數(shù)控機床未來12大發(fā)展趨勢

瀏覽: 發(fā)表時間:2023-06-12 16:50:20

數(shù)控機床未來12大發(fā)展趨勢


目前绞呈,數(shù)控機床的發(fā)展日新月異,高速化间景、高精度化佃声、復合化、智能化倘要、開放化圾亏、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化封拧、極端化志鹃、綠色化已成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。中國作為一個制造大國泽西,主要還是依靠勞動力曹铃、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢捧杉,而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大陕见。

中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀,應(yīng)該抓住機會不斷發(fā)展味抖,努力發(fā)展自己的先進技術(shù)评甜,加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓力度,提高企業(yè)綜合服務(wù)能力非竿,努力縮短與發(fā)達國家之間的差距蜕着。力爭早日實現(xiàn)數(shù)控機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變红柱,實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造承匣、從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變。

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 高速化

隨著汽車锤悄、國防韧骗、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用零聚,對數(shù)控機床加工的高速化要求越來越高袍暴。

(1)主軸轉(zhuǎn)速:機床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機),主軸最高轉(zhuǎn)速達200000r/min隶症。

(2)進給率:在分辨率為0.01μm時政模,******進給率達到240m/min且可獲得復雜型面的精確加工。

(3)運算速度:微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速蚂会、高精度方向發(fā)展提供了保障淋样,開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng),頻率提高到幾百兆赫胁住、上千兆赫趁猴。由于運算速度的極大提高刊咳,使得當分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24~240m/min的進給速度儡司。

(4)換刀速度:目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右娱挨,高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計成籃子樣式捕犬,以主軸為軸心跷坝,刀具在圓周布置,其刀到刀的換刀時間僅0.9s或听。

高精度化

數(shù)控機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度探孝,機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視誉裆。

(1)提高CNC系統(tǒng)控制精度:采用高速插補技術(shù)顿颅,以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給,使CNC控制單位精細化足丢,并采用高分辨率位置檢測裝置粱腻,提高位置檢測精度(日本已開發(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機,其位置檢測精度可達到0.01μm/脈沖)斩跌,位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法绍些。

(2)采用誤差補償技術(shù):采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)耀鸦,對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償柬批。研究結(jié)果表明,綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%~80%袖订。

(3)采用網(wǎng)格檢查和提高加工中心的運動軌跡精度氮帐,并通過仿真預(yù)測機床的加工精度,以保證機床的定位精度和重復定位精度洛姑,使其性能長期穩(wěn)定上沐,能夠在不同運行條件下完成多種加工任務(wù),并保證零件的加工質(zhì)量楞艾。

功能復合化

復合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工参咙。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。工藝復合型機床如鏜銑鉆復合——加工中心硫眯、車銑復合——車削中心蕴侧、銑鏜鉆車復合——復合加工中心等;工序復合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復合機床和雙主軸車削中心等两入。采用復合機床進行加工净宵,減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差,提高了零件加工精度塘娶,縮短了產(chǎn)品制造周期,提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力痊夭,相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢刁岸。

加工過程的復合化也導致了機床向模塊化、多軸化發(fā)展她我。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)虹曙,該加工中心能夠完成車削、銑削番舆、鉆削酝碳、滾齒、磨削恨狈、激光熱處理等多種工序疏哗,可完成復雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機械加工要求的不斷提高禾怠,大量的多軸聯(lián)動數(shù)控機床越來越受到各大企業(yè)的歡迎返奉。在2005年中國國際機床展覽會(CIMT2005)上,國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機床(包括雙主軸吗氏、雙刀架芽偏、9軸控制等)以及可實現(xiàn)4~5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等弦讽。

控制智能化

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展污尉,為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求往产,數(shù)控機床的智能化程度在不斷提高被碗。具體體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)加工過程自適應(yīng)控制技術(shù):通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率捂齐、電流蛮放、電壓等信息,利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別奠宜,以辯識出刀具的受力包颁、磨損、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)压真,并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速娩嚼、進給速度)和加工指令,使設(shè)備處于良好的運行狀態(tài)滴肿,以提高加工精度岳悟、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運行的安全性。

