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    数控冲床的发展趋势及国内应用前景-齐昕 日期: 2022-06-28 02:11:41 作者:乐鱼体育nba比赛 来源:乐鱼nba应用下载

      摘要:冲床作为装备制造业的基础设备,一直被业内视为制造业的工作母机,而以高档 数控冲床为代表的先进装备制造业更是衡量国家工业现代化的标志。冲床是装备制造业 的基本生产手段,冲床工业是一个国家的基础性、战略性产业之一。作为机电一体化装 备的数控冲床,集高效、柔性、精密、复合、集成诸多优点于一身,已经成为装备制造 业的主力加工设备和主流产品。本文简要分析了数控冲床高速化、高精度化、智能化、 基于 CAD 和 CAM 的数控编程自动化、发展可靠性最大化等发展趋势,并阐述了我国数控 冲床今后的应用前景。 关键词:数控冲床 发展趋势 应用前景

      随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟,对数控加工技术提出 了更高要求。当今数控冲床信息化正朝着以下几个方面发展。

      随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用,对数 控冲床加工的高速化要求越来越高。目前,我国生产的第六代数控冲床系统均采用位 数、频率更高的处理器,以提高系统的基本运算速度,使得高速运算、模块化及多轴成 组控制系统成为可能。 (1)主轴转速:冲床采用电主轴(内装式主轴电机),主轴转速在 30000 转/分(有 的高达 10 万 r/min)以上; (2)运算速度:微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保 障,开发出 CPU 已发展到 32 位以及 64 位的数控系统,频率提高到几百兆赫、上千兆 赫。由于运算速度的极大提高,使得当分辨率为 0.1μ m、0.01μ m 时仍能获得高达 24~ 240m/min 的进给速度; (3)换刀速度:目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在 1s 左右,高的已 达 0.5s。切削速度已达到 5000-8000m/min 以上; (4)工作台的移动速度(进给速度):在分辨率为 1 微米时,达到 100m/min(有的到 200m/min)以上,在分辨率为 0.1 微米时,达到 24m/min 以上;自动换刀速度在 1 秒以 内;小线

      精度是衡量数控冲床性能的重要指标之一,直接关系到产品的加工效率和质量。目 前,数控冲床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度,冲床的运动精度、热变形 以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。 (1)普通级数控冲床的加工精度已由±10μ m 提高到±5μ m; (2)精密级加工中心的加工精度则从±3~5μ m,提高到±1~1.5μ m,甚至更高; (3)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。

      日本的 AMADA 公司生产的号称“超越液压,机械驱动的世界 最高速双伺服马达直接驱动结构”的数控转塔冲床 VIPROS-2510C

      数控冲床与传统冲床相比,增加了数控系统和相应的监控装置等,应用了大量的电 气、液压和机电装置,易于导致出现失效的概率增大;工业电网电压的波动和干扰对数 控冲床的可靠性极为不利,而数控冲床加工的零件型面较为复杂,加工周期长,要求平 均无故障时间在 2 万小时以上。为了保证数控冲床有高的可靠性,就要精心设计系统、 严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。新一代的数控 系统将采用更高集成度的电路芯片,利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路, 减少元器件的数量,从而提高可靠性。同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等 多种诊断程序,实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。当前国 外数控装置的 MTBF(平均故障间隔时间)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很大差距。

      随着人工智能技术的发展,为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求, 数控冲床的智能化程度在不断提高。现代数控冲床的智能化发展将通过对影响加工精度 和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环

      境,快速作出实现最佳目标的智能决策,对冲床的工艺参数进行实时控制,使冲床的加 工过程处于最佳状态。 (1)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; (2)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; (3)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; (4)智能诊断、智能监控,方便系统的诊断及维修等。

      (1)向未来技术开放:由于软硬件接口都遵循公认的标准协议,只需少量的重新设计 和调整,新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容,这就意味着 系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期; (2)向用户特殊要求开放:更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满 足特殊应用要求; (3)数控标准的建立:国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标准 ISO14649 (STEP-NC),以提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内 的统一数据模型,从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的标准化。标准化 的编程语言,既方便用户使用,又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。

      数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求, 也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。对于面临激烈竞 争的企业来说,使数控冲床具有双向、高速的联网通讯功能,以保证信息流在车间各个 部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享,又能实现数控冲床的远程监

