機床數控制造范文
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篇1
關鍵詞:數控機床;電氣柜;制造技術;穩定性;抗干擾能力 文獻標識碼:A
中圖分類號:TG659 文章編號:1009-2374(2017)05-0028-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2017.05.013
1 導言
數控機床電氣柜是整體數控機床電氣系統的重要組成部分,電氣柜的品質決定了數控運行的穩定性和抗干擾能力。本文主要闡述的是電氣柜制造相關要求規范。
2 器件安裝規范
電氣件的型號、規格、數量及安裝位置應與設計圖紙和工藝文件一致。器件安裝前后應保持外觀潔凈、無損壞。器件安裝要水平或垂直,水平和垂直度誤差≤2mm。電盤內器件的安裝高度應在合理范圍內,以便于器件的安裝、連接和拆卸。
3 導線制作規范
導線的選擇原則有以下五點:
第一,導線顏色的選擇應與設計圖紙和工藝文件一致;當設計圖紙和工藝文件無明確要求時,遵循表1所示:
第三,導線線徑
第四,導線線徑≥10mm2時,線號規格為Φ1.5,使用扎帶捆綁在預絕緣端子護套下端或絕緣軟套管下端,見圖1和圖2所示:
第五,壓接端子的選擇應與導線線徑和器件連接點相匹配;斷路器、接觸器、繼電器、非彈簧式端子等器件接線應優先采用U型端子,電機等不經常拆卸的器件接線端子采用O型端子;保護接地必須使用O型端子。
4 配線連接規范
4.1 接線一般要求
4.1.1 連接的導線應確保絕緣層無破損。
4.1.2 導線連接的位置應與設計圖紙和工藝文件一致。
4.1.3 導線連接后應確保在可視范圍內無導體。
4.1.4 盡量保證強電部件連接線和弱電部件連接線分離開,減少交叉,走線整齊美觀。
4.2 接線外觀要求
4.2.1 連接后的線號文字面向外。
4.2.2 配線長度應適合實際走線距離,保持直線敷設,不能因過長而迂回敷設;6mm2及以下配線長度誤差控制在20mm以內,10mm2及以上配線長度誤差應控制在10mm以內。
4.2.3 線槽外的導線成束采用扎帶捆綁見圖3,捆扎間隔100mm,轉角處必須捆扎;交、直流應分束捆扎,見圖4。
4.2.4 線槽內的導線不得超過線槽空間容量的60%。
4.2.5 線槽出線時選擇就近的槽口。
4.2.6 側壁走線使用扎帶固定線束,固定間隔≤200mm,轉角處必須固定。
4.2.7 所有扎帶捆綁后應沿根部剪斷。
4.2.8 導線連接至器件的走線形式如下:
直線連接:接線點與線束在同一平面,見圖5。
弧線連接:接線點與線束不在同一平面,保證同一排器件彎曲弧度一致,見圖6。
4.3 接線安全要求
4.3.1 走線應與發熱器件保持距離,禁止在變壓器表面或電器件散熱口處走線。
4.3.2 對于柜內不連接器件的散線終端(用戶現場使用),采用絕緣膠帶分別包裹各終端。
4.3.3 不經過總電源開關切斷的電路,附近應粘貼警告標識。
4.3.4 連接時確保線號和絕緣軟套管包裹在端子壓接部分,不能套接至端子連接部分。
4.3.5 各電氣裝置接地點必須單獨引線接地,不能串聯過渡。
4.3.6 每個接地點只能連接1根導線。
4.3.7 所有柜門均應連接保護接地線,不能制作成螺旋形式。
5 成品電氣柜功能檢驗技術要求
5.1 安全要求
5.1.1 試驗前必須穿好絕緣鞋,并在被測電柜側壁張貼試驗警示標識。
5.1.2 試驗前檢測試驗用儀器、儀表功能正常。
5.1.3 通電過程確保身體各部分不接觸帶電部分、不能修改電路連接。
5.1.4 檢測完畢后要先斷開電源,再進行其他
操作。
5.2 通電前的檢測
5.2.1 確認器件的型號、規格、數量及安裝位置與布局圖紙或擺件工藝文件一致,并且無外觀損壞。
5.2.2 確認器件連接的線號與原理圖、接線圖或配線工藝文件一致,并且線號字體向外。
5.2.3 檢測進線電源電壓值原理圖要求,并連接至電氣柜總電源進線位置。
5.2.4 斷開所有電氣開關、數控系統部分的信號和供電連接。
5.3 短路檢測
5.3.1 檢測短路須斷開變壓器、穩壓電源供電回路的開關。
5.3.2 檢測并確認三相供電回路的任意相間、任意相與零之間無短路;三相供電回路的任意相與交流控制回路220V、110V及24V、0V之間無短路。
5.3.3 檢測并確認交流控制回路220V與110V之間及交流控制電力路與零之間無短路。
5.3.4 檢測并確認24V與0V之間無短路。
5.4 通電后的檢測
5.4.1 檢測并確認變壓器和穩壓電源的輸出符合產品原理要求。
5.4.2 按電氣原理圖控制要求逐項給定控制信號(給定信號的電壓應符合原理要求)。
5.4.3 不能同時給定互鎖信號。
5.4.4 給定信號后,觀察并確認回路中的器件動作符合原理要求;z測并確認各回路輸出端電壓符合原理要求。
5.4.5 檢測結束后恢復所有連接,斷開所有電氣開關。
6 結語
本文通過對于數控機床電氣柜制造過程制定明確的規范要求和檢測方法,有效地提升了電氣柜品質,希望能夠為相關工作人員提供借鑒和參考。
參考文獻
[1] 機械電氣安全 機械電氣設備(第1部分):通用技術條件(GB 5226.1-2008)[S].
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1.1數控機床的優點
(1)自動化。車軸加工的工作在沒有引入數控機床前,一直是有專業的加工師傅手工來完成的,其加工過程中極易出現位置差不準確,弧面精度差,形狀不統一,廢品率高,成品率低等質量問題。隨著數控機床的應用,卻完美的解決了上述問題,由于數控機床其操作系統是由計算機來控制的,在進行機床加工時,通過電腦編寫相應的操作程序輸入操作系統,就可以加工出對應的零件,靈活性極強。(2)精度高。數控機床生產設備精度較高。比如,對新型的鐵路貨車而言,其車軸的各個直徑之間的過度是由各個半徑不同的圓弧構成的,這是由人為控制的普通機床上不可能實現的精度需求,此時就必須使用數控機床來實現對其的加工。
1.2數控技術的應用
數控技術在加工貨車車軸零件中的應用,指的是把車軸零件的工藝參數、工藝過程、刀具的移位量、數控機床的運動等信息及參數用數控的語言編寫到程序單中,并對其進行校核的過程。數控機床編程的內容及順序主要包括:分析車軸零件的圖樣、確定加工的工藝過程、對其進行數學處理、編寫加工程序清單、加工控制介質、輸入程序、程序校驗、車軸工件試切。在實際應用中,對數控機床進編制程序有人工與自動兩種方式。人工編程也是自動編程的基礎。一般而言,對零件的加工數據與工藝等編程多為人工編程,在對復雜性較高的零件比如貨車車軸進行編制程序時多使用的是人工編制方法。
2數控機床加工貨車車軸的過程分析
在對貨車的車軸進行加工時,車軸的毛坯進行自動加工的工序前已經完成了定位成孔工序,車軸的周身部分直徑與整體長度都已經進行過定尺,在后續的加工過程中不再需要做大范圍的改動。毛坯車軸在自控加工中主要是對其進行組裝、粗車、精車、軸頸磨削、滾壓等工序,最終使車軸滿足設計要求。其中,車軸的防塵板與輪座等部件的加工余量較大。為提高生產效率,可以按照加工精度來進行分機床流水作業,在數控機床上進行精車作業,作業時注意為后續的加工工序留有余量。
2.1確定夾裝方案
