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楼主: 暴力英雄
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[高端制造] 原创:中国机床工业发展历程及数控高精加工纵横谈

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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-15 20:21 | 显示全部楼层
       关于目前现状,我这里 转一篇杨辉的专访,不过是2009年的,目前现状如何我不知道。他就是学超精密加工的,上学时候把上面说过的中国做超精密加工的单位都转过来了,现在在303所做主任。
      原文发表在航空精密制造技术 > 2009年2期 >〈 技术、市场、成本,制约我国超精密加工技术发展的三大因素——访北京航空精密机械研究所杨辉 〉
       杨辉,博士、研究员,先后师从于哈尔滨工业大学的董申教授、303所的吴明根研究员、国防科技大学的李圣怡教授,从20世纪90年代初就开始从事超精密加工技术研究,现任精密制造技术航空科技重点实验室副主任,主要研究方向为超精密加工机理、超精密基础元部件及集成技术、超精密加工工艺研究等。
       超精密加工技术,是现代机械制造业最主要的发展方向之一,直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展,并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术,因此世界各国对此都极为重视,投入很大力量进行研究开发,同时实行技术保密,控制关键加工技术及设备出口。
       那么,我国超精密加工技术现状如何?与世界发达国家相比有哪些差距?制约我国超精密技术发展的关键因素有哪些?......2009年初春,我们带着对我国尖端制造业的关注走访了北京航空精密机械研究所(303所)的杨辉老师。
        超精密加工技术的3个发展阶段
       超精密加工技术从问世之初,其目的就是服务于军工、服务于国防,然而随着全球战略格局的变化,超精密加工技术作为基础技术,逐渐向民用方向发展。按照应用领域、发展方向来分,国外超精密加工技术经历了以下3个发展阶段。
(1)技术初创期(1960-1980):以国防用途或科学研究用途的产品加工为主,大多处于实验阶段。此一时期的标志为美国的Union Carbide公司、荷兰Philips公司和美国的Lawrence Livermore Laboratories的超精密金刚石车床陆续研制成功。典型用途如激光聚变的软质金属非球面反射镜的加工等。
(2)民用工业应用初期(1980-1990):超精密加工机商品化,以专用机床形式订做,进入一般民用光学组件商品的制造。代表为美国Moore Special Tool和Pneumo Precision公司,日本的Toshiba和Hitachi公司,欧洲的Cranfield University等。典型应用如加工软性金属的金刚石车床,可加工硬质金属和硬材料的超精密金刚石磨削和超精密研磨抛光技术等。
(3)民用工业应用成熟期(1990至今):从1990年起,由于汽车、能源、医疗器材、信息、光电和通讯等产业的蓬勃发展,超精密加工设备需求急剧增加,在工业界的应用包括非球面光学镜片、Fresnel镜片、超精密模具、磁盘驱动器读写头、磁盘基板加工、半导体晶圆切割等。在这一时期,超精密加工机床的相关技术例如控制器、激光干涉仪、空气轴承超精密主轴、空气轴承导轨、液体静压导轨、摩擦驱动、直线电机驱动等也逐渐成熟,超精密加工设备变为工业界常见的生产机器设备,许多公司也纷纷推出量产型机床,设备价格大幅度下降。在这一期间,除了生产机型和数量之急剧增加外,机器精度也逐渐接近纳米级水平而加工行程也更加变大,而加工应用也逐渐增广,除了金刚石车床和超精密研磨抛光外,超精密五轴铣削和飞切技术也被开发出来,并且加以加工非轴对称非球面光学镜片如应用于X-ray光学系统的Troidal镜片。
        我国的超精密加工技术的起步是在上个世纪70年代,较早开始超精密加工技术研究单位有北京机床所、303所、230厂,以及哈工大、国防科技大学等高校。20世纪90年代可以说是我国超精密加工技术研究的黄金年代,一方面国内参与超精密加工技术研究的单位大大增加,另一方面超精密加工技术的研究范围也大大拓展,如在初期研究的基础上开展了对超精密加工机理、刀具及超精密加工工艺等研究。此一时期超精密加工技术可谓成果累累,机床的种类逐渐增多,研究水准逐渐提高,某些基础研究逐渐达到了国际先进水平,如303所陆续研制成功了各类超精密加工设备等。目前国内超精密加工技术的水平应该属于技术初创期向民用工业应用初期转换时期。
        我国超精密加工与国际相比差距很大
        在超精密加工技术方面,由于我国基础工业底子薄,工业化程度低,以及超精密加工的技术要求高等因素,目前与国际先进水平还有较大的差距。主要表现在以下几个方面:
(1)对于超精密确定性加工如车削、磨削等,依赖的是设备精度,与国外还存在较大的差距。如非球面超精密加工设备,国内目前只能做到300mm口径,超精密磨削差距更大。硬脃材料的加工目前国内主要通过磨削还必须进行研磨抛光,国外可以直接磨削达到要求。
(2)研磨抛光:航天卫星上的光学镜片无论从口径尺寸、加工精度、材料等方面都接近于国际先进水平,但是依靠的是人的因素。然而对于一些先进的加工工艺,如磁流变抛光、进动气囊抛光、离子束抛光等由于设备的原因,与国外的差距较大。
(3)纳米级制造技术是超精密加工技术的顶峰,美国、日本和英国正在进行一些纳米技术应用项目的研究,并且已经初步获得了一些进展。
        产生这种差距的关键因素
        我国的超精密加工技术研究近年来虽然取得了很大的发展,但在国内目前成果转化工作还不理想,如超精密加工设备的国产化问题、金钢石切削工具的刃磨修磨、精密模具制造等等。制约我国超精密加工技术发展的因素,主要有以下几个:
(1)技术因素:国内技术成熟度还不够。对超精密加工设备的研制,基本上属于样机阶段,在工程化程度、可靠性、外观等方面还有许多工作要做,让客户接受有一定的难度。与国外引进设备相比,国产超精密加工设备价格昂贵,工艺不成熟、不稳定。
(2)市场因素:超精密加工技术前些年主要应用于军工行业的高精度零件加工,属于单件小批量生产。近年来随着民用行业如数码、办公自动化等产品中的光学镜头模具大规模应用,促进了超精密加工技术的工程化应用。但是,由于目前我国尚未掌握主流数码设备的核心部件技术,这些核心元器件大量依赖进口,从而进一步影响国内的超精密加工市场。
(3)成本与投入因素:超精密加工技术是属于高投入的高技术,无论从环境建设、设备配置、以及后期运行成本等方面都需要大量资金投入。目前在预先研究这一块投入的资金、精力较多,而对于工程化这一块投入不够。
    单从技术因素上来说,实现超精密加工需要很多条件,如加工机理、被加工材料、加工设备及其基础元部件、加工工具、检测与误差补偿、工作环境、工艺过程设计、夹具设计、人的技艺等。
(1)加工机理:近年来出现了一些非传统加工或者是复合加工工艺,都是在加工机理上有所创新的,新的加工机理出现,标志着一种技术突破,往往是新技术的生长点。
(2)加工材料:适用于超精密加工的被加工材料在化学成分、物理力学性能、加工工艺性能上均有严格要求,如应该质地均匀、成分准确、性能稳定、一致,无外部和内部微观缺陷,应控制其杂质含量或不含杂质等。
(3)加工设备及其元部件:高精度、高刚度、高稳定性和保持性、高自动化。超精密加工设备与其基础元部件及其集成技术密切相关,一方面,只有优良的基础元部件才能有优良的加工设备;另一方面,优良的基础元部件可以快速响应市场需求,缩短精密加工和超精密加工设备的开发周期。
(4)加工工具:加工工具主要是指刀具、磨具、刃麿、修整装置。超硬金刚石刀具的设计、刃磨等,黑色金属超精密切削的刀具选择,微粉金刚石砂轮的在线修整等,研磨抛光的磨料选择。
(5)检测与误差补偿:精密和超精密加工必须具备相应的检测技术和手段,不仅要检测零件的精度和表面粗糙度,而且要检测加工设备及基础元部件的精度。
(6)工作环境:精密加工和超精密加工的工作环境对加工质量的影响很大,因此,工作环境是保证加工质量的必要条件,工作环境主要有温度、湿度、净化和防振等方面的要求。
(7)工艺过程设计。
(8)人的技艺:目前我国的精密加工和超精密加工的加工质量和水平在一定程度上靠技术人员的操作技艺来保证,加工设备的精度、检测仪器的精度、技术人员和操作工人的经验和技艺水平三者决定了工件的加工精度,不仅要有高超的技艺,而且要有宽广的知识面,懂得机械、电子、物理、化学、计算机技术,才能胜任这一工作。
       超精密加工技术研究为中国制造业保驾护航
        一个国家的基础制造业是工业、国防、民生的最基本的保障,而超精密加工技术的研究,则是基础制造业能够腾飞的强大助力。改革开放以来,我国的重大经济政策,由原来的"艰苦奋斗,自力更生"调整为"以市场换技术",以引进、学习国际先进技术为主要目的。然而,由于国际、国内形势的变迁,这一政策目前面临着严峻的考验。
       首先,在关乎国际民生的大问题上,国际巨头仍然对中国实行技术封锁。从大飞机的核心技术,到应用于民生的计算机芯片、手机芯片,甚至最基础的液晶面板技术,在失去了大部分市场的同时,我国并没有掌握核心技术。作为制造业的基础,数控机床市场面临着的同样是这种壁垒:我们造不出来的机床,国外根本不会出口给我们;给我们的大都是落后一代、二代甚至濒临淘汰的产品。更不用说是高、精、尖项目的超精密机床了。
       其次,引进的制造设备被严格限定使用范围,例如不得应用于军工、国防领域等。
        第三,自主创新被国外各巨头联手打压。举个简单的例子,在303所研究出非球面超精密复合加工设备之前,此类产品是对我国禁售的;在303所研制成功后,国外立即对中国开放此类产品,并且比国内价格更低、性能更优,以此手段来挤压国内非球面加工设备的生存空间。
        从这个意义上来说,立足于自主创新的超精密加工技术研究,为我国的基础制造业作出的贡献,远非单纯的经济效益所能比拟,在军工及国防领域更是如此。基础制造业、基础技术的研究,应当作为一项科技发展的基本政策,经费应由国家财政统一调配,让科研人员、科研单位更多、更深入地面向课题与项目研究,而不是考虑如何增加效益。发达国家的基础制造业就是这样走过来的,美国也好、日本也好,其强大的制造业背后都有国家意志的影子
       在将要结束采访时,杨老师仍然显得意犹未尽:我国目前已是一个"制造大国",制造业规模名列世界第四位,仅次于美国、日本和德国,近年来在精密加工技术和精密机床设备制造方面也取得了不小进展。但我国还不是一个"制造强国",与发达国外相比仍有较大差距。我国每年虽有大量机电产品出口,但多数是技术含量较低、价格亦较便宜的中低档产品;而从国外进口的则大多是技术含量高、价格昂贵的高档产品。目前我国每年需进口大量国内尚不能生产的精密数控机床设备和仪器。在超棈密机床技术方面,我们与国外先进水平相比还有相当大的差距,国产超精密机床的质量水平尚待进一步提高;国内巨大的市场需求尚待开发!
      超精密加工研究,前景广阔,任重道远!

