应用直线电机驱动技术的界上第一台应用直线电机驱动技术的HSC240型型超高速超高速加工中心，加工中心，最快移动速度达最快移动速度达60
39、m/min.美国的美国的Precitech公司是第一个将直线电机作为工业标准的超精密加公司是第一个将直线电机作为工业标准的超精密加工设备厂商。工设备厂商。据有关资料介绍，该公司生产的超精密机床据有关资料介绍，该公司生产的超精密机床Nanform 250 Ultra加加工的表面粗糙度能达到工的表面粗糙度能达到1nm，面形精度能达到，面形精度能达到0.1微米微米直线电机的发展及应用概况直线电机的发展及应用概况2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势 国外比较著名的直线电动机生产和供应商主要有美国的国外比较著名的直线电动机生产和供应商主要有美国的Anorad、Parker-Hann
40、ifin、Aerotech、Kollmorgen公司；德国的公司；德国的Siemens、Indramat公司和日本的公司和日本的FANUC、三菱公司等三菱公司等 目前，在日本、欧美西方工业大国，越来越多的高性能数目前，在日本、欧美西方工业大国，越来越多的高性能数控机床和加工中心采用直线电机驱动技术。控机床和加工中心采用直线电机驱动技术。直线电机的发展及应用概况直线电机的发展及应用概况2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势 国内，直线电机的研究始于上世纪国内，直线电机的研究始于上世纪70年代。年代。一些国产数控机床、加工中心运用了直线电机驱动技术，一些国产数控机床、加工中心运
41、用了直线电机驱动技术，直线电机特别是机床进给系统中的直线伺服电机的研究还处于起步阶段，直线电机特别是机床进给系统中的直线伺服电机的研究还处于起步阶段，在超精密机床上的应用技术研究基本上还是空白，和欧美国家的差距还是在超精密机床上的应用技术研究基本上还是空白，和欧美国家的差距还是较大。较大。为了打破国外技术垄断的局面，必须加强基础和关键技术的研究。为了打破国外技术垄断的局面，必须加强基础和关键技术的研究。直线电机的发展及应用概况直线电机的发展及应用概况2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势EE维护维护快捷的售后服务及技术支持快捷的售后服务及技术支持 随着计算机网络技术的飞速发
42、展，网络化全球制造已成为未来制造业发随着计算机网络技术的飞速发展，网络化全球制造已成为未来制造业发展的趋势。在全球化的市场环境下，产品售后服务与技术支持已成为用户满展的趋势。在全球化的市场环境下，产品售后服务与技术支持已成为用户满意度的重要影响因素。意度的重要影响因素。E维护因此而产生。维护因此而产生。数控设备制造商可在所生产的产品中添加远程诊断模块等，通过网络给用数控设备制造商可在所生产的产品中添加远程诊断模块等，通过网络给用户提供故障诊断和维修技术指导。户提供故障诊断和维修技术指导。目前，有目前，有Siemens、Wisconsin、DMG等公司开始等公司开始E维护的工作。维护的工作。2
43、2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势STEP(STandard for the Exchange of Product model data)传统的基于传统的基于G、M代码（代码（ISO6983)的数控程序，存在的主要问题的数控程序，存在的主要问题：程序考虑的主要是机床各个轴的运动，而不是加工零件，导致加工程序程序考虑的主要是机床各个轴的运动，而不是加工零件，导致加工程序 依赖于机床。从依赖于机床。从CADCAPPCAMCNC集成时，加工程序集成时，加工程序 自动生成后，必须针对机床进行人工后置处理，成为集成制造的障碍。自动生成后，必须针对机床进行人工后置处理，成为集成制造的
44、障碍。机床只能根据事先编好的机床只能根据事先编好的G指令进行加工，无法实现加工过程的智能化控制指令进行加工，无法实现加工过程的智能化控制 程序信息量不够、预处理计算影响速度，导致程序信息量不够、预处理计算影响速度，导致G代码程序不支持五轴铣削和曲代码程序不支持五轴铣削和曲线加工的高速切削线加工的高速切削STEP-NC2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势STEP(STandard for the Exchange of Product model data)STEP-NC（ISO14649）是国际标准化组织（）是国际标准化组织（ISO）开发。）开发。采用采用EXPRESS语
