數(shù)控車(chē)床未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
車(chē)床(英語(yǔ)名稱(chēng):TurningMachine)屬于機(jī)床工具細(xì)分品類(lèi),是金屬切削機(jī)床一個(gè)重要分支,是采取車(chē)削加工的機(jī)床。車(chē)削加工基本原理是加工件旋轉(zhuǎn),刀具固定,刀具與加工件之間做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),從而完成加工件的加工。
車(chē)削加工是軸類(lèi)零件和盤(pán)類(lèi)零件等旋轉(zhuǎn)類(lèi)加工件最基本的加工工藝。車(chē)床作為金屬切削機(jī)床最重要的一大分類(lèi),在金屬切削機(jī)床中占比約為20%-35%1。車(chē)床,尤其是高端數(shù)控車(chē)床是非常重要的一類(lèi)工業(yè)母機(jī),是制造業(yè)發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)裝備。數(shù)控車(chē)床是汽車(chē)行業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、底盤(pán)等零部件中軸、齒輪、輪轂等典型零件非常重要和關(guān)鍵的加工裝備。
作為工業(yè)母機(jī),數(shù)控車(chē)床承載著工業(yè)現(xiàn)代化的特殊使命。當(dāng)下,《中國(guó)制造2025》將高端數(shù)控機(jī)床確定為國(guó)家產(chǎn)業(yè)振興戰(zhàn)略的重要領(lǐng)域之一,高速度、高精度、復(fù)合化、智能網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、環(huán)?;瘜⒊蔀閿?shù)控機(jī)床主要的發(fā)展方向。屬于數(shù)控機(jī)床具體品類(lèi)的數(shù)控車(chē)床也具有如下特征:
①高速度
效率是數(shù)控車(chē)床發(fā)展的永恒主題。采用高速CPU芯片,多核CPU控制系統(tǒng)等技術(shù)可極大地提高數(shù)控車(chē)床的效率。提高主軸轉(zhuǎn)速,提高坐標(biāo)快速移動(dòng)速度,提高數(shù)控車(chē)床換刀速度等減少加工的輔助時(shí)間,縮短切削時(shí)間是提高數(shù)控車(chē)床效率的主要途徑。對(duì)高速度的追求,催生了電主軸、直驅(qū)馬達(dá)、直線(xiàn)電機(jī)等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)。
②高精度
作為工業(yè)母機(jī),提高數(shù)控車(chē)床本身切削精度是其發(fā)展的核心目標(biāo)。通過(guò)不斷提高數(shù)控車(chē)床的加工精度,一方面可以實(shí)現(xiàn)高精度加工,改變傳統(tǒng)工藝模式,比如通過(guò)硬車(chē)實(shí)現(xiàn)“以車(chē)代磨”,以此提高效率和精度;另一方面,通過(guò)高精度加工提高單個(gè)零部件精度的穩(wěn)定性,從而無(wú)需再實(shí)施傳統(tǒng)的“分組裝配”模式,使得裝配效率大幅度提高。
此外,提高數(shù)控車(chē)床的動(dòng)態(tài)精度是提高數(shù)控車(chē)床精度水平的重要途徑。采用有限元分析優(yōu)化數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu),用熱變形誤差補(bǔ)償技術(shù)提高數(shù)控車(chē)床的動(dòng)態(tài)精度,通過(guò)主軸動(dòng)態(tài)精度的測(cè)量技術(shù)找出提升數(shù)控車(chē)床主軸精度的要素,從而最大化提升高端數(shù)控車(chē)床的精度;采用空間幾何誤差補(bǔ)償技術(shù),提高數(shù)控車(chē)床動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)精度;應(yīng)用智能主軸技術(shù),通過(guò)傳感器識(shí)別誤差性質(zhì)(摩擦誤差、熱變形誤差、幾何誤差、振動(dòng)誤差等),通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行幾何誤差的補(bǔ)償或者消除。
③復(fù)合化
復(fù)合化加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零部件的高精度加工,為其他工業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新產(chǎn)品提供了前提。通過(guò)復(fù)合化加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)工藝集約,縮短物流線(xiàn),減少物資等待時(shí)間。通過(guò)數(shù)控車(chē)床復(fù)合加工,可以進(jìn)行同一類(lèi)工藝方法或不同類(lèi)工藝方法的多工序自動(dòng)化加工,完成一個(gè)復(fù)雜形狀零部件的車(chē)、銑、鉆、鏜、磨等多種加工工序的復(fù)合加工。
一是通過(guò)數(shù)控車(chē)床復(fù)合化提高加工精度和加工效率,節(jié)省占地面積和縮短工件的加工周期;二是數(shù)控車(chē)床復(fù)合化使得無(wú)人化加工更加簡(jiǎn)單,使得更多的加工零部件可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人化加工,生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性也將大幅度提高;三是數(shù)控車(chē)床復(fù)合化簡(jiǎn)化了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過(guò)復(fù)合化加工可以實(shí)現(xiàn)需多個(gè)零配件進(jìn)行裝配組合實(shí)現(xiàn)的功能直接使用一個(gè)零件來(lái)實(shí)現(xiàn),簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),減少了系統(tǒng)的零件數(shù)量,系統(tǒng)功能更加強(qiáng)大,可靠性更加提高,成本更加節(jié)約。
