本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目: 銑加工中心換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué) 院: 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級:機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名: 指導(dǎo)教師(職稱):
年 12 月 29 日 填
畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié),又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
(設(shè)計)的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化,特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文(設(shè)計)題目及研究領(lǐng)域;
2. 論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值;
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題;
2. 擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路);
3. 本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果。三、論文(設(shè)計)工作安排
1. 擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));
2. 論文(設(shè)計)進(jìn)度計劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料,并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合,形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面,要求思路清晰,文理通順, 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文(設(shè)計)工作開始后的前四周內(nèi)完成;
2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過;
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生,須重做或補(bǔ)做合格后,方能繼續(xù)論文(設(shè)計)工作,否則不允許參加答辯;
4. 開題報告通過后,原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師;
5. 開題報告的內(nèi)容,要求打印并裝訂成冊(部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上,但封面需按統(tǒng)一格式打印)。
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一、選題依據(jù)
1、研究領(lǐng)域
加工中心是指備有刀庫,具有自動換刀功能,對工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。本設(shè)計涉及到的研究領(lǐng)域是機(jī)電一體化和機(jī)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容。
2、論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值
加工中心是高度機(jī)電一體化產(chǎn)品,加工中心集傳統(tǒng)的車床、銑床、鉆床為一體, 在機(jī)械加工方面具有很大的作用,特別是制作零件方面,通過編程來控制加工的速度及進(jìn)給量,加工出來的零件具有較高的精度,有的還帶刀庫可自動換刀,工作效率非常高,可以實現(xiàn)自動化、無人化生產(chǎn)操作,能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。加工中心它通過刀具的自動交換,可以一次裝夾完成多工序的加工,實現(xiàn)了工序的集中和工藝的復(fù)合, 從而縮短了輔助加工時間,提高了機(jī)床的效率,減少了零件安裝,定位次數(shù),提高了加工精度。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
加工中心的工作原理是根據(jù)零件圖紙制定工藝方案,采用手工或計算機(jī)自動編制零件加工程序,把零件所需的機(jī)床各種動作及全部工藝參數(shù)變成機(jī)床的數(shù)控裝置能接受的信息代碼,并把這些代碼存儲在信息載體(穿孔帶、磁盤等)上,將信息載體送到輸入裝置。讀出信息并送入數(shù)控裝置,或利用計算機(jī)和加工中心直接進(jìn)行通信,實現(xiàn)零件程序的輸入和輸出.
進(jìn)人數(shù)控裝置的信息經(jīng)過一系列處理和運算轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號。有的信號送到機(jī)床的伺服系統(tǒng),通過伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大,再經(jīng)過傳動機(jī)構(gòu)。驅(qū)動機(jī)床有關(guān)零部件使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應(yīng)運動.還有的信號送到可編程序控制器中用于順序控制機(jī)床的其他輔助動作,實現(xiàn)刀具自動更換。
1952 年,麻省理工學(xué)院在一臺立式銑床上,裝上了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng),成功地實現(xiàn)了同時控制三軸的運動。這臺數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺數(shù)控機(jī)床。1962 年研制出第一臺 5 軸聯(lián)動加工中心。1967 年,英國首先把幾臺數(shù)控機(jī)床連接成具 有 柔 性 的 加 工 系 統(tǒng) , 這 就 是 所 謂 的 柔 性 制 造 系 統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem--FMS)之后,美、歐、日等也相繼進(jìn)行開發(fā)及應(yīng)用。 1974 年以后,隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床,使數(shù)控的軟件功能加強(qiáng),發(fā)展成計算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床(簡稱為 CNC 機(jī)床),進(jìn)一步推動了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。我國是從 1958 年開始研究數(shù)控技術(shù),雖然目前我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家,但數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競爭力在國際市場中仍處于較低水平,與國外先進(jìn)水平相比仍存在著較大的差距。
