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智能制造时代数控机床的发展方向

  2016年4月27日 来源:中国机械网   责任编辑:JiangHaiDan   繁体
1960年开始,德国、日本、中国等都陆续地开发、生产及使用数控机床,中国于1968年由北京第一机床厂研制出第一台数控机床。
中研网讯:

  数控机最早诞生于美国。1948年,美国帕森斯公司在研制加工直升机叶片轮廓检查用样板的机床时,提出了数控机床的设想,后受美国空军委托与麻省理工学院合作,于1952年试制了世界上第一台三坐标数控立式铣床,其数控系统采用电子管。
  
  1960年开始,德国、日本、中国等都陆续地开发、生产及使用数控机床,中国于1968年由北京第一机床厂研制出第一台数控机床。
  
  1974年微处理器直接用于数控机床,进一步促进了数控机床的普及应用和飞速发展。
  
  1、高速化
  
  随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及合金新材料的应用,对数控机床加工的高速化要求越来越高。
  
  (1)主轴转速:机床采用电主轴(内装式主轴电机),主轴最高转速达200000r/min;
  
  (2)进给率:在分辨率为0.01μm时,最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工;
  
  (3)运算速度:微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障,开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统,频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高,使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24~240m/min的进给速度;
  
  (4)换刀速度:目前国外先进加工中心刀具交换时间普遍已在1s左右,高的已达0.5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式,以主轴为轴心,刀具在圆周布置,其刀到刀的换刀时间仅0.9s。
  
  2、高精度化
  
  数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度,机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。
  
  近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.001μm)。
  
  (1)提高CNC系统控制精度:采用高速插补技术,以微小程序段实现连续进给,使CNC控制单位精细化,并采用高分辨率位置检测装置,提高位置检测精度(日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机,其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲),位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法;
  
  (2)采用误差补偿技术:采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术,对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明,综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%~80%;
  
  (3)采用网格检查和提高加工中心的运动轨迹精度,并通过仿真预测机床的加工精度,以保证机床的定位精度和重复定位精度,使其性能长期稳定,能够在不同运行条件下完成多种加工任务,并保证零件的加工质量。
  
  加工精度的提高不仅在于采用了滚珠丝杠副、静压导轨、直线滚动导轨、磁浮导轨等部件,提高了CNC系统的控制精度,应用了高分辨率位置检测装置,而且也在于使用了各种误差补偿技术,如丝杠螺距误差补偿、刀具误差补偿、热变形误差补偿、空间误差综合补偿等。

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