高速加工中心结构设计的发展和敏捷制造系统
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数控技术的发展历程及发展趋势随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用,高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。
高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点,在模具制造等领域的应用也日益广泛。
机床的高速化需要新的数控系统、高速电主轴和高速伺服进给驱动,以及机床结构的优化和轻量化。
高速加工不仅是设备本身,而是机床、刀具、刀柄、夹具和数控编程技术,以及人员素质的集成。
高速化的最终目的是高效化,机床仅是实现高效的关键之一,绝非全部,生产效率和效益在"刀尖"上。
数控技术的发展历程及发展趋势如何?本文开门见山直接列举了数控技术的发展历程及未来的发展趋势。
数控技术的发展历程是什么1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。
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,于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。
1949年,该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究,并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床,当时的数控装置采用电子管元件。
1959年,数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板,出现带自动换刀装置的数控机床,称为加工中心( MC Machining Center),使数控装置进入了第二代。
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。
20世纪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。
- - -先进制造技术的开展及体系构造目录摘要1关键词11 知识经济条件下制造业的开展11.1 制造系统的定义和涵11.2 制造业的开展21.3 制造业的变革及挑战22 先进制造技术的技术构成及特点22.1 先进制造技术的定义22.2 先进制造技术的技术构成22.3 先进制造技术的特点33 先进制造技术的分类34 先进制造技术在国外的开展34.1 兴旺国家制造业的开展34.2先进制造技术在我国的开展45 先进制造技术的开展趋势及技术前沿45.1 先进制造技术的开展趋势45.2 先进制造技术的技术前沿46总结5参考文献5先进制造技术的开展及体系构造摘要:介绍了什么是先进制造技术,阐述了在当今社会条件下先进制造技术的重要作用,综述了国外先进制造技术的开展,讨论了先进制造技术的涵、特点、体系构造及分类,指出我国先进制造技术的优先开展方向。
关键词:制造业;制造系统;先进制造技术1 知识经济条件下制造业的开展1.1 制造系统的定义和涵制造系统是制造业的根本组成实体。
制造过程及其涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变成产品的有机整体,称为制造系统。
制造系统从构造、功能、过程三个方面又有各自不同的定义。
制造技术是完成制造活动所需的一切手段的总和。
1.2 制造业的开展在知识经济条件下,制造业正在发生质的飞跃,制造业成为参与市场竞争的主体,是国民经济的支柱产业。
知识经济对制造工业的影响表现在对产品和消费观念的改变,产品设计和制造过程的数字化和智能化,以及经营和制造活动的全球化等。
越来越多的人认识到一个没有工业根底和制造业的城市是没有根基的城市。
1.3 制造业的变革及挑战科学技术的开展和市场需求的不断变化,促进制造业生产规模沿着"小批量"少品种大批量"多品种变批量〞方向开展,资源配置沿着"劳动密集-设备密集-信息密集-知识密集〞的方向开展,生产方式沿着"手工-机械化-刚性流水自动化-柔性自动化-智能自动化〞方向开展。
浅谈数控技术的发展现状及趋势摘要:随着计算机业的快速发展,数控技术也发生了根本性的变革,是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术,文章结合国内外情况,分析了数控技术的发展趋势。
数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术,是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。
