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非标机床的未来12大发展趋势!

非标机床的未来12大发展趋势!

发布日期:2019-01-26 作者:江苏高 精机电装备有限公司 点击:

目前,的发展日新月异,高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化 已成为发展的趋势和方向。中国作 为一个制造大国,主要还是依靠劳动力、价格、资源等 方面的比较优势,而在产 品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的不能安于现状,应该抓 住机会不断发展,努力发展自己的先进技术,加大技 术创新与人才培训力度,提高企 业综合服务能力,努力缩 短与发达国家之间的差距。力争早 日实现数控机床产品从低端到高端、从初级 产品加工到高精尖产品制造的转变,实现从 中国制造到中国创造、从制造 大国到制造强国的转变

1高速化

随着汽车、国防、航空、航天等 工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用,对数控 机床加工的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0.1μm、0.01μm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。

2高精度化

数控机 床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度,机床的运动精度、热变形 以及对振动的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0.01μm/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 的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 差补偿技术的应用可将加工误差减少60%~80%;

(3)采用网 格检查和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 零件的加工质量。

3功能复合化

复合机 床的含义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的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 生产效率和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。

加工过 程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国Index公司最 新推出的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 复杂零件的全部加工。随着现 代机械加工要求的不断提高,大量的 多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。在2005年中国 国际机床展览会(CIMT2005)上,国内外 制造商展出了形式各异的多轴加工机床(包括双主轴、双刀架、9轴控制等)以及可实现4~5轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联 动高速铣削中心等。

4控制智能化

随着人 工智能技术的发展,为了满 足制造业生产柔性化、制造自 动化的发展需求,数控机 床的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 测加工过程中的切削力、主轴和 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)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 到提高编程效率和加工工艺水平、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 障回放和故障仿真技术: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和事故进行回放和仿真,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的转动惯量,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 测和快速响应的有效途径,将测量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一个系统中,实现信息共享,促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。

5德体系开放化

(1)向未来技术开放:由于软 硬件接口都遵循公认的标准协议,只需少 量的重新设计和调整,新一代 的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 味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期;

(2)向用户特殊要求开放:更新产品、扩充功能、提供硬 软件产品的各种组合以满足特殊应用要求;

(3)数控标准的建立:国际上 正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC),以提供 一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描 述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实 现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的标准化。标准化的编程语言,既方便用户使用,又降低 了和操作效率直接有关的劳动消耗。

6驱动并联化

并联运 动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只 能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加 工灵活性和机动性不够等固有缺陷,在机床主轴(一般为动平台)与机座(一般为静平台)之间采 用多杆并联联接机构驱动,通过控 制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动,可实现 多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能,更能满 足复杂特种零件的加工,具有现 代机器人的模块化程度高、重量轻 和速度快等优点。并联机 床作为一种新型的加工设备,已成为 当前机床技术的一个重要研究方向,受到了 国际机床行业的高度重视,被认为是“自发明 数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21世纪新 一代数控加工设备”。

7极端化(大型化和微型化)

国防、航空、航天事 业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。而超精 密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术,需发展 能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备,所以微 型机床包括微切削加工(车、铣、磨)机床、微电加工机床、微激光 加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。

8信息交互网络化

对于面 临激烈竞争的企业来说,使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能,以保证 信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以 实现网络资源共享,又能实 现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理,还可实 现数控装备的数字化服务(数控机 床故障的远程诊断、维护等)。例如,日本Mazak公司推 出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔(e-Tower)的外部设备,包括计算机、手机、机外和机内摄像头等,能够实现语音、图形、视像和 文本的通信故障报警显示、在线帮 助排除故障等功能,是独立的、自主管理的制造单元。

9新型功能部件

为了提 高数控机床各方面的性能,具有高 精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。具有代 表性的新型功能部件包括:

(1)高频电主轴:高频电 主轴是高频电动机与主轴部件的集成,具有体积小、转速高、可无级 调速等一系列优点,在各种 新型数控机床中已经获得广泛的应用;

(2)直线电动机:近年来,直线电 动机的应用日益广泛,虽然其 价格高于传统的伺服系统,但由于负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和 防护等关键技术的应用,机械传 动结构得到简化,机床的 动态性能有了提高。如:西门子公司生产的1FN1系列三 相交流永磁式同步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机 床以及动态性能和运动精度要求高的机床等;德国EX-CELL-O公司的XHC卧式加 工中心三向驱动均采用两个直线电动机;

(3)电滚珠丝杆:电滚珠 丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成,可以大 大简化数控机床的结构,具有传动环节少、结构紧 凑等一系列优点。

10高可靠性

数控机 床与传统机床相比,增加了 数控系统和相应的监控装置等,应用了大量的电气、液压和机电装置,易于导 致出现失效的概率增大;工业电 网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利,而数控 机床加工的零件型面较为复杂,加工周期长,要求平 均无故障时间在2万小时以上。为了保 证数控机床有高的可靠性,就要精心设计系统、严格制 造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。国外数 控系统平均无故障时间在7~10万小时以上,国产数 控系统平均无故障时间仅为10000小时左右,国外整 机平均无故障工作时间达800小时以上,而国内最高只有300小时。

11加工过程绿色化

随着日 趋严格的环境与资源约束,制造加 工的绿色化越来越重要,而中国的资源、环境问题尤为突出。因此,近年来 不用或少用冷却液、实现干切削、半干切 削节能环保的机床不断出现,并在不断发展当中。在21世纪,绿色制 造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展,占领更多的世界市场。

12多媒体技术的应用

多媒体技术集计算机、声像和 通信技术于一体,使计算 机具有综合处理声音、文字、图像和 视频信息的能力,因此也 对用户界面提出了图形化的要求。合理的 人性化的用户界面极大地方便了非专业用户的使用,人们可 以通过窗口和菜单进行操作,便于蓝 图编程和快速编程、三维彩 色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方 向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。除此以外,在数控 技术领域应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化,应用于 实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等,因此有 着重大的应用价值。

国产数 控机床缺乏核心技术,从高性 能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口,即使近 几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌,但其产品的功能、性能的 可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年 国产数控机床制造商通过技术引进、海内外 并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术,但缺乏 对机床结构与精度、可靠性、人性化 设计等基础性技术的研究,忽视了 自主开发能力的培育,国产数 控机床的技术水平、性能和 质量与国外还有较大差距,同样难 以得到大多数用户的认可。

一些国 产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高,加工手 段基本以普通机床与低效刀具为主,装配调试完全靠手工,加工质 量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很 多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式,工艺水 平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外 机床制造商能做到每周装调出产品,而国内 的生产周期过长且很难控制。因此我 们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。

由于数 控机床产业发展迅速,一部分 企业不顾长远利益,对提高 自身的综合服务水平不够重视,甚至对 服务缺乏真正的理解,只注重 推销而不注重售前与售后服务。有些企 业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解,不会使 用或使用不好数控机床,更不能 指导用户使用好机床;有的对 先进高效刀具缺乏基本了解,不能提 供较好的工艺解决方案,用户自 然对制造商缺乏信心。

以上就 是小编给大家介绍的相关内容,希望对大家有所帮助。

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