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数控机床/铣床 |
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我国数控机床专利体系正加速形成 |
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| http://cn.newmaker.com
1/15/2008 11:02:00 PM
佳工机电网
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我国数控机床产业的快速崛起
装备制造业是衡量一个国家综合实力的主要标志，被称为“国家的脊梁”。数控机床则被称为装备制造业的“工作母机”，是振兴装备制造业的关键设备。作为全球制造业中心，我国的工业机床消费量约占世界总消费量的1／4至1／3。由于国内制造能力不足，我国每年进口数控机床耗资数百亿元。尤其大型高性能超精密数控机床，我国2004年的产量仅占国产机床总产量的1／10，不到德国、日本同类数控机床产量的1／20，该高端设备主要靠进口。
近几年来，我国数控机床行业加速发展，年产量平均递增约30％。五轴联动数控机床、复合机床等高档机床已经逐步实现国产化。我国每年推出高端数控机床新品种数百个。中小型数控机床用激光器产量居全球第一位，大型工业激光器产量居亚洲第一位。国产数控软件已经占国内总销量的70％左右。到2010年，国产数控机床将占据一大半的国内市场。
我国还涌现出了一批数控机床产业基地。依托这些基地，一批本土数控机床加工企业初步实现了跨越式发展。例如，扬州建立了亚威公司、扬力公司、金方圆公司、扬锻公司等私营企业主导的国家级数控机床产业集群，已有4家企业进入全国数控机床企业十强。其中，亚威公司的高档数控机床已经销往德国、俄罗斯、西班牙、法国、荷兰等10多个发达国家，打破了德国、日本高档数控机床长期垄断国际市场的旧格局。
除了扬州，大连也建立了数控机床产业基地。其中，大森数控技术公司已在日本、德国等地区设立研发机构，目前其高档数控系统产量占国内市场份额约1／5。在北京，顺义区政府近期发布了《十一五工业发展规划》，建议在顺义打造全国规模最大、技术最先进的数控机床产业基地。目前，该基地的北一大隈机床有限公司是我国最大的数控机床生产企业，能制造全球最先进的数控机床，年数控机床产能约1000台。此外，滕州、桂林等地区也在积极建设数控机床产业基地。例如，山东省每年的机械装备吞吐量约1万亿元，是我国最大的机械装备制造、贸易中心之一。滕州建立的机床产业基地可望为本地机械装备行业的发展打造更多、更先进的“工作母机”。
我国数控机床专利技术体系的发展
目前，我国骨干企业已经出资控股数十家海外知名的机床研发、制造企业，还成立了数十个国家级企业技术中心，为我国数控机床产业实现系统化技术崛起奠定了坚实的产业基础。为了实现国家十一五规划中“振兴装备制造业”的伟大目标，进一步推进数控机床产业的发展，我国中央政府专门发布了《数控机床产业发展规划》，建议通过财政、税收、信贷等政策，大力支持数控机床产业的发展，提高数控机床的研发能力。
在党和政府的领导下，我国数控机床企业正大力开展微米级数控机床精密化工程研究，高性能、高可靠性数控机床功能部件和软件系统研究，以及复合加工系统、可重构制造系统等先进装备的工程化研究。在不久的将来，我国数控机床行业将实现系统性的高新技术的飞速发展。从目前的发展态势看，我国数控机床专利技术体系正加速形成。从应用看，相关专利文献主要分布在如下领域：
便携式数控机床。例如，03237661．8号文献涉及一种便携式数控机床。它包括具有机架、主轴、第一工作滑台、第二工作滑台、输入装置及数控系统的机床主体，还包括一个携带箱。其中，输入装置与数控系统连接，机床主体设置在携带箱内。
