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  • 數控機床向高精度、高速度發展和數控機床基礎結構

      在現代工業社會中,效率、質量和成本依然是制造企業競爭的核心問題,所以各企業競相采用的設備和技術,以提高自己的競爭能力,其中非常典型的就是數控機床的廣泛應用,尤其是數控機床技術本身的革新與發展。

    [一]、數控機床向、高速度方向發展
      在現代工業社會中,效率、質量和成本依然是制造企業競爭的核心問題,所以各企業競相采用的設備和技術,以提高自己的競爭能力,其中非常典型的就是數控機床的廣泛應用,尤其是數控機床技術本身的革新與發展。
      1.數控系統和伺服系統的控制精度為數控機床向方向發展提供了核心技術支持
      的數控系統均采用位數、頻率的處理器(如32位,64位機),以提高系統的基本運算速度,使得高速運算、模塊化及多軸成組控制系統成為可能。同時,新一代數控機床采用規模的集成電路和多微處理器結構,以提高系統的數據處理能力。
      數控機床的各坐標軸采用智能化交流伺服系統驅動控制。智能化交流伺服系統由智能控制器、自動檢測和自動識別技術與586或性能的微機、新型功率電子器件(IGBT)的逆變器、數字信號處理器(DSP)、數字式位置傳感器、SPWM以及交流永磁同步電動機或籠型異步伺服電動機構成。利用知識工程、機器學習、人工智能技術、模糊控制技術的原理和方法,建立適合于復雜交流伺服系統的知識結構,廣義知識表示及知識的自動獲取方法,為綜合智能控制提供信息基礎,了伺服系統的控制精度。
      其他控制技術的應用,也是數控機床向方向發展的重要因素。前饋控制技術,在原來的控制系統上加上速度指令的控制方式,使追蹤滯后誤差減少,了拐角切削加工精度。機床靜、動摩擦的非線性補償控制技術了機床床鞍的爬行。高分辨率位置檢測裝置的應用,也是數控機床加工的重要。
      2.速切削技術為數控機床向高速度方向發展提供了理論依據和技術
      提高數控機床生產率歸根到底是以加快空程運作的速度和提高零件生產過程的連續性,從而縮短輔助工時為目的的一種技術手段。
      但是,輔助運作速度的提高是有限度的。例如加工中心自動換刀時間已縮短到小于七,空程速度一般已提高到30~60m/min,再提高空程速度不但技術上有困難,經濟上不合算,而且對提高機床的生產率意義也不大。于是在單位時間內材料切除率是常規切削的3~6倍的速切削(Ultra-HighSpeedMachining)技術在專家們的苦心研究下應運而生了。
      這種技術不但可以提高生產效率。還可以降低切削力的30%以上;切屑可以帶走切削熱的95%~98%以上。
      可以減少振動和殘余應力。降低加工成本等等。關鍵是速切削技術的相關核心技術相繼出現了,如高速切削刀具技術(具有、高熔度刀具材料的鐵基硬質合金、聚晶金剛石(PCD)壓層硬質合金、聚晶立方氮化硼(CBN),陶瓷等刀具材料技術);高速切削機床技術包括高速主軸、高速進給系統(高速滾珠絲杠、高速的直線電動機伺服驅動系統和虛擬軸機構)、高速CNC控制系統(關鍵技術包括處理刀具軌跡、預先前饋控制、反應的伺服系統等);高速加工的測試技術(主軸發熱情況測試、滾珠絲杠發熱測試、刀具磨損狀態測試、工件加工狀態監測)等等?,F在,高速切削技術已經進人了工業應用階段。
      3.多抽聯動技術加速了數控機床向高速度方向發展
      由于在加工自由曲面時,3軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參與切削,進而對工件的加工質量造成破壞性影響,而5軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單,并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速,從而顯著加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率,因此,各大系統商不遺余力地5軸、6軸聯動數控系統,隨著5軸聯動數控系統和編程軟件的成熟和日益普及,5軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個熱點。
      主要的系統商在6軸聯動控制系統的研究上己經取得和很大進展,在6軸聯動加工中心上可以使用非旋轉刀具加工任意形狀的三維曲面,且切深可以很薄。
      立式機床的立柱,因為主軸箱懸掛在立柱一側,所以一般采用封閉的箱型結構和米字形的內部肋板;有因為米字形肋板鑄造時比較困難,所以有些立柱仍采用井字形的肋板。由于采用平衡錘平衡主軸箱的重量,因此平衡錘一般設立在立柱內腔里,并隨主軸箱的升降而升降。采用這種平衡方式的立式機床立柱,其內腔是中空的。
      [二]、數控機床基礎結構
      用數字化信息技術對設備系統進行地控制的技術就是數字控制技術。數控機床就是用數字控制技術對機床的運動軌跡和對零件的加工過程進行控制,是數字和機床的運作的融合。像自動洗衣機、電冰箱等電氣對數字控制技術的應用有著非常大應用,具有代表性的機電一體化產品就是數控機床,它對控制編碼和規定內的符號有的邏輯處理能力,與普通的機床相比更具有現代化機械加工設備的性。數控機床所有的機電一體化產品相同,由以下幾大組成部分:機床主體、電氣控制單元、執行系統、數據控制系統部分。
      1、機床主體。數控機床的主體是機床的重要組成部分,它是直接作用在零件上的。主要的作用就是對零件進行加工。
      2、電氣控制單元。電氣控制系統是由電源模塊、電機模塊、運動控制器(SIMOTION)等部分組成。
      現階段的數控機床的電源模塊有兩種:一種可以將一個固定的電流轉化成預定電流,并且與運動控制器能進行通信的可調電流;還有一種是不能轉化電流,不能與運動控制器通信的不可調電流。電動機模塊有兩種,分別是裝機裝柜型和書本型。它的作用就是把通過的電流轉變成適合電動機使用的交流電。電氣控制單元是數控機床的重要指揮中心,而電氣控制系統的主要組成部分就是運動控制器,它的主要功能就是對主體工作部分的運動、邏輯、工藝的控制,它的正常運行對電氣控制系統的正常運轉發揮著重要的作用。
      3、電氣控制系統的執行部分。這部分是數控機床對零件加工部分的直接作用者,通過對電磁閥的控制來完成機械的各種活動,通過對換刀角度的自由進一步提高數控車床的工作效率;在對機床進行換刀時會改變刀具原有的運動軌跡;刀具在加工的過程中,會出現磨損或斷裂的現象,通過光纖傳感器對刀具進行檢測,加工的質量。
      4、PLC數控機床的核心控制部分。數控機床的控制系統的核心部分就是軟件對程序的分析及使用。工控機通過對輸入信息的讀取將正確的信息傳遞給運動控制器,運動控制器會根據接收到的信息對電動機模塊進行控制,進而對數控機床的工作區域進行控制。同時,光柵尺檢測到加工區域的信息,通過傳感器將信息轉化成標準信號傳遞給運動控制器,通過傳感器的檢測將數控機床的工作狀態傳遞給數控機床的電氣控制系統。

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