摘要簡要介紹了今后數(shù)控機(jī)床高速進(jìn)給系統(tǒng)，高速電主軸技術(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控摘要】摘要系統(tǒng)，沈陽機(jī)床配件刀具磨損監(jiān)測，虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)和混聯(lián)式數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：機(jī)床；進(jìn)給；高速；監(jiān)控；虛擬；混聯(lián)前言：數(shù)控技術(shù)的問世已有40多年的歷史，它是由機(jī)械學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來的一門綜合性新型學(xué)科。數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)，數(shù)控機(jī)床是工廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。大力發(fā)展推廣應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)制造工業(yè)，都有著深遠(yuǎn)的意義；為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，21世紀(jì)的數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。1.高速機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)1.1滾珠絲杠的高速化從20世紀(jì)50年代中期世界上第一臺數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)以來，“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”至今一直是各種數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的“一統(tǒng)天下”，沈陽第一機(jī)床廠應(yīng)用十分廣泛，技術(shù)上也比較成熟。但是，普通的滾珠絲杠能實(shí)現(xiàn)的直線運(yùn)動(dòng)速度只有20~30m/min加速度(0.2~0.3))g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高速加工的要求。為此，國內(nèi)外有關(guān)制造廠不斷采取措施，提高滾珠絲杠的高速性能。主要措施有：適當(dāng)加大滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速、導(dǎo)程和螺紋頭數(shù),改進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高滾珠運(yùn)動(dòng)的流暢性,采用“空心強(qiáng)冷”技術(shù),采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方式,進(jìn)一步提高滾珠絲杠的制造質(zhì)量.1.2用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)滾珠絲杠雖然作了上述許多改進(jìn)，但由于它畢竟是一種機(jī)械傳動(dòng)元件，其物理機(jī)械性能存在一定的極限。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速進(jìn)給單元速度高、加速度大、定位精度高、承載能力強(qiáng)，是高速機(jī)床一種理想的進(jìn)給系統(tǒng)，特別適用于超高速、大行程、高精度的場合，應(yīng)用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速進(jìn)給系統(tǒng)它取消了從電動(dòng)機(jī)到工作臺(溜板)之間的一切中間機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”。用并聯(lián)虛擬軸機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給1.3用并聯(lián)虛擬軸機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給和傳統(tǒng)的串聯(lián)式機(jī)床比，并聯(lián)機(jī)床有以下優(yōu)點(diǎn)：比剛度高，響應(yīng)速度快，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高速機(jī)床進(jìn)給的一種嶄新的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，有很好的應(yīng)用前景。2.高速電主軸技術(shù)2.1高速電動(dòng)主軸特點(diǎn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電主軸的主軸形式是將主軸電機(jī)的定子轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部即把高速電機(jī)置于精密主軸內(nèi)部電主軸的電機(jī)轉(zhuǎn)子就是主軸主軸的殼體就是電機(jī)的機(jī)座實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速電機(jī)和主軸一體電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸形成電主軸電主軸取消了電機(jī)到主軸傳動(dòng)鏈中的齒輪皮帶等一切中間環(huán)節(jié)動(dòng)力源對主軸的直接傳動(dòng)傳動(dòng)鏈長度為零實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸系統(tǒng)的零傳動(dòng)它具有高轉(zhuǎn)速高精密噪聲低低溫升體積小安裝方便等特點(diǎn)是現(xiàn)代高檔數(shù)控機(jī)床主要的關(guān)鍵部件2.2電主軸所融合的技術(shù)電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，沈陽機(jī)床配件它與直線電機(jī)技術(shù)，高速刀具技術(shù)一起將會把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件它包括電主軸本身及其附件：電主軸，高頻變頻裝置，油霧潤滑器，冷卻裝置，內(nèi)置編碼器，換刀裝置等。高速精密電主軸的關(guān)鍵技術(shù)主要有Z高頻低慣量電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及制造技術(shù)精密主軸熱處理技術(shù)高速精密軸承及潤滑技術(shù)交流異步電機(jī)伺服控制技術(shù)等43.遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)3.1數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于Internet的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：客戶控制端(ClientPC)、沈陽第一機(jī)床廠服務(wù)器端(WebServer)、數(shù)控機(jī)床控(NCmachineController)o基于Internet的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用TCP／IP作為底層的傳輸協(xié)議，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)端訪問及控制，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享，因而不受時(shí)間與地域的限制。3.2數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程接入方式數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程接入方式的實(shí)現(xiàn)為滿足不同類型數(shù)控機(jī)床的需求，采用兩種方式實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)采集，即設(shè)計(jì)并開發(fā)數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)采集與處理的硬件電路。其中，對具有開放通信協(xié)議的控制系統(tǒng)，采用嵌入式接口的系統(tǒng)接入方式；而對沒有開放通信協(xié)議的控制系統(tǒng)，則采用OPC方式的系統(tǒng)接入方式。3.3控機(jī)床遠(yuǎn)程虛擬驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)大都采用PLC控制，制造商所采用的PLC品牌大致有兩種：一種是通信協(xié)議公開的產(chǎn)品，如三菱、歐姆龍的產(chǎn)品；另一種則是通信協(xié)議不公開的產(chǎn)品，如西門子、貝加萊的產(chǎn)品。對通信協(xié)議公開的產(chǎn)品，一般采用嵌入式接口接人方式。在嵌入式接口接入方式中，數(shù)控機(jī)床的控制端通過RS232接口與嵌入式接口通信。由于嵌人式接口僅僅實(shí)現(xiàn)透明傳輸?shù)淖饔�，真正需要�?shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)流在服務(wù)器與PLC之間的通信，因此，幀格式的定義應(yīng)當(dāng)根據(jù)PLC通信格式進(jìn)行定義。對于通信協(xié)議不公開的產(chǎn)品，通過OPC／Socket方式進(jìn)行采集。在Socket數(shù)據(jù)流傳輸中，數(shù)據(jù)幀套用Modbus協(xié)議通信格式標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。啟動(dòng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)聽程序，通過多線程方式，實(shí)現(xiàn)對多客戶端請求的連接，并發(fā)遠(yuǎn)程多用戶的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，從而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控與多客戶控制端的集成。數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)傳輸和存儲的實(shí)時(shí)性方法3.4數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)傳輸和存儲的實(shí)時(shí)性方法數(shù)據(jù)庫連接池的采用對于大型數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，使用數(shù)據(jù)庫連接池必不可少，因?yàn)樵诨跀?shù)據(jù)庫的系統(tǒng)中，建立數(shù)據(jù)庫連接操作是系統(tǒng)中開銷最大的操作之一，它常常是大型系統(tǒng)的性能瓶頸。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，由于采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)采集模塊和監(jiān)控模塊的中介，數(shù)據(jù)庫操作十分頻繁，采用自行開發(fā)的數(shù)據(jù)庫連接池和J2EE容器提供的連接池，可以促使數(shù)據(jù)庫連接和查詢的次數(shù)達(dá)到最小。4虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)4.1虛擬數(shù)控機(jī)床的框架結(jié)構(gòu)虛擬數(shù)控機(jī)床實(shí)際上是虛擬環(huán)境中數(shù)控機(jī)床的模型與真實(shí)機(jī)床相比，虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有以下功能：(1)虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有與真實(shí)機(jī)床完全相同的結(jié)構(gòu)。沈陽第一機(jī)床廠(2)虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)比真實(shí)機(jī)床具有可觀性。(3)虛擬數(shù)控機(jī)床強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，為各種真正的制造資源服務(wù)，從而在連接意義上提高其與外界制造資源的相互操作性，快速地、并行地組織各部門，各集團(tuán)成員將新產(chǎn)品從設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)入生產(chǎn)。完善的圖形和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。4.2虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用將給制造業(yè)帶來革命性的飛躍。由于虛擬數(shù)控機(jī)床是數(shù)字模型，所以容易實(shí)現(xiàn)對數(shù)字模型進(jìn)行顯示、分析、傳遞和迭代更新，為設(shè)計(jì)提供并行作業(yè)可能。