点评

好资料呀。我都看花眼了。希望兄台继续补充  发表于 2011-4-15 21:23
佐东贤 发表于 2011-4-15 22:19 | 显示全部楼层
楼主厉害啊,这些资料真是及时雨啊。
罗严塔尔 发表于 2011-4-16 01:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 罗严塔尔 于 2011-4-16 12:57 编辑

转个内部刊物无泄密科普文

超精密加工及纳米技术的研究进展

《先进技术研究通报》07年第5期

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可以上传附件到资料共享区然后引用链接  发表于 2011-4-16 12:46
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-16 05:40 | 显示全部楼层
       相对微电子或信息技术产业而言,机床工具属于传统产业,其更新程度不那么显著,但是随着技术的进步和积累,机床技术也在变革之中,近年来的虚拟轴机床就是比较热的课题。
       所谓虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools),就是并联机床(Parallel Machine Tools),又称并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools,也曾被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)。是基于空间并联机构Stewart平台原理开发的、是近年才出现的一种新概念机床,它是并联机器人机构与机床结合的产物,是空间机构学、机械制造、数控技术、计算机软硬技术和CAD/CAM技术高度结合的高科技产品。它克服了传统机床串联机构刀具只能沿固定导轨进给、刀具作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷,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。
  
     学过工科的都知道,传统机床的工作轴线一般与三维直角坐标轴相对应,而虚拟轴机床的工作主轴轴线突破了传统的概念。这种机床在运动过程中看不到普通机床所固有的三维坐标,传统意义的x 、y 、z 轴是虚拟地存在于控制系统之中。工件装在工作台上,刀具与工作主轴受6 根可改变工作长度的杆控制工作位置, 6 根变长杆装在框架上,通过电动机控制杆长的变化,刀具与工作主轴可以做6 个自由度的运动。这种机床没有传统机床的床身、立柱等支撑结构, 也没有任何导轨和滑板, 因而被称为“虚拟轴机床”。虚拟轴机床的机构基本原理来自并联机器人Stewart Platform。由于并联机器人的运动学特点,机床运动轨迹计算相当复杂,但是其最显著的特点是机床基本性能较高。

并联机床的特点
        整体而言,传统的串联机构机床,是属于数学简单而机构复杂的机床,而相对的,并联机构机床则机构简单而数学复杂,整个平台的运动牵涉到相当庞大的数学运算,因此虚拟轴并联机床是一种知识密集型机构。这种新型机床完全打破了传统机床结构的概念,抛弃了固定导轨的刀具导向方式,采用了多杆并联机构驱动,大大提高了机床的刚度,使加工精度和加工质量都有较大的改进。另外,由于其进给速度的提高,从而使高速、超高速加工更容易实现。由于这种机床具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度以及重量轻、机械结构简单、制造成本低、标准化程度高等优点,在许多领域都得到了成功的应用,因此受到学术界的广泛关注。由并联、串联同时组成的混联式数控机床,不但具有并联机床的优点,而且在使用上更具实用价值。
       随着高速切削的不断发展,传统串联式机构构造平台的结构刚性与移动台高速化逐渐成为技术发展的瓶颈,而并联式平台便成为最佳的候选对象,而相对于串联式机床来说,并联式工作平台具有如下特点和优点:
      (1) 结构简单、价格低
      机床机械零部件数目较串联构造平台大幅减少,主要由滚珠丝杠、虎克铰、球铰、伺服电机等通用组件组成,这些通用组件可由专门厂家生产,因而本机床的制造和库存成本比相同功能的传统机床低得多,容易组装和搬运。
      (2) 结构刚度高
      由六只连杆同时承受,以材料力学的观点来说,在外力一定时,悬臂量的应力与变形都最大,两端插入(build-in)次之,再来是两端简支撑(simply-supported),其次是受压的二力结构,应力与变形都最小的是受张力的二力结构,故其拥有高刚性。其刚度重量比高于传统的数控机床。
      (3) 加工速度高,惯性低
      如果结构所承受的力会改变方向,(介于张力与压力之间),两力构件将会是最节省材料的结构,而它的移动件重量减至最低且同时由六个致动器驱动,因此机器很容易高速化,且拥有低惯性。
      (4) 加工精度高
      由于其为多轴并联机构组成,六个可伸缩杆杆长都单独对刀具的位置和姿态起作用,因而不存在传统机床(即串联机床)的几何误差累积和放大的现象,甚至还有平均化效果(averaging effect);其拥有热对称性结构设计,因此热变形较小;故它具有高精度的优点。
      (5) 多功能灵活性强
      由于该机床机构简单控制方便,较容易根据加工对象而将其设计成专用机床,同时也可以将之开发成通用机床,用以实现铣削、镗削、磨削等加工,还可以配备必要的测量工具把它组成测量机,以实现机床的多功能。这将会带来很大的应用和市场前景,在国防和民用方面都有着十分广阔的应用前景。
     (6) 使用寿命长
      由于受力结构合理,运动部件磨损小,且没有导轨,不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象。
    (7) Stewart平台适合于模块化生产
      对于不同的机器加工范围,只需改变连杆长度和接点位置,维护也容易,无须进行机件的再制和调整,只需将新的机构参数输入。
    (8) 变换座标系方便
       由于没有实体座标系,机床座标系与工件座标系的转换全部靠软件完成,非常方便。 Stewart平台应用于机床与机器人时,可以降低静态误差(因为高刚性),以及动态误差(因为低惯量)。而Stewart平台的劣势在于其工作空间较小,且其在工作空间上有着奇异点的限制,而串联工作平台,控制器遇到奇异点时,将会计算出驱动装置无法达成的驱动命令而造成控制误差,但Stewart平台在奇异位置会失去支撑部分方向的力或力矩的能力,无法完成固定负载对象
  理论上串联机构具有工作范围大,灵活性好等特点,但精度低,刚性差,作为机床,为提高精度和刚性,不得不将床身、导轨等制造得宽大厚实,由此导致了活动范围和灵活性能的下降。
清华大学的成果






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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-16 05:46 | 显示全部楼层
       为了解决上述矛盾,在20世纪80年代后,国外学者开始致力于并联机构的研究,提出了并联机床的概念。并联机床的典型代表是Stewart平台结构,即由六根可伸缩杆和动平台构成,可实现较高的动态特性,但工作范围小。为解决这一问题,研究者把并联机构与串联机构结合起来,取得高动态性能和大的工作空间,其典型代表是瑞典的NOUSE公司的Tricepts机床。
Tricepts

