数控机床作业.doc

数控立式复合磨床的现状与发展史 在2008年4月第五届中国数控机床展览会上和10月举行的第九届中国国际机床工具展览会上，展出了不少数控立式复合磨床。数控复合磨床成为这两个展会的亮点，不仅展品较多，而且水平普遍较高，显示了国内各专业厂对该类机床的重视。该类机床顺应了当今世界机床工业“高速、复合、智能、环保”的发展潮流，适合了多品种小批量、变品种变批量的生产方式。机床可广泛地应用于对圆柱、圆锥、球轴承内、外套圈、滚道及端面各表面的多批量、多品种、多规格的精加工磨削;也适用于齿轮类、套筒类等零件的高精度磨削加工。 1. 数控立式复合磨床的兴起数控立式复合磨床是近年来兴起并发展迅速的一种机床品种，主要针对中大型圆柱、圆锥类工件不能一次装夹在卧式外圆磨床上完成磨削的难题而专门开发的。数控复合磨床是目前在国际上流行的高新技术机床产品，具有较高的技术含量。在市场调研中发现，许多用户反映目前在端面和外圆磨削360mm以上工件时，没有适合的加工设备。近年来，要贯彻新的国际标准，对齿轮的精度提出更高的技术要求，急需采用磨削的工艺手段来贯标。数控立轴复合磨床针对了用户的需求，顺应了当今世界机床工业“高速、复合、智能、环保”的发展潮流，适合了多品种小批量、变品种变批量的生立方式。数控复合磨床可以通过一次装夹就完成零件的内圆、外圆、端面、锥面等的复合磨削加工，具有高效率、高精度、操作方便等特点，机床的组合性强，可以安装ATC砂轮库、APC交换工作台、AMS自动测量系统及机械手等功能部件，易实现自动化生产。同时还由于立式布置夹紧力小，夹具比较简单，占地面积小，节约设备的购置费用。该机床适合于磨削加工盘类、智囊轴类、套筒类等长径比比较小的零件，特别适用于汽车配件、齿轮加工、轴承以及其它行业多品种、小批量的零件加工。 2. 复合磨床的特点与主要结构立式磨床具有磨削精度高、加工效率高、占地面积小、自动化程度高等优点。特别在大工件的装夹方面具有卧式磨床没有的优点。用立式磨床可利用重力固定工件，主轴不会变形。此外，与卧式磨床相比，用于固定工件的夹力较小，工件本身几乎不会发生变形。通过利用工件本身的质量，可与固定侧端面紧密相贴，而使工件的落座位置保持稳定。复合磨床的主要结构：以圆工作台为中心，周围分布不同的磨头。主要结构有转塔式立柱，可360度旋转，磨头安装在转塔不同的面上。这种结构比较紧凑，制造难度较大。另有采用整体铸造的和横梁连成一体的立柱，具有较好的刚性，有利于提高加工精度，适用于中型机床使用。还有采用立轴圆台双立柱龙门结构，横梁上装有拖板及磨床，一般适用于大型机床使用。 3. 国内外数控复合磨床的生产概况复合磨床的加工对象是大型的圆工件，这类工件的加工长期以来是采用立式磨床。立式磨床是以立式车床为基础设计制造的，其布局形式和总体结构都与立式车床相似。机床一般具有较高的刚性和抗振性，加工精度高于立式车床。生产厂家也多为重型机床制造厂家。主要的生产厂家均为国际上著名的重型机床生产厂，如法国MEL重型机床集团下属的贝蒂公司、德国的DOERRIES（多列士）公司、日本的O-M公司、美国的莫奇（MOTCH）公司等等。近年来，随着用户需求的增加，工件的规格扩展到中小尺寸，立式磨床的生产也随之扩展到一些著名的磨专业厂，产品的技术含量也得到较大的提升，在机床的结构、总体布局、控制技术以及先进的配置方面都有很大的发展，逐步形成了较完整的数控复合磨床系列产品。同时，复合磨床配置了自动砂轮交换系统、自动测量等，逐步演变为磨削加工中心，有些厂家还与其它的金属加工手段如铣削、铰削等相结合，形成效率更高、加工范围更广、加工集成度更高的加工中心。目前，国外主要的生产厂家有日本太阳工机、意大利法力图、国际斯来福临集团下属的MAEGERIE公司、德国ELB公司、西班牙的达诺巴特公司、台湾的大光长荣等生产厂家。这些厂长大多生产中大型的复合磨床，其中日本的太阳工机从1991年起生产和销售数控复合磨床，形成了能磨削大中小型工件的NVG系列，其中小型立轴转塔式复合磨床IGV-INT、IGV-3NT型，能磨削的外圆直径为10mm。小型转塔式立柱机床在世界上独具一格。 Maegerle公司生产的能进行其它金属切削的复合磨床，该公司批量生产以MGC和MFp系列机床为基型的多用途机床，不但可以承担成形磨削、平面磨削和外圆磨削以及内圆磨削，还可以承担车削、铣削、螺纹磨削、精密钻削和铰削以及内孔的精密镗削。与国外相比，国内的数控立式复合磨床起步较晚，但目前生产这类机床的已有无锡机床有限公司、无锡明鑫、杭机集团、四川富临集团成都机床有限责任公司、天津第二机床厂、北京广宇大成数控机床有限公司等，已形成一定的生产批量，产品技术水平逐步提高，无锡明鑫机床公司还有部分机床出口。其中，无锡市明鑫机床有限公司是国内最早生产立式复合磨床的企业，已形成较完整的产品系列。近年来杭州机床集团通过国际合作而积极开发高精度数控立轴复合磨床系列，其中MGKF600高精度立轴复合磨床已研制成功，工作台直径为 600mm，计划根据市场的需求，机床最大规格将达到5000mm，目前正在研制的有5种规格。MGKF600高精度数控立轴复合磨床已试制成功并交付用户使用，使该公司成为全球综合磨床供应服务商的战略目标大大迈进了一步。四川富临集团成都机床有限责任公司的前身是有50 多年历史的成都机床厂，主导产品是各类内圆磨床。近年来，根据生产需求和自身产品发展的需要，发展并形成了数控立式磨床系列，已有MKD2850、 MKD2880、MKD28125、MKD28160等，最大工作台直径达1600mm。天津第二机床厂二年前研制成功的2MKM95250数控立式万能磨床，彩了气压卸荷导轨和正反防护2项发明专利，具有较高的水平。该公司目前最大的规格是3150mm，目前正在研制加工直径为4000mm的重型数控精密立式万能磨床。此外，北京广宇大成数控机床有限公司在2008中国数控机床展上展出了MKG28100数控高精度立式万能磨床，尚未形成批量和产业化。