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我国数控机床技能的五大方向和三大距离

作者:缅甸维加斯 时间:2019-05-05 18:15

缅甸维加斯

  不断寻求高质量和高功率是机械制作业研讨的永恒主题和方针,是促进其工艺配备开展的源动力。工艺要求和变革是机械制作工艺配备技能开展立异和变革的依据和根底。

  国产数控机床走过了50年开展的漫长历程,在近10年来得到了较快开展,特别是得到了政府的注重,设立了严重技能攻关专项,有效地促进了数控机床的开展。

  现在,国产数控机床可供种类达1500多种,覆盖了数控金属切削机床、数控板材加工机床(数控冲压机床、数控激光加工机床、火焰切开机床等)、数控电加工机床、工业机器人、三坐标测量机等,种类根本完全。2010年数控金属切削机床保有量约为150万台(其间进口超越40万台),仅金属切削机床的年产量就超越了16万台、2011年1~10月份累计到达21.8万台、全年可到达25万台左右。国产品牌数控机床的数量和价值占国内市场50%以上。在代表先进技能水平的五轴联动和复合加工中心、数控体系和其他配套技能产品方面也都取得了新进展。本文主要环绕数控技能开展与距离展开讨论。

  寻求高出产率

  为了寻求机械制作的高出产率,促进数控设备向加工复合化(工序复合和工艺复合)、高速化、智能化、网络化、工艺参数优化方向开展。

  1 复合化

  数控机床复合加工,主要指工序集中化、复合化和工艺复合化。

  1.1工序集中化、复合化

  自从20世纪70年代末,跟着三联动加工中心开端用于机械制作,开端进入机械加工工序集中化时代。20世纪80年代,我国自制的三联动加工中心也开端在机械制作中得到使用,主要是用于箱体件和模具加工。在一次装卡中就能够完结镗、铣、钻、攻丝等多道工序,进步了加工功率和精度。

  2000~2011年是我国数控机床开展最快的时期。在此期间,自主开发了五轴联动加工中心、车铣复合加工中心、车铣磨复合加工中心和磨削复合加工中心等。有的国内制作厂商现已能够供给五轴联动和多轴联动复合加工中心等,但有一些是归于严重专项攻关产品,有待进一步商品化和产业化。

  1.1.1五轴联动加工中心

  国内出产五轴联动加工中心的厂家正在不断添加。如沈阳机床(000410)厂出产的GMC2590μ桥式五轴联动加工中心、VM22120μ立式五轴加工中心、VMC05656e门式五轴加工中心、HS664RT五轴高速加工中心;大连机床产生的VDM500五轴立式加工中心;北京机电院出产的XKR32G五轴联动加工中心和XKH800五轴联动叶片加工中心;济南二机床出产的XV2525×60高架式五轴联动加工中心等都能完结一次设备完结零件的铣、镗、钻、铰、攻丝等多道工序。

  开发五轴联动加工中心有2个要害核心部件技能难度较大,一个是双摆角全能加工头;一个是双轴反转台(见图2)。这2种部件国内厂商也已开发出来,但有待进一步的完善和商品化。双摆角全能加工头用于大型机床,双摆轴反转台用于小型机床。现在这2种部件都选用直驱力矩电机,并装有编码器,以进步动态功用和精度。

  双摆角全能加工头技能难度更大一些。国内某厂商开发的一种直驱双摆角全能头的主要参数如下:

  额度扭矩:A轴500~1000Nm (可选)、C轴660~2000Nm(可选);

  定位精度:±2“、±2.5”、±3“、±5”(可选);

  肯定编码器分辨率:26位、29位(可选);

