凱威凱達數控機床的未來發展趨勢

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凱威凱達數控機床的未來發展趨勢
目前，數控機床的發展日新月異，高速化、高精度化、複合化、智能化、開放化、並聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發展的趨勢和方向。中國作為一個製造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方麵的比較優勢，而在產品的技術創新與自主開發方麵與國外同行的差距還很大。中國的數控產業不能安於現狀，應該抓住機會不斷發展，努力發展自己的先進技術，加大技術創新與人才培訓力度，提高企業綜合服務能力，努力縮短與發達國家之間的差距。力爭早日實現數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品製造的轉變，實現從中國製造到中國創造、從製造大國到製造強國的轉變。



1、高速化

隨著汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的應用，對數控機床加工的高速化要求越來越高。

（1）主軸轉速：機床采用電主軸（內裝式主軸電機），主軸最高轉速達200000r/min；

（2）進給率：在分辨率為0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可獲得複雜型麵的精確加工；

（3）運算速度：微處理器的迅速發展為數控係統向高速、高精度方向發展提供了保障，開發出CPU已發展到32位以及64位的數控係統，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由於運算速度的極大提高，使得當分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度；

（4）換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫設計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。



2、高精度化

數控機床精度的要求現在已經不局限於靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償越來越獲得重視。

（1）提高CNC係統控製精度：采用高速插補技術，以微小程序段實現連續進給，使CNC控製單位精細化，並采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已開發裝有106脈衝/轉的內藏位置檢測器的交流伺服電機，其位置檢測精度可達到0.01μm/脈衝），位置伺服係統采用前饋控製與非線性控製等方法；

（2）采用誤差補償技術：采用反向間隙補償、絲杆螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結果表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60%～80%；

（3）采用網格檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，並通過仿真預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重複定位精度，使其性能長期穩定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務，並保證零件的加工質量。



3、功能複合化

複合機床的含義是指在一台機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可分為工藝複合型和工序複合型兩類。工藝複合型機床如鏜銑鑽複合—加工中心、車銑複合—車削中心、銑鏜鑽車複合—複合加工中心等；工序複合型機床如多麵多軸聯動加工的複合機床和雙主軸車削中心等。采用複合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產品製造周期，提高了生產效率和製造商的市場反應能力，相對於傳統的工序分散的生產方法具有明顯的優勢。

加工過程的複合化也導致了機床向模塊化、多軸化發展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結構，該加工中心能夠完成車削、銑削、鑽削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成複雜零件的全部加工。隨著現代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯動數控機床越來越受到各大企業的歡迎。在2005年中國國際機床展覽會（CIMT2005）上，國內外製造商展出了形式各異的多軸加工機床（包括雙主軸、雙刀架、9軸控製等）以及可實現4～5軸聯動的五軸高速門式加工中心、五軸聯動高速銑削中心等。



4、控製智能化

隨著人工智能技術的發展，為了滿足製造業生產柔性化、製造自動化的發展需求，數控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現在以下幾個方麵：

（1）加工過程自適應控製技術：通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統的或現代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩定性狀態，並根據這些狀態實時調整加工參數（主軸轉速、進給速度）和加工指令，使設備處於最佳運行狀態，以提高加工精度、降低加工表麵粗糙度並提高設備運行的安全性；

（2）加工參數的智能優化與選擇：將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特殊規律，用現代智能方法，構造基於專家係統或基於模型的“加工參數的智能優化與選擇器”，利用它獲得優化的加工參數，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產準備時間的目的；

（3）智能故障自診斷與自修複技術：根據已有的故障信息，應用現代智能方法實現故障的快速準確定位；

（4）智能故障回放和故障仿真技術：能夠完整記錄係統的各種信息，對數控機床發生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產經驗；

（5）智能化交流伺服驅動裝置：能自動識別負載，並自動調整參數的智能化伺服係統，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，並自動對控製係統參數進行優化和調整，使驅動係統獲得最佳運行；

（6）智能4M數控係統：在製造過程中，加工、檢測一體化是實現快速製造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、機器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個係統中，實現信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。



5、德體係開放化

（1）向未來技術開放：由於軟硬件接口都遵循公認的標準協議，隻需少量的重新設計和調整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現有係統所采納、吸收和兼容，這就意味著係統的開發費用將大大降低而係統性能與可靠性將不斷改善並處於長生命周期；

（2）向用戶特殊要求開放：更新產品、擴充功能、提供硬軟件產品的各種組合以滿足特殊應用要求；

（3）數控標準的建立：國際上正在研究和製定一種新的CNC係統標準ISO14649（STEP-NC），以提供一種不依賴於具體係統的中性機製，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個製造過程乃至各個工業領域產品信息的標準化。標準化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關的勞動消耗。


6、信息交互網絡化

對於麵臨激烈競爭的企業來說，使凱威凱達數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網絡資源共享，又能實現數控機床的遠程監視、控製、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務（數控機床故障的遠程診斷、維護等）。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔（e-Tower）的外部設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的製造單元。




7、高可靠性

凱威凱達數控機床與傳統機床相比，增加了數控係統和相應的監控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易於導致出現失效的概率增大；工業電網電壓的波動和幹擾對數控機床的可靠性極為不利，而數控機床加工的零件型麵較為複雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數控機床有高的可靠性，就要精心設計係統、嚴格製造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式並找出薄弱環節。國外數控係統平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產數控係統平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內最高隻有300小時。



8、加工過程綠色化

隨著日趨嚴格的環境與資源約束，製造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現幹切削、半幹切削節能環保的凱威凱達機床不斷出現，並在不斷發展當中。在21世紀，綠色製造的大趨勢將使各種節能環保機床加速發展，占領更多的世界市場。