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      當前位置:首頁 -> 企業新聞 -> 機床數控技術的現狀及未來發展趨勢 機床數控技術的現狀及未來發展趨勢

      機床數控技術的現狀及未來發展趨勢

      目錄:企業新聞點擊率:發布時間:2012-03-29 21:20:21

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      一、數控機床的簡單介紹
        
        車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等都是機械加工方法,所謂機械加工,就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀,包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設備都稱為機床,數控機床就是在普通機床上發展過來的,數控的意思就是數字控制。數控系統是由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、傳感器構成。當然,普通機床發展到數控機床不只是加裝數控系統這么簡單,例如:從銑床發展到加工中心,機床結構發生變化,最主要的是加了刀庫,大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數控設備,主要是指數控車床和加工中心。
        
        1、數控機床的特點如下:
        
       ?。?)加工精度高,具有穩定的加工質量;
        
       ?。?)可進行多坐標的聯動,能加工形狀復雜的零件;
        
       ?。?)加工零件改變時,一般只需要更改數控程序,可節省生產準備時間機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量,生產率高(一般為普通機床的3~5倍);
        
       ?。?)機床自動化程度高,可以減輕勞動強度;
        
       ?。?)對操作人員的素質要求較高,對維修人員的技術要求更高。
        
        2、數控機床的組成部分主機,他是數控機床的主題,包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。數控裝置,是數控機床的核心,包括硬件(印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等)以及相應的軟件,用于輸入數字化的零件程序,并完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現各種控制功能。驅動裝置,他是數控機床執行機構的驅動部件,包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統實現主軸和進給驅動。當幾個進給聯動時,可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。輔助裝置,指數控機床的一些必要的配套部件,用以保證數控機床的運行,如冷卻、排屑、潤滑、照明、監測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數控轉臺和數控分度頭,還包括刀具及監控檢測裝置等。編程及其他附屬設備,可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。數控技術,簡稱“數控”。英文:NumericalControl(NC)。是指用數字、文字和符號組成的數字指令來實現一臺或多臺機械設備動作控制的技術。
        
        二、國內外機床數控技術的現狀
        
        1、國內數控機床技術現狀我國數控機床制造業在80年代曾有過高速發展的階段,許多機床廠從傳統產品實現向數控化產品的轉型。但總的來說,技術水平不高,質量不佳,所以在90年代初期面臨國家經濟由計劃性經濟向市場經濟轉移調整,經歷了幾年最困難的蕭條時期,那時生產能力降到50%,庫存超過4個月。
        
        從1995年“九五”以后國家從擴大內需啟動機床市場,加強限制進口數控設備的審批,投資重點支持關鍵數控系統、設備、技術攻關,對數控設備生產起到了很大的促進作用,尤其是在1999年以后,國家向國防工業及關鍵民用工業部門投入大量技改資金,使數控設備制造市場一派繁榮。從2000年8月份的上海數控機床展覽會和2001年4月北京國際機床展覽會上,也可以看到多品種產品的繁榮景象。但也反映了下列問題:
        
       ?。?)低技術水平的產品競爭激烈,互相靠壓價促銷;
        
       ?。?)高技術水平、全功能產品主要靠進口;
        
       ?。?)配套的高質量功能部件、數控系統附件主要靠進口;
        
       ?。?)應用技術水平較低,聯網技術沒有完全推廣使用;
        
       ?。?)自行開發能力較差,相對有較高技術水平的產品主要靠引進圖紙、合資生產或進口件組裝。
        
        2、國外數控機床技術現狀當前,在數控機床精密化方面,美國的水平最高,不僅生產中小型精密機床,而且由于國防和尖端技術的需要,研究開發了大型精密機床。其代表產品有LLL實驗室研制成功的DTM一3型精密車床和LODTM大型光學金剛石車床,它們是世界公認水平最高的、達到當前技術最前沿的大型精密機床。其它國家也相應研制成功各種類似的裝備,如英國的Cran·field、日本的東芝機械等。
        
       ?。?)高速高精與多軸加工成為數控機床的主流,納米控制已經成為高速高精加工的潮流。
        
       ?。?)多任務和多軸加工數控機床越來越多地應用到能源、航空航天等行業。
        
       ?。?)機床與機器人的集成應用日趨普及,且結構形式多樣化,應用范圍擴大化,運動速度高速化,多傳感器融合技術實用化,控制功能智能化,多機器人協同普及化。
        
       ?。?)智能化加工與監測功能不斷擴充,車間的加工監測與管理可實時獲取機床本身的狀態信息,分析相關數據,預測機床的狀態,提前進行相關的維護,避免事故的發生,減少機床的故障率,提高機床的利用率。
        
       ?。?)最新的機床誤差檢測與補償技術能夠在較短的時間內完成對機床的補償測量,與傳統的激光干涉儀相比,對機床誤差的補償精度能夠提高3~4倍,同時效率得到大幅度提升。
        
