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当智能制造时代数控机床的发展趋势

发布时间:2021-09-09 19:54:25 阅读: 来源:雕刻刀厂家
当智能制造时代数控机床的发展趋势

智能制造时代数控机床的发展趋势

数控机床最早出世于美国。1948年,美国帕森斯公司在研制加工直升机叶片轮廓查抄用样板的机床时,提出了数控机床的假想,后受美国空军拜托与麻省理工学院协作,于1952年试制了天下上第一台三坐标数控立式铣床,其数控零碎采取电子管。

1960年开端,德国、日本、中华等都陆续地开辟、出产及利用数控机床,中华于1968年由北京第一机床厂研制出第一台数控机床。

1974年微措置器直接用于数控机床,进一步促进了数控机床的普及利用和飞速生长。

1高速化

跟着汽车、国防、航空、航天等工业的高速生长和铝合金等新资料的利用,对数控机床加工的高速化要求愈来愈高。

(1)主轴转速:机床采取电主轴(内装式主轴电机),主轴最高转速达200000r/min;

(2)进给率:在辩白率为0.01μm时,最大年夜进给率达到240m/min且可获得庞大型面的切确加工;

(3)运算速度:微措置器的敏捷生长为数控零碎向高速、高精度标的目标生长供应了保证,开辟出CPU已生长到32位和64位的数控零碎,频率进步到几百兆赫、上千兆赫。因为运算速度的极大年夜进步,使恰当辩白率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24~240m/min的进给速度;

(4)换刀速度:目前外洋进步前辈加工中间的刀具互换时候遍及已在1s摆布,高的已达0.5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子款式,以主轴为轴心,刀具在圆周安插,其刀到刀的换刀时候仅0.9s。

2高精度化

数控机床精度的要目前市场上的资料拉伸强度实验机有的丝杆是用T形普通丝杆和无间隙滚珠丝杆求现在已不局限于静态的几何精度,机床的活动精度、热变形和对振动的监测和赔偿愈来愈获得正视。

近10年来,浅显级数控机床的加工精度已由10μm进步到5μm,紧密级加工中间则从3~5μm进步到1~1.5μm,并且超紧密加工精度已制定了至2020年的中长时间能源科技发展战略与发展计划开端进入纳米级(0.001μm)。

(1)进步CNC零碎节制精度:采取高速插补手艺,以藐小法度段完成持续进给,使CNC节制单位邃密化,并采取高辩白率位置检测装配,进步位置检测精度(日本已开辟装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交换伺服电机,其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲),位置伺服零碎采取前馈节制与非线性节制等体例;

(2)采取误差赔偿手艺:采取反向间隙赔偿、丝杆螺距误差赔偿和刀具误差赔偿等手艺,对设备的热变形误差和空间误差停止综合赔偿。研讨成果表白,综合误差赔偿手艺的利用可将加工误差增添60%~80%;

(3)采取格查抄和进步加工中间的活动轨迹精度,并经由过程仿真瞻望机床的加工精度,以包管机床的定位精度和反复定位精度,使其机能耐久稳定,可以或许在不合运转前提下完成多种加工任务,并包管零件的加工质量。

加工精度的进步不但在于采取了滚珠丝杠副、静压导轨、直线转动导轨、磁浮导轨等部件,进步了CNC零碎的节制精度,利用了高辩白率位置检测装配,并且也在于利用了各种误差赔偿手艺,如丝杠螺距误差赔偿、刀具误差赔偿、热变形误差赔偿、空间误差综合赔偿等。

3 向柔性化,功用复合化及集成化标的目标生长

复合机床的含义是指在一台机床上完成或尽能够完成从毛坯至成品的多种要素加工。按照其布局特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中间、车铣复合——车削中间、铣镗钻车复合——复合加工中间等;工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中间等。采取复合机床停止加工,增添了工件装卸、改换和调剂刀具的辅佐时候和中间过程中产生的误差,进步了零件加工精度,延长了产品制造周期,进步了出产效力和制造商的市场反应才成型件尺寸精度高干,相对传统的工序分离的出产体例具有较着的优势。

加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化生长。德国Index公司最新推出的车削加工中间是模块化布局,该加工中间可以或许完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热措置等多种工序,可完成庞大零件的全数加工。跟着现代机械加工要求的不竭进步,大年夜量的多轴联动数控机床愈来愈遭到各大年夜企业的欢迎。在2005年中华国际机床博览会(CIMT2005)上,国表里制造商展出了情势各别的多轴加工机床(包含双主轴、双刀架、9轴节制等)和可完成4~5轴联动的五轴高速门式加工中间、五轴联动高速铣削中间等。

数控机床在进步单机柔性化的同时,朝单位柔性化和零碎化标的目标生长,如呈现了数控多轴加工中间、换刀换箱式加工中间等具有柔性的高效加工设备;呈现了由多台数控机床构成底层加工设备的柔性制造单位(Flexible Manufacturing Cell,FMC)、柔性制造零碎(Flexible Manufacturing System,FMS)、柔性加工线(Flexible Manufacturing Line,FML)。