  摆角规模:A轴±110°、C轴±360°。

  我国还没有形成双摆角全能头系列化商品,而国际上像德国CYTEC公司能够供给系列化商品。

  1.1.2车铣复合加工中心

  车铣复合加工中心既有在数控车床根底上开发出来的,也有在立式加工中心根底上开发出来的。如南京数控机床有限公司出产的CK1840S型车铣复合加工中心是在数控车床根底上开发出来的。该机床具有双主轴、双刀架、双C轴和W轴,共7轴,分为二组三联动全闭环操控。其间C轴分辨率到达0.001°。该机床对反转体零件一次装卡可完结车削、分度偏心钻削、定位铣削等多道工序,即1台车铣复合加工中心能完结2台数控车床的加工工序,进步功率1倍,且因能减少二次设备差错而进步了精度。安阳鑫盛机床股份有限公司出产的CX110立式车铣复合加工中心,是在立式加工中心根底上添加车削设备开发出来的。该机床具有车、镗、铣、钻、铰、攻丝等功用,可完结五轴联动的五面加工。此外大连机床开发的VHT800五轴联动车铣复合加工中心、CHD25五轴联动车铣复合加工中心;武汉重型机床集团公司开发的WHGS7000车铣复合加工中心等,也都能完结零件一次装卡,完结复杂结构和复杂型面零件的多道工序加工。

  1.1.3车铣磨复合加工中心

  宁波海天精工(601882)机械有限公司开发的HTM-V120L数控立式车铣磨复合加工中心,工件一次装卡可完结车、铣、磨多道工序,还可进行重切削高精度加工,合适用于大型轴承加工。

  1.1.4车铣磨齿轮加工复合中心

  有的车削中心在反转刀架上设备了第二主轴和砂轮轴。在第二主轴上也可设备齿轮刀具加工轴齿轮和蜗轮,甚至能够完结五轴联动,用指型铣刀加工弧齿轮和锥齿轮等。

  1.1.5磨削复合加工中心

  上海机床厂有限公司开发的H405-BE型数控复合磨床,选用西门子数控体系别离操控砂轮架和作业台进给,头架主轴旋转和砂轮架旋转,具有外圆磨削和砂轮架主动分度等功用。一次装卡可完结内外圆和端面主动循环磨削。

  1.2工艺复合

  工艺复合加工在国内还不多见。沈阳机床集团SCHIESS公司开发的VTM3501立式车铣磨及激光淬火复合加工中心。可完结车、镗、钻、攻丝、铣、磨及激光淬火等加工。该机床把冷加工工艺和热加工工艺复合在一起,大幅进步了出产功率。

  据有关资料显现,1台五轴联动加工中心或多工序复合加工中心比三联动加工中心能进步出产功率1倍以上。多轴联动和复合加工不光能进步出产功率,并且减少了二次设备差错,进步了精度和质量。国内现已能够出产五轴联动加工中心和多轴联动复合加工中心,但有些属严重攻关产品还有待进一步商品化和产业化。

  2 高速化

  为完结数控加工高速化,传动体系选用直驱技能,数控体系选用高速运算处理技能。

  2.1直驱技能

  为了进步出产功率,数控机床传动部件逐渐选用直驱技能。主轴选用电主轴直驱,进给选用直线电机驱动,反转作业台选用力矩电机直驱,五轴联动的摆角全能头选用力矩电机直驱等。

  早在2000年以前,我国就开端了直驱技能的研讨与开发。现在山东博特精工股份有限公司和洛轴研科技(002046)股份有限公司都能出产和供给电主轴系列产品,北京首科凯奇电气技能有限公司也开发了直线电机。用户对以上产品功用和技能指标反应杰出,但与国外先进水平比较还有距离。

  现在,国外先进的电主轴单元转速可达15000~100000r/min,一般的用到40000~50000r/min的较多。选用直线电机直驱的进给部件既要求速度高,还要求有高的加减速功用。快速移动速度可达60~200m/min,加速度达2g~10g;作业进给可高达60m/min以上,加速度达1g~2g。选用传统的滚珠丝杠传动的进给部件的进给速度为20~30m/min,加速度为0.1g~0.3g;一般情况下,进给速度为30m/min左右。直驱比用滚珠丝杠驱动的进给速度进步了1倍以上,从而减少了辅助时刻,进步了出产功率。直线电机驱动技能有着宽广的使用远景,但还需进一步降低成本和解决发热问题。