進(jìn)入 21 世紀(jì),隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心在現(xiàn)代制造業(yè)中起著愈來愈重要的作用,對加工中心的需求愈來愈多,它能縮短產(chǎn)品的制造周期, 提高產(chǎn)品的加工精度,適合柔性加工。自動換刀系統(tǒng)一般由刀庫、機(jī)械手和驅(qū)動裝置
組成。一般來說,刀庫容量可大可小,其裝刀數(shù)量在 20~180 把之間。刀庫的功能是存儲刀具并把下一把即將要用的刀具準(zhǔn)確地送到換刀位置,供換刀機(jī)械手完成新舊刀具的交換。當(dāng)?shù)稁烊萘看髸r,常遠(yuǎn)離主軸配置且整體移動不易,這就需要在主軸和刀庫之間配置換刀機(jī)構(gòu)來執(zhí)行換刀動作。完成此功能的機(jī)構(gòu)包括送刀臂、擺刀站和換刀臂,總稱為機(jī)械手。具體來說,它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫之間的傳遞。驅(qū)動裝置則是使刀庫和機(jī)械手實現(xiàn)其功能的裝置,一般由步進(jìn)電機(jī)或液壓(或氣液機(jī)構(gòu))或凸輪機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械手完成刀庫里的刀與主軸上的刀的交換工作。由于數(shù)控加工中心的刀庫容量、換刀可靠性及換刀速度直接影響到加工中心的效率,而自動換刀就是進(jìn)一步壓縮非切削時間,提高生產(chǎn)效率,改善勞動條件。所以數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序,縮短輔助時間,減少多次安裝工件所引起的誤差,必須帶有自動換刀裝置。隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的發(fā)展,數(shù)控機(jī)床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機(jī)床制造商共同追求的目標(biāo),所以向高可靠性方面發(fā)展已經(jīng)不可忽視。為不斷滿足復(fù)雜工件所提出的加工要求,多軸聯(lián)動
加工中心的發(fā)展也日新月異。最初的多軸聯(lián)動加工中心,是在立柱上加一個連續(xù)分度頭或連續(xù)轉(zhuǎn)臺來實現(xiàn)四軸聯(lián)動的,但這不能解決復(fù)雜異形件加工的需要,特別是葉片與葉輪,因此五軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個開發(fā)熱點。五軸聯(lián)動機(jī)床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經(jīng)成為各大機(jī)床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。數(shù)控系統(tǒng)也有了較快的發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展具體表現(xiàn)在硬件的不斷變革,操作系統(tǒng)的更新也十分迅速,軟盤驅(qū)動器與顯示器的分辨率亦同步提高,系統(tǒng)的可靠性更有較大延長隨著網(wǎng)絡(luò)通信功能的不斷增強(qiáng),加工中心的應(yīng)用范圍將更加廣泛。
步入 21 世紀(jì),隨著我國綜合經(jīng)濟(jì)實力的快速提高,加工中心市場進(jìn)入了快速發(fā)展期,汽車及其零部件、通用機(jī)械、航空航天、模具等各行業(yè)對加工中心的需求大幅上升,國產(chǎn)加工中心擇優(yōu)選擇國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)、功能部件等配套件,加快了產(chǎn)業(yè)化步伐, 質(zhì)量大幅度提高,性價比具有優(yōu)勢,逐步得到了國內(nèi)用戶的肯定和認(rèn)可。同時,企業(yè)加大了產(chǎn)品開發(fā)研究的資金投入,一批國內(nèi)急需長期依賴進(jìn)口的高檔加工中心,如高速加工中心、五軸加工中心等取得了突破,有的已進(jìn)入批量生產(chǎn)。
本設(shè)計所涉及的換刀機(jī)構(gòu)在加工中心中起著至關(guān)重要的作用,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟,對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求,超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用,對數(shù)控機(jī)床的各個組成部分提出了更高的性能指標(biāo)。當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就,朝著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。
二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容
1. 重點解決的問題
1) 銑加工中心結(jié)構(gòu)設(shè)計方案;
2) 換刀機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計;
3) 換刀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計;
4) 換刀機(jī)構(gòu)整套圖紙表達(dá)。
2. 擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)
1) 查閱相關(guān)資料,掌握加工中心及各個部件的工作原理,提出整體設(shè)計方案;
2) 通過對設(shè)計進(jìn)行計算,確定相關(guān)設(shè)計參數(shù);
3) 對換刀裝置機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計;