  现在并联机床的主要研究方向有:
       -并联机床组成原理的研究。 研究并联机床自由度计算、运动副类型、支铰类型以及运动学分析、建模与仿真等问题。 并联机床运动空间的研究。 包括运动空间分析及仿真、可达工作空间求解(如数值求解法、球坐标搜索法等)、机床干涉计算及位置分析等。
       -并联机床结构设计的研究。 并联机床的结构设计包括很多内容,如机床的总体布局、安全机构设计、数控系统设计(包括数控平台建造、数控系统编程、数控加工过程仿真等)。
       -并联机床刚度、精度、柔度、灵巧度的研究。并联机构封闭回路的特性,使并联机床较传统串联结构机床具有更高的刚度,但这个特性引起的耦合问题,相对的形成在动力分析上很大的困扰,因此对其研究应予以足够的重视。关于并联机床精度的研究仍是国际难题,包括机床系统硬件研究(及机床制造前精度设计和精度描述)和系统输出精度研究(及机床制造后输出数据处理和精度评价)。并联机床柔度的研究包括柔度分析、柔度评价指标及其在工作空间内的分布等方面。灵巧度主要研究灵巧度指标及其分布等。
       -并联机床误差研究。 包括误差分析、建模及误差精度保证、测量系统设计等问题。
并联机床模块设计与创建。 根据工件加工的空间型和平面型,相应地把并联机床分为空间型并联机床和平面型并联机床两大类。并联机床按功能和结构可分为以下几个功能模块:①执行模块;②机座模块(静平台模块);③动平台模块;④机架模块;⑤定位模块;⑥驱动模块;⑦控制和显示模块;⑧润滑与冷却模块。
       -新型虚拟轴数控机床的研究。 虚拟轴数控机床是“要用数学制造的机床”。因为这种机床的设计与运行要用到非常复杂的数学计算与推理。目前对于Stewart平台的理论研究已取得一些关键结论,还需进一步研究Stewart平台的综合分析,为虚拟轴数控机床的研制提供理论基础。
       -并联机床控制的研究。 包括高速、高精度的控制算法,刀具运动轨迹的直接控制、开放式数控系统等。虚拟轴机床的最大特点是机械结构简单而控制复杂,因此这方面的研究在并联机床的研究中具有举足轻重的作用。因为基于Stewart 平台的虚拟轴机床与传统数控机床结构上有很大的不同,传统数控机床每一个自由度均有一套专用的伺服驱动系统,每个自由度之间的运动是分立的。而虚拟轴机床的6 个自由度是耦合在一起的,无论进行什么样的运动都是基于6 个伺服腿的协调运动,不会因为运动要求的不同而改变。因此,虚拟轴机床的控制数据永远是6 自由度的。而实际加工中只需5 个自由度即可保证。Stewart 平台模型将5 自由度的刀位文件转化为6 自由度的数控文件,以控制6 自由度的机床去完成5 自由度的作业要求。

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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-16 05:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2011-4-16 05:54 编辑

       目前,国内外有许多公司和研究单位在研究虚拟轴机床。尽管中国的并联机床研究起步较晚,但成果显著。其中清华大学是国内最早开始进行虚拟轴机床研究的单位之一,对虚拟轴机床以及多个相关领域进行了深入研究,并于1997年12月25日与天津大学合作,共同开发出中国第一台大型镗铣类虚拟轴机床原型样机——VAMT1Y。在虚拟轴机床设计理论与样机建造等关键技术方面达到了国际先进水平,其中部分理论成果属国际首创。
       昆明机床股份有限公司、江东机床厂和大连机床厂联合研制的三种不同构型的机床已经问世,并于2001年在CIMT上展出。XNZ63虚拟轴机床,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,其综合指标达到了国际先进水平。清华与江东机床厂联合开发的一台龙门式虚拟轴机床,结构采用双柱龙门工作台移动式,可完成4坐标联动。与大连机床厂联合研制的DCB-510五轴联动串并联机床,能够通过并联机构实现X、Y和Z方向的移动,采用传统的串联方式实现主轴头的A和C方向的转动。
DCB-510五轴联动串并联机床

       另外由天津大学设计并与天津巿第一机床厂联合研制的并联机床也获得成功并达到实用化水平。哈工大与齐齐哈尔第二机床企业集团联合研制了BJ-1并联机床。东北大学研制的DSX5-70型三杆虚拟轴机床是由三自由度的并联机构和两自由度的串联机构混联组成的五自由度虚拟轴机床。
    由国防科技大学和香港科技大学联合研制的银河—2000虚拟轴机床是一种并联式六自由度机床,是由传统并联机床发展而来的,在保持原并联机构的诸多优点,如高刚度,高精度和高的运动速度外,用变异机构扩大了机床的运动范围。
    国外,瑞典Neos Robotics公司由于采用了并联加串联的方案,从低层次应用做起,逐步积累经验和财力,向高层次应用发展,以及采用了三杆中央的中心管等正确的措施,其并联机床产品早已进入实用。德国Fraunhofer机床和成型技术研究所开发的6x型机床适于模具的高速加工,其主要技术参数为:工作台:630×630,X,Y,Z行程均为630mm,两个转动自由度范围为30°,主轴最高速度为3000r/min,功率为16kW,腿的最大进给速度为30m/min,加速度为10m/s。
       德国Index的美国分公司将并联机床用于车床,生产出了V100型三杆并联机构的“倒立车”(即主轴和工件在上作X、Z轴运动,而刀具在下不动,可回转换刀,但不作任何直线运动的立式车床,中国习称为“倒立车”)。它具有如下优点:①外形紧凑。车床不象加工中心,工件相对刀具的移动范围较小,克服了并联机构空间有效利用率低的弱点。②车床一般只需两个自由度(X和Z轴),现用三杆几何机构,可以获得X、Y、Z三个自由度,冗余的一个自由度可用作自由上下料用。另外,为了增加刚度,Index采用两根杆起一根杆作用的双杆机构,与中国天津第一机床总厂结构类似。
V100型三杆并联“倒立车”


         美国Hexel公司将6杆并联结构作成独立部件应用于转塔铣床。这可将低价的普通铣床升级为5轴联动铣床。瑞士技术院(ETH)、机床与制造技术院(IWF)和机器人院(IFR)也联合研制出了名为IWF的Hexaglide虚拟轴机床。迄今为止,我们了解的虚拟轴并联机床有二自由度、三自由度、法面三自由度、纯移动三自由度四自由度、对称五自由度和六自由度等类型。虚拟轴数控并联机床多用于虚拟轴六自由度数控机床。

    日本大隈的PM-600并联机床


这个大隈PM600的视频,生动地表现了虚拟轴机床的运行



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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-16 06:12 | 显示全部楼层
       学工科和机械的都知道,金属加工工艺学是机械工业最重要的内容,它主要研究:各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系;金属机件的加工工艺过程和结构工艺性;常用金属材料性能对加工工艺的影响;工艺方法的综合比较等。研究在机械制造中金属材料(或坯料、半成品等)的冶炼、金属热处理、铸造、锻压、焊接、切削加工、机械装配等的工艺过程和方法。因此广义上说机床就是涉及金属加工各领域的成套设备总称,但一般指的是金属切削加工设备。所以一个机械制造企业,不光只有金属切削加工,而是上述领域里几个工艺流程及设备的组合。
       我们讨论的机床,狭义上就是指金属切削加工所用的设备。其定义是:用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑,使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。任何切削加工都必须具备3个基本条件:切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口,其材质必须比工件坚硬。不同的刀具结构和切削运动形式构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等;用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。
  切削加工是机械制造中最主要的加工方法。虽然毛坯制造精度不断提高,精铸、精锻、挤压、粉末冶金等加工工艺应用日广,但由于切削加工的适应范围广,且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度,在机械制造工艺中仍占有重要地位。
       不过,随着人类科技的进步,一种更神奇的制造工艺和方法诞生了,这就是快速成形与制造(RPM:Rapid Prototvfolng & Manufacturing)。如果说金属切削加工是把多余的料去掉变成所用的,那么快速成型制造就是一点点的将材料堆积起来变成你想要的形状。
       快速成形与制造(RPM:Rapid Prototvfolng & Manufacturing)是融激光、材料科学、信息与控制技术等为一体的分层——层积技术,堪称是20世纪后半期制造技术最重大的进展之一。RPM技术诞生10余年来已在汽车、家电、航空、医疗等行业中得到广泛应用。国外大型企业如通用、福特、法拉利、丰田、麦道、IBM、AT&T、 Motorla等以及我国的一些著名企业,都积极在产品设计过程中采用这项技术,进行产品的有关设计检验、外观讦审、装配实验、动态分析、光弹应力分析、风洞实验等,成功地实现了面向市场的产品造型设计敏捷化。而随之兴起的快速制模尤其是快速制造金属模具(RMT:Rapid Metal Tooling)则是由新产品设计迅速形成高效、低成本、优质的批量生产并抢占市场的必由途径,是RPM技术进一步发展并取得更大经济效益所面临的关键课题,成为当前RPM技术研究的国际前沿。该技术被美国汽车工程杂志评为全球15项重大技术之首,受到全球制造业的广泛关注。
       快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初,美国3M公司的阿伦赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本的丸谷洋二1983年,在不同的地点各自独立地提出了RP的概念,即用分层制造产生三维实体的思想。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下,完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1,1986年该系统获得专利,这是RP发展的一个里程碑。同年,查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时,其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层(Laminated Object Manufacturing,以下简称LOM)的方法,并于1985年组建Helisys公司,1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年,美国Texas大学的研究生戴考德提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)的思想,稍后组建了DTM公司,于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling,简称FDM)的思想,1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。
        自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期,出现了几十种不同的RP技术,但是SLA、SLS和FDM几种技术,目前仍然是RP技术的主流,最近几年LJP(立体喷墨打印)技术发展迅速,以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。
基于SLS的商业成形系统Sinterstation