車軸加工前,首先要確定其裝夾的方案。針對貨車車軸要求的加工工藝和基本尺寸參數,在數控機床中使用托架來進行車軸定位。車軸裝夾后,以定位孔作為標準位置,數控機床的后端和前端都是活頂尖。裝夾的后尾處向前進行并頂進鎖死后,由主軸上撥叉來帶動車軸進行旋轉。由于機床的中部設有托架,因此車削工序只能分步完成,先車削一端再車削另一端。在進行車削時需要時刻注意車軸前端和撥叉前處的接觸間隙,以防止由于頂尖孔的加深而導致車軸端面把撥叉頂死,而導致加工精度降低。
2.2明確進給線路
車軸加工其次還應其進給的線路,這也是整個加工過程中控制車軸運動軌跡最重要的要素之一。進給線路主要是為了確定機床的刀具從開始到加工零件之間的運行軌跡,也就是其進刀和退刀的點和路徑,這也是編制的核心內容。合理的進給路線可以有效減少空刀的進程,從而提高機床效率。特別是在循環加工零件時,不但可以提高效率還可以延長機床刀具的使用壽命。車軸在完成粗車時,只是在車軸的中心孔位置和端面進行了定位。因此在對車軸機械能精細加工工序時,可以從車軸的兩個端面出發,向車軸的中心進行加工。設定進給線路,也就是使機床按照每一個步驟的工序對程序的指令進行選擇,這也是編制程序最基本的步驟。比如:直線插補、快速移動、保證速度、平面順時針移動等等指令,將這些指令合理、有序地結合起來,就可以完成對數控加工進給路線的設定。
2.3確定系統的坐標系
在車削車軸之前,首先要在車軸確定好加工的原點位置,并以此建一個車軸的坐標系統。車軸建立坐標系可以簡化編程,使尺寸換算簡單化,從而降低誤差。在實際應用中,為提高車軸的加工精度,方便編制加工程序,一般將加工的原點設定在車軸前端面和軸線的交叉點處,這樣就可以保證程序基準、組裝、設計等的統一。
2.4選取道具
在完成對車軸加工工序的編程后,還應考慮選擇何種刀具。因為刀具的接觸點在實際加工中不是理想化的一個點而是一個圓弧,因此在做斜面加工、倒角、圓弧切削等工序時,都會或多或少出現加工過量或不足的問題。因此在加工過程中需要利用對程序的設定以使用刀具來進行加工補償,通過針對不同的刀具來選擇不同的補償指令來控制刀尖的運動方式,從而避免出現切削不足或者過量的情況。
2.5選擇切削用量
選擇車削用量,指的是限定刀具在切削過程中的進給量、深度、速度等參數。在加工過程中應按照設計標準及工藝手冊要求選擇合適切削用量,來配合加工車軸。如要達到Ra1.7標準就要設定車削深度為0.5到0.7mm,設定進給量為0.2到0.3mm/r。需要注意的是,切削速度則需要按照車軸與車刀材料來設定。
3結語
篇3
關鍵詞: 雙主軸 數控螺紋銑 對置結構
隨著中國制造業的不斷升級換代,人力成本快速上升。傳統的螺紋制造設備效率低,人力成本高,不能形成自動化流水操作,已經遠遠不能滿足快速、高效生產螺紋的需求。面對鋼鋁復合采暖散熱器在國內的大量制造,對雙頭G1正反牙螺紋管件的需求以每日百萬計,傳統的數控螺紋車床車該螺紋僅為每分鐘2-3個(單頭),效率極低,迫切需要新的加工理念與設備。為了改變目前這一狀況,我們研究、設計出SXSL-2型雙頭螺紋銑專用設備。
1.總體布局
本設備為機電液一體化設計。設備采用了雙主軸對置結構,配置自動上下料接口,方便生產線的組成,具有結構緊湊、布局先進合理、操作方便等優點。主機部分主要由左床身、右床身、左主軸箱、右主軸箱、拖板、工作臺、自動夾具、上下料口等部件組成,數控螺紋銑設備結構見圖1所示。
2.設備性能特點
數控螺紋銑為臥式雙主軸數控螺紋銑,采用四軸控制,四軸可自動定位。專用夾具將螺紋管件自動夾緊,夾具體帶著螺紋件隨著拖板及工作臺做X、Y向插補運動,左右主軸箱分別實現Z向進給運動,左右主軸同時并一次性完成片石加熱器連接管的兩端螺紋的加工,實現工件裝夾后一次性完成多道工序加工,縮短原有工序二次裝夾二次加工的時間,大大提高加工效率。
數控螺紋銑選用國產藍天數控系統GJ301M,通過5.5kW的主軸電動機及皮帶傳動將動力傳遞到左右主軸上。各軸向采用進口精密級絲杠螺母副及導軌,采用高精度絲桿專用支撐軸承,并對滾珠絲桿進行預拉伸,確保絲桿傳動精度,使設備具備動態性能好、無爬行、定位精度高及性能穩定可靠等特點。
數控螺紋銑每分鐘加工雙頭螺紋6至8個,比傳統設備效率大大提高五六倍,適合大批量大批次螺紋加工。一臺數控螺紋銑可抵傳統設備約五臺。對直徑25以上的內螺紋效率遠遠優于數控車床和攻絲機;對30以上的外螺紋,效率遠遠優于數控車床;目前大螺距外螺紋數控車削速度慢,搓絲機和滾牙機無法完成甚至很難完成。數控螺紋銑對大螺距外螺紋也可以輕松快速加工。由于數控螺紋銑加工參量由控制箱自由設定,自動加工精度可控達到0.01mm,并自動檢測螺紋部件。對操作員工技能要求不高,普通員工簡單培訓即可完成高要求的螺紋加工。
與傳統設備比較,高效、高精度、雙頭同時加工、結構緊湊、布局合理的數控螺紋銑流水線,是全新一代螺紋加工設備,可極大節省人力成本、加工時間及大大節約加工場地,為企業帶來豐厚回報。
3.設備的關鍵技術
本設備各功能部件布局緊湊合理,外觀造型宜人,功能齊全,上下料方便。設備操作站采用旋轉式結構,操作簡單,安全,在設計制造中解決以下關鍵問題。
(1)加工排屑。因為片石加熱器連接管兩端加工導致排屑困難,為了解決這個問題,在主軸上配置主軸中心出水功能,靠主軸中心出水將切削排除管件中心孔。片石加熱器連接管兩端內孔螺紋為正反牙螺紋,所以,我們在選用主軸配置旋轉接頭時,對主軸旋轉接頭分別提出要求。主軸在加工過程中一個正向旋轉,一個反向旋轉,所用高速旋轉接頭一個左旋,一個右旋。主軸及主軸高速旋轉接頭均選用臺灣知名品牌,根據要求進行定制,滿足設備的技術需求。
(2)左右主軸同軸度。為實現片石加熱器連接管兩端內孔螺紋的同時加工,本設備的左右主軸同軸對置,并且雙主軸可在軸向移動中進行工件的上下料。由于工件的兩端螺紋的同時加工,這就對左右主軸的同軸度、主軸轉速的同步及Z向進給同步提出很高的要求,同軸度允差≤0.01mm。為解決這個問題,設計時,在左右床身加工時采用連接座、左右床身組合加工;左、右主軸箱一次裝夾,一次性加工;通過一次裝夾加工,保證左右主軸箱安裝基準面的一致性要求。裝配過程以左右床身導軌安裝靠面為基準,通過修配基準靠面,從而達到左右主軸的同軸要求;主軸轉速及Z向進給要求同步,為解決兩主軸轉速及Z向進給同步問題,設計時分別在左右主軸及主軸箱上安裝分辨率為1024的增量式編碼器,用于速度反饋。
(3)自動夾具。為了能快速便捷的與自動化生產線對接,必須實現工件的自動裝夾。因為雙主軸對置結構,雙主軸同時加工,所以對夾具的夾緊要求比較高。夾具結構如圖2所示。工件自進料道落下,取料氣缸伸出與夾緊塊配合夾緊工件,夾緊氣缸伸出,取料氣缸同步退回,將工件推送到V型塊所在的工作位。工件到位夾緊后,工件就位指令反饋給系統,其他各軸配合完成工件的兩端螺紋加工。零件加工完畢,夾緊氣缸退回,工件自動落至出料盤。在此過程中,夾緊氣缸的出力要求比較大,夾緊氣缸如果力道不夠,將導致工件在加工過程中受切屑力的影響發生震動及跑位,工件及刀具容易遭到損壞。
4.結語
該產品經生產現場考驗證明,性能可靠穩定,完全滿足客戶需求,得到客戶好評。本產品不僅減少了制造零件種類,優化了零件的加工工藝,使產品成本得到有效控制,而且占地面積小,提高了客戶及我公司產品的市場競爭力。
參考文獻:
[1]李才兒.單向螺紋銑刀發加工大直徑螺紋.新技術新工藝,2013.
