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本文从数控机床维修的常见问题出发,明确维修过程中的重点项目。提出了维修要遵循“先易后难、先里后外”的维修原则,以最为合理的维修方式提高维修质量。
2数控机床维修改造中存在的问题
2.1数控机床的故障分类
在机床所产生的故障中,根据实际问题划分为机械故障和电气问题,所以在维修中要先确定故障类型,检查电器系统的运行情况,尤其对设备报警现象、设备过流、运行异常等进行确定。其次在设备维修和升级过程中,会因添加或升级设备添加或更换元件,这会使新原件和设备产生排斥并且提高设备的返修率。
2.2滚珠丝杆的问题
滚珠丝杆在长期工作的状态下,其中的油会逐步被消耗,一旦油不能祈祷作用就会为整个设备体系带来运动误差,所以在设备保养的上要将丝杠的性作为主要的保养内容。丝杆在注油中要避免新旧由重复添加。并对丝杆的支承轴承的运行状态进行更换,避免设备电源在使用上行成的安全隐患。
2.3漏保制动问题
机床的电机部分会因为电机热积累和短路等问题造成电路烧毁,根据相关技术标准规定,所有连续工作超过0.5kW的电机必须装配电动机热保设备,一旦电机在运行中出现过载和短路的现象,热保护中的金属片会出现弯曲,形成机械连接中的短路点,但是有的部件在维修中忽略这一问题,使用廉价的配件,这使电机的热保护能力下降。同时电动机的电阻反应时间和电流保护器相互矛盾,保护器常常出现时间和常数上的巨大差异,使电路的热保性能大大降低。
3数控机床维修改造中的要点
3.1坚持“先易后难、先里后外”的维修原则
数控机床在维修过程中必须坚持“先易后难、先里后外”的维修原则。数控机床使用一定时间后自身的故障会逐渐增多,所以数控机床在维修和检修上要先针对简单问题进行处理,然后在排除复杂故障。
3.2数控机床结构复杂
数控机床作为一体化设备,在结构上十分复杂。电器件的损坏和连接设备出现的接触不良都可能直接导致数控机床出现故障,同时在外部环境发生变化的过程中,会引发数控机床的多种问题,所以数控机床在维修和改造中要根据开关、元件、液压阀等进行仔细研究,注意电控设备的插座和端子位置、以及线路板的插头座等问题,同时对湿度、油污、粉尘等常规性检修必不可少,通过对数控机床的日常检修能够避免出现大修的状况,另外还能够避免机床设备精度受到影响的问题。
3.3进行具体的问题分析
数控机床在维修前不仅要研究好设备的结构图和电路图,还要根据实际设备拆装后进行具体的问题分析,要根据设备所发生的原因和故障进行详细调查,保证故障出现的原因和解决方法,针对设备故障的针对性和故障性进行合理诊断。在对设备的通电性的控制上,要以数控机床的动态故障查找为基础,进行故障检测。
4数控机床维修改造需要注意的技术要点
4.1大型专用数控设备的技术要点
①对于大中型的数控机床的主轴一般都是采用齿轮变速的传动方式,以扩大恒功率区域的变速范围,保证低速时可传递较大的转矩。由于齿轮的变速存有“挂档”的问题,为了预防挂档时出现顶齿的现象需要采用电动瞬动来完成。因此,在进行大惯量部件的延时时需要采用时间继电器来进行检测。②所有的挂档纤维开关都要与计算机设备相互结合,在进行挂档顺点的控制时,要根据接口输出确定短向运行命令,但是由于操作程序需要多个元件联合调试,一旦有一个元件出现问题,PAL系统就不能对电机的运动问题进行处理。③在数控机床的设备中需要特别注意在面板上保留手动挂档的按钮开关。④在专有机床的数控改造中,需要进行参数宏调用的方式以实现PLC程序和零件加工程序之间信息的传递,最终实现特殊的功能要求。⑤所有的大型数控设备都要注意结构部件的放松和夹紧问题,尤其在坐标轴运动的状态下要放松设备结构,但部件达到合理位置后必须夹紧。⑥将坐标轴分成高夹、低夹两个程度,以避免夹紧时出现抖动的现象。
4.2丝杠的维修重点
丝杠维修情况比较复杂。设备在进行数控机床改造和维修的过程中,要根据原操作系统重新设置相关参数,在调整合适的位带与夹紧带。振荡轴的位置固定不能以临时性作为基准,要保证一次维修就能解决问题。
4.3数控机床设备的导轨
在数控机床的设置程序上来看,机床导轨是主要的机床外界装置,车床导轨的工艺性和精度性是维修的重点,导轨的替换材料要保证足够的耐磨性,并且数直。以此避免数控机床导轨在运行过程中出现变形额度情况,具体的设备导轨还要根据导轨性进行防护。另外,一般的机床齿轮都集中在变速箱和主轴箱中,这就要求税控机床的齿轮精确要高于普通机床,以此保证数控机床的传动精度,要保证维修后的机床整体结构能满足间隙传动的要求。
