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未来机床技术发展的方向

来源:云一数控 发布时间: 2020-04-19

从技术发展的角度来看,未来机床有以下几个发展趋势。
  第一,高效化。高效化首先体现在高速化,其中包含主轴的高速化和进给的高速化。目前已应用的高速铣削加工中心类机床的主轴转速已达到42000r/min或更高。而随着直线电机技术的应用,机床进给速度也从原来的每分钟几米、十几米发展到现在的(80~120)m/min,同时进给加速度也大大提高。这使得机床的加工效率大大提高。其次是复合化,即将几种加工工艺复合起来,一次性加工某些复杂零件,缩短机床辅助工作时间。然后是针对特殊应用的多主轴加工系统的应用,新的加工工艺将会带动新的加工方式出现,在航空大型结构件的加工中,例如阵列式加工、多龙门、多主轴数控加工等不仅能提高效率,还会带来一系列好处。最后是适应控制技术的应用,目前已经开发出可以和各种机床配套的适应控制技术,能够优化加工过程的各项参数,从而提高加工效率。此外,高效和复合刀具的使用同样也使机床的效率明显提高。
  第二,精密化。数控机床的精密化对控制系统、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。为了应对越来越多的复杂零件对精密度的要求,必须寻求各项超精密加工技术的突破,包括超精密加工机床的装夹、刀具材料、加工工艺、环境控制和测控技术、误差补偿等各个方面。
  第三,数控机床与工艺的紧密结合。机床企业应首要考虑用户行业的零件特征、加工需求和工艺路线的特征性,为了满足企业的特殊要求,机床行业将以满足企业个性化要求为目标,向着专业定制的方向发展。
  以航空领域为例,未来的飞机结构所采用的钛合金和复合材料的比例将大幅度提升,铝合金的需求有所下降,钛合金和复合材料的加工机床逐渐受到青睐。针对这一发展趋势,中捷机床有限公司借助十一五科技重大专项的契机研发了一款用于钛合金加工的AB摆头五轴联动加工中心,其加工能力与国外同类型机床相当,完全可以替代该类型的进口机床。
  第四,数控机床本身的设计优化。应用可以大幅提高机床性能的技术和理念,如箱中箱设计技术、直接驱动技术和重心驱动技术,同时更加重视影响机床精度和高性能的因素,包括抑振、抑热和冷却问题。西门子公司提出以机械电子学支持的机床设计,将机床结构、数控系统、伺服以及控制反馈作为一个完整的机电系统来设计,更强调数控车床的动态设计,进行联合的、全局的优化。
  第五,机床的动态特性和加工过程动力学特性与机床优化设计将结合得更为紧密。西门子、马扎克等公司在其设计上已融入这些设计理念,使机床设计从原来的只注重机床本身的设计扩展到综合考虑“机床-刀具-工件”的动力学系统,将加工过程特性通过仿真进行预测,并反馈到机床的设计中。通过虚拟机床技术,在机床制造出来以前就可以看到机床的性能,有助于在设计过程中预测机床性能,优化设计。
  第六,从材料的角度看,现在机床床身的材料已突破了传统的铸铁、水泥,一些新型材料,比如人造大理石、铸铝,甚至一些仿生材料和结构也将会用于机床。当前的主要目标是开发一类新型机电一体化材料,满足机床各项性能要求,实现结构和构件的多功能一体化于一身。


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