數控加工機電科技的論文
1、數控加工技術(shù)的現狀
隨著(zhù)人們對工業(yè)加工精度和復雜度的要求提高，對加工設備的性能要求也越來(lái)越高。20世紀以來(lái)，各國紛紛發(fā)展數控加工技術(shù)，以解決復雜件的加工問(wèn)題，比如對曲面配合件的加工。
1.1國內現狀
2003年開(kāi)始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數控機床進(jìn)口國。目前正在提高機械加工設備的數控化率，國家十一五科技發(fā)展規劃也明確提出，提高大型設備數控化水平。但是目前我國整體大型設備的數控水平低，機械加工的精度、復雜度、精度保持度等都遠低于國際水平。而加工中心作為機床家族的重要組成部分，今年來(lái)雖然也越來(lái)越受到國人重視，但是多為進(jìn)口或者合資企業(yè)產(chǎn)品，其技術(shù)水平也較低。我國目前各種門(mén)類(lèi)的數控機床都能生產(chǎn)，水平參差不齊，有的是世界水平，有的比國外落后10－15年。在精度方面，國內機床水平追趕國外先進(jìn)水平的距離也很長(cháng)。
目前我國大型加工中心很難達到0.005mm，國外由于技術(shù)先進(jìn)，則可以達到0.003mm。在精度保持度方面，國內一般為5年，國外則能夠達到10年。目前國內在軸承、絲杠、刀具等決定機械精度的方面技術(shù)能力都不夠。而國內數控系統最大的瓶頸在于國內系統是基于單板機的基礎上發(fā)展起來(lái)的，至今沒(méi)有一家是基于數字邏輯電路的設計。我國數控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數控技術(shù)和數控產(chǎn)業(yè)取得了相當大的成績(jì)。特別是最近幾年，我國數控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長(cháng)率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開(kāi)始，中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進(jìn)口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數控機床的研究開(kāi)發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類(lèi)設備和絕大多數的功能部件均依賴(lài)進(jìn)口。我們應看清形勢，充分認識國產(chǎn)數控機床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng )新與培訓服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達國家之問(wèn)的差距。
1.2國外現狀
美國政府重視機床工業(yè)，美國等部門(mén)因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng )新”，注重基礎科研。因而在機床技術(shù)上不斷創(chuàng )新，如1952年研制出世界第一臺數控機床、1958年創(chuàng )制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創(chuàng )開(kāi)放式數控系統等。由於美國首先結合汽車(chē)、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化所需的自動(dòng)線(xiàn)，而且電子、計算機技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數控機床的主機設計、制造及數控系統基礎扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng )新，故其高性能數控機床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。
當今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數控機床，其存在的教訓是，偏重于基礎科研，忽視應用技術(shù)，且在上世紀80代政府一度放松了引導，致使數控機床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進(jìn)的日本超過(guò)，并大量進(jìn)口。從90年代起，糾正過(guò)去偏向，數控機床技術(shù)上轉向實(shí)用，產(chǎn)量又逐漸上升。德國1956年研制出第一臺數控機床后，德國特別注重科學(xué)試驗，理論與實(shí)際相結合，基礎科研與應用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門(mén)緊密合作，對數控機床的共性和特性問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數控機床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用、貨真價(jià)實(shí)，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。日本自1958年研制出第一臺數控機床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過(guò)美國(5,688臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰略上先仿后創(chuàng )，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數控機床，大量出口，占去世界廣大市場(chǎng)。在上世紀80年代開(kāi)始進(jìn)一步加強科研，向高性能數控機床發(fā)展。日本FANUC公司戰略正確，仿創(chuàng )結合，針對性地發(fā)展市場(chǎng)所需各種低中高檔數控系統，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。另外還有臺灣和韓國的機床也比中國先進(jìn)。
1.3數控加工本身的特點(diǎn)
