數(shù)控機床作業(yè).doc

數(shù)控立式復合磨床的現(xiàn)狀與發(fā)展史 在2008年4月第五屆中國數(shù)控機床展覽會上和10月舉行的第九屆中國國際機床工具展覽會上，展出了不少數(shù)控立式復合磨床。數(shù)控復合磨床成為這兩個展會的亮點，不僅展品較多，而且水平普遍較高，顯示了國內各專業(yè)廠對該類機床的重視。該類機床順應了當今世界機床工業(yè)“高速、復合、智能、環(huán)?！钡陌l(fā)展潮流，適合了多品種小批量、變品種變批量的生產(chǎn)方式。機床可廣泛地應用于對圓柱、圓錐、球軸承內、外套圈、滾道及端面各表面的多批量、多品種、多規(guī)格的精加工磨削;也適用于齒輪類、套筒類等零件的高精度磨削加工。 1. 數(shù)控立式復合磨床的興起數(shù)控立式復合磨床是近年來興起并發(fā)展迅速的一種機床品種，主要針對中大型圓柱、圓錐類工件不能一次裝夾在臥式外圓磨床上完成磨削的難題而專門開發(fā)的。數(shù)控復合磨床是目前在國際上流行的高新技術機床產(chǎn)品，具有較高的技術含量。在市場調研中發(fā)現(xiàn)，許多用戶反映目前在端面和外圓磨削360mm以上工件時，沒有適合的加工設備。近年來，要貫徹新的國際標準，對齒輪的精度提出更高的技術要求，急需采用磨削的工藝手段來貫標。數(shù)控立軸復合磨床針對了用戶的需求，順應了當今世界機床工業(yè)“高速、復合、智能、環(huán)?！钡陌l(fā)展潮流，適合了多品種小批量、變品種變批量的生立方式。數(shù)控復合磨床可以通過一次裝夾就完成零件的內圓、外圓、端面、錐面等的復合磨削加工，具有高效率、高精度、操作方便等特點，機床的組合性強，可以安裝ATC砂輪庫、APC交換工作臺、AMS自動測量系統(tǒng)及機械手等功能部件，易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。同時還由于立式布置夾緊力小，夾具比較簡單，占地面積小，節(jié)約設備的購置費用。該機床適合于磨削加工盤類、智囊軸類、套筒類等長徑比比較小的零件，特別適用于汽車配件、齒輪加工、軸承以及其它行業(yè)多品種、小批量的零件加工。 2. 復合磨床的特點與主要結構立式磨床具有磨削精度高、加工效率高、占地面積小、自動化程度高等優(yōu)點。特別在大工件的裝夾方面具有臥式磨床沒有的優(yōu)點。用立式磨床可利用重力固定工件，主軸不會變形。此外，與臥式磨床相比，用于固定工件的夾力較小，工件本身幾乎不會發(fā)生變形。通過利用工件本身的質量，可與固定側端面緊密相貼，而使工件的落座位置保持穩(wěn)定。復合磨床的主要結構：以圓工作臺為中心，周圍分布不同的磨頭。主要結構有轉塔式立柱，可360度旋轉，磨頭安裝在轉塔不同的面上。這種結構比較緊湊，制造難度較大。另有采用整體鑄造的和橫梁連成一體的立柱，具有較好的剛性，有利于提高加工精度，適用于中型機床使用。還有采用立軸圓臺雙立柱龍門結構，橫梁上裝有拖板及磨床，一般適用于大型機床使用。 3. 國內外數(shù)控復合磨床的生產(chǎn)概況復合磨床的加工對象是大型的圓工件，這類工件的加工長期以來是采用立式磨床。立式磨床是以立式車床為基礎設計制造的，其布局形式和總體結構都與立式車床相似。機床一般具有較高的剛性和抗振性，加工精度高于立式車床。生產(chǎn)廠家也多為重型機床制造廠家。主要的生產(chǎn)廠家均為國際上著名的重型機床生產(chǎn)廠，如法國MEL重型機床集團下屬的貝蒂公司、德國的DOERRIES（多列士）公司、日本的O-M公司、美國的莫奇（MOTCH）公司等等。近年來，隨著用戶需求的增加，工件的規(guī)格擴展到中小尺寸，立式磨床的生產(chǎn)也隨之擴展到一些著名的磨專業(yè)廠，產(chǎn)品的技術含量也得到較大的提升，在機床的結構、總體布局、控制技術以及先進的配置方面都有很大的發(fā)展，逐步形成了較完整的數(shù)控復合磨床系列產(chǎn)品。同時，復合磨床配置了自動砂輪交換系統(tǒng)、自動測量等，逐步演變?yōu)槟ハ骷庸ぶ行模行S家還與其它的金屬加工手段如銑削、鉸削等相結合，形成效率更高、加工范圍更廣、加工集成度更高的加工中心。目前，國外主要的生產(chǎn)廠家有日本太陽工機、意大利法力圖、國際斯來福臨集團下屬的MAEGERIE公司、德國ELB公司、西班牙的達諾巴特公司、臺灣的大光長榮等生產(chǎn)廠家。這些廠長大多生產(chǎn)中大型的復合磨床，其中日本的太陽工機從1991年起生產(chǎn)和銷售數(shù)控復合磨床，形成了能磨削大中小型工件的NVG系列，其中小型立軸轉塔式復合磨床IGV-INT、IGV-3NT型，能磨削的外圓直徑為10mm。小型轉塔式立柱機床在世界上獨具一格。 