在现代数控机床上,主动换刀装配、自开任务台互换装配等已成为根基装配。跟着数控机床向柔性化标的目标的生长,功用集成化更多地表现在:工件主动装卸,工件主动定位,刀具主动对刀,工件主动测量与赔偿,集钻、车、镗、铣、磨为一体的“全能加工”和集装卸、加工、测量为一体的“完全加工”等。

4节制智能化

跟着人工智妙手艺的生长,为了满足制造业出产柔性化、制造主动化的生长需求,数控机床的智能化程度在不竭进步。详细表现在以下几个方面:

(1)加工过程自适应节制手艺:经由过程监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息,操纵传统的或现代的算法停止辨认,以辩识出刀具的受力、磨损、破损状况及机床加工的稳定性状况,并按照这些状况及时调剂加工参数(主轴转速、进给速度)和加工指令,使设备处于最好运转状况,以进步加工精度、降落加工概略粗糙度并进步设备运转的安然性;

(2)加工参数的智能优化与选择:将工艺专家或技师的经历、零件加工的普通与特别规律,用现代智能体例,机关基于专家零碎或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”,操纵它获得优化的加工参数,从而达到进步编程效力和加工工艺程度、延长出产筹办时候的目标;

(3)智能毛病自诊断与自修复手艺:按照已有的毛病信息,利用现代智能体例完成毛病的快速准肯定位;

(4)智能毛病回放和毛病仿真手艺:可以或许完全记实零碎的各种信息,对数控机床产生的各种弊端和变乱停止回放和仿真,用以肯定弊端引发的启事,找出处理成绩的体例,堆集出产经历;

(5)智能化交换伺服驱动装配:能主动辨认负载,并主动调剂参数的智能化伺服零碎,包含智能主轴交换驱动装配和智能化进给伺服装配。这类驱动装配能主动辨认电机及负载的转动惯量,并主动对节制零碎参数停止优化和调剂,使驱动零碎获得最好运转;

(6)智能4M数控零碎:在制造过程中,加工、检测一体化是完成快速制造、快速检测和快速照应的有效路子,将测量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、机械操作(Manipulator)四者(即4M)畅通领悟在一个零碎中,完成信息共享,促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。

5零碎开放化

(1)向将来手艺开放:因为软硬件接口都遵守公认的标准和谈,只需少量的重新设计和调剂,新一代的通用软硬件资本便能够被现有零碎所采取、接收和兼容,这就意味着零碎的开辟用度将大年夜大年夜降落而零碎机能与可靠性将不竭改良并处于长生命周期;

(2)向用户特别要求开放:更新产品、扩大功用、供应硬软件产品的各种组合以满足特别利用要求;

(3)数控标准的建立:国际上正在研讨和制定一种新的CNC零碎标准ISO14649(STEP-NC),以供应一种不依靠于具系十足的中性机制,可以或许描述产品全部生命周期内的同一数据模型,从而完成全部制造过程乃至各个工业范畴产品信息的标准化。标准化的编程说话,既便操纵户利用,又降落了和操作效力直接有关的休息耗损。

6驱动并联化

并联活动机床降服了传统机床串连机构挪动部件质量大年夜、零碎刚度低、刀具只能沿牢固导轨进给、功课自在度偏低、设备加工矫捷性和矫捷性不敷等固出缺点,在机床主轴(通常是动平台)与机座(通常是静平台)之间采取多杆并联联接机构驱动,经由过程节制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得照应自在度的活动,可完成多坐标联动数控加工、装配和测量多种功用,更能满足庞大特种零件的加工,具有现代机械人的模块化程度高、分量轻和速度快等长处。并联机床作为一种新型的加工设备,已成为以后机床手艺的一个首要研讨标的目标,遭到了国际机床行业的高度正视,被以为是“自发现数控手艺以来在机床行业中最成心义的进步”和“21世纪新一代数控加工设备”。

7极端化(大年夜型化和微型化)

国防、航空、航天事业的生长和动力等根本财产设备的大年夜型化需求大年夜型且机能杰出的数控机床的支撑。而超紧密加工手艺和微纳米手艺是21世纪的计谋手艺,需生长能适应藐小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和设备,所以微型机床包含微切削加工(车、铣、磨)机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐步增大年夜。

8信息交互收集化

劈面对狠恶竞争的企业来讲,使数控机床具有双向、高速的联通信功用,以包管信息流在车间各个部分间通畅无阻是很是首要的。既可以完成收集资本共享,又能完成数控机床的长途监督、节制、培训、讲授、办理,还可完成数控设备的数字化办事(数控机床毛病的长途诊断、保护等)。例如,日本Mazak公司推出新一代的加工中间装备了一个称为信息塔(e-Tower)的外部设备,包含计算机、、机外和机内摄像甲等,可以或许完成语音、图形、视像和文本的通信毛病报警显示、帮忙解除毛病等功用,是自力的、自立办理的制造单位。

