近幾年來,數(shù)控機(jī)床技術(shù)在實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜的成績(jī),主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
(1)復(fù)合化。
復(fù)合化加工通過增加機(jī)床的功能,減少工件加工過程中的定位裝夾次數(shù)及對(duì)刀等輔助工藝時(shí)間,從而提高機(jī)床生產(chǎn)率。復(fù)合化加工還可以減少輔助程序,減少夾具和加工機(jī)床數(shù)量,對(duì)降低整體加工和機(jī)床維護(hù)費(fèi)用也有利。復(fù)合化包含工序復(fù)合化和功能復(fù)合化。數(shù)控機(jī)床復(fù)合化發(fā)展的趨勢(shì)是盡可能將零件所有的工序集中在一臺(tái)機(jī)床上加工。復(fù)合加工的另一領(lǐng)域是與非刀具切削的復(fù)合,例如切削加工與激光加工技術(shù)的復(fù)合。
隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)步,復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟,包括銑——車復(fù)合加工、車——鏜——鉆——齒輪加工等復(fù)合加工、車磨復(fù)合加工、成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等,復(fù)合加工的精度和效率大大提高。“一臺(tái)機(jī)床就是一個(gè)加工廠”、“一次裝卡,完全加工”等理念正在被更多人接受,復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢(shì)。
(2)智能化。
智能化加工是一種基于知識(shí)處理理論和技術(shù)的加工方式,發(fā)展智能加工的目的是要解決加工過程中眾多不確定性的、要求人工干預(yù)才能解決的問題。計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展,人工智能技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)智能化的進(jìn)程。
數(shù)控加工智能化趨勢(shì)有兩個(gè)方面:一方面是采用自適應(yīng)控制技術(shù),以提高加工質(zhì)量和效率。把精細(xì)的程序控制和連續(xù)的適應(yīng)調(diào)節(jié)結(jié)合起來,使系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)。其主要的追求目標(biāo)是:保護(hù)刀具和工件,適應(yīng)材料的變化,改善尺寸控制,提高加工精度,保持穩(wěn)定的質(zhì)量,尋求最高的生產(chǎn)率和最低的成本消耗,簡(jiǎn)化零件程序的編制,降低對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)和熟練程度的要求等;另一方面是在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上裝備有多種監(jiān)控和檢測(cè)裝置,對(duì)工件、刀具等進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)監(jiān)視加工的全部過程,發(fā)現(xiàn)工件尺寸超差、刀具磨損或崩刃破損,便立即報(bào)警,并給予補(bǔ)償或調(diào)換刀具。在故障診斷中,除了采用專家系統(tǒng)外,還將模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用其中,取得了良好的效果。
(3)高柔性化。
柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。提高數(shù)控機(jī)床柔性化正朝著兩個(gè)方向努力:一是提高數(shù)控機(jī)床的單機(jī)柔性化,二是向單元柔性化和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。
機(jī)器人使柔性化組合效率更高,機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合使得柔性更加靈活、功能進(jìn)一步擴(kuò)展、加工效率更高。機(jī)器人與加工中心、車銑復(fù)合機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床、工具磨床、電加工機(jī)床、鋸床、沖壓機(jī)床、激光加工機(jī)床等組成多種形式的柔性生產(chǎn)線,并以開始應(yīng)用。
(4)高精度化。
精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要,也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性,減少其裝配時(shí)的工作量從而提高裝配效率的需要。目前數(shù)控機(jī)床的加工精度已從原來的絲級(jí)(0.01mm)提升到目前的微米級(jí)(0.001mm),有些品種已達(dá)到0.01um左右。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工,精度可穩(wěn)定達(dá)到0.05um左右,形狀精度可達(dá)到0.01um左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級(jí)(0.001um),主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01-0.05um,加工圓度為0.1um,加工表面粗糙度Ra=0.003um等。通過機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、機(jī)床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制、溫度和振動(dòng)等動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償技術(shù),提高機(jī)床加工的幾何精度,降低形位誤差、表面粗糙度等,從而進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)代。
(5)多功能化。
現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多CPU結(jié)構(gòu)和分級(jí)中斷控制方式,因此在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上可以同時(shí)進(jìn)行零件加工和程序編制。同時(shí)為了適應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展,適應(yīng)工廠自動(dòng)化越來越大的要求,為了使數(shù)控機(jī)床更易于進(jìn)入柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)中,機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)交換能力和通信能力在不斷加強(qiáng)。一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有RS-232C和RS-422高速遠(yuǎn)距離串行接口,通過網(wǎng)卡連成局域網(wǎng),可以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信,也可以直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。如SIMMENS公司的Sinumeric850/880系統(tǒng)設(shè)置有SINEC H1網(wǎng)絡(luò)接口和MAP網(wǎng)絡(luò)接口,通過網(wǎng)絡(luò)接口可將數(shù)據(jù)系統(tǒng)連接到SINMENS的SINEC H1網(wǎng)絡(luò)和MAP工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)中。FANUC公司的FANUC15系統(tǒng)也配置了類似的網(wǎng)絡(luò)接口,為了便于接入工業(yè)局域網(wǎng),還可配置MAP 3.0接口板。
(6)性能可靠化。
由于現(xiàn)代機(jī)床CNC系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化,便于組織批量生產(chǎn),有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量,F(xiàn)代CNC系統(tǒng)大量采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路,采用專用芯片及混合式集成電路,提高了集成度,減少了元器件的數(shù)量,降低了功耗,從而提高了可靠性。通過完善的故障診斷功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)軟硬件及外部設(shè)備的故障診斷和報(bào)警。利用報(bào)警提示及時(shí)排除故障;利用容錯(cuò)技術(shù),對(duì)重要部件采用“冗余”設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)故障自恢復(fù);利用監(jiān)控檢測(cè)技術(shù),對(duì)發(fā)生超程、刀具損壞、過熱、干擾、斷電等各種意外自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)保護(hù),從而保證數(shù)控機(jī)床可靠的工作。當(dāng)前國(guó)外數(shù)控裝置的平均無故障運(yùn)行時(shí)間(MTBF)以達(dá)到6000小時(shí)以上,驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上,可靠性大為增強(qiáng)。
(7)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化。
目前數(shù)控機(jī)床已可實(shí)現(xiàn)多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)、樣條插補(bǔ)等。同時(shí)還可實(shí)習(xí)多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?/P>
(8)微型化。
隨著微型技術(shù)在科研、軍事領(lǐng)域的應(yīng)用需求日益增大,微型機(jī)械與微機(jī)電系統(tǒng)的研究已成為必然趨勢(shì)。目前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在數(shù)控系統(tǒng)微型化上已經(jīng)取得了許多成果。日本Fanuc公司生產(chǎn)的加工加工微型零件的ROBOnanoui五軸聯(lián)動(dòng)加工中心以及在這臺(tái)加工中心上用微型單晶金剛石立銑刀可加工出直徑為1mm的人臉浮雕;精微塑性成型加工技術(shù)成功地制造出多種微型器件,例如螺紋直徑為20-50um的微小螺絲;日本還研發(fā)出重量約34kg,體積為625mm×490mm×380mm的微型機(jī)械制造廠。
(9)滿足用戶需求多元化。
用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)和用戶之間對(duì)話的接口,由于用戶需求不同,故開發(fā)用戶界面工作量極大,成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。柔性的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用,人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作,便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了科學(xué)計(jì)算可視化,這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要的意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域,可視化技術(shù)可用于CAD/CAM,在自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示方面給用戶帶來了極大的方便。多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息能力,可以做到信息處理綜合化、智能化,在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面有著重大應(yīng)用價(jià)值。
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