數控機床的出現已有半個多世紀,歷經了從數字控制、直接數字控制到今天制造業普遍應用的計算機數控。
展望未來,其發展趨勢究竟如何?數控技術的基礎是加工設備的編程自動化,機床可以按照設定的程序自動運行,使操作者與加工設備在時間和空間上得以分離,賦予機床和加工系統一定的智能和自主性,它的基本軌跡是信息的交互、處理和集成。據此可推斷,在未來的3~5年,各國機床制造商和研發機構將在下列領域爭奪制高點:
(1)虛擬機床。通過研發機電一體化的、硬件和軟件集成的仿真技術,來實現機床的設計水平和使用績效的提高。
(2)綠色機床。強調節能減排,力求使生產系統的環境負荷達到最小化。
(3)智能機床。提高生產系統的可靠性、加工精度和綜合性能。
(4)e-機床。提高生產系統的獨立自主性以及與使用者和管理者的交互能力,使機床不僅是一臺加工設備,而是成為企業管理網絡中的一個節點。
其中,綠色機床將成為研究熱點。所謂綠色機床是將毛坯轉化為零件的工作母機,在使用過程中不僅消耗能源,還會產生固體、液體和氣體廢棄物,對工作環境和自然環境造成直接或間接的污染。
據此,綠色機床應該具有以下特點:
(1)機床主要零部件由再生材料制造。
(2)機床的重量和體積減少50%以上。
(3)通過減輕移動質量、降低空運轉功率等措施使功率消耗減少30%~40%。
(4)使用過程中產生的各種廢棄物減少50%~60%,保證基本沒有污染的工作環境。
(5)報廢后機床的材料100%可回收。據統計,機床使用過程中用于切除金屬的功率只占到25%左右,各種損耗和輔助功能占去大部分。機床綠色化的第一個措施是通過大幅度降低機床重量和減少所需的驅動功率來構建具有生態效益的機床。綠色機床提出一種全新的概念,大幅減少機床重量,節省材料,同時降低機床使用時的能源消耗。
傳統的機床設計理念是“只有足夠的剛度才能保證加工精度,提高剛度就必須增加機床重量”。因此,現有機床重量的80%用于保證機床的剛度,而只有20%用于滿足機床運動學的需要。
綠色機床就是在保證機床剛度的前提下大幅減少機床移動部件的重量,達到省材、節能的目的。實現這個目標的途徑有3個方面:通過結構優化或者采用新結構實現輕量化;采用新材料或復合材料來實現輕量化;采用自適應補償技術提高機床的精度。
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