它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的,是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础,是现代机床装备的灵魂和核心,有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。
关键字:数控技术现状趋势一、国内外数控技术的发展现状随着计算机技术的高速发展,传统的制造业开始了根本性变革,各工业发达国家投入巨资,对现代制造技术进行研究开发,提出了全新的制造模式。
在现代制造系统中,数控技术是关键技术,它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
目前,数控技术正在发生根本性变革,由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。
在集成化基础上,数控系统实现了超薄型、超小型化;在智能化基础上,综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术,数控系统实现了高速、高精、高效控制,加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数,实现了在线诊断和智能化故障处理。
长期以来,我国的数控系统为传统的封闭式体系结构,CNC只能作为非智能的机床运动控制器。
加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定,加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。
CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节,整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。
在复杂环境以及多变条件下,加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数,无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整,更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量,因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。
五轴高速加工中心的发展新动向近十多年来,由于刀具、驱动、控制和机床等技术的不断进步,高速加工和高效加工,特别是高速硬铣已在模具制造业中得到了广泛应用和推广,传统的电火花加工在很多场合已被高速硬铣所替代。
通过高速硬铣对一次装夹下的模具坯件进行综合加工,不仅大大提高了模具的加工精度和表面质量,大幅度减少了加工时间,而且简化了生产工艺流程,从而显著缩短了模具的制造周期,降低了模具生产成本。
高速加工中心不断提高的工作性能是模具制造业得以高效和高精度加工模具的重要前提。
近年来,在驱动技术的推动下,涌现出结构创新、性能优良的众多不同类型的高速加工中心。
90年代中后期出现的三轴高速加工中心(如瑞士Mikron公司在1996年末推出的HSM700型高速加工中心)现已发展到五轴高速加工中心。
在驱动方式上,已从直线运动(X/Y/Z轴)的伺服电机和滚珠丝杠驱动发展到目前的直线电机驱动,回转运动(A和C轴)采用了直接驱动的转矩电机,有的公司并通过直线电机和转矩电机使加工中心发展成全采用直接驱动的五轴加工中心。
显著提高了加工中心的行程速度、动态性能和定位精度。
高速加工中心的结构特点及优点用于模具加工的高速加工中心,一个普遍的结构特点是采用龙门式框架结构,以此增强机床刚性,且便于充分利用加工区的空间。
机床床身的材料则多数采用了聚合物混凝土,由于这种材料具有较好的阻尼性能和较低的热传导率,故有利于提高模具的加工精度。
目前,根据坐标轴的配置,五轴加工中心基本上可分为两种结构型式。
一种是,三个直线轴(X/Y/Z)用于刀具运动和两个附加旋转轴(A和C)用于工件的回转和摆动的结构型式。
这种类型的高速加工中心,如德国R?der公司的RXP500DS/RXP800DS,德国Alzmetall公司的 GS1000/5-T,瑞士Mikro的HSM400U/HSM600U和称之为超高速加工中心的XSM400U/XSM600U,以及德国Hermle 的C30U/C40U/C50U等。
高精度数控加工机床的设计与开发一、引言高精度数控加工机床作为现代制造业的关键生产设备,其精度、速度、效率和稳定性对产品质量和生产成本都有着重要的影响。
本文将详细介绍高精度数控加工机床的设计与开发。
二、机床结构设计高精度数控加工机床的结构设计需要考虑多个因素,包括机床的刚度、稳定性、传动方式和工作台等。
其中,机床的刚度是影响机床精度和稳定性的重要因素。
为了提高机床刚度,可采用箱式结构、大直径滚珠丝杠、全闭环伺服控制系统等手段。