數控加工操作系統日益開(kāi)放、數控系統向軟數控系統發(fā)展、控制系統向智能化方向發(fā)展、向網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展、向高可靠方向發(fā)展、向多軸聯(lián)動(dòng)方向發(fā)展、向復合型方向發(fā)展的市場(chǎng)趨勢。數控加工具有柔性好，自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，對于輪廓形狀復雜的曲線(xiàn)的加工尤其適合。
數控加工中心是一種帶有刀庫并能自動(dòng)更換刀具，對工件能夠在一定的范圍內進(jìn)行多種加工操作的數控機床。本產(chǎn)品屬于大型加工中心，主要用來(lái)加工復雜結構、工藝及精度要求高的大型設備部件的數控加工工具。其特點(diǎn)是：被加工零件經(jīng)過(guò)一次裝夾后，數控系統能控制機床按不同的工序自動(dòng)選擇和更換刀具；自動(dòng)改變機床主軸轉速、進(jìn)給量和刀具相對工件的運動(dòng)軌跡及其它輔助功能，連續地對工件各加工面自動(dòng)地進(jìn)行鉆孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削及刨削等多工序加工。
由于加工中心能集中地、自動(dòng)地完成多種工序，避免了人為的操作誤差、減少了工件裝夾、測量和機床的調整時(shí)間及工件周轉、搬運和存放時(shí)間，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的經(jīng)濟效益。加工中心按主軸在空間的位置可分為立式加工中心與臥式加工中心。利用數學(xué)方式輸入，加工過(guò)程可任意編程，主軸及進(jìn)給速度可按加工工藝需要各自變化，且能實(shí)現多座標聯(lián)動(dòng)，易加工復雜曲面。對於加工對象具有“易變、多變、善變”的特點(diǎn)，換批調整方便，可實(shí)現復雜件多品種中小批柔性生產(chǎn)，適應社會(huì )對產(chǎn)品多樣化的需求。利用硬件和軟件相組合，能實(shí)現信息反饋、補償、自動(dòng)加減速等功能，可進(jìn)一步提高機床的加工精度、效率、自動(dòng)化程度；數控機床是以數字控制為主的機電一體化機床，充分發(fā)揮了微電子、計算機技術(shù)特有的優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化，可較易地組成各種先進(jìn)制造系統，如FMS、FTL、FA，甚至將來(lái)的CIMS，能最大限度地提高工業(yè)的生產(chǎn)率、勞動(dòng)生產(chǎn)率。
1.3.1數控系統與加工能力
目前處于世界領(lǐng)先水平的數控操作系統在設計中大量采用模塊化結構。這種結構易于拆裝、各個(gè)控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。FANUC系統設計了比較健全的自我保護電路。PMC信號和PMC功能指令極為豐富，便于工具機廠(chǎng)商編制PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。系統提供串行RS232C接口，以太網(wǎng)接口，能夠完成PC和機床之間的數據傳輸。FANUC系統性能穩定，操作界面友好，系統各系列總體結構非常的類(lèi)似，具有基本統一的操作界面。FANUC系統可以在較為寬泛的環(huán)境中使用，對于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應性很強。
1.3.2機械系統與加工能力機械系統
目前以德國最好。目前較為先進(jìn)的設備，保留了其先進(jìn)的全靜壓塊靜壓結構和雙層式床身結構，增加了四柱雙驅的平衡驅動(dòng)方式，有效解決了消隙及驅動(dòng)平衡的難題，采用斜齒齒輪對，使轉臺運轉更加平穩；采用上壓式鑲條滑塊結構，機床轉臺自適應調整液壓夾緊裝置使得B軸聯(lián)動(dòng)旋轉加工精度更高，更加穩定；機床主軸采用液壓氮氣平衡，確保機床的快速響應速度，使機床運行更加平穩可靠。具有智能數字刨銑工能，可加工直角、銳角孔及異形斜面樣條溝槽。
該機床正式投產(chǎn)后機床直線(xiàn)精度（XY）可達±0.003㎜，旋轉（B）精度可達±2S”，直線(xiàn)重復定位精度達到0.001㎜。產(chǎn)品精度保持度可達10年以上，大大提高了機械的使用壽命。除此之外，目前先進(jìn)數控加工設備還采用很多應用性很強的技術(shù)來(lái)提高加工精度和難度，保證其可以加工復雜的曲面件。在提高轉臺精度及平穩性方面：采用四柱雙驅技術(shù)，由原來(lái)的一側一個(gè)齒輪驅動(dòng)改為在180°水平方向上按對等夾角兩對雙齒輪驅動(dòng)，每對齒輪可自動(dòng)消隙。機床轉臺精度長(cháng)久保持性：使用12個(gè)獨立的高耐磨銅靜壓塊代替原來(lái)的貼塑耐磨條工藝，因靜壓幾乎無(wú)磨損而長(cháng)期保持精度。溫度對機床精度的影響方面：使用溫度補償功能，在機床內部安置溫度傳感器，利用激光干涉儀測出其溫度變化時(shí)機床在各溫度下的變化值，然后再機床參數中補正。刨銑功能開(kāi)發(fā)（直角孔槽加工）：利用機床CS功能，使主軸與X、Y、Z軸移動(dòng)的同時(shí)，主軸按刀具切線(xiàn)方向控制轉角。機床慣量的控制：使用液壓氮氣組合平衡方式代替配重鐵平衡方式，減少機械運動(dòng)質(zhì)量和運動(dòng)中的動(dòng)量慣量。
2、復雜曲面配合件的數控加工工藝
能夠加工復雜曲面配合件是數控加工設備的重要性能之一。下面以一復雜的曲面加工件為例談?wù)剶悼丶庸すに嚒?/p>
2.1對復雜曲面配合件的零件圖形進(jìn)行分析
例如:某軸類(lèi)配合件,材料為45鋼。對零件圖分析能夠了解到零件的一些特征。要了解到零件的材料、毛坯大小、加工性能，零件的幾何尺寸、尺寸精度、形位公差、表面粗糙度及熱處理等技術(shù)要求。該零件加工部位有：內孔(錐度接圓弧孔、臺階孔、內螺紋、內倒角)、復雜曲面配合件的外輪廓(一個(gè)錐度接圓弧、部分橢圓、若干外倒角)、復雜曲面配合件的外輪廓(多圓弧相接)。
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