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2017年5月19日

 數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展趨勢分析  - 加工中心

精工機床行業(yè)發(fā)展趨勢分析近20年來，隨著科學技術的發(fā)展，先進制造技術的興起和不斷成熟，對精工技術提出了更高的要求。那么精工機床行業(yè)發(fā)展趨勢如何呢？以下是2015年我國精工機床行業(yè)發(fā)展趨勢分析：向高速度、高精度方向發(fā)展速度和精度是精工機床的兩個重要指標，直接關系到產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次、產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和在市場上的競爭能力。在加工精度方面，近10年來，普通級精工機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3~5μm提高到1~1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級（0.001μm）。加工精度的提高不僅在于采用了滾珠絲杠副、靜壓導軌、直線滾動導軌、磁浮導軌等部件，提高了CNC系統(tǒng)的控制精度，應用了高分辨率位置檢測裝置，而且也在于使用了各種誤差補償技術，如絲杠螺距誤差補償、刀具誤差補償、熱變形誤差補償、空間誤差綜合補償?shù)取? 在加工速度方面，高速加工源于20世紀90年代初，以電主軸和直線電機的應用為特征，使主軸轉(zhuǎn)速大大提高，進給速度達60m／min以上，進給加速度和減速度達到1~2g以上，主軸轉(zhuǎn)速達100000r/min以上。高速進給要求精工系統(tǒng)的運算速度快、采樣周期短，還要求精工系統(tǒng)具有足夠的超前路徑加（減）速優(yōu)化預處理能力（前瞻處理），有些系統(tǒng)可提前處理5000個程序段。為保證加工速度，高檔精工系統(tǒng)可在每秒內(nèi)進行2000~10000次進給速度的改變。向柔性化、功能集成化方向發(fā)展精工機床在提高單機柔性化的同時，朝單元柔性化和系統(tǒng)化方向發(fā)展，如出現(xiàn)了精工多軸加工中心、換刀換箱式加工中心等具有柔性的高效加工設備；出現(xiàn)了由多臺精工機床組成底層加工設備的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，F(xiàn)MC）、柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）、柔性加工線（FlexibleManufacturingLine，F(xiàn)ML）。在現(xiàn)代精工機床上，自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置等已成為基本裝置。隨著精工機床向柔性化方向的發(fā)展，功能集成化更多地體現(xiàn)在：工件自動裝卸，工件自動定位，刀具自動對刀，工件自動測量與補償，集鉆、車、鏜、銑、磨為一體的“萬能加工”和集裝卸、加工、測量為一體的“完整加工”等。向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機領域不斷滲透和發(fā)展，精工系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。在新一代的精工系統(tǒng)中，由于采用“進化計算”（EvolutionaryComputation）、“模糊系統(tǒng)”（FuzzySystem）和“神經(jīng)網(wǎng)絡”（NeuralNetwork）等控制機理，性能大大提高，具有加工過程的自適應控制、負載自動識別、工藝參數(shù)自生成、運動參數(shù)動態(tài)補償、智能診斷、智能監(jiān)控等功能。引進自適應控制技術由于在實際加工過程中，影響加工精度因素較多，如工件余量不均勻、材料硬度不均勻、刀具磨損、工件變形、機床熱變形等。這些因素事先難以預知，以致在實際加工中，很難用最佳參數(shù)進行切削。引進自適應控制技術的目的是使加工系統(tǒng)能根據(jù)切削條件的變化自動調(diào)節(jié)切削用量等參數(shù)，使加工過程保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產(chǎn)效率。故障自診斷、自修復功能在系統(tǒng)整個工作狀態(tài)中，利用精工系統(tǒng)內(nèi)裝程序隨時對精工系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設備進行自診斷、自檢查。一旦出現(xiàn)故障，立即采用停機等措施，并進行故障報警，提示發(fā)生故障的部位和原因等，并利用“冗余”技術，自動使故障模塊脫機，接通備用模塊。刀具壽命自動檢測和自動換刀功能利用紅外、聲發(fā)射、激光等檢測手段，對刀具和工件進行檢測。發(fā)現(xiàn)工件超差、刀具磨損和破損等，及時進行報警、自動補償或更換刀具，確保產(chǎn)品質(zhì)量。模式識別技術應用圖像識別和聲控技術，使機床自己辨識圖樣，按照自然語言命令進行加工。智能化交流伺服驅(qū)動技術目前已研究能自動識別負載并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能化主軸交流驅(qū)動裝置和進給伺服驅(qū)動裝置，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。向高可靠性方向發(fā)展精工機床的可靠性一直是用戶最關心的主要指標，它主要取決于精工系統(tǒng)各伺服驅(qū)動單元的可靠性。為提高可靠性，目前主要采取以下措施：采用更高集成度的電路芯片，采用大規(guī)模或超大規(guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時通過硬件結構的模塊化、標準化、通用化及系列化，提高硬件的生產(chǎn)批量和質(zhì)量。增強故障自診斷、自恢復和保護功能，對系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷、報警。當發(fā)生加工超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進行相應的保護。向網(wǎng)絡化方向發(fā)展精工機床的網(wǎng)絡化將極大地滿足柔性生產(chǎn)線、柔性制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式，如敏捷制造（AgileManufacturing，AM）、虛擬企業(yè)（VirtualEnterprise，VE）、全球制造（GlobalManufacturing，GM）的基礎單元。目前先進的精工系統(tǒng)為用戶提供了強大的聯(lián)網(wǎng)能力，除了具有RS232C接口外，還帶有遠程緩沖功能的DNC接口，可以實現(xiàn)多臺精工機床間的數(shù)據(jù)通信和直接對多臺精工機床進行控制。有的已配備與工業(yè)局域網(wǎng)通信的功能以及網(wǎng)絡接口，促進了系統(tǒng)集成化和信息綜合化，使遠程在線編程、遠程仿真、遠程操作、遠程監(jiān)控及遠程故障診斷成為可能。向標準化方向發(fā)展精工標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。精工技術誕生后的50多年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G、M代碼對加工過程進行描述，顯然，這種面向過程的描述方法已越來越不能滿足現(xiàn)代精工技術高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP－NC），其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領域產(chǎn)品信息的標準化。向驅(qū)動并聯(lián)化方向發(fā)展并聯(lián)機床（又稱虛擬軸機床）是20世紀最具革命性的機床運動結構的突破，引起了普遍關注。并聯(lián)機床由基座、平臺、多根可伸縮桿件組成，每根桿件的兩端通過球面支承分別將運動平臺與基座相連，并由伺服電機和滾珠絲杠按精工指令實現(xiàn)伸縮運動，使運動平臺帶動主軸部件或工作臺部件作任意軌跡的運動。并聯(lián)機床結構簡單但數(shù)學復雜，整個平臺的運動牽涉到相當龐大的數(shù)學運算，因此并聯(lián)機床是一種知識密集型機構。并聯(lián)機床與傳統(tǒng)串聯(lián)式機床相比具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度、重量輕、機械結構簡單、制造成本低、標準化程度高等優(yōu)點，在許多領域都得到了成功的應用。