此外,机床的传动方式也十分关键,可采用精密齿轮传动、齿轮齿条传动或直接驱动等方式。
三、主轴系统设计高精度数控加工机床的主轴系统是关键的加工部件。
具有较大的承载能力、刚度、精度和稳定性的主轴系统可以提高机床的加工精度和效率。
主轴系统一般由主轴、轴承、磨合套和刀库等部分组成。
为提高主轴系统的精度和稳定性,可以采用预紧角接触式轴承、陶瓷轴承、高速密封系统和动态平衡等措施。
四、数控系统设计高精度数控加工机床的数控系统是机床的“大脑”,负责实现加工过程中的各种功能,如刀具补偿、轴向控制、工件定位等。
数控系统的精度和稳定性直接影响机床的加工精度和效率。
目前,常见的数控系统包括FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI等。
这些系统具有高速、高精度、强大的控制功能和完善的故障诊断与保护系统。
五、附加装置设计高精度数控加工机床的附加装置包括切削冷却液系统、气动系统、润滑系统和环境控制等。
这些装置对机床的加工质量和寿命都有着重要的影响。
例如,切削冷却液系统可以减少加工过程中的热变形和刀具磨损,提高加工精度和效率;气动系统可以实现快速移动和定位;润滑系统可以减少零部件磨损和寿命降低;环境控制可以消除加工中的温度变化和振动影响。
六、结论高精度数控加工机床的设计与开发需要综合考虑机床结构、主轴系统、数控系统和附加装置等多个方面。
只有整体考虑和优化这些因素,才能实现机床高精度、高效率、高稳定性的加工要求,适应现代制造业的生产需求。
高速加工的发展趋势
高速加工技术的发展趋势主要包括以下几个方面:
1. 高速切削工艺:随着材料科学和刀具技术的不断进步,高速切削工艺的应用正在不断扩大。
高速切削工艺能够增加切削切削速度和加工效率,减少切削力和切削热量,提高切削质量和表面光洁度。
2. 高速加工中心的发展:高速加工中心是高速加工的核心设备。
未来,高速加工中心将越来越智能化,加工速度和精度将得到进一步提高。
同时,高速加工中心将根据不同的加工要求,提供更加灵活的刀具和夹具系统,以满足不同加工任务的需求。
3. 多轴加工技术的应用:多轴加工技术可以同时进行多个方向上的切削,使得曲面加工更加容易和精确。
未来,多轴加工技术将广泛应用于高速加工领域,提高加工效率和加工精度。
4. 先进的刀具材料和涂层技术:刀具是高速加工的关键因素之一。
未来,刀具材料将更加耐磨耐热,刀具涂层技术将更加先进,以满足高速切削的需求。
5. 智能化制造技术的应用:高速加工将与智能化制造技术相结合,实现工艺参数的自动优化和实时监控。
未来,高速加工设备将具有自动化、智能化和可持续发展的特点,提高生产效率和产品质量。
总体来说,高速加工的发展趋势是向着高效、智能和精准的方向发展,以满足不断变化的制造需求。
2011-2015年中国数控机床行业市场调研与投资战略咨询报告为了满足市场和科学技术发展的需要,为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求,数控未来仍然继续向开放式、基于PC的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向发展。
机床向高速化方向发展,可充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度。
超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。
由于数控机床不断采纳科学技术发展中的各种新技术,使得其功能日趋完善,数控技术在机械加工中的地位也显得越来越重要,数控机床的广泛应用是现代制造业发展的必然趋势。
中国报告网发布的《2011-2015年中国数控机床行业市场调研与投资战略咨询报告》共十二章。
首先介绍了数控机床相关概述、国际运营局势等,接着分析了中国数控机床行业运营的现状,然后具体介绍了中国数控机床市场营运态势、市场运营格局。
随后,报告对中国数控机床产业做了重点企业经营状况分析,最后分析了中国数控机床产业的发展前景与投资预测。
您若想对数控机床产业有个系统的了解或者想投资数控机床行业,本报告是您不可或缺的重要工具。
第一章数控机床相关概述第一节数控机床的概念及相关介绍一、数控机床的定义二、数控机床的构成三、数控机床的主要特点及适用加工范围第二节数控机床的分类一、按加工工艺方法分类二、按运动方式分类三、按控制方式分类四、按工艺用途分类五、按联动轴数分类第三节数控机床的发展历程、特征及其发展意义一、数控机床的四个发展阶段二、现代数控机床的特征三、数控机床行业发展的战略意义第四节机床数控化改造情况一、从微宏观上看机床数控化改造的必要性二、机床及生产线数控化改造的市场发展状况三、机床数控化改造的内容及优缺点四、机床数控化改造实施的方法第二章2010年国际数控机床行业营运局势分析第一节2010年国际数控机床行业发展概况一、数控机床基本情况二、国际数控机床发展形势浅析三、数控机床的主要技术特点与发展条件四、多轴联动数控系统成为全球数控机床的技术制高点五、世