中国齐重数控的BVG数控立式磨床制造水平较高，机床最大加工直径达 2500mm，加工精度达到0.003mm，机床主要用于风电行业。辽宁朝阳博文机床有限公司也生产VGk110立式数控万能磨床，还有一台可以磨削曲线的立式磨床。4. 立式复合磨床的发展趋势以及应注意的几个问题与国外同类技术相比，国内的复合磨床起步较晚，在加工精度、自动化程度、加工的集约性方面尚有一定差距，而且符合机床的发展趋势是把不同机床加工结合在同一台机床上，如在磨床上结合铣削、车削，形成效率更高、操作更方便的复合机床新品种，在这一方面，我们还有很长的路程要走。（1) 根据用户的要求，立式复合磨床的规格向大小两头发展，逐步发展工作台直径达2.5米、3米、4米甚至5米的机床。小规格机床的发展受到市场因素的制约，用户对小规格的复合磨床的需求并不紧迫，用立式复合磨床替代卧式端面的内圆磨床有一定的难度。从国外立式复合磨床来看，除了日本太阳工机有小规格机床外，其它的厂家基本上都是大规格的机床。但是，从发展的观点看，小型立式复合磨会有潜在的市场需求，一旦现有加工设备不能达到标准的要求，就会急需用新设备来替代老设备。如果能实现替代，市场潜力就不可估量。如果新设备能大幅度提高磨削效率，即使价格比较高，也会有很大竞争力。（2） 复合的手段将呈现多样化，机床采用模块化设计原理，可把不同种类的磨头以及采用其它金属加工手段的装置结合在一起，形成各种复合机床。（3） 采用先进的部件，向磨削中心和加工中心的方向发展。机床将采用砂轮交换装置、刀具交换装置、机械手、自动测量装置，形成集成程度更高的复合机床。（4）立式复合磨床将在风能电行业发挥重要的作用，我国风能资源丰富，近海和海上可开发利用的风能储量约7.5亿kw。2010年，风机电装机容量达到500万千瓦，风机需使用大型的轴承、如洛阳轴承最大转盘轴承5.5m左右，风力发电的主轴、风机轮毂等的需求量很大，这些大型零件的磨削加工必须采用复合磨床。在发展数控立式复合磨床时应当引起注意的几个问题：（1） 应避免生产厂一哄而上，造成剧烈的市场竞争和资源浪费。目前，该种机床的制造厂增加很大，大家都想吃头口水，但由于市场的容量还不能预计，具有较大的风险。生产量应与需求量相适应，否则会造成经济效益低下的结果。（2）机床的配置应当与用户的实际生产需求相适应，并不是机床的配置越好销路就越好。在我们社会主义初级阶段的国情下，有些高技术含量的机床品种如高档的复合磨床、磨加工中心尚缺乏销售动力。先进技术的前瞻性与现实往往存在一定的距离，因价格等原因造成“叫好不叫座”的局面。（3） 应加强行业工作，以标准为纽带，适时组织制定相关的行业标准和国家标准，以规范复合磨床的制造。（4） 在条件成熟时，由机床协会牵头召开制造厂经验交流会，推进数控复合磨生产。（5） 目前，复合磨床的型号名称较多，有的叫立式万能磨床、有的叫立式磨床，给用户选带来一定的困难。数控机床发展史数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。特点 数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。发展简史 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957年正式投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC）,使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。 80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。分类 经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。 针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求，开发了各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多，一般将数控机床分为16大类：数控车床(含有铣削功能的车削中心) 数控铣床(含铣削中心) 数控铿床 以铣程削为主的加工中心 数控磨床(含磨削中心) 数控钻床(含钻削中心) 数控拉床 数控刨床 数控切断机床 数控齿轮加工机床 数控激光加工机床 数控电火花线切割机床 数控电火花成型机床(含电加工中心) 数控板村成型加工机床 数控管料成型加工机床 其他数控机床组成 数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动指令，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件(工作台、转台、滑板等)的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环(能进行各种多次重复加工)、自动换刀(可交换指定刀具)、传动间隙补偿偿机械传动系统产生的间隙误差)等等。数字控制 数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。 点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。 直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。 连续轨迹控制（或称轮廓控制）能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。 伺服机构 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。 半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度