Maegerle公司生產(chǎn)的能進行其它金屬切削的復合磨床，該公司批量生產(chǎn)以MGC和MFp系列機床為基型的多用途機床，不但可以承擔成形磨削、平面磨削和外圓磨削以及內圓磨削，還可以承擔車削、銑削、螺紋磨削、精密鉆削和鉸削以及內孔的精密鏜削。與國外相比，國內的數(shù)控立式復合磨床起步較晚，但目前生產(chǎn)這類機床的已有無錫機床有限公司、無錫明鑫、杭機集團、四川富臨集團成都機床有限責任公司、天津第二機床廠、北京廣宇大成數(shù)控機床有限公司等，已形成一定的生產(chǎn)批量，產(chǎn)品技術水平逐步提高，無錫明鑫機床公司還有部分機床出口。其中，無錫市明鑫機床有限公司是國內最早生產(chǎn)立式復合磨床的企業(yè)，已形成較完整的產(chǎn)品系列。近年來杭州機床集團通過國際合作而積極開發(fā)高精度數(shù)控立軸復合磨床系列，其中MGKF600高精度立軸復合磨床已研制成功，工作臺直徑為 600mm，計劃根據(jù)市場的需求，機床最大規(guī)格將達到5000mm，目前正在研制的有5種規(guī)格。MGKF600高精度數(shù)控立軸復合磨床已試制成功并交付用戶使用，使該公司成為全球綜合磨床供應服務商的戰(zhàn)略目標大大邁進了一步。四川富臨集團成都機床有限責任公司的前身是有50 多年歷史的成都機床廠，主導產(chǎn)品是各類內圓磨床。近年來，根據(jù)生產(chǎn)需求和自身產(chǎn)品發(fā)展的需要，發(fā)展并形成了數(shù)控立式磨床系列，已有MKD2850、 MKD2880、MKD28125、MKD28160等，最大工作臺直徑達1600mm。天津第二機床廠二年前研制成功的2MKM95250數(shù)控立式萬能磨床，彩了氣壓卸荷導軌和正反防護2項發(fā)明專利，具有較高的水平。該公司目前最大的規(guī)格是3150mm，目前正在研制加工直徑為4000mm的重型數(shù)控精密立式萬能磨床。此外，北京廣宇大成數(shù)控機床有限公司在2008中國數(shù)控機床展上展出了MKG28100數(shù)控高精度立式萬能磨床，尚未形成批量和產(chǎn)業(yè)化。中國齊重數(shù)控的BVG數(shù)控立式磨床制造水平較高，機床最大加工直徑達 2500mm，加工精度達到0.003mm，機床主要用于風電行業(yè)。遼寧朝陽博文機床有限公司也生產(chǎn)VGk110立式數(shù)控萬能磨床，還有一臺可以磨削曲線的立式磨床。4. 立式復合磨床的發(fā)展趨勢以及應注意的幾個問題與國外同類技術相比，國內的復合磨床起步較晚，在加工精度、自動化程度、加工的集約性方面尚有一定差距，而且符合機床的發(fā)展趨勢是把不同機床加工結合在同一臺機床上，如在磨床上結合銑削、車削，形成效率更高、操作更方便的復合機床新品種，在這一方面，我們還有很長的路程要走。（1) 根據(jù)用戶的要求，立式復合磨床的規(guī)格向大小兩頭發(fā)展，逐步發(fā)展工作臺直徑達2.5米、3米、4米甚至5米的機床。小規(guī)格機床的發(fā)展受到市場因素的制約，用戶對小規(guī)格的復合磨床的需求并不緊迫，用立式復合磨床替代臥式端面的內圓磨床有一定的難度。從國外立式復合磨床來看，除了日本太陽工機有小規(guī)格機床外，其它的廠家基本上都是大規(guī)格的機床。但是，從發(fā)展的觀點看，小型立式復合磨會有潛在的市場需求，一旦現(xiàn)有加工設備不能達到標準的要求，就會急需用新設備來替代老設備。如果能實現(xiàn)替代，市場潛力就不可估量。如果新設備能大幅度提高磨削效率，即使價格比較高，也會有很大競爭力。（2） 復合的手段將呈現(xiàn)多樣化，機床采用模塊化設計原理，可把不同種類的磨頭以及采用其它金屬加工手段的裝置結合在一起，形成各種復合機床。（3） 采用先進的部件，向磨削中心和加工中心的方向發(fā)展。機床將采用砂輪交換裝置、刀具交換裝置、機械手、自動測量裝置，形成集成程度更高的復合機床。（4）立式復合磨床將在風能電行業(yè)發(fā)揮重要的作用，我國風能資源豐富，近海和海上可開發(fā)利用的風能儲量約7.5億kw。2010年，風機電裝機容量達到500萬千瓦，風機需使用大型的軸承、如洛陽軸承最大轉盤軸承5.5m左右，風力發(fā)電的主軸、風機輪轂等的需求量很大，這些大型零件的磨削加工必須采用復合磨床。在發(fā)展數(shù)控立式復合磨床時應當引起注意的幾個問題：（1） 應避免生產(chǎn)廠一哄而上，造成劇烈的市場競爭和資源浪費。目前，該種機床的制造廠增加很大，大家都想吃頭口水，但由于市場的容量還不能預計，具有較大的風險。生產(chǎn)量應與需求量相適應，否則會造成經(jīng)濟效益低下的結果。（2）機床的配置應當與用戶的實際生產(chǎn)需求相適應，并不是機床的配置越好銷路就越好。在我們社會主義初級階段的國情下，有些高技術含量的機床品種如高檔的復合磨床、磨加工中心尚缺乏銷售動力。先進技術的前瞻性與現(xiàn)實往往存在一定的距離，因價格等原因造成“叫好不叫座”的局面。