界数控机床发展潮流第二节日本一、日本数控机床行业发展状况简析二、日本数控机床订单及销售概况三、近年来日本数控磨床生产销售简况四、日本数控机床产业发展的经验第三节德国一、德国机床行业发展状况简析二、德国数控机床行业发展的特点及经验三、德国机床数控化改造工作呈现五大特点第四节美国一、美国数控机床行业发展的特征二、美国哈斯堪称全球数控机床企业杰出代表三、美国CNC数控机床市场发展趋势分析第三章2010年中国数控机床行业运营态势分析第一节2010年中国数控机床发展概况一、中国数控机床产业发展成就二、中国数控机床专利体系在快速形成三、中国数控机床业发展进入成熟期四、国产数控机床结构调整产业升级取得积极进展五、我国数控机床行业加快打造产业集群发展第二节2010年中国数控机床行业发展动态一、中国重型数控机床产品创新情况二、汽车与航空制造业为数控机床发展提供新机遇三、数控机床企业推进产品结构调整四、国产数控机床成消费主流第三节2010年中国部分地区数控机床发展状况一、辽宁铁岭数控机床产业发展现状二、北京数控机床产业基地分析三、江苏泰州数控电火花机床产业集群效应凸显四、泰州市海陵区数控机床产业发展现状五、武汉数控机床产业中长期规划出台六、云南玉溪市积极推动数控机床行业发展第四节2010年中国中高档数控机床市场运营分析一、中国中高档数控机床快速发展二、高档数控机床国产化分析三、国内高档数控机床成行业发展软肋四、中国生产中高档数控机床的五大难题五、中国亟需开发的几类中高档数控机床六、高档数控机床产学研联合发展之路七、发展高端数控机床成机床业升级必经之路第五节2010年中国数控机床功能部件发展分析一、数控机床功能部件的基本特点二、数控机床新型功能部件发展特点三、中国数控机床功能部件发展状况四、中国数控机床功能部件发展的重要性五、中国数据机床功能部件发展的策略及措施六、中国数控机床功能部件的研发与创新七、中国数控机床功能部件发展重点应明确第六节2010年中国数控机床行业自主创新发展分析一、自主创新成中国数控机床发展的唯一出路二、自主创新推进中国数控机床行业快速发展三、自主创新让中国数控机床装备上“中国芯”四、数控机床自主创新从产业层面进行突围第七节2010年中国数控机床行业存在的问题分析一、我国数控机床产业面临的三大忧患二、中国数控机床产业发展存在的问题三、我国数控机床产业化发展面临的挑战四、国内数控机床使用率较低的原因浅析五、中国数控机床亟待开发高端数控系统六、电主轴国产化率低成数控机床发展难题第八节2010年中国数控机床行业发展策略分析一、中国数控机床产业化发展对策二、中国数据机床应当加强八个方面的研究和发展工作三、中国数控机床行业制造与使用部门要在三个层次上加强合作四、推动我国数控机床制造业发展的政策建议五、中国数控机床行业发展要走中国特色之路六、我国数控机床业发展的新路径七、数控机床行业发展的重点是提升可靠性第四章2008-2010年中国数控金属切削机床产量统计分析第一节2008年中国数控金属切削机床产量数据分析一、2008年全国数控金属切削机床产量数据分析二、2008年数控金属切削机床重点省市数据分析第二节2009年中国数控金属切削机床产量数据分析一、2009年全国数控金属切削机床产量数据分析二、2009年数控金属切削机床重点省市数据分析第三节2010年中国数控金属切削机床产量数据分析一、2010年全国数控金属切削机床产量数据分析二、2010年数控金属切削机床重点省市数据分析第五章2008-2010年中国数控金属成形机床产量统计分析第一节2008年中国数控金属成形机床产量数据分析一、2008年全国数控金属成形机床产量数据分析二、2008年数控金属成形机床重点省市数据分析第二节2009年中国数控金属成形机床产量数据分析一、2009年全国数控金属成形机床产量数据分析二、2009年数控金属成形机床重点省市数据分析第三节2010年中国数控金属成形机床产量数据分析一、2010年全国数控金属成形机床产量数据分析二、2010年数控金属成形机床重点省市数据分析第六章2010年中国数控机床市场营运态势分析第一节2010年中国数控机床市场发展概况一、国产数控机床市场发展状况二、国内数控机床市场发展综述三、我国中高端数控机床市场发展形势分析第二节2010年中国数控机床市场需求情况分析一、十大行业对数控机床的需求简述二、我国数控机床市场需求旺盛三、普及型数控机床成市场需求主流四、我国经济型数控机床市场需求形势分析第三节2010年中国数控机床市场销售模式分析一、国内数控机床企业常用销售运作模式二、中国数控机床企业销售模式运作的优劣势三、中国数控机床企业销售模式运作的困惑四、中国数控机床企业销售模式发展方向第四节2010年中国数控机床市场存在问题及发展策略分析一、国产数控机床市场占有率较低二、国产高档数控机床应着力开拓国内市场三、数控机床营销策略四、国产数控机床业的市场培育策略解析第七章2010年中国加工中心市场运营格局分析第一节2010年国际加工中心的发展现况分析一、近年世界加工中心产销状况二、五轴高速加工中心的发展状况分析三、高速加工中心结