我國作為制造業大國,為了滿足市場和科學技術發展的需要,為了達到現代制造技術對數控技術提出的更高要求,數控機床的快速發展至關重要。當前數控技術及其裝備發展趨勢主要體現在以下幾個方面:
一、高速化
目前,數控機床的發展趨勢從常規的加工切削速度轉向了高速加工切削。這種技術的革新是通過改變主軸的轉速而實現的,這種高速的主軸轉動從幾千轉速提高到幾十萬轉速,高速切削的換刀時間也隨之變得越來越快、準。高速化的數控機床能夠實現企業一線對原材料零部件的加工效率的提高,同時增強了加工的精密度。下面是查找到的目前高速化機床的有關參數:
?。?)主軸轉速:機床采用電主軸(內裝式主軸電機),主軸最高轉速達200000r/min;
?。?)進給率:在分辨率為0.01m時,最大進給率達到240m/min且可獲得復雜型面的精確加工;
?。?)運算速度:微處理器的迅速發展為數控系統向高速、高精度方向發展提供了保障,開發出CPU已發展到32位以及64位的數控系統,頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高,使得當分辨率為0.1m、0.01 m時仍能獲得高達24~240m/min的進給速度。
?。?)換刀速度:目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右,高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫設計成籃子樣式,以主軸為軸心,刀具在圓周布置,其刀到刀的換刀時間0.9s。
從上面數據可以看到超高速機床發展的迅速,高速的機床可以充分發揮現代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且還可提高零件的表面加工質量和精度。超高速加工技術對制造業實現高效、優質、低成本生產有廣泛的適用性。
二、高精度化
從精密加工發展到超精密加工(特高精度加工),是世界各工業強國致力發展的方向,我國數控機床高精度化高速發展但仍然是一個需要重視的方向。近lO多年來,普通級數控機床的加工精度已由±l0um提高到±5um,精密級加工中心的加工精度則從±3-5um,提高到±1-1.5um精密與超精密化的數控機床在幾何和尺寸方面的誤差率減少到最低,減少了零部件在加工過程中由于機器振動帶來的錯位誤差,改善了零部件加工時的粗糙度。如今提高加工精度的先進方法大致有下列幾種:
?。?)提高CNC系統控制精度:采用高速插補技術,以微小程序段實現連續進給,使CNC控制單位精細化,并采用高分辨率位置檢測裝置,提高位置檢測精度(日本已開發裝有106脈沖/轉的內藏位置檢測器的交流伺服電機,其位置檢測精度可達到0.01 m/脈沖),位置伺服系統采用前饋控制與非線性控制等方法;
?。?)采用誤差補償技術:采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術,對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結果表明,綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60%~80%;
?。?)采用網格解碼器檢查和提高加工中心的運動軌跡精度,并通過仿真預測機床的加工精度,以保證機床的定位精度和重復定位精度,使其性能長期穩定,能夠在不同運行條件下完成多種加工任務,并保證零件的加工質量。
三、復合化
復合機床的含義是指在一臺機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。工藝復合型機床如鏜銑鉆復合——加工中心、車銑復合——車削中心、銑鏜鉆車復合——復合加工中心等;工序復合型機床如多面多軸聯動加工的復合機床和雙主軸車削中心等。采用復合機床進行加工,減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產生的誤差,提高了零件加工精度,縮短了產品制造周期,提高了生產效率和制造商的市場反應能力,相對于傳統的工序分散的生產方法具有明顯的優勢。數控機床的功能復合化的發展,以其復合加工實現了一次 裝夾后完成各種復雜零件的全部加工,從而減少了不創造價值的輔助時間,提高了機床的效率和加工精度,降低了生產制造成本,提高了生產的柔性。復合功能的機床是近年來發展很快的機種,其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工序。
四、智能化
智能化是未來工業化發展的主要方向,智能化的發展是提高生產力的有效途徑,數控系統中智能化發展主要的方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化;還有如智能化的自動編程、智能化的人機界面等,及智能診斷、智能監控方面的內容,方便系統的診斷及維修等為提高驅動性能及使用連接方便方面的智能化;下面是查找的目前關于數控機床智能化的先進技術:
?。?)加工過程自適應控制技術:通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息,利用傳統的或現代的算法進行識別,以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩定性狀態,并根據這些狀態實時調整加工參數(主軸轉速、進給速度)和加工指令,使設備處于最佳運行狀態,以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設備運行的安全性;
?。?)加工參數的智能優化與選擇:將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特殊規律,用現代智能方法,構造基于專家系統或基于模型的“加工參數的智能優化與選擇器”,利用它獲得優化的加工參數,從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產準備時間的目的;
?。?)智能化交流伺服驅動裝置:能自動識別負載,并自動調整參數的智能化伺服系統,包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量,并自動對控制系統參數進行優化和調整,使驅動系統獲得最佳運行;
五、柔性化和集成化
數控機床向柔性自動化系統發展的趨勢是從點、線向面、體的方向發展;另一方面向注重應用性和經濟性方向發展。柔性自動化技術是制造業適應動態市場需求及產品迅速更新的主要手段,是各國制造業發展的主流趨勢,是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統的可靠性、實用化為前提,以易于聯網和集成為目標;注重加強單元技術的開拓、完善;柔性自動化技術是制造業適應動態市場需求及產品迅速更新的主要手段,是各國制造業發展的主流趨勢,是先進制造領域的基礎技術。
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