（3） 應加強行業(yè)工作，以標準為紐帶，適時組織制定相關的行業(yè)標準和國家標準，以規(guī)范復合磨床的制造。（4） 在條件成熟時，由機床協(xié)會牽頭召開制造廠經(jīng)驗交流會，推進數(shù)控復合磨生產(chǎn)。（5） 目前，復合磨床的型號名稱較多，有的叫立式萬能磨床、有的叫立式磨床，給用戶選帶來一定的困難。數(shù)控機床發(fā)展史數(shù)字控制機床是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。特點 數(shù)控機床具有廣泛的適應性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機床高，可以精確加工復雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟效果。 隨著數(shù)控技術的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。發(fā)展簡史 1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出計算機控制機床的設想。1949年，該公司在美國麻省理工學院（MIT）伺服機構研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機床研究，并于1952年試制成功第一臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數(shù)控銑床，不久即開始正式生產(chǎn)，于1957年正式投入使用。這是制造技術發(fā)展過程中的一個重大突破，標志著制造領域中數(shù)控加工時代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術的基礎，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數(shù)控加工技術的研究和發(fā)展。 當時的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊需要的部門用來加工復雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數(shù)控裝置進入了第二代，體積縮小，成本有所下降；1960年以后，較為簡單和經(jīng)濟的點位控制數(shù)控鉆床，和直線控制數(shù)控銑床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機床在機械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。我國于1958年開始研制數(shù)控機床，成功試制出配有電子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床，1965年開始批量生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標數(shù)控銑床。 1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數(shù)控機床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡稱DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計算機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC）,使數(shù)控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。 1974年，研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數(shù)控裝置（簡稱MNC），這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。 80年代初，隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，出現(xiàn)了能進行人機對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數(shù)控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。分類 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機床已實現(xiàn)了計算機控制并在工業(yè)界得到廣泛應用，在模具制造行業(yè)的應用尤為普及。 