构设计的发展和敏捷制造系统第二节2010年中国加工中心运行形势分析一、中国加工中心发展回顾二、中国加工中心产销状况三、国产五轴加工中心发展迅猛四、中国龙门加工中心和数控龙门镗铣床发展状况分析第三节2009-2010年中国加工中心需求状况分析一、2009年第一季度加工中心市场需求态势二、2009年第二季度加工中心市场需求状况透析三、2009年第三季度加工中心市场交易情况四、2009年第四季度加工中心市场交易情况五、2010年第一季度加工中心市场需求现状第四节2010年中国加工中心行业存在的差距及发展措施一、国产加工中心与国外水平存在的差距二、提升国产加工中心市场竞争力的对策三、中国加工中心进口存在的问题及建议第五节2011-2015年中国加工中心发展前景趋势展望分析一、世界加工中心的技术发展趋势二、立、卧式加工中心发展趋势三、加工中心机主轴的发展趋势第八章2010年中国其他数控机床市场态势分析第一节数控车床一、中国数控车床市场发展状况回顾二、数控车床发展的五趋向解析三、中国主轴全自动控制数控车床研制四、数控车床设备招标行情分析五、中国数控车床发展建议第二节数控磨床一、国外数控平面磨床及主要数控系统发展情况二、中国数控平面磨床产业化分析三、2010年中国成功研制四轴数控精密磨床四、数控工具磨床的数控系统改造研究五、中国数控立式复合磨床的发展综述第三节其他数控机床一、国际数控卧式镗铣床与落地式铣镗床的发展情况二、中国数控锻压机床发展状况分析三、超大型数控钻床在管板加工中的应用第九章2010年中国数控机床技术研究进展分析第一节2010年中国数控机床技术发展概况一、数控机床技术发展情况二、数控机床技术发展与创新三、数控技术发展特点分析四、中国数控机床技术发展经济特征及构想五、智能数控机床的发展情况六、高速数控机床控制技术发展情况七、数控机床电主轴所融合的技术八、齿轮加工数控系统结构分析第二节2010年中国数控机床技术进展分析一、国产数控机床关键技术取得突破二、国内数控机床产业科研攻关获得较大成果三、国产数控机床首次用国产数控系统通过验收四、中国高档数控系统基础技术取得新突破第三节2010年中国数控机床伺服系统发展情况一、数控机床伺服系统的分类二、国内外数控机床伺服驱动技术发展情况三、数控机床中不同种类伺服系统发展状况分析第四节2010年中国数控机床各种技术的应用分析一、数控机床进给传动装置部件的应用情况分析二、虚拟数控机床技术介绍及应用情况三、自动上下料系统在数控机床中的应用四、自适应控制系统在数控机床上的应用五、数控机床中直线电机进给驱动的应用情况六、PLC在数控系统点位控制功能中的应用情况七、数控机床测量中激光干涉仪的应用发展情况分析第五节2010年中国数控机床的信息化分析一、数控机床迈向信息化时代二、经济型数控机床的网络通讯和控制技术研究三、中国数控机床信息化技术存在的不足四、未来数控机床信息化的发展方向第十章2010年中国数控机床产业优势企业竞争力分析第一节沈阳机床一、公司简介二、沈阳机床经营状况分析三、沈阳机床成功攻克数控系统核心技术四、沈阳机床联手西门子共同研究开发新型数控系统五、沈阳机床发展目标及战略第二节秦川发展一、公司简介二、秦川发展经营状况分析三、秦川发展高端市场运营特点第三节青海华鼎一、公司简介二、青海华鼎经营状况分析三、青海华鼎竞争力分析第四节昆明机床一、公司简介二、昆机已成我国大型精密数控机床重要生产基地三、昆明机床经营状况分析第五节华东数控一、公司简介二、华东数控经营状况分析三、华东数控发展空间广阔第十一章2010年中国数控机床的应用领域分析第一节汽车零部件行业一、我国汽车零部件行业发展综况二、我国汽车零部件出口状况三、国内汽车零部件行业区域发展分析四、中国数控机床在汽车零部件制造中的应用及发展对策五、2010年我国汽车零部件行业面临多重挑战六、中国汽车零部件产业发展趋势第二节船舶工业一、国产数控机床为国内船舶制造提供保障二、深入探讨机床和船舶工业的互助发展三、国内船舶行业发展面临压力四、我国船舶工业发展的政策建议第三节航空航天产业一、国际航空行业兼并重组趋势明显二、中国航空产业的崛起历程三、中国航空产业对数控机床的需求分析四、大飞机项目将带动我国高端数控机床发展第四节电子信息产业一、我国电子信息产业发展综况二、电子信息产业对数控机床的要求分析三、我国电子信息产业发展的政策措施四、2009-2011年我国电子信息行业规划第十二章2011-2015年中国数控机床发展前景与投资预测分析第一节2011-2015年中国机床行业总体前景展望分析一、未来几年中国机床行业有望延续快速增长态势二、我国机床市场前景分析三、中国机床行业未来发展趋势分析四、未来几年机床行业的研发新趋向第二节2011-2015年中国数控机床行业前景趋势分析一、2011-2015年中国数控机床行业预测分析二、数控机床行业的发展方向分析三、未来数控机床各类附件的发展趋势四、未来几年数控机床的主要创新领域五、高端数控机床发展前景乐观第三节2011-2015年中国数控机床行业投资机遇分析一、中国数控机床产业将迎接15年的黄金发展期