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機(jī)床技術(shù)十四大發(fā)展趨勢(shì); V+ y) k& J! G) v' y% _2 m& z* j7 C8 i
1、機(jī)床的高速化
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6 }' g, ~: o) C" S7 d, x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(shì)。高速加工具有縮短加工時(shí)間,、提高加工精度和表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛,。機(jī)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(dòng)，以及機(jī)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(jī)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(jī)床僅是實(shí)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,。 9 J, h* w" T9 r- [0 L
) e6 ~4 y' c7 c5 m8 ^( e2、機(jī)床的精密化
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按照加工精度,，機(jī)床可分為普通機(jī)床,、精密機(jī)床和超精機(jī)床，加工精度大約每8年提高一倍,。數(shù)控機(jī)床的定位精度即將告別微米時(shí)代而進(jìn)入亞微米時(shí)代,，超精密數(shù)控機(jī)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(jī)床,。機(jī)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(guó)防工業(yè)的現(xiàn)代化,。
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4 u% i+ C' ^) I: w5 b) N6 V3、從工序復(fù)合到完整加工 + P8 \; `+ x, A9 p" P( g( |
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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(tái)機(jī)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(gè)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(shí)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(shí)間,，減少了機(jī)床臺(tái)數(shù)，簡(jiǎn)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,。
' s+ Y1 v% n' E' O' A7 N( L 4,、機(jī)床的信息化
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8 J: Y6 J5 ~+ P0 i; m. k0 K; T, M( I機(jī)床信息化的典型案例是Mazak410H，該機(jī)床配備有信息塔,，實(shí)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(jì)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(shí),，可在屏幕上觀察加工過程,。信息塔實(shí)時(shí)反映機(jī)床工作狀態(tài)和加工進(jìn)度，并可以通過手機(jī)查詢,。信息塔同時(shí)進(jìn)行工作地?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和刀具壽命管理,，以及故障報(bào)警顯示、在線幫助排除,。機(jī)床操作權(quán)限需經(jīng)指紋確認(rèn),。 . s/ J. q* q7 F# X6 f
5,、機(jī)床的智能化-測(cè)量、監(jiān)控和補(bǔ)償
! |+ R f! S" N1 n; A _機(jī)床智能化包括在線測(cè)量,、監(jiān)控和補(bǔ)償,。數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)及其閉環(huán)控制就是簡(jiǎn)單的應(yīng)用案例。為了進(jìn)一步提高加工精度,，機(jī)床的圓周運(yùn)動(dòng)精度和刀頭點(diǎn)的空間位置,，可以通過球桿儀和激光測(cè)量后，輸入數(shù)控系統(tǒng)加以補(bǔ)償,。未來的數(shù)控機(jī)床將會(huì)配備各種微型傳感器,，以監(jiān)控切削力、振動(dòng),、熱變形等所產(chǎn)生的誤差,，并自動(dòng)加以補(bǔ)償或調(diào)整機(jī)床工作狀態(tài)，以提高機(jī)床的工作精度和穩(wěn)定性,。
# E/ q8 F4 z1 \+ W6,、機(jī)床的微型化 1 }+ b8 F. T# ?9 s9 @; s2 |
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隨著納米技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)的迅速進(jìn)展，開發(fā)加工微型零件的機(jī)床已經(jīng)提到日程上來了,。微型機(jī)床同時(shí)具有高速和精密的特點(diǎn),，最小的微型機(jī)床可以放在掌心之中，一個(gè)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(gè)工廠的運(yùn)作,。 6 L. M( T6 r& R$ W. W- v. i$ a4 x5 }
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7、新的并聯(lián)機(jī)構(gòu)原理 , H* t& ~8 k' d6 h. _4 v
% J, W7 ^' m' K7 D傳統(tǒng)機(jī)床是按笛卡爾坐標(biāo)將沿3個(gè)坐標(biāo)軸線的移動(dòng)X,、Y,、Z和繞3個(gè)坐標(biāo)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)A、B,、C依次串聯(lián)疊加,，形成所需的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床是采用各種類型的桿機(jī)構(gòu)在空間移轉(zhuǎn)主軸部件,，形成所需的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡,。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、剛度高,、動(dòng)態(tài)性能好等一系列優(yōu)點(diǎn),，應(yīng)用前景廣闊。
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: @1 H5 {! Y4 n) S4 B8,、新的工藝過程2 R3 Q! f4 H x7 H# D6 U
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除了金屬切削和鍛壓成形外,，新的加工工藝方法和過程層出不窮，機(jī)床的概念正在變化,。激光加工領(lǐng)域日益擴(kuò)大,，除激光切割,、激光焊接外，激光孔加工,、激光三維加工,、激光熱處理、激光直接金屬制造等應(yīng)用日益廣泛,。電加工,、超聲波加工、疊層銑削,、快速成型技術(shù),、三維打印技術(shù)各顯神通。
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8 {0 [- `9 B9 }' V% U; m1 O$ o9,、新結(jié)構(gòu)和新材料
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機(jī)床高速化和精密化要求機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和輕量化,，以減少機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)慣量對(duì)加工精度的負(fù)面影響，大幅度提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能,。例如,，借助有限元分析對(duì)機(jī)床構(gòu)件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱谩?! r* A/ e0 F Y' k- g# a! h" T
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10,、新的設(shè)計(jì)方法和手段 7 [' `; S7 G/ F2 n8 k- t) ~9 b7 X
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我國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)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(jì)的基礎(chǔ),，是企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的源泉,。在此三維設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理,。
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. O# q; k2 t- t8 `11,、直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)
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在傳統(tǒng)機(jī)床中，電動(dòng)機(jī)和機(jī)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(shí)現(xiàn)部件所需的移動(dòng)或旋轉(zhuǎn),，機(jī)和電是分家的,。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)是將電動(dòng)機(jī)與機(jī)械部件集成為一體，成為機(jī)電一體化的功能部件,，如直線電動(dòng)機(jī),、電主軸、電滾珠絲桿和力矩電動(dòng)機(jī)等,。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu),，提高了機(jī)床的剛度和動(dòng)態(tài)性能,，運(yùn)動(dòng)速度和加工精度。
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12,、開放式數(shù)控系統(tǒng) * U! _" v2 P8 b! D
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數(shù)控系統(tǒng)的開放是大勢(shì)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(jī)的數(shù)控系統(tǒng),，以微機(jī)作為平臺(tái),，采用實(shí)時(shí)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(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)。2)嵌入系統(tǒng),，即CNC+PC,，CNC控制坐標(biāo)軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，PC作為人機(jī)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(jī)界面功能,，如Siemens840Di和Fanuc210i。
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13,、可重組制造系統(tǒng)
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5 K0 [, ?3 j. z: u- \- I) I隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快,，專用機(jī)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(duì)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(jī)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(shí)現(xiàn)可重組性的關(guān)鍵,。
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: T7 m9 s( F! V5 b) x! v$ g14,、虛擬機(jī)床和虛擬制造
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為了加快新機(jī)床的開發(fā)速度和質(zhì)量，在設(shè)計(jì)階段借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),，可以在機(jī)床還沒有制造出來以前,，就能夠評(píng)價(jià)機(jī)床設(shè)計(jì)的正確性和使用性能，在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的各種失誤,，減少損失,，提高新機(jī)床開發(fā)的質(zhì)量。 |
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發(fā)表于 2008-2-18 14:50:47
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