針對車削、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求，開發(fā)了各種門類的數(shù)控加工機床。數(shù)控機床種類繁多，一般將數(shù)控機床分為16大類：數(shù)控車床(含有銑削功能的車削中心) 數(shù)控銑床(含銑削中心) 數(shù)控鏗床 以銑程削為主的加工中心 數(shù)控磨床(含磨削中心) 數(shù)控鉆床(含鉆削中心) 數(shù)控拉床 數(shù)控刨床 數(shù)控切斷機床 數(shù)控齒輪加工機床 數(shù)控激光加工機床 數(shù)控電火花線切割機床 數(shù)控電火花成型機床(含電加工中心) 數(shù)控板村成型加工機床 數(shù)控管料成型加工機床 其他數(shù)控機床組成 數(shù)控機床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)用于數(shù)控機床的運算、管理和控制，通過輸入介質得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行解釋和運算并對機床產(chǎn)生作用；伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅動機床，把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉換成機床移動部件的運動指令，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運動；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機床執(zhí)行件(工作臺、轉臺、滑板等)的位移和速度變化量，并將檢測結果反饋到輸入端，與輸入指令進行比較，根據(jù)其差別調整機床運動；機床傳動系統(tǒng)是由進給伺服驅動元件至機床執(zhí)行件之間的機械進給傳動裝置；輔助系統(tǒng)種類繁多，如：固定循環(huán)(能進行各種多次重復加工)、自動換刀(可交換指定刀具)、傳動間隙補償償機械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差)等等。數(shù)字控制 數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的輸入部分、運算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實現(xiàn)的控制功能分為點位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。 點位控制是只控制刀具或工作臺從一點移至另一點的準確定位，然后進行定點加工，而點與點之間的路徑不需控制。采用這類控制的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控坐標鏜床等。 直線控制是除控制直線軌跡的起點和終點的準確定位外，還要控制在這兩點之間以指定的進給速度進行直線切削。采用這類控制的有平面銑削用的數(shù)控銑床，以及階梯軸車削和磨削用的數(shù)控車床和數(shù)控磨床等。 連續(xù)軌跡控制（或稱輪廓控制）能夠連續(xù)控制兩個或兩個以上坐標方向的聯(lián)合運動。為了使刀具按規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓，數(shù)控裝置具有插補運算的功能，使刀具的運動軌跡以最小的誤差逼近規(guī)定的輪廓曲線，并協(xié)調各坐標方向的運動速度，以便在切削過程中始終保持規(guī)定的進給速度。采用這類控制的有能加工曲面用的數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床和加工中心等。 伺服機構 伺服機構分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種類型。開環(huán)伺服機構是由步進電機驅動線路，和步進電機組成。每一脈沖信號使步進電機轉動一定的角度，通過滾珠絲杠推動工作臺移動一定的距離。這種伺服機構比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。 半閉環(huán)伺服機構是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達、速度檢測器和位置檢測器組成。位置檢測器裝在絲杠或伺服馬達的端部，利用絲杠的回轉角度間接測出工作臺的位置。常用的伺服馬達有寬調速直流電動機、寬調速交流電動機和電液伺服馬達。位置檢測器有旋轉變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機構所能達到的精度