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自动化机床高精度、高速度发展以及组件划分

来源:云一数控 发布时间: 2020-04-25

<一>、数控机床向高精度、高速度方向发展
  在现代工业社会中,效率、质量和成本依然是制造企业竞争的核心问题,所以各企业竞相采用先进的设备和技术,以提高自己的竞争能力,其中非常典型的就是数控机床的广泛应用,尤其是数控机床技术本身的革新与发展。
  1.数控系统和伺服系统的控制精度为数控机床向高精度方向发展提供了核心技术支持
  目前的数控系统均采用位数、频率更高的处理器(如32位,64位机),以提高系统的基本运算速度,使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时,新一代数控机床采用超大规模的集成电路和多微处理器结构,以提高系统的数据处理能力。
  数控机床的各坐标轴采用高精度智能化交流伺服系统驱动控制。高精度智能化交流伺服系统由智能控制器、自动检测和自动识别技术与586或性能更高的微机、新型功率电子器件(IGBT)的逆变器、数字信号处理器(DSP)、数字式位置传感器、SPWM以及交流永磁同步电动机或笼型异步伺服电动机构成。利用知识工程、机器学习、人工智能技术、模糊控制技术的原理和方法,建立适合于复杂交流伺服系统的知识结构,广义知识表示及知识的自动获取方法,为综合智能控制提供信息基础,确保了伺服系统的控制精度。
  其他先进控制技术的应用,也是数控机床向高精度方向发展的重要因素。前馈控制技术,在原来的控制系统上加上速度指令的控制方式,使追踪滞后误差大大减少,改善了拐角切削加工精度。机床静、动摩擦的非线性补偿控制技术抑制了机床床鞍的爬行。高分辨率位置检测装置的应用,也是数控机床高精度加工的重要保证。
  2.超高速切削技术为数控机床向高速度方向发展提供了理论依据和技术保障
  提高数控机床生产率归根到底是以加快空程运作的速度和提高零件生产过程的连续性,从而缩短辅助工时为目的的一种技术手段。
  但是,辅助运作速度的提高是有一定限度的。例如目前加工中心自动换刀时间已缩短到小于七,快速空程速度一般已提高到30~60m/min,再提高空程速度不但技术上有困难,经济上不合算,而且对提高机床的生产率意义也不大。于是在单位时间内材料切除率是常规切削的3~6倍的超高速切削(Ultra-HighSpeedMachining)技术在专家们的苦心研究下应运而生了。
  这种技术不但可以提高生产效率。还可以降低切削力的30%以上;切屑可以飞速带走切削热的95%~98%以上。
  可以减少振动和残余应力。降低加工成本等等。关键是超高速切削技术的相关核心技术相继出现了,如高速切削刀具技术(具有高强度、高熔度刀具材料的铁基硬质合金、聚晶金刚石(PCD)压层硬质合金、聚晶立方氮化硼(CBN),陶瓷等刀具材料技术);高速切削机床技术包括高速主轴、高速进给系统(高速滚珠丝杠、高速的直线电动机伺服驱动系统和虚拟轴机构)、高速CNC控制系统(关键技术包括快速处理刀具轨迹、预先前馈控制、快速反应的伺服系统等);高速加工的测试技术(主轴发热情况测试、滚珠丝杠发热测试、刀具磨损状态测试、工件加工状态监测)等等。现在,高速切削技术已经进人了工业应用阶段。
  3.多抽联动技术加速了数控机床向高速度方向发展
  由于在加工自由曲面时,3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参与切削,进而对工件的加工质量造成破坏性影响,而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单,并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速,从而显著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率,因此,各大系统开发商不遗余力地开发5轴、6轴联动数控系统,随着5轴联动数控系统和编程软件的成熟和日益普及,5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。
  国外主要的系统开发商在6轴联动控制系统的研究上己经取得和很大进展,在6轴联动加工中心上可以使用非旋转刀具加工任意形状的三维曲面,且切深可以很薄。
  <二>、数控车床组件划分
  数控车床是一种通过安装程序控制系统实现机床自动化的设备。数控车床的基本工作程序可分六个步骤进行。
  (1)需求分析,确定方案
  对工件加工的技术及工艺需求进行分析,确定加工方案及加工参数(工艺参数、位移参数等)。
  (2)设计及编写加工程序
  根据工件加工的技术、工艺需求及各个加工参数,设计和编写相应的加工程序,这一过程可通过使用计算机进行程序编写。
  (3)输送程序至数控装置
  完成编辑的程序将被记录在信息介质上,然后输送至数控装置。
  (4)处理信号,发出命令
  数控装置通过计算、判断处理接收到的程序数据对伺服系统发出指令。
  (5)接收信息,执行命令
  伺服系统接收到命令后,驱动车床本体的进给系统进行主轴运动、更换道具动作等等,按照命令进行位置移动,完成工件加工。
  (6)执行反馈机制
  若数控车床在执行任务的过程中出现与指令不相符的偏差,会通过反馈系统向数控装置反馈偏差,主要包括位置反馈、辅助动作反馈。数控装置会根据反馈数据进行相应“对策”指令的下达,尽力消除偏差,最终加工出符合要求的零件。
  基于数控车床工作过程,将其划分为13个组件,其中装夹附件、冷却系统、润滑系统、排屑系统、防护装置归类为辅助系统,故最后归为9个组件,电气系统、主传动系统、进给系统、液压系统、刀架、伺服系统、数控系统、辅助系统、基础部件。


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