(2)加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇:將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律贵少,用現(xiàn)代智能方法呵俏,構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”,利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)滔灶,從而達到提高編程效率和加工工藝水平普碎、縮短生產(chǎn)準備時間的目的。

(3)智能故障自診斷與自修復技術(shù):根據(jù)已有的故障信息录平,應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準確定位麻车。

(4)智能故障回放和故障仿真技術(shù):能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息,對數(shù)控機床發(fā)生的各種錯誤和事故進行回放和仿真斗这,用以確定錯誤引起的原因动猬,找出解決問題的辦法,積累生產(chǎn)經(jīng)驗表箭。

(5)智能化交流伺服驅(qū)動裝置:能自動識別負載赁咙,并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng),包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進給伺服裝置免钻。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負載的轉(zhuǎn)動慣量序目,并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整,使驅(qū)動系統(tǒng)獲得良好運行伯襟;

(6)智能4M數(shù)控系統(tǒng):在制造過程中猿涨,加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造姆怪、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑叛赚,將測量(Measurement)、建模(Modelling)稽揭、加工(Manufacturing)俺附、機器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一個系統(tǒng)中,實現(xiàn)信息共享溪掀,促進測量事镣、建模、加工揪胃、裝夾璃哟、操作的一體化。

體系開放化

(1)向未來技術(shù)開放:由于軟硬件接口都遵循公認的標準協(xié)議喊递,只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整随闪,新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容骚勘,這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期铐伴。

(2)向用戶特殊要求開放:更新產(chǎn)品撮奏、擴充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求当宴。

(3)數(shù)控標準的建立:國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649(STEP-NC)畜吊,以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制,能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型户矢,從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化定拟。標準化的編程語言,既方便用戶使用逗嫡,又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗。

驅(qū)動并聯(lián)化

并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)移動部件質(zhì)量大株依、系統(tǒng)剛度低驱证、刀具只能沿固定導軌進給、作業(yè)自由度偏低恋腕、設(shè)備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷抹锄,在機床主軸(一般為動平臺)與機座(一般為靜平臺)之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機構(gòu)驅(qū)動,通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運動荠藤,可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工伙单、裝配和測量多種功能,更能滿足復雜特種零件的加工哈肖,具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高吻育、重量輕和速度快等優(yōu)點。并聯(lián)機床作為一種新型的加工設(shè)備淤井,已成為當前機床技術(shù)的一個重要研究方向布疼,受到了國際機床行業(yè)的高度重視,被認為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來在機床行業(yè)中最有意義的進步”和“21世紀新一代數(shù)控加工設(shè)備”币狠。

極端化(大型化和微型化)

國防游两、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機床的支撐漩绵。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀的戰(zhàn)略技術(shù)贱案,需發(fā)展能適應(yīng)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(車止吐、銑宝踪、磨)機床、微電加工機床碍扔、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大肴沫。

信息交互網(wǎng)絡(luò)化

對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說,使數(shù)控機床具有雙向蕴忆、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能颤芬,以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享,又能實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程監(jiān)視站蝠、控制汰具、培訓、教學菱魔、管理留荔,還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機床故障的遠程診斷、維護等)澜倦。例如聚蝶,日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設(shè)備,包括計算機藻治、手機碘勉、機外和機內(nèi)攝像頭等,能夠?qū)崿F(xiàn)語音桩卵、圖形验靡、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能雏节,是獨立的胜嗓、自主管理的制造單元。

新型功能部件

為了提高數(shù)控機床各方面的性能钩乍,具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然辞州。具有代表性的新型功能部件包括:

(1)高頻電主軸:高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成,具有體積小寥粹、轉(zhuǎn)速高孙技、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點,在各種新型數(shù)控機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用排作;

(2)直線電動機:近年來牵啦,直線電動機的應(yīng)用日益廣泛,雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)妄痪,但由于負載變化擾動哈雏、熱變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用衫生,機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化裳瘪,機床的動態(tài)性能有了提高。如:西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床罪针、加工中心彭羹、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機床等泪酱;德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機派殷;