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關鍵詞:數控車床 升級改造 精度
數控專業是一個較大的專業。為了培養學生的實際操作能力,數控車床的數量較多。而隨著時間的推移以及專業的發展,數控車床往往新舊并存,早期的設備,系統老化,精度差,且使用過程中容易出現故障,對教學效果造成較大影響。如果直接棄舊換新,就會造成浪費,這些問題急需得到解決。
一、數控車床改造的可行性及優點
隨著科學技術的發展,特別是電子技術的進步,數控系統出現了跨越式的發展。而數控車床改造技術也日益成熟。這些都為職業院校數控設備的改造升級提供了可行性。同時,數控車床改造,相對于購置新設備,成本更低,節約政府采購資金;數控系統升級,可以更貼近當下生產實際,完善機床功能(比如加工程序的圖形模擬),從而提高教學質量;教師通過參與機床的改造實施過程,對數控車床的結構與功能進一步熟悉,可以提高教師的科研水平和機床維修操作技能。
數控車床改造,還有如下優點:
1.投資少,交貨期短
在達到同樣設備技術水平情況下,改造所需費用僅為購置新機的1/3左右;由于技術升級所涉及的相關零部件全是標準件且技術要求更加明確,故交貨期可縮短至2~3個月。
2.可根據實際使用情況,合理增刪功能
作為舊機床的實際使用者,對相關技術要求了解透徹,但數控車床在教學上的應用與企業的應用存在一定的差別。因此,舊機床的升級改造更能發揮院校的主觀能動性,因地制宜增刪功能,使得產品貼合需求,做到有的放矢。
3.使用者更加了解機床結構,便于維修保養
雖然經過部分改造,但在操作使用和維修保養等方面,不再需要長時間培訓,待機床改造調試完畢,便可迅速投入教學實踐,一旦出現故障,也能迅速解決,減少維修成本。
二、數控車床改造的流程
數控車床的升級改造主要是對舊式數控車床進行改造。由于此類機床的數控系統比較落后,可根據舊數控車床的機械結構狀況和驅動要求的大小,采用新數控系統進行改造。通過增刪舊數控車床的功能,提高機床精度及安全性能。具體改造流程如下:
1.確定總體改造方案及數控系統升級
聯系舊機床生產廠家,確定技術改造方案和改造后的數控系統(一般考慮應用較廣的FANUC或西門子系統)。
2.判斷機械零部件的使用情況
數控車床調運至廠家,完成機床的拆分與清洗,判斷機械零部件的使用情況,確定哪些零部件需要更換或修配。
3.機械零部件的更換或再修配
對于數控車床來說,部分基礎件可以通過再加工重新利用,比如床身通過淬火、磨削后直接利用;床頭箱與床身的結合面重新磨削后的再利用。部分傳動件磨損嚴重,需要更換,比如床頭箱前后軸承的更換;X、Z軸絲杠及軸承的更換。
4.機床電氣、液壓系統的改造
系統升級改造,由原來的手動改為自動;一般電氣元件老化比較嚴重,相對來說電氣元件更新換代也比較快,通過更換全部電氣元件成本不會太高,但各方面性能提升明顯,部分下走線可以改為上走線,安全性又大大提高;限位升級改造,由原來的硬限位改為絕對位置式軟限位。最后是外觀美觀改造,整機重新刷油漆;整機調試并出檢驗報告。
三、提高數控車床升級改造精度的常見方法
1.修復機床導軌精度
導軌的作用是對刀架進行承載并導向,其導向精度是機床集合精度的基礎。對于數控車床來說,其導軌往往是鑄鐵導軌,精加工時采用刮削方式,刮研顯點應為18~25點/cm2。同時,應保證的可靠性,比如手動改為自動,這樣就能提高位置控制精度。
2.修復主軸精度
數控車床工作時,主軸夾持工件形成主運動,其回轉精度對加工質量有重要影響,精度的提高可以通過主軸的磨削、更換主軸軸承以及軸承間隙調整達到。當主軸軸承重新裝配好后,應檢查主軸錐孔中心線和回轉中心是否重合。
3.傳動精度的提高
傳動精度的保證主要取決于絲杠的傳動精度,可以通過更換X、Z軸絲杠及軸承達到目的。而滾珠絲杠作為標準化、通用化的部件,以其長壽命、高剛度、高效率、無間隙等特點得以廣泛應用。在滾珠絲杠的調試安裝中應特別注意其預緊力,因為其決定反向間隙,而反向間隙對機床精度影響非常大,調試后,反向間隙應小于5絲。
隨著數控技術的發展,數控設備也必將與時俱進,不斷更新。改造升級不僅可以降低成本、縮短交貨期,還給專業教師提供了難得的實踐內容,一舉多得。
參考文獻:
篇5
關鍵詞:發展;趨勢;現狀;方向;數控機床
引言
數控技術和數控裝備是各個國家工業現代化的重要基礎。我國數控技術與世界先進國家。相比還有一定的差距,因此了解數控技術國內外的發展狀況對我國數控領域的發展有非常重要的意義。
數控技術(簡稱NC即NumericalContro1)應用于生產中已有二十多年的歷史了,它使傳統的制造業發生了質的變化,尤其是近年來.微電子技術和計算機技術的發展給NC技術帶來了新的活力。數控機床是現代制造業的主流設備,是體現現代機床技術水平、現代機械制造業工藝水平的重要標志,是關系國計民生、國防尖端建設的戰略物資。因此世界上各工業發達國家均采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業。
1.數控車床的發展趨勢
根據2004年10月,完成的《數控機床產業發展專項規劃》。國內數控機床大致發展趨勢表現在以下幾方面:
1.1智能、高速、高精度化
新一代數控機床為提高生產效率,向超高速方向發展,采用新型功能部(如電主軸、直線電機、LM直線滾動系統等)主軸轉速達15,000r/min以上。計算機技術及其軟件控制技術在機床產品技術中占的比重越來越大,計算機系統及其應用軟件的復雜化,帶來了機床系統及其硬件結構的簡化,數控機床的智能化程度日趨提高。
1.2設計、制造綠色化
綠色設計是一種綜合考慮了產品設計、制造、使用和回收等整個生命周期的環境特性和資源效率的先進設計理論和方法。它在不犧牲產品功能、質量和成本的前提下,系統考慮產品開發、制造及其活動對環境的影響,從而使得產品在整個生命周期中對環境的負面影響最小,資源利用率最高。數控機床在設計時要考慮:綠色材料設計;可拆卸性設計;節能性設計;可回收性設計;模塊化設計;綠色包裝設計等。綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源消耗的現代制造模式,通過綠色生產過程生產出綠色產品。
1.3復合化與系統化
工件一次裝夾,能進行多種工序復合加工,可大大地提高生產效率和加工精度,是機床一貫追求的。由于產品開發周期愈來愈短,對制造速度的要求也相應提高,機床也朝高效能發展。機床已逐漸發展成為系統化產品,用一臺電腦控制一條生產線的作業。產品對外觀曲線要求的提高,機床五軸加工、六軸加工已日益普及,機床加工的復合化已是不可避免的發展趨勢。
1.4數控系統控制性能向智能化方向發展
隨著人工智能在計算機領域的滲透和發展,數控系統引入了自適應控制、模糊系統和神經網絡的控制機理,不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等功能,而且人機界面極為友好,并具有故障診斷專家系統,使自診斷和故障監控功能更趨完善。
1.5數控系統向網絡化方向發展
數控系統的網絡化,主要指數控系統與外部的其他控制系統或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控系統一般首先面向生產現場和企業內部的局域網,然后再經由因特網通向企業外部,這就是所謂的Intranet技術。隨著網絡技術的成熟和發展,最近業界又提出了數字制造的概念。數字制造,又稱“E一制造”,是機械制造企業現代化的標志之一,也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用,越來越多的國內用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。
1.6數控系統向高可靠性方向發展
隨著數控機床網絡化應用的日趨廣泛,數控系統的高可靠性已經成為數控系統制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言,如果要求在16h內連續正常工作,無故障率在99%以上,則數控機床的平均無故障運行時間(MTBF)就必須大于3000h。如主機與數控系統的失效率之比為10:l(數控的可靠比主機高一個數量級),數控系統的MTBF就要大于3h,而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于105h。對整條生產線而言,可靠性要求還要更高。
1.7數控系統向復合化方向發展
在零件加工過程中,有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升速、降速上,為了盡可能降低這些無用時間,人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上,因此具有復合功能的機床成為近年來發展很快的機種。柔性制造范疇的機床復合加工概念是指將工件一次裝夾后,機床便能按照數控加工程序自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工,以完成一個復雜形狀零件的主要乃至全部加工工序。
1.8數控系統向多軸聯動化方向發展
加工自由曲面時,三軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參與切削,進而對工件的加工質量造成破壞性影響,而五軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單,并且能使球頭銑刀在銑削三維曲面的過程中始終保持合理的切速,從而顯著改善加工表面的粗糙度,大幅度提高加工效率。因此多軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個開發熱點。
2.結語