4) 針對控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計
5) 編寫設(shè)計說明書。
3. 本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果
通過學(xué)習(xí)及查閱有關(guān)資料掌握加工中心工作原理及整體設(shè)計方案。把數(shù)控技術(shù)和加工中心的知識相結(jié)合,設(shè)計出符合加工需求的加工中心換刀機(jī)構(gòu)。同時確保加工中心的精度、效率、自動化等綜合性得到提高。使換刀機(jī)構(gòu)的換刀時間有所提高,結(jié)構(gòu)簡單,精度增加,提高通用性和可靠性,進(jìn)一步提高自動化的程度,使加工中心性能和復(fù)合性都有所提高,并且能夠提高其設(shè)計價值。最終可以很好的完成設(shè)計要求,實現(xiàn)設(shè)計目的。
三、論文(設(shè)計)工作安排
1. 擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));主要設(shè)計參數(shù):
X,Y,Z 軸的行程分別是 600,300,400mm;進(jìn)給精度 0.001mm;X,Y,Z 軸的移動速度分別是 2.5,2,1mm/min;工作臺面尺寸 320×1000mm;脈沖當(dāng)量 0.1mm/步;重復(fù)定位精度 0.1 mm。
1. 銑加工中心結(jié)構(gòu)設(shè)計方案;
2. 關(guān)鍵參數(shù)計算和選擇;
3. 換刀機(jī)構(gòu)三維設(shè)計;
4. 換刀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計;
5. 編寫設(shè)計說明書;
6. 外文翻譯一篇。
2. 論文(設(shè)計)進(jìn)度計劃
第 1 周:布置設(shè)計任務(wù),明確設(shè)計要求;查閱相關(guān)資料,了解課題研究領(lǐng)域;
第 2 周:撰寫開題報告;確定外文翻譯文章。
第 3 周:修改開題報告,完成文獻(xiàn)綜述。
第 4 周:完成外文翻譯,開題答辯。
第 5 周:銑加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計方案;
第 6 周:了解換刀機(jī)構(gòu)功能、要求和結(jié)構(gòu);
第 7 周:換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計;
第 8 周:換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計;
第 9 周:換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計;
第 10 周:換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計;中期檢查;
第 11 周:關(guān)鍵參數(shù)計算和選擇;
第 12 周:換刀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計;
第 13 周:換刀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計;
第 14 周:整理資料,編寫設(shè)計說明書;
第 15 周:修改完善整套設(shè)計,評閱,準(zhǔn)備答辯;
第 16 周:評閱,修改,答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1] 楊仙.數(shù)控技術(shù)[M]. 北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2012.
[2] 張玉峰.淺談我國數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 金屬加工(冷加工). 2010(21) [3]龔仲華.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計典例[M]. 北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2014.
[4] 韓越梅.加工中心自動換刀裝置的研究進(jìn)展[J]. 裝備制造技術(shù). 2010(05)
[5] 李加明,陶衛(wèi)軍,馮虎田.自動換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 機(jī)床與液壓
2013(05)
[6] 魏杰.數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)[M].北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2009.
[7] 文懷興.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[8] 李宗斌.加工中心換刀機(jī)械手的設(shè)計與計算[J].組合機(jī)床與自動化加工系統(tǒng),19
(12):2-7
[9] 劉延俊,關(guān)浩,周德繁.液壓與氣壓傳動[M].北京,高等教育出版社,2007.
[10] 張祺,侯力,劉松等.加工中心換刀機(jī)械手控制系統(tǒng)研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),2010(8):42-44.
[11] 李加明,陶衛(wèi)軍,馮虎田.自動換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)床與液壓. 2013(05)
[12] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京,高等教育出版社,2014.
[13] 李艷生,張延恒,孫漢旭,趙順利.自動換刀裝置動態(tài)特性測試技術(shù)研究及實現(xiàn)[J]. 振動.測試與診斷. 2014(02)..
[14] 高永強(qiáng),李全普,李凱.加工中心機(jī)械手換刀與主軸凸輪松刀的聯(lián)動技術(shù)[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床. 2011(12)
[15] 李加明,陶衛(wèi)軍,馮虎田.自動換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 機(jī)床與液壓. 2013(05)
[16] Mutellip Ahmat,Iliham Abduruyim.THE MODELING AND ANALYSIS OFGEOMETRIC ERRORFOR MACHINING CENTER BY HOMOGENEOUSCOORDINATE TRANSFORMATION METHOD [J]. University,21,2006.
