国产数控机床及其关键技术发展现状及展望

1 数控机床关键技术的特点

目前我国很多产品对于其零件、结构的加工过程有了更高的要求,如越来越关注效率、质量、成本以及环境等,而数控机床的关键技术就具备高精度、高柔性以及高效率等特点,因而被广泛地应用在各行各业中。

1.1 高性能

目前数控机床关键技术的主要特点就是高性能,被广泛地应用于一些难加工的材料上。如现代第四代的军用机,其材料、强度都要求必须具备耐高温、抗低温、耐老化、抗腐蚀、韧性以及抗疲劳性等特征,因此就会在加工一些铝合金、钛合金、复合材料、工程陶瓷等方面应用数控加工技术,来满足其对高性能的需求。

1.2 轻量化

数控机床加工技术采用整体薄壁结构,因此具有轻量化的特点。像很多航天产品对轻量化的要求比较高,它们大多形状比较复杂,构件也比较多,如飞机上的梁、框、肋以及壁板等,不但面形复杂,而且过渡圆角半径也很小,因此航空公司一般都会采用数控加工技术来对构件的精度进行加工,提高机动的性能,加大载荷,从而降低使用成本。

1.3 精密化

目前我国数控机床关键技术的加工精度不断在提高,因此又具有精密化的特点。在航空飞行器的产品中,一些导航、控制、弹头等机载设备,有一些部件,如伺服机构、精密偶件、探测器、光学器件等精密度比较高、批量比较小、结构也比较复杂,因此在加工过程中,采用精密、薄壁等技术来进行加工,在加工过程中,对尺寸、形状以及表面粗糙度都有着非常高的要求,促使数控加工技术更加精密化。

1.4 高效化

目前很多行业都对加工设备的速度和效率要求越来越高,数控机床技术具有高效化的特点。如在我国的航空航天产品中,产品的型号越来越多,批量变化越来越大,应用数控机床明显缩短了研制周期。因为航天产品中切削加工的零件数量越来越多,材料去除量非常大,很多航空公司都采用了数控机床中的高速加工技术来提高其设备的利用率,增加材料的去除率。

1.5 可靠性和经济性

随着对加工质量和加工成本要求越来越高,数控机床技术又显示出可靠性和经济性。尤其是在航天产品中,很多产品都对质量和成本有着非常高的要求,因此数控加工技术,不但可以帮助航空公司降低生产成本,还能够缩短产品周期,提高航天产品的市场竞争力。

2 国产数控机床及其关键技术的发展现状

目前数控机床及其关键技术主要呈现三高、三缺以及一低的现象。

2.1 三高

所谓的三高主要是指加工设备的数控化率越来越高,根据相关部门的调查,目前加工设备的数控化率已经增加到30%以上,有很多重点企业数控化率已经超过了50%。并且加工零件的比例越来越高,基本上有很多企业的产品有将近80%～100%的零件都是用数控加工而成的。同时对工艺要求越来越高,对零件的加工精度和加工效率都有了更高的要求。

2.2 三缺

所谓的三缺就是指缺少合理化的切削参数、缺少工艺数据库和知识库以及缺少数字化制造管理系统。其中由于缺少合理化的切削参数,影响着数控设备能力的发挥,如果数控机床加工时间比较长就会影响整体的效率,无法满足如今高效化加工的要求。而因为切削加工工艺数据库建设比较散,目前已有的数据库资源又有限,尤其是在制造业共享的新型数控加工切削数据库系统的资源有限,影响着数控加工效率。同时多数企业的数控车间都缺少MES系统,即数字化的制造执行系统。

2.3 一低

所谓的一低主要是指数控加工综合效率低,其具体表现在数控机床的主轴开动率比较低,而且数控加工过程中,其主轴功率的利用率也比较低,其切削过程中,单位时间材料的去除率比较低。

3 我国国产数控机床及其关键技术的展望

目前我国正在围绕着如何提高数控机床切削加工的效率,来展开对先进的高效数控加工技术的研究,如数控机床加工过程中的力学仿真与参数优化、数控机床加工中的变形快速分析及预

DOI:10.16661/ki.1672-3791.2017.11.123

国产数控机床及其关键技术发展现状及展望

金华

(南京浦口中等专业学校 江苏南京 211800)

摘 要:我国的国产数控机床技术经过大家多年的努力,不但掌握了一些高档数控系统的开发与应用,还掌握了部分功能部件的核心技术、制造技术等一些关键性的技术,促使着我国国产数控机场技术水平的提高,使其市场竞争能力有了更大的优势。因此该文对国产数控机床及其关键技术的发展现状进行了分析并根据其现状做出了相应的展望,希望为我国数控机床的发展提供参考性的建议。