  现在,我国一些厂家开发的数控机床已选用了直驱技能。如济南二机床开发的XHV2525×60高架式五轴联动高速镗铣加工中心,x、y轴选用了直线电机驱动。北京机电院开发的XKR32G五轴联动加工中心作业台的2个反转轴选用力矩电机直驱,XKH800五轴联动叶片加工中心的主轴选用电主轴直驱等。国内数控机床选用直驱技能还处于初级阶段,还不普遍,在功用方面还存在一定距离。而德国DMG公司每年出产的数控机床中有1500多台选用了直驱技能。德国巨浪公司出产的FZ12KS五轴加工中心,主轴转速达40000r/min,换刀时刻低于0.6s,进给加速度达1g~2g,快速进给速度可达90m/min,工件交流时刻为2s。

  2.2数控体系高速运算处理技能

  高速直驱进给要求数控体系运算速度快,采样周期短,具有足够的超前途径加(减)速优化程序段预处理才干。较先进的数控体系可预处理几千和几万个程序段。在多轴联动操控时可依据预处理缓冲区的G代码进行加减速优化处理。为确保加工速度,第六代数控体系每秒可进行2000~10000次进给速度改动。

  3 智能化

  为寻求数控机床加工功率和加工质量,数控体系不光有主动编程、前馈操控、模糊操控、自学习操控、工艺参数主动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等智能化功用,并有毛病确诊专家体系,使自确诊和毛病监控功用更趋于完善。伺服驱动体系智能化,能主动感知负载改变,主动优化调整参数。

  国产数控体系正在尽力朝智能化方向开展,引入了一些智能化技能。比方华中的“中华8型”和凯恩帝K1000TIV型等,数控体系都具有自确诊功用、状况实时显现和毛病实时报警等智能化功用,并都在进一步丰富和完善智能化技能。

  国外如西门子、发那科、三菱出产的数控体系融入的智能化技能更为丰富。国产数控体系与之比较还有不少距离。如西门子的SINUMERIK828DBASICM具有圆柱形零件加工智能坐标转换功用,具有SINUMERIKMDynamics工艺包,含有全部“精优曲面”功用,能够完结高效加工和获得加工最佳表面质量。发那科的Oi-D和OiDMate具有有轮廓智能操控功用、30i/31i/32i/35i-MODELB系列数控体系是最新的人工智能纳米级体系,能灵敏地支撑镗铣加工中心、数控车床多轴联动复合加工机床等。智能化技能对于进步数控加工机床出产功率有极大的贡献率,有必要注重。

  4 敞开化和网络化

  数控设备的敞开化能够更容易地完结智能化网络化制作,有效地促进出产功率的进步。

  4.1敞开化

  敞开式数控设备是指硬件、软件和总线对用户是敞开的。敞开式数控设备最主要的优点是具有更好的通用性、灵敏性、适应性和可扩展性,能够满意用户二次开发的要求。

  4.1.1NC和CNC概念及敞开化

  现在,数控设备主要有NC和CNC2种。由硬件逻辑电路组成的数控设备被称为NC设备;由计算机硬件和软件共同组成的数控设备被称为CNC数控设备。硬件是软件运转的物理根底,软件是整个CNC运转和功用完结的灵魂。NC正逐渐被CNC所替代。

  CNC数控设备硬件除具有CPU、EPROM、RAM外,还有方位操控器、手动输入(MDA)接口、显现(CRT)接口和PLC接口等,因而CNC数控设备是一

  专用计算机。

  CNC软件分为管理软件和操控软件2种。管理软件用于管理零件程序的输入输出、刀具方位体系参数、零件程序显现、机床状况毛病确诊及报警等。操控软件由译码、插补、运算、刀具补偿、速度操控、方位操控等软件组成。