[17] Jui-Pin Hung,Yuan-Lung Lai,Ching-Yuan Lin,Tzu-Liang Lo. Modeling the machining stability of a vertical milling machine under the influence of the preloaded linear guide[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture . 2011 (9)
附:文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
一、概述
數(shù)字控制是 20 世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù),是用數(shù)字化信號進(jìn)行控
制的一種方法。采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床,稱為數(shù)控機(jī)床加工中心(Machining Center,簡稱 MC)。加工中心是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。它是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而發(fā)展起來的,它綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)軟件技術(shù)、氣動技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)在控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通訊診斷、刀具和應(yīng)用編程技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品,將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能聚集在一臺加工設(shè)備上,且增設(shè)有自動換刀裝置和刀庫,可以在一次安裝工件后,數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床按不同工序自動選擇和更換刀具,自動改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能;依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內(nèi)外倒角、環(huán)形槽及攻螺紋等加工。由于加工中心能集中完成多種工序, 因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間,減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間,使機(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)床 3~4 倍,達(dá) 80%以上。所以說,加工中心不僅提高了工件的加工精度,而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動化程度的綜合性機(jī)床。
隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,以及各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運用,加工中心的功能日趨完善,這些功能包括:刀具壽命的監(jiān)視功能,刀具磨損和損傷的監(jiān)視功能, 切削狀態(tài)的監(jiān)視功能,切削異常的監(jiān)視、報警和自動停機(jī)功能,自動檢測和自我診斷功能及自適應(yīng)控制功能等。加工中心還與載有隨行夾具的自動托板進(jìn)行有機(jī)連接,并能進(jìn)行切屑自動處理,使得加工中心成為柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)合自動化工廠的關(guān)鍵設(shè)備和基本單元。
二、數(shù)控加工中心的基本組成和工作原理
加工中心自問世至今世界各國出現(xiàn)了各種類型的加工中心,雖然外形結(jié)構(gòu)各異,
但從總體來看主要由以下幾大部分組成。
(1) 基礎(chǔ)部分:由床身、立柱和工作臺等大件組成,它們是加工中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件。這些大件有鑄鐵件,也有焊接的鋼結(jié)構(gòu)件,它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負(fù)荷,因此必須具備更高的靜動剛度,也是加工中心中質(zhì)量和體積最大的部件。
(2) 主軸部件:由主軸箱、主軸電動機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動、停止等動作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制,并通過裝在主軸上的刀具進(jìn)行切削。主軸部件是切削加工的功率輸出部件,是加工中心的關(guān)鍵部件,其結(jié)構(gòu)的好壞,對加工中心的性能有很大的影響。
(3) 數(shù)控系統(tǒng):加工中心的數(shù)控系統(tǒng)由 CNC 裝置,可編程序控制器,伺服驅(qū)動系統(tǒng)以及面板操作系統(tǒng)組成。它是執(zhí)行順序控制動作和加工過程的控制中心。CNC 裝置是一種位置控制系統(tǒng),其控制過程是根據(jù)輸入的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,插補(bǔ)運算以獲得理想的運動軌跡信息,然后輸出到執(zhí)行部件,加工出所需要的工件。
(4) 自動換刀裝置(ATC):換刀系統(tǒng)主要由刀庫,機(jī)械手等部件組成。如需要更換刀具時,數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令后,由機(jī)械手從刀庫中取出相應(yīng)的刀具裝入主軸孔內(nèi), 然后再把主軸上的刀具送回到刀庫完成整個換刀動作
(5) 輔助裝置:包括潤滑,冷卻,排屑,防護(hù),沖壓,氣動和檢測系統(tǒng)等部分 。這些裝置雖然不直接參與切削運動,但是加工中心不可或缺的部分。對加工中心的加工效率,加工精度和可靠性起著保障作用。
加工中心的工作原理是根據(jù)零件圖紙制定工藝方案,采用手工或計算機(jī)自動編制零件加工程序,把零件所需的機(jī)床各種動作及全部工藝參數(shù)變成機(jī)床的數(shù)控裝置能接
受的信息代碼,并把這些代碼存儲在信息載體(穿孔帶、磁盤等)上,將信息載體送到輸入裝置。讀出信息并送入數(shù)控裝置,或利用計算機(jī)和加工中心直接進(jìn)行通信,實現(xiàn)零件程序的輸入和輸出.