目前,數控機床的發展日新月異,高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發展的趨勢和方向。中國作為一個制造大國,主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優勢,而在產品的技術創新與自主開發方面與國外同行的差距還很大。中國的數控產業不能安于現狀,應該抓住機會不斷發展,努力發展自己的先進技術,加大技術創新與人才培訓力度,提高企業綜合服務能力,努力縮短與發達國家之間的差距。力爭早日實現數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品制造的轉變,實現從中國制造到中國創造、從制造大國到制造強國的轉變。
參考文獻:
[1]王愛玲.現代數控機床.北京:國防工業出版社,2003
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關鍵詞:數控化改造;數控系統;伺服系統
中圖分類號:TG502文獻標識碼: A 文章編號:
1 前言
制造業是國民經濟的基礎產業和支柱產業,是推動國家技術進步的主要力量。我國制造業水平與發達國家相比,總體水平偏低,為改變這種落后狀況,必須提高制造業的裝備水平,特別是機床的數控化率。購置數控機床是提高數控化率的途徑,對舊機床進行數控化改造,也是提高機床數控化率的重要途徑之一。機床數控化改造,是在機床上增加數控裝置,使其具有一定的自動化能力,以實現預定的加工工藝目標。它是根據生產實際需要提出,并隨著機床行業以及技術的不斷進步而發展起來的,它的內容是應用成熟的數控技術和經驗,以適應生產的具體要求為目的,對現有機床的局部結構進行改造,并安裝新部件、新裝置、新附件,用計算機控制機床的工作,提高機床的技術性能指標,使之全部或局部達到新數控機床的水平。
2 數控化改造的內容
機床數控化改造是指以可使用的普通舊機床作為毛坯,通過改造手段將其改造為具有數控機床功能的、且與同類新數控機床性能相近的數控機床,其改造的主要內容如下:
2 . 1 精度的恢復和機械傳動部分的改進
隨著機床使用年數的增加,機床的機械傳動部件,如導軌、絲杠、軸承等都有不同程度的磨損。因此,機床改造過程中首要任務是對舊機床進行類似于通常的機床大修,以恢復機床精度,達到新機床的制造標準。但是機床數控化后對機床精度的要求與普通機床的大修是有區別的,即整個機床精度的恢復與機械傳動部分的改進,都要為滿足數控機床的結構特點和數控自動化加工的要求來進行。數控機床的主軸驅動系統和進給驅動系統分別采用交、直流主軸電動機和伺服電動機驅動。這兩類電動機調速范圍大,并可無極變速,因此使主軸箱、進給變速箱及其傳動系統大為簡化。由電動機直接連接主軸或滾珠絲杠。目前數控機床進給系統中常用的機械傳動裝置主要有滾珠絲杠副、靜壓蝸桿蝸母條和預加載荷雙齒輪齒條三種。機床采用的導軌是新材料低摩擦因數的導軌,如滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。另外,在機床上還要加一些輔助裝置,如冷卻系統、空氣過濾器、自動換刀裝置、排屑裝置等。
2. 2 選定數控系統
根據要進行數控化改造機床的控制要求,選擇合適的數控系統是至關重要的。選擇時,除了考慮各項功能滿足要求外,還一定要確保系統工作可靠性。一般以性能價格比來選取,并適當考慮售后服務和故障維修等有關情況。如選用企業內已有數控機床中相同型號的數控系統,對今后操作、編程、維修等都帶來較大的方便。伺服驅動系統的選取,也按改造數控機床的性能要求決定。若采用同一家公司配套供應的數控系統和伺服驅動系統,改造產品的質量和維修更容易得到保證。
當前生產數控系統的公司比較多,國外的公司如SIEMENS公司、FANUC公司、國內的公司如廣州數控GSK公司、華中數控系統有限公司等。一般,進口系統較國產系統性能穩定,但價格昂貴,將其用于機床改造,有些得不償失。國產系統在目前市場上有各種經濟型和標準型數控系統供應。其中,經濟型數控系統具有結構簡單,操作方便,技術易于掌握及制造成本低等優點,系統性能相對較差,可靠性不高;另外,隨著生產技術的不斷發展,標準型數控系統制造成本越來越低,售價也在不斷降低,所以在系統選擇上一般可以考慮國產標準型數控系統,例如廣州數控系統或華中數控系統。
在選擇數控系統時,應了解系統的控制軸數,特別是聯動軸數。因為這與數控系統的價格有直接關系。對只需點位控制的機床,就不要求控制聯動軸,有需要進行輪廓控制的場合,才需要選用有聯動功能的系統。例如,改造鉆床時,可選兩個控制軸的點位控制系統,不要求兩軸聯動;改裝車床時,則需要兩軸聯動;改裝要加工空間曲面的銑床時,則需要三軸聯動。
2. 3 伺服系統設計
伺服系統分為開環、半閉環和閉環系統三種。開環控制系統主要由驅動控制單元、執行元件和機床組成。閉環伺服驅動由執行元件、驅動控制單元、機床以及反饋檢測單元、比較控制環節組成。在普通機床的數控化改造中一般采用步進電動機和交流伺服電動機。交流伺服電動機調速方便,體積小,目前廣泛用于數控機床的傳動系統。與步進電動機相比, 其精度高、價格昂貴,考慮到改造本身是經濟型改造,因此一般選用步進電動機作為驅動裝置。檢測反饋單元一般用光柵、脈沖編碼器等。在選擇驅動裝置時,一定要考慮其運轉性能與電動機的匹配,同時也要考慮其接口數據與數控裝置接口數據的匹配。目前國內外的數控系統廠家,都開發了與自己系統配套的驅動器,如廣州數控適配DA98系列驅動器,華中適配HSV系列驅動器,FANUC(發那科)本身開發了集成程度很高的多軸驅動器,所以一般優先考慮配套的驅動器。
2 . 4 電氣系統的改造設計
在進行機床數控化改造時,原機床的電氣控制部分一般只能報廢,重新按數控化改造要求進行設計制作。數控機床的強電控制部分設計中要特別注意的是,數控系統各接口信號的特點和形式要相配,并且在設計過程中應盡量簡化強電控制線路。
在電氣控制系統的改造設計中,應該遵循:機床在滿足控制要求的前提下,設計方案力求簡單、經濟,不宜盲目追求自動化和高指標,力求控制系統操作簡單、車床使用與維修方便。機床中的主軸電動機、冷卻泵電動機、刀架電動機等均需系統自動控制。數控機床中電氣控制系統除了對機床輔助運動和輔助動作控制外,還包括對保護開關、各種行程、極限開關的控制, 以及在操作盤上所有按鍵、操作指示燈等的控制。改造后的電氣控制系統,不僅保留了機床傳統控制系統的優點,同時具有體積小、功能強、通用性和靈活性強、使用維護方便等特點。
2. 5 整機聯接調試
舊機床上述各個部件的改造過程完成后,就可對組裝后改造機床各個部件進行調試。一般先對電氣控制部分進行調試,看單個動作是否正常,然后再進機調試階段。
3 結語
由于機床數控化改造有多種方案,機床類型不同,改造的內容也不同,所以上述機床改造內容并非一成不變,而要根據實際情況選取合適的方式,以使普通機床數控化改造后的性能與新的同類數控機床相近或相同。另外,在機床數控化改造完成后,還應注意培訓數控機床的操作人員和編程人員,以使改造后的數控機床能夠盡快發揮作用。
參考文獻
[1] 羅永順.機床數控化改造技術[M].北京:機械工業出版社.
篇7
【關鍵詞】數控機床 培養興趣 未來前景
The first class of the numerical control machine
Wang Yurong
【Abstract】The first lesson of the numerical control machine should be started from cultivating students’ interest, how to learn well the numerical control and the future foreground of the numerical control machine, elucidated the developing course of the numerical control machine and the wide use of the numerical controlling technology. Teachers should lead students to master the knowledge on the machine, know about the electric control technology, to be good at the operating skill, to do some simple programme and to apply the computer office technology. Collecting knowledge can prepare for learning well the numerical control machining and look into the future of it.
【Keywords】Numerical control machine Cultivating interest Future foreground
隨著我國機加工業向大規模集約化的發展,數控技術越來越多的運用到機床,這樣就需要大批數控加工的技術人員、編程的技術人員以及數控機床的操作人員,技工學校就是培養這些技術人員的搖籃。
如何為技工學校的學生上好數控機床第一課?我從以下三個方面入手:
1.培養學生學習興趣。
1.1 數控機床的發展過程。什么是數控機床?數字控制機床(Numerical Control Machine Tools)簡稱數控機床,這是一種將數字計算技術應用于機床的控制技術。它把機械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數字表示,通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發出各種控制信號,控制機床的動作,按圖紙要求的形狀和尺寸,自動地將零件加工出來。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題,是一種柔性的、高效能的自動化機床,代表了現代機床控制技術的發展方向,是一種典型的機電一體化產品。
數控機床綜合應用了自動控制、計算機、微電子、精密測量和機床結構等方面的最新成就。
從1952年至今,數控機床按照控制機的發展,已經歷了五代。