復(fù)合化是數(shù)控車(chē)床行業(yè)的重要?jiǎng)?chuàng)新方向。隨著復(fù)合化加工技術(shù)向縱深發(fā)展和展開(kāi),其應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)合會(huì)越來(lái)越普及,這將導(dǎo)致部分傳統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床被復(fù)合化車(chē)床替代。未來(lái),復(fù)合化數(shù)控車(chē)床必將成為數(shù)控車(chē)床需求市場(chǎng)的主流方向。
④智能網(wǎng)絡(luò)化
智能網(wǎng)絡(luò)化是高端數(shù)控車(chē)床適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)信息化和智能化的前提。數(shù)控車(chē)床的智能網(wǎng)絡(luò)化主要包括以下幾個(gè)方面:一是將數(shù)控車(chē)床變成標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)終端,能夠上傳和接收相關(guān)結(jié)點(diǎn)的信息,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能;二是加工過(guò)程智能化。
通過(guò)自適應(yīng)控制,減少加工過(guò)程中的不平衡因素影響,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載,以提高驅(qū)動(dòng)特性的穩(wěn)定性;三是操作智能化。提供會(huì)話(huà)式編程,加入人工智能,建立友好人機(jī)界面。
此外,智能網(wǎng)絡(luò)化能提供自動(dòng)選定模式、自整定等功能以提高鏈接的智能化。配置智能診斷、智能監(jiān)控,方便系統(tǒng)的診斷及維修。目前,虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造等高端智能技術(shù)也越來(lái)越多在行業(yè)得到應(yīng)用。隨著智能技術(shù)的發(fā)展,基于智能化的自動(dòng)化加工單元必將成為智能制造的基礎(chǔ)裝備,將成為當(dāng)代數(shù)控車(chē)床智能化發(fā)展的重點(diǎn)方向。
⑤自動(dòng)化
自動(dòng)化是數(shù)控車(chē)床的基本特征之一。實(shí)現(xiàn)智能制造的前提首先要實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程自動(dòng)化。隨著客戶(hù)實(shí)施企業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和技術(shù)升級(jí)工作的深入開(kāi)展,數(shù)控車(chē)床的需求模式正在發(fā)生深刻變化。單機(jī)需求逐漸減少,自動(dòng)化加工相關(guān)的需求明顯增多,實(shí)現(xiàn)從毛坯到成品的全過(guò)程自動(dòng)化加工成為數(shù)控車(chē)床新的發(fā)展方向。
自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)不僅僅是加工過(guò)程自動(dòng)化,更重要的是對(duì)加工過(guò)程的各項(xiàng)要素進(jìn)行優(yōu)化和集約,實(shí)現(xiàn)高效率、高精度、高柔性的自動(dòng)化加工。適應(yīng)自動(dòng)化要求的數(shù)控車(chē)床必須配置與自動(dòng)化過(guò)程中各個(gè)要素相適應(yīng)的各種功能,包括冷卻、防護(hù)、斷屑、檢測(cè)、物流、過(guò)程控制軟件及其他軟件接口和硬件接口。
實(shí)現(xiàn)效率和柔性的均衡是數(shù)控車(chē)床自動(dòng)化發(fā)展的重要課題,目前國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化加工正處于發(fā)展階段,各種模式不斷涌現(xiàn),這為數(shù)控車(chē)床行業(yè)的發(fā)展提供了新的開(kāi)拓方向。
⑥環(huán)?;h(huán)?;?/p>
是數(shù)控車(chē)床發(fā)展的重要方向。其主要內(nèi)容包括降低能源消耗,減少環(huán)境污染,提高設(shè)備與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。比如,不斷豐富待機(jī)功能,減少數(shù)控車(chē)床的無(wú)為消耗;采用高效儲(chǔ)存技術(shù),減少電池風(fēng)扇及易耗品的使用;采用全封閉耐高壓設(shè)計(jì)杜絕數(shù)控車(chē)床潤(rùn)滑油的滲漏;采用油污收集和油水分離技術(shù),減少切削液對(duì)環(huán)境的污染;
采用高壓油霧冷卻技術(shù)或者干式切削技術(shù)減少甚至杜絕切削液的使用。發(fā)展智能化技術(shù)使得數(shù)控車(chē)床變得容易操作和更加宜人化,而通過(guò)設(shè)計(jì)的環(huán)?;?,能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造過(guò)程中材料的節(jié)約,污染物的減少,噪音的降低,從而提高產(chǎn)品使用周期和壽命,從源頭實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保化的目標(biāo)。
發(fā)行人產(chǎn)品迭代更新和新品的開(kāi)發(fā)也是基于上述幾大發(fā)展方向推進(jìn)。目前,發(fā)行人已經(jīng)掌握了高端數(shù)控車(chē)床主軸技術(shù)、伺服刀塔技術(shù)、伺服尾座技術(shù)、車(chē)床動(dòng)態(tài)精度熱變形補(bǔ)償?shù)扰c高速度、高精度、復(fù)合化、智能網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、環(huán)保化等單個(gè)或多個(gè)與行業(yè)發(fā)展方向相關(guān)的技術(shù)。
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