基于熔融成形技术的3D-Modeler

第一台商业成形系统LOM-1015
      

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罗严塔尔 发表于 2011-4-18 07:25 | 显示全部楼层
有兴趣关注国内先进加工技术发展的可以看看这个论文

《中国先进加工制造工艺与装备技术中的关键科学问题》

http://www.9ifly.cn/thread-6022-1-1.html

这个是05年的,有些空白现在已经填补上

大家可以留意一下 切削与先进制造技术学术研讨会
zzaa119 发表于 2011-4-19 11:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 zzaa119 于 2011-4-19 11:52 编辑

改革开放以来,高级技工揽私活接工程的事已经屡见不鲜,但是这种由高级技工成立的专接某领域某环节的公司还不成气候,尤其这些公司在培养新人和接受新鲜技术等方面还有很多不足啊。
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-21 19:31 | 显示全部楼层
这是高博特军工网上的"超精密加工助飞中国军工制造"专栏,很好看的!
http://www.gobetter.com.cn/zhuanti_third_index.html
里面有这次机床展的介绍
speed 发表于 2011-4-21 19:59 | 显示全部楼层
CIMT2011十二类专项产品系统展示
发布时间:2011-4-15 9:35:16

http://www.mte.net.cn/NewsDetails.aspx?NewsId=3611

    第十二届中国国际机床展(CIMT2011)从4月11-13日,连续3天展场都是人潮涌动、热闹非凡。本届展会首次主办的一次全新展示活动——“数控机床与基础制造装备重大专项(04专项)图片展”更是吸引了众多观众的眼光。




    4月11日,从第十二届中国国际机床展(CIMT2011)开展的第一天起,观众的参观热情就一直高涨不减,连续3天展场都是人潮涌动、热闹非凡。而本届展会首次主办的一次全新展示活动——“数控机床与基础制造装备重大专项(04专项)图片展”更是吸引了众多观众的眼光。

上百张图片,无声而生动地叙说着奋斗在机床行业人们的艰辛、汗水与喜悦。在新国展E区的连廊,记者看到不断有观众停下脚步,驻足观看图片展。除了上百块展板之外,图片展还搭建了一个十余平方米的展厅,配置了北京第一机床厂数控桥式龙门车铣复合加工机床的模型,并且有主办方的专业人员负责讲解。这位讲解人员告诉记者,这个展区受到国家有关部委和行业领导的高度重视,第一天就接待了不少领导的参观,而专业观众也对这些展品非常有兴趣。

高端装备立足国产化

作为涉及国民经济命脉,我国装备制造业在21世纪初面临了严峻的市场形势:国产机床市场占有率连年下跌,2004年数控机床市场不足三分之一。

这一情况引起了国家领导人的高度重视。2004年4月,温家宝总理批示,要求有关部门在深入研究的基础上提出发展国产机床,特别是数控机床的规划和政策,以提高我国制造业的水平。

随后的几年内,国家连续出台几项支持数控机床发展的政策,包括《国家中长期科学和技术发展纲要(2006~2020年)》、《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》,数控机床行业成为国家重大科技专项之一。

特别是在2009年,04专项由工信部正式贯彻实施,至今为止,专项已投入近100亿元,并取得阶段性成果。专项实施方案中确定的七大领域项目全部启动,对航空航天、汽车、船舶、发电设备等领域用户急需的高档数控机床与基础制造装备、数控系统、功能部件、共性技术等进行了全面部署,相关重大战略装备和重点产品在实际应用中初见成效。

四大专项成果

截至目前,04专项取得的成绩主要体现在以下四个方面。

第一,以十大标志性设备为代表的重型、超重型制造装备研发取得突破。这十大标志性设备包括:数控双柱移动立式铣车床、数控桥式龙门五轴联动车铣复合机床、超重型数控卧式镗车床、超重型数控落地铣镗床、精密卧式加工中心、大型快速高效数控全自动冲压生产线、8万吨模锻压力机、3.6万吨黑色金属垂直挤压机、大型复合材料构件铺带机、开合式大型热处理设备。

另外还有十项重大技术,包括:全数字化高速高精运动控制技术,高精度直接驱动技术,重型、超重型数控机床与锻压设备数字化仿真与优化设计技术,在线智能检测技术,动态综合补偿技术,高速切削技术,难加工材料超高速磨削技术,大型结构件制造技术,轻金属精密成形技术,热加工过程微观组织演化预测技术。

第二,中高档数控机床性能有效提升,初步满足国内需求。重点针对市场需求面广、进口量大的高速/精密加工中心、数控车床及五轴联动加工机床等产品进行开发,开展了可靠性、结构优化、性能整体评价、动态补偿等关键技术攻关,有效提升了中高档数控机床的整体技术水平和市场占有率。

第三,数控系统、功能部件及刀具研发进展顺利。数控系统的研制与开发在关键技术研发方面取得了较明显的突破,已在国产机床上得到应用,为与主机全面配套奠定了基础。另外,滚珠丝杠及直线导轨、数控回转工作台、双摆角数控万能铣头等功能部件也实现关键技术突破,产品已投入实际应用。同时,国内还开发了一批四大领域急需的精密、复杂及硬质合金刀具,并在重点企业得到应用。

第四,产学研用机制与共性技术研究取得进展。

十二类专项产品系统展示

本次04专项成果图片展共展出成果十二类101项,其中加工中心类12项、数控车床类10项、数控磨床类8项、重型数控机床类7项、齿轮加工机床类4项、特种加工机床类5项、金属成形机床类9项、高档数控系统类11项、功能部件类14项、工量具类5项、基础制造装备类8项、共性技术类8项。涉及的专项承担单位43家,在CIMT2011上的展出面积占国内企业总面积的43%。除了专项的图片展,在他们各自的展台上,不仅有相关的实物展览,并且还有现场的加工演示。

十二类专项成果中,加工中心首当其冲。最为代表性的有:沈阳机床(集团)有限责任公司的VMC22120U高速五轴联动加工中心。主要技术优势为:在同类型的加工中心中,该产品为国内首创,实现高速、精密、复合、五轴联动,配置完全自主知识产权的AB双摆头五轴铣头。主要适用于航空企业飞机铝合金及钛合金结构件的高效加工。而公司另一规格的加工中心——VMC25100U立式五轴加工中心,则可实现航空难加工材料钛合金的加工。

大连机床集团公司的VHT800立式车铣复合加工中心,主要技术优势为:创新机床总体设计与制造,实现五轴联动高精度加工。一次装卡就能完成全部车、铣、钻等全部加工,尤其适用于航天、航空、能源、汽车、工程机械、模具等精密复杂零部件加工。而公司的另一款产品VDBS-65高速立式加工中心,机床主轴最高转速达18000r/min、快移速度50m/min,适用于航天、航空、能源、汽车、工程机械、模具、高精密仪器等零部件加工。

四川普什宁江机床有限公司的THM系列精密卧式加工中心,主要技术优势为:精密主轴和精密回转工作台为自行研制,并具备专利技术。适用于航空航天、船舶、机床等行业的精密加工。目前,该产品已经交付用户使用。同时该公司生产的THMS6340、THMS6350高速卧式加工中心,保证高刚性、高速及可靠性能,广泛适用于汽车制造、航空航天、船舶等国家重点行业。

第二类,数控车床。沈阳机床股份有限公司的HTM40100卧式铣车(车铣)复合加工中心,利用多轴联动可完成零件倾斜部位及复杂空间曲面的加工,满足汽车、航天等行业需求。

大连机床(数控)股份有限公司的CHD系列铣车(车铣)复合加工中心,适用于航空、航天等企业高、精、尖加工领域,可实现复杂形面零件高精度的六面完整加工。公司的另一款产品,DLM系列精密数控车床和车削中心,采用国产华中数控系统和AC交流变频伺服,可对芰220mm~芰400mm以内的轴类零件及盘类零件进行各种微米级的精密车削加工。

同时,大规格精密数控车床和车削中心系列化产品的研究与应用取得实效。如南京数控机床有限公司的CKH1463S/1500精密数控车削中心,适用于形状复杂、精度高、多工序、品种多变的单件或批量产品生产,广泛应用于航空航天、船舶、汽车、发电设备、精密模具等行业。

