1、数控机床安装与调试,主讲：王磊,第六篇 项目挑战 数控机床技术发展展望,1动力刀塔技术展望；2直线电机技术展望； 3数控机床通讯技术展望。4 高速加工技术展望5五轴联动加工技术展望,任务一 动力刀塔技术展望,动力刀塔结构示意,1,2,3,4,5,6,1、轴联接器 2、驱动电机 3、刀塔本体4、刀具驱动离合器 5、 刀盘 6、 动力刀座,按刀盘的形式分类,VDI (德式快换)动力刀座形式,BMT (Base Mount Tooling，螺栓紧固)动力刀座形式,日系机床厂商动力刀座形式,任务二 直线电动机技术展望,直线电机在机床进给系统中的应用,直线电机的特点： 在机床进给系统中采用直线电机直接驱
2、动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为“零传动”。正是由于这种“零传动”方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。,直线电机的特点：1、高速响应由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。2、精度直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。3、动刚度高由于“直接驱动”，避免了启动、变速和换向时因
3、中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。4、速度快、加减速过程短能实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达210g（g9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.10.5g。,直线电机的特点：5、行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电动机，就可以无限延长其行程长度。6、运动安静、噪音低由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。7、效率高由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高,任务三 数控机床通讯技术展望,开
4、放式数控系统大致分为以下几种类型,例： CAN 总线的开放式数控系统架构,任务四 高速加工技术展望,尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。 以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的510倍。 以主轴转速界定：高速加工的主轴转速10000 r/min。 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同：,车削：700-7000 m/min 铣削：300-6000 m/min 钻削：200-1100 m/min 磨削：100-300 m/s,高速加工切削速度范围因不同的工
5、件材料而异,切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。工件受力变形小，适于加工薄壁件和细长件 切削热小：加工过程迅速，95%以上切削热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产生热变形的零件，可提高加工精度 动力学特性好：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动，可获得好的表面粗糙度 可加工硬表面：高速切削可加工硬度HRC45-65的淬硬钢铁件，在一定条件下可取代磨削加工或某些特种加工 环保：可实现“干切”和“准干切”，避免冷却液污染,加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍,1960年前后美国空军和Lockheed飞机
6、公司研究了用于轻合金材料的超高速铣削（切削速度达15004500m/min） 德国，全面而系统研究超高速切削机床、刀具、控制系统以及相关工艺技术，并广泛应用，获得好的经济效益,Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此产生了“高速切削（HSC）”的概念,1931年德国切削物理学家C.J.Salomom在“高速切削原理”一文中给出了著名的“Salomom曲线”对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降,日本在超高速切削机床的研究和开发方面后来居上，现已成为世界上超高速机床的主要提供者,20,航空航天,大量薄壁、细筋的
7、大型轻合金整体构件适于采用高速加工，材料去除率达100-180cm3/min。 镍合金、钛合金高速加工，切削速度达200-1000 m/min,高速加工薄壁样件（厚度0.1mm）（米克朗公司）,增压器叶轮实物,21,高速加工薄壁样件（壁厚0.1mm，高度20mm）,22,汽车工业,采用高速NC机床和高速加工中心组成高速柔性生产线，实现多品种、中小批量的高效生产,23,模具制造,采用高速铣削代替传统电火花成形加工，效率提高3-5倍,24,25,26,28,高速加工机床磁浮轴承主轴结构,29,29,磁浮轴承主轴特点,主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。 刚度
8、高，约为滚珠轴承主轴刚度10倍。 转速特征值可达4106。 回转精度主要取决于传感器的精度和灵敏度，以及控制电路性能，目前可达0.2m。 机械结构及电路系统均较复杂；又由于发热多，对冷却系统性能要求较高。,30,30,要求不仅仅能够达到高速运动，而且要求瞬时达到高速、瞬时准停等，所以要求具有很大的加速度以及很高的定位精度。 高速进给系统包括进给伺服驱动技术、滚动元件导向技术、高速测量与反馈控制技术和其他周边技术，如冷却和润滑、防尘、防切屑、降噪及安全技术等。 目前常用的高速进给系统有三种主要的驱动方式：高速滚珠丝杠、直线电动机和虚拟轴机构。和高速进给系统相关联的还有工作台（拖板）、导轨的设计制
9、造技术等等。,高速进给系统,任务五 五轴联动加工技术展望,五轴联动加工中心大多是“3 + 2”的结构,即X, Y, Z三个直线运动轴加上分别围绕X, Y, Z轴旋转的A, B, C三个旋转轴中的两个旋转轴组成。这样,从大的方面分类,就有X, Y, Z, A, B； X, Y, Z, A, C； X, Y, Z, B, C三种形式；根据二个旋转轴的组合形式不同来划分,大体上有双转台式、转台加摆头式和双摆头式三种形式。这三种结构形式由于物理上的原因,分别决定了五轴联动机床的规格大小和加工对象的范围。,32,双转台式五轴联动机床,转台加摆头式（C轴+B轴）五轴联动机床,双摆头式结构的五轴联动机床,3
10、3,五轴加工一般不可能再用手工编程，编制加工程序必须采用CAD /CAM系统。经过几十年的发展，CAD /CAM技术在五轴联动、五面体加工等高端的应用也已经相当广泛，我国引进的有关CAD /CAM系统就有Delcam, Mastercam, Unigraphics (UG) , Solidege, Solidworks, Pro/Engineer和 OPEN M IND等，国内自主品牌的CAD /CAM系统几乎只有北航海尔的 CAXA系统。对于五轴加工，根据不同的加工对象，这些系统各有所长，比如说：在模具制造的五轴加工方面, Delcam的Powermill功能模块在特征技术、后处理、干涉检查、加工循环和仿真切削等方面都比较强大,操作使用方便;OPEN MIND在五轴联动加工方面也很有特色。针对不同的加工行业和加工对象,好的CAM系统都有相应的软件包,专业专用,很难有一种软件可以包打天下。,34,目前五轴联动加工数控系统起码应该具备以下基本要素：1、多通道(五轴以上)；2、刀具的空间补偿及优化功能；3、全闭环或双闭环控制的能力；4、插补周期 1 000程序段；6、数据运算与交换的单位 1 nm。,
