机床技术十四大发展趋势
- g% u" q. D, P9 V6 s1、机床的高速化' u0 @2 E: |# `6 U+ @4 m5 R4 R& l. m
1 {" D+ I7 s# N" A9 }8 s5 m' D
随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。机床的高速化需要新的数控系统、高速电主轴和高速伺服进给驱动，以及机床结构的优化和轻量化。高速加工不仅是设备本身，而是机床、刀具、刀柄、夹具和数控编程技术，以及人员素质的集成。高速化的最终目的是高效化，机床仅是实现高效的关键之一，绝非全部，生产效率和效益在“刀尖”上。
' z0 l1 }4 o# h% b. o: [4 g8 O: g# u. J7 R5 G
2、机床的精密化+ N$ P0 W0 w% O0 L, T8 D0 w
7 J& I. i6 q2 @# @( C2 N7 l按照加工精度，机床可分为普通机床、精密机床和超精机床，加工精度大约每8年提高一倍。数控机床的定位精度即将告别微米时代而进入亚微米时代，超精密数控机床正在向纳米进军。在未来10年，精密化与高速化、智能化和微型化汇合而成新一代机床。机床的精密化不仅是汽车、电子、医疗器械等工业的迫切需求，还直接关系到航空航天、导弹卫星、新型武器等国防工业的现代化。
9 {# C% p! V# d; f/ ^' ~: |* e; {
3、从工序复合到完整加工
& Q' ?+ F- T& d2 j c8 t1 t
1 c+ X" Z2 r/ e* O3 R4 v# p70年代出现的加工中心开多工序集成之先河，现已发展到完整加工，即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。完整加工通过工艺过程集成，一次装卡就把一个零件加工过程全部完成。由于减少装卡次数，提高了加工精度，易于保证过程的高可靠性和实现零缺陷生产。此外，完整加工缩短了加工过程链和辅助时间，减少了机床台数，简化了物料流，提高了生产设备的柔性，生产总占地面积小，使投资更加有效。% Y1 P" r3 ^% O% _
4、机床的信息化
7 J0 {4 J8 @4 A& `) ]
F# J3 F6 w. p机床信息化的典型案例是Mazak410H，该机床配备有信息塔，实现了工作地的自主管理。信息塔具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，下载工作指令和加工程序。工件试切时，可在屏幕上观察加工过程。信息塔实时反映机床工作状态和加工进度，并可以通过手机查询。信息塔同时进行工作地数据统计分析和刀具寿命管理，以及故障报警显示、在线帮助排除。机床操作权限需经指纹确认。( F% e$ z% U& A) n
5、机床的智能化-测量、监控和补偿
3 m; V/ v4 F' h6 ?机床智能化包括在线测量、监控和补偿。数控机床的位置检测及其闭环控制就是简单的应用案例。为了进一步提高加工精度，机床的圆周运动精度和刀头点的空间位置，可以通过球杆仪和激光测量后，输入数控系统加以补偿。未来的数控机床将会配备各种微型传感器，以监控切削力、振动、热变形等所产生的误差，并自动加以补偿或调整机床工作状态，以提高机床的工作精度和稳定性。}# D) Y- M2 ]! {
6、机床的微型化) ~7 S0 d1 ^( ]
+ {% d% \" \- W; t: f n随着纳米技术和微机电系统的迅速进展，开发加工微型零件的机床已经提到日程上来了。微型机床同时具有高速和精密的特点，最小的微型机床可以放在掌心之中，一个微型工厂可以放在手提箱中。操作者通过手柄和监视屏幕控制整个工厂的运作。& A" M7 D% u s$ T5 F3 a
/ B) x! D) {: |7 P0 F4 m u
7、新的并联机构原理
5 \( K$ V- q/ V4 [. V4 p; ]8 l; c" b1 a
传统机床是按笛卡尔坐标将沿3个坐标轴线的移动X、Y、Z和绕3个坐标轴线转动A、B、C依次串联叠加，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床是采用各种类型的杆机构在空间移转主轴部件，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床具有结构简单紧凑、刚度高、动态性能好等一系列优点，应用前景广阔。