45、言和面向特征的编程原理，将产品模型数据语言和面向特征的编程原理，将产品模型数据交换标准交换标准STEP扩充至扩充至CNC领域，重新规定领域，重新规定CAD/CAM与与CNC之间的接口。之间的接口。STEP-NC2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势STEP-NCSmart CNC data flow through using STEP-NC2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势STEP-NC，使传到，使传到CNC机床的机床的“程序程序”不包含机床信息，只不包含机床信息，只有零件的特征信息有零件的特征信息 消除了传统数控加工时所需要的后置处理消除了传统数
46、控加工时所需要的后置处理 为数控技术向高速化、智能化，开放式、集成化等方向发为数控技术向高速化、智能化，开放式、集成化等方向发展提供基础的数据模型标准。展提供基础的数据模型标准。STEP-NC2 2、数控技术及装备的发展趋势、数控技术及装备的发展趋势STEP-NC的出现，将对数控技术的发展产生深远的影响。的出现，将对数控技术的发展产生深远的影响。STEP-NC受到工业发达国家的重视。欧洲发起过受到工业发达国家的重视。欧洲发起过STEP-NC的智能制造系统（的智能制造系统（IMS）计划（）计划（19992001），参），参加这项计划的又来自欧洲、日本、韩国等加这项计划的又来自欧洲、日本、韩国等2
47、0多个用户、多个用户、厂商和学术机构。厂商和学术机构。目前，目前，STEP-NC STEP-NC仍然面临诸多的技术问题仍然面临诸多的技术问题STEP-NC二、数控加工的行业新技术二、数控加工的行业新技术1、高速加工2、非切削加工1、高速加工、高速加工（High speed machining，HSM）高速加工的基本特征：高速加工的基本特征：切削速度高（为常规切削速度的切削速度高（为常规切削速度的510倍）倍）进给速度快（进给速度快（40180m/min）加速度大（加速度大（12g）1、高速加工、高速加工（High speed machining，HSM）在加工策略合适的前提下，高速加工与常规切
48、削加工相比，在加工策略合适的前提下，高速加工与常规切削加工相比，具有明显的优点：具有明显的优点：加工时间可减少约加工时间可减少约60%，材料去除率提高材料去除率提高35倍，倍，刀具耐用度提高约刀具耐用度提高约70%；切削力减少约切削力减少约30%；加工表面粗糙度可达加工表面粗糙度可达810微米；微米；切削热切削热90%被切屑带走，工件温升少，热变形小被切屑带走，工件温升少，热变形小。高速加工技术将成为提高生产率、加工质量、加工精度和减低加工成本的重高速加工技术将成为提高生产率、加工质量、加工精度和减低加工成本的重要手段要手段1、高速加工、高速加工（High speed machining，HS
49、M）实现数控高速加工的关键技术：实现数控高速加工的关键技术：高速切削机理高速切削机理 高速主轴单元（如电主轴）高速主轴单元（如电主轴）高速进给驱动系统（如直线伺服电机）高速进给驱动系统（如直线伺服电机）高性能的刀具系统高性能的刀具系统 高速高速CNC系统（如系统（如STEP-NC）高速机床支撑系统（如阻尼特性）高速机床支撑系统（如阻尼特性）辅助单元技术（如干式切削辅助单元技术（如干式切削)1、高速加工、高速加工（High speed machining，HSM）20世纪世纪80年代，高速加工进入实用化阶段，年代，高速加工进入实用化阶段，在美、德、日等发达国家得到应用，在美、德、日等发达国家得到
50、应用，迅速开创了高速加工时代。迅速开创了高速加工时代。1、高速加工、高速加工（High speed machining，HSM）近几年，高速加工在国内制造业中已越来越受到青睐。近几年，高速加工在国内制造业中已越来越受到青睐。但我国在高速切削基本方法和理论方面的研究起步晚、水平较但我国在高速切削基本方法和理论方面的研究起步晚、水平较低，都没有真正运用到实际生产中。低，都没有真正运用到实际生产中。国内的高速切削数控机床几乎都是进口的。国内的高速切削数控机床几乎都是进口的。1、高速加工、高速加工（High speed machining，HSM）高速机床在国内应用时的一些现象：高速机床在国内应用时的