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機床技術(shù)14大發(fā)展趨勢

發(fā)布日期:2022-07-14 點擊率:77

  1.機床的高速化
  隨著汽車、航空航天等工業(yè)輕合金材料的廣泛應(yīng)用,高速加工已成為制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。高速加工具有縮短加工時間、提高加工精度和表面質(zhì)量等優(yōu)點,在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。機床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進(jìn)給驅(qū)動,以及機床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和輕量化。高速加工不僅是設(shè)備本身,而是機床、刀具、刀柄、夾具和數(shù)控編程技術(shù),以及人員素質(zhì)的集成。高速化的最終目的是高效化,機床僅是實現(xiàn)高效的關(guān)鍵之一,絕非全部,生產(chǎn)效率和效益在"刀尖"上。

  2.機床的精密化
  按照加工精度,機床可分為普通機床、精密機床和超精機床,加工精度大約每8年提高一倍。數(shù)控機床的定位精度即將告別微米時代而進(jìn)入亞微米時代,超精密數(shù)控機床正在向納米進(jìn)軍。在未來10年,精密化與高速化、智能化和微型化匯合而成新一代機床。機床的精密化不僅是汽車、電子、醫(yī)療器械等工業(yè)的迫切需求,還直接關(guān)系到航空航天、導(dǎo)彈衛(wèi)星、新型武器等國防工業(yè)的現(xiàn)代化。

  3.從工序復(fù)合到完整加工
  70年代出現(xiàn)的加工中心開多工序集成之先河,現(xiàn)已發(fā)展到"完整加工",即在一臺機床上完成復(fù)雜零件的全部加工工序。完整加工通過工藝過程集成,一次裝卡就把一個零件加工過程全部完成。由于減少裝卡次數(shù),提高了加工精度,易于保證過程的高可靠性和實現(xiàn)零缺陷生產(chǎn)。此外,完整加工縮短了加工過程鏈和輔助時間,減少了機床臺數(shù),簡化了物料流,提高了生產(chǎn)設(shè)備的柔性,生產(chǎn)總占地面積小,使投資更加有效。

  4.機床的信息化
  機床信息化的典型案例是Mazak 410H,該機床配備有信息塔,實現(xiàn)了工作地的自主管理。信息塔具有語音、文本和視像等通訊功能。與生產(chǎn)計劃調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),下載工作指令和加工程序。工件試切時,可在屏幕上觀察加工過程。信息塔實時反映機床工作狀態(tài)和加工進(jìn)度,并可以通過手機查詢。信息塔同時進(jìn)行工作地數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和刀具壽命管理,以及故障報警顯示、在線幫助排除。機床操作權(quán)限需經(jīng)指紋確認(rèn)。

  5.機床的智能化-測量、監(jiān)控和補償
  機床智能化包括在線測量、監(jiān)控和補償。數(shù)控機床的位置檢測及其閉環(huán)控制就是簡單的應(yīng)用案例。為了進(jìn)一步提高加工精度,機床的圓周運動精度和刀頭點的空間位置,可以通過球桿儀和激光測量后,輸入數(shù)控系統(tǒng)加以補償。未來的數(shù)控機床將會配備各種微型傳感器,以監(jiān)控切削力、振動、熱變形等所產(chǎn)生的誤差,并自動加以補償或調(diào)整機床工作狀態(tài),以提高機床的工作精度和穩(wěn)定性

  6.機床的微型化
  隨著納米技術(shù)和微機電系統(tǒng)的迅速進(jìn)展,開發(fā)加工微型零件的機床已經(jīng)提到日程上來了。微型機床同時具有高速和精密的特點,最小的微型機床可以放在掌心之中,一個微型工廠可以放在手提箱中。操作者通過手柄和監(jiān)視屏幕控制整個工廠的運作。