4.4数控机床维修改造完成后的验收
数控设备在完成相关调试后要设备的出场检测标准进行验收,例如在数控机床的维修中从线路改版、到设备组装,都要严格执行出场检测,此外在数控机床的调试过程中,要由专人对设备的机械、液压等操作进行合理调试,所有调试程序都要按照从简到繁、从内到外的程序来控制,此外,所有的设备维修要根据设备的既有原则进行,不得擅自变更和转换设备线路布置。
5结语
【关键词】数控机床;检查装置;故障分析;维修方法
近年来,我国制造业得到大力发展,我国正从制造大国向制造强国奋进。世界各国工业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平。数控技术含盖了机械制造技术、自动控制技术、传感检测技术、网络通信技术、计算机技术等多方面,这些都直接关系到数控机床本身的质量水平。检测装置检测各轴的位移和速度,是数控机床伺服系统的重要组成部分,影响着数控机床的加工精度。本文着重论述数控机床中检测技术的几种常见问题和解决方法。
一、伺服反馈断线报警故障分析
1、故障产生的检测原理。若数控机床采用半闭环控制或全闭环控制,当检测反馈异常时,系统就会发出该报警。系统伺服反馈断线报警分为硬断线和软断线报警。发生硬件断线报警时,若使用分离型脉冲编码器,该故障信息是由断线检查电路进行检测的。发生软件断线报警时,系统通过伺服软件进行判别,当指令脉冲与伺服电机反馈脉冲或伺服电动机反馈脉冲与分离型检测装置反馈脉冲超过标准设定值时,可判定为软件断线。
2、伺服反馈断线故障诊断方法。主要通过系统的自诊断功能来判断,看伺服调整画面中的ALM1和ALM2显示的数据。
典型案例:一台配置为FANUC-0TD数控车床,移动X轴发生416号断线报警。该机床X轴采用光栅尺作为位置检测元件。诊断方法:首先利用内部位置检测元件来判断是否是控制板故障。方法是将37号机床参数的第0位的“1”改为“0”(0表示采用内部位置检测元件编码器,1表示采用分离型位置检测元件)。如果采用内部位置检测元件编码器,移动X轴不发生报警,则故障可以确定在光栅尺和电缆上;如还发生报警,则故障可能在控制板。经采用内部位置检测元件移动X轴,不发生报警,因此将故障确定在光栅尺和电缆上。这时检查光栅尺和电缆,发现光栅尺头的连接螺钉松动,将其紧固后故障排除,该故障是硬断线故障。
二、伺服系统位置检测装置故障分析
1、串行编码器报警代码分析
在全闭环控制系统中,伺服电动机内装编码器的反馈信号是速度反馈,而分离型位置检测装置的反馈信号是系统的位置反馈信号。目前编码器数据传输采用串行数据传输,但编码器传输出错或异常时,系统出现相应报警信号及相关报警信息。FANUC-16i/18i/21i/oic系统出现报警时,可以通过系统诊断号或在伺服调整画面的ALM3、ALM4进行故障原因判断。串行脉冲编码器报警的详细内容,显示在诊断号NO.202、NO.203上。
2、绝对脉冲编码器(APC)的报警
案例:一台FANUC-0MC立式加工中心,由于保存绝对位置编码器位置信息的电池失效,导致X.Y.Z轴参考点丢失。排除故障方法如下:(1)将PWE改为“1”,修改参数76.1为1,系统参数21#0~2设定为“0”,参数022全部为00000000。此时CRT显示“000”和“300”报警,即必须关机,并且手动设置参考点。(2)关机再开机,利用手轮手动方式先将X、Y轴移动到参考点位置,这时把参数022改为00000011。表示X、Y轴已经建立好参考点。(3)将Z轴移动到参考点附近,在主轴上安装一刀柄,然后手动机械手臂,手动调节直至完全夹紧主轴刀柄。这时把参数022改为00000111,表示Z轴已经建立好参考点。修改参数21#0~2设定为1。(4)把PWE改为“0”。关机再开机,核对机床参考点。
三、数控机床主轴的位置和速度控制装置故障分析
1、主轴编码器常见故障
(1)主轴不能定向,出现超时报警。故障现象:主轴定向不停止,出现超时报警。原因分析:主轴单元没有收到编码器信号或CNC系统没有收到定向完成信号。处理方法:用手转动主轴或主轴以一定速度旋转,在主轴诊断画面上观察主轴速度是否正常,如果没有显示,更换位置编码器或编码器反馈线。
(2)螺纹加工出现“乱扣”故障。故障原因:当系统得到的一转信号不稳定时,就会出现“乱扣”的故障。原因是主轴编码器的连接不良、主轴编码器的一转信号或信号电缆不良。主轴编码器内部有脏东西或编码器本身不良。如果以上故障排除后系统还乱扣,则需要检查系统或主轴放大器。
