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目前,數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異,高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化、ji端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢和方向。中國作為一個制造大國,主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢,而在產(chǎn)品的技術(shù)chuang新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。
中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀,應(yīng)該抓住機(jī)會不斷發(fā)展,努力發(fā)展自己的xian進(jìn)技術(shù),加大技術(shù)chuang新與人才培訓(xùn)力度,提高企業(yè)綜合服務(wù)能力,努力縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。力爭早日實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到gao端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。
高速化
隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用,對數(shù)控機(jī)床加工的高速化要求越來越高。
(1)主軸轉(zhuǎn)速:機(jī)床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機(jī)),主軸zui高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min;
(2)進(jìn)給率:在分辨率為0.01μm時,zui大進(jìn)給率達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的jing確加工;
(3)運算速度:微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障,開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng),頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的ji大提高,使得當(dāng)分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達(dá)24~240m/min的進(jìn)給速度;
(4)換刀速度:目前國外xian進(jìn)加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右,高的已達(dá)0.5s。德國Chiron公司將刀庫設(shè)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僅0.9s。
高精度化
數(shù)控機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度,機(jī)床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。
(1)提高CNC系統(tǒng)控制精度:采用高速插補技術(shù),以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給,使CNC控制單位精細(xì)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(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機(jī),其位置檢測精度可達(dá)到0.01μm/脈沖),位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法;
(2)采用誤差補償技術(shù):采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù),對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補償。研究結(jié)果表明,綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%~80%;
(3)采用網(wǎng)格檢查和提高加工中心的運動軌跡精度,并通過仿真預(yù)測機(jī)床的加工精度,以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度,使其性能長期穩(wěn)定,能夠在不同運行條件下完成多種加工任務(wù),并保證零件的加工質(zhì)量。
功能復(fù)合化
復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺機(jī)床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等;工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工,減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差,提高了零件加工精度,縮短了產(chǎn)品制造周期,提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力,相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。
加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機(jī)床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國Index公司新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu),該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序,可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求的不斷提高,da量的多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。在2005年中國國際機(jī)床展覽會(CIMT2005)上,國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機(jī)床(包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等)以及可實現(xiàn)4~5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等。
控制智能化
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求,數(shù)控機(jī)床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)加工過程自適應(yīng)控制技術(shù):通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息,利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別,以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài),并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度)和加工指令,使設(shè)備處于zui佳運行狀態(tài),以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運行的an全性;
(2)加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇:將工藝zhuan家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律,用現(xiàn)代智能方法,構(gòu)造基于zhuan家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”,利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù),從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間的目的;
(3)智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù):根據(jù)已有的故障信息,應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位;
(4)智能故障回放和故障仿真技術(shù):能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息,對數(shù)控機(jī)床發(fā)生的各種錯誤和事故進(jìn)行回放和仿真,用以確定錯誤引起的原因