大型工业加工数控机床。例如，200710011102．3号文献涉及一种大型曲线齿锥齿轮加工数控机床。它的机床床身为水平方向成T型设置；工件轴为垂直放置。它使用可调整空间姿态的刀具座调整机床主轴以及加工刀具与工件轴之间的夹角，实现大型曲线齿锥齿轮数控加工。
电液伺伏数控机床。例如，200710062676．3号文献涉及一种电液伺服油缸及使用该电液伺服油缸的数控机床。该电液伺服油缸包括四边滑阀，在四边滑阀的阀座内左右能动地安装有阀芯、阀座固定在油缸缸体上，油缸的活塞杆与机架固定相连，缸体与负载相连，左驱动腔通过管路与左工作腔相通，右驱动腔通过管路与所述右工作腔相通，阀芯的一端与拨块配合，拨块安装在直线运动输出装置的直线运动输出件上。该数控机床包括第一轴伺服驱动系统、第二轴伺服驱动系统、第三轴伺服驱动系统和数控系统。
多功能数控机床。例如，200610051739．0号文献涉及一种多功能数控机床，包括床身、由数控系统控制的可移动拖板、装夹工件用的夹具部件，以及装夹刀具用的刀架部件。其中，拖板上安装有一个减速箱，装夹工件用的夹具部件安装在该减速箱的主轴上；刀架部件包括装夹刀具用的刀架，刀架安装在一个由电机驱动的刀架主轴上，电机安装在一个主轴箱内，主轴箱传动连接有一个可带动其作直线运动的油缸或气缸。200620104167．3号文献涉及一种多功能数控机床。它的数控传动系统采用多刀架、多电机驱动，还使用了机械与液压传动机构的组合，具有铣削与钻削功能，能自动完成轴类零件槽、孔的加工。
多数控的数控机床。例如，200620104321．7号文献涉及一种多数控系统的数控机床，包括控制系统、接口、执行机构、传感器和机械本体，控制系统通过接口向执行机构发出指令，将电信号转换为机械或力学量，并由机械本体做出规定的运动，完成相应的加工；传感器将数控机床内部状况信息及外部环境信息反馈到控制系统，以备控制系统作出正确的反应。
复合式数控机床。例如，99123749．8号文献涉及一种复合式五坐标数控机床结构，包括机床框架、工作台、设置在工作台上方的主轴部件，以及设置在机床框架上部相对位置的两条平行直线导轨，每个导轨上有两个滑块，导轨和滑块内装有驱动及传动装置，主轴部件通过四条腿并联结构支撑于工作台上方，每条腿由一根以上等长度的驱动杆组成，驱动件的一端与主轴部件相连接，另一端与滑块相连接。
高精度数控机床。例如，200620022034．1号文献涉及一种高精度数控机床工作台分度精度检测镜体支架。它包括镜体支架上体、镜体支架下体、磁力表座、下体中心孔、上体中心孔、内六角圆柱头螺钉、内六角锥端紧定螺钉；镜体支架下体装在磁力表座上，镜体支架上体装在镜体支架下体上，镜体支架下体和镜体支架上体之间设有下体中心孔和上体中心孔；镜体支架下体和镜体支架上体用三个内六角圆柱头螺钉固定；镜体支架下体和镜体支架上体之间由三个内六角锥端紧定螺钉定位；镜体支架下体由四个内六角圆柱头螺钉固定在磁力表座上。它适合制造数控立车、卧车机床。
可组合式数控机床。例如，200520101492．X号文献涉及一种功能可组合的数控机床。它包括模块化的底座、滑台、工作台、立柱；多功能主轴箱内可安装齿轮变速模块，主轴箱外安装带传动模块；主轴内分别安装吊杆拉刀模块，气动松拉刀模块。多种功能模块的组合使机床具有数控多轴联动、变频调速传动、气动快速换刀、机床全罩防护等优良技术性能；可根据用户需求，取舍组合功能部件，形成不同价位、功能的立式或卧式数控机床。
五坐标数控机床。例如，00253255．7号文献涉及一种基于三自由度并联机构的五坐标数控机床。它包括三自由度并联机构、龙门框架、安装在床身上的工作台等。其中，三自由度并联机构通过滑道装在龙门框架上，由三根传动杆、设有刀具主轴的运动平台、导轨等组成，传动杆一端通过球铰安装在运动平台上，另一端通过转动副与滑块相连，滑块分别装在导轨上，导轨一端分别与固定平台倾斜安装，另一端相互固连一起；工作台和床身之间在X轴方向设滑道。
