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2024年全球數(shù)控加工前景與展望

數(shù)控技術(shù)不僅給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)一些重要行業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，在民生中發(fā)揮著更重要的作用。雖然高精度、高速度的趨勢(shì)在十幾年前就已出現(xiàn)，但科技的發(fā)展是永無(wú)止境的，高精度、高速度的含義在不斷變化，向著精度、速度的極限發(fā)展。

讓我們從以下幾個(gè)方面來(lái)看一下2024年數(shù)控加工技術(shù)的全球趨勢(shì)：

1、機(jī)床高速化、精密化、智能化、小型化發(fā)展。

隨著輕合金材料在汽車、航空航天等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，高速加工成為制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)。高速加工具有縮短加工時(shí)間、提高加工精度和表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。機(jī)床的高速化要求新型數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、輕量化。高速加工不只是設(shè)備本身，還包括機(jī)床、刀具、刀架、夾具、數(shù)控編程技術(shù)、人員素質(zhì)等的綜合作用。高速化的最終目的是提高效率，機(jī)床只是實(shí)現(xiàn)高效率的關(guān)鍵之一，這絕不是全部，生產(chǎn)效率和效益才是“刀尖”。

2、五軸聯(lián)動(dòng)加工、復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展迅速。

利用五軸聯(lián)動(dòng)加工5維曲面零件，可利用刀具的最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不但能提供較高的光潔度，而且效率大大提高。一般認(rèn)為，一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可相當(dāng)于3臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率，特別是在用立方氮化硼等超硬材料刀具高速銑削淬火鋼件時(shí)，一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可相當(dāng)于5臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率，相當(dāng)于一臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床。2軸聯(lián)動(dòng)加工比3軸聯(lián)動(dòng)加工效率高。但過(guò)去由于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其價(jià)格比三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出幾倍，編程技術(shù)難度較大，制約了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。現(xiàn)今數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，使五軸聯(lián)動(dòng)加工復(fù)合主軸頭的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，制造難度和成本大大降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距也縮小了，因此五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)推動(dòng)了復(fù)合主軸頭式五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床及復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展。

3.新結(jié)構(gòu)、新材料和新設(shè)計(jì)方法的開(kāi)發(fā)。

機(jī)床的高速化、高精度化要求機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、輕量化，以減少機(jī)床零部件的慣性對(duì)加工精度的負(fù)面影響，大幅度提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。例如借助有限元分析對(duì)機(jī)床零部件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化、箱中箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、采用中空焊接結(jié)構(gòu)、使用鉛合金材料等已開(kāi)始從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化實(shí)際使用。

數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)應(yīng)從 2D CAD 過(guò)渡到 3D 盡快實(shí)現(xiàn)CAD。三維造型與仿真是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的源泉，在此三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行CAD/CAM/CAE/PDM集成，加快新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度，保證新產(chǎn)品??的順利上市，并逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理。

4.開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。

許多國(guó)家都進(jìn)行了開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研究，數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放化已成為未來(lái)。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以在統(tǒng)一的操作平臺(tái)上面向機(jī)床制造廠和最終用戶，通過(guò)改變、增加或刪減結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能），形成系列，并可以方便地將特殊的應(yīng)用程序和技術(shù)訣竅融入控制系統(tǒng)中，以迅速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，形成個(gè)性鮮明的名牌產(chǎn)品。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有3種形式：

A.全開(kāi)放系統(tǒng)，即基于微機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，以微型計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)各項(xiàng)功能，通過(guò)伺服卡傳輸數(shù)據(jù)，控制坐標(biāo)軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。

B.嵌入式系統(tǒng)，即CNC+PC，數(shù)字控制坐標(biāo)軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，PC作為人機(jī)界面并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。

C.融合系統(tǒng)，在CNC基礎(chǔ)上增加PC主板，提供鍵盤操作，完善人機(jī)界面功能。

開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的架構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及軟件開(kāi)發(fā)工具是當(dāng)前研究的核心。

5.可重構(gòu)制造系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，專用機(jī)床的可重構(gòu)性和制造系統(tǒng)的可重組性越來(lái)越重要。通過(guò)數(shù)控加工單元和功能部件的模塊化，可以快速實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的重組配置，滿足改型產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。機(jī)械、電氣電子、液氣、控制軟件等接口的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化是實(shí)現(xiàn)重組的關(guān)鍵。

6.虛擬機(jī)床與虛擬制造開(kāi)發(fā)。

為了加快新型機(jī)床的開(kāi)發(fā)速度與質(zhì)量，在設(shè)計(jì)階段借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在機(jī)床制造出來(lái)之前對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)的正確性和性能進(jìn)行評(píng)估，早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的各種錯(cuò)誤，以減少損失，提高新型機(jī)床開(kāi)發(fā)的質(zhì)量。