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數控機床未來12大發展趨勢!

數控機床未來12大發展趨勢!

發布日期:2018-03-23 作者: 點擊:

     目前,数控机床的发展日新月异,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、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。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,而在波多野结衣的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控产业不能安于现状,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。中国力争早日实现数控机床波多野结衣从低端到高端、从初级波多野结衣加工到高精尖波多野结衣制造的转变,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


  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:在分辨率爲0.01μm時,最大進給率達到240m/min且可獲得複雜型面的精確加工;


  (3)運算速度:微處理器的迅速發展爲數控系統向高速、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,使得當分辨率爲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,以主軸爲軸心,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,並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、絲杆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迹精度,並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複定位精度,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,並保證零件的加工質量。


3、功能複合化


  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,缩短了波多野结衣制造周期,提高了波多野结衣效率和制造商的市场反应能力,相对于传统的工序分散的波多野结衣方法具有明显的优势。


  加工過程的複合化也導致了機床向模塊化、多軸化發展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結構,該加工中心能夠完成車削、銑削、鑽削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序,可完成複雜零件的全部加工。隨著現代機械加工要求的不斷提高,大量的多軸聯動數控機床越來越受到各大企業的歡迎。在2005年中國國際機床展覽會(CIMT2005)上,國內外制造商展出了形式各異的多軸加工機床(包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等)以及可實現4~5軸聯動的五軸高速門式加工中心、五軸聯動高速銑削中心等。


  4、控制智能化


  隨著人工智能技術的發展,爲了滿足制造業生産柔性化、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,並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並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、縮短生産准備時間的目的;


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


  (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,積累生産經驗;


  (5)智能化交流伺服驅動裝置:能自動識別負載,並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,並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。


5、德體系開放化


  (1)向未來技術開放:由于軟硬件接口都遵循公認的標准協議,只需少量的重新設計和調整,新一代的通用軟硬件資源就可能被現有系統所采納、吸收和兼容,這就意味著系統的開發費用將大大降低而系統性能與可靠性將不斷改善並處于長生命周期;


  (2)向用户特殊要求开放:更新波多野结衣、扩充功能、提供硬软件波多野结衣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,能够描述波多野结衣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波多野结衣信息的标准化。


  標准化的編程語言,既方便用戶使用,又降低了和操作效率直接有關的勞動消耗。


  6、驅動並聯化


  並聯運動機床克服了傳統機床串聯機構移動部件質量大、系統剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷,在機床主軸(一般爲動平台)與機座(一般爲靜平台)之間采用多杆並聯聯接機構驅動,通過控制杆系中杆的長度使杆系支撐的平台獲得相應自由度的運動,可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能,更能滿足複雜特種零件的加工,具有現代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優點。並聯機床作爲一種新型的加工設備,已成爲當前機床技術的一個重要研究方向,受到了國際機床波多野结衣的高度重視,被認爲是“自發明數控技術以來在機床波多野结衣中最有意義的進步”和“21世紀新一代數控加工設備”。


  7、極端化(大型化和微型化)


  國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎産業裝備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略技術,需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備,所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。


 8、信息交互網絡化


  對于面臨激烈競爭的企業來說,使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能,以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網絡資源共享,又能實現數控機床的遠程監視、控制、培訓、教學、管理,還可實現數控裝備的數字化服務(數控機床故障的遠程診斷、維護等)。例如,日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱爲信息塔(e-Tower)的外部設備,包括計算機、波多野结衣、機外和機內攝像頭等,能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能,是獨立的、自主管理的制造單元。


  9、新型功能部件


  爲了提高數控機床各方面的性能,具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成爲必然。具有代表性的新型功能部件包括:


  (1)高頻電主軸:高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成,具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優點,在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的應用;


  (2)直線電動機:近年來,直線電動機的應用日益廣泛,雖然其價格高于傳統的伺服系統,但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用,機械傳動結構得到簡化,機床的動態性能有了提高。如:西門子公司生産的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用于高速銑床、加工中心、磨床、並聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等;德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅動均采用兩個直線電動機;


  (3)電滾珠絲杆:電滾珠絲杆是伺服電動機與滾珠絲杆的集成,可以大大簡化數控機床的結構,具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。


  10、高可靠性


  數控機床與傳統機床相比,增加了數控系統和相應的監控裝置等,應用了大量的電氣、液壓和機電裝置,易于導致出現失效的概率增大;工業電網電壓的波動和幹擾對數控機床的可靠性極爲不利,而數控機床加工的零件型面較爲複雜,加工周期長,要求平均無故障時間在2萬小時以上。爲了保證數控機床有高的可靠性,就要精心設計系統、嚴格制造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式並找出薄弱環節。國外數控系統平均無故障時間在7~10萬小時以上,國産數控系統平均無故障時間僅爲10000小時左右,國外整機平均無故障工作時間達800小時以上,而國內最高只有300小時。


11、加工過程綠色化


  隨著日趨嚴格的環境與資源約束,制造加工的綠色化越來越重要,而中國的資源、環境問題尤爲突出。因此,近年來不用或少用冷卻液、實現幹切削、半幹切削節能環保的機床不斷出現,並在不斷發展當中。在21世紀,綠色制造的大趨勢將使各種節能環保機床加速發展,占領更多的世界市場。


  12、多媒體技術的應用


  多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體,使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力,因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用,人們可以通過窗口和菜單進行操作,便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。除此以外,在數控技術領域應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化,應用于實時監控系統和生産現場設備的故障診斷、生産過程參數監測等,因此有著重大的應用價值。


  國産數控機床(數控機床線束)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,但其波多野结衣的功能、性能的可靠性仍然与国外波多野结衣有一定差距。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,加工质量在波多野结衣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波多野结衣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波多野结衣规模。如国外机床制造商能做到每周装调出波多野结衣,而国内的波多野结衣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。

數控機床線束

  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波多野结衣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。制造商的服务应从研究用户的加工波多野结衣、工艺、波多野结衣类型、质量要求入手,帮助用户进行设备选型,推荐先进工艺与工辅具,配备专业的培训人员和良好的培训环境,帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终波多野结衣,这样才能逐步得到用户的认同,提高国产数控机床的市场占有率。

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關鍵詞:數控機床線束,三菱編碼器線,三菱動力線

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