  7.新的并聯(lián)機構(gòu)原理
  傳統(tǒng)機床是按笛卡爾坐標(biāo)將沿3個坐標(biāo)軸線的移動X、Y、Z和繞3個坐標(biāo)軸線轉(zhuǎn)動A、B、C依次串聯(lián)疊加,形成所需的刀具運動軌跡。并聯(lián)運動機床是采用各種類型的桿機構(gòu)在空間移轉(zhuǎn)主軸部件,形成所需的刀具運動軌跡。并聯(lián)運動機床具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、剛度高、動態(tài)性能好等一系列優(yōu)點,應(yīng)用前景廣闊。

  8.新的工藝過程
  除了鶚羥邢骱投脫鉤尚甕猓碌募庸すひ輾椒ê凸灘慍霾磺睿駁母拍鈁詒浠<す餳庸ち煊蛉找胬┐螅す馇懈睢⒓す夂附油猓す飪準(zhǔn)庸ぁ⒓す餿庸ぁ⒓す餿卻懟⒓す庵苯詠鶚糝圃斕扔τ萌找婀惴骸5緙庸ぁ⒊庸ぁ⒌閬誠鰲⒖燜儷尚圖際酢⑷蠐〖際醺饗隕褳ā?br />   

  9.新結(jié)構(gòu)和新材料
  機床高速化和精密化要求機床的結(jié)構(gòu)簡化和輕量化,以減少機床部件運動慣量對加工精度的負(fù)面影響,大幅度提高機床的動態(tài)性能。例如,借助有限元分析對機床構(gòu)件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,設(shè)計"箱中箱"結(jié)構(gòu),以及采用空心焊接結(jié)構(gòu)或鉛合金材料已經(jīng)開始從實驗室走向?qū)嵱谩?br/>
  10.新的設(shè)計方法和手段
  我國機床設(shè)計和開發(fā)手段要盡快從"甩圖板"的二維CAD向三維CAD過渡。三維建模和仿真是現(xiàn)代設(shè)計的基礎(chǔ),是企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢的源泉。在此三維設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行CAD/CAM/CAE/PDM的集成,加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度,保證新產(chǎn)品的順利投產(chǎn),并逐步實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理。

  11.直接驅(qū)動技術(shù)
  在傳統(tǒng)機床中,電動機和機床部件是借助耦合元件,如皮帶、齒輪和聯(lián)軸節(jié)等加以連接,實現(xiàn)部件所需的移動或旋轉(zhuǎn),"機"和"電"是分家的。直接驅(qū)動技術(shù)是將電動機與機械部件集成為一體,成為機電一體化的功能部件,如直線電動機、電主軸、電滾珠絲桿和力矩電動機等。直接驅(qū)動技術(shù)簡化了機床結(jié)構(gòu),提高了機床的剛度和動態(tài)性能,運動速度和加工精度。

  12.開放式數(shù)控系統(tǒng)
  數(shù)控系統(tǒng)的開放是大勢所趨。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)有三種形式:1)全開放系統(tǒng),即基于微機的數(shù)控系統(tǒng),以微機作為平臺,采用實時操作系統(tǒng),開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能,通過伺服卡傳送數(shù)據(jù),控制坐標(biāo)軸電動機的運動。2)嵌入系統(tǒng),即CNC+PC,CNC控制坐標(biāo)軸電動機的運動,PC作為人機界面和網(wǎng)絡(luò)通信。3)融合系統(tǒng),在CNC的基礎(chǔ)上增加PC主板,提供鍵盤操作,提高人機界面功能,如Siemens 840Di和Fanuc 210i。

  13.可重組制造系統(tǒng)
  隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快,專用機床的可重構(gòu)性和制造系統(tǒng)的可重組性日益重要。通過數(shù)控加工單元和功能部件的模塊化,可以對制造系統(tǒng)進(jìn)行快速重組和配置,以適應(yīng)變型產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。機械、電氣和電子、液和氣、以及控制軟件的接口規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)可重組性的關(guān)鍵。

  14.虛擬機床和虛擬制造
  為了加快新機床的開發(fā)速度和質(zhì)量,在設(shè)計階段借助虛擬現(xiàn)實技術(shù),可以在機床還沒有制造出來以前,就能夠評價機床設(shè)計的正確性和使用性能,在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程的各種失誤,減少損失,提高新機床開發(fā)的質(zhì)量。


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