       ?。?)最新的CAD/CAM技術為多軸多任務數控機床的加工提供了強有力的支持,可以大幅度提高加工效率。
        
       ?。?)刀具技術發展迅速,眾多刀具的設計涵蓋了整個加工過程,并且新型刀具能夠滿足平穩加工以及抗振性能的要求。三、數控機床技術發展的趨勢
        
        1、高速度與超精度化速度和精度是數控機床的兩個重要指標,它直接關系到加工效率和產品的質量。高速度、超精度加工技術可極大地提高效率,提高產品的質量和檔次,縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一,國際生產工程學會(CIRP)將其確定為21世紀的中心研究方向之一。特別是在超高速切削、超精密加工技術的實施中,對機床各坐標軸位移速度和定位精度提出了更高的要求;另外,這兩項技術指標又是相互制約的,也就是說要求位移速度越高,定位精度就越難提高。目前,在超高速加工中,車削和銑削的切削速度已達到5000~8000m/min以上;主軸轉數在30000轉/分(有的高達10萬轉/分)以上;工作臺的移動速度(進給速度):在分辨率為l微米時,在100m/min(有的到200m/min)以上,在分辨率為0.1um時,在24m/min以上;自動換刀速度在1秒以內;小線段插補進給速度達到12m/min。在加工精度方面,近10年來,普通級數控機床的加工精度已由10um提高到5um,精密級加工中心則從3~5um,提高到1~1.5um,并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01um)。
        
        2、高可靠性隨著數控機床網絡化應用的發展,數控機床的高可靠性已經成為數控系統制造商和數控機床制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言,如果要求在l6小時內連續正常工作,無故障率在P(t)>99%以上,則數控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數控機床而言,如主機與數控系統的失效率之比為l0:1(數控的可靠比主機高一個數量級)。此時數控系統的MTBF就要大于33333.3小時,而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于l0萬小時。當前國外數控裝置的MTBF值已達6000小時以上,驅動裝置達30000小時以上,但是,可以看到距理想的目標還有差距。
        
        3、多功能化在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上,為了盡可能降低這些無用時間,人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上,因此數控機床實現了一機多能,以最大限度地提高設備利用率。另外前臺加工、后臺編輯的前后臺功能,充分提高其工作效率和機床利用率。數控機床還具有更高的通訊功能,現代數控機床除具有通信口,DNC功能外,還具有網絡功能。
        
        4、多軸化隨著5軸聯動數控系統和編程軟件的普及,5軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個開發熱點,由于在加工自由曲面時,5軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單,并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速,從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率,而在3軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參與切削,因此,5軸聯動機床以其無可替代的性能優勢已經成為各大機床廠家積極開發和競爭的焦點。
        
        5、網絡化數控機床的網絡化,主要指機床通過所配裝的數控系統與外部的其它控制系統或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控機床一般首先面向生產現場和企業內部的局域網,然后再經由因特網通向企業外部,這就是所謂Internet/Intranet技術。隨著網絡技術的成熟和發展,最近業界又提出了數字制造的概念。數字制造,是機械制造企業現代化的標志之一,也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用,越來越多的國內用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。機械制造企業在普遍采用CAD/CAM的基礎上,越加廣泛地使用數控加工設備。數控應用軟件日趨豐富和具有“人性化”。虛擬設計、虛擬制造等高端技術也越來越多地為工程技術人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件,正在成為當代機床發展的重要趨勢。在數字制造的目標下,通過流程再造和信息化改造,ERP等一批先進企業管理軟件已經脫穎而出,為企業創造出更高的經濟效益。
        
        6、柔性化、智能化數控機床向柔性自動化系統發展的趨勢是:從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統)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;CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發展;數控機床及其構成柔性制造系統能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯結,向信息集成方向發展;網絡系統向開放、集成和智能化方向發展。智能化是21世紀制造技術發展的一個大方向。智能加工是一種基于神經網絡控制、模糊控制、數字化網絡技術和理論的加工,它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動,以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。智能化的內容包括在數控系統中的各個方面:為追求加工效率和加工質量的智能化,如自適應控制,工藝參數自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作的智能化,如智能化的自動編程,智能化的人機界面等;智能診斷、智能監控,方便系統的診斷及維修等。世界上正在進行研究的智能化切削加工系統很多,其中日本智能化數控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。
        
        7、綠色化21世紀的金切機床必須把環保和節能放在重要位置,即要實現切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上,這主要是因為切削液既污染環境和危害工人健康,又增加資源和能源的消耗。干切削一般是在大氣氛圍中進行,但也包括在特殊氣體氛圍中(氮氣中、冷風中或采用干式靜電冷卻技術)不使用切削液進行的切削。不過,對于某些加工方式和工件組合,完全不使用切削液的干切削目前尚難與實際應用,故又出現了使用極微量潤滑(MQL)的準干切削。對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機床來說,主要是采用準干切削,通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經由機床主軸與工具內的中空通道噴向切削區。在各類金切機床中,采用干切削最多的是滾齒機。
        
        8、體系開放化向未來技術開放:由于軟硬件接口都遵循公認的標準協議,只需少量的重新設計和調整,新一代的通用軟硬件資源就可能被現有系統所采納、吸收和兼容,這就意味著系統的開發費用將大大降低而系統性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期;
        
        向用戶特殊要求開放:更新產品、擴充功能、提供硬軟件產品的各種組合以滿足特殊應用要求;數控標準的建立:國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649(STEP-NC)以提供一種不依賴于具體系統的中性機制,能夠描述產品整個生命,周期內的統一數據模型,從而實現整個制造過程乃至各個工業領域產品信息的標準化。標準化的編程語言,既方便用戶使用,又降低了和操作效率直接有關的勞動消耗。
        
        9、極端化(大型化和微型化)國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業裝備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略技術,需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備,所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。

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