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从部门展品看数控机床机械布局创新与成长

版权:今日尺度颁发时间:2019-11-9浏览量:872



数控机床是典型的机电一体化产物,是机械设计、计算机控制、材料、工艺、电气、工业设计等多种巴萨直播360直播-官方版APP下载的结合体。特殊是数控机床的机械布局,是数控机床整体功能的载体,决定了机床整体的加工能力和巴萨直播360直播-官方版APP下载性能。国表里机床行业一直重视数控机床机械布局设计的巴萨直播360直播-官方版APP下载创新和成长,不竭突出新巴萨直播360直播-官方版APP下载、新冲破。




笔者参加了近几年由中国机床工具工业协会主办的中国国际机床博览会(CIMT)和中国数控机床博览会(CCMT),看到部门国外品牌数控机床的机械布局设计创新,结合国产数控机床的成长现状,深有感慨。本文阐发了几种典型国表里品牌数控机床在模块化、并联布局两方面的巴萨直播360直播-官方版APP下载创新和巴萨直播360直播-官方版APP下载特点,提出对国产数控机床机械布局设计创新的思考和建议。

 

一、近年国际机床展上部门模块化机床及巴萨直播360直播-官方版APP下载特点


近年来,国外机床企业展出的模块化机床,将不同工艺的数控机床模块化、尺度化,机床布局和外形、加工工艺有较大创新。举例如下:


1、日本FUJI(富士)巴萨直播360直播-官方版APP下载展出的模块化机床


FUJI巴萨直播360直播-官方版APP下载展出的模块化机床出产线由多个车削模组和钻铣模组组成,每个车削模组和钻铣模组的外形尺寸是一样的。不同的组合方式主要按照零件的加工工艺安排,不同模组之间的工件传递由模组内置的机械手快速完成。FUJI巴萨直播360直播-官方版APP下载是一个多事业部布局的企业,其为人熟知的产物是畅销的SMT设备(高速贴片机)。高速贴片机主要用于电路板上的芯片安装,是一种典型的模块化布局机械装备。因此,笔者认为FUJI巴萨直播360直播-官方版APP下载的模块化机床布局受到了SMT设备的启发。


2、德国EMAG(埃马克)巴萨直播360直播-官方版APP下载展出的模块化机床


在近几年的国际机床展上,德国EMAG巴萨直播360直播-官方版APP下载都展出了其著名的倒立式车床和倒立式多功能出产中心,以及由多台倒立式车床模块化组合而成的小型出产线,这些出产线主要针对盘类、轴类零件加工进行配置和组合。


多主轴模块化车床VL 3 DUO具备两个独立的加工区:OP10OP 20,每个加工区中配备有独立的工件临时存储器和上下料主轴。镜像排布的加工区别离装有独立的工作主轴,其功率和扭矩别离可达17.9kW144Nm,足够的功率可保障快速且精准的切削。此外,每个加工区都配备有12刀位刀塔,刀塔上除了车刀外还可装配动力刀具。


多主轴模块化车床VL 3 DUO可便利地与其他埃马克机床组合成一条出产线,例如与立式车削中心VL4 H和车削中心VLC 200 GT组合成一条紧凑型齿轮出产线。


埃马克倒立式车床主要长处:(1)排屑便利,冷却好。倒立式车床由于工件夹持在主轴上,加工过程中产生的切屑和冷却液马上坠落在收集器内,有利于保证加工精度和热量消除。(2)上下料轻易。倒立式车床通过主轴抓取工件,这种上下料方式和常见立车的手工上下料、龙门桁架机械手上下料比拟,在造价成本上更具优势,并且性能可靠,适合高精度大批量出产。


3、模块化机床巴萨直播360直播-官方版APP下载特点阐发


(1)降低制造成本、缩短了制造周期。


某种意义上,模块化机床是对组合机床的传承和创新,其最大长处是机床部件模块化,互换轻易,组织出产轻易,降低了机床制造成本,缩短了制造周期。


常见的组合机床也采用了模块化巴萨直播360直播-官方版APP下载,将不异的加工工艺集中在某台机床上完成。与此同时,也存在工装更换不便利和工艺变化柔性不够的问题。因此,国外模块化机床的巴萨直播360直播-官方版APP下载路线是:顺应模块化尺度出产的未来趋势,在出产方式上,通过模块化尺度机床实现不异组件的共享。他们认为这对于客户来说有很多长处:可以节省出产开支,实现短时间内的高性价比出产;节省了保养和备库的开支;模块化尺度机床也为不同的出产要求提供足够多样的配置,长短常高效的出产解决方案。例如埃马克巴萨直播360直播-官方版APP下载认为,用户在寻找新机床时,首先要考虑的核心问题是新机床能够提高出产效率和加工质量,同时希望机床占地不多,并在使用多年后仍能可靠出产。


