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    數控機床未來四大發展趨勢

    來源:數控編程網 作者:不詳 日期:2022/2/28 訪問:

        目前,數控機床的發展日新月異,高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發展的趨勢和方向。

        中國作為一個制造大國,主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優勢,而在產品的技術創新與自主開發方面與國外同行的差距還很大。中國的數控產業不能安于現狀,應該抓住機會不斷發展,努力發展自己的先進技術,加大技術創新與人才培訓力度,提高企業綜合服務能力,努力縮短與發達國家之間的差距。中國力爭早日實現數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品制造的轉變,實現從中國制造到中國創造、從制造大國到制造強國的轉變。

        1、高速化

        隨著汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的應用,對數控機床加工的高速化要求越來越高。

        1)主軸轉速:機床采用電主軸(內裝式主軸電機),主軸最高轉速達200000r/min;

        2)進給率:在分辨率為0.01μm時,最大進給率達到240m/min且可獲得復雜型面的精確加工;

        3)運算速度:微處理器的迅速發展為數控系統向高速、高精度方向發展提供了保障,開發出CPU已發展到32位以及64位的數控系統,頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高,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;

        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,高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫設計成籃子樣式,以主軸為軸心,刀具在圓周布置,其刀到刀的換刀時間僅0.9s。

        2、高精度化

        數控機床精度的要求現在已經不局限于靜態的幾何精度,機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償越來越獲得重視。

        1)提高CNC系統控制精度:采用高速插補技術,以微小程序段實現連續進給,使CNC控制單位精細化,并采用高分辨率位置檢測裝置,提高位置檢測精度(日本已開發裝有106脈沖/轉的內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),位置伺服系統采用前饋控制與非線性控制等方法;

        2)采用誤差補償技術:采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術,對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結果表明,綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60%~80%;

        3)采用網格檢查和提高加工中心的運動軌跡精度,并通過仿真預測機床的加工精度,以保證機床的定位精度和重復定位精度,使其性能長期穩定,能夠在不同運行條件下完成多種加工任務,并保證零件的加工質量。

        3、功能復合化

        復合機床的含義是指在一臺機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構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、車銑復合——車削中心、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動加工的復合機床和雙主軸車削中心等。采用復合機床進行加工,減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產生的誤差,提高了零件加工精度,縮短了產品制造周期,提高了生產效率和制造商的市場反應能力,相對于傳統的工序分散的生產方法具有明顯的優勢。

        4、控制智能化

        隨著人工智能技術的發展,為了滿足制造業生產柔性化、制造自動化的發展需求,數控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現在以下幾個方面:

        1)加工過程自適應控制技術:通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息,利用傳統的或現代的算法進行識別,以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩定性狀態,并根據這些狀態實時調整加工參數(主軸轉速、進給速度)和加工指令,使設備處于最佳運行狀態,以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設備運行的安全性;

        2)加工參數的智能優化與選擇:將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特殊規律,用現代智能方法,構造基于專家系統或基于模型的“加工參數的智能優化與選擇器”,利用它獲得優化的加工參數,從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產準備時間的目的;

        3)智能故障自診斷與自修復技術:根據已有的故障信息,應用現代智能方法實現故障的快速準確定位;

        4)智能故障回放和故障仿真技術:能夠完整記錄系統的各種信息,對數控機床發生的各種錯誤和事故進行回放和仿真,用以確定錯誤引起的原因,找出解決問題的辦法,積累生產經驗;

        5)智能化交流伺服驅動裝置:能自動識別負載,并自動調整參數的智能化伺服系統,包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量,并自動對控制系統參數進行優化和調整,使驅動系統獲得最佳運行;

        6)智能4M數控系統:在制造過程中,加工、檢測一體化是實現快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑,將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一個系統中,實現信息共享,促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。

        國產數控機床缺乏核心技術,從高性能數控系統到關鍵功能部件基本都依賴進口,即使近幾年有些國內制造商艱難地創出了自己的品牌,但其產品的功能、性能的可靠性仍然與國外產品有一定差距。近幾年國產數控機床制造商通過技術引進、海內外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數控技術,但缺乏對機床結構與精度、可靠性、人性化設計等基礎性技術的研究,忽視了自主開發能力的培育,國產數控機床的技術水平、性能和質量與國外還有較大差距,同樣難以得到大多數用戶的認可。

        一些國產數控機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高,加工手段基本以普通機床與低效刀具為主,裝配調試完全靠手工,加工質量在生產進度的緊逼下不能得到穩定與提高。另外很多國產數控機床制造商的生產管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式,工藝水平和管理效率低下使得企業無法形成足夠生產規模。如國外機床制造商能做到每周裝調出產品,而國內的生產周期過長且很難控制。因此我們在引進技術的同時應注意加強自身工藝技術改造和管理水平的提升。

        由于數控機床產業發展迅速,一部分企業不顧長遠利益,對提高自身的綜合服務水平不夠重視,甚至對服務缺乏真正的理解,只注重推銷而不注重售前與售后服務。有些企業派出的人員對生產的數控機床缺乏足夠了解,不會使用或使用不好數控機床,更不能指導用戶使用好機床;有的對先進高效刀具缺乏基本了解,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。

        制造商的服務應從研究用戶的加工產品、工藝、生產類型、質量要求入手,幫助用戶進行設備選型,推薦先進工藝與工輔具,配備專業的培訓人員和良好的培訓環境,幫助用戶發揮機床的最大效益、加工出高質量的最終產品,這樣才能逐步得到用戶的認同,提高國產數控機床的市場占有率。

     
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