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數控機床讓操作如此簡單


      數控立車切削加工作為制造技術的主要基礎工藝,隨著制造技術的發展,在20世紀末也取得了很大的進步,進入了以發展高速切削、開發新的切削工藝和加工方法、提供成套技術為特征的發展新階段。它是制造業中重要工業部門,如汽車工業、航空航天工業、能源工業、軍事工業和新興的模具工業、電子工業等部門主要的加工技術,也是這些工業部門迅速發展的重要因素。因此,在制造業發達的美、德、日等國家保持著快速發展的勢頭。金屬切削刀具作為數控機床必不可少的配套工藝裝備,在數控加工技術的帶動下,進入了“數控刀具”的發展階段,顯示出“三高一專”(即高效率、高精度、高可靠性和專用化)的特點。

顯而易見,在21世紀初,盡管近凈成形技術、堆積成形技術是非常有前途的新工藝,數控立車但切削加工作為制造技術主要基礎工藝的地位不會改變。從當前制造業發展的趨勢中可以看到,制造業發展和人類社會進步對切削加工提出的雙重挑戰,這也是21世紀初切削加工技術發展的主要趨勢。

按控制方式分類

開環控制:即不帶位置反饋裝置的控制方式。

半閉環控制:數控立車指在開環控制伺服電動機軸上裝有角位移檢測裝置,通過檢測伺服電動機的轉角間接地檢測出運動部件的位移反饋給數控裝置的比較器,與輸入的指令進行比較,用差值控制運動部件。

閉環控制:是在機床的最終的運動部件的相應位置直接直線或回轉式檢測裝置,將直接測量到的位移或角位移值反饋到數控裝置的比較器中與輸入指令移量進行比較,用差值控制運動部件,使運動部件嚴格按實際需要的位移量運動。
    目前,我國鐵路已經取得了大量新的技術成果,在機車車輛方面,國產時速350km“和諧號”動車組列車實現批量生產;高速動車組關鍵技術研究不斷深化,確定了新一代高速動車組的系統設計方案并開始生產。大功率機車關鍵技術創新取得重大進展,6軸7200kW、6軸9600kW大功率電力機車和6000hp (1hp=745.700W)大功率內燃機車投入批量生產;70t級新型貨車也大量交付使用,貨車升級換代加速推進。

“十一五”期間,中國將完成時速在300km以上的客運專線大約5457km。2006~2010年,中國投資1.25萬億元人民幣,建設17000km鐵路新線。

據麥肯錫預測,中國鐵路設備(包括車輛、部件以及信號系統等設備)市場的規模,將在2004~2008年年均100億美元的基礎上增加4倍——在2009~2013年間達到年均逾500億美元。2010年,在全球鐵路設備總支出中,中國有望占50%以上。

我國的鐵路機車現在是采用內燃機車和電力機車兩種牽引方式。

內燃機車,適合客貨兩種運輸,動力強勁,拉力大,對于輸電成本很高的地區來說,是一種比較好的鐵路牽引解決方案。但是噪聲大,污染環境,速度不會很快,主要應用于貨運領域。

電力機車,是現代運輸業的象征,日本新干線、歐洲之星等高速火車都用電力機車,低碳、安靜、平穩、高速、舒適是其優點,尤其適用于客運,比內燃機車更環保(能源來自發電廠,可以集中整治)。

中國軌道交通建設全面提速,軌道裝備生產企業也迎來了最佳發展機遇,而數控機床是生產機車車輛不可缺少的關鍵設備。具體到使用哪些數控機床,還要從了解需要加工的部件開始。據中國北車集團大連機車車輛有限公司工藝技術部主任工藝師韋江先生介紹,大連機車是中國既生產內燃機車又生產電力機車的國有大型企業,精密機械加工件主要集中在柴油機和機車轉向架這兩個大型關鍵部件上,其中轉向架是內燃機車和電力機車共有的部件,其加工精度對高速列車的安全可靠運行而言顯得尤為重要。