光电声讯式数控机床。例如，200320126327．0号文献涉及一种光电声讯式数控机床装置。它包括程控数据输入机构、数控机床，网络交换机、串行接口数据切换器等。其中，网络交换机和串行接口数据切换器之间电连接有服务器；网络交换机与程控数据输入机构电连接，串行接口数据切换器以星型连接线方式与数控机床电连接；服务器与程控交换机电连接，程控交换机上电连接有电话机和声报警器，电话机和声报警器位于数控机床一侧。
具有刀具信息存储、反馈机制的数控机床。例如，200610126548．6号文献涉及一种能存储、警告刀具数据的数控机床。其中，加工中心的数控装置设有数据存储器，存储手动换刀时与刀具相关的更换历史记录和数据。在更新与刀具相关的数据时，该数据存储器还存储更新历史记录。主控制单元根据更换历史记录和更新历史记录中的至少任意一个来确定刀具是否变化。根据确定结果，主控制单元控制主轴头运动单元以使刀具停止，并使显示单元显示与刀具相关的警告。
应用于特种工业加工的数控机床。例如，03224921．7号文献涉及一种花岗石精密数控机床。200620075718．8号文献涉及一种花纹钢板轧辊表面扁豆形花纹槽加工数控机床。200620028882．3号文献涉及一种汽车消声器和净化器壳体旋压成型数控机床。200610095040．4号文献涉及一种能虚拟中心距的环面蜗杆数控机床。200710071776．2号文献涉及一种泡沫板穿纤维数控机床及机针。03129519．3号文献涉及一种磁悬浮轨道梁数控机床。95240552．0号文献涉及一种加工螺纹钢轧辊的多功能数控机床。200620016891．0号文献涉及一种教学数控机床。02248937．1号文献涉及一种模具激光表面处理数控机床。
数控机床的控制方法和装置发明。例如，200620118919．1号文献涉及一种采用主轴模拟量换档数控机床的变频控制装置。它包括主轴变频器及与其联接的微机控制器和电机。微机控制器的模拟输出信号控制主轴变频器的模拟输入端，主轴变频器控制电机。200510022276．0号文献涉及一种经济型数控机床的控制系统及方法。它用触摸屏代替CNC，触摸屏含有数据输入模块、数据存储模块、数据处理计算模块，通过通信接口与PLC通信，实现坐标轴位置控制，定位精度可达0．002mm。200610041397．4号文献涉及一种多功能的数控机床控制方法。。
数控机床部件运动方法发明。例如，200480013326．2号文献涉及一种导引数控机床或专用机床可移动机器部件运动规程的方法。它首先定义机床工作空间内的支持点，在每个支持点确定或预先给定机器部件的最大可能轨道冲量，和／或最大可能轨道加速度，和／或最大可能轨道速度，并且机器部件在运动轨道上的运动以最大可能轨道冲量，和／或最大可能轨道加速度，和／或最大可能轨道速度进行。
数控机床测量方法发明。例如，200610003145．2号文献涉及一种测量数控机床的方法。其中，具有已知尺寸的测量球被安装在加工部上。机床传感元件移动到选择的初始位置，位于球体顶点上方约10mm处。然后重复移动传感元件直到其接触到球体表面的不同点，接触点的坐标值被输入到控制器中。球体中心的空间位置被计算出来，并与存储在控制器中的目标值进行比较。
数控机床监控技术发明。例如，200310108734．3号文献涉及一种车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统。它包括串口扩展器或者终端服务器、数控机床控制器、主控计算机、RS－232C串口通讯线、双绞线电缆、分布式数控模块等。其中，主控计算机为设有分布式数控模块的PC机，通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，串口扩展器连接在主控计算机，主控计算机主板具有I／O接口的串口扩展卡，或者采用终端服务器，终端服务器通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，数控机床控制器通过RS－232C串口通讯线与串口扩展器或者终端服务器连接。