(3)電滾珠絲桿:電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成还最,可以大大簡化數(shù)控機床的結(jié)構(gòu),具有傳動環(huán)節(jié)少毡惜、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點拓轻。

高可靠性

數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比,增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等经伙,應(yīng)用了大量的電氣扶叉、液壓和機電裝置,易于導致出現(xiàn)失效的概率增大帕膜;工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機床的可靠性極為不利枣氧,而數(shù)控機床加工的零件型面較為復雜,加工周期長垮刹,要求平均無故障時間在2萬小時以上达吞。為了保證數(shù)控機床有高的可靠性,就要精心設(shè)計系統(tǒng)危纫、嚴格制造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在7~10萬小時以上乌庶,國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間僅為10000小時左右种蝶,國外整機平均無故障工作時間達800小時以上,而國內(nèi)最高只有300小時瞒大。

加工過程綠色化

隨著日趨嚴格的環(huán)境與資源約束螃征,制造加工的綠色化越來越重要,而中國的資源透敌、環(huán)境問題尤為突出盯滚。因此,近年來不用或少用冷卻液酗电、實現(xiàn)干切削魄藕、半干切削節(jié)能環(huán)保的機床不斷出現(xiàn),并在不斷發(fā)展當中撵术。在21世紀背率,綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機床加速發(fā)展,占領(lǐng)更多的世界市場嫩与。

多媒體技術(shù)的應(yīng)用

多媒體技術(shù)集計算機寝姿、聲像和通信技術(shù)于一體,使計算機具有綜合處理聲音划滋、文字饵筑、圖像和視頻信息的能力,因此也對用戶界面提出了圖形化的要求处坪。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用根资,人們可以通過窗口和菜單進行操作架专,便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示嫂冻、圖形模擬胶征、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)桨仿。除此以外睛低,在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化服傍,應(yīng)用于實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷钱雷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等,因此有著重大的應(yīng)用價值吹零。

國產(chǎn)數(shù)控機床缺乏核心技術(shù)罩抗,從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進口,即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌灿椅,但其產(chǎn)品的功能套蒂、性能的可靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)數(shù)控機床制造商通過技術(shù)引進茫蛹、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數(shù)控技術(shù)操刀,但缺乏對機床結(jié)構(gòu)與精度、可靠性婴洼、人性化設(shè)計等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究骨坑,忽視了自主開發(fā)能力的培育,國產(chǎn)數(shù)控機床的技術(shù)水平柬采、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距欢唾,同樣難以得到大多數(shù)用戶的認可。

一些國產(chǎn)數(shù)控機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高粉捻,加工手段基本以普通機床與低效刀具為主礁遣,裝配調(diào)試完全靠手工,加工質(zhì)量在生產(chǎn)進度的緊逼下不能得到穩(wěn)定與提高肩刃。另外很多國產(chǎn)數(shù)控機床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式亡脸,工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品树酪,而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制浅碾。因此我們在引進技術(shù)的同時應(yīng)注意加強自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。

由于數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速续语,一部分企業(yè)不顧長遠利益垂谢,對提高自身的綜合服務(wù)水平不夠重視,甚至對服務(wù)缺乏真正的理解疮茄,只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)滥朱。有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的數(shù)控機床缺乏足夠了解根暑,不會使用或使用不好數(shù)控機床,更不能指導用戶使用好機床徙邻;有的對先進高效刀具缺乏基本了解排嫌,不能提供較好的工藝解決方案,用戶自然對制造商缺乏信心缰犁。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品淳地、工藝、生產(chǎn)類型帅容、質(zhì)量要求入手颇象,幫助用戶進行設(shè)備選型,推薦先進工藝與工輔具并徘,配備專業(yè)的培訓人員和良好的培訓環(huán)境遣钳,幫助用戶發(fā)揮機床的******效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品麦乞,這樣才能逐步得到用戶的認同蕴茴,提高國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率。


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