第三类,数控磨床。北京第二机床厂有限公司的数控切点跟踪曲轴磨床,整体技术达到国外同类产品先进水平,广泛应用于内燃机曲轴高精度、高效率、低成本、低能耗的磨削加工。

陕西秦川机械发展股份有限公司的五轴联动叶片数控磨床,可实现叶片的高速、高精、高效磨削。其加工精密模具曲面的效率是传统工艺的3~15倍以上。此款产品大幅提升我国航空发动机叶片的加工水平,目前已经在生产中得到应用。

上海机床厂有限公司的超重型精密数控轧辊磨床,是世界最大的数控轧辊磨床,最大磨削直径为2.5m,最大工件长度15m。为能源、冶金等行业超大、超重关键零件的精密加工提供了有效装备,目前已经在生产中得到应用。

第四类,重型数控机床。北京第一机床厂的XKA28105×300数控重型桥式龙门五轴联动车铣复合机床,为此类产品中的标志性产品,已在哈尔滨汽轮机厂有限责任公司得到应用。公司的另一款产品KAU2890数控桥式双龙门镗铣床,目前为国内最大的双龙门配置的龙门镗铣床,已在洛阳中信重工机械股份公司得到应用。

齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司的超重型数控落地铣镗床——TK6932型数控落地铣镗床,镗杆直径320mm,规格为世界最大。这也是专项十大标志性产品之一,适合于核电与水电的大型外壳、压力机及超大型工件的加工,已在洛阳中信重工机械股份公司得到应用。

济南二机床集团有限公司的高速龙门五轴联动加工中心,为国民经济主要领域和重大工程项目中的关键零件,为大型铝合金、钛合金零件和汽车模具等提供了有效装备。

第五类,齿轮加工机床。陕西秦川机械发展股份有限公司的QMK009锥齿轮磨齿机,具有自主知识产权和国际先进水平,填补我国高速、精密大型锥齿轮磨齿机床的空白。公司的另两款产品YK73200圆柱外齿轮数控成形砂轮磨齿机、YK75200数控内齿轮成形砂轮磨齿机,可满足多个重要经济领域大型精密圆柱齿轮的磨削加工要求。

天津第一机床总厂的YKW2075数控螺旋锥齿轮磨齿机,可满足汽车工业对精密螺旋锥齿轮的加工需求。

第六类,特种加工机床。苏州电加工机床研究所有限公司的D7132五轴联动精密数控电火花成形加工机床,能实现五轴联动电火花成形加工,可加工复杂形状、扭曲叶片的涡轮盘。

北京市电加工研究所的N850五轴五联动精密数控电火花成形机床,可高效、高精度地加工航空航天行业钛合金及高温耐热合金材料带叶冠整体式涡轮盘,实现复杂空间曲面的电火花加工。

苏州三光科技股份有限公司的数控单向走丝电火花线切割机床,是航天、航空、模具制造、微电子、家电、汽车、电机等行业的精密零件及模具加工过程中不可或缺的关键装备。

第七类,金属成形机床。济南二机床集团公司的42000kN、64000kN大型快速高效数控全自动冲压生产线,应用于高档汽车大型覆盖件冲压,技术达到国际先进水平。另一款产品25000kN大型多工位压力机,是汽车工业发展覆盖件冲压急需的关键设备。

齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司的大型多工位压力机自动化线,是汽车制造等行业关键的冲压设备。

天津市天锻压力机有限公司的大型六轴数控旋转压头可移动式液压机,可实现对大型厚板船体板材的吊装、输送,以及弯曲、弯边、压筋、折边、矫平等成形工序的连续加工。它对提升我国造船产业的技术水平,具有重大意义。

第八类,高档数控系统。武汉华中数控股份有限公司的华中HNC-8A/B/C系列总线式高档数控系统,已在国内汽车、能源等行业的10类29台高档数控机床上得以配套及示范应用。

广州数控设备有限公司的GSK27总线式高档数控装置,可满足五轴联动高档数控机床的配套需求。

大连光洋科技工程有限公司的光纤总线开放式全数字高档数控装置,已在北京机床所、沈阳机床集团、四川长征机床集团、大连科德数控、四川普什宁江机床等单位的高档数控机床上得以配套。

第九类,功能部件。陕西汉江机床有限公司的高速、重载、精密滚珠丝杠及直线导轨,可广泛应用于我国中、高档数控机床、航空航天等基础制造装备的国家重大项目之中。

南京工艺装备制造有限公司的高速、重载、精密滚珠丝杠及直线导轨、端块式高速精密滚珠丝杠副,广泛应用于数控磨床、数控龙门铣床、数控落地镗床、大型五面加工中心等高精尖、大型专用设备中。

第十类,工量具。哈尔滨量具刃具集团有限责任公司的新型刀具系统,应用创新性自主知识产权制造和热处理新技术,完成了热缩夹头和HSK工具系统批量制造工艺的开发。

株洲钻石切削刀具股份有限公司的高效精密可转位刀具系列及超硬刀具,已突破一系列的关键技术,为汽车、航空航天、轨道交通等领域关键部件加工开发出成套精密高效刀具及配套技术。

汉江工具有限责任公司的高效高性能精密复杂数控切削刀具,应用于风电、冶金、石油机械、航空航天、发电等行业,解决了汽轮机叶片、轮槽、减速机、超大型弧齿锥齿等零件的加工问题。

第十一类,基础制造装备。齐齐哈尔二机床(集团)有限公司的大型复合材料筒形构件铺带机,用于大型飞机中机身等复合材料构件的自动化制造,为大型飞机机翼、超大型复合材料风电叶片的自动铺带制造,提供了装备。

内蒙古北方重工集团公司的3.6万吨黑色金属垂直挤压机及工艺研究,突破了压机设计、大型铸锻件制造等技术关键,实现了万吨级重型装备制造的集成创新。

沈阳铸造研究所的大型电渣重熔炉设备,改变了核电、大型火电等新能源领域所需的高质量、高纯度关键锻件依赖进口的局面。

第十二类,共性技术。吉林大学承担的高速/精密数控机床可靠性设计与性能试验技术研究,制定了七项数控机床可靠性技术规范,其成果在沈阳机床、大连机床的新产品开发中得到应用。

上海交通大学承担的航空、航天、汽车和发电装备行业典型零件高速切削的工艺研究,形成了航空薄壁零件高效、精密加工成套技术方案,成果已在上海飞机制造有限公司获得应用。

哈尔滨工业大学承担的重型数控机床动态综合误差补偿技术研究,研制了镗杆变形误差自动补偿的装置,其成果在齐二机床承担的专项课题“TK6932型超重型数控落地铣镗床”上得到应用。

攻坚克难的关键阶段

满载着04专项已经取得的成果,“十二五”数控机床专项的开展实施将进入攻坚克难的关键阶段。

据介绍,04专项的“十二五”规划目标是到2015年,掌握一批主机、数控系统及关键功能部件的核心技术,形成重大、精密、成套装备的自主开发能力,总体技术水平进入国际先进行列;建成可持续的创新研发体系,自主创新能力显著提高;数控机床、数控系统及关键功能部件的技术水平和可靠性取得显著提升,自主化制造和支撑能 力快速提高;

实现数控系统、功能部件和工具与数控机床主机的应用示范和批量配套,形成完整的产业链。

为了实现这一目标,专项确立了4项指导原则,即:主机牵引、加强基础;跟踪跨越、集成创新;掌握核心技术、提升创新能力;鼓励使用、需求拉动。

相应的技术路线则为:研究用户工艺、重视系统设计、融入信息技术、推行数字制造、以功能部件为基础、以共性技术为支撑。

记者在展览会现场采访一些专项承担单位时,他们普遍表示,04专项的实施,确实给他们的产品研发带来了很大的促进作用,使他们在短时间内实现了一些关键技术的突破,并且很快得到客户的应用和检验。杭州杭机股份有限公司市场营销部副经理阮志斌告诉记者,他们的一台专项产品由于有了国家和地方政府的支持,最近即将进入验收阶段,他们对这项产品充满信心。山东博特精工股份有限公司规划发展总监王志民也表示,4月中旬他们也要开展专项产品的验收,对产品及企业未来的前景,他个人非常看好。
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-22 19:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2011-4-22 20:01 编辑

