分析全球數(shù)控機(jī)床發(fā)展面面觀

時(shí)間:2011-05-20

來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語:世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起,超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用,柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟,對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。

    世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起,超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用,柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟,對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。為適應(yīng)這種情況,數(shù)控機(jī)床正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。

      以車削為基礎(chǔ)的復(fù)合加工機(jī)床
  這類機(jī)床在臥式車削中心和立式車削中心的基礎(chǔ)上集成了銑削、鉆削和攻絲、鏜削、磨削以及滾齒和插齒等工藝方法,成為臥式或立式車銑復(fù)合加工機(jī)床。具有代表性的有奧地利WFLMillTunTechnologies公司的M65和M60-G;日本MAZAK公司的100Ⅲ、200Ⅲ、300Ⅲ系列,QTN100MS、250MSY、350M系列;德國(guó)IN鄄DEX公司的TRAUBTNX65;DMG公司的TWIN65等多種臥式車銑復(fù)合加工機(jī)床。
  奧地利WFLMillTunTechnologies公司在展覽會(huì)展出的M65臥式車銑復(fù)合加工機(jī)床具有一定的代表性。該機(jī)床總體采用傳統(tǒng)臥式車床布局形式,床身采用高剛性的60°斜式床身結(jié)構(gòu),導(dǎo)軌為特殊設(shè)計(jì)的大尺寸直線導(dǎo)軌具有高剛性和優(yōu)良的抗振性。床身左端為車削主軸箱,具備C軸功能。右端為尾座裝置。斜式床身上部是車、銑、鏜主軸裝置,可沿縱向(Z軸)、橫向(X軸)、徑向(Y軸)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)和B軸的擺動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此外,B軸還可以2.5°為單位分度,具有進(jìn)行旋風(fēng)車銑粗加工的能力。斜式床身的下部是一個(gè)在縱向和橫向均可機(jī)動(dòng)控制的中心支架,用于端面和鏜內(nèi)孔加工不能使用尾座裝置時(shí)支撐工件。而M60-G在此位置是一個(gè)雙刀盤式的車削回轉(zhuǎn)刀架,在縱(Z1)軸、橫向(X1軸)均可參與聯(lián)動(dòng)加工。因而該機(jī)床具備X、Y、Z、B和C多軸插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)功能,在無人干預(yù)的情況下,進(jìn)行車削、鉆孔、銑削、磨削、槍鉆、內(nèi)外齒加工、車銑、圓弧銑削等加工任務(wù)。該機(jī)床在主軸箱后面配備一個(gè)多達(dá)120把刀位的無磨損、免維護(hù)盤式刀庫取代傳統(tǒng)的鏈?zhǔn)降稁欤纱娣砰L(zhǎng)達(dá)900mm、重達(dá)20kg的刀具。換刀位置位于機(jī)床左端主軸箱主軸的上方,為減少換刀時(shí)車銑主軸往返移動(dòng)帶來的非生產(chǎn)性時(shí)間浪費(fèi),換刀位置在全縱向行程內(nèi)編程置于程序庫內(nèi)。機(jī)床車銑主軸的下方配置的第二個(gè)刀具支撐附件采用獨(dú)特堅(jiān)固的燕尾槽結(jié)構(gòu),可以安裝深孔鉆刀桿、WFL系列鏜刀桿、整體鉆頭、內(nèi)型腔加工動(dòng)力刀具和特殊型面鏜刀等遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)刀具尺寸的大型刀具。在機(jī)床右端主軸上方設(shè)有換刀臺(tái),可自動(dòng)存取最多兩把,長(zhǎng)度可達(dá)1550mm、重達(dá)150kg的大型刀具。深孔鏜刀桿和內(nèi)型腔加工動(dòng)力刀具可裝載多種加工刀具,可直接由左端刀庫取刀,并且可由一獨(dú)立的機(jī)床滑門操作,無需中斷加工。對(duì)工件內(nèi)、外圓同時(shí)進(jìn)行加工時(shí),可以達(dá)到極高的同軸度,同時(shí)又能保證鏜孔和銑削表面的位置精度。
  以銑削為基礎(chǔ)的復(fù)合加工機(jī)床
  這類機(jī)床在臥式加工中心和立式加工中心的基礎(chǔ)上集成了車削、鉆削和攻絲、鏜削、磨削以及滾齒和插齒等工藝方法成為臥式或立式銑車復(fù)合加工機(jī)床。如日本MAZAK公司的INTEGREXe-800V/5、e-1550V10臥式銑車復(fù)合加工機(jī)床,在五軸臥式加工中心的工作臺(tái)增加回轉(zhuǎn)車削功能,可以在一次裝卡下對(duì)圓型盤類零件實(shí)現(xiàn)車、銑等工序的完全加工。INTE鄄GREXe-500HS立式銑車復(fù)合加工機(jī)床則在機(jī)床左右兩端各設(shè)一個(gè)帶卡盤的回轉(zhuǎn)主軸,右端卡盤可在軸向伸縮,可對(duì)長(zhǎng)軸類零件進(jìn)行頂卡加工,也可在左右兩端同時(shí)進(jìn)行對(duì)兩個(gè)短軸類零件的車、銑等工序的加工工作。