关键词:技术特点 现状 展望

中图分类号:TG659文献标识码:A文章编号:1672-3791(2017)04(b)-0123-02

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阻力,从而更方便实现对于间隙的控制。为验证上述方案的可行性,分别通过对上述几种方案进行试验并测定相关的数据。在改变反馈盘硬度的方案中通过选用了高、中、低3种不同硬度的反馈盘进行试验,试验中反馈盘除硬度不同外其他各项条件均一致,在相同的条件下进行测定后发现不同硬度的反馈盘对于汽车真空助力器压力滞后有着极大的影响,试验测试结果表明,低硬度反馈盘的滞后压力要低于高硬度反馈盘约600kPa,在汽车真空助力器中采用低硬度的反馈盘能够极大地降低汽车真空助力器工作中的压力滞后问题。但是低硬度的反馈盘也会带来使用寿命减少的问题,由于其硬度降低其在受力情况下也更容易磨损,因此在对汽车真空助力器反馈盘的硬度进行调整时需要综合进行考虑。此外,通过测试表明,使用厚度更厚的反馈盘能够有效地降低反馈盘的压力滞后率,以7mm和4.7mm 的反馈盘为样本进行试验,试验结果表明使用7mm的反馈盘相较于4.7mm的反馈盘能够将汽车真空助力器的压力滞后率降低约两个百分点。此外,除了上述措施,还可以通过做好反馈盘润滑的方式来降低压力滞后率,通过对反馈盘涂抹和未涂抹润滑油后所进行的汽车真空助力器压力滞后试验表明,涂抹润滑油的反馈盘相较于未涂抹润滑油的反馈盘能够将汽车真空助力器的压力滞后率降低约4个百分点,从而极大地改善了汽车真空助力器的效率。此外,在对汽车真空助力器进行改进的过程中,控制好气阀骨架的大小也是改善汽车真空助力器压力滞后问题的重要举措之一。大骨架所控制的气阀能够有效地降低控制气阀所产生的变形,从而有效地减小汽车真空助力器中的空气阀和控制阀体在前进和回退过程中所产生的相对位移。此外,通过对大骨架和小骨架所产生的汽车真空助力器压力滞后率进行试验对比后发现,大骨架在汽车真空助力器压力滞后率方面要明显优于小骨架,因此,在汽车真空助力器设计的过程中为取得良好的制动效果需要结合具体的设计需要来对控制气阀骨架的大小进行调整。

3 结语

做好汽车真空助力器压力滞后问题的改善对于改善汽车真空助力器的制动效果是十分重要的。该文在分析了造成汽车真空助力器压力滞后原因的基础上，对如何减小汽车真空助力器压力滞后的方法进行了分析与介绍。

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测、切削参数数据库以及切削加工用“低温冷却和微量润滑”系统等。未来我国的国产数控机床及其关键技术势必会广泛地应用于航空航天、汽车设备以及国防等各行各业中,为其节约成本,提高工作效率。

3.1 数控加工过程中的力学仿真与参数优化技术

数控加工过程运动仿真之后势必会往切削过程力学仿真与切削参数优化方向发展,我国专门针对军工业推出了高速铣削加工过程动力学仿真优化系统和数控机床加工动力学特性测试分析系统,在此基础上,又进一步开发了中低速数控铣削加工过程力学仿真与优化系统和铣削加工动力学切削参数数据库系统,逐渐形成了一条X-CUT系列的以切削过程力学仿真为基础的数控机床增效势能工具,并且先后向众多企业提供将近200多套这样的硬件系统。未来还会根据各个行业的需求,开展车铣复合加工过程力学仿真与优化系统,为更多的车铣复合加工提供参数和技术上的支持。

3.2 数控加工变形快速分析与预测技术

航空整体结构的零件中有很多都是有复杂结构的,弱刚性的零配件,数控加工变形快速分析与预测技术就是专门针对这些零配件,通过分析其实际结构跟效力学模型间的力学特性之间的关系,以通用有限元软件为基础,来进行二次开发的一项技术。其可以快速地计算一些复杂结构的零配件各个阶段的频率、静态特性参数以及弹性变形,在实际的操作中,可以为切削参数提供量化依据,以此来优化切削的参数,还可以为加工过程提供依据,弥补加工过程中的变形。未来其还会有更好的发展,为我国的数控机床提供参数依据。

3.3 绿色切削加工技术与系统

未来国产数控机床及其关键技术会朝着绿色切削加工技术方向发展。目前我国已经围绕着绿色切削加工需求,在低温冷风技术、微量润滑技术、低温微量润滑技术以及微细冰粒冷却润滑技术等领域,开发了以自主专利技术为基础的多个型号工程化样机,并已经成功应用在航空航天企业数控加工车间。未来绿色切削加工技术还会应用在更多的加工零件材料上,如高强钢、钛合金及高温合金等,以此来降低切削力,提高加工表面质量,同时减少切削液用量,实现绿色切削加工。

4 结语

综上所述,随着我国经济的发展,国内需求的增加,使得国产数控机床也有了很好的发展,在航空、航天、船舶、汽车以及发电设备方面也被广泛应用。相信经过数控机床与众多行业的努力,未来我国国产的数控机场在满足我国各行业的需求的同时,开发出更高档的数控操作系统,提高我国数控机床的核心技术,促使我国国产数控机床有更好的发展。

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