1959年,由于在計算機行業中研制出晶體管元件,因而在數控系統中廣泛采用晶體管和印刷電路板,從而跨入了第二代。
1965年,出現小規模集成電路,由于它體積小、功耗低,使數控系統的可靠性得以進一步提高,數控系統發展到第三代。
以上三代系統,都是采用專用控制計算機的硬接線數控系統,我們稱之為硬線系統,統稱為普通數控系統(NC)。
隨著計算技術的發展,小型計算機的價格急劇下降,激烈地沖擊著市場。數控系統的生產廠家認識到,采用小型計算機來取代專用控制計算機,經濟上是合算的,許多功能可以依靠編制專用程序存在計算機的存儲器中,構成所謂控制軟件而加以實現,提高了系統的可靠性和功能特色。這種數控系統,稱為第四代系統,即計算機數控系統(CNC)。
計算機技術的發展是日新月異的,就在1970年前后,美國英特爾(Intel)公司開發和使用了四位微處理器,微處理芯片滲透到各個行業,數控技術也不例外。我們把以微處理機技術為特征的數控系統稱為第五代系統(MNC)。
1.2 數控技術的廣泛運用。數控技術及裝備是發展新興高新技術產業和尖端工業的使能技術和最基本的裝備。世界各國信息產業、生物產業、航空、航天等國防工業廣泛采用數控技術,以提高制造能力和水平,提高對市場的適應能力和競爭能力。工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資,不僅大力發展自己的數控技術及其產業,而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。因此大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術,數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透形成的機電一體化產品,即所謂的數字化裝備,如數控機床等。其技術涉及多個領域:①機械制造技術;②信息處理、加工、傳輸技術;③自動控制技術;④伺服驅動技術;⑥傳感器技術;⑥軟件技術等。
數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化,使制造業成為工業化的象征,而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大,對國計民生的一些重要行業國防、汽車等的發展起著越來越重要的作用,這些行業裝備數字化已是現展的大趨勢,如:橋式三、五坐標高速數控龍門銑床、龍門移動式五座標AC擺角數控龍門銑床、龍門移動式三座標數控龍門銑床等。
2.如何學好數控技術。數控專業是機械制造技術、電子技術與計算機應用技術相結合的專業,培養適應現代制造業需要,德、智、體、美全面發展,具有較扎實的基礎理論知識,熟練掌握各種專業技能,職業素質優良,專業技術適用,實踐能力突出,能在數控技術領域面向數控加工、模具設計與制造、CAD/CAM技術等多個不同方向發展,在生產第一線從事數控設備的操作、編程維護以及生產組織和管理等方面工作的高等技術應用型人才。
在學習數控機床前,先積累一些必備的知識,要求較系統地掌握本專業領域的基本理論知識,主要包括機械制圖、工程力學、機械基礎、車工工藝學、工件的裝夾與定位、機械設計理論與制造技術、電工電子技術、計算機應用技術、數控技術、CAD/CAM技術等學科的基礎理論和應用知識。
2.1 要掌握機加工知識。在學習時應初步掌握普通機床的加工工藝,裝夾、定位,加工工序的安排等。這樣對普通的技工學校學生要求就高了很多,要想學好數控機床的加工,在理論和實踐兩方面都要有大量的積累。建議同學先多了解數控機床的信息知識,增加興趣。
2.2 要了解電氣控制技術。數控機床是電氣自動化程度非常高的設備,如進刀量、加工量等全部依靠的是編碼器控制,各種定位等主要依靠光、電、磁等各種傳感器控制。不掌握足夠的電氣控制技術不僅難以正確操作設備,就是一些簡單的故障也難以排除,因此更談不上利用數控機床加工出合格的工件。
2.3 要熟練計算機操作技術。目前,最新的數控機床都是利用微型計算機控制和操作的。其操作系統使用的就是計算機操作系統,不掌握一定的計算機操作技術根本談不上去學習和使用數控機床。因此學習和使用數控機床首先必須具備的條件就是會熟練使用計算機操作系統。
2.4 要會簡單計算機編程。數控機床所加工的工件形狀和工件的加工步驟以及加工順序全部依靠給計算機輸入指令來進行操作的,這些指令就是通過編寫操作程序來完成的。因此學習數控機床首先要熟記各種操作指令,然后根據加工工件的要求和加工的順序將指令編寫成操作程序,這些操作程序就是通過計算機來指揮機床進行機加工作業的。不懂得指令的含義或不會把指令變成程序就無法指揮數控機床進行機加工。
2.5 要能運用計算機辦公技術(CAD/CAM)。數控機床的出現主要是為了適應越來越復雜的加工工件要求的,而目前很多工件用常規的人工設計已無法完成,即使設計出來,它的圖紙也難以識別。如飛機發動機、各種汽輪機等。這些復雜的工件都需要使用計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助加工(CAM)。如果不了解CAD/CAM等常規的知識也無法熟練操作數控機床。
3.數控加工未來前景。
3.1 人才缺乏,人才寶貴(我國材料科學研究領先,但機加工技術落后)。目前,我國制造業已開始廣泛使用先進的數控技術,但掌握數控技術的機電復臺型人才奇缺,其中僅數控機床的操作、編程、維修人員就短缺60多萬人。我國數控技術人才不僅數量上奇缺,數控技術是集機械、電子、信息和管理等學科于一體的新興交叉學科,數控技術的發展對人才的知識、能力、素質結構提出了新的要求,高起點地培養從事數控加工、模具制造、CAD/CAM技術的機電復合型人才,以滿足制造業發展對人才的需求。
3.2 未來普通機床逐步向數控機床發展。未來的機加工技術將越來越向高效、復雜化、高精度方向發展。普通機床已無法完成其加工要求,這樣一來,普通機床將逐步被數控機床所取代。
數控機床與普通機床相比較,有以下優點:
①自動化程度高,具有很高的生產效率,而且可以大大降低工人的勞動強度。
②對加工對象的適應性強,可以適合加工普通機床無法完成的復雜工件。
③加工精度高,質量穩定,不受操作工人的情緒影響,對人員的依賴性小。
④易于建立與計算機間的通信聯絡,容易實現群控。
最經濟的是普通機床可以改裝為數控機床,這樣由普通機床向數控機床發展的步伐又可更快一步。
篇8
這幾年來,機床行業向國民經濟各部門提供了一大批先進適用的數控機床。向航天等國防尖端、造船、大型發電設備制造、冶金設備制造、機車車輛制造等重要用戶提供了一批高質量的數控機床和柔性制造單元。如武漢重型機床廠和北京第二機床廠分別與大連理工大學合作,先后為航天部門提供了大型數字化仿形三軸聯動和四軸聯動控制的數控立車和數控鏜銑床、為打破國外限制,發展國家航天事業作出了貢獻。
研華ARK系列嵌入式工控機在數控機床系統中的應用
項目簡介:采用嵌入工業計算機技術的數控機床具有廣泛的適應性,利用其滿足客戶需求的計算能力以及具有的網絡控制能力,使內嵌嵌入式工控機的機床在加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令;提升加工性能比一般自動機床高,可以精確加工復雜型面,因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件,并能獲得良好的經濟效果隨著數控技術的發展,采用數控系統的機床品種日益增多,有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。
趨勢意義:實現數控機床聯網后,將在數控程序管理和程序傳輸方面有了明顯改善。滿足客戶需要的嵌入式工控機系統ARK系列將為我國制造業作出更大的貢獻!
新型四軸數控車床
項目簡介:根據國內外市場需求而開發的新產品MJ―860DT四軸數控車床。該機是一種采用雙液壓臥式回輪刀架面對面同軸線對置安裝的四軸數控車床,液壓尾座套筒縱向編程移動,有效解決了在車削長套筒類零件并采用內漲式夾具時的快速裝夾效率問題。該機床具有強大的金屬去除能力和高效加工效率,特別適宜長軸類零件和軍工行業大型彈體零件的高效、精密車削。
趨勢意義:以重切削、高剛性、高效率為其顯著特點。該機床的開發成功填補了國內此類數控車床產品的空白。
線路板數控銑床的銑技術
項目簡介:線路板數控銑床的銑技術包括選擇走刀方向、補償方法、定位方法、框架的結構、下刀點。都是保證銑加工精度的重要方面。系統介紹走刀方向、補償方法,定位方法和下刀點,框架及下刀點等。當銑刀切入板材時,有一個被切削面總是迎著銑刀的切削刃,而另一面總是逆著銑刀的切削刃。定位方法可分為兩種;一是內定位,二是外定位。定位對于工藝制定人員也十分重要,一般在線路板前期制作時就應確定定位的方案。內定位是通用的方法。所謂內定位是選擇印制板內的安裝孔,插撥孔或其它非金屬化孔作為定位孔。下刀點和加工順序選擇的好,能使框架保持最大的強度最快的速度。選擇的不好,框架容易變形而使印制板報廢。
趨勢意義:國內先進
機床主軸制動控制方式的改進設計
項目簡介:對機床主軸制動控制方式進行了改進設計,判斷主軸旋轉狀態,不采用延時2.5s,即認定主軸電動機停止旋轉的控制方式,而是實時監控主軸旋轉狀態,當主軸旋轉低于一定轉速時,立即發出主軸停止完了信號。PLC實現主軸能耗制動的控制方法。
趨勢意義:采用改進的控制方式用PLC控制機床主軸的制動,能夠可靠地判別機床主軸的旋轉狀態,避免了機床的誤動作,節約了主軸加工的輔助時間,使機床的保護性能更趨于完善。
數控刨床自動對刀和刀具磨損自動補償方法
項目簡介:研究了結構簡單、操作方便的自動對刀和刀具磨損自動補償裝置。數控刨床自動對刀和刀具磨損自動補償裝置結構非常簡單,由對刀塊、絕緣體和底座三部分組成。整個裝置由底座通過螺釘固定在工作臺上。對刀裝置與工作臺一起通過x向的伺服電機做水平方向的移動,刀具由z向伺服電機控制做上下移動。對刀塊和底座各有一個接線端。該對刀方法具有對刀裝置結構簡單、成本低、操作方便的特點,可以同時解決刀具的自動對刀和刀具磨損的自動補償問題,且對刀和刀具磨損補償的精度高。.
