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數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步提供了條件,。為了滿足市場的需要,，達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求,，當(dāng)前,，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備的發(fā)展主要體現(xiàn)為以下幾方面技術(shù)特征： 1.高速、高效 機(jī)床向高速化方向發(fā)展,，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度,。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì),、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性,。 20世紀(jì)90年代以來，歐,、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床,，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐,。高速主軸單元(電主軸，轉(zhuǎn)速15000～100000r/min),、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動部件(快移速度60～120m/min,，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min)、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破,，達(dá)到了新的技術(shù)水平,。隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具,，大功率高速電主軸,、高加/減速度直線電機(jī)驅(qū)動進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)(含監(jiān)控系統(tǒng))和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，為開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床提供了技術(shù)基礎(chǔ),。 2.高精度 目前,，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達(dá)到5000～8000m/min以上;主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000轉(zhuǎn)/分(有的高達(dá)10萬r/min)以上;工作臺的移動速度(進(jìn)給速度)：在分辨率為1微米時,，在100m/min(有的到200m/min)以上,，在分辨率為0.1微米時，在24m/min以上;自動換刀速度在1秒以內(nèi);小線段插補(bǔ)進(jìn)給速度達(dá)到12m/min,。 從精密加工發(fā)展到超精密加工,，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級,，乃至納米級(<10nm),，其應(yīng)用范圍日趨廣泛。 當(dāng)前,，在機(jī)械加工高精度的要求下,，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由±10μm提高到±5μm;精密級加工中心的加工精度則從±3～5μm，提高到±1～1.5μm,，甚至更高;超精密加工精度進(jìn)入納米級(0.001微米),，主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01～0.05微米,，加工圓度為0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等,。這些機(jī)床一般都采用矢量控制的變頻驅(qū)動電主軸(電機(jī)與主軸一體化),，主軸徑向跳動小于2μm，軸向竄動小于1μm,，軸系不平衡度達(dá)到G0.4級,。 高速高精加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動，主要有“回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)加精密高速滾珠絲杠”和“直線電機(jī)直接驅(qū)動”兩種類型,。此外,，新興的并聯(lián)機(jī)床也易于實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給。 滾珠絲杠由于工藝成熟,，應(yīng)用廣泛,，不僅精度能達(dá)到較高(ISO34081級)，而且實(shí)現(xiàn)高速化的成本也相對較低,，所以迄今仍為許多高速加工機(jī)床所采用,。當(dāng)前使用滾珠絲杠驅(qū)動的高速加工機(jī)床最大移動速度90m/min，加速度1.5g,。 滾珠絲杠屬機(jī)械傳動,，在傳動過程中不可避免存在彈性變形、摩擦和反向間隙,，相應(yīng)地造成運(yùn)動滯后和其它非線性誤差,，為了排除這些誤差對加工精度的影響，1993年開始在機(jī)床上應(yīng)用直線電機(jī)直接驅(qū)動,，由于是沒有中間環(huán)節(jié)的“零傳動”,，不僅運(yùn)動慣量小、系統(tǒng)剛度大,、響應(yīng)快,，可以達(dá)到很高的速度和加速度，而且其行程長度理論上不受限制,，定位精度在高精度位置反饋系統(tǒng)的作用下也易達(dá)到較高水平,，是高速高精加工機(jī)床特別是中、大型機(jī)床較理想的驅(qū)動方式,。目前使用直線電機(jī)的高速高精加工機(jī)床最大快移速度已達(dá)208m/min,，加速度2g，并且還有發(fā)展余地,。 3.高可靠性 隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的發(fā)展,，數(shù)控機(jī)床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機(jī)床制造商追求的目標(biāo)。對于每天工作兩班的無人工廠而言,，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作,，無故障率在P(t)=99%以上,，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數(shù)控機(jī)床而言,，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個數(shù)量級),。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置,、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于10萬小時,。 當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時以上，驅(qū)動裝置達(dá)30000小時以上,，但是,，可以看到距理想的目標(biāo)還有差距。 4.復(fù)合化 在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運(yùn),、上下料,、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升,、降速上，為了盡可能降低這些無用時間,，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機(jī)床上,，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī)種,。 柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后,，機(jī)床便能按照數(shù)控加工程序，自動進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工,，以完成一個復(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車,、銑、鉆,、鏜,、磨、攻絲,、鉸孔和擴(kuò)孔等多種加工工序,。就棱體類零件而言，加工中心便是最典型的進(jìn)行同一類工藝方法多工序復(fù)合加工的機(jī)床,。事實(shí)證明,，機(jī)床復(fù)合加工能提高加工精度和加工效率，節(jié)省占地面積特別是能縮短零件的加工周期,。 5.