数控机床的发展趋势

(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、01m时,最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工;

(3)运算速度:微处理器的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位的数控系统,频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高,使得当分辨率为0、1m、0、01 m时仍能获得高达24～240m/min的进给速度(4)换刀速度:目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右,高的已达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,其刀到刀的换刀时间仅0、9s。

从上面数据可以瞧到超高速机床发展的迅速,高速的机床可以充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量与精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。

二、高精度化

从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工),就是世界各工业强国致力发展的方向,我国数控机床高精度化高速发展但仍然就是一个需要重视的方向。近lO多年来,普通级数控机床的加工精度已由±lOum 提高到±5um,精密级加工中心的加工精度则从±3-5um,提高到±1-1、5um精密与超精密化的数控机床在几何与尺寸方面的误差率减少到最低,减少了零部件在加工过程中由于机器振动带来的错位误差,

改善了零部件加工时的粗糙度。如今提高加工精度的先进方法大致有下列几种:

(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/转的内藏位置检测器的交流伺服电机,其位置检测精度可达到0、01 m/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、丝杆螺距误差补偿与刀具误差补偿等技术,对设备的热变形误差与空间误差进行综合补偿。研究结果表明,综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%～80%;

(3)采用网格解码器检查与提高加工中心的运动轨迹精度,并通过仿真预测机床的加工精度,以保证机床的定位精度与重复定位精度,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,并保证零件的加工质量。

三、复合化

复合机床的含义就是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型与工序复合型两类。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的复合机床与双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工,减少了工件装卸、更换与调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差,提高了零件加工精度,缩短了产品制造周期,提高了生产效

率与制造商的市场反应能力,相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。数控机床的功能复合化的发展,以其复合加工实现了一次

装夹后完成各种复杂零件的全部加工,从而减少了不创造价值的辅助时间,提高了机床的效率与加工精度,降低了生产制造成本,提高了生产的柔性。复合功能的机床就是近年来发展很快的机种,其核心就是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔与扩孔等多种操作工序。

四、智能化

智能化就是未来工业化发展的主要方向,智能化的发展就是提高生产力的有效途径,数控系统中智能化发展主要的方面:为追求加工效率与加工质量方面的智能化;还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等,及智能诊断、智能监控方面的内容,方便系统的诊断及维修等为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化:下面就是查找的目前关于数控机床智能化的先进技术:

(1)加工过程自适应控制技术:通过监测加工过程中的切削力、主轴与进给电机的功率、电流、电压等信息,利用传统的或现代的算法进行识别,以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态,并根据这些状态实时调整加工参数(主轴转速、进给速度)与加工指令,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的安全性;

(2)加工参数的智能优化与选择:将工艺专家或技师的经验、零件加工

的一般与特殊规律,用现代智能方法,构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”,利用它获得优化的加工参数,从而达到提高编程效率与加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的;

(3)智能故障自诊断与自修复技术:根据已有的故障信息,应用现代智能方法实现故障的快速准确定位;

(4)智能故障回放与故障仿真技术:能够完整记录系统的各种信息,对数控机床发生的各种错误与事故进行回放与仿真,用以确定错误引起的原因,找出解决问题的办法,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,并自动调整参数的智能化伺服系统,包括智能主轴交流驱动装置与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的转动惯量,并自动对控制系统参数进行优化与调整,使驱动系统获得最佳运行;

五、柔性化与集成化

数控机床向柔性自动化系统发展的趋势就是从点、线向面、体的方向发展;另一方面向注重应用性与经济性方向发展。柔性自动化技术就是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,就是各国制造业发展的主流趋势,就是先进制造领域的基础技术。其重点就是以提高系统的可靠性、实用化为前提,以易于联网与集成为目标;注重加强单元技术的开拓、完善;柔性自动化技术就是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,就是各国制造业发展的主流趋势,就是先进制造领域的基础技术。

六、绿色化

绿色化,节能减排就是当今世界关注的主要问题之一,绿色设计就是一种综合考虑了产品设计、制造、使用与回收等整个生命周期的环境特性与资源效率的先进设计理论与方法。它在不牺牲产品功能、质量与成本的前提下,系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响,从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小,资源利用率最高。数控机床在设计时要考虑:绿色材料设计;可拆卸性设计;节能性设计;可回收性设计;模块化设计;绿色包装设计等。绿色制造就是一个综合考虑环境影响与资源消耗的现代制造模式,通过绿色生产过程生产出绿色产品。数控机床在制造时要考虑:节约资源的工艺设计;节约能源的工艺设计;环保型工艺设计等。随着世界经济的迅速发展,尤其就是国内改革开放以来工业化程度的加快,所带来的环境污染问题越来越严重,环境保护的呼声越来越高,环保问题已经成为各国经济可持续发展的制约因素之一。数控机床作为装备制造业的核心,能否顺应环保趋势,加大绿色设计与制造的研制,将就是影响经济发展的重要要素之一。

参考文献

1、王立平、吴军、Wang Liping、Wu Jun 数控机床发展趋势及新技术刍议[期刊论文]-航空制造技术2008

2、盛伯浩数控机床发展趋势及对策[期刊论文]-世界制造技术与装备市场2004

3、梁伟、王先、LIANG Wei、WANG Xian 数控机床发展趋势[期刊论文]-桂林航天工业高等专科学校学报2010