      这是本人多年前的写作,当时正在做数控技术改造,现在发出来让大家了解下数控改造其实也是一个方向。首先说明我只算半个入行的,本人现在做CAM/CNC编程,入这行也是机遇。原来学应用物理(侧重测控仪器),工作时候跟着的老板是军工出身,做舰船武备随动火控系统的,第一个项目是舰艇上的稳定平台和圆顶跟踪控制,所以那时开始接触伺服随动控制和PLC、变频器之类电控技术。但当时没有那么多活,到92、93年有家企业来找我们要求技改C3163六角转塔车床,大家也都知道伺服控制系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪、制导和天线控制中,后来推广到很多领域,特别是数控机床,所以就这样开始接触数控、数显,从那以后偶们就做工控为主,做了十多年,也代理工控设备,GE-FANUC、西门子、三菱、施耐德、安川、研华、研祥、华北,好多公司的都做过,数控改造做的多些。和武汉、济南、北京和东北的企业有过交流(不过都是很多年前了),我们前后改造过的机床有几十台套,还包括俄罗斯的重型铣镗,我的第一个研究生文凭就是跟数控有关的,侧重控制。写这个就是当时为了研究生学位。
       机床数控化改造
       我国目前机床总量将近400余万台,而其中数控机床总数只有11.34万台(2004年前后数据),即我国机床数控化率不到3%。近10年来,我国数控机床年产量约为0.6~0.8万台,年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6%。我国机床役龄10年以上的占60%以上;10年以下的机床中,自动/半自动机床不到20%,FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占60%以上)。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床,而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、市场、效益,影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。
       我国自改革开放以来,很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计,从1979~1988年10年间,全国引进技术改造项目就有18446项,大约165.8亿美元。这些项目中,大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因,设备或生产线不能正常运转,甚至瘫痪,使企业的效益受到影响,严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后,有的消化吸收不好,备件不全,维护不当,结果运转不良;有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线,忽视软件、工艺、管理等,造成项目不完整,设备潜力不能发挥;有的甚至不能启动运行,没有发挥应有的作用;有的生产线的产品销路很好,但是因为设备故障不能达产达标;有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损;有的已引进较长时间,需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富,反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱,也是一批很大的存量资产,修好了就是财富。只要找出主要的技术难点,解决关键技术问题,就可以最小的投资盘活最大的存量资产,争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。
数控化改造的内容及优缺点
       在美国、日本和德国等发达国家,它们的机床改造作为新的经济增长行业,生意盎然,正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步,机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业,也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国,用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场,已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国,机床改造业称为机床再生(Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd(得宝)服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本,机床改造业称为机床改装(Retrofitting)业。从事改装业的著名公司有:大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。
数控化改造的内容
        机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点:
        其一是恢复原功能,对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复;
        其二是NC化,在普通机床上加数显装置,或加数控系统,改造成NC机床、CNC机床;
        其三是翻新,为提高精度、效率和自动化程度,对机械、电气部分进行翻新,对机械部分重新装配加工,恢复原精度;对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新;
        其四是技术更新或技术创新,为提高性能或档次,或为了使用新工艺、新技术,在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新,较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
数控化改造的优缺点
减少投资额、交货期短
       同购置新机床相比,一般可以节省60%~80%的费用,改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造,只花新机床购置费用的1/3,交货期短。但有些特殊情况,如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱,往往改造成本提高2~3倍,与购置新机床相比,只能节省投资50%左右。
机械性能稳定可靠,结构受限
       所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件,而不是那种焊接构件,改造后的机床性能高、质量好,可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制,不宜做突破性的改造。
熟悉了解设备、便于操作维修
       购买新设备时,不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然,可以精确地计算出机床的加工能力;另外,由于多年使用,操作者对机床的特性早已了解,在操作使用和维修方面培训时间短,见效快。改造的机床一安装好,就可以实现全负荷运转。
可充分利用现有的条件
       可以充分利用现有地基,不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。
可以采用最新的控制技术
       可根据技术革新的发展速度,及时地提高生产设备的自动化水平和效率,提高设备质量和档次,将旧机床改成当今水平的机床。
数控系统的选择
        数控系统主要有三种类型,改造时,应根据具体情况进行选择。
       1、步进电机拖动的开环系统
       该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲,经驱动电路控制和功率放大后,使步进电机转动,通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序,便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端,故称之为开环系统,该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度,齿轮丝杠等传动元件的节距精度,所以系统的位移精度较低。该系统结构简单,调试维修方便,工作可靠,成本低,易改装成功。
       2、异步电动机或直流电机拖动,光栅测量反馈的闭环数控系统
       该系统与开环系统的区别是:由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号,随时与给定值进行比较,将两者的差值放大和变换,驱动执行机构,以给定的速度向着消除偏差的方向运动,直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂,成本也高,对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度,更快的速度,驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求,决定是否采用这种系统。
        3、交/直流伺服电机拖动,编码器反馈的半闭环数控系统
        半闭环系统检测元件安装在中间传动件上,间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差,因此,它的精度比闭环系统的精度低,但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多,国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司;国内公司如北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。


 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-22 20:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2011-4-22 20:36 编辑

数控改造中主要机械部件改装探讨
       一台新的数控机床,在设计上要达到:有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小,传动无间隙;功率大;便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求,还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求,才能获得预期的改造目的。
       滑动导轨副
       对数控车床来说,导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外,还要有良好的耐摩擦、磨损特性,并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度,以减少导轨变形对加工精度的影响,要有合理的导轨防护和润滑。
       齿轮副
       一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度,数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动,因而改造时,机床主要齿轮必须满足数控机床的要求,以保证机床加工精度。
       滑动丝杠与滚珠丝杠
       丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠,但应检查原丝杠磨损情况,如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级,螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低,但难以满足精度较高的零件加工。
       滚珠丝杠摩擦损失小,效率高,其传动效率可在90%以上;精度高,寿命长;启动力矩和运动时力矩相接近,可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。
       安全防护
       高效必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施,切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件,工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好,绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。
机床数控改造主要步骤
改造方案的确定
        改造的可行性分析通过以后,就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案,一般包括:
        机械修理与电气改造相结合
        一般来说,需进行电气改造的机床,都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容;也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容;还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。
        先易后难、先局部后全局
        确定改造步骤时,应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行,如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等,待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中,应先做技术性较低的、工作量较大的工作,然后做技术性高的、要求精细的工作,使人的注意力能集中到关键地方。
       根据使用条件选择系统
       针对某台或某几台机床,确定它的环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线,甚至有否鼠害等外界使用条件,这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据,使改造后的电气系统有了可靠的使用保证。当然,电气系统的选择必须考虑成熟产品,性能合理、实用,有备件及维修支持,功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。
       落实参与改造人员和责任
       改造是一个系统工程,人员配备十分重要。除了人员的素质条件外,根据项目的大小,合理地确定人数与分工是关键。人员太少不利于开展工作,人员太多也容易引起混乱。根据各个划分开的子系统,确定人员职责,有主有次,便于组织与协调。如果项目采用对外合作形式,更需在目标明确的前提下,界定分工,确定技术协调人。
       改造范围与周期的确定
      有时数控机床电气系统改造,并不一定包含该机床全部电气系统,应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期,根据各企业的实际情况确定,考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度,甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功,急于求成,匆忙上阵,但也要合理安排,防止拖拖拉拉。
       改造的技术准备
       改造前的技术准备充分与否,很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括:
       机械部分准备
       为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕,提出明确要求,与整个改造工作衔接得当。
       新系统电气资料消化
       新系统有许多新功能、新要求、新技术,因此改造前应熟悉技术资料,包括系统原理说明、线路图、PLC梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等。要有充裕的时间来对上述资料进行翻译(进口系统)、消化、整理、核对,做到思路清晰,层次分明。
       新旧系统接口的转换设计
       根据每台设备改造范围不同,需事先设计接口部分转换,若全部改造的,应设计机电转换接口、操作面板控制与配置、互联部分接点、参数测量点、维修位置等,要求操作与维修方便、合理,线路走向通顺、中小连接点少,强弱电干扰最小,备有适当裕量等。局部改造的,还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等,必要时需自行制作转换接口。
       操作、编程人员的技术培训
       机床电气系统改造后,必然对操作、编程人员带来新的要求。因此提前对操作人员和编程人员进行新系统知识培训十分重要,否则将影响改造后的机床迅速投入生产。培训内容一般应包括新的操作面板配置、功能、指示含义;新系统的功能范围、使用方法及与旧系统的差别;维护保养要求;编程标准与自动化编程等等。重点是弄懂、弄通操作说明书和编程说明书。
       调试步骤与验收标准的确定
       新的电气系统改造完以后,怎样进行调试以及确定合理的验收标准,也是技术准备工作的重要一环。调试工作涉及机械、液压、电气、控制、传感等,因此必须由项目负责人进行,其它人员配合。调试步骤可从简到繁,从小到大,从外到里进行,也可先局部后全局,先子系统后整系统进行。验收标准是对新系统的考核,制定时必须实事求是,过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来,不能轻易修改,因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。
这是大修意大利曼德里1200,工人在测丝杠侧母线

改造的实施
      准备工作就绪后,即可进入改造的实施阶段。实施阶段内容按时间顺序分为:
      原机床的全面保养
      机床经长期使用后,会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷,所以首先要进行全面保养。其次,应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量,记录在案。这样既可对改造工作起指导参考作用,又可在改造结束时作对比分析用。
        保留的电气部分最佳化调整
       若对电气系统作局部改造,则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整。如强电部分的零件更换,电机的保养,变压器的烘干绝缘,污染的清洁,通风冷却装置的清洗,伺服驱动装置的最佳化调整,老化电线电缆的更新,连接件的紧固等等。只有对保留的电气部分做好过细的最佳化调整工作,才能保证改造后的机床有较低的故障率。
       原系统拆除
       原系统的拆除必须对照原图纸,仔细进行,及时在图纸上作出标记,防止遗漏或过拆(局部改造情况下)。在拆的过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处,应及时补充与修正,拆下的系统及零件应分门别类,妥善保管,以备万一改造不成功或局部失败时恢复使用。还有一定使用价值的,可作其他机床备件用。切忌大手大脚,乱扔乱放。
       合理安排新系统位置及布线
       根据新系统设计图纸,合理进行新系统配置,包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及必要装饰等。连线工作必须分工明确,有人复查检验,以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。
       大修内容包括工作内容包括导轨修磨、刮研、几何精度恢复,主轴轴承更换、主轴精度恢复,转台精度修复。液压回路整改,国产化替代等。