数控机床保护技术发明。例如，200620015148．3号文献涉及一种高速数控机床导轨防护装置。它包括机床机身、防火布、支撑轴、支架、压板、配重轴、防护板。防火布通过压板安装在机床机身上，一端固定在移动部件上，一端固定在固定部件上，经过支撑轴和配重轴，形成一个圈帘，圈帘用固定防护板防护，在机床移动部件高速运动过程中，配重轴利用重力将防火布拉紧。
数控机床误差补偿技术发明。例如，200410093428．1号文献涉及一种基于机床外部坐标系偏置的数控机床误差实时补偿器。它包括计算处理模块、CNC接口和运动控制模块、传感器及变送模块，传感器及变送模块与计算处理模块通过数据线连接，计算处理模块与CNC接口和运动控制模块通过数据线和通讯协议连接，计算处理模块实现信号的输入输出、储存、计算，CNC接口和运动控制模块接受从计算处理模块中输出的信号并根据补偿值来偏置机床外部坐标系而通过伺服系统进行机床的附加运动，传感器及变送模块采集机床的温度和热误差信号，把信号处理后输入计算处理模块，计算处理模块或者与微机相连，实现上下位机的命令、数据的传输和储存。
组网技术发明。例如，200520092826．1号文献涉及一种基于数控机床组网工程的网络装置。它包括触摸屏、PLC、控制盘组成的中心控制柜，中心控制柜的控制盘通过RS 232C通讯电缆分别与DNC计算机及一组数控机床连接，每台数控机床上可均装有CNC数控装置及与主控制柜相应的组网控制按钮板和控制盘，中心控制柜的控制盘通过控制电缆与数控机床的控制盘连接。
虚拟操作技术发明。例如，200620104322．1号文献涉及一种基于虚拟操作界面的数控机床。其中，控制系统包括显示器、界面交互模块、输入界面和控制模块，界面交互模块将预先设定的一种或多种操作界面呈现在显示器上，用户通过输入界面对数控机床发出控制指令；界面交互模块实时接收用户的输入操作信息，并将其过滤、转换后转发到控制模块；控制模块通过总线和高性能DSP运动控制卡通讯，发送出运动指令，由运动控制卡控制机床作出响应；同时将机床上的传感器系统的信息进行收集并反馈回控制模块。200620168651．2号文献涉及一种数控机床闭环虚拟系统。
激光编码器发明。例如，200510072357．1号文献涉及一种激光编码器，采用该激光编码器的位移测量方法以及数控机床加工方法。该激光编码器包括一个激光光源、衍射光栅、偏振分光棱镜、准直透镜、1／4波片、物镜、编码盘、凹透镜、圆柱透镜和光电接收器，其中编码盘可绕一个位于中心的固定转轴旋转，其表面为可以反射激光的反射面，其上设置3组同心环状的信息轨，其中每组信息轨由多个彼此间隔开的带状单元组成。
寻位技术发明。例如，03125234．6号文献涉及一种数控机床半智能寻位加工方法。它将Φ角输入到事先按工件坐标系编制的数控程序专用语句中，如果数控机床的数控系统功能比较强大，求Φ角的过程可以由数控系统自动完成；通过对刀点实现坐标平移，启动事先按工件坐标系编制的数控程序，可按程序要求加工出所要求加工的工件。03255046．4号文献涉及一种数控机床半智能寻位加工用的寻位器。它由固定端、过渡圆柱和寻位端组成，固定端位于寻位器的上端部，固定端为圆锥形，其锥度与数控机床主轴孔的莫氏锥度相适应或与数控机床主轴过度套的莫氏锥度相适应；寻位端位于寻位器的下端部，寻位端具有圆锥形结构，固定端与寻位端之间为过渡圆柱；固定端锥面、寻位端锥面和外圆表面三者同轴。