(3)加工中心换刀过程掉刀。加工换刀时,为了使机械手对准刀柄实现准确换刀,主轴必须停止在固定的径向位置。产生该故障的可能原因是主轴位置编码器一转信号不良、主轴机械调整不当。
2、典型案例:一台采用FANUC 0TC系统的数控车床,在执行自动加工程序时,程序无法执行。观察在程序执行到G01Z-7.5F0.5时,程序就不往下运行了,机床无任何报警。
诊断和处理过程:
(1)观察G00是否正常,如果工作正常说明伺服系统应该没有问题。
(2)G01执行的程序是每转进给(G99),如果改为每分钟进给(G98),如果还不自动执行程序,检测系统诊断画面(FANUC 0系统是700号诊断),可能是没有接收到主轴速度到达信号或进给倍率为0。
(3)如果每分钟进给(G98)正常,而每转进给不执行,则是主轴编码器坏,编码器反馈线或接口电路坏,更换相应部分。
(4)处理方法,首先观察G00程序是否能执行。用MDI功能测试,G00快速移动没有问题。用G98指令自动执行G01加工程序正常,而用G99指令无法自动执行G01程序。这样可判断数控系统没有接收到编码器一转信号。用手转动主轴,在CRT画面上观察主轴速度是否有数字变化,这时发现主轴转动过程中主轴“S”的数值始终为“0”,可确认没有主轴速度反馈。打开机箱,检查主轴编码器时发现主轴与编码器连接的同步齿形带断开,主轴旋转时编码器不旋转,更换新的齿形带后故障排除。
四、结语
检测装置是一种非常精密和容易受损的器件,使用过程中要避免受到强烈振动和摩擦并保持清洁,以免影响正常信号的输出;不能超过额定的工作温度;要满足额定电源电压,防止外部电源和噪声干扰,保证屏蔽良好,以免影响反馈信号;安装方式要正确等。一般来讲,对于数控机床检测装置故障,先通过系统开机自诊断功能和系统报警诊断号来分析故障原因。再对故障深入分析,注意总结,平时正确使用并经常维护保养,就一定能降低故障率。
参考文献
[1]刘永久.数控机床故障诊断与维修技术《FANUC系统》[M].机械工业出版社.2009.6.
【关键词】加工中心;主轴;故障;维修
1 前言
20世纪40年代,美国最先开始研究数控机床,第一台数控机床在1952年诞生于美国麻省理工学院的伺服机构实验室,在5年后正式投入使用。1958年,美国的一家机械制造公司将这种数控铣床添加上自动换刀装置,成为了今天我们常见的加工中心的鼻祖。这种数控中心的一大特点——也可称为优势是可以一次装卡,多次加工,通过自动换到装置,将各个步骤一次完成,避免了再反复装卡的过程中对加工精度的影响。这一发明的诞生对于机械制造业而言具有划时代的意义,因此,世界上众多工业较为发达的国家都对加工中心和数控机床的研究投入了大量的人力、物力。
加工中心的优点在于一次装卡,多次加工,切屑时间占工序总时间的80%,是普通机床的4到5倍,大大提高了机加工的速度和精度,同时也降低了搬运、周转、存放的成本,使加工效率有了质的飞跃,因此,加工中心在现代机械加工领域的应用越发广泛。但其缺点也是显而易见的,数控加工中心要求机床的数控系统的高精确性和与机加工系统的紧密配合,为了能达到加工需要,数控中心通常在三轴以上,高级的加工中心通常有5轴,其机构的复杂性是普通机床难以比拟的,其故障的发生和解决也更加棘手,主轴是加工中心产生问题最为频繁的部分之一,文本将对主轴的主要问题进行详细的描述。
2 加工中心主轴的主要问题和解决办法
加工中心的结构复杂,大部分问题可以通过对软件的调试和重新编写合适的加工路径、加工方案来解决。但机加工部分的故障则必须对加工中心进行拆解维修,工作的难易程度迥然不同,在加工中心的故障中,主轴的问题尤为常见和难以处理,其主要故障包括:换刀故障、准停故障、定向故障等三类。
2.1换刀故障
换刀故障占加工中心故障的80%以上,其主要问题为信号不良和执行元件不良,尽管由于加工中心的型号不同,换刀机构的结构各异,但只要认真分析PLC梯形图,检查信号流程,这类问题还是比较好解决的。以湖北某厂使用的日本某立式加工中心为例(配FANUC6M系统),该立式加工中心在加工过程中无法正常换刀,刀库一直处于待机状态,而没有报错,这是加工中心的一个常见问题,和z主轴的位置偏差有直接关系,通过对PLC梯形图的检查,该厂的工程设备维修人员发现,刀库待机的根本原因是z轴伺服系统的累积误差过大,调整DGN802的停止到位误差,使其数值在10以下,则问题可以得到解决。