9新型功用部件

为了进步数控机床各方面的机能,具有高精度和高可靠性的新型功用部件的利用成为必定。具有代表性的新型功用部件包含:

(1)高频电主轴:高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成,具有体积小、转速高、可无级调速等一系列长处,在各种新型数控机床中已获得遍及的利用;

(2)直线电动机:比来几年来,直线电动机的利用日趋遍及,固然其代价高于传统的伺服零碎,但因为负载改动扰动、热变形赔偿、隔磁和防护等关头手艺的利用,机械传动布局获得简化,机床的静态机能有了进步。如:西门子公司出产的1FN1系列三订交换永磁式同步直线电动机已开端遍及利用于高速铣床、加工中间、磨床、并联机床和静态机能和活动精度要求高的机床等;德国EX-CELL-O公司的XHC卧式加工中间三向驱动均采取两个直线电动机;

(3)电滚珠丝杆:电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成,可以大年夜大年夜简化数控机床的布局,具有传动环节少、布局紧凑等一系列长处。

10高可靠性

数控机床与传统机床比拟,增加了数控零碎和照应的监控装配等,利用了大年夜量的电气、液压和电机装配,易于导致呈现掉效的概率增大年夜;工业电电压的动摇和搅扰对数控机床的可靠性极其倒霉,而数控机床加工的零件型面较为庞大,加工周期长,要求均匀无毛病时候在2万小时以上。为了包管数控机床有高的可靠性,就要经心设计零碎、严格制造和明白可靠性目标和经由过程维修阐发毛病形式并找出亏弱环节。外洋数控零碎均匀无毛病时候在7~10万小时以上,国产数控零碎均匀无毛病时候仅为10000小时摆布,外洋零件均匀无毛病任务时候达800小时以上,而国际最高只要300小时。

11加工过程绿色化

跟着日趋严格的环境与资本束缚,制造加工的绿色化愈来愈首要,而中华的资本、环境成绩尤其凸起。是以,比来几年来不消或罕用冷却液、完成干切削、半干切削节能环保的机床不竭呈现,并在不竭生长当中。在21世纪,绿色制造的大年夜趋势将使各种节能环保机床加快生长,占据更多的天下市场。

12多媒体手艺的利用

多媒体手艺集计算机、声像和通信手艺于一体,使计算机具有综合措置声响、文字、图象和视频信息的才干,是以也对用户界面提出了图形化的要求。公道的人道化的用户界面极大年夜处所便了非专业用户的利用,人们可以经由过程窗口和菜单停止操作,便于蓝图编程和快速编程、三维玄色平面静态图形显示、图形摹拟、图形静态跟踪和仿真、不合标的目标的视图和部分显示比例缩放功用的完成。除此以外,在数控手艺范畴利用多媒体手艺可以做到信息措置综合化、智能化,利用于及时监控零碎和出产现场设备的毛病诊断、出产过程参数监测等,是以有侧严重年夜的利用价值。

国产数控机床贫乏核心手艺,从高机能数控零碎到关头功用部件根基都依靠出口,即便近几年有些国际制造商艰巨地创出了本身的品牌,但其产品的功用、机能的可靠性仍然与外洋产品有必然差距。近几年国产数控机床制造商经由过程手艺引进、国表里并购重组和外洋推销等获得了一些进步前辈数控手艺,但贫乏对机床布局与精度、可靠性、人道化设计等根本性变速范围远远不能到达6次/分钟60次/分钟的大范围调速要求手艺的研讨,忽视了自立开辟才干的培养,国产数控机床的手艺程度、机能和质量与外洋另有较大年夜差距,一样难以获得大年夜多数用户的承认。

一些国产数控机床制造商不敷正视全体工艺与制造程度的进步,加工手腕根基以浅显机床与低效刀具为主,装配调试完端赖手工,加工质量在出产进度的紧逼下不克不及获得稳定与进步。别的很多国产数控机床制造商的出产办理仍然沿用原始的手工台账办理体例,工艺水安然安静办理效力低下使得企业没法构成足够出产范围。如外洋机床制造商能做到每周装调出产品,而国际的出产周期太长且很难节制。是以我们在引进手艺的同时应重视加强本身工艺手艺改革和办理程度的晋升。

因为数控机床财产生长敏捷,一部分企业掉落臂长远好处,对进步本身的综合办事程度不敷正视,乃至对办事贫乏真实的了解,只重视推销而不重视售前与售后办事。有些企业派出的职员对出产的数控机床贫乏足够体味,不会利用或利用不好数控机床,更不克不及指导用户利用好机床;有的对进步前辈高效刀具贫乏根基体味,不克不及供应较好的工艺处理方案,用户天然对制造商贫乏决定信念。制造商的办事应从研讨用户的加工产品、工艺、出产类型、质量要求动手,帮忙用户停止设备选型,保举进步前辈工艺与工辅具,装备专业的培训职员和杰出的培训环境,帮忙用户阐扬机床的最大年夜效益、加工出高质量的终究产品,如许才干慢慢获得用户的认同,进步国产数控机床的市场据有率。

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