進(jìn)人數(shù)控裝置的信息經(jīng)過一系列處理和運算轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號。有的信號送到機(jī)床的伺服系統(tǒng),通過伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大,再經(jīng)過傳動機(jī)構(gòu)。驅(qū)動機(jī)床有關(guān)零部件使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應(yīng)運動.還有的信號送到可編程序控制器中用于順序控制機(jī)床的其他輔助動作,實現(xiàn)刀具自動更換。
三、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀
數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備,國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了30年跌宕起
伏,已經(jīng)由成長期進(jìn)入了成熟期,可提供市場1,500種數(shù)控機(jī)床,覆蓋超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域,產(chǎn)品種類可與日、德、意、美等國并駕齊驅(qū)。特別是在五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床、數(shù)控超重型機(jī)床、立式臥式加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床領(lǐng)域部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。其中, 五軸(坐標(biāo))聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是數(shù)控機(jī)床技術(shù)的制高點標(biāo)志之一。它集計算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工技術(shù)于一體,應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動化加工,是發(fā)電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業(yè)和軍工部門迫切需要的關(guān)鍵加工設(shè)備。五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用,其加工效率相當(dāng)于2 臺三軸機(jī)床,甚至可以完全省去某些大型自動化生產(chǎn)線的投資,大大節(jié)約了占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運輸時間及費用。國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床品種日趨增多,國際強(qiáng)手對中國限制的五軸聯(lián)動加工中心、五軸數(shù)控銑床、五軸龍門銑床、五軸落地銑鏜床等均在國內(nèi)研制成功,改變了國際強(qiáng)手對數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的壟斷局面。
從技術(shù)發(fā)展水平來看。隨著“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備重大專項”重點任務(wù)陸續(xù)完成,我國國產(chǎn)機(jī)床數(shù)控化率由“十五”末的35.5%提高到“十一五”末的51.9%。我國在數(shù)控系統(tǒng)方面已經(jīng)開發(fā)出多軸多通道、總線式高檔數(shù)控裝置產(chǎn)品。武漢華中數(shù)控股份有限公司、沈陽高精數(shù)控技術(shù)有限公司等單位已完成50多套開放式全數(shù)字高檔數(shù)控裝置的生產(chǎn)。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品覆蓋超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域。特別是在五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床、數(shù)控超重型機(jī)床、立式臥式加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床領(lǐng)域,部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床品種日趨增多,五軸聯(lián)動加工中心、五軸數(shù)控銑床、五軸龍門銑床、五軸落地銑鏜床等均在國內(nèi)研制成功,改變了國際強(qiáng)手對數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的壟斷局面,加速了我國從機(jī)床生產(chǎn)大國走向機(jī)床制造強(qiáng)國的進(jìn)程。
