畢業論文：現代機床和夾具的協調發展(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 后，夾具自動退回輸送道，輸送道將其送至下一臺加工中心，隨后，下一夾具進入第一臺加工中心，以此類推， 6 加工完成后，由工人卸下工件。全線由中央計算機控制，中央計算機除與各加工中心和輸送道的控制系統相聯外，還與刀具測量間相聯，將測量數據輸入各加工中心，加工中心則根據刀具參數調整切削參數，以保證加工精度。只要輸送道上有足夠裝有工件的夾具，生產線可在無人看管的情況下工作，直至輸送道上所有工件全部加工完畢，生產線自動停止工 作，工時利用率在 90%以上。 可以說加工中心和柔性生產線將主導下一世紀的機械制造業，我國機床廠家應根據這一情況制訂和調整自己的技術發展規劃。 4. 主機與元件 現代機床均裝備大量的元件 (包括電器元件、液壓元件和氣動元件等 )，元件的質量是決定主機能否正常工作的重要因素。由于大多數元件為外購件，主機廠家不能直接控制其質量。經常出現了機床制造廠家和用戶同時抱怨元件質量情況。為了降低機床故障率，有些用戶在向國內廠家訂購設備時，明確提出裝備進口元件，而制造廠家也贊同這一作法。造成大量國外元件涌進中國市場。在 改革開放的今天，我們并不反對進口必要的元件，特別是一些我們尚未開發的品種或型號。但是，諸如限位開關和換向閥之類元件也需大量進口，不能說是一種正常現象。 元件作為標準或通用產品，其生產方式與主機不同，元件屬于大批量生產。只要嚴格控制原料質量，并按成熟的加工工藝和裝配工藝進行生產，其質量不難得到控制。現在，國內元件制造廠家也在引進國外技術或合資生產各種元件，關鍵是引進質量管理方法，全面提高元件質量，創立中國的名牌元件，使元件與主機的技術水平同步發展，才能增強市場競爭能力。 5. 夾具與附件 現代機床 特別是組合機床通常配備專用夾具，有些組合機床是圍繞專用夾具設計的，專用夾具作為組合機床的重要組成部分，往往是能否滿足使用要求的關鍵。目前，國內組合機床的專用夾具基本上由機床制造廠家一并設計制造，有的廠家特別是通用機床廠家將主要精力放在主機上，而忽視夾具的設計制造。在安裝調試過程中修改夾具設計的現象屢見不鮮。實際上，有些夾具結構的復雜程度并不亞于主機。在某種程度上，夾具的設計制造與機床是兩種不同的專業。組合機床是以通用部件為基礎，夾具則無此條件，需要有經驗豐富的專業工程師完成全部設計，在設計中要充分考慮定位夾 緊合理，裝卸工件方便和易于排屑等方面的問題，并由經驗 7 豐富的工人完成制造。因此，歐美的機床制造廠家自己一般不承擔夾具的設計與制造，而是由主機制造廠商提出技術要求向專業夾具公司訂貨，效果很好。國內的機床附件廠原來主要生產與通用機床配套的各類卡盤和分度頭等機床附件，這就是說即使在通用機床占主導的年代，夾具與主機也是專業分工的。隨著通用機床和專用機床需求比例的變化，專用夾具的需求量不斷增加，通用機床附件相對減少，機床附件的生產廠家應該適應市場需要擴大經營范圍，組建夾具公司，承攬專用夾具的設計與制造業務。這不僅有利于 附件廠家自身的發展，也有利于機床制造業的發展。 第二節 現代機床的發展 方向 1. 機床的高速化 隨著汽車、航空航天等工業輕合金材料的廣泛應用，高速加工已成為制造技術的重要發展趨勢。高速加工具有縮短加工時間、提高加工精度和表面質量等優點，在模具制造等領域的應用也日益廣泛。機床的高速化需要新的數控系統、高速電主軸和高速伺服進給驅動，以及機床結構的優化和輕量化。高速加工不僅是設備本身，而是機床、刀具、刀柄、夾具和數控編程技術，以及人員素質的集成。高速化的最終目的是高效化，機床僅是實現高效的關鍵之一，絕 非全部，生產效率和效益在 刀尖 上。 2. 機床的精密化 按照加工精度，機床可分為普通機床、精密機床和超精機床，加工精度大約每 8年提高一倍。數控機床的定位精度即將告別微米時代而進入亞微米時代，超精密數控機床正在向納米進軍。