虛擬數(shù)控機(jī)床和各設(shè)計(jì)軟件的接口，為建模提供了方便，尤其是在特定的環(huán)境下，為產(chǎn)品的可靠性，產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程，工藝規(guī)范以及產(chǎn)品方案的工藝計(jì)劃進(jìn)行性能評價(jià)。強(qiáng)化創(chuàng)新水平，用經(jīng)濟(jì)快捷的方式提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。虛擬數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能為真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程合作提供保證。5刀具磨損監(jiān)5.1數(shù)據(jù)信號處理方法扶傳感器檢測到的信號是不能直接作為刀具磨損疑別特征的，需要進(jìn)行信號預(yù)處理，提取分析特征將分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比較才能作為診斷結(jié)論其中的方法很多如：辦率譜分析法其中又可以基于小波變換的信號特征量提取，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的刀具磨損監(jiān)測，基于混合智能信息融合技術(shù)的刀具狀態(tài)監(jiān)測等5.2據(jù)信號處理方法的發(fā)展趨勢隨著敏捷制造、自動(dòng)化等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，切削過程中刀具狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)將會受到越來越多學(xué)者和機(jī)構(gòu)的重視。特別是隨著加工過程的復(fù)雜程度提高，對刀具狀態(tài)監(jiān)測也提出了越來越高的要求。研究并開發(fā)適合多工藝加工過程的刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是將該技術(shù)應(yīng)用到加工現(xiàn)場的關(guān)鍵�；谌斯ど窠�(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多傳感器信息融合技術(shù)的刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效的提高判別精度，是未來刀具監(jiān)測的發(fā)展方向。可選信息的合理組合即系統(tǒng)的最小化和特征信息的全面性矛盾的解決，系統(tǒng)安裝方便、可靠實(shí)用、對所采集信號靈敏度高的傳感器的合理選取與研究開發(fā)仍然是當(dāng)前需要解決的問題。6混聯(lián)式數(shù)控機(jī)床6.1研究開發(fā)現(xiàn)狀1994年美國推出第一臺并聯(lián)機(jī)床之后不久，人們已開始研究混聯(lián)式機(jī)床。國外開始研究混聯(lián)式機(jī)床并不是為了擴(kuò)大工作空間，而是從獲得實(shí)用的機(jī)床精度的角度考慮的。這是由于機(jī)床的精度、剛度要求遠(yuǎn)比一般機(jī)器人高，例如：運(yùn)動(dòng)精度要求為幾個(gè)微米，剛度要求幾十個(gè)牛每微米以上。雖然并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論上的精度、剛度很高，但實(shí)際尚達(dá)不到那么高。例如當(dāng)時(shí)美國和日本所開發(fā)的六軸并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度都是幾十個(gè)微米，還達(dá)不到傳統(tǒng)機(jī)床的精度水平。雖然人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)是制約精度的薄弱環(huán)節(jié)，但要解決它難度很大。沈陽機(jī)床配件因此人們開始考慮將并聯(lián)和串聯(lián)一起使用，1977年相繼推出了一些混聯(lián)式機(jī)床。例如，德國阿亨工業(yè)大學(xué)開發(fā)的三軸加工中心日本豐田工機(jī)也開發(fā)出了相似的專用加工中心。6.2發(fā)展趨勢混聯(lián)式數(shù)控機(jī)床可以將并聯(lián)機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)機(jī)床的串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)集于一身，是一類很有前途的數(shù)控機(jī)床。雖然已開發(fā)了不少型式的機(jī)床，還有很多理論和技術(shù)問題有待進(jìn)一步研究，為了使并聯(lián)機(jī)床能夠達(dá)到它的理論上的高性能，為了并聯(lián)和串聯(lián)結(jié)合得更科學(xué)，以使機(jī)床獲得更好的綜合技術(shù)指標(biāo)，除了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等理論及方法研究之外，還應(yīng)該進(jìn)一步進(jìn)行基礎(chǔ)元件技術(shù)研究。以下列舉幾個(gè)方面：(1)混聯(lián)式機(jī)床的方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)混聯(lián)式機(jī)床方案的創(chuàng)新余地很大，雖然混聯(lián)機(jī)床總體方案創(chuàng)成方法已有研究，也已開發(fā)出不少型式的混聯(lián)機(jī)床，但如何獲得最佳的并聯(lián)、串聯(lián)組合，形成混聯(lián)式機(jī)床方案創(chuàng)系統(tǒng)還有很多技術(shù)尚待進(jìn)一步研究。沈陽機(jī)床配件(2)關(guān)節(jié)技術(shù)應(yīng)用了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)床，其性能之所以尚達(dá)不到理論上的高度，主要原因是由于關(guān)節(jié)而產(chǎn)生的。(3)主電動(dòng)機(jī)及電主軸目前混聯(lián)或并聯(lián)機(jī)床的主軸大多安裝在動(dòng)平臺上，或者用交流伺服主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，或者直接用電主軸。(4)高精度檢測元件并聯(lián)機(jī)構(gòu)的采用，將帶來眾多的被動(dòng)關(guān)節(jié)。7.結(jié)束語7.結(jié)束語數(shù)控機(jī)床是未來制造業(yè)必不可少的工具，對他的研究和改造是引領(lǐng)未來制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，然而制造業(yè)又標(biāo)志著一個(gè)國家的國力強(qiáng)如水平，所以發(fā)展數(shù)控機(jī)床是一個(gè)國家強(qiáng)盛的必經(jīng)之路。這篇文章綜合了數(shù)控機(jī)床發(fā)展的不同方向，希望對大家有用。
|