趨勢意義:該對刀方法具有很強的使用性,在刨床數控系統中有較高的推廣應用價值。該對刀方法已在作者研制的刨床數控系統中應用,并取得了很好的使用效果。
全數字總線開放式高檔數控系統
項目簡介:全數字總線開放式高檔數控系統的主要技術指標包括:控制軸數32個;聯動8軸以上,實現5坐標聯動;6個通道;具有16位模擬量伺服接口等15項先進功能。全數字總線開放式高檔數控系統在中國機床產業與數控系統制造技術方面創造了多個第一:數控系統的全集成配套;實際加工工件的總線式數控加工中心;完全自主知識產權和國產化;加工層管理層的網絡化操作;采用最少硬件的開放式高檔數控系統。
趨勢意義:遼寧省科學技術廳和中國機床工具工業協會組織行業專家對上述成果作出鑒定,結論是全數字總線開放式高檔數控系統具有國際先進水平,填補了國內高檔機床數控系統的技術空白。
高速高精度的全功能數控車床QTNl00―Ⅱ
項目簡介:采用先進電主軸技術的QTN 100―Ⅱ,主軸轉速達6000rpm,可適應從低速重載切削到高速高功率的切削;它采用了平滑高增益的伺服控制和高效能的AC伺服電機以實現快速而無震動的加減速,其x軸和z軸的快速移動速度分別達30m/rain和33m/min。該機床配置高速高精度的12位刀塔,高速的刀具交換大幅提高了生產效率,其刀塔單步分度僅需0.18秒。而且,由伺服電機驅動的智能尾架,不但可以方便準確地對位置進行自動控制,還能對尾座的推力進行自動調整。?QTN 100―Ⅱ配備有刀具測量裝置,可通過使用棒料送料器實現成套零件的加工、自動工件收集器等自動化功能選項。此外,機床還配置了MAZAK公司最新的MAZATROL MATRIX數控系統,采用人機對話式的編程方式,具有干涉檢查、智能安全保護、震動抑制和聲音提醒等功能。
趨勢意義:國際先進
大型零件國產數控機床加工生產線開發研究
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采用數字技術進行機械加工,最早是在40年代初,由美國北密支安的一個小型飛機工業承包商派爾遜斯公司(ParsonsCorporation)實現的。他們在制造飛機的框架及直升飛機的轉動機翼時,利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理,并考慮到刀具直徑對加工路線的影響,使得加工精度達到±0.0381mm(±0.0015in),達到了當時的最高水平。
1952年,麻省理工學院在一臺立式銑床上,裝上了一套試驗性的數控系統,成功地實現了同時控制三軸的運動。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數控機床。
這臺機床是一臺試驗性機床,到了1954年11月,在派爾遜斯專利的基礎上,第一臺工業用的數控機床由美國本迪克斯公司(Bendix-Cooperation)正式生產出來。
在此以后,從1960年開始,其他一些工業國家,如德國、日本都陸續開發、生產及使用了數控機床。
數控機床中最初出現并獲得使用的是數控銑床,因為數控機床能夠解決普通機床難于勝任的、需要進行輪廓加工的曲線或曲面零件。
然而,由于當時的數控系統采用的是電子管,體積龐大,功耗高,因此除了在軍事部門使用外,在其他行業沒有得到推廣使用。
到了1960年以后,點位控制的數控機床得到了迅速的發展。因為點位控制的數控系統比起輪廓控制的數控系統要簡單得多。因此,數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發展,據統計資料表明,到1966年實際使用的約6000臺數控機床中,85%是點位控制的機床。
數控機床的發展中,值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數控機床,它能實現工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產品最初是在1959年3月,由美國卡耐·;特雷克公司(Keaney&TreckerCorp.)開發出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具,根據穿孔帶的指令自動選擇刀具,并通過機械手將刀具裝在主軸上,對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現在已經成為數控機床中一種非常重要的品種,不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心,還有用于回轉整體零件加工的車削中心、磨削中心等。
1967年,英國首先把幾臺數控機床連接成具有柔性的加工系統,這就是所謂的柔性制造系統(FlexibleManufacturingSystem——FMS)之后,美、歐、日等也相繼進行開發及應用。1974年以后,隨著微電子技術的迅速發展,微處理器直接用于數控機床,使數控的軟件功能加強,發展成計算機數字控制機床(簡稱為CNC機床),進一步推動了數控機床的普及應用和大力發展。
80年代,國際上出現了1~4臺加工中心或車削中心為主體,再配上工件自動裝卸和監控檢驗裝置的柔性制造單元(FlexibleManufacturingCell——FMC)。這種單元投資少,見效快,既可單獨長時間少人看管運行,也可集成到FMS或更高級的集成制造系統中使用。
目前,FMS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領域擴展,從中小批量加工向大批量加工發展。
所以機床數控技術,被認為是現代機械自動化的基礎技術。
那什么是車床呢?據資料所載,所謂車床,是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件,是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。
古代的車床是靠手拉或腳踏,通過繩索使工件旋轉,并手持刀具而進行切削的。1797年,英國機械發明家莫茲利創制了用絲杠傳動刀架的現代車床,并于1800年采用交換齒輪,可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年,另一位英國人羅伯茨采用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。
為了提高機械化自動化程度,1845年,美國的菲奇發明轉塔車床;1848年,美國又出現回輪車床;1873年,美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床,不久他又制成三軸自動車床;20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車床。
第一次世界大戰后,由于軍火、汽車和其他機械工業的需要,各種高效自動車床和專門化車床迅速發展。為了提高小批量工件的生產率,40年代末,帶液壓仿形裝置的車床得到推廣,與此同時,多刀車床也得到發展。50年代中,發展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數控技術于60年代開始用于車床,70年代后得到迅速發展。
車床依用途和功能區分為多種類型。
普通車床的加工對象廣,主軸轉速和進給量的調整范圍大,能加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車床主要由工人手工操作,生產效率低,適用于單件、小批生產和修配車間。
轉塔車床和回轉車床具有能裝多把刀具的轉塔刀架或回輪刀架,能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序,適用于成批生產。
自動車床能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工,能自動上下料,重復加工一批同樣的工件,適用于大批、大量生產。
多刀半自動車床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的布局形式與普通車床相似,但兩組刀架分別裝在主軸的前后或上下,用于加工盤、環和軸類工件,其生產率比普通車床提高3~5倍。
仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸,自動完成工件的加工循環,適用于形狀較復雜的工件的小批和成批生產,生產率比普通車床高10~15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型
立式車床的主軸垂直于水平面,工件裝夾在水平的回轉工作臺上,刀架在橫粱或立柱上移動。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件,一般分為單柱和雙柱兩大類。
鏟齒車床在車削的同時,刀架周期地作徑向往復運動,用于鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件,由單獨電動機驅動的小砂輪鏟磨齒面。
專門車床是用于加工某類工件的特定表面的車床,如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。聯合車床主要用于車削加工,但附加一些特殊部件和附件后,還可進行鏜、銑、鉆、插、磨等加工,具有“一機多能”的特點,適用于工程車、船舶或移動修理站
看機床的水平主要看金屬切削機床,其他機床技術和復雜性不高,就是近幾年很流行的電加工機床,也只是方法的改變,沒什么復雜性和科技含量。
我國的數控磨床水平不錯,每年都有大量出口,因為它簡單,基本屬于勞動密集型。
金屬加工主要是去除材料,得到想得到的金屬形狀。去除材料,主要靠車和銑,車床發展為數控車床,銑床發展為加工中心。高精度多軸機床,可以讓復雜零件在精度和形狀上一次到位,例如,飛機上的一個復雜零件,以前由很多種工人:車工、銑工、磨床工、畫線工、熱處理工用好幾個月干,其中還有報廢的,最新的復合數控機床幾天甚至幾個小時就全干好了,而且精度比你設計的還高。零件精度高就意味著壽命長,可靠性好。
由普通發展到數控,一個人頂原來的十個,在精度上,更是沒法說,適應性上,零件變了,換個程序就行。把人的因素也降為最低,以前在工廠,誰要時會車渦輪、蝸桿,沒個10年8年的不行,要是誰掌握了,那牛得很。現在用數控設備,只要你會編程,把參數輸進去就可以了,很簡單,剛畢業的技校學生都會,而且批量的產品質量也有保證。
自美國在50年代末搞出世界一臺數控車床后,機床制造業就進入了數控時代,中國在六十年代也搞出了第一代數控機床,但后來中國進入了什么年代,大家都知道。等80年代我們再去看世界的數控機床水平,差距就是20年了,其實奮起直追還有希望,但國營工廠不思進取,到了90年代,我們再去看世界水平,已有30年的差距了。中國改革開放前走的是蘇聯的路子,什么叫蘇聯的路子,舉個例子來講:比如,生產一根軸,蘇聯的方式是建一個專用生產線,用多臺專用機床,好處是批量很容易上去,但一旦這根軸的參數發生了變化,這條線就報廢了,生產人員也就沒事做了。在1960-1980年代,國營工廠一個產品生產幾十年不變樣。到了1980年代后,當時搞商品經濟,這些廠不能迅速適應市場,經營就困難了,到了90年代就大量破產,大量職工下崗。現代的生產也有大批量生產,但主要是單件小批量,不管是那種,只要你的設備是數控的,適應起來就快。專業機床的路子已經到頭了,;西方走的路和前蘇聯不一樣,當年的“東芝”事件,就是日本東芝賣給蘇聯了幾臺五軸聯動的數控銑床,讓蘇聯在潛艇的推進螺旋槳上的制造,上了一個檔次,讓美國的聲納聽不到潛艇聲音了,所以美國要懲處東芝公司。由此也可見,前蘇聯的機床制造業也落后了,他們落后,我們就更不用說了。雖然,美國搞出了世界第一臺數控機床,但數控機床的發展,還是要數德國。德國本來在機械方面就是世界第一,數控機床無非就是搞機電一體化,機械方面德國已沒問題,剩下的就是電子系統方面,德國的電子系統工業本來就強大,所以在上世紀六、七十年代,德國就執機床界的牛耳了。
