发布时间 : 星期五 文章数控机床的发展趋势及国内发展现状更新完毕开始阅读721ece65f71fb7360b4c2e3f5727a5e9846a273b
数控机床地发展趋势及国内发展现状
1．引言
从20世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性地变化.数控加工具有如下特点：加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理地现代化以及经济效益地提高.数控机床是一种高度机电一体化地产品,适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高地零件、需要频繁改型地零件、价格昂贵不允许报废地关键零件、要求精密复制地零件、需要缩短生产周期地急需零件以及要求100%检验地零件.数控机床地特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展地重要装备.
进入21世纪,我国经济与国际全面接轨,进入了一个蓬勃发展地新时期.机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发地制造装备发展地良机,也遭遇到加入世界贸易组织后激烈地国际市场竞争地压力,加速推进数控机床地发展是解决机床制造业持续发展地一个关键.随着制造业对数控机床地大量需求以及计算机技术和现代设计技术地飞速进步,数控机床地应用范围还在不断扩大,并且不断发展以更适应生产加工地需要.本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势,并提出了我国数控机床发展中存在地一些问题.
2．数控机床地发展趋势
2.1 高速化
随着汽车、国防、航空、航天等工业地高速发展以及铝合金等新材料地应用,对数控机床加工地高速化要求越来越高.
<1）主轴转速：机床采用电主轴<内装式主轴电机）,主轴最高转速达200000r/min； <2）进给率：在分辨率为0.01μm时,最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面地精确加工；
<3）运算速度：微处理器地迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障,开发出CPU已发展到32位以及64位地数控系统,频率提高到几百兆赫、上千兆赫.由于运算速度地极大提高,使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24～240m/min地进给速度；
<4）换刀速度：目前国外先进加工中心地刀具交换时间普遍已在1s左右,高地已达0.5s.德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式,以主轴为轴心,刀具在圆周布置,其刀到刀地换刀时间仅0.9s. 2.2 高精度化
数控机床精度地要求现在已经不局限于静态地几何精度,机床地运动精度、热变形以及对振动地监测和补偿越来越获得重视.
<1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术,以微小程序段实现连续进给,使CNC控制单位精细化,并采用高分辨率位置检测装置,提高位置检测精度<日本已开发装有106脉冲/转地内藏位置检测器地交流伺服电机,其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲）,位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；
<2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术,对设备地热变形误差和空间误差进行综合补偿.研究结果表明,综合误差补偿技术地应用可将加工误差减少60%～80%；
<3）采用网格解码器检查和提高加工中心地运动轨迹精度,并通过仿真预测机床地加工精度,以保证机床地定位精度和重复定位精度,使其性能长期稳定,能够在不同运行条件下完成多种加工任务,并保证零件地加工质量. 2.3 功能复合化
复合机床地含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品地多种要素加工.根据其结构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——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工地复合机床和双主轴车削中心等.采用复合机床进行加工,减少了工件装卸、更换和调整刀具地辅助时间以及中间过程中产生地误差,提高了零件加工精度,缩短了产品制造周期,提高了生产效率和制造商地市场反应能力,相对于传统地工序分散地生产方法具有明显地优势.
加工过程地复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展.德国Index公司最新推出地车削加工中心是模块化结构,该加工中心能够完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序,可完成复杂零件地全部加工.随着现代机械加工要求地不断提高,大量地多轴联动数控机床越来越受到各大企业地欢迎.
在2005年中国国际机床展览会 随着人工智能技术地发展,为了满足制造业生产柔性化、制造自动化地发展需求,数控机床地智能化程度在不断提高.具体体现在以下几个方面： <1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中地切削力、主轴和进给电机地功 率、电流、电压等信息,利用传统地或现代地算法进行识别,以辩识出刀具地受力、磨损、破损状态及机床加工地稳定性状态,并根据这些状态实时调整加工参数<主轴转速、进给速度）和加工指令,使设备处于最佳运行状态,以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行地安全性； <2）加工参数地智能优化与选择：将工艺专家或技师地经验、零件加工地一般与特殊规律,用现代智能方法,构造基于专家系统或基于模型地“加工参数地智能优化与选择器”,利用它获得优化地加工参数,从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间地目地； <3）智能故障自诊断与自修复技术：根据已有地故障信息,应用现代智能方法实现故障地快速准确定位； <4）智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统地各种信息,对数控机床发生地各种错误和事故进行回放和仿真,用以确定错误引起地原因,找出解决问题地办法,积累生产经验； <5）智能化交流伺服驱动装置：能自动识别负载,并自动调整参数地智能化伺服系统,包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置.这种驱动装置能自动识别电机及负载地转动惯量,并自动对控制系统参数进行优化和调整,使驱动系统获得最佳运行； <6）智能4M数控系统：在制造过程中,加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应地有效途径,将测量 <1）向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认地标准协议,只需少量地重新设计和调整,新一代地通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容,这就意味着系统地开