從市場需求情況來看。目前中國是世界上最大的數(shù)控機(jī)床進(jìn)口國和消費國,2010 年,中國機(jī)床消費同比增長43%,達(dá)到284.8億美元,進(jìn)口約為94億美元,中國成為世界第一大機(jī)床消費國。雖然“十一五”期間機(jī)床行業(yè)實現(xiàn)了較快發(fā)展,但高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值僅約占金屬加工機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值的10~15%,面對巨大的消費市場,國內(nèi)機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力無法滿足迅速膨脹的市場需求,多數(shù)高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品仍需大量從國外進(jìn)口。
國外數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展較早,其發(fā)展現(xiàn)狀可概括為以下幾點:(1)高速高精與多軸加工成為數(shù)控機(jī)床的主流,納米控制已經(jīng)成為高速高精加工的潮流。(2)多任務(wù)和多軸加工數(shù)控機(jī)床越來越多地應(yīng)用到能源、航空航天等行業(yè)。(3)機(jī)床與機(jī)器人的集成應(yīng)用日趨普及,且結(jié)構(gòu)形式多樣化,應(yīng)用范圍擴(kuò)大化,運動速度高速化,多傳感器融合技術(shù)實用化,控制功能智能化,多機(jī)器人協(xié)同普及化。(4)智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴(kuò)充,車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機(jī)床本身的狀態(tài)信息,分析相關(guān)數(shù)據(jù), 預(yù)測機(jī)床的狀態(tài),提前進(jìn)行相關(guān)的維護(hù),避免事故的發(fā)生,減少機(jī)床的故障率,提高機(jī)床的利用率。(5)最新的機(jī)床誤差檢測與補(bǔ)償技術(shù)能夠在較短的時間內(nèi)完成對機(jī)床
的補(bǔ)償測量,與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比,對機(jī)床誤差的補(bǔ)償精度能夠提高3~4倍,同時效率得到大幅度提升。(6)最新的CAD/CAM技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機(jī)床的加工提供了強(qiáng)有力的支持,可以大幅度提高加工效率。(7)刀具技術(shù)發(fā)展迅速,眾多刀具的設(shè)計涵蓋了整個加工過程,并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。
四、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢
今后世界上數(shù)控機(jī)床將以較高的速度發(fā)展,在金切機(jī)床中幾乎所有品種均可實現(xiàn)
數(shù)控化;數(shù)控系統(tǒng)向高度集成(采用 64 位 CPU)、高分辨率(0.1um)、小型化方向發(fā)展I 加工中心的定位精度在 5tun 以內(nèi),主軸轉(zhuǎn)速達(dá) 1 萬轉(zhuǎn)/min 以上,最高迭 4—5 萬轉(zhuǎn)/min,快速進(jìn)給速度達(dá) lOOm/min。機(jī)械加工向工序復(fù)合化、智能化方向發(fā)展。未來工廠將廣泛應(yīng)用數(shù)控機(jī)床、柔性加工單元和柔性加工生產(chǎn)線,最終實現(xiàn)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。工廠可以靈活地根據(jù)用戶需要,在短時間內(nèi)設(shè)計、制造出全新的產(chǎn)品,實現(xiàn)更高精度、效率和效益。
1、高精度化。國外效控系統(tǒng)的設(shè)定單位由 1um 發(fā)展到 0.1um 和 0.01um。1992 年
7 月,日本 FANUC 公司在慶祝該公司成立二十周年的新成果展示會上,展示了實現(xiàn)納米加工的整套技術(shù),實現(xiàn)了 0.001um/脈沖的控制系統(tǒng),能牘利執(zhí)行每個脈沖當(dāng)量為0.001um 的伺服單元,伺服電機(jī)、氣浮絲杠、氣浮主軸等部件,能檢測納米級精度的高精度檢測反饋系統(tǒng)。據(jù)資料介紹,這是世界上第一個真正實現(xiàn)納米加工的成套技術(shù)。
2、高速化??焖傩谐桃褟?24m/min 提高到 240m/min(當(dāng)設(shè)計單位為 1um 時), 加工中心的切削進(jìn)給速度可達(dá) 10m/min 以上。數(shù)控系統(tǒng)已從 16 位微機(jī)發(fā)展到 32 位、64 位機(jī),或用 40 多個 CPU 的結(jié)構(gòu)。FANUC 公司開發(fā)的 15B 數(shù)控系統(tǒng)就采用了 64 位微機(jī)的 RISC 技術(shù)(壓縮、優(yōu)化程序、消除跟蹤誤差)。