修完的数控转台,这里面做了蜗轮蜗杆精度恢复,更换传动链轴承,清理油路,换圆光栅,都是精细活,全凭高水平工人

调试
       调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静,随时记录,以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度,防止人身、设备事故发生。调试现场必须清理干净,无多余物品;各运动坐标拖板处于全行程中心位置;能空载试验的,先空载后加载;能模拟试验的,先模拟后实动;能手动的,先手动后自动。
验收及后期工作
        验收工作应聘请有关的人员共同参加,并按已制定的验收标准进行。改造的后期工作也很重要,它有利于项目技术水平的提高和使设备尽早投产。验收及后期工作包括:
       机床机械性能验收
       经过机械修理和改造以及全面保养,机床的各项机械性能应达到要求,几何精度应在规定的范围内。
       电气控制功能和控制精度验收
      电气控制的各项功能必须达到动作正常,灵敏可靠。控制精度应用系统本身的功能(如步进尺寸等)与标准计量器具(如激光干涉仪、坐标测量仪等)对照检查,达到精度范围之内。同时还应与改造前机床的各项功能和精度作出对比,获得量化的指标差。
       试件切削验收
        可以参照国内外有关数控机床切削试件标准,在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削。试件切削可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等,一般不宜采用产品零件作试件使用。
       图纸、资料验收
       机床改造完后,应及时将图纸(包括原理图、配置图、接线图、梯形图等)、资料(包括各类说明书)、改造档案(包括改造前、后的各种记录)汇总、整理、移交入档。保持资料的完整、有效、连续,这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。
       总结、提高
       每次改造结束后应及时总结,既有利于提高技术人员的业务水平,也有利于整个企业的技术进步。

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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-22 20:56 | 显示全部楼层
       以一个具体实例,介绍下数控技术改造的过程。当年很多做数控的都是从机床厂电气系统部门出来的,带着老技师(高级钳工),相当于做私活。那时他们在厂里的收入才几百块,不出来做都得饿死。
       下面以车床数控化改造为例,介绍一下其改造的主要内容和主要结构形式。
       1、进给轴的改造
       普通车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动,走刀运动经走刀箱传动丝杠及溜板箱,获得不同的工件螺距即Z轴运动;走刀运动经走刀箱传动光杆及溜板箱,获得不同的进刀量即X轴运动。普通车床数控化改造时一般都去掉走刀箱及溜板箱,改用进给伺服(或步进)传动链分别代替(这就是数控与传统机床的最大不同:机电一体化),具体体现为:
       Z轴:纵向电机→减速箱(或联轴器)→纵向滚珠丝杠→大拖板,纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。
       X轴:横向电机→减速箱(或联轴器)→横向滚珠丝杠→横滑板,横向按数控指令获得不同的走刀量。
       改造后整个传动链的传动精度在保证机床刚性的前提下,与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、机床导轨的精度情况等有很大的关系。
1)、滚珠丝杠副的选择和布置结构形式
       普通车床大多采用的是T型丝杠等滑动丝杠副,与滚珠丝杠副相比摩擦阻力大、传动效率低,不能适应于高速运动。另外由于磨损快,造成其精度保持性和寿命低等等,在进行普通机床数控化改造时往往都将其更换为滚珠丝杠副。滚珠丝杠副有以下一些特点:摩擦损失小,传动效率高,可达0.90~0.96;若使用的丝杠螺母预紧后,可以完全消除间隙,提高传动刚度;摩擦阻力小,几乎与运动速度无关,动静摩擦力之差极小,能保证运动平稳,不易产生低速爬行现象;磨损小、寿命长、精度保持性好。但应注意,由于滚珠丝杠副不能自锁,有可逆性,即能将旋转运动转换为直线运动,或将直线运动转换为旋转运动,因此丝杠立式和倾斜使用时,应增加制动装置或平衡装置。
       滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种,根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定,由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边,所以很容易损坏而出现卡死现象,而内循环式的回珠器在螺母副内部,不存在卡死和脱落现象。由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便,而且其传动刚性比单螺母也好,所以只要结构和机床空间满足要求,在普通机床数控化改造中多选内循环式双螺母结构。
       改造时各轴滚珠丝杠的直径一般都是与原T型丝杠直径相近,对有特殊要求的机床还应根据杆系的稳定性计算其临界转速,最终确定滚珠丝杠的直径。丝杠导程在满足机床改造后性能的前提下越小,对机床的传动精度越有利。机床的传动精度在保证机床刚性的情况下,与丝杠副本身的精度和轴承布置形式有很大的关系,一般在普通机床改造中丝杠副选P4级即可满足要求,特殊精密机床选P3级甚至更高。
       丝杠副轴承常见的布置形式根据不同的需要可以分为以下几种,如图1。

(1).图1-a中为一端固定,一端悬空的布置方式。这种安装方式的承载能力小,轴向刚度低,仅适应于短丝杠,如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐标中。
(2).图1-b中为一端固定,一端支承的布置方式。这种安装方式多在丝杠较长,转速较高的场合,在受力较大时还得增加角接触球轴承得数量,转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。
(3). 图1-c和1-d中为两端固定的布置方式。这种布置方式丝杠副得支承刚性最好,通过轴承的预紧力预拉伸丝杠,以减少丝杠热变形的影响。这种方式多用在丝杠长度不大得情况,但设计时要注意提高平面球轴承的承载能力、支承刚度以及丝杠装配时的预拉伸量,否则会影响轴承寿命,同时也会因为预加负载得不易控制而增加电机的附加扭矩。
2)、机床导轨
       普通车床导轨大多采用的是滑动导轨,其动、静摩擦系数大,在使用一段时间后都会有不同程度的磨损,对机床传动精度和其保持性带来很大的影响。因此在对其进行数控化改造的同时必须针对机床导轨状况进行必要的检修处理,对于磨损较严重的更要进行大修,即进行磨削、淬火、贴塑、配刮等处理,同时采用合理的润滑,充分保证其精度。
3)、电机与丝杠的联接
       在满足机床要求的前提下,为减少中间环节带来的传动误差,我们多将电机与丝杠副通过联轴器直接联接,这要根据改造中实际情况来定。一般对于小型车床如C6116型,由于空间尺寸有限,特别是X轴,电机与丝杠副不能直联,多采用齿轮副或同步带论来传动;对于大型车床如C6150,床身长5米的车床,由于丝杠较长,直径较大,除了要考虑传动力的问题,还要考虑其低速性能及加减速惯量匹配的问题,往往电机都要通过几级减速来传动。无论是采用齿轮还是同步带论来传动,其传动间隙的消除是比较关键的。齿轮传动中常用的方法有错齿消隙法、偏心轴调整法等等,同步带论传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法。
2、主轴部分的改造
       车床主轴带动工件以不同转速旋转是车削加工中的主运动,消耗机床大部分动力。普通车床由主电动机经皮带传动,经主轴变速箱带动主轴旋转,主轴箱经手动或自动变速获得(9~24)级转速,通过电磁或液压离合器操纵主轴的变速和正反转;而数控车床主轴箱由电主轴或传统机械主轴单元加变频电机和变频器组成。普通车床在数控化改造时大部分情况下保留原主轴箱,不做改动或少做改动。如需改动则要注意以下几点:
       如原主轴含液压操纵主轴的变速、正反转和润滑功能,则需对其增装单独普通电机加以驱动,避免液压系统受到主电机正反转或转速变换而失灵。
       如不需要原有机械变速换挡时,则需将主轴箱内齿轮组固定在一恒定的速度链上,摩擦片也应焊死以免因为误操作出现事故。
       机床能否进行螺纹加工是主轴部分数控化改造的另一重要部分,传统车床加工螺纹时往往是通过挂轮组来完成,加工不同的螺纹则需不同的挂轮组,操作起来十分麻烦。改造时如图2,我们通常在主轴末端或挂轮架处增装一光电编码器,其转速与主轴转速一致,主轴转一周,光电码盘转一转,通过反馈给系统控制进给轴与主轴的同步性,从而加工出理想螺距的螺纹。根据其编码方式的不同,光电码盘可分为增量式光电码盘和绝对式光电码盘,目前国内常用的为增量式光电码盘。根据光电码盘上刻线条数可分为1024线、2048线等,我们常用的为1024 线即可满足要求。

