数控机床的发展趋势
数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起瞩目,它开创了机械产品向机电一体化发展的先河,成为先进制造技术中的一项核心技术。数控系统技术的突飞猛进为数控机床的技术进步提供了条件。当前,数控机床的发展主要体现为以下几方面:
1、高速、高效
机床向高速化方向发展,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。高速主轴单元(电主轴,转速15000 - 100000r/min)、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60~120m/min,切削进给速度高达60m/min)、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破,达到了新的技术水平。在超高速加工中,车削和铣削的切削速度已达到5000~8000m/min以上;主轴转数在30000 转/分(有的高达10 万r/min)以上;工作台的移动速度(进给速度):在分辨率为1 微米时,在100m/min(有的到200m/min) 以上,在分辨率为0.1 m 时,在24m/min 以上;自动换刀速度在1 秒以内;小线段插补进给速度达到12m/min。
2、高精度
从精密加工发展到超精密加工,是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级(#lt;10nm),其应用范围日趋广泛。当前,在机械加工高精度的要求下,普通级数控机床的加工精度已由±10 m 提高到±5 m;精密级加工中心的加工精度则 从±3~5 m ,提高到±1~1.5 m,甚至更高;超精密加工精度进入纳米级(0.001m),主轴回转精度要求达到0.01~0.05 m,加工圆度为0.1m,加工表面粗糙度Ra=0.003 微米等。
3、高可靠性
随着数控机床网络化应用的发展,数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。
4、复合化
在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上,为了尽可能降低这些无用时间,人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上,因此,复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后,机床便能按照数控加工程序,自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工,以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。就棱体类零件而言,加工中心便是最典型的进行同一类工艺方法多工序复合加工的机床。事实证明,机床复合加工能提高加工精度和加工效率,节省占地面积特别是能缩短零件的加工周期。
5、多轴化
随着5 轴联动数控系统和编程软件的普及,5 轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点,由于在加工自由曲面时,5 轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单,并且能使球头铣刀在铣削3 维曲面的过程中始终保持合理的切速,从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。最近,国外还在研究6 轴联动控制使用非旋转刀具的加工中心。
6、智能化
智能化是21 世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工,它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动,以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量的智能化,如自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作的智能化,如智能化的自动编程,智能化的人机界面等;智能诊断、智能监控,方便系统的诊断及维修等。
7、绿色化
21 世纪的机床必须把环保和节能放在重要位置,即要实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上,这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康,又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行,但也包括在特殊气体氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术)不使用切削液进行的切削。
总之,数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件,促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。可以预见,随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用,制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。
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