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关于数控机床的现状及发展

时间:2018-02-07 作者:admin 点击:249

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*、高品质、低成本生产有广泛的适用性。20 世纪90 年代以来,欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床,加快机床高速化发展步伐。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。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具,大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统(含监控系统)和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决,为开发应用新一代高速数控机床提供了技术基础。目前,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。
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。这些机床一般都采用矢量控制的变频驱动电主轴(电机与主轴一体化),主轴径向跳动小于2 m,轴向窜动小于1 m,轴系不平衡度达到G0.4 级。高速高精加工机床的进给驱动,主要有#quot;回转伺服电机加精密高速滚珠丝杠#quot;和#quot;直线电机直接驱动#quot;两种类型。此外,新兴的并联机床也易于实现高速进给。滚珠丝杠由于工艺成熟,应用广泛,不仅精度能达到较高(ISO34081 级),而且实现高速化的成本也相对较低,所以迄今仍为许多高速加工机床所采用。当前使用滚珠丝杠驱动的高速加工机床*大移动速度90m/min,加速度1.5g。滚珠丝杠属机械传动,在传动过程中不可避免存在弹性变形、摩擦和反向间隙,相应地造成运动滞后和其它非线性误差,为了排除这些误差对加工精度的影响,1993 年开始在机床上应用直线电机直接驱动,由于是没有中间环节的#quot;零传动#quot;,不仅运动惯量小、系统刚度大、响应快,可以达到很高的速度和加速度,而且其行程长度理论上不受限制,定位精度在高精度位置反馈系统的作用下也易达到较高水平,是高速高精加工机床特别是中、大型机床较理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工机床*大快移速度已达208 m/min,加速度2g,并且还有发展余地。
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。对于每天工作两班的无人工厂而言,如果要求在16 小时内连续正常工作,无故障率在P(t)= 99%以上,则数控机床的平均无故障运行时间MTBF 就必须大于3000 小时。我们只对一台数控机床而言,如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF 就要大于33333.3 小时,而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF 就必须大于10 万小时。当前国外数控装置的MTBF 值已达6000 小时以上,驱动装置达30000 小时以上,但是,可以看到距理想的目标还有差距。
制定合理的机床设备大修方案是修理准备工作中的基础。必须在修理方案中,明确规定修理项目及内容。根据加工工艺要求,确定全面大修或采用项修、局部改装、数控化改装等具体项目。在具体修复一台卧式车床时,应根据企业的产品工件工艺特点,对机床的使用要求进行具体分析。不能单纯考虑修复精度越高越好、功能项目越全越好,而应考虑综合性的技术经济指标,使修复后的机床性能和加工精度满足工艺要求。