  现代敞开式数控设备主要是在PC机平台上开发的CNC数控设备。我国“华中8型”数控设备选用了根据多处理器的敞开式软硬件体系结构和自主立异的总线技能。硬件跨平台,软件能够置换,具有软硬件多层次敞开功用。北京凯恩帝的K1000TIV数控设备选用敞开式PLC,供给调试软件支撑用户二次开发。广州数控的GSK25i数控设备也选用了敞开式PLC,支撑PLC梯形图在线编辑、确诊及信号跟踪功用。

  4.1.2标准与标准

  能否完结数控设备的敞开化与树立技能标准和标准密切相关。数控技能诞生50多年来,信息交流都是根据ISO6983标准,即选用G、M代码描述怎么加工。显然,该标准越来越不能满意现代数控技能高速开展的要求。

  欧美和日本等国家在20世纪90年代就开端研讨拟定了敞开式数控设备的体系结构标准(OMAC、OSACA、OSEC),开发了敞开式数控设备并作为开展战略。我国于2000年也开端研讨并拟定了敞开式数控设备标准框架,但还很不完善。

  4.2网络化

  网络化有利于信息同享和进步出产功率。有资料介绍在多种类小批量出产中,1台数控机床用于切削的时刻只占机动时刻的25%~35%,联成网络后,能够进步到60%~65%。

  数控的网络化技能,主要是指数控体系与外部的其他操控体系或上位机进行网络连接和网络操控。数控体系首要面向企业内部局域网,然后再经因特网向企业外部传输。这便是所谓的Internet/Intranet。网络可使企业与企业之间进行跨地区协同规划、协同制作、信息同享、长途监控、长途确诊和服务等。网络能为制作供给完整的出产数据信息,能够经过网络将加工程序传给远方的机床进行加工,也可长途确诊并发出指令调整。网络使各地分散数控机床联系在一起,互相协调,统一优化调整,使产品加工不局限于一个工厂内而完结社会化出产。

  我国的机械制作企业信息化集成的开展也比较快,完结了车间级和企业级信息网络集成。数控的网络化开展远景宽广,但真正完结跨企业、跨地区的信息化网路还有很长的路要走。

  5 优化工艺参数进步功率

  数控加工选用的工艺参数是否合理,对于进步出产功率和确保加工质量非常重要,有必要逐渐进行优化并树立工艺数据库。

  优化工艺参数有2种方法。一种是经过实践试切来选择合理的工艺参数,费时、吃力、费资料;另一种方法是使用力学动态优化仿真方法,比第一种方法省时、省力、省资料,相同能够获得较合理的工艺参数。在出产实践中,还能够对这些参数进行合理的调整。

  航空职业是数控机床的大用户,对优化工艺参数、树立工艺数据库,并使用到出产实践中有急切的需求。因而,由政府支撑组织北京航空航天大学和中航工业北京航空制作工程研讨所开展优化工艺参数技能攻关。以上单位开发了一整套工艺参数力学动态优化仿真、预测和数字化软硬件体系,树立了优化工艺参数数据库,形成了优化高速切削工艺参数手册,从根本上完结了工艺参数选择从试切到仿真的跨越,进步了加工功率和质量。这是一项意义严重而又深远的作业。

  陕西飞机制作公司在近100项零件加工上使用了优化的工艺参数,平均加工功率进步了2倍以上;望江工业有限公司在火炮零件加工中选用优化工艺参数,功率进步了4倍以上;昌河飞机工业(集团)公司选用优化工艺参数加工铝合金零件,功率进步了2.8倍以上。

  西门子828D数控体系具有动态工艺包(Dynmics),含有全新的“精优曲面”功用,能够完结高效加工并获得最佳表面质量。

  我国数控设备出产企业也应该供给这方面的技能和服务。选用工艺优化参数不光能够进步出产功率和进步加工质量,并且对节约资料、节能减排,完结绿色制作有着重要意义。

  寻求高精度高质量

  寻求数控机床加工工件的高精度和高质量。首要数控机床本身有必要具有这样的功用。为此,数控机床在结构和布局上,在资料选用上有必要考虑到进步刚性和承载才干,以确保完结高精度;一起数控体系、伺服驱动体系、传动体系和测量传感器等也有必要具有高分辨率、高精度的功用,才干满意加工工件高精度、高质量的要求。