6 f- J. L5 o+ h/ c' q. b: H( l0 N' f2 W
8、新的工艺过程: f3 E) G2 z/ d, E9 l- _! D
( V- x: W! q) n- b2 ~除了金属切削和锻压成形外，新的加工工艺方法和过程层出不穷，机床的概念正在变化。激光加工领域日益扩大，除激光切割、激光焊接外，激光孔加工、激光三维加工、激光热处理、激光直接金属制造等应用日益广泛。电加工、超声波加工、叠层铣削、快速成型技术、三维打印技术各显神通。; D7 z) |+ b M% v* X. _4 g
- q! l5 Q2 y+ K( `
9、新结构和新材料2 Q# E" b/ I* f, ]
6 M g2 M2 i0 S8 x4 F: l5 A
机床高速化和精密化要求机床的结构简化和轻量化，以减少机床部件运动惯量对加工精度的负面影响，大幅度提高机床的动态性能。例如，借助有限元分析对机床构件进行拓扑优化，设计箱中箱结构，以及采用空心焊接结构或铅合金材料已经开始从实验室走向实用。1 e$ H. \4 Y$ q8 O" o/ ^1 D
! X, p6 k' ?& e/ x4 _
10、新的设计方法和手段. @/ E! |4 \. Q. J0 e# m% i
* ~5 {- @3 w1 \8 {2 G; j
& M1 |6 p$ S( k' K( X2 ]7 O
我国机床设计和开发手段要尽快从甩图板的二维CAD向三维CAD过渡。三维建模和仿真是现代设计的基础，是企业技术优势的源泉。在此三维设计基础上进行CAD/CAM/CAE/PDM的集成，加快新产品的开发速度，保证新产品的顺利投产，并逐步实现产品生命周期管理。0 {& d% f. M- B/ }( S, r2 A2 ~
4 M; r" n# ~9 Z% g" c8 g* y! a11、直接驱动技术
7 [4 g. C! w. E% C
$ A9 I4 ]- _ J- M( P! r/ J0 d( Q/ }在传统机床中，电动机和机床部件是借助耦合元件，如皮带、齿轮和联轴节等加以连接，实现部件所需的移动或旋转，机和电是分家的。直接驱动技术是将电动机与机械部件集成为一体，成为机电一体化的功能部件，如直线电动机、电主轴、电滚珠丝杆和力矩电动机等。直接驱动技术简化了机床结构，提高了机床的刚度和动态性能，运动速度和加工精度。
8 s2 |# r' t n& R5 ]
! i3 A! X4 u. d' t7 r _12、开放式数控系统
' z4 [$ n3 {7 @/ H( [0 K( j" n7 v7 ~) g- v4 V* j x
数控系统的开放是大势所趋。目前开放式数控系统有三种形式：1)全开放系统，即基于微机的数控系统，以微机作为平台，采用实时操作系统，开发数控系统的各种功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电动机的运动。2)嵌入系统，即CNC+PC，CNC控制坐标轴电动机的运动，PC作为人机界面和网络通信。3)融合系统，在CNC的基础上增加PC主板，提供键盘操作，提高人机界面功能，如Siemens840Di和Fanuc210i。2 u% L$ g- c. v8 g2 j5 ?) K7 x4 p
, Z0 N ?/ K4 Z2 S$ J
13、可重组制造系统0 D/ o* M1 D$ O9 t$ m9 ~
' L W {% Z& x4 ^6 t J5 T9 _
随着产品更新换代速度的加快，专用机床的可重构性和制造系统的可重组性日益重要。通过数控加工单元和功能部件的模块化，可以对制造系统进行快速重组和配置，以适应变型产品的生产需要。机械、电气和电子、液和气、以及控制软件的接口规范化和标准化是实现可重组性的关键。0 `! Y2 z" e: l% D
4 ?- C. h6 y2 h3 \+ s
14、虚拟机床和虚拟制造Y- z1 p# Z. j P
( p5 d; b) e* b4 z- g+ t. l为了加快新机床的开发速度和质量，在设计阶段借助虚拟现实技术，可以在机床还没有制造出来以前，就能够评价机床设计的正确性和使用性能，在早期发现设计过程的各种失误，减少损失，提高新机床开发的质量。 |
发表于 2008-2-18 14:50:47
QQ好友和群
收藏
淘帖
问题专业，描述清楚
伸手党/灌水/看不懂