在未來 10年，精密化與高速化、智能化和微型化匯合而成新一代機床。機床的精密化不僅是汽 車、電子、醫療器械等工業的迫切需求，還直接關系到航空航天、導彈衛星、新型武器等國防工業的現代化。 3. 從工序復合到完整加工 70年代出現的加工中心開多工序集成之先河，現已發展到 完整加工 ，即在一臺機床上完成復雜零件的全部加工工序。完整加工通過工藝過程集成，一次裝卡就把一個零件加工過程全部完成。由于減少裝卡次數，提高了加工精度，易于保證過程的高可靠性和實現零缺陷生產。此外，完整加工縮短了加工過程鏈和輔助時間，減少了機床臺數，簡化了物料流，提高了生產設備的柔性，生產總占地面積小，使 8 投資更加有效。 4. 機床的信息化 機床信息化的典型案例是 Mazak410H，該機床配備有信息塔，實現了工作地的自主管理。信息塔具有語音、文本和視像等通訊功能。與生產計劃調度系統聯網，下載工作指令和 加工程序。工件試切時，可在屏幕上觀察加工過程。信息塔實時反映機床工作狀態和加工進度，并可以通過手機查詢。信息塔同時進行工作地數據統計分析和刀具壽命管理，以及故障報警顯示、在線幫助排除。機床操作權限需經指紋確認。 5. 機床的智能化 測量、監控和補償 機床智能化包括在線測量、監控和補償。數控機床的位置檢測及其閉環控制就是簡單的應用案例。為了進一步提高加工精度，機床的圓周運動精度和刀頭點的空間位置，可以通過球桿儀和激光測量后，輸入數控系統加以補償。未來的數控機床將會配備各種微型傳感器，以監控切削力、振動 、熱變形等所產生的誤差，并自動加以補償或調整機床工作狀態，以提高機床的工作精度和穩定性。 6. 機床的微型化 隨著納米技術和微機電系統的迅速進展，開發加工微型零件的機床已經提到日程上來了。微型機床同時具有高速和精密的特點，最小的微型機床可以放在掌心之中，一個微型工廠可以放在手提箱中。操作者通過手柄和監視屏幕控制整個工廠的運作。 7. 新的并聯機構原理 傳統機床是按笛卡爾坐標將沿 3個坐標軸線的移動 X、 Y、 Z和繞 3個坐標軸線轉動 A、 B、 C依次串聯疊加，形成所需的刀具運動軌跡。并聯運動機床是采用各 種類型的桿機構在空間移轉主軸部件，形成所需的刀具運動軌跡。并聯運動機床具有結構簡單緊湊、剛度高、動態性能好等一系列優點，應用前景廣闊。 8. 新的工藝過程 除了金屬切削和鍛壓成形外，新的加工工藝方法和過程層出不窮，機床的概念正在變化。激光加工領域日益擴大，除激光切割、激光焊接外，激光孔加工、激光三維加工、激光熱處理、激光直接金屬制造等應用日益廣泛。電加工、超聲波加工、疊層銑削、快速成型技術、三維打印技術各顯神通。 9 9. 新結構和新材料 機床高速化和精密化要求機床的結構簡化和輕量化，以減少機床 部件運動慣量對加工精度的負面影響，大幅度提高機床的動態性能。例如，借助有限元分析對機床構件進行拓撲優化，設計 箱中箱 結構，以及采用空心焊接結構或鉛合金材料已經開始從實驗室走向實用。 10. 新的設計方法和手段 我國機床設計和開發手段要盡快從 甩圖板 的二維 CAD 向三維 CAD 過渡。三維建模和仿真是現代設計的基礎，是企業技術優勢的源泉。在此三維設計基礎上進行CAD/CAM/CAE/PDM 的集成，加快新產品的開發速度，保證新產品的順利投產，并逐步實現產品生命周期管理。 11. 直接驅動技術 在傳 統機床中，電動機和機床部件是借助耦合元件，如皮帶、齒輪和聯軸節等加以連接，實現部件所需的移動或旋轉， 機 和 電 是分家的。直接驅動技術是將電動機與機械部件集成為一體，成為機電一體化的功能部件，如直線電動機、電主軸、電滾珠絲桿和力矩電動機等。直接驅動技術簡化了機床結構，提高了機床的剛度和動態性能，運動速度和加工精度。 12. 開放式數控系統 數控系統的開放是大勢所趨。目前開放式數控系統有三種形式： 1)全開放系統，即基于微機的數控系統，以微機作為平臺，采用實時操作系統，開發數控系統的各種功能，通過伺服 卡傳送數據，控制坐標軸電動機的