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《技术突破!超硬磨具数控加工复杂型面叶片成为可能》

  • 来源专题：数控机床与工业机器人
  • 编译者： icad
  • 发布时间：2019-03-27

  • 据国内媒体报道，某机床创新研究院在航空发动机叶片生产上实现突破，他们与当地一家机床公司合作成功研制出了4轴联动和5轴联动的4阵列叶片磨削抛光机床各1台，1次能够同时加工出4枚叶片，加工效率和精度远高于进口机床，性能居国际先进水平，解决了复杂型面叶片加工困难这一世界难题。 　

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  • 《世界数控机床新技术及装备发展特征》
    • 来源专题：数控机床与工业机器人
    • 编译者：杨芳
    • 发布时间：2017-09-25
    • 数控系统技术的突飞猛进为数控机床的技术进步提供了条件。为了满足市场的需要，达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，当前，世界数控技术及其装备的发展主要体现为以下几方面技术特征： 　　1、高速、高效 　　机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。 　　20世纪90年代以来，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60~120m/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，为开发应用新一代高速数控机床提供了技术基础。 　　目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到5000~8000m/min以上;主轴转数在30000转/分(有的高达10万r/min)以上;工作台的移动速度(进给速度)：在分辨率为1微米时，在100m/min(有的到200m/min)以上，在分辨率为0.1微米时，在24m/min以上;自动换刀速度在1秒以内;小线段插补进给速度达到12m/min。 　　2、高精度 　　从精密加工发展到超精密加工，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(<10nm)，其应用范围日趋广泛。 　　当前，在机械加工高精度的要求下，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，甚至更高;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Ra=0.003微米等。这些机床一般都采用矢量控制的变频驱动电主轴(电机与主轴一体化)，主轴径向跳动小于2μm，轴向窜动小于1μm，轴系不平衡度达到G0.4级。 　　高速高精加工机床的进给驱动，主要有“回转伺服电机加精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。此外，新兴的并联机床也易于实现高速进给。 　　滚珠丝杠由于工艺成熟，应用广泛，不仅精度能达到较高(ISO3408 1级)，而且实现高速化的成本也相对较低，所以迄今仍为许多高速加工机床所采用。当前使用滚珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。 　　滚珠丝杠属机械传动，在传动过程中不可避免存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应地造成运动滞后和其它非线性误差，为了排除这些误差对加工精度的影响，1993年开始在机床上应用直线电机直接驱动，由于是没有中间环节的“零传动”，不仅运动惯量小、系统刚度大、响应快，可以达到很高的速度和加速度，而且其行程长度理论上不受限制，定位精度在高精度位置反馈系统的作用下也易达到较高水平，是高速高精加工机床特别是中、大型机床较理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达208 m/min，加速度2g，并且还有发展余地。 　　3、高可靠性 　　随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。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，无故障率在P(t)=99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。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(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，但是，可以看到距理想的目标还有差距。 　　4、复合化 　　在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。 　　柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。就棱体类零件而言，加工中心便是最典型的进行同一类工艺方法多工序复合加工的机床。事实证明，机床复合加工能提高加工精度和加工效率，节省占地面积特别是能缩短零件的加工周期。 　　5、多轴化 　　随着5轴联动数控系统和编程软件的普及，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，由于在加工自由曲面时，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，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在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予切削，因此，5轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。 　　最近，国外还在研究6轴联动控制使用非旋转刀具的加工中心，虽然其加工形状不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。 　　6、智能化 　　智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面： 　　为追求加工效率和加工质量的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成; 　　为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等; 　　简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等; 　　智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。 　　世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。 　　7、网络化 　　数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。 　　随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM的基础上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有“人性化”。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化改造，ERP等一批先进企业管理软件已经脱颖而出，为企业创造出更高的经济效益。 　　8、柔性化 　　数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标;注重加强单元技术的开拓、完善;CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展;数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展;网络系统向开放、集成和智能化方向发展。 　　9、绿色化 　　21世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，即要实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行，但也包括在特殊气体氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术)不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用，故又出现了使用极微量润滑(MQL)的准干切削。目前在欧洲的大批量机械加工中，已有10~15%的加工使用了干和准干切削。对于面向多种加工方法/工件组合的加工中心之类的机床来说，主要是采用准干切削，通常是让极微量的切削油与压缩空气的混合物经由机床主轴与工具内的中空通道喷向切削区。在各类金切机床中，采用干切削最多的是滚齿机。 　　总之，数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件，促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。可以预见，随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用，制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。 做好产业规划 推动产业升级.