另外,加工中心的结构精密度较高,使用过程应控制环境温度和洁净度,避免因温度过高导致的驱动模块烧毁和灰尘等污染物导致的主轴轴承卡死现象。
2.2准停故障
加工中心的一大功能是主轴的定向准停,这一功能是加工过程中,自动换刀、对刀、让刀的前提基础,准停装置的故障是加工中心最为常见的故障之一。与此相对的还有电气准停机构,如磁传感器型主轴准停装置、编码器型主轴准停装置和数控系统控制主轴准停装置等。现代加工中心的准停装置多采用数控系统控制,一般情况下,该装置的功能体现在:当主轴以一定速度运转加工零件时,准停装置可根据定位指令对主轴速度进行调整,使其能迅速同步,从而进入位置控制阶段。常见的故障为:高速准停失效;准停的位置精度过低和准停时速度陡升等。
以SIEMENS 810M的立式加工中心为例,高速准停失效的主要原因为主轴实际速度与显示速度不符,通过调整主轴驱动器的参数,校对实际参数的误差可以有效解决故障。定位不准的问题则只要处在主轴编码器上,当主轴准停换刀时,编码器在主轴停转一周之内发出了多个零位脉冲,导致了主轴的定位不准,这一问题,多出在编码器的链接电缆器上,通过更换编码器的电线,增强其电磁屏蔽功能,可以很好的解决这一问题。速度陡升的原因在于位置编码器的极性反馈,因为数控系统的闭环反馈,当极性设置相反时,本应该减速的过程,反而速度升高,调整位置编码器的极性设置,使其与加工工序的要求一致可以解决这一问题。另外,准停过程中的速度振荡,也与位置编码器的极性有关,可以通过修改极性解决。
2.3定向故障
主轴定向装置是数控中心的又一重要装置,是刀具交换与空位精加工的前提条件,在加工过程中,可以使刀具处于某一圆周的具置,并可以作为下一步精加工的定位点,对于加工精度和误差累积有很大影响。
定位问题的主要原因包括:PLC的输出信号无效;定位电磁阀故障;接近开关故障和定位液压缸故障等。通过PLC阶梯图分析判.定故障范围,逐一检查排除可以有效解决问题。另外,定向问题还可能电路板和数控原件上,当原件烧坏,控制失效时,也无法做到位置控制,这时候需要对主轴的机械定位装置和数字电路分别检查,测试数字电路的有效性,如果信号输出和返回正常,则可判定是机械故障,否则为电路故障。总之,定向问题多涉及液压、位置检测、电路板等三方面问题,应对此多加注意。
关键词:机械数控加工技术;必要性;主要问题;提升对策
前言
伴随着我国综合实力的不断提升,机械加工技术水平落后已经成为了制约我国高新装备技术发展的重要因素之一,虽然国家几年来对机械数控加工技术的重视程度不断提升,也取得了不菲的成绩,但是仍掩盖不了我国机械数控加工技术水平落后于西方发达国家的这一现状。落后就要受到制约,因此我们应不断提升机械数控加工技术水平,并且伴随着电子科学技术的不断发展,也要加大高新技术的应用,争取迅速弥补与先进技术中间的差距,最终实现我国综合国力的不断提升。
1 提高机械数控加工技术水平的必要性
机械数控加工技术的广泛应用,带动了我国相关产业的发展,并且随着信息技术的不断发展,其主要管理手段也逐步完成了数字化,相对于传统的机械加工技术来说,计算机控制不仅可以提高加工效率,还可以提高加工精度,已经取得了显著地效果。但是从我国目前的机械数控加工技术的整体效果来看,该技术的应用缺乏灵活性,尚未将其功效全部发挥出来,与此同时由于机械数控加工系统的调试时间较长,需要工作人员具有非常丰富的操作经验,否则很容易出现失误而影响加工质量。可以看出我国的机械数控加工技术水平仍需提高,为了解决这一现状,应在全面普及机械数控加工技术的基础上,充分发挥微电子技术与信息网络技术的特点,通过对常见问题的分析和总结,制定出科学有效的应对措施,从最基层着手,实现我国机械数控加工技术水平的不断提升。
2 机械数控加工技术存在的常见问题
2.1 在编写程序方面的问题
程序的编写质量直接影响着机械数控加工技术的实际使用效果,因此说我们应提高对程序编写方面的重视程度,作者根据个人多年来的教学经验,总结出下列几方面对策,分别是:
(1)加大对程序编写人员的教育、培训力度,使编写人员的技术水平不断提升,并且随时更新技术资料,再通过大量的数控机床切削模拟演练,使每个编写人员都能够掌握需要的技术以及实际经验。
(2)加强程序编写人员基础知识的掌握程度,保证其能够完全熟悉和掌握数控机床的指令以及其中包括的隐藏功能。
(3)保证编写程序的实用性,在对设备有着充分了解的基础上,应针对性的编写程序,减少走空刀等情况的发生。
