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CNC机床技术的最新发展


CNC机床正朝着高速、高效和高精度的方向发展,为增强市场竞争力,各国机床制造商在CNC机床的设计制造中采用了许多新技术,例如直线电动机、高效冷却系统、多功能加工系统、开放式CNC系统和网络制造系统等。目前这些先进技术都应用于新的CNC机床产品。

  1直线电动机

  先进的直线电动机驱动已经广泛用于CNC铣床和CNC车床。它不仅能在f=60m/min以上进给速度的切削条件下,对零件进行高速切削和快速排屑,同时还能提高零件的加工精度。直线电动机具有能加快伺服响应速度,提高伺服控制精度和机床加工精度的特点,因而能极好地扩大CNC机床的加工能力。通常的回转——直线运动传动系统,因其固有的质量、惯性、超前、滞后和振动等问题,会影响零件的加工质量。而在CNC机床上安装直线电动机则不存在以上问题。目前,Mazak、森精机、大隈和CincinnatiMachine等公司都已将直线电动机用于新型CNC机床,使机床的进给速度达到f=60m/min以上,快速移速度达f=120m/min,机床加速度达2g。目前,在直线电动机的使用上还存在着如承载能力小、发热等问题,需在今后加以改进。

  2高效冷却系统

  对于进行高速切削的CNC机床,各轴要在f=60m/min的进给速度下进行切削,这就会使采用滚珠丝杠的CNC机床在加工中产生高温,严重影响零件的尺寸精度和机床的定位精度。由日立精机公司开发的滚珠丝杠冷却器,通过在中空的滚珠丝杠中传输冷却液来降温,达到冷却丝杠和稳定加工尺寸的目的。Makino公司开发的电子冷却器控制系统,可监控滚珠丝杠因摩擦等产生的温升,使滚珠丝杠温度保持在允许范围内。除对滚珠丝杠进行冷却外,对高速旋转的主轴的温升也要严格控制。Yamazen公司将压力为p=6.89MPa的冷却液通过主轴中心孔对机床主轴、刀具及加工零件进行冷却。它不但能保证工件、刀具不受温升的影响,提高刀具使用寿命,还能使切屑顺利排出,净化加工环境。为了避免导轨受温升的影响,日立公司与轴承制造商联合开发出牌号为Eco-Eco的导轨润滑脂,具有冷却、润滑效果好、无有害物质、能进行自动润滑以及不需要专用设备等优点。许多厂家使用证明,它具有良好的使用效果和经济效益。

  3多功能加工系统

  一个零件在一台机床上完成全部加工工序是制造技术进步的必然趋势。最新开发的车床都具有类似于加工中心上的4~5轴加工功能以及大功率、多功能B轴加工系统和自动换刀装置,使车床与加工中心之间的区别日渐减少,成为多功能加工机床。多功能机床的产生是CNC机床技术进步的标志之一。

  4高效、大功率主轴电动机

  为提高机床主轴电动机的切削速度、快速响应能力和控制精度,大多数CNC机床都选择集成式主轴AC感应主轴电动机代替以往的由皮带或齿轮减速的分离式主轴电动机。而最近随着技术的进步,新开发出一种含稀有材料的永久磁铁集成式主轴电动机。由于它能更高效、大功率地传递扭矩,所以大有取代感应式集成主轴电动机的趋势。据Yamazen公司经理介绍,这种含铌的永久磁铁集成式主轴电动机与通用的感应式集成主轴电动机相比,具有以下三个优点:

  传递扭矩大该公司用两种功率为N=7.46kW,转速n=6000r/min的电动机所作的比较性试验表明,通用的感应式集成主轴电动机传递的转矩为95N·m,而含稀有材料的永久磁铁型集成式主轴电动机则能传递160N·m的转矩。

  易于对使用中产生的温升进行在线控制,且使用简单的气冷方式即可对主轴电动机进行冷却,无须安装昂贵的冷却器。

  由于电动机选用特殊的永久磁铁材料制成,所以磁性强,电动机体积小,结构紧凑。这样可使主轴孔直径增大,大大提高机床的加工能力。例如车床,原来上料装置能通过的棒料最大直径为52mm,现改用永久磁铁型集成式主轴电动机后,机床便能加工最大直径达61mm的棒料。

  5网络制造系统

  最近几年,网络技术已成为CNC机床加工中的主要通讯手段和控制工具,势将形成一整套先进的网络制造系统。例如,通过开放式CNC系统,使用遥控诊断系统,机床在加工中若出现问题,可自动向设计部门发出信息,使问题得到及时解决。在机床CNC系统中自动存贮、迅速处理的大量加工信息,可通过网络进行实时传输、交换,包括设计数据、图形文件、工艺资料、加工状态等,大大提高了生产效率。目前用得最多的还是通过网络改善服务,给用户以有力的技术支持等。

  在IMTS2000上,许多机床制造厂商,展出了新近开发的网络制造系统。例如CincinnatiMachine公司,向用户演示了编程人员、操作者和维修人员通过他们设计的开放式CNC系统和CincinnatiMachine公司的国内网络制造中心,进行声音或图象的交流和传递,同时演示了遥控诊断系统的使用方法等,增加了用户使用网络制造系统的愿望和信心。据CincinnatiMachine公司经理介绍,用户只要购买所需的软件、调制解调器、网络用摄像机以及耳机,即可上网,不需要安装网络服务器。通过网上交换多种信息,大大地提高了生产效率。据IAMS公司介绍,用户可以通过他们的Cutdata。com网站,根据用户所输入的加工材料、切削刀具材料等信息,即可向用户推荐加工中应选择的切削速度、进给量、切削深度等,用户可根据推荐数据进行编程和加工。有问题还可通过网站联系,保证加工顺利进行。

  6开放式CNC系统

  采用开放式CNC系统,能大大提高机床的实时数据交换能力、实时响应能力和多任务并列处理能力等。日立精机机床公司开发的名为万能用户接口的开放式CNC系统,能将机床CNC操作系统软件与因特网联接,两者进行信息交换。该系统除具有以上优点外,还具有以下特点,是开放式CNC系统中的顶端产品:

  使CNC机床的功能大大提高。例如,它可使机床具有遥控诊断功能。

  大大提高了CNC系统的数据传输能力,可使CNC系统和网络间的传输速度高达10MB/s。

  为充分发挥因特网的作用,他们还开发出HS-MOS操作码。使用这种操作码,用户可根据实际需要,很方便地用VisualBasic或C语言汇编出第三方软件,例如遥控诊断与数据处理程序等。目前网络制造系统和开放式CNC系统就如同电视台与电视机,通过电视塔发射出不同频率的信号,即能在各处电视机上收到各种图像和声音。网络制造系统就是电视台和电视塔,而开放式CNC系统即是分布在全国各地的电视机。只要有一个设计或制造单位,根据不同的加工零件需要,汇编出不同的加工控制程序,其它制造厂家即可从网络制造系统中,提取所需要的控制程序,对零件进行加工。这将大改变目前的机器制造方式。

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