。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
;
換刀速度:目前*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
。
高精度化
數(shù)控機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度
,機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視
。
提高CNC系統(tǒng)控制精度:采用高速插補技術
,以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)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(fā)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(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法
;
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?shù)燃夹g
,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%
;
采用網(wǎng)格解碼器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(wěn)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。
功能復合化
復合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工
。根據(jù)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(lián)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(chǎn)生的誤差,提高了零件加工精度
,縮短了產(chǎn)品制造周期,提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應能力
,相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢
。
加工過程的復合化也導致了機床向模塊化、多軸化發(fā)展
。德國Index公司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
、鉆削
、滾齒、磨削
、激光熱處理等多種工序
,可完成復雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機械加工要求的不斷提高
,大量的多軸聯(lián)動數(shù)控機床越來越受到各大企業(yè)的歡迎
。
在2005年中國機床展覽會(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(xiàn)4~5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等
。
控制智能化
隨著人工智能技術的發(fā)展
,為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求
,數(shù)控機床的智能化程度在不斷提高
。具體體現(xiàn)在以下幾個方面:
加工過程自適應控制技術:通過監(jiān)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(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別,以辯識出刀具的受力
、磨損
、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài),并根據(jù)這些狀態(tài)實時調整加工參數(shù)(主軸轉速
、進給速度)和加工指令
,使設備處于*運行狀態(tài),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
;
加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇:將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律
,用現(xiàn)代智能方法
,構造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”,利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)
,從而達到提高編程效率和加工工藝水平
、縮短生產(chǎn)準備時間的目的;
智能故障自診斷與自修復技術:根據(jù)已有的故障信息
,應用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準確定位
;
智能故障回放和故障仿真技術:能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息,對數(shù)控機床發(fā)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(chǎn)經(jīng)驗
;
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(shù)的智能化伺服系統(tǒng),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(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調整,使驅動系統(tǒng)獲得*運行
;
智能4M數(shù)控系統(tǒng):在制造過程中
,加工、檢測一體化是實現(xiàn)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(tǒng)中
,實現(xiàn)信息共享,促進測量
、建模
、加工、裝夾
、操作的一體化
。
體系開放化
向未來技術開放:由于軟硬件接口都遵循*的標準協(xié)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(xiàn)有系統(tǒng)所采納
、吸收和兼容,這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期
;
向用戶特殊要求開放:更新產(chǎn)品
、擴充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應用要求
;
數(shù)控標準的建立:上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649(STEP-NC)
,以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制,能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型
,從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領域產(chǎn)品信息的標準化
。標準化的編程語言,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。
驅動并聯(lián)化
并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構移動部件質量大
、系統(tǒng)剛度低
、刀具只能沿固定導軌進給、作業(yè)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(一般為動平臺)與機座(一般為靜平臺)之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機構驅動,通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應自由度的運動
,可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工
、裝配和測量多種功能,更能滿足復雜特種零件的加工
,具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高
、重量輕和速度快等優(yōu)點。
并聯(lián)機床作為一種新型的加工設備
,已成為當前機床技術的一個重要研究方向
,受到了機床行業(yè)的高度重視,被認為是“自發(fā)明數(shù)控技術以來在機床行業(yè)中zui有意義的進步”和“21世紀新一代數(shù)控加工設備”
。
化(大型化和微型化)
國防
、航空
、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)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(zhàn)略技術
,需發(fā)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
。