2.2 人为因素
我国的机械数控加工技术正处于发展阶段,虽然得到了广泛的应用,但是仍旧由于人为因素或者其他客观因素而导致企业的机械数控加工设备出现大量问题,这个现象有着逐步加剧的态势。机械数控加工设备由于人为误操作等因素会不断加速设备的老化,而设备的老化就会导致设备加工精度降低,这样不仅会影响数控加工技术的使用,还会给产品制造质量与速度带来极为不利的影响。因此说设备管理人员应对机械数控加工设备进行定期检查和不定期抽查,来保证设备不存在隐患,一旦发现问题应立即通知维护人员进行保养和修理。此外,由于不同加工精度的零件对于机械数控加工设备的要求也存在很大差异,因此说按照零件的加工精度的不同区分进行加工,一些加工精度不高的零件只需要在规定时间内完成即可,不需要考虑加工精度,这对于延长机械数控加工设备的使用寿命具有非常大的帮助作用。
2.3 换刀问题
当加工数量过多时,为了保证零部件的加工质量与加工效率,我们需要进行换刀,这是最为便捷的方法之一,如果选择的刀具不合适,轻则导致零部件的加工精度不足,重则直接导致零件报废。选择合理有效的换刀方式不仅可以保证机械数控加工设备受到很少或者不受影响,还可以减少换刀时间的浪费,除此之外,还能够降低生产成本。因此说选择合适的换刀方式对于机械数控加工设备效率的提升具有极大的帮助作用,在这一过程中我们应对设备的各种因素进行有效掌握,保证换刀的正常进行,例如:刀具的顺序、位置以及走刀线路的布置等等,唯有将一切可能影响换到效率的因素都进行充分考虑,才能够在保证零件加工质量的同时,提升设备的加工效率。
3 机械加工数控技术水平的提升策略
3.1 建立完善的人力资源管理模式
21世纪科学技术是第一生产力,企业发展的核心就是人才,因此企业应对人力资源管理模式的建立和完善予以足够的重视,并通过加大人才培养力度,实现企业专业化、高素质人才的不断输出,为企业的长远发展提供足够的助力。总之,企业应在员工的素质与质量上下足够的功夫,囤积和储备足够的人力资源,这就可以使企业在激烈的市场竞争中获得足够的先机。
机械数控加工技术对于编程人员的素质与能力要求非常高,因此说企业应将编程人员的培养放在首位,应通过加强对编程人员的教育、培训,优化编程人员结构的方式,促使企业编程人员编程能力的不断提升,进一步实现企业数控机床加工能力与加工精度的提高。
3.2 采用先进的机床设备管理模式
与普通设备不同,机械数控加工设备的管理和维护需要使用科学的方法来进行。伴随着电子信息技术的不断发展,机械数控设备的管理和维护也都需要使用计算机来进行集中管理,并且由于数控设备的信息采集、整合以及交流、共享都需要计算机来实现,这就大幅度降低了机械数控设备的管理和维护成本。作为机械数控加工技术升级的重要组成部分,我们应改进数控设备的信息化管理方式,对机械数控加工技术进行优化,使我国的数控加工技术水平稳步提升。
3.3 合理选择刀具型号与种类
机械数控加工技术水平的提高离不开机床刀具的合理选择,因此我们要根据机械数控设备加工零件精度、阶段以及形式的不同,选择最为恰当的切削工具,安装合理的机床刀具不仅可以提高机械数控加工设备的加工质量与加工效率,还能够大幅度改善原有机械数控加工技术水平。不同的刀具在用途、性能以及材质方面有很大的不同,因此说我们必须选择恰当的加工刀具减少对数控加工水平的影响。刀具按照材料分可以分为三大类,分别是:硬质合金、陶瓷和超硬刀具材质以及高速钢三种,按照工艺用途又可以分为铣刀,孔加工刀具,螺纹刀具等,因此我们应对其进行合理选择,例如:平头型刀具不仅可以保证切削效率,还能够保证加工质量,陶瓷刀具加工质量高、耐磨性好。不同材质和性能的刀具适用于不同的加工阶段和加工方式,因此我们在选择是要在了解实际情况的基础上结合实际需求来进行选择,唯有如此才能够充分提高机械数控加工技术水平。
4 结束语
综上所述,为了提高企业的核心竞争力,机械数控技术水平的提升工作刻不容缓,作者虽然工作在教育战线,但是对机械数控技术的现状有着充分的了解,机械数控技术的落后已经极大的制约了我国制造行业的发展。因此,根据个人多年来的一些研究经验,并结合当前我国机械数控技术的实际情况,提出三条适宜的技术提升策略,希望能够对我国机械数控技术水平的提升有所帮助。
参考文献