3、高可靠性。FANUC 公司的計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障工作時 (MTBF)是 0.01 次/月·臺,即實現(xiàn)了 100 個月里出現(xiàn)一次故障的高可靠性 t 從而使機(jī)器人也實現(xiàn)了
0.013 次/月·臺的高可靠性(另一種說法是國外數(shù)控系統(tǒng)的 MTBF 在 1 萬小時以上)。4、系統(tǒng)化。在新廠籌建和老廠擴(kuò)建過程中,人們已注意到了耍在系統(tǒng)工程觀念
指導(dǎo)下來添置數(shù)控機(jī)床、柔性加工單位及柔性制造系統(tǒng)、機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品。德國的維勒爾公司已經(jīng)給世界各國提供了上百條柔性制造系統(tǒng)。FANUC 公司還在筑波科學(xué)城中按計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(O1MS)的五層結(jié)構(gòu)建成 CIMS 模式的工廠。富士通公司建立了紹津 CIMS 工廠,富士電機(jī)也建立了吹上 C1MS 工廠}德國的西門子公司建立了 CIMS 數(shù)控系統(tǒng)制造廠。
5、微型化。FANUC 公司由于采用了 64 位傲處理囂、RISC 技術(shù)、SMT 技術(shù)(表面涂裝技術(shù)),用液晶顯示器代替 CRT 及三維立體安裝等新技術(shù).已將 16、18 等新數(shù)控系統(tǒng)鰭小到原有數(shù)控系統(tǒng)的 1/3。同時,已開始與其它公司,政府部門合作,開展了徽型機(jī)器人的研制工作。用于醫(yī)學(xué)頓域的傲型機(jī)器人要能進(jìn)入人體,執(zhí)行打通血管阻塞的任務(wù),還要在任務(wù)完成后自動退出人體。
6、智能化。視覺、觸覺、模糊邏輯控制等智能化工作仍在積極進(jìn)行。如 FANUC 公司展示的 7 軸雙腕智能化機(jī)器人。日本在無人化工廠的研制上長期保持 l~2 個示范工廠的狀態(tài)現(xiàn)已打破,目前已有 7 個無人化工廠。FANUC 公司在無人化工廠的研制上每年投入 1 億美元的研制費。
7、由傳統(tǒng)的萬能機(jī)床向機(jī)床功能專用化和產(chǎn)品多樣化發(fā)展。由于機(jī)床的萬能性和多功能性,造成機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造周期長、成本也相應(yīng)提高。用戶往往只需要都分功能,但付出的卻是多功能的代價,功能浪費了,根不經(jīng)濟(jì)?,F(xiàn)在機(jī) l 床制造業(yè)從品種少、批量大的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為多品種、專業(yè)化和小批量生產(chǎn)。對每一種具體的機(jī)床產(chǎn)品來說,它的功能應(yīng)該是有限的,適合用戶特定需要的,盡量步帶不必要的功能。如加工中心的刀庫,原來一般為 60 把刀,后考慮多數(shù)用戶需要的刀數(shù)還不到一半,生
產(chǎn)企業(yè)把刀庫容量降到 25 把刀或以下。
8、以模塊化設(shè)計實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化,功能專用化,已成為當(dāng)前機(jī)床發(fā)展的主流。這類機(jī)床是較為專用化的機(jī)床。這類機(jī)床在機(jī)床鎊售額中所占的比重,過去 5~10 年為 3%,現(xiàn)在已達(dá)到 10%,再過 5~lO 年,將達(dá)到 50%以上。生產(chǎn)企業(yè)要為每個不同的用戶專門設(shè)計機(jī)床,而規(guī)格和功能完全相同的機(jī)床將缸來愈少。甚至于以后有可能不再出現(xiàn)。
9、發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和加工中心也成為當(dāng)前數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一種趨勢。經(jīng)濟(jì)型(國外多稱為廉價型)數(shù)控機(jī)床,加工中心,是美國、日本等國的機(jī)床業(yè)作為一個參與市場競爭的新策略而再現(xiàn)的。起初這些企業(yè)為擴(kuò)大銷售市場,眼光從西方轉(zhuǎn)向東方什對中國大陸和東南亞這一片市場,如以功能復(fù)雜、檔次高而價格昂貴的效控機(jī)床、加工中心在市場上競爭并不有利,相反,以價廉和便于操作的數(shù)控機(jī)床來適應(yīng),則更加符合于這些地區(qū)的實際需要。
10、“電子—— 機(jī)械”商品化。一般認(rèn)為機(jī)電一律化商品,機(jī)械部分成本較高?,F(xiàn)在國際市場上機(jī)電一體化商品中的“電子”部分的比啻 I 不斷增加。FANUC 公司正準(zhǔn)備將成本中的電子都分增加到占 60%,機(jī)械部分占 40%,即形成以“電子”為主, 以“機(jī)械”為輔的機(jī)電一體化商品。