,欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床,加快机床高速化发展步伐。
高速主轴单元(电主轴,转速 15000-100000r/min) 、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60120m/min,切削进给速度高达 60m/min) 、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破,达到了新的技术水平。
随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具,大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统 (含监控系统)和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决,应不失时机地开发应用新一代高速数控机床。
依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理,由于采用了新型刀具,车削和铣削的切削速度已达到5000 米—8000 米/分以上;主轴转数在 30000 转/分有的高达 10 万转/分以上;工作台的移动速度: (进给速度),在分辨率为 1 微米时,在 100 米/分(有的到200 米/分)以上,在分辨率为 0.1 微米时,在 24 米/分以上;自动换刀速度在 1秒以内;小线段插补进给速度达到 12 米/分。
根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展,高速直线电机的推广应用,开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、 农机等行业的需求。
还由于新产品更新换代周期加快,模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。
我们学校的数控加工中心引进的先进数控加工中心设备就是高速的切削, 在我国这样转速的加工中心很少, 因此,大力发展高速的数控机床是未来的发展方向。
2)高精度 从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工) ,是世界各工业强国致力发展的方向。
其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级(lt10nm) ,其应用范围日趋广泛。
超精密加工主要包括超精密切削(车、铣) 、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工 (三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合 。
加工等) 随着现代科学技术的发展, 对超精密加工技术不断提出了新的要求.003微米等。
精密化是为了适应高新技术发展的需要,也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性,减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。
随着高新技术的发展。
新材料及新零件的出现,更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺,发展新型超精密加工机床,完善现代超精密加工技术,以适应现代科技的发展。
当前,机械加工高精度的要求如下:普通的加工精度提高了一倍,达到 5微米;精密加工精度提高了两个数量级,超精密加工精度进入纳米级(0.001 微米),主轴回转精度要求达到 0.01-0.05 微米,加工圆度为 0.1 微米,加工表面粗糙度 Ra0 和对机电产品性能与质量要求的提高,机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。
为了满足用户的需要,近 10 多年来,普通级数控机床的加工精度已由±10μm 提高到±5μm,精密级加工中心的加工精度则从±3-5μm,提高到±1-1.5μm。
3)高可靠性 是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上,但也不是可靠性越高越好,仍然是适度可靠,因为是商品,受性能价格比的约束。
对于每天工作两班的无人工厂而言,如果要求在 16 小时内连续正常工作,无故障率 Pt=99以上的话, 则数控机床的平均无故障运行时间 MTBF 就必须大于 3000小时。
MTBF 大于 3000 小时,对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了,我们只对一台数控机床而言,如主机与数控系统的失效率之比为 10:1 的话(数控的可靠比主机高一个数量级) 。
此时数控系统的 MTBF 就要大于33333.3 小时, 而其中的数控装置、主轴及驱动等的 MTBF 就必须大于 10 万小时。
当前国外数控装置的 MTBF 值已达 6000 小时以上,驱动装置达 30000 小时以上。
第三章 数控机床 3.1、数控车床的组成 数控车床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置CNC、伺服驱动及位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。
1、程序编制及程序载体 数控程序是数控车床自动加工零件的工作指令。
在对加工零件进行工艺分析的基础上, 确定零件坐标系在车床坐标系上的相对位置,即零件在车床上的安装位置,刀具与零件相对运动的尺寸参数,零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。
得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字和符号组成的标准数控代码,按规定的方法和格式, 编制零件加工的数据程序单。
编制程序的工作可由人工进行;对于形状复杂的零件, 则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT)或利用 CAD/CAM 系统产生程序。
编好的数控程序, 存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上,它可以是穿孔纸带、磁带、磁盘、闪存卡等。
闪存卡由于存储容量大、数据交流迅速和记录可靠,在开放式数控系统的新型数控机床上开始使用。
2、输入装置 输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。
根据存储介质的不同,输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。
数控车床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统;数控加工程序还可由编程计算机用 RS232C 或采用网络通信方式传送到数控系统中。
零件加工程序输入过程有两种不同的方式:一种是边读入边加工(数控系统内存较小时);另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器,加工时再从内部存储器中逐段调出进行加工。
3、数控装置 数控装置是数控车床的核心。
数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序, 经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种控制信息和指令,控制车床各部分的工作,使其进行规定的有序运动和动作。
零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成,刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动,即按图形轨迹移动。
但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据,不能满足要求,因此要进行轨迹插补,也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化” ,求出一系列中间点的坐标值,并向相应坐标输出脉冲信号,控制各坐标轴(即进给运动的个执行元件)的进给速度、进给方向和进给位移量等。
4、驱动装置及位置检测装置 驱动装置接受来自数控装置的指令信息,经功率放大后,严格按照指令信息的要求驱动车床移动部件,以加工出符合图样要求的零件。
因此,它的伺服精度和动态响应性能是影响数控车床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。
驱动装置包括控制器(含功率放大器)和执行机构两大部件。
目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。
位置检测装置将数控车床个坐标轴的实际位移检测出来, 经反馈系统输入到车床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动。
5、辅助控制装置 辅助控制装置的主要作用是接受数控装置输出的开关量指令信号,经过编译、逻辑判别和运算,再经功率放大后驱动相应的电器,带动车床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。
这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令,刀具的选择和交换指令,冷却、润滑装置的启动停止,工件和机床部件的松开、夹紧等辅助动作。
由于可编程控制器(PLC)具有响应快、性能可靠、使用方便、编程和调试程序容易等特点,并可直接驱
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