随着现代制造业技术的不断提高,对于加工产品的铸铁平台数控机床要求也越来越高。
适应现代制造业的机械加工装备的特征和需求:多品种、变批量、高柔性、高质量、低成本、环保化。数控机床技术发展趋势:高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化、集成化、适用性、经济性。作为重要的支撑技术,智能化与集成化显现得越来越重要。
一、机床智能化的发展过程
1、自适应控制数控机床
这类机床生产与20世纪80年代,是基于加工过程工艺参数优化而设计的。由于钳工平板数控机床加工过程的复杂性、表征过程特征的多样性(如加工质量、切削过程振动、精度的不稳定性等),使过程优化存在困难。
目前已有的产品,主要是针对1~2个主要因素进行约束控制如:约束力控制的数控内圆磨床、人工智能控制的电火花成形机床等。
2、智能控制数控系统
在20世纪末、21世纪初,利用抑制进给运动跟踪误差的补偿控制原理,在使用前置反馈、速度前瞻控制、加速度平稳性控制一加加速度(跃度)控制等技术手段或者是利用抑制机械系统振动的高响应等方式,完成控制如矢量滤波器(HRVFiltcr)。
3、复合加工智能机床
在2006年,出现了运用信息技术(IT)与制造技术(MT),具有:动态振动控制、智能热屏蔽、智能安全屏蔽和语音导航器等智能化功能的机床。
二、机床的控制技术分类
根据功能和组成从多种角度进行分类,可以分为以下几类:
1、按运动轨迹分类
点位控制系统:只控制刀具相对于工件定位点的位置精度,不会控制点与点之间的运动轨迹,在移动过程中刀具不进行切削。如:数控钻床、数控坐标膛床、数控冲床、数控电焊机、数控测量机等。
直线控制系统:控制起点与终点之间的准确位置外,而且要求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为一条直线,并能控制位移的速度,在移动过程中刀具进行切削加工。如:划线平台数控车床、数控铣床等。
轮廓控制系统(又称连续控制):能够对两个或两个以上的坐标轴方向同时进行连续控制,并能对位移和速度进行严格的不间断地控制。
起点与终点之间的准确位置外,这类数控机床需要控制刀尖整个运动轨迹,使它严格地按加工表面的轮廓形状连续地运动,并在移动过程中刀具进行切削加工,可以加工任意斜率的直线、圆弧和其他函数关系曲线。如:数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。
按照可联动的轴数,即可同时控制的轴数,可以有2轴控制、3~5轴控制等。
二轴控制(平面圆弧插补系统),如数控车床的X、Z方向可同时控制,为二维控制数控机床及大理石平板基座。
三轴控制(三维空间插补系统),是三个坐标方向(X、Y、Z)都能同时控制,为三维控制。
五轴控制数控机床,是三个坐标方向(X、Y、Z)与转台B和刀具的摆动A同时联动,这种五轴同时控制的数控系统,可实现刀具垂直于任何双曲面平面,适应加工汽轮机叶片、机翼等形状复杂的曲面零件。
2、按伺服系统控制分类
开环伺服系统:
这种控制方式不带位置测量元件,数控系统根据控制介质上的指令信号,经过控制运算发出指令脉冲,使伺服单元转过一定的角度,并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副,使执行机构(如工作台)移动或转动。
步行电机伺服系统是最典型的开环控制系统,特点:系统简单、调试维护方便、成本较低。多用于经济型数控机床。缺点是:运动质量没有经过检查不易保证。
闭环伺服系统:
这是一种自动控制系统,其中包含功率放大和反馈,使输出变量的值响应输入变量的值。
数控系统发出指令脉冲后,当指令值送到位置比较电路时,若工作台没有移动,既没有位置反馈量信号时,指令值使伺服驱动电机转动,经过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副等带动机床工作台移动。装在焊接平台机床直线运动部件工作台上的位置测量元件,测出工作台的实际移动量后,反馈到数控装置的比较器中与指令脉冲信号进行比较,并用比较后的差值进行控制。
闭环伺服系统控制系统中机床的工作精度取决于测量元件的精度,采用高精度测量元件可以使闭环伺服系统达到很高的工作精度。闭环伺服控制系统的优点:精度高、速度快,主要用于精度要求较高的数控膛铣床、超精密机床等。
半闭环伺服系统:
这种控制系统不是直接测量工作台的位移量,而是通过旋转变压器、光电编码盘等角位移测量元件,间接测量伺服机构中执行元件的转角。如把测量元件安装在伺服电机端部或丝杠端部上,通过计算换算出工作台的实际位移量,与指令值比较,用比较后的差值进行控制,使机床做补充位移,直到差值消除为止。
这种系统中滚珠丝杠螺母副和工作台部件均在反馈环路外,其传动误差等仍会影响位置精度。
系统调试比闭环控制系统方便、稳定好、成本也较低,是一般数控机床常采用的伺服控制系统。
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