機床信息,中國減變速機協會

高性能數控加工中心 1 引言數控機床是現代制造業(yè)的關鍵設備，一個國家數控機床的產量和技術水平在某種程度上就代表這個國家的制造業(yè)水平和競爭力。我國數控機床的技術水平、性能和質量與國外產品比較還有很大差距。高性能加工中心和功能部件大多數依靠進口。加工中心是數控技術的集中體現，市場活躍、需求旺盛，成為當前和未來數控機床市場爭奪的前沿。如果我們研究國外高性能加工中心的發(fā)展趨勢，提高自主開發(fā)能力，積極培育新產品，我國的機床工業(yè)將失去核心競爭力。 2 高性能加工中心的特點高性能加工中心意味什么？它有哪些主要特征？我認為，應首先滿足用戶以下要求：（1）精度和可靠性高機床的性能是穩(wěn)定的，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務、并能夠“保證”零件的加工質量，而不是領先加工后的檢驗工序。（2）工序集約、復合加工在一臺機床上盡可能加工完畢一個零件的所有工序，同時又保持機床的通用性，能夠迅速適應加工對象的改變。（3）信息化和智能化加工中心不僅提供“體力”，也有“頭腦”，能夠獨立自主地管理自己，并與企業(yè)的管理系統和人通信，從而使企業(yè)管理人員和操作者、供應站和用戶能夠隨時知道機床的狀態(tài)和加工能力。（4）高性能不僅是某幾項技術指標高，還要體現在機床的生產效率高、運行成本低，環(huán)境污染少，人機界友好。為了達到上述要求，新一代加工中心必須具有以下特征：（1）機床不僅具有很高的幾何精度，符合出廠檢驗標準（相當ISO230-1），還必須具有很高的運動軌跡精度（ISO-3，以及新的ISO-7）和動態(tài)性能。（2）機床的加工精度，以及其可重復性和可依賴度高，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。（3）機床具有自優(yōu)化、自監(jiān)控、自診斷和預維護功能。機床的加工過程是在一系列傳感器的監(jiān)視下進行的。 3 復合加工高性能加工中心除具有高速和高精度的特征外，另一發(fā)展趨勢是工序集約化，即在一臺機床上能加工完成一個零件的所有工序。近年來，車釬復合加工有很大的進展。例如，Index公司的最新推出的模塊化車銑復合加工中心就能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等許多工序，根據用戶需要構建成為完整加工機床，如圖1所示。從圖中可見，這種以車削加工中心為基礎復合加工機床，借助不同結構的刀具轉塔和銑削頭可以進行車削、銑削等加工工序。在車削工作時，有兩個12把刀具的刀架可以完成各種復雜的車削工序。在銑削工作時，刀架轉過90度，兩個由電主軸驅動的銑頭可在不同方向進行銑削加工從而完成一個零件全部加工工序，實現了完整加工。當加工需要磨削零件時，也可以換上磨頭進行磨削。工序集約化不僅提高了工藝的有效性，由于零件在整個加工過程中只有一次裝夾，加工的精度更容易獲得保證。復合加工大大縮短了生產過程鏈，而且由于把加工任務只交給一個工作崗位，不僅使生產管理和計劃高度簡化，而且無需復雜的計劃系統就能夠迅速解決所發(fā)生的事情并使之優(yōu)化。由于過程鏈的縮短和設備數量的減少，簡化了物料流和工夾具管理，縮短了生產周期，占地面積和維護費用也隨之減少，從而降低了生產成本。 4 自主管理高性能加工中心不單純是加工設備，往往還是企業(yè)的生產組織單元，網絡中的一個節(jié)點。因為一臺機床替代了若干臺機床，是一個自動化的工段。例如，日本Mazak是公司生產的e410H型車銑復合加工機床，不僅實現加工過程和刀具交換的自動化，能夠進行零件的完整加工，還配備了計算機、手機、數碼相機，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信功能。因此，它不僅能與MES、SCM和CRM聯網，及時反映工作地狀態(tài)、加工進度、特料和刀具需求，還可以通過手機查詢定單完成情況，發(fā)生故障時及時報警。近年來隨著移動通信的普及，這個領域有很大進展和廣闊的前景。 5 新的運動學原理德國Chiron公司最新推的Vision型高速加工中心是一臺具有創(chuàng)意的產品。該機床的外觀和機床內部結構。從圖中可見，主軸部件彩框架式以型結構和入式并聯運動機構，其原理是兩個桿件和鉸鏈將主軸部件與機床框架連接，在直線電動機的驅動下，桿件前后伸縮，完成主軸部件睥X和Y坐標的運動，提高了機床的動態(tài)性能。主軸的Z坐標的運動由傳統的伺服電動機和滾珠絲桿驅動。機床的前方還配置有兩坐標數控回轉工作臺，可實現五坐標數控加工。 6 新一代數控系統為了使數控機床成為企業(yè)網絡的一個節(jié)點，數控系統必須是開放的，具有下表所列的特征。開放式數控系統是大勢所趨。Andron公司的最新產品Andronic 2060數控系統是新一代基于微機的、在Windows平臺上的開放式系統，其內硬件結構。它采用由兩臺計算機和兩個Intel處理器，通過PCI-PCI橋進行相互通信一個處理器承擔數控運算（NC計算機），另一個人機界面計算機。NC計算機中插有NC CPU卡、NC機床卡。NC機床卡與數控驅動裝置連接，并且通過2塊帶PCI橋的總線卡與人機界面計算機通信。人機界面計算機地內部總線卡與數控系統操作面板和外部接口連接。人機界面計算機的CPU卡控制觸模式LCD顯示屏以及計算機外設和網絡通信。 7 聰明加工系統機床在加工過程中不可避免會產生各種誤差，需要彩現代監(jiān)控和補償技術，以進一步提高機床的性能和通信能力。 2005年，在增強美國制造業(yè)競爭能力的知道思想下，國家標準與技術研究所（www.nist.gov）提出“聰明加工系統”（Smart Machining System）的研究計劃。聰明加工系統的實質是制造系統的智能化和網絡化，其主要特征是：（1）性能超群，知道本系統的加工能力和狀態(tài)并能夠上層進行通信（獲得優(yōu)勝獎章）。（2）能夠自行度量加工（輸出）的質量，能夠監(jiān)控和自主優(yōu)化加工過程（自診斷）。（3）智能化和人性化，能夠不斷持續(xù)學習和提高自己的能力，具有知識獲取、重用和管理的功能。聰明加工系統的5大目標是：（1）系統動態(tài)優(yōu)化。將相關工藝過程和設備知識加以集成后進行建模，進行系統的動態(tài)性能優(yōu)化。（2）開發(fā)特征化的測量方法、模型和標準，并在運行狀態(tài)下對機床性能進行測量和通信。（3）采用下一代數控系統。與STEP-NC兼容的接口和數據格式，使基于模型的控制能夠無縫運行。（4）狀態(tài)監(jiān)控和可靠性，開發(fā)測量、傳感和分析方法。在加工過程中直接測量刀具磨損和工件精度的方法。 8 結束語復合加工方法的出現，使數控機床不僅是高效加工設備，而且是企業(yè)組織中的自主管理生產單元。開放式數控系統是將數控機床納入企業(yè)網絡的先決條件。SETP-NC使制造和監(jiān)控成為可能。發(fā)展高性能加工中心的最終目標是大幅度提高生產率。


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