淺析數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)

【摘要】：數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著不可替代的角色。為了深入了解國(guó)家裝備工業(yè)的發(fā)展，學(xué)習(xí)和研究數(shù)控機(jī)床在工業(yè)發(fā)展中的重要地位，本文基于對(duì)數(shù)控機(jī)床關(guān)健技術(shù)的簡(jiǎn)要介紹，分析了數(shù)控機(jī)床未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，指出了數(shù)控機(jī)床未來(lái)高速、高精度、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展的趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】：數(shù)控機(jī)床；關(guān)健技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

1.數(shù)控機(jī)床應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

目前，高檔數(shù)控機(jī)床多是五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床已成為航空航天、船舶制造等重工業(yè)以及精密儀器加工等精密工業(yè)最重要的加工工具。同時(shí)，它也是技術(shù)難度最大，應(yīng)用范圍最廣的數(shù)控機(jī)床技術(shù)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床一般采用“3+2”的結(jié)構(gòu)，不僅可以實(shí)現(xiàn)X/Y/Z三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)另外兩個(gè)軸的回轉(zhuǎn)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床主要可分為立式加工中心、臥式加工中心、搖籃式加工中心等。以立式加工中心為例，立式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸可分為以下兩種實(shí)現(xiàn)方式：一是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸；二是依靠主軸頭的回轉(zhuǎn)；除此以外，臥式加工中心還有通過(guò)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)和主軸頭擺動(dòng)結(jié)合的五軸聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)。國(guó)外五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床以歐美、日本為代表，這些國(guó)家或地區(qū)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床代表了目前數(shù)控領(lǐng)域此項(xiàng)技術(shù)的最高水平。而國(guó)內(nèi)

由于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱的內(nèi)部因素和國(guó)外技術(shù)封鎖的外部因素，目前的整體水平還很低，雖然，經(jīng)過(guò)了科研機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)的不斷努力，但以五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床為代表的高檔數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性和加工精度方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法與國(guó)外相比。但近幾年，我國(guó)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床發(fā)展很快，技術(shù)上已有一些突破，并形成了一些成熟的產(chǎn)品。

2.誤差補(bǔ)償基數(shù)

現(xiàn)代工業(yè)對(duì)于加工產(chǎn)品的品質(zhì)要求越來(lái)越高，而加工過(guò)程中的誤差正是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。為了消除誤差帶來(lái)的不良影響，盡

可能地提高加工產(chǎn)品的質(zhì)量，在數(shù)控機(jī)床加工方面采取誤差補(bǔ)償技術(shù)，來(lái)補(bǔ)償固有誤差，實(shí)現(xiàn)高精加工。對(duì)數(shù)控機(jī)床誤差進(jìn)行誤差補(bǔ)償，首先要從誤差來(lái)源處著手。由于數(shù)控機(jī)床一般主要由床身、立柱、主軸和各種直線導(dǎo)軌或轉(zhuǎn)軸等幾部分組成，以上每一部分在安裝和工作中都會(huì)造成誤差的產(chǎn)生。

談到誤差補(bǔ)償技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面：誤差建模技術(shù)、誤差測(cè)量技術(shù)及補(bǔ)償實(shí)施技術(shù)。誤差建模誤差補(bǔ)償前提，其主要可以分為誤差綜合建模和誤差元素建模；誤差測(cè)量方法可以分為直接誤差測(cè)量和間接誤差辨識(shí)。以上工作的最終目的是為了對(duì)誤差進(jìn)行合理補(bǔ)償，誤差補(bǔ)償在時(shí)間尺度上可以分為離線和實(shí)時(shí)補(bǔ)償。所謂離線補(bǔ)償，就是根據(jù)測(cè)量得到的誤差在后期對(duì)機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償，但離線補(bǔ)償時(shí)只能針對(duì)機(jī)床穩(wěn)定的誤差。對(duì)于有生產(chǎn)環(huán)節(jié)重點(diǎn)所產(chǎn)生的誤差，因其和所處溫度場(chǎng)緊密相關(guān)，因此，需要使用實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法。誤差補(bǔ)償實(shí)施技術(shù)研究的關(guān)鍵在于提高補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、有效性和簡(jiǎn)便性。

3.數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床，是用數(shù)宇化信息來(lái)實(shí)現(xiàn)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、切削加工工藝參數(shù)及各類輔助操作等步驟自動(dòng)控制的高效率加工機(jī)床，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著重要的地位和作用。

3.1精密與超精密化

從精密加工發(fā)展到超精密加工，是世界各工業(yè)強(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)（<10nm ），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工。隨著新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)。近10多年來(lái)，精密級(jí)加工中心的加工精度則從±3μm提高到±1.5μm。

3.2復(fù)合化

在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量不斷減少的同時(shí)，加工的產(chǎn)品形狀日益復(fù)雜，多軸化控制的機(jī)床適合加工形狀復(fù)雜的工件。另一方而，產(chǎn)品周期的縮短要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求，這就要求一臺(tái)機(jī)床能夠處理以往需要幾臺(tái)機(jī)床處理的工序。復(fù)合加工機(jī)床突出體現(xiàn)了工件在一次裝卡中完成大部分或全部加工工序，從而達(dá)到減少機(jī)床和夾具、免去工序間的搬運(yùn)和儲(chǔ)存、提高工件加工精度、縮短加工周期和節(jié)約作業(yè)而積的口的。復(fù)合加工機(jī)床已成為機(jī)床發(fā)展的一個(gè)重要方向。

3.3智能化

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過(guò)程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表而粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率具有自診斷、自修復(fù)功能，在整個(gè)工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采用停機(jī)等措施，并進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。還可以自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊，以確保無(wú)人化工作環(huán)境的要求。為實(shí)現(xiàn)更高的故障診斷要求，其發(fā)展趨勢(shì)是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。

4.結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床作為現(xiàn)代工業(yè)的基石，發(fā)展前景廣闊，發(fā)展動(dòng)力充足。目前，通過(guò)現(xiàn)代的先進(jìn)技術(shù)數(shù)控機(jī)床的加工效率和加工質(zhì)量已大大提

高，自動(dòng)化發(fā)展成果豐碩，并且數(shù)控機(jī)床已具備一定的智能，未來(lái)還將沿著高速、高精、高效化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向繼續(xù)發(fā)展。

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