要培养学生具备良好的职业道德和职业素质,具有熟练的职业技能、具备持续发展的能力、具有扎实的、系统的专业知识去解决实际问题的综合能力,传统的教学方式将无法达到此目标,必须进行一体化教学,必须具备相应的实践技能教学条件,同时需要教师思维跟进、教学法改革。一体化教学就是知识、理论、实践一体化;教、学、做一体化;时间、地点、内容、教师的一体化。常见问题:分离的安排。单元教学中,先讲后用。整体教学中,先集中理论,最后综合实践。大型实践课中没有知识、理论的配合。这些都是常见的非一体化安排,教师的观点应更新换代。为此,我们将教室搬到实训场所,先将学习内容项目化,学习以任务式,作业以产品式提交。理论知识与实际技能操作、发现问题与研究解决问题的方案都结合在一起,以项目化的教学方式完成。把课程需要掌握的内容从“老师讲过”、“老师讲得好”、“老师完成了教学进度”为基本要求,变成以学生有兴趣、学生有能力去“操作”好。学生学习知识不是老师“教”会的,而是学生“学”会的;能力不是老师“讲”会的,而是学生“练”会的。实践教学基地提供了这样必要的一体化教学条件。
2实践教学基地建成“校中厂”模式,提升学生专业技能和职业体验
依托广西机械工业优势,引进产品、引进管理、引进企业文化,积极参与企业的零件外协加工,建设生产性、经营性实训基地,以产促学。安排一年级学生进行金属工艺实习,安排二年级学生进行综合制造生产实习,安排毕业班的学生结合企业产品做为毕业设计课题。每天两班轮班,每班6小时,学生全面参与生产过程,其生产过程与企业生产工艺完全相同,模拟工厂模式管理,培植学生的职业观念,即实践教学基地建成“校中厂”模式。基地邀请行业、企业的专家来校兼课和讲座、参与修编新的教学大纲和教学计划。强化实践教学环节,以技能点为核心,重新规划课程,以项目为主线,整合课程。以项目教学、任务驱动、案例分析为主要手段,切实提高学生的实践操作能力,同时,聘用企业技术人员和能工巧匠担任学生的实习、实践的指导工作。目前,实训基地在校企合作方面,正在向生产型实训基地转型,承接了斯科特机械公司、南宁机械厂等企业外协件的加工。体现了“师傅就是教师”,“产品才是作业”,让学生参与企业的零件制造。校内基地建立了真实的生产环境,使学生能感受到企业生产的氛围,再把学生送到企业顶岗实习,在实习中巩固专业技能,初步形成了“校中厂”,同时体会“厂中校”职业感受。教学的同时,我们注重与企业技术交流。如为广西建工集团公司、广西糖业等企业开办技术培训班,进行职业技能培训和考证。
3实践教学基地拓展为综合素质培养的摇篮
3.1基地成立了专业建设委员会从南宁发电设备总厂、广州数控公司等企业聘请高级工程师,参与建设和开发。开发了《数控加工技术》、《数控维修技术》两门课程为项目过程教学一体化课程,以项目任务驱动教学,《数控加工技术》被确立为院级精品课程,获自治区教改立项;《数控维修技术》获院级课程和重点课程。
3.2校企合作组建冠名班与桂林福达公司和玉柴公司签订“订单式”培养合作协议书,组建了桂林“福达班”和“玉柴班”,近两年向这两家企业输送人才153人;与广州数控公司、深圳职业技术学院等单位签订培训合作协议,近两年进行培训就业一体化的学生共计73人。
3.3基地积极参与各级技能竞赛2010年南宁市职工数控技能大赛,南宁总工会委托我院在数控实训基地集训训3名选手,积极参加区内外数控大赛,有多人次教师竞赛获名次,多批次学生获奖,大大提升了学生专业技能。其中钟海强参加数控车工竞赛获个人第二名、参赛教师度国旭获铣床组第三名,刘唐荣获高职组第三名;2011年为广西建工集团培训员工参加广西第四届柳工杯数控大赛;实践教师多次参与数控大赛命题、评委工作,目前争取我院能作为南宁市数控大赛和广西数控大赛赛区之一。
3.4基地资源共享、积极参与企业生产服务近年来,承接了南宁斯科特有限公司、南宁机械厂、广西马土特机械有限公司多批外协件加工,共计近5万多件。主要由操作技能优良的学生进行加工,企业派师傅进行指导和验收。学生在学习期间就能参与企业的生产,为以后参加工作积累了一定经验,同时也帮厂家解决了一定生产能力不足的问题,专任老师也参与其中,对一些具体的生产工艺问题进行了解决。
3.5职业资格鉴定提升学生职业竞争能力近两年,鉴定数控铣床中级操作证、数控车床中级操作证、数控机床装调维修证257人次,数控教学团队教师参与数控机床装调维修证国家试题库编写,近年来培养的学生能快速适应企业工作岗位,很多都成为了了企业技术骨干,学生职业竞争能力大大增强。
3.6国际合作与交流学院外教处积极支持基地开展对外交流与合作。在基地人员出国访问、合作研究、聘请专家、引进人才、专项资助等方面给予基地特殊支持,以扩大基地的开放性和社会影响。数控梁教师到美国半岛大学交流学习一个学期,计划与美国半岛大学、新加坡理工学院、越南理工学院合作办学,互相派学生交流学习一、二学期。