图2 主轴编码器安装图
3、刀架部分的改造
       目前数控车床刀架基本为电动刀架,其特点是定位更准确、迅速。老式传统车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动,改造时可以根据需要对其加以更换。
电动刀架可分为卧式转塔刀架(一般安装8~12把刀)和立式电动刀架,立式电动刀架有四工位(或六工位),其中每一种刀架又有抬刀刀架(两端齿盘)和免抬刀刀架(三端齿盘)之分。卧式转塔刀架价格相对较贵,改造中常用立式四工位电动刀架。
4、润滑部分的改造
       老式传统车床除主轴箱外,导轨、丝杠副、光杆等多用油枪定期注油润滑和油脂润滑,这对机床的导轨、丝杠副等的精度保持很不利,在同等驱动下机床运动的稳定性、灵活性也差一些。

图3 机床的润滑
        在对这些机床改造时一般都要对其润滑部分进行相应的改动,,采用稀油集中定量、定时供油润滑的方式,可分为手控润滑和编程自动润化两种,在机床导轨、丝杠副布置好油路后可根据需要任选一种。
       丝杠支承轴承一般采用油脂润滑,如特殊需要和供油充分的条件下也可采用稀油润滑。
5、机床防护
       机床改造后整个防护分局部防护、半防护和全防护三种。
       局部防护只对丝杠副、电机、走线等采取防护措施。半防护是在局部防护的基础上增加切削的保护,即增加挡屑装置。全防护即在局部防护的基础上对整个机床加以封闭,此种防护最难处理,考虑的因素也很多如安装位、防水、美观等。实际操作起来以前两种最多,也最易操作。
四、机床数控化改造的联调
       机床安装、系统各参数按要求设置完成之后,在机电联调时还需完成各种动作试验、功能试验、空运转、负荷试验,检验机床数控化改造后是否满足要求。
1、空运转前的检查
        通电前机床外观检查(检查机床各部位的装配质量,使他们能在通电后正常工作)。
(1)重要固定结合面应紧密贴合,用0.03塞尺检查时应该插不进,滑动导轨面的端部用0.03塞尺检查深度小于20mm。重要固定结合面为床头箱与床身的结合面,转塔刀架底座与滑板的结合面,尾座体与尾座底板的结合面,床身与床身(拼结床身)的结合面,镶钢导轨与基础件的结合面等。
(2)仔细检查各个箱体及各个运动部件是否按要求加油,箱体中的油平面不得低于油标线以下。冷却箱中是否有足够的冷却液,液压站、自动间歇润滑装置的油是否到油位指示器规定的油位,电器控制箱中的各开关及元器件是否正常,各插装集成电路板是否到位,通电启动集中润滑装置使各润滑部位及润滑油路充满润滑油。
2、各种动作试验
   ( 1)手动操作试验
      如车床依靠手动使刀架沿X、Z正负方向运动和单向进给运动。主要是试验手动操作的准确性,此功能多在加工对刀时要用。
    (2)点动试验
      在点动状态下使刀架先慢后快运动,并进行倍率变换。
   (3)主轴变档试验
      主轴变挡试验可按说明书中规定的变档指令进行。
    (4)超程试验
      各轴做正负两个方向的超程试验。机床超程保护有两种,一是软件存储极限保护,另一种硬件保护。超程状态表现为控制机报警和屏幕上有显示,另外液压站电源切断。如果超程保护不起作用,将造成机械部件损坏。
3、功能试验
(1)功能试验
       用按键、开关、人工操纵对机床进行功能试验。试验其动作的灵活性、平稳性以及功能的可靠性。
(2)任选一种主轴转速做主轴启动、正转、反转、停止(包括制动)的连续试验,连续操作不少于七次。
(3)主轴高、中、低转速变换试验。转速的指令值与显示值允差为±5%。
(4)任选一种进给量,将启动、进给和停止动作连续操作,在X、Z轴的全部行程上,连续做工作进给和快速进给试验。快速行程应大于1/2全行程,正反方向连续操作不少于七次。
(5)在X、Z轴的全行程上,做低、中、高进给量变换试验。
(6)转塔刀架进行正反方向转位和各种转位夹紧试验。
(7)液压、润滑、冷却系统做密封、润滑、冷却性能试验,做到不渗漏。
(8)卡盘做夹紧、松开、灵活性及可靠性试验。
(9)主轴做正转、反转、停止及变换主轴转速试验。
(10)进给机构做低、中、高进给量及快速进给的变换试验。
(11)用数字控制指令进行机床的功能试验,试验动作的灵活性和功能的可靠性。
(12)试验进给坐标超程、手动数据输入、位置显示、回基准点,程序序号显示和检索、程序暂停、程序删除、直线插补、直线切削循环、锥度切削循环、螺纹切削循环、圆弧切削循环、刀具位置补偿、螺距补偿、间隙补偿等功能的可靠性、动作灵活性等。
4、空运转试验
(1)主运动机构运转试验
       在不切削状态下,试验主轴运转时间的温度变化和空载功率。机床主运动机械由低、中、高三档转速,有级变速为全部转速运转时间不少于2分钟,在最高转速段不得少于1小时,使主轴轴承达到稳定温度。检查主轴轴承的温度不超过70℃。
(2)连续空运转试验
       用数控程序指令全部功能做(不切削)连续运动和回转试验。其运动时间不大于15分钟。每个循环终了停车,并模拟松卡工作,停车不超过一分钟,根据客户不同的要求连续运转48h~72h。
5、试切
       在机床各项几何精度和运动精度满足要求后,应按相应标准和自定标准加工工件,以检测机床数控化改造后的加工性能。有的除了要进行必要的精加工外,还要进行一定的负荷试验,以检查其精度的稳定性。

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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-22 21:17 | 显示全部楼层
       刚入行时候(90年代初),那时连国有企业有数控的还是凤毛麟角,数控在中国真的是高技术,因为做的人少,技术上也新,所以国产数控刚出来时候很轰动,那时很多企业引进的数控系统跟宝贝一样,专门盖车间,配人甚至还配空调,学的人待遇不错(但一旦学会就都跳到沿海去了),会数控的人厂里当宝贝,跟当年的8级钳工有的一拼。而且由于会用的少,也就是CAD/CAM(计算机辅助制造设备)这块跟不上,很少开工,我见过1台从德国进的滚齿机,去参观时候就一直用塑料布盖着!
       我记得独立做的第一个工程是给某厂武重生产的一台6米立车装数显,包括德国光栅尺和国产数显器。我记得是夏天,很辛苦。而且工人还有抵触情绪,我不知道是因为他们对厂长不满还是对装新装置不满,都不配合,还是我请了啤酒才好了。不过活也不顺,装完后试切检验怎么都不对,搞的我很紧张,厂长还很不满意,后来检查才发现他们的床子立轴偏了,有梢度,要不然我真不知道怎么搞了!
       早年做机床技术改造业务也是摸索着干,当时西门子、FANUC、三菱什么的全进来了,也有批国货强人,例如华中、蓝天、广州、四开等,我们那时就为客户做方案,有国产的有进口的。但数控改造不光是数控系统还有驱动伺服、精密丝杠、光栅-磁栅尺、手轮、变频器等很多附件,这些差不多都是进口的,当时国产的质量不过关或可靠性低,但是有很多企业都在很努力的做,到现在你们也从前面的介绍里知道,已经初具规模了。
       刚开放时候西方对中国数控引进卡的很严,尤其是东芝事件后,所以早期我们国家特批引进了所谓“部管设备”,从西方,也从捷克、东德、苏联进过,我们曾改过苏联产4米 X 12米普通龙门铣床,这台机床的特点是大、重、高,但机床的刚性很好。机床重达620吨,床身长近30米,主轴电机功率达120千瓦,近10吨的主轴箱就比我们过去见过的机床大得多,外围辅助部件也繁杂,包括电梯2部、自行吊车及移动操作台等。因为客户出于成本考虑主轴不同意更换电机,所以我们根据该机床和的特点和用户要求,采用西门子-840D标准数控系统,并加上了选配横梁挠度、温度等补偿软件,西门子四象限数字直流主轴调速系统和全数字交流伺服进给系统。机械部分,床身加装静压导轨系统,其他运动轴加装滚珠丝杠和贴塑导轨。用了半年时间,将该机床改造、安装交付使用,并且各项精度达到或超过部颁标准。

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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-22 21:29 | 显示全部楼层
      当年的工作情景和改造过的设备,包括电控系统





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huyue0013 发表于 2011-4-24 22:56 | 显示全部楼层
楼主好文,一定要再顶一下!!!
huyue0013 发表于 2011-4-24 22:59 | 显示全部楼层
请问一下,楼主现在还在搞数控机床么?
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-25 08:33 | 显示全部楼层
huyue0013 发表于 2011-4-24 22:59
请问一下,楼主现在还在搞数控机床么?

现在还在做,不过是纯粹的数控机床,也就是CAD/CAM(Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing),不再做改造了。
红酒 发表于 2011-4-25 11:06 | 显示全部楼层
楼主好文章,我就是看到这个,才决定注册航天港的。
不过楼主若是有时间,再写个刀具方面的专题。
刀具是机床很重要的方面,这点国内和国外差距更大。
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