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數(shù)控機床技術(shù)特征
閱讀:455 發(fā)布時間:2021-11-14數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突飛猛進為數(shù)控機床的技術(shù)進步提供了條件。為了滿足市場的需要,達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求,當(dāng)前,世界數(shù)控技術(shù)及其裝備的發(fā)展主要體現(xiàn)為以下幾方面技術(shù)特征。
1.高速
機床向高速化方向發(fā)展,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實現(xiàn)低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。
20世紀(jì)90年代以來,歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機床,加快機床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元(電主軸,轉(zhuǎn)速15000-100000r/min)、高速且高加/減速度的進給運動部件(快移速度60~120m/min,切削進給速度高達(dá)60m/min)、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破,達(dá)到了新的技術(shù)水平。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具,大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅(qū)動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)(含監(jiān)控系統(tǒng))和防護裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決,為開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機床提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
目前,在超高速加工中,車削和銑削的切削速度已達(dá)到5000~8000m/min以上;主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000轉(zhuǎn)/分(有的高達(dá)10萬r/min)以上;工作臺的移動速度(進給速度):在分辨率為1微米時,在100m/min(有的到200m/min)以上,在分辨率為0.1微米時,在24m/min以上;自動換刀速度在1秒以內(nèi);小線段插補進給速度達(dá)到12m/min。
2.高精度
從精密加工發(fā)展到超精密加工,是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級,乃至納米級(<10nm),其應(yīng)用范圍日趨廣泛。
當(dāng)前,在機械加工高精度的要求下,普通級數(shù)控機床的加工精度已由±10μm提高到±5μm;精密級加工中心的加工精度則從±3~5μm,提高到±1~1.5μm,甚至更高;超精密加工精度進入納米級(0.001微米),主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01~0.05微米,加工圓度為0.1微米,加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。這些機床一般都采用矢量控制的變頻驅(qū)動電主軸(電機與主軸一體化),主軸徑向跳動小于2µm,軸向竄動小于1µm,軸系不平衡度達(dá)到G0.4級。
高速高精加工機床的進給驅(qū)動,主要有“回轉(zhuǎn)伺服電機加精密高速滾珠絲杠"和“直線電機直接驅(qū)動"兩種類型。此外,新興的并聯(lián)機床也易于實現(xiàn)高速進給。
滾珠絲杠由于工藝成熟,應(yīng)用廣泛,不僅精度能達(dá)到較高(ISO34081級),而且實現(xiàn)高速化的成本也相對較低,所以迄今仍為許多高速加工機床所采用。當(dāng)前使用滾珠絲杠驅(qū)動的高速加工機床zui大移動速度90m/min,加速度1.5g。
滾珠絲杠屬機械傳動,在傳動過程中不可避免存在彈性變形、摩擦和反向間隙,相應(yīng)地造成運動滯后和其它非線性誤差,為了排除這些誤差對加工精度的影響,1993年開始在機床上應(yīng)用直線電機直接驅(qū)動,由于是沒有中間環(huán)節(jié)的“零傳動",不僅運動慣量小、系統(tǒng)剛度大、響應(yīng)快,可以達(dá)到很高的速度和加速度,而且其行程長度理論上不受限制,定位精度在高精度位置反饋系統(tǒng)的作用下也易達(dá)到較高水平,是高速高精加工機床特別是中、大型機床較理想的驅(qū)動方式。目前使用直線電機的高速高精加工機床zui大快移速度已達(dá)208m/min,加速度2g,并且還有發(fā)展余地。
3.高可靠性
隨著數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的發(fā)展,數(shù)控機床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機床制造商追求的目標(biāo)。對于每天工作兩班的無人工廠而言,如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作,*率在P(t)=99%以上,則數(shù)控機床的平均*運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數(shù)控機床而言,如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級)。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時,而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于10萬小時。
當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時以上,驅(qū)動裝置達(dá)30000小時以上,但是,可以看到距理想的目標(biāo)還有差距。
4、復(fù)合化
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(diào)整、換刀和主軸的升、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,復(fù)合功能的機床成為近年來發(fā)展很快的機種。
柔性制造范疇的機床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后,機床便能按照數(shù)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(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴孔等多種加工工序。就棱體類零件而言,加工中心便是zui典型的進行同一類工藝方法多工序復(fù)合加工的機床。事實證明,機床復(fù)合加工能提高加工精度和加工效率,節(jié)省占地面積特別是能縮短零件的加工周期。