鐵路機車車輛的生產模式主要是多品種中、小批量生產,單品種機車的年生產數量不超過300臺,柴油機采用的是2000~6000hp中速柴油機,主要加工零部件是我們熟知的機體、曲軸、氣缸蓋、連桿這些經典零件;轉向架主要包括車軸、車輪、變速箱(驅動裝置,含有大小齒輪)、構架的加工。目前用到的設備一般都是3軸的,主要有大型龍門加工中心、中型臥式加工中心、立式加工中心、數控立車及數控磨床;一些軸類零件的加工,如車軸、曲軸、凸輪軸使用了5軸數控車銑機床。

配套裝備  要求嚴格

鐵路對數控設備的需求主要體現在三個方面:

首先是精度,機車車輛產品加工中遇到的曲面加工非常少,所以,相比較而言,加工車間更注重的是加工精度的提升,因為整個的位置度和尺寸公差都非常小,需要設備的精度更高,尤其是重復精度,而且需要精度保持的更久一些。

其次是效率,韋江先生表示,效率的提升是目前機車車輛加工車間最看重的。據介紹,大連機車的產品處于飽和狀態,現有的加工中心基本都是開滿24h的,生產能力比較緊張,主要問題是切削效率低和輔助時間長導致整體生產效率低。由于對設備性能缺乏了解,對先進的高速切削技術和刀具技術不敢大膽應用,而且現有設備大多最高轉速低于5000r/min,大部分切削是在2000r/min以下的狀態完成加工的,這方面的提高,需要設備制造商的支持。有一種加工中心配交換工作臺的方式,是韋江先生非常看好的:“我從國外看到,幾臺同類型的加工中心使用數個相同的交換工作臺,這個交換工作臺是廠家的一種交鑰匙工程,不同工序的工裝都設計在各個交換工作臺上。設計工人操作時只需要把工件裝卡到交換工作臺上,看到哪一臺加工中心空閑,輸入相應的產品和工裝編號送過去就可以了。”HAAS和MAZAK都有這種設計,這是提高效率的一個非常好的手段,對操作人員的技術要求低,一個人就能操作多臺設備,最大限度地降低了機床輔助時間。但問題是,現在大部分機車車輛企業基本都是比較老的、傳統的企業,當時購買的設備都是各自為戰,集中度較差,無法全面實現這種效率的提升。而相比較之下,國外的企業選用同一家的設備就很多,管理起來也非常容易,這將是國內傳統機車車輛制造企業今后發展的一個目標。

再次是設備的可靠性,應用先進機床技術多并不完全代表設備可靠性的提高,一些傳統而可靠的技術應該保留,一些關鍵設備的損壞會導致整個生產線的停頓,這是企業最不愿意看到的結果。

隨著國內鐵路機車車輛制造水平的提高,以及與國際鐵路機車車輛行業技術合作的升級,計算機輔助制造平臺已成為鐵路機車車輛生產準備過程中不可或缺的環節。如何在有限的生產時間內進行高效、穩定的數控加工,滿足有限的生產周期要求和嚴格的產品質量要求是業內共同關心的課題。軟件平臺需要在數據接口、加工范圍、智能加工以及易學易用等方面都具有鮮明的特色,才能適合機車生產的CAM需求。

大連機車現在使用的都是機床自帶的軟件包,工人根據圖紙編程,但是整個3D設計、CAM轉換程序這些基本處于閑置狀態,歸結其原因,韋江先生認為主要在于兩方面,一是從企業自身體制受限。事先調試好的程序在車間沒有時間進行試加工。另外,軟件的服務團隊不能令人滿意,如果企業自身沒有培養相應的人才,向軟件供應商請求幫助,費用還是非常高的。

而從整體布局來看,CNC的編程、聯網和集中控制還是非常有用的,但在很多同類的企業中還沒有普及,而且主要原因在于購買的設備不齊整,現在缺少一個可以將各種數控系統進行整合的平臺。

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