国内外数控机床的发展现状与误差补偿技术

发布时间:2019-01-22  发布者:禹创重工机械
高速冲床的发展历程己经有九十多年的历史,早在二十世纪二十年代,阀门专用机床采用的是低重心下传动机构,虽然它的传动机构产生时间早,但是他便于操作,并且它的基本传动机构是现代高速精密冲床的经典机构之一。
从1950年开始,由于家用电器的飞速发展,如洗衣机、电熨斗、电冰箱、收音机等,欧美等国的几家机床生产厂家为了提高生产效率获得更大的市场份额,投入更多的资金用于研发新的冲压设备,这使得高速冲压机床快速更新换代。当时研发的冲床不仅能自送料,而且可以实现自动冲压。滑块冲压次数可达到300~400min,生产效率大大提高。二十世纪六、七十年代,由于电子行业和通讯行业的迅猛发展,使得对集成电路、微型机械元件、半导体等产品需求越来越大,从而进一步推动了高速精密冲床的发展。在当时高速精密冲床滑块冲压次数己达到1500min,除此以外,冲床结构和其他性能也取得了很大的进步。八十年代至今,百分之九十的高速冲床制造企业己经不只注重冲床滑块冲压次数的提高,更多的是注重高速冲床的动态补偿和传动系统精度的提高。日本的一家公司通过引进瑞士企业EAAD的核心技术,研发出一种更为高效的高速精密冲床,它的较大冲压力为750KN,较高冲压次数为2000min。不仅如此,高速冲床冲压滑块的较高行程次数也在不断提高,其中德国企业EWARI研制出的超高速精密冲床,在较大冲裁力为200kN,冲程为7mm条件下,滑块的较高冲压次数可达到4000min,由此得出高速冲床己经发展到了超高速阶段。
由于我国阀门机床的研发基础薄弱,因此主要采用先引进国外的相关先进技术之后再消化吸收,从而研发自己的产品。1980年初,我国研制出一台高速冲床,它的较大冲压力为700kN,较高行程次数为500min,这是由北京低压电器厂与济南铸锻所联合开发的。2005年,国内一台公称压力为3000kN的高速冲床订单被扬州锻压机床集团有限公司拿下,该公司依靠多年积累的研发和制造技术经验,较终研制出满足客户要求的冲床,得到客户的好评。之后,具有国际先进水平的双点闭式高速精密冲床也被扬州锻压机床集团有限公司自主研制成功,它的较大冲压力为900kN较高行程次数为700min。尽管我国高速精密冲床在近些年发展迅猛,但与国外一些高速精密冲床相比,我国当前的技术水平还需要进一步提高,如冲床精度比较低、精度补偿不足、产量比较小和产品质量比较差等。
通过引进德国疏勒公司的高速冲床的设计和制造关键技术,齐齐哈尔第二机床厂消化吸收之后,独自研制出自己的高速冲床;另外,通过引进和消化吸收德国奥力克一罗斯公司高速冲床的设计等关键技术,上海第二锻压机床厂成功研制出具有自主知识产权的高速精密冲床。步入21世纪后,通过不断吸收国外先进技术,再加上企业自身研发资金的不断投入,徐州锻压机床厂生产的高速冲床开始形成规模,首先成功研制出JY75G系列闭式高速冲床,它的冲压速度为700min,之后又成功研制出YH45开式高速精密冲床,它的冲压速度为1300min。总的来说,在中端高速冲床的研发上,我国的高速冲床产品,己经接近欧美等工业发达国家的水平,但是高端冲床的研发上,和他们还有一段不小的差距。
当前,由于国内研发水平和先进材料技术落后于国外,使得国内高速精密冲床的研发受到了很大制约。与欧美等发达国家高端的高速精密冲床差距有以下几点:1)高速冲床的可靠性和冲压件的加工精度上,在市场上缺乏竞争力;2)对于自动控制和补偿技术,没能很好的运用到高速精密冲床中,故产品精度相对较低;3)我国大部分高速精密冲床是通过购买欧美日等发达国家的,研发资金投入不足,从而使得国内冲床规格,高端高速精密冲床发展缓慢。
这说明误差补偿理论和技术还有很大余地可开发。目前,数控机床误差补偿技术的主要不足和难点如下:
(1)误差补偿运动控制的实现。误差补偿是通过移动(对于四轴以上还需转动)三面车床的运动副以使刀具和工件在机床空间误差的逆方向上产生相对运动而实现。误差补偿运动控制的实现除了要满足补偿精度外,还要满足实际应用的方便性和市场经济的经济性。再则,考虑到机床的动态误差,还需补偿的实时性,所以,对误差补偿运动控制实现的要求是精确性、实时性、经济性和方便性。从目前来看,补偿运动控制的实现可通过:a.修改代码补偿法,但实时性差;b.压电陶瓷制动补偿法。但反应慢、刚度低;c.开放式数控系统补偿法,但绝大多数数控系统还未到开放程度;d.数控系统内部参数调整补偿法,如螺距补偿、齿隙补偿、刀补等,但仅静态补偿;e.原点偏移补偿法,但受限于数控系统。
(2)数控机床误差的综合建模和补偿问题。目前,绝大多数的补偿将几何误差和热误差分开补偿,由于机床误差的复杂性,如定位误差等实质上既是几何误差(与机床坐标位置有关)又是热误差(与机床温度有关),一般将这些误差作为几何误差进行补偿,但实际上,这些误差在不同的温度下是变化的,故对这种既是几何误差又是热误差的复合误差(严格说机床上的误差都和温度有关)要进行几何误差和热误差的综合建模和补偿。
(3)双面数控镗孔专用机床误差检测和辨识时间过长问题。由于机床误差特别是热误差取决于诸如室温、机床工况(主轴转速和进给速度等)、切削参数、冷却液、加工周期等多种因素,而且机床热误差呈现非线性及交互作用,因此,这种检测和辨识通常需要很长时间。另外,由于机床上的误差元素众多,一般的激光测量仪测量,一次调整仅测得一项误差元素,如何高效快速地测量,也是个必须解决的问题。
(4)五轴数控机床多误差实时补偿问题。目前国内外五轴数控机床补偿主要局限于几何误差建模及补偿。而且在理论上讨论的比较多,真正实际的动态实时补偿的实施和应用的实例还是不多。而随着五轴数控机床的普遍使用,为获得更好的加工精度或补偿效果,五轴机床的多误差动态实时补偿及其应用必不可少。
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