(2)独特的工件传输系统进一步提高了模块化机床的工作效率。


模块化机床对传统数控机床的布局进行了较大创新,同时,模块化机床的创新离不开其独特的工件传输系统,机床的模块化基本布局加上创新的工件传输系统,组合成为高效的出产系统,从而实现了在较小的空间达到较高的出产力。例如,FUJI巴萨直播360直播-官方版APP下载的机械手,EMAG巴萨直播360直播-官方版APP下载模块化机床的尺度配置,包罗上下料工件输送系统、TrackMotion主动化系统(TrackMotion主动化系统不仅可用于工件存储器和加工区之间的工件传送,同时也可用于翻转OP10OP20之间的工件)


(3)进一步简化了零件加工工艺。


模块化机床不仅机床布局模块化,并且加工工艺也大胆创新,进一步简化。一般来讲,数控加工的工艺安排是:在一台数控机床上加工零件的一部门工序,然后通过托盘或者机器人等主动化系统运输到别的一台机床上加工其他工序,依次完成。每台数控机床(数控车床、数控铣床、加工中心等)是单独的,别离工作,彼此的物流传递是在加工区域以外完成。而模块化机床对零件加工工艺进行了简化,将不异的工序尽量集中在一个模块中完成。

 

二、近年国际机床展上的并联机床及巴萨直播360直播-官方版APP下载特点


并联机床(又称虚拟轴机床)20世纪九十年代末兴起的一种新型布局机床,被称作21世纪的新型加工设备,它克服了传统串联机床布局的固有缺陷,在不异尺度范围下,具有模块化程度高、刚性好、运动部件重量轻、加速度大、加工精度易调整、加工精度高等长处,可实现多坐标联动数控加工。并联机床曾经颤动一时,许多国表里机床企业都推出并联机床,引起了业界的关注。


近些年,业界对并联机床的关注度有所下降,新产物展出不多。但是,还是有一些国外机床企业坚持研制并联机床,并在航空航天和汽车零部件制造领域得到应用。以笔者在近几年国际机床展上所见为例,产物主要有Sprint Z3并联主轴及Ecospeed翻版铣床等。国产数控机床企业与数控系统企业、高校合作,也曾经研制、展出并联机床,例如哈量集团、齐齐哈尔二机床、北京机电院等。


1DST巴萨直播360直播-官方版APP下载的Sprint Z3并联主轴及Ecospeed翻版铣床


德国DST巴萨直播360直播-官方版APP下载(目前属于斯达拉格集团)SprintZ3并联主轴头:三个平行的直线轴沿径向均布在筒形主轴箱内。主轴头通过一端带有简易枢轴的刚性连杆与每个驱动连接起来。主轴头上安装有高性能电主轴。


主轴箱水安然装在立柱上,并沿立柱竖直移动。这种设计具有最小运动质量,保证机床具有更好的动态特性。当三个直线轴同时等量运动时,主轴沿Z轴标的目的做直线运动。假如三个直线轴的运动不同步,主轴头在A/B平面内摆动,最大摆动速度为80°/s,最大加速度值为685°/s2。主轴头可在±40°的圆锥范围内任意摆动。


工作范围:通过XYZ轴的直线运动形成的±40°的圆锥形工作空间。


Sprint Z3并联主轴头等相关巴萨直播360直播-官方版APP下载基础上,DST巴萨直播360直播-官方版APP下载研制出Ecospeed系列卧式加工中心。这些机床是为高出产率加工铝合金整体构件而专门设计的,其不同的机床规格可以用于航空航天等重点领域不同规格工件的加工。例如,Ecospeed F型机床上,装夹的工件在X轴标的目的实现进给运动。在其对面是固定的立柱,实现Z轴、A轴及B轴运动的Z3主轴头可在立柱上沿Y轴标的目的作垂直运动。这种运动轴布局的长处是:一方面减小了移动重量,另一方面可实现工件的主动更换和工件处于程度状况进行装夹。后者意味着大大简化了工件的装夹和换夹,并且非出产性的辅助时间也明显缩短。


2、国产并联机床


哈量集团通过引进、消化吸收再创新而最新设计制造的LINKS-EXE700并联机床,具有刚性高、动态及高速性能好、加工范围大等特点,可广泛用于航空、航天、船舶、国防、汽车等大型复杂零件的自由曲面加工。哈量集团并联机床同时兼有5轴联动、高速切削、快速定位、灵活移动、五面(六面)加工等一系列常规数控机床无法同时具有的多种功能和高性价比。