 
      高速度、高精度化
  速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo),它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

  目前,數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的處理器,以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。同時(shí),采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu),以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力,即提高插補(bǔ)運(yùn)算的速度和精度。并采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的直線伺服進(jìn)給方式,其高速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性相當(dāng)優(yōu)越。采用前饋控制技術(shù),使追蹤滯后誤差大大減小,從而改善拐角切削的加工精度。
  為適應(yīng)超高速加工的要求,數(shù)控機(jī)床采用主軸電機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式,實(shí)現(xiàn)了變頻電機(jī)與機(jī)床主軸一體化,主軸電機(jī)的軸承采用磁浮軸承、液體動(dòng)靜壓軸承或陶瓷滾動(dòng)軸承等形式。目前陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應(yīng)用。
  多功能化配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)(刀庫容量可達(dá)100把以上)的各類加工中心配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的各類加工中心可實(shí)現(xiàn)在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸削、擴(kuò)孔、攻螺紋等多道工序,現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床可采用多主軸、多面體切削,即同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工。數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多CPU(計(jì)算機(jī)中心處理裝置)結(jié)構(gòu)和分級(jí)中斷控制方式,即可在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行加工和程序編制,實(shí)現(xiàn)所謂的“前臺(tái)加工,后臺(tái)編輯”。為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的要求,數(shù)控系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離串行接口,甚至可以聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信,也可直接對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。
  引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)
  智能化現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù),根據(jù)切削條件的變化,自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù),使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài),從而得到較高的加工精度和較好的表面粗糙度,同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。具有自診斷、自修復(fù)功能,在整個(gè)工作狀態(tài)中,系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障,立即采用停機(jī)等措施,并進(jìn)行故障報(bào)警,提示發(fā)生故障的部位、原因等。還可自動(dòng)使故障模塊脫機(jī),而接通備用模塊,以確保無人化工作環(huán)境的要求。為實(shí)現(xiàn)更高的故障診斷要求,其發(fā)展趨勢(shì)是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。
  數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片,利用大規(guī)?;虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路,以減少元器件的數(shù)量來提高可靠性。通過硬件功能軟件化,以適應(yīng)各種控制功能的要求,同時(shí)采用硬件結(jié)構(gòu)機(jī)床本體的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化,使得既提高硬件生產(chǎn)批量、又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。還可通過自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。利用報(bào)警提示,及時(shí)排除故障;利用容錯(cuò)技術(shù),對(duì)重要部件采用“冗余”設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)故障自恢復(fù);利用各種測(cè)試、監(jiān)控技術(shù),當(dāng)生產(chǎn)超程、刀具損壞、干擾、斷電等各種意外發(fā)生時(shí),自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。

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