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  • 《CAD/CAM软件技术及其在数控I床中的应用》
    • 来源专题：数控机床与工业机器人
    • 编译者：杨芳
    • 发布时间：2017-05-22
    • 1、前言 现代信息技术的进步，使科学技术的发展日新月异，高新产业的辅助，使计算机相关应用及各种软件技术越来越多地进入到了各个企业的生产和经营过程当中。CAD/CAM软件的应用，可以说是信息技术领域的以此重大突破，其优势已经被获得了越来越多的共识。制造行业作为推动我国社会经济的重要力量之一，加强技术应用也是时代发展的大势所趋。很多研究已经对CAD/CAM软件技术以及数控机床进行了系统性的分析，从中不难看出，CAD/CAM软件技术在数控机床当中的应用，是制造产业中的一项重大突破，对于全面提升制造业的生产效率来说，具有着划时代的革命性意义。传统的制造业生产和简单的数控机床应用已经无法满足当前企业的实际需求。因此，深入开展CAD/CAM软件技术在数控机床的应用，对于更多制造企业进一步提升生产效率具有着重要的指导意义。 2、CAD/CAM软件技术与数控机床概述 2.1、CAD/CAM软件技术 CAD技术全称ComputerA ided Design，是一种基于计算机技术的辅助设计软件，自从上个世纪九十年代末发展至今，已经被诸多行业领域所应用。其功能主要包括：建立模型、数据计算、模拟仿真、绘制图形等等I1 。其应用于数控机床当中，主要作用是为了服务于数控生产加工的辅助，通过数控技术独有的高精度计算功能加以强大的文字、图像等处理技术，使数据的存储和处理能力全面提高，设计者可以据此来提升创造性思维，有利于对数据进行综合性的判断分析，并通过逻辑化的处理来有效提升设计进程。 CAM技术全称ComputerA ided Manufacturing，同CAD技术一样，均为基于计算机系统的辅助功能软件，相对来说．CAM的覆盖面更加广泛，应用于数控机床中主要实为了实现更加高效的编程，功能内容包括数控路径的规划、生成切割位和NC代码等。 2.2、数控机床 数控机床就是在机床加工过程中，应用数字化对加工数据进行控制的一项技术，因此其涵盖了机械加工、监控检验、微电子、智能控制技术等，属于一种高新技术，从其起源至今，发展极为迅速，对我国制造业的发展，起到了不可估量的推动作用。客观地讲，数控机床的应用，通过以数控技术作为核心，在制造行业领域有着极高的代表性，在机电一体化领域当中具有着极高的水平，其智能化地位在国际当中都具有着相当的影响力。 3、CAD/CAM软件技术在数控机床中的应用现状 当前，我国的数控机床虽然已经获得了普及应用，但很多制造业当中并没有配备专门的基于某项软件技术的计算机辅助系统，因此相对来说，关于CAD/CAM软件技术在数控机床中的应用成为了一门新兴学科，其设计理念就是在数控机床中，应用计算机辅助设计制造，以此更进一步提升数控机床的技术精度，使加工效果更为理想。 从基于CAD/CAM软件的计算机设计，直至通过数控机床加工，其主要步骤为：设计参数的制定一软件制图一输入参数进行加工一刀路文件生成一模拟刀具轨迹一根据模拟调整参数一生成执行文件一执行文件一机床生产．整个过程看似简单，实际上从技术的角度看极其系统化和复杂化，始终都离不开基于计算机的软件操作。其软件功能又分为几类：第一，设计软件主要进行加工制造零件图形的设计与绘制，比如本文所提及的CAD，或者是更为先进的BIM三维绘图软件等等：第二类就是制造类软件，也就是本文所分析的CAM．通过此软件的应用来生成加工所需的代码，然而软件的绘图功能又二维图形和三维图形等等，总之，就是要通过设计软件使图形加工为成品，也就是通过NC代码的生成来命令机床根据参数进行加工，直至后续的产品处理。