别的,还有北京机电院与华中数控合作研制的A3六轴并联机床。


3、国产混联机床


混联机床则集中了并联机床与串联机床各自的优势,在拥有并联机床长处的同时,具备了串联机床加工工作空间大的特点,使得混联机床能够在制造业重点领域得到成功应用。

清华大学与齐齐哈尔第二机床(集团)有限巴萨直播360直播-官方版APP下载联合研制的重型混联机床XNZH2430XNZH2415,大胆创新,曾经引起业界高度关注。XNZH2430重型混联机床是面向我国制造业的要害基础装备需求,重点针对巴萨直播360直播-官方版APP下载含量高、工序复杂的大型水轮机叶片、螺旋桨叶片等复杂曲面类零件的加工而研制开发的。该机床从软件开发到硬件制造,不仅能够满足上述零件的曲面加工,还能用于军工、航天航空、船舶、发电设备以及模具制造等行业大型要害周详零件的三维空间曲面加工。


4、并联机床巴萨直播360直播-官方版APP下载特点阐发


(1)数控加工的灵活性和机床的刚性相结合。


并联运动布局从外不雅观来看,像是很多手臂一端彼此相连,另一端与基座相连。这种设计要求各关节是多自由度的。并联运动机床手臂的数目取决于动平台运动轴的设计数量,但是不论哪种设计,遵循的目标都应将灵活性与刚性结合在一起。因关节点布局复杂,既要刚性好、无间隙,又要成本低,这是设计并联机床的突出问题,限制了并联机床的推广应用,这也是为什么关节点少、自由度少(例如三自由度)的并联机床成为目前主要机型的原因。


(2)减少零件装夹次数,实现多面加工。


并联机床对加工工艺的创新主要表现在零件装夹次数减少和多面体加工两方面。


大幅减少零件装夹次数:并联机床从理论上讲,能够在一次装夹内便可完成所有面(5面甚至6)的加工。加上可快捷地成立工件坐标系,无需使用高精度的工装,可大幅降低夹具制造成本,并消除了重复性定位误差。


多面体多角度复合加工:随着汽车构架、策动机及其他部件的设计愈加先进,对复杂加工与复合角度加工的需求也越来越多。并联机床实现这类加工非常轻易,因此十分适于未来汽车制造期望的所有复杂加工。飞机、火车或建筑机械上的部件同样需要更先进的、传统机床无法做到的、而并联机床却很轻易实现的加工巴萨直播360直播-官方版APP下载。


(3)专用数控编程方法提高机床易用性。


以往并联机床的编程和使用不同于常规机床,这也是并联机床推广应用的主要障碍之一。目前,一些国外机床企业与数控系统企业合作,在数控编程方面进行创新,进一步提高了并联机床的易用性。例如Siemens巴萨直播360直播-官方版APP下载为Exechon并联机床专门开发了坐标变换系统软件,哈量新一代并联机床的用户使用Siemens通用数控系统,在编程和操作上已经与常规五坐标数控机床不同不大。

 

三、对国产数控机床机械布局设计创新的思考


1、正视差距,虚心学习


近年来,国产数控机床行业在国家的撑持下,紧密抓住中国制造业转型升级的历史机遇,巴萨直播360直播-官方版APP下载创新和产物推广方面取得了很好的成就。但是,我们在参不雅观考察近几年的国际机床展和走访重点行业用户的过程中看到,在数控机床机械布局创新方面,国外品牌的案例确实较多。部门国产数控机床企业曾经研制出在机械布局方面有较大创新的机床产物,但是因为种种原因,没有持续大规模财富化和批量出产,这些现象值得我们思考。


2、市场阐发,重视研究


某种意义上,模块化机床是对组合机床的创新,而组合机床在许多汽车零部件企业,如一汽集团、东风汽车巴萨直播360直播-官方版APP下载和通用机械制造等企业都有大批量应用,下一步设备升级换代的需求量很大。建议国产数控企业关注这个巨大的市场存量,研究客户的实际需求,结合中国制造企业的特点,在模块化机床研制方面有所创新和冲破,将中国制造业转型升级的巨大市场需求转化为实实在在的国产设备的巴萨直播360直播-官方版APP下载提升。


并联机床因为其独特的机械布局,在航空航天等高端制造领域有市场需求,但主要是国外知名数控机床企业提供相应产物。同时,并联机床的机械设计和软件编程能否适当简化?在其他领域,例如高精度模具加工、汽车动力总成加工等领域,是否还有成长空间?这些都值得我们思考。


3、机电结合,协同成长


数控机床是机械和数控巴萨直播360直播-官方版APP下载紧密结合的高科技产物,机械布局的创新要与数控系统的创新同步进行。模块化机床和并联机床机械布局的创新,对数学模型、控制算法、加工编程的需求都与常规数控机床有较大差异。国外品牌模块化机床和并联机床的数控系统都是基于机床企业和数控系统企业深度合作,对机床布局进行了较大的改进,在某种程度上颠覆了我们对机床机械布局的想象。建议国产数控机床和数控系统企业借鉴成功经验,机电结合,协同创新,在数控机床布局创新方面早日取得新冲破!

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