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未来机床技术特性的发展趋势

来源:云一数控 发布时间: 2020-04-19

“高速、高精、复合、智能、环保”是公认的未来机床发展的必然方向。
  (1)高精度。
  从20世纪50年代到2000年,机床的精度每8~10年就会提高一倍。目前机床加工的尺寸精度已经达到um级,加工的形位精度甚至达到了亚微米级和深亚微米级。采用温度、振动误差补偿等技术,提高了数控机床的几何精度、运动精度等。目前,普通数控机床的加工精度可达5~10μm,精密级加工中心可达1~1.5um,超精密加工中心的精度可达纳米级。另外,机床精度的提高不只体现在加工精度数量级上,高精度的概念也得到了拓展和延伸。现在提到高精度,包括表面粗糙度、形位精度和尺寸精度间的相互协调,例如尺寸精度在μm级,形位精度为亚微米级,则表面精度在nm级左右,同时还要保障工件表层结构品质。
  国内超精密加工的典型有北京机床所的纳米车床、上海磨床厂的纳米磨床;国外典型的产品有D工X工公司以精密撞铣床为主的纳米级机床。机床的精度是一方面,机床的高精度相应地也对控制系统、位置测量/反馈以及数控系统与伺服控制的匹配等提出了新的要求。
  (2)高效率。
  20世纪后期,机床的生产率约提高了5倍,主要通过全面提高金属切除率和数字化制造技术等途径加以实现。随着刀具材料和机床结构的发展,欧美各国应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术,优化机床结构,提高功能部件性能,轻量化移动型部件,减少运动摩擦。高速加工技术的应用缩短了切削时间和辅助时间,实现了加工制造的高质量和高效率。其另一个特点是大多从单一的高速切削发展至全面高速化,并借助柔性制造技术和信息化生产管理技术,不仅缩短切削时间,同时辅助时间和技术准备时间也大大降低。
  (3)复合化。
  由于复杂零件的加工要求越来越高,目前越来越多的复杂零件采用复合机床进行综合加工,以避免加工过程中反复装夹带来的误差,提高加工精度,缩短加工周期。复合加工机床已成为机床发展的一个重要方向。目前应用最多的是以车削为基础的复合加工机床和以铣削为基础的复合加工机床,除此之外还有许多其他类型,例如以磨削为基础的磨头回转式(或可换式)复合加工机床,以及将激光加工、冲压、热处理等各种工艺组合而成的复合加工机床。这些机床都是在原有的基础上集成其他加工工艺组合而成,多为复合数控车床和复合加工中心。
  未来的复合加工机床将结合数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展,向构件集约化、结构紧凑化、配置模块化和部件商品化方向发展。复合加工机床的性能也会根据用户的加工要求向多样化发展,如有适合于多品种、单件和小批量生产的全功能性复合加工机床,也有为适合于提高生产效率和较大批量生产条件的专用的、功能适宜的复合加工机床。同时,复合加工技术也在重型、大型机床上有着广泛的开发前景。复合加工是未来机床发展的重要方向。
  (4)智能化。
  智能化是指工作过程智能化,即利用计算机将信息、网络等智能化技术有机结合,对数控机床进行全方位的监控。其内容包括数控系统中的各个方面,如为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化,为追求加工效率和加工质量方面的智能化,简化编程、简化操作方面的智能化;还有智能化的自动编程、智能化的人机界面等,以及智能诊断、智能监控等方面的内容。数控加工的智能化制造的关键是测控一加工一体化技术。
  “将机床与智能机器人融合”也是已提出的提升机床智能化水平的一条途径,日本发那科在这方面颇具发言权。相比普通重复动作型机器人,发那科已研发了具有视觉传感器和力觉传感器的智能机器人,可以代替人工完成工件的上下料作业,并且还研发了既可以控制机床功能,也能控制机器人的智能控制装置。
  (5)绿色化。
  “绿色机床”的核心概念即是减少对能源的消耗。我们期望绿色机床应该具备的特征有:机床主要零部件由再生材料制造;机床的重量和体积减少50%以上;通过减轻移动部件质量、降低空运转功率等措施使功率消耗减少了30~40%;使用过程中的各种废弃物减少了50~60%,保证基本没有污染的工作环境;报废机床的材料接近完全可回收。


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