第三类就是执行软件，机床加工需要NC代码的指示，机床与计算机之间的通讯可以采用COM端口相联，然而通常在实际应用的过程中，都通过机床控制器来进行控制，与人之间的交互则需要依靠板卡所提供的程序L3]。因此，其驱动程序技术仍有着一定的开发空间，本文在此不作探讨。 4、CAD/CAM软件技术在数控机床中的应用技术分析 4.1、软件数据的共享 从整体上看，当前设计类软件种类繁多，应用的范围也有所不同，因此在实际应用的过程当中，需要考虑到不同软件之间的相互作用力。比如在CAD中，将设计的模具模型输入到CAM软件当中，然后再根据实际需求设置加工参数和加工的刀具路径，来通过CAM软件自动生成NC代码。对此，很多软件在设计过程中均开始注意这方面的问题，绝大多数软件当中都配有专门的供文件进行转换的接口，能够实现文件与文件之间的相互转换。但是转换过程中也要根据不同的情况进行适当的调整，比如大多数软件都与DXF文件兼容，但CAD想要通过DXF格式转换，则需要通过CAD进行二次分解，但此类型的格式转换极有可能使数据丢失，因此，如何在两个不同软件之间找到最佳的转换格式就成为下一步需要解决的问题。 4.2、数控文件的处理 数控机床的工作原理主要就是对数控文件的处理。在整个数控加工过程当中．CAM软件在生成_NC代码之前的后置处理文件则尤为重要，然而，虽然CAM具有着相应的优势，但是其软件功能并没有专门针对于数控机床的相关设计。数控机床具有不同的型号，也分多种用途，不同的数控机床对于不同NC代码和C代码的要求也就存在一定的差异，而数控文件中的后置处理文件对于NC代码的生成可以说具有决定性的作用，因此为了保证NC代码准确生成并被有效识别，就需要依赖于后置文件的处理。而后置文件处理的过程可以将其看成为一编辑文本的处理过程，作用就是为了对加工时的刀具轨迹做好准确的判断，使其能够准确的格式化，并转换成NC代码输出，通过代码的交互实现在数控机床控制器之间的数据传递，命令机床按照程序语言驱动加工。 4.3、CAD/CAM软件技术的集成 在数控机床的应用中，伴随CAD/CAM技术的不断发展，两者可以说已经达到了一种”相互依存”的状态，单一软件的应用已经无法满足很多领域的实际需求，因此．CAD/CAM软件技术的集成，成为了一个大的发展方向。所谓的CAD/CAM软件技术集成，主要指的是将两种软件结合应用，有利于更好地满足智能化制造业的需求，尤其是在近些年出现的CMS（计算机集成制造系统）系统背景下，能够在数控加工中将CAD技术直接转换为CAM．以此来满足数控的加工信息需求，最大程度降低数据信息在转换过程中丢失的概率，将零件的设计、工艺和加工流程等均进行整合，以全面提高生产效率。 从上文的分析中能够看出，在数控加工过程当中，能够借助CAD/CAM软件技术的优势来实现制造加工效率的提升，也由此可见在数控加工过程中对于CAD/CAM软件技术集成应用为加工效率带来的优势，能够有效简化传统的繁琐流程，实现资源转换效率的最大化。在当前诸多的集成软件当中，都是直接通过内部的数据格式来获取到CAD所生成的模型，实体建模功能日臻完善，大多都是通过实体建模继而通过软件包实现参数设计的准确性，并借助高级语言完成对相关驱动的集成。 5、结语 综上所述，随着基于计算机技术各种应用软件的发展，在工业制造业设计领域中的应用范围也在不断扩大，相关研究进展也在不断加深。CAD/CAM技术因为其独特的优势使之在数控机床中的应用前景更加广阔．CAD/CAM技术的网络化也因此成为了热门的研究话题，也必将成为今后的一个大的研究方向。 .
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