  1 结构布局

  为了完结功用和进步刚性,数控车床、车削中心、立式加工中心、卧式加工中心、龙门加工中心、车铣复合加工中心等在结构布局方面发作了深入改变。

  例如,国内有些厂家出产的立式加工中心和卧式加工中心,横向坐标选用立柱移动,这样减少了一层作业台(传统结构是双层十字作业台),进步了作业台的刚性和承载才干;龙门加工中心从作业台不动、双立柱移动开展成桥式结构,即作业台固定,2个立柱做成固定式墙体,在墙体上面装有导轨,横梁在导轨上做纵向运动。这种结构减少了运动部件的质量和运动惯性,有利于准定位,减少了占地面积。

  沈阳机床出产的GMC2590μ桥式五轴加工中心、济南二机床出产的XHV2525×60高架式五轴联动高速镗铣加工中心、台湾亚太菁英(股份)公司出产的跨轨式高速龙门加工中心,都选用了桥架式龙门框架结构。该结构布局合理、刚性好、承载才干强、受力均匀、热平衡性好、精度稳定、占地面积小。典型结构布局方式如图3所示。

  2 选用新资料进步刚性

  用于数控机床的优质新资料的开发与使用,有利于进步数控机床全体刚性和精度,非常重要。

  例如,宁波海天精工机械有限公司在出产的HTM-V120L数控立式车铣磨加工中心上选用了90%花岗岩成分聚合浇铸的床身。据该厂介绍,该资料制成的床身比一般铸铁床身抗震强度添加10倍。

  又如,大连科德公司在出产的TG-45型六轴(或五轴)联动数控刀具磨床的底座选用了人造石材。

  据称以上2家企业使用了这两种新资料,因其具有吸震性好、稳定性好、耐磨等特色,为进步和保持机床精度供给了确保。

  此外,还有资料显现,蜂窝状资料、水泥资料、天然花岗岩石材等也有用于数控设备的情况。注重新型资料的开发与使用,必定使机床结构规划和功用发作变革。

  3 高精度插补数控体系

  高位数CPU(64位)在数控设备上的使用,高速纳米级插补运算、高分辨率伺服等功用为进步数控机床精度做出重要贡献。

  在数控机床上使用的CPU,从20世纪80年代的16位开展到现在的64位,其频率也从原来的5MHZ、10MHZ进步到上千MHZ。CPU的开展进一步进步了运算速度和分辨率(0.1μm、0.01μm)。国产数控体系开端选用64位CPU,可完结微米级精度插补,但与国外先进数控体系比较还有距离。

  例如,发那科30i/31i/32i/35iB系列数控体系、三菱M700V数控体系、西门子的828D数控体系为都是纳米级插补或纳米级运算精度。

  完结纳米级精度插补,伺服驱动体系操控分辨率和响应才干是非常要害的。为此,在驱动单元之中伺服电机轴上设备高精度传感器(16×106线/转),在闭环体系中选用高分辨率(1μm)的光栅尺,可使小型数控机床的运动部件定位精度到达2~3μm。一般情况下,国产小型数控机床还达不到这样的水平。

  结束语

  只要组成数控设备的各种部件(包含软硬件)技能都杰出,全体归纳功用才干杰出,才干完结加工的高出产率、高精度、高质量。并且,每个部件都有确保出产功率和质量的功用,仅仅贡献率不同罢了。本文只介绍了数控技能开展的几个重要方面,不够全面。

  要特别强调的是,今后要特别注重新工艺的研讨与立异,从而促进数控产品的立异;要特别注重数控加工工艺参数的优化和树立数据库的作业,以进步出产功率和加工质量。要特别注重新资料的研讨与使用,以进步数控机床功用;要特别注重数控技能的智能化网络化技能的开发与使用,其远景宽广。

  以上强调的4个特别,政府应大力支撑,数控设备出产企业和机械制作企业应特别注重,要不懈地尽力作业,使我国数控机床技能开展从跟随变为领跑。