二、我国数控机床技术研发获中央资金支持三、国产数控机床在军工领域应用迎来发展良机四、中国数控机床行业投资风险及控制分析第四节2010-2015年中国数控机床行业投资机会分析第五节2010-2015年中国数控机床行业投资风险分析第六节中国数控机床行业发展建议及投资策略分析图表目录:(部分)图表:数控机床组成示意图图表:西门子一款数控系统操作面板实物图图表:数控装置框图图表:数控机床的测量装置框图图表:机械手中的控制电机与测量装置图表:点位控制钻孔加工示意图图表:点位直线控制切削加工示意图图表:轮廓控制数控机床加工示意图图表:典型开环数控系统示意图图表:半闭环数控系统示意图图表:全闭环数控系统示意图图表:开环补偿型控制框图图表:用网络解码器检查机床运动轨迹精度图表:用加速度和声音传感器监控机床工作图表:车削加工中心的三维实体模型图表:车削加工中心的模块化图表:完整加工的案例图表:高频电主轴的结构图表:西门子公司生产的1FN1系列三相交流永磁式同步直线电动机的外观图表:采用直线电动机的立式加工中心内部结构图表:电滚珠丝杆的内部结构图表:采用电滚珠丝杆的机床图表:国产数控机床与汽车制造业对数控制造装备在效率和精度方面需求的差距比较图表:超精密球面加工机床及工件图表:部分国家和地区加工中心生产及所占比重情况图表:不同速度和加速度的加工中心之移动距离与时间的关系图表:电主轴启动及停止时间图表:以不同速度和加速度移动的几种加工中心所用时间与距离曲线图表:以加工某种零件为例,速度和加速度不同的加工中心所需节拍时间对比图表:卧式高速加工中心的“箱中箱”式结构图表:立柱移动式结构向箱中箱式结构转变示意图表:敏捷制造系统典型布局示意图表:敏捷制造系统与柔性制造系统的比较图表:加工四、六缸体的敏捷制造系统图表:中国加工中心的生产和进口数量图表:2008年数控车床产品质量国家监督抽查部分质量较好的产品及其企业名单图表:2008年数控车床产品质量国家监督抽查质量较差的产品及其企业名单图表:经过改造后的数控系统硬件结构图表:经过改造后的数控系统软件结构图表:刀具数控磨削自动编程软件结构图表:从德国WALTER公司引进的HELITRONIC 30 NC数控工具磨床图表:国产HIQ-3048型300千牛数控转塔冲床图表:国产PS31250型数控冲剪复合加工机图表:山东法因数控机械有限公司PD7045型上位机软件的主窗口示意图图表:图形显示窗口示意图图表:程序处理窗口示意图图表:PC和CNC之间的通讯软件WINDNC窗口示意图图表:实时监控窗口示意图图表:智能闭环加工模型图表:伺服系统的结构图表:虚拟数控机床体系结构图表:数控车床的自动上下料系统图表:数控车床头部中心架图表:多气缸驱动长棒料示意图图表:根据切削状况变化实时调节刀具进给率图表:直线电机直接传动结构的一种示例图表:直线电机驱动的国产机床部分典型产品图表:VS1250型直线电机驱动的加工中心图表:网络系统构成示意图图表:数据接收(收发)器基本原理图图表:基于PC的ITNC530系统图表:FANUC CNC单元与伺服单元和I/O的连接图表:HEIDENHAIN以ENDAE2.2协议连接编码器和伺服驱动图表:FANUC16I/18I/21I/30I系列CNC的网络接口图表:FANUC CNC的网络监控、维护与管理图表:HRV4可获取更高的转速和更小的电流图表:HRV4更小的温升图表:反向间隙加速功能图表:MPC功能图表:不同分辨率下的脉动扭矩图表:沈阳机床股份有限公司主要经济指标走势图图表:沈阳机床股份有限公司经营收入走势图图表:沈阳机床股份有限公司盈利指标走势图图表:沈阳机床股份有限公司负债情况图图表:沈阳机床股份有限公司负债指标走势图图表:沈阳机床股份有限公司运营能力指标走势图图表:沈阳机床股份有限公司成长能力指标走势图图表:青海华鼎实业股份有限公司主要经济指标走势图图表:青海华鼎实业股份有限公司经营收入走势图图表:青海华鼎实业股份有限公司盈利指标走势图图表:青海华鼎实业股份有限公司负债情况图图表:青海华鼎实业股份有限公司负债指标走势图图表:青海华鼎实业股份有限公司运营能力指标走势图图表:青海华鼎实业股份有限公司成长能力指标走势图图表:陕西秦川机械发展股份有限公司主要经济指标走势图图表:陕西秦川机械发展股份有限公司经营收入走势图图表:陕西秦川机械发展股份有限公司盈利指标走势图图表:陕西秦川机械发展股份有限公司负债情况图图表:陕西秦川机械发展股份有限公司负债指标走势图图表:陕西秦川机械发展股份有限公司运营能力指标走势图图表:陕西秦川机械发展股份有限公司成长能力指标走势图图表:沈机集团昆明机床股份有限公司主要经济指标走势图图表:沈机集团昆明机床股份有限公司经营收入走势图图表:沈机集团昆明机床股份有限公司盈利指标走势图图表:沈机集团昆明机床股份有限公司负债情况图图表:沈机集团昆明机床股份有限公司负债指标走势图图表:沈机集团昆明机床股份有限公司运营能力指标走势图图表:沈机集团昆明机床股份有限公司成长能力指标走势图图表:威海华东数控股份有限公司主要经济指标走势图图表:威海华东数控股份有限公司经营收入走势图图表:威海华东数控股份有限公司盈利指标走势图图表:威海华东数控股份有限公司负债情况图图表:威海华东数控股份有限公司负债指标走势图图表:威海华东数控股份有限公司运营能力指标走势图图表:威海华东数控股份有限公司成长能力指标走势图中国报告网发布的《2011-2015年中国数控机床行业市场调研与投资战略咨询报告》共十二章。