但日本人的強項就是仿造,從上世紀70年代起,日本大量從德國引進技術,消化后大量仿造,經過努力,日本在90年代起,就超越了德國,成為世界第一大數控機床生產國,直到現在還是。他們在機床制造水平上,有一些也走在了世界前面,如在機床復合(一機多種功能)化方面,是世界第一。數控機床的核心就在數控系統方面,日本目前在系統方面也排世界第一,主要是它的發拿科公司。第一代的系統用步進電機,我們現在也能造,第二代用交流伺服電機。現在的數控系統的核心就是交流伺服電機和系統內的邏輯控制軟件,交流伺服電機我們國家目前還沒有誰能制造,這是一個光學、機械、電子的綜合體。邏輯控制軟件就是控制機床的各軸運動,而這些軸是用伺服電機驅動的,一般的系統能同時控制3軸,高級系統能控制五軸,能控5軸的,五軸以上也沒問題。我們國家也由有5軸系統,但“做秀”的成份多,還沒實用化。我們的工廠用的五軸和五軸以上機床,100%進口。
機床是一個國家制造業水平高低的象征,其核心就是數控系統。我們目前不要說系統,就是國內造的質量稍微好一點的數控機床,所用的高精度滾珠絲杠,軸承都是進口的,主要是買日本的,我們自產的滾珠絲杠、軸承在精度、壽命方面都有問題。目前國內的各大機床廠,數控系統100%外購,各廠家一般都買日本發那科、三菱的系統,占80%以上,也有德國西門子的系統,但比較少。德國西門子系統為什么用的少呢?早期,德國系統不太能適合我們的電網,我們的電網穩定性不夠,西門子系統的電子伺服模塊容易燒壞。日本就不同了,他們的系統就燒不壞。近來西門子系統改進了不少,價格方面還是略高。德國人很不重視中國,所以他們的系統漢語化最近才有,不像日本,老早就有漢語化版的。
就國產高級數控機床而言,其利潤的主體是被外國人拿走了,中國只是掙了一個辛苦錢。
美國為什么沒有能成為數控機床制造大國呢?這個和他們當時制定產業政策的人有關,再加上當時美國的勞動力貴,買比制造劃算。機床屬于投資大,見效慢,回報率底的產業,而且需要技術積累。不太附和美國情況。但后來美國發現,機床屬于戰略物資,沒有它,飛機、大炮、坦克、軍艦的制造都有問題,所以他們重新制定政策,扶植了一些機床廠,規定了一些單位只能買國產設備,就是貴也得買,這就為美國保留了一些數控機床行業。美國機床在世界上沒有什么競爭力。
歐洲的機床,除德國外,瑞士的也很好,要說超高精密機床,瑞士的相當好,但價格也是天價。一般用戶用不起。意大利、英國、法國屬于二流,中國很少買他們的機床。西班牙為了讓中國進口他們的機床,不惜貸款給中國,但買的人也很少??借錢總是要還的。
韓國、臺灣的數控機床制造能力比大陸地區略強,不過水平差不多。他們也是在上世紀90年代引進日本技術發展的。韓國應該好一點,它有自己制造的、已經商業化了的數控系統,但進口到中國的機床,應我們的要求,也換成了日本系統。我們對他們的系統信不過。韓國數控機床主要有兩家:大宇和現代。大宇目前在我國設有合資企業。臺灣機床和我們大體一樣,自己造機械部分,系統采購日本的。但他們的機床質量差,壽命短,目前在大陸影響很壞。其實他們比我們國產的要好一點。但我們自己的差,我們還能容忍,臺灣的機床是用美金買來的,用的不好,那火就大了。臺灣最主要的幾家機床廠已打算把工廠遷往大陸,大部分都在上海。這些廠目前在國內的競爭中,也打著“國產”的旗號。
近來隨著中國的經濟發展,也引起了世界一些主要機床廠商的注意,2000年,日本最大的機床制造商“馬扎克”在中國銀川設立了一家數控機床合資廠,據說制造水平相當高,號稱“智能化、網絡化”工廠,和世界同步。今年日本另外一家大機床廠大隈公司在北京設立了一家能年產1000臺數控機床的控股公司,德國的一家很有名的企業也在上海設立了工廠。
目前,國家制定了一些政策,鼓勵國民使用國產數控機床,各廠家也在努力追趕。國內買機床最多的是軍工企業,一個購買計劃里,80%是進口,國產機床滿足不了需要。今后五年內,這個趨勢不會改變。不過就目前國內的需要來講,我國的數控機床目前能滿足中低檔產品的訂貨。
美、德、日三國是當今世上在數控機床科研、設計、制造和使用上,技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同,各有特點。
1.美國的數控發展史
美國政府重視機床工業,美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發展方向、科研任務,并且提供充足的經費,且網羅世界人才,特別講究“效率”和“創新”,注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新,如1952年研制出世界第一臺數控機床、1958年創制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求,充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線,而且電子、計算機技術在世界上領先,因此其數控機床的主機設計、制造及數控系統基礎扎實,且一貫重視科研和創新,故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數控機床,其存在的教訓是,偏重於基礎科研,忽視應用技術,且在上世紀80代政府一度放松了引導,致使數控機床產量增加緩慢,于1982年被后進的日本超過,并大量進口。從90年代起,糾正過去偏向,數控機床技術上轉向實用,產量又逐漸上升。
2.德國的數控發展史
德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位,在多方面大力扶植。,於1956年研制出第一臺數控機床后,德國特別注重科學試驗,理論與實際相結合,基礎科研與應用技術科研并重。企業與大學科研部門緊密合作,對數控機床的共性和特性問題進行深入的研究,在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進實用,其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件,在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數控系統,均為世界聞名,競相采用。
3.日本的數控發展史
日本政府對機床工業之發展異常重視,通過規劃、法規(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導發展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國,在質量管理及數控機床技術上學習美國,甚至青出于藍而勝于藍。自1958年研制出第一臺數控機床后,1978年產量(7,342臺)超過美國(5,688臺),至今產量、出口量一直居世界首位(2001年產量46,604臺,出口27,409臺,占59%)。戰略上先仿后創,先生產量大而廣的中檔數控機床,大量出口,占去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研,向高性能數控機床發展。日本FANUC公司戰略正確,仿創結合,針對性地發展市場所需各種低中高檔數控系統,在技術上領先,在產量上居世界第一。該公司現有職工3,674人,科研人員超過600人,月產能力7,000套,銷售額在世界市場上占50%,在國內約占70%,對加速日本和世界數控機床的發展起了重大促進作用。
4.我國的現狀
我國數控技術的發展起步于二十世紀五十年代,中國于1958年研制出第一臺數控機床,發展過程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段,從1979年至今為第二階段。第一階段中對數控機床特點、發展條件缺乏認識,在人員素質差、基礎薄弱、配套件不過關的情況下,一哄而上又一哄而下,曾三起三落、終因表現欠佳,無法用于生產而停頓。主要存在的問題是盲目性大,缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數控系統技術,從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國(地區)引進數控機床先進技術和合作、合資生產,解決了可靠性、穩定性問題,數控機床開始正式生產和使用,并逐步向前發展。通過“六五”期間引進數控技術,“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”,我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年,我國數控產業發展迅速,1998~2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此,進口機床的發展勢頭依然強勁,從2002年開始,中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國,2004年中國機床主機消費高達94.6億美元,國內數控機床制造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯,70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力,究其原因主要在于國產數控機床的研究開發深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢,充分認識國產數控機床的不足,努力發展先進技術,加大技術創新與培訓服務力度,以縮短與發達國家之問的差距。
在20余年間,數控機床的設計和制造技術有較大提高,主要表現在三大方面:培訓一批設計、制造、使用和維護的人才;通過合作生產先進數控機床,使設計、制造、使用水平大大提高,縮小了與世界先進技術的差距;通過利用國外先進元部件、數控系統配套,開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯動加工的數控機床,供應國內市場的需求,但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數控系統依靠國外技術支撐,不能獨立發展,基本上處于從仿制走向自行開發階段,與日本數控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括:缺乏象日本“機電法”、“機信法”那樣的指引;嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術工人;缺少深入系統的科研工作;元部件和數控系統不配套;企業和專業間缺乏合作,基本上孤軍作戰,雖然廠多人眾,但形成不了合力。我國數控技術的發展起步于二十世紀五十年代,通過“六五”期間引進數控技術,“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”,我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年,我國數控產業發展迅速,1998~2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此,進口機床的發展勢頭依然強勁,從2002年開始,中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國,2004年中國機床主機消費高達94.6億美元,國內數控機床制造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯,70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力,究其原因主要在于國產數控機床的研究開發深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢,充分認識國產數控機床的不足,努力發展先進技術,加大技術創新與培訓服務力度,以縮短與發達國家之問的差距。