程序检验技术发明。例如，200410052263．3号文献涉及一种数控机床程序检验装置及其方法。该检验装置包括一个刀架和一个光源，该刀架安装在数控机床上，该光源安装在刀架上，其可发出光线。其中，该光源正对待加工的工件，启动数控机床，光源按照预设的加工程序移动，光源的光点于工件上的路径即刀具的加工路径，由此可检测出加工程序是否正确。
力学分析技术发明。例如，200610171541．6号文献涉及一种数控机床加工动力学特性测试分析系统。它包括硬件和软件。硬件包括刀具、力锤、加速度传感器、电荷放大器、数据采集器、麦克风和计算机；加速度传感器设在刀具末端，力锤和加速度传感器与电荷放大器相连，电荷放大器与数据采集器相连，数据采集器与计算机进行数据传输。软件具有人机交互界面、数据采集、数据回放、锤击实验、传函分析、参数辨识及噪声测试与分析等模块。
抗振减振技术发明。例如，200420082689．9号文献涉及一种包含三支承主轴结构的数控机床。其中，机床主轴由二支承结构改为三支承结构，合理分配三个支承的距离，提高主轴的刚性、承载能力、抗振性能，为减少轴承安装时的间隙。200420121930．4号文献涉及一种数控机床的传动装置。其中，丝杆与丝杆螺母座构成传动装置，轴承套在丝杆端盖上，丝杆与轴承紧密连接，丝杆与电机用丝杆联轴套紧密连接，其一端与电机的转动轴连接，另外一端通过轴承固定于床身中间，用丝杆与丝杆螺母座构成传动装置，丝杆与电机用丝杆联轴套连接，固定在床身中间，构成直线传动，使机床快速走刀时的振动减小。
再如，200420046195．5号文献涉及一种数控机床压紧机。它包括底座、转动机构、转臂、控制装置和液压系统，转动机构设在底座上；转动机构的上端与转臂一端连接，转臂另一端设有以液压为动力的压紧机构；控制装置的输出端与液压系统的输入端连接，通过液压系统控制液压压紧机构。它可减少装夹工件的时间，防止切削过程中的振动导致工件松动，有效保证工件的加工精度。200620091008．4号文献涉及一种用于数控机床电动刀架的位置检测装置。它包括主轴和绝缘底座，绝缘底座上安装有能与之形成转动配合的主轴，在绝缘底座的不同圆周上，相对于轴线的两个圆孔中镶嵌有公共导电套和刀位导电套，通过导线将两个导电套相连。它能够承受高温、潮湿、冲击、振动等恶劣工作环境。200710017824．X号文献涉及一种在数控机床加工中防振和消振的方法。通过给机床输出主轴转速连续不断地加减速，来实现数控机床加工中的防振和消振。它能同时改变走刀进给速度，使振源不形成单一稳定频率，从而使振幅不能相互叠加，进而相互抵销，达到防振和减振的效果。该发明可有效提高加工精度。
其他核心组件发明。例如，200710078597．1号文献涉及一种多股簧数控机床钢丝张力检测及旋转拧索装置。00105552．6号文献涉及一种多坐标数控机床主轴摆动机构。96205284．1号文献涉及一种数控机床程序输入器。200610161995．5号文献涉及一种数控机床磁浮直线进给系统。94201963．6号文献涉及一种数控机床刀具磨损机内测量装置。200420121930．4号文献涉及一种数控机床的传动装置。200520070685．3号文献涉及一种数控机床的床身电柜结构。91217625．3号文献涉及一种数控机床高精度传动装置。200710008562．0号文献涉及一种数控机床高精度减速器。200510076832．2号文献涉及一种数控机床故障智能考核设备。
再如，200420058381．0号文献涉及一种数控机床的夹紧装置。94120130．9号文献涉及一种数控机床的监视系统。98117706．9号文献涉及一种数控机床的手摇轮插值产生装置。02225308．4号文献涉及一种数控机床的双扇联动防护门。200510020810．4号文献涉及一种数控机床的限位保护装置及其方法。（叶东蕾）
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