3.7进行产品的开发和科学研究充分利用新配置设备,如西班牙进口的三坐标测量仪、五轴数控加工中心和数控铣床等,进行产品逆向设计、模具设计,给教师提供了科研的基础条件,同时,学生到科研团队中参与科研,培植学生的科研意识,培养学生敢闯、敢冒险、敢于怀疑和批判的创新精神。
4结束语
【关键词】薄壁零件;加工变形;工艺措施;误差补偿;高速切削
薄壁零件通常也叫薄壳零件,这类零件的壁厚和它的轴向或径向尺寸比较相差很悬殊,一般认为零件的壁厚与零件最大尺寸比值小于1/20时,就属于薄壁零件。由于这类零件具有重量轻,节省材料,结构紧凑,占空间位置少等特点,因此在机械、航空航天、船舶等很多领域中有较广泛的应用。当然这类零件的加工方法有多种,例如车削、冲压、焊接、滚压等,但对于一些截面比较复杂而尺寸精度和表面粗糙度要求又比较高的薄壁零件,经常采用车削的方法来加工,因此车床上车削加工薄壁零件是一种很重要很普遍的加工方法。
在实际车削加工过程中,由于薄壁零件的毛坯刚性差、强度弱,所以容易发生变形,导致零件的几何精度、位置精度、表面质量等受到影响,易保证零件的加工质量,给车削加工带来一定的困难。因此如何提高薄壁零件的加工精度,减少加工变形,保证产品合格率是业界内越来越关心的话题。因此对薄壁零件切削过程中的常见问题及解决方法作如下讨论。
1.工件装夹不当产生变形
薄壁零件在夹紧力的作用下容易产生变形,影响工件的尺寸精度和形状精度。车削时为了方便,常采用三爪自定心卡盘装夹工件,如图所示,用三爪自定心卡盘装夹薄壁圆柱零件外圆加工内孔时的示意图。当卡爪夹紧工件时,由于卡爪和工件外圆表面间的接触面太小,导致夹紧力分布不均匀,在夹紧力的作用下,工件与卡爪接触的部位产生弹性变形,使零件呈现出三棱形如图1。三棱形内孔经过车削加工为圆柱孔后,不松开卡爪测量孔的尺寸,完全能符合零件图所规定的尺寸要求如图2。但由于内孔的加工是在工件已产生弹性变形的状态下车出来的,加工完毕松开卡爪后,卸下的工件外圆因弹性变形恢复成圆形,而已加工出的圆柱孔则变成三棱形,如图3所示。
同理用一般三爪卡盘的卡爪涨紧薄壁件的内孔加工外圆表面时,也会出现类似的变形情况。
为避免出现这种情况,可用措施如下:
1.1采用开口过渡环
根据工件的外径做一个开口过渡环,将其装配在工件在外面,三爪卡盘直接和过渡环接触夹紧,而工件则通过开口过渡环来夹紧,这样夹紧力也就均匀分布在极大的工件接触面上,可避免工件的装夹变形,如图4所示。
1.2采用专用卡爪
专用卡爪也就是软卡爪,采用软金属材料并加大接触面,工件夹紧时夹紧力就能较均匀地分布在较大的工件接触面上,可有效地避免装夹变形。使用软卡爪装夹薄壁零件是一种即简便又行之有效的装夹方法,软卡爪可根据工件的实际情况做成不同的形状。为提高定位精度,在使用卡爪前,应使其在夹紧或涨紧状态下,根据工件尺寸对其定位基面精车一刀,使它和工件定位基准尺寸一致,如图5所示。
1.3变径向夹紧为轴向夹紧
由于薄壁零件径向刚性比轴向差,为减少夹紧力引起的变形,当工件结构允许时,可采用轴向夹紧的夹具,以改变夹紧力的方向,如图6所示。
1.4增加套类薄壁件毛坯刚性
在零件的夹持部分增设几根工艺肋或凸边,使夹紧力作用在刚性较好的部位以减少变形,等加工终了时再将肋或凸边切去,如图7所示。
2.切削力引起变形
当刀具切入工件挤压被切削金属时,材料内部晶粒变形,分子之间产生滑移,形成材料与晶粒之间的内摩擦。当切屑形成后,它又沿着刀具前面排出,切屑和刀具前面之间、刀具后面和工件加工表面之间形成外摩擦。内、外摩擦力在切削过程中作用在刀具上,阻止刀具进行切削,形成切削抗力即切削力。它是由几个分力组成的空间力,为便于分析计算,一般将其分解为相互垂直的三个力:主切削力、径向切削力和轴向切削力。
径向(轴向)切削力使刀具在切削过程中产生径向(轴向)反作用力,使工件产生弹性变形和振动。若工件不同部位刚度不同,则在切削加工时产生的弹性变形也不同,使刀具实际切去的材料厚度不同,最终导致工件产生变形。
例如工件两端刚度好,越靠近中间刚度越差,则在径向切削力的作用下,越靠近中间产生的弹性变形越大,即“让刀”越严重,致使刀具在两端切去的金属多,中间切去的金属少,则加工的工件呈现中间厚,两端逐渐减薄的曲面形状。
轴向切削力同样由于工件从中心到外径处刚度的不一致,产生不同的弹性变形,最终导致工件端面不再是一个平面而呈现一个凹心面或凸肚形状。