      视、控制、培训、教学、管理,还可实现数控装备的数字化服务(数控冲床故障的远程 诊断、维护等)。

      随着计算机应用技术的发展,目前 CAD/CAM 图形交互式自动编程已得到较多的应 用,是数控技术发展的新趋势。它是利用 CAD 绘制的零件加工图样,经计算机内的刀具 轨迹数据进行计算和后置处理,从而自动生成数控冲床零部件加工程序,以实现 CAD 与 CAM 的集成。随着 CIMS 技术的发展,当前又出现了 CAD/CAPP/CAM 集成的全自动编程方 式,其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与,直接从系统内的 CAPP 数据库获得,推 动数控冲床系统自动化的进一步发展。 八、功能复合化 复合冲床的含义是指在一台冲床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加 工。采用复合冲床进行加工,减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过 程中产生的误差,提高了零件加工精度,缩短了产品制造周期,提高了生产效率和制造 商的市场反应能力,相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。加工过程的复 合化也导致了冲床向模块化、多轴化发展。在 2005 年中国国际冲床展览会(CIMT2005) 上,国内外制造商展出了形式各异的多轴加工冲床(包括双主轴、双刀架、9 轴控制等) 以及可实现 4~5 轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣削中心等。

      并联运动冲床在冲床主轴(一般为动平台)与机座(一般为静平台)之间采用多杆并 联联接机构驱动,通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动,

      可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能,更能满足复杂特种零件的加工,具 有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。 并联冲床作为一种新型的加工设备,已成为当前冲床技术的一个重要研究方向,受 到了国际冲床行业的高度重视,被认为是“自发明数控技术以来在冲床行业中最有意义 的进步”和“21 世纪新一代数控加工设备”。

      国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的 数控冲床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是 21 世纪的战略技术,需发展能适应 微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备,所以微型冲床包括微切削加工 (车、铣、磨)冲床、微电加工冲床、微激光加工冲床和微型压力机等的需求量正在逐 渐增大。

      我国的数控系统经过“六五”期间的引进,“七五”期间的数控系统开发,“八 五”期间的数控应用技术研究以及“九五”期间的主数控系统软件开发应用,已逐步形 成了以航天数控、蓝天数控、华中数控和中华数控为主的数控系统产业。我国数控冲床 的产量持续增长,数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不 断提高。目前我国一部分普及型数控冲床的生产已经形成一定规模,产品技术性能指标 较为成熟,价格合理,在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控冲床行业所掌握的五 轴联动数控技术较成熟,并已有成熟商品走向市场。同时,我国也已进入世界高速数控 冲床生产国和高精度精密数控冲床生产国的行列。目前我国已经成功研制一批主轴转速 在 8000~10000 转/分以上的数控冲床。 然而,从总体上看,国产冲床技术瓶颈尚待突破,中高端市场份额占有不足、整体 品牌形象还有待提升,国内冲床企业应继续转变经济增长方式,提高自主创新能力和核 心竞争力,实现由大而不强向既大又强的方向转变。要想在产品研发中取得和实现技术 创新,关键是人才,加强培育这方面的人才,是当前和今后永无止境的重任。冲床产品 对于用户而言,关心的是其使用价值,因此要成功地开发新产品,特别是专用产品,有 效的办法是与用户结盟(特别是军工用户),并深入掌握使用工艺,冲床产品本身的制 造工艺,可以说冲床生产企业经过多年实践已基本掌握,而用户积累的工艺经验,则是 取之不尽的源泉,以使得所开发的新品能为用户带来满意效益。 中国工程院组织制定的《“数控一代”装备创新工程行动计划》提出,经过十年时

      间的努力,数控技术和装置要普遍推广应用并实现产业化,装备技术水平和附加值显著 提升,生产效率大幅提高,带动装备制造业转型升级。高档数控冲床与基础生产设备是 《国家中长期科学和技术发展规划纲要 2006-2020 年》确定的 16 个重大专项之一,《国 务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》也把发展高档数控冲床和基础制造装备作为 16 个重点之一。整体上说,我国冲床工业己跨入世界行列第一方阵并进入世界前列。并 力争通过 10-15 年的时间,实现由冲床工具生产大国向冲床工具强国转变,实现国产中高 档数控冲床在国内市场占有主导地位等一系列中长期目标。 中国的数控产业不能安于现状,应该抓住机会不断发展,努力发展自己的先进技 术,加大技术创新与人才培训力度,提高企业综合服务能力,努力缩短与发达国家之间 的差距。力争早日实现数控冲床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造 的转变,实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。





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