多軸化 隨著5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及,，5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個開發(fā)熱點(diǎn)，由于在加工自由曲面時,，5軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單,，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速,，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3軸聯(lián)動控制的機(jī)床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削,，因此,，5軸聯(lián)動機(jī)床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經(jīng)成為各大機(jī)床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點(diǎn)。 最近,，國外還在研究6軸聯(lián)動控制使用非旋轉(zhuǎn)刀具的加工中心,，雖然其加工形狀不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一時尚難實(shí)用化,。 6.智能化 智能化是21世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個大方向,。智能加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制,、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和理論的加工,，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的,、要由人工干預(yù)才能解決的問題,。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面： 為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，如自適應(yīng)控制,，工藝參數(shù)自動生成; 為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化,，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算,、自動識別負(fù)載自動選定模型,、自整定等; 簡化編程、簡化操作的智能化,，如智能化的自動編程,，智能化的人機(jī)界面等; 智能診斷、智能監(jiān)控,，方便系統(tǒng)的診斷及維修等,。 世界上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性,。 7.網(wǎng)絡(luò)化 數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化,，主要指機(jī)床通過所配裝的數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控機(jī)床一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng),，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部,，這就是所謂Internet/Intranet技術(shù)。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展,，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念,。數(shù)字制造，又稱“e-制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一,，也是國際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式,。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能,。機(jī)械制造企業(yè)在普遍采用CAD/CAM的基礎(chǔ)上,，越加廣泛地使用數(shù)控加工設(shè)備。數(shù)控應(yīng)用軟件日趨豐富和具有“人性化”,。虛擬設(shè)計,、虛擬制造等高端技術(shù)也越來越多地為工程技術(shù)人員所追求。通過軟件智能替代復(fù)雜的硬件,，正在成為當(dāng)代機(jī)床發(fā)展的重要趨勢,。在數(shù)字制造的目標(biāo)下，通過流程再造和信息化改造,，ERP等一批先進(jìn)企業(yè)管理軟件已經(jīng)脫穎而出,，為企業(yè)創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)效益。 8.柔性化 數(shù)控機(jī)床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī),、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床),、線(FMC、FMS,、FTL,、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA),、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展,，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展,。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢,，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù),。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提,，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo);注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓,、完善;CNC單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展;數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD,、CAM,、CAPP、MTS聯(lián)結(jié),，向信息集成方向發(fā)展;網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放,、集成和智能化方向發(fā)展。 9.綠色化 2016-2021年機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)市場競爭力調(diào)查及投資前景預(yù)測報告顯示,，21世紀(jì)的金切機(jī)床必須把環(huán)保和節(jié)能放在重要位置,，即要實(shí)現(xiàn)切削加工工藝的綠色化,。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因?yàn)榍邢饕杭任廴经h(huán)境和危害工人健康,，又增加資源和能源的消耗,。干切削一般是在大氣氛圍中進(jìn)行，但也包括在特殊氣體氛圍中(氮?dú)庵�,、冷風(fēng)中或采用干式靜電冷卻技術(shù))不使用切削液進(jìn)行的切削,。不過，對于某些加工方式和工件組合,，完全不使用切削液的干切削目前尚難與實(shí)際應(yīng)用,，故又出現(xiàn)了使用極微量潤滑(MQL)的準(zhǔn)干切削。目前在歐洲的大批量機(jī)械加工中,，已有10～15%的加工使用了干和準(zhǔn)干切削,。對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機(jī)床來說，主要是采用準(zhǔn)干切削,，通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經(jīng)由機(jī)床主軸與工具內(nèi)的中空通道噴向切削區(qū),。在各類金切機(jī)床中，采用干切削最多的是滾齒機(jī),。 總之,，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件，促使制造業(yè)向著高效,、優(yōu)質(zhì)以及人性化的方向發(fā)展,。可以預(yù)見,，隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用,，制造業(yè)將迎來一次足以撼動傳統(tǒng)制造業(yè)模式的深刻革命。 # }$ q8 n' G+ N4 ]
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發(fā)表于 2016-10-18 20:03:08
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