2003年開始,中國就成了全球最大的機床消費國,也是世界上最大的數控機床進口國。目前正在提高機械加工設備的數控化率,1999年,我們國家機械加工設備數控華率是5-8%,目前預計是15-20%之間。一、什么是數控機床車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機械加工方法,所謂機械加工,就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀,包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設備都稱為機床,數控機床就是在普通機床上發展過來的,數控的意思就是數字控制。給機床裝上數控系統后,機床就成了數控機床。當然,普通機床發展到數控機床不只是加裝系統這么簡單,例如:從銑床發展到加工中心,機床結構發生變化,最主要的是加了刀庫,大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數控設備,主要是指數控車床和加工中心。我國目前各種門類的數控機床都能生產,水平參差不齊,有的是世界水平,有的比國外落后10-15年,但如果國家支持,追趕起來也不是什么問題,例如:去年,沈陽機床集團收購了德國西思機床公司,意義很大,如果大力消化技術,可以縮短不少差距。大連機床公司也從德國引進了不少先進技術。上海一家企業購買日本著名的機床制造商池貝。,近幾年隨著中國制造的崛起,歐洲不少企業倒閉或者被兼并,如馬毫、斯濱納等。日本經濟不景氣,有不少在80年代很出名的機床制造商倒閉,例如:新瀉鐵工所。二、數控設備的發展方向六個方面:智能化、網絡化、高速、高精度、符合、環保。目前德國和瑞士的機床精度最高,綜合起來,德國的水平最高,日本的產值最大。美國的機床業一般。中國大陸、韓國。臺灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言,我們應該能進世界前4名。三、數控系統 由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、傳感器構成。目前世界最大的三家廠商是:日本發那客、德國西門子、日本三菱;其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內由華中數控、航天數控等。國內的數控系統剛剛開始產業化、水平質量一般。高檔次的系統全都是進口。華中數控這幾年發展迅速,軟件水平相當不錯,但差就差在電器硬件上,故障率比較高。華中數控也有意向數控機床業進軍,但機床的硬件方面不行,質量精度一般。目前國內一些大廠還沒有采用華中數控的。廣州機床廠的簡易數控系統也不錯。我們國家機床業最薄弱的環節在數控系統。
四、機床精度1、機械加工機床精度分靜精度、加工精度(包括尺寸精度和幾何精度)、定位精度、重復定位精度等5種。2、機床精度體系:目前我們國家內承認的大致是四種體系:德國VDI標準、日本JIS標準、國際標準ISO標準、國標GB,國標和國際標準差不多。3、看一臺機床水平的高低,要看它的重復定位精度,一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005mm(ISO標準.、統計法),就是一臺高精度機床,在0.005mm(ISO標準.、統計法)以下,就是超高精度機床,高精度的機床,要有最好的軸承、絲杠。;4、加工出高精度零件,不只要求機床精度高,還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。五、目前世界著名機床廠商在我國的投資情況1、2000年,世界最大的專業機床制造商馬扎克(MAZAK)在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機床公司”的機床公司,生產數控車床、立式加工中心和車銑復合中心。機床質量不錯,目前效益良好,年產600臺,目前正在建2期工程,建成后可以年產1200臺。2、2003年,德國著名的機床制造商德馬吉在上海投資建廠,目前年組裝生產數控車床和立式加工中心120臺左右。3、2002年,日本著名的機床生產商大隈公司和北京第一機床廠合資建廠,年生產能力為1000臺,生產數控車床、立式加工中心、臥式加工中心。4、韓國大宇在山東青島投資建廠,目前生產能力不知。5、臺灣省的著名機床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠,年生產能力800臺。5、民營企業進入機床行業情況1、浙江日發公司,2000年投產,生產數控車床、加工中心。年生產能力300臺。2.2004年,浙江寧波著名的鑄塑機廠商海天公司投資生產機床,主要是從日本引進技術,目前剛開始,起點比較高。3.2002年,西安北村投產,名字象日本的,其實老板是中國人,采用日本技術。生產小型儀表數控車床,水平相當不錯。六、軍工企業技改情況軍工企業得到國家撥款開始于當年“大使館被炸”,后來臺灣上臺后,大規模技改開始了,軍工企業進入新一輪的技改高峰,我們很多軍工企業開始停止購買普通設備。尤其是近3年來,我們的軍工企業從歐洲和日本買了大批量的先進數控機床。也從國內機床廠哪里采購了大批普通數控機床,國內機床廠商為了迎接這次大技改,也引進了不少先進技術,爭取軍工企業的高端訂單。聽在軍工企業的朋友講,如果再能“頂”三年,我們的整體水平會上一個臺階。 其實,總書記掌權以來,已經把國防事業提到了和經濟發展一樣的高度上,他說,我們要建立和經濟發展相適應的國防能力,相信再過10年,隨著我國國防工業和汽車行業的發展,我們國家會誕生世界水平的機床制造商,也將會超越日本,成為世界第一機床生產大國。
參考文獻:
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篇10
【關鍵詞】數控加工;加工精度;影響因素
隨著現代制造業的快速發展,對機械產品的精度要求越來越高。數控機床的出現大大增強了機械制造的能力,為經濟和社會進步做出了重大貢獻。數控機床搭配了可程序化控制的自動控制系統,在驅動方式和加工結構等功能方面都有較大幅度的改變,能夠更加精準、快速地完成更為復雜、精密的零件加工。數控機床在加工的過程中能夠更大程度上保證產品輸出質量,并提高加工速度,整體上提高了機械制造的能力和生產效率。數控機床雖然有著諸多優點,但在加工過程中也會受到一些因素干擾,進而對產品質量產生影響。
1、數控機床的工作原理
數控機床在很大程度上提高了機床加工的精度和效率,同時裝有可編程控制的自動化系統和多工位刀塔,能夠進行多種復雜、精密的零件加工,具有實用性強、加工精度高、自動化程度高等特點,數控機床的工作原理如圖1所示。
數控機床在工作時,主要是按照相應的順序對待加工工件進行處理,結合參數和數控要求的數控語言,對加工程序進行編制,之后輸入,計算機數字化控制)裝置中,對加工程序進行進一步的處理和完善,之后向系統發出命令,由系統驅動機床部件推動刀具運動,從而實現對于零件的加工。
2、數控機床加工精度的影響因素
由數控機床的組成可以知道,通常情況下影響數控加工精度的主要因素包括兩部分,一是機床本身所具有的機械精度,一是機床所配備的伺服控制系統的驅動精度。綜合實踐來分析,在眾多影響數控加工精度的因素中:機床本身制造誤差大約占到1/2,設備加工過程中誤差所占比例約為1/3,檢測誤差所占比例約為1/6。
2.1伺服系統驅動因素
通過對數控機床的原理分析可知,伺服系統是數控機床的中樞控制部分,主要是通過將驅動機床的部件轉化為零件進行加工。伺服系統的功能實現又是通過電機驅動絲杠完成的,絲杠的傳動精度就成為伺服系統的控制精度。數控加工設備通常采用半閉環控制伺服進給系統控制,在產品加工過程中,絲杠收到伺服系統信號需要反向運轉時會有短暫的空轉狀態,這一空轉現象會引起反向間隙誤差,進而影響數控加工精度。此外數控設備在傳動過程中容易受到外界振動和載荷的影響,繼而出現彈性形變,引發彈性間隙誤差。
2.2刀具參數變化因素
數控機床的加工過程靠的是刀具在程序控制下完成對產品的切削、銑磨等,以最終完成對產品的加工過程。在車刀切削的過程中,車刀存在主偏角和刀尖圓弧半徑,在切削棒料零件時,車刀的軸線會產生細微的偏差,如果不對偏差加以考慮,當主偏角不斷減小時偏差會不斷增大。因此,在數控設備加工過程中刀具的參數對于加工精度也有著一定的影響,需要在程序編程的過程中按照產品的特征,將刀具軸線所產生的偏差加以分析,對刀具產生的位移長度進行修正。此外,在數控機床運轉時,車刀的刀尖圓弧半徑、主偏角、刀尖與零件中心的高度偏差等都可能影響數控機床的加工精度,需要在編程時進行考慮和分析。
3、提高數控加工精度的措施
3.1伺服系統誤差及抑制
數控加工過程中伺服系統的精確度對加工質量的影響是直接的,對于伺服系統方面引起的誤差必須高度重視。為了更好地抑制伺服系統誤差,應從機床的設計階段就采取相應的措施,如采用動態性能優越的驅動裝置,增強伺服裝置的抗壓、抗載能力等。當數控設備的伺服裝置選定后,還應該在系統參數設置方面進行優化,可以選擇盡可能高的位置環增益,以保證各進給軸的位置開環增益相等。伺服系統對直線、圓弧加工的影響及抑制方法:①速度誤差不影響單軸直線加工時停止位置的準確性,只是在時間上實際位置達到指令位置有些滯后,但不影響精度。②當各進給軸位置開環增益不相等時,以45°時加工誤差最大。③加工圓弧時,為抑制伺服系統引起的輪廓加工誤差,首先應設置各進給軸位置開環增益相等,且盡可能大。
3.2提高床身導軌的幾何精度
現代科技在機械制造行業的廣泛應用,數控加工設備也逐漸呈現出高速、高效、高精度的趨勢。數控加工技術發展的同時也對數控設備的結構提出了相應的要求,比如數控機床底座鑄件的重量及承重、承壓要求,數控導軌的精度、抗壓、防震設計等。一般來說,全功能數控車床為了保證各方面功能實現,會使用斜床造型來簡化鑄件整體結構,降低機床自身重量。基于力學角度考慮,采用斜床后的機床多采用封閉式筒形結構,如此會大大提升機床整體的抗扭與抗彎強度,以確保設備在復雜的工況作業下,能夠始終維持良好的穩定性。再者,從刀位的的移動速度來看,隨著速度的加快要求導軌具備更好的抗負荷能力;為了保證數控車床在高負荷切削的條件下擁有良好的精度保持性和較高的剛性,可以采用鑲鋼滑動導軌副結構,以確保導軌獲得最佳的幾何精度。
4、結束語
數控機床的加工精度是保證產品質量的前提條件,如何進一步確保數控加工精度已經成為機械制造業重點關注的課題。隨著我國機械制造業的飛速發展,數控加工設備作為其中重要的生產設備,在制造業中占有重要的地位。數控加工過程中,影響其加工精度的因素眾多,需要針對不同原因引起的加工誤差采取對應的措施,以最大程度的保證數控加工質量。
參考文獻
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