高速加工中心结构设计的发展和敏捷制造系统
一、采用高速加工中心的必要性
高速加工中心在机床领域中已经确立了不可动摇的地位,现在没有人怀疑高速加工中心的发展前景。
许多机床厂都把高速加工中心作为了自己的主导产品,说明高速加工中心的巿场之广阔。
高速加工中心的制造技术也已进入成熟期。
用于高速加工中心的新部件和新的机床配套件不断推出,进一步提高了高速加工中心的水平。
高速加工中心相比传统加工中心的优势在哪里?或者说我
们为什么要发展高速加工中心?可以从下面表1、表2、表3中看出。
由于加工中心的速度和加速度不同,移动同样的距离所耗用的时间是不同的。
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现以下述4种具有不同速度和加速度的加工中心为例,将其在移动25mm、50mm、100mm、200mm、500mm时所需时间列于表1,以说明其各自的加工效率。
表1 不同速度和加速度的加工中心之移动距离与时间的关系
表2 电主轴启动及停止时间
图1 以不同速度和加速度移动的几种加工中心所用时间与距离曲线
表3 以加工某种零件为例,速度和加速度不同的加工中心所需节拍时间对比
注:上表中切削时间不同是由于高速机床相应使用较高切削速度等切削用量
第一种:V=75m/min,a=10m/s2 (1g);
第二种:V=60m/min,a=10m/s2 (1g);
第三种:V=36m/min,a=3m/s2 (0.3g);
第四种:V=15m/min,a=1m/s2 (0.1g)。
高速加工中心一般采用电主轴,在使用过程中电主轴从启动达到某一转速,或从某一转速到停止所耗用的时间相对较少,也同样节省了时间。
表2是某两种电主轴启动和停止所需时间。
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从表2和图1可以看出由于提高了速度和加速度节省了时间,至于选用高速加工中心可以提高多少效率,我们看表3中四种不同加工中心的对比。
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从表3显示的数据可以看出用一台高速加工中心完成的工作量,用速度慢一些的加工中心完成同样的工作分别需要1.5
台、2台、2.5台。
可以看出用高速加工中心组成生产线可以有效地减少机床的台数,可以减少投资,减少占地面积,节约能源,减少了使用成本。
这就是高速加工中心的优势和采用高速加工中心的必要性。
二、高速加工中心的结构特点
对高速加工中心机床性能的要求:
1.高的主轴转速,一般在每分8000转以上;(按机床规格的大小而不同)
2.高的进给速度,一般在每分15米以上;
3.快的移动速度,一般在每分55米以上(按机床规格的大小而不同);
4.高的加(减)速度,一般在0.5g-1.5g以上(按机床规格的大小而不同);
5.微米级的加工精度;
6.高的静、动态刚度和轻量化的移动部件。
按照上述要求,卧式高速加工中心在结构上有以下特点:
主轴一般采用电主轴,电主轴具有结构紧凑、精密、转速高的特点。
三座标的结构有少数机床采用动柱式结构,其余大多数则采用“箱中箱”式结构。
“箱中箱”式结构是几种形式中速度和加速度水平最高的。
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图2 卧式高速加工中心的“箱中箱”式结构
一般移动速度在50m/min以下的加工中心大都采用新设计的立柱移动式结构,配上外置Z轴或者外置X轴,则机床制造上非常简单,工艺性好,因而成本低,是一种比较经济的高速加工中心。
由于动柱式加工中心立柱本身是一种悬臂梁结构,切削力产生的颠覆力矩将使立柱产生变形和位移,影响机床的精度,所以立柱一般设计得较重,当驱动立柱移动时较高的立柱将因头重脚轻而不适合较高的速度和加速度,因此高速移动的立柱一般不宜太高因而影响上下移动的行程。
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为了减小切削力产生的颠覆力矩,机床设计时常把立柱后导轨加高,与前导轨不在一个平面上,但是后导轨因空间限制不能
提得太高,太高将与主轴电机相干涉。
当把后导轨提到立柱上端问题得到解决,这样就产生了框架式结构,原来的立柱变成了有着上下导轨的滑架。
加上前面支撑主轴滑枕的框架合在一起形成了今天流行的“箱中箱”结构。
所以它上下两个导轨支撑的滑架就相当于动柱式机床的立柱,这样这个立柱就由悬臂梁结构变成具有两端支撑的简支梁结构。
简支梁的最大变形点在中间,同等条件下它的最大变形仅有悬臂梁的十六分之一。
