淺談機床數控改造
一,、數控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢
1946年誕生了世界上第一臺電子計算機,，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具,。它與人類在農業(yè),、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍,，為人類進入信息社會奠定了基礎。
6年后,，即在1952年,，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床,。從此,，傳統(tǒng)機床產生了質的變化。近半個世紀以來,，數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和六代的發(fā)展,。
1.1、數控（NC）階段（1952～1970年）
早期計算機的運算速度低,，對當時的科學計算和數據處理影響還不大,，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路"搭"成一臺機床專用計算機作為數控系統(tǒng),，被稱為硬件連接數控（HARD-WIRED NC）,，簡稱為數控（NC）。隨著元器件的發(fā)展,，這個階段歷經了三代,，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管,；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路,。
1.2、計算機數控（CNC）階段（1970年～現在）
到1970年,，通用小型計算機業(yè)已出現并成批生產,。于是將它移植過來作為數控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數控（CNC）階段（把計算機前面應有的"通用"兩個字省略了）,。到1971年,，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件--運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上,，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR）,，又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。
到1974年微處理器被應用于數控系統(tǒng),。這是因為小型計算機功能太強,，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床,，稱之為群控），不如采用微處理器經濟合理,。而且當時的小型機可*性也不理想,。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決,。由于微處理器是通用計算機的核心部件,，故仍稱為計算機數控。
到了1990年,，PC機（個人計算機,，國內習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數控系統(tǒng)核心部件的要求,。數控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段,。
總之，計算機數控階段也經歷了三代,。即1970年的第四代--小型計算機,；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（國外稱為PC-BASED）。
還要指出的是,，雖然國外早已改稱為計算機數控（即CNC）了,，而我國仍習慣稱數控（NC）。所以我們日常講的"數控",，實質上已是指"計算機數控"了,。
1.3、數控未來發(fā)展的趨勢
1.3.1 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*性,、軟硬件資源豐富等特點,，更多的數控系統(tǒng)生產廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機,，來處理人機界面,、編程、聯(lián)網通信等問題,，由原有的系統(tǒng)承擔數控的任務,。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數控系統(tǒng),。遠程通訊,，遠程診斷和維修將更加普遍。
1.3.2 向高速化和高精度化發(fā)展
這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要,。
1.3.3 向智能化方向發(fā)展
隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展,，數控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高,。
（1）應用自適應控制技術
數控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息,，并自動調整系統(tǒng)的有關參數,，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。
�,。�2）引入專家系統(tǒng)指導加工
將熟練工人和專家的經驗,，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數數據庫為支撐,，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）智能化數字伺服驅動裝置
可以通過自動識別負載,，而自動調整參數，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行
二,、機床數控化改造的必要性
2.1,、微觀看改造的必要性
從微觀上看，數控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性,，而且這些優(yōu)越性均來自數控系統(tǒng)所包含的計算機的威力,。
2.1.1 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件,。
由于計算機有高超的運算能力,，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面,。
2.1.2 可以實現加工的自動化,，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍,。
由于計算機有記憶和存儲能力,，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,，從而實現自動化,。數控機床只要更換一個程序，就可實現另一工件加工的自動化,，從而使單件和小批生產得以自動化,，故被稱為實現了"柔性自動化"。
2.1.3 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",。
2.1.4 可實現多工序的集中,，減少零件 在機床間的頻繁搬運,。
2.1.5 擁有自動報警、自動監(jiān)控,、自動補償等多種自律功能,，因而可實現長時間無人看管加工。
2.1.6 由以上五條派生的好處,。
如：降低了工人的勞動強度,，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝,，縮短了新產品試制周期和生產周期,，可對市場需求作出快速反應等等。
以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的,，是一個極為重大的突破,。此外，機床數控化還是推行FMC（柔性制造單元）,、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎,。數控技術已經成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術。
2.2,、宏觀看改造的必要性
從宏觀上看,，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè),，在70年代末,、80年代初已開始大規(guī)模應用數控機床。其本質是,，采用信息技術對傳統(tǒng)產業(yè)（包括軍,、民機械工業(yè)）進行技術改造。除在制造過程中采用數控機床,、FMC,、FMS外，還包括在產品開發(fā)中推行CAD,、CAE,、CAM、虛擬制造以及在生產管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）,、CIMS等等,。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智能等的含量,。由于采用信息技術對國外軍,、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強,。而我們在信息技術改造傳統(tǒng)產業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年,。如我國機床擁有量中,，數控機床的比重（數控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％,，因此每年都有大量機電產品進口,。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性。
三,、機床與生產線數控化改造的市場
3.1,、機床數控化改造的市場
我國目前機床總量380余萬臺，而其中數控機床總數只有11.34萬臺,，即我國機床數控化率不到3％,。近10年來，我國數控機床年產量約為0.6～0.8萬臺,，年產值約為18億元,。機床的年產量數控化率為6％。我國機床役齡10年以上的占60％以上,；10年以下的機床中,，自動/半自動機床不到20％，FMC/FMS等自動化生產線更屈指可數（美國和日本自動和半自動機床占60％以上）,�,？梢娢覀兊拇蠖鄶抵圃煨袠I(yè)和企業(yè)的生產,、加工裝備絕大數是傳統(tǒng)的機床,，而且半數以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差,、品種少,、檔次低、成本高,、供貨期長,，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力,，直接影響一個企業(yè)的產品,、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床的數控化率。
3.2,、進口設備和生產線的數控化改造市場
我國自改革開放以來,，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產線進行技術改造,。據不完全統(tǒng)計,，從1979～1988年10年間,，全國引進技術改造項目就有18446項，大約165.8億美元,。
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