这样这个滑架就可以在不影响刚性的情况下做得比较轻,为高速度和高加速度提供了条件,这就是“箱中箱”结构得以流行的主要原因。
线性伺服进给驱动采用直线电机已很普遍,但更多的还是采用旋转伺服电机加滚珠丝杠驱动。
伺服电机加滚珠丝杠驱动虽然在速度和加速度等方面不如直线电机,但经济节能,也非常可靠,因此被广泛采用。
图3 立柱移动式结构向箱中箱式结构转变示意
一些公司也在采用直线电动机驱动,如SPECHT500L移动速度达到100米和120米/分。
直线电动机驱动具有更好的动态特性,
结构也更简单,具有高的直线速度、高加速度、行程长度不受限制、机械零件少、无磨损、高刚度等优点。
它的缺点是:
巨大的强磁吸力作用于导轨上,采用双直线电动机驱动虽然可以抵消作用力但将增加成本;
不可能放大拖动力;
高功率损失及高发热;
产生干扰磁场;
防铁屑困难;
造价较高。
随着技术的不断进步,直线电动机驱动的这些缺点将被逐步克服,使用直线电机是将来高速移动装置的发展方向。
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三、敏捷制造系统
由高速加工中心组成柔性生产线,配上由桁架机械手组成的智能的工件输送装置(也可由导轨机器人作工件输送),并且高速加工中心在工序布置上尽可能采用并联的布局形式,这种柔性生产线我们称之为敏捷制造系统。
当然有时为了节省投资也可由
简单的物料系统即由人工或由助力机械手来上下料,构成了简易型的敏捷制造系统。
图4 敏捷制造系统典型布局示意
敏捷制造系统的特点是:在布局上尽可能采用并联形式的高速柔性制造单元加上智能的物流系统。
由桁架机械手与高速加工中心组成的敏捷制造系统具有以下优势:
在项目初期,可以按资金和巿场情况分批投入、滚动发展。
所谓分批投入是指并联布局形式的加工中心由于几台工序内容相同,可以按资金和巿场情况先投入一台或两台,其余的几台可以留出安装位置,在条件具备的时候再投入;
具有很强的柔性,产品改型非常方便;
设备的故障不会造成全线停产;
机床品种单一,维修和备件都方便;
设备台数少,占地面积小;
在产品批量不是特别大时,采用敏捷制造系统可以节省投资;
由于采用标准的高速加工中心和可以采购到的桁架机械手,交货期因此缩短。
由于采用了桁架机械手进行工件输送,可以大大简化作为柔性线的基本单元——高速加工中心的结构,这样每台高速加工中心单元的制造成本会下降,而且可以形成批量生产,缩短了机床的制造周期,使敏捷制造系统的供货周期要比刚性自动线更短。
在国外由于专机的价格较高,组成自动线的机床台数也较多,所以刚性自动线的价格往往高于敏捷制造系统的价格。
国内的专机价格比国外低得多,而国内高速加工中心由于大量采用国外进口的配套件因此价格与国外差距较小。
这样在国内敏捷制造系统的价格与刚性自动线的价格是各有优势的,一般批量较小时敏捷制造系统的价格较低,批量大时刚性自动线的价格较低,交叉点一般在年产3-8万件之间。
在国外这个交叉点要在年产20万件的批量上。
当然这与刚性自动线的配置水平有直接的关系。
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表4 敏捷制造系统与柔性制造系统的比较
柔性制造系统同样是采用高速加工中心和桁架机械手,而在布局和工序安排上采用串联的布局方法,这样就组成了柔性制造系统。
两者相比有以下不同。
串联布局的柔性制造系统由于每一加工单元负担的加工内容少因而减少了刀具的总体数量而减少前期投入(但不减少使用成本),由于负担的加工内容少因而减少了回转工作台的使用,但是增加了机床和夹具的种类,工件加工过程中装夹次数增多。
两种系统总体投资基本相当,但是由于柔性制造系统所有机床加工内容不同,只有全线全部完成才可以生产出合格的零件。
因此柔性制造系统不可能分批投入资金,前期投入较大。
机器润滑从表4可以看出采用敏捷制造系统可以分期投入资金,生产线可以对各种变化快速适应,反应敏捷,是一种很好的生产线方案。
图5 加工四、六缸体的敏捷制造系统
在敏捷制造系统方案的机床选择上,也可以采用高速加工中心、数控机床、专机相结合的方案,像汽车发动机的缸体、缸盖特别适合采用敏捷制造系统,它们在生产线的前部分工序主要是面的铣削加工,像顶底面、左右面、前后面、瓦档面,由于工序单一,单工序时间较长,采用数控的专用铣床或自动线往往可以进一步减少投资,也能适应产品的变型,具有一定的柔性。
主油道孔、缸孔的粗镗也同样可以采用枪钻和专机解决。
生产线后部分的精加工工序,象缸体加工的曲轴孔、凸轮轴孔的精加工、缸孔及止口的精加工、缸盖导管孔的精加工可以根据被加工零件的具体情况采用高速加工中心或者采用精密专机来完成。
机器润滑右面的图5就是一条采用数控专机、高速加工中心、精密专机组成的敏捷制造系统。
年产四、六缸缸体五万五千件,17台专机,23台高速加工中心,5条桁架机械手,2台液压助力机械手,12台辅机以及机动滚道和工件回转装置。
选自:天厚洁能文献来源
/chanxx.asp?id=17&class=2。