在实际切削加工过程中,切削力是必然存在不可消除的,但可以采取有效措施来改变切削力的大小,从而减小工件因切削力而产生的变形量,提高加工质量。对切削力有影响的因素有很多,主要归纳为几下几方面:
2.1刀具的几何参数
2.1.1前角
在一定范围内,切削力随前角增大而减小。因为前角的大小,决定着切屑变形情况和切屑与刀具前面的摩擦情况,若前角增大会使切屑变形和摩擦均减小,切削力减小。但前角不能太大,否则会使刀具的楔角减小,刀具强度减弱,刀具散热情况差,磨损加快,所以,一般车削钢件材料的薄壁零件时,用硬质合金刀具,前角取 5~20°,粗车时取小值,精车时取大值。
2.1.2后角
一般情况下,切削力会刀具后角的增大而减小,因为后角决定着刀具后面与工件切削表面之间的摩擦力大小,后角大,摩擦力小,则切削力减小。但后角也不能太大,否则会引起刀具强度减弱等不良后果。在车削钢类薄壁件时,硬质合金刀具后角取2~12°,粗车时取小值,精车时取大值。
2.1.3主偏角
刀具主偏角 在30~60°时,主切削力随主偏角的增大而减小;主偏角在75 ~90°时,主切削力随主偏角的增大而增大;通常主偏角在60~75°时,主切削力较小。此外,主偏角的增大,使轴向切削力增大,径向切削力减小。车削套筒类薄壁零件的外圆表面时,取大的主偏角。
2.1.4刃倾角
刃倾角的变化,对主切削力的变化不大,但对轴向、径向切削力的影响却很大。实验表明,当刃倾角增大时,使轴向切削力增大,径向切削力减小。
2.2切削用量的选择
车削过程中,背吃刀量和进给量增大时,切削面积将增大,导致切削力增大。但当切削面积相同时,增大进给量比增大背吃刀量对切削力增大的影响要小。所以,粗加工时,背吃刀量和进给量可以取大些,背 吃 刀 量 一 般 在 0.2~2mm,进 给 量 一 般 在0.2~0.35mm/r:精加工时,背 吃 刀 量 一 般 在 0.2~0.5mm,进 给 量 一 般 在0.1~0.2mm/r 甚至更小。
当切削速度大于50m/min时,随着切削速度的增加,前刀面上的摩擦系数减少,剪切角增大,变形系数减小,切削力将减小。因此粗车时要选用50~80m/min,精车时用尽量高的切削速度,可选用60~120m/min,但不易过高。因此在切削加工时,需合理选用三要素才能有效减少切削力,从而减少变形。
3.切削热引起变形
在车削过程中,由于切屑变形和切屑、刀具、工件间的摩擦,产生大量的热,它传到刀具上使刀具的硬度降低,加速刀具的磨损,使工件加工表面光洁度降低,它传到工件上,使工件产生热变形。使用切削液能够吸收并带走切削区域大量的热量,减小工件因热变形产生的误差,切削液还能渗透到工件和刀具之间,减小摩擦并冲走吸附在刀具和工件上的细小切屑。因此合理地使用切削液能减小切削力,提高刀具耐用度,提高加工表面质量,使工件不受切削热的影响而产生变形,保证加工精度要求。车削钢类薄壁零件时,一般建议使用乳化液,而工件表面质量要求高时使用矿物油较好。
4.振动影响精度
车削薄壁工件时,变形与振动相互影响,使工件变形加剧,影响工件加工精度。虽然振动不可能完全消除,但采取必要的措施可以减少振动。
(1)调整车床的主轴、刀架、床鞍等运动部件的间隙,使其处于最佳运转状态,加强工艺系统自身的刚度。
(2)使用吸振材料。
用软橡胶片、橡胶软管、泡沫塑料等吸振材料,填充或包裹工件后进行车削,有减振甚至消振的作用。薄壁工件内孔精加工完毕后,精车外圆前可将预先准备好的软橡胶片卷成筒状,塞入工件孔内,当工件旋转时,在离心力的作用下橡胶片将紧贴孔壁,能阻尼减振并防止振动的传播,若薄壁工件的外圆已完成精车,需继续精加工内孔时,可将软橡胶胶管均匀地绕在工件外圆上,也能获得较少振动的效果。
(3)远离振源。
车削中途发生振动应立刻停止,先用降低主轴转速、减小背吃刀量、增大进给量的方法消除振纹。然后对刀具几何角度是否合格,工艺系统刚度的好坏等进行仔细检查,无误后重新开始车削。
5.工艺路线的拟定
薄壁零件由于本身刚度差,易变形,因此其工艺过程可划分为粗车、半精车和精车三个阶段来拟定工艺路线。在粗车中产生的误差和变形可以通过半精车和精车给予修正,并逐步提高零件的精度和表面质量,得到合格产品。
在考虑工艺路线时还应重视热处理的安排。在毛坯形成后,粗车前之前应安排人工时效处理,这可消除毛坯制造过程中产生的残余应力,为粗车减少变形量。在粗车后,精车前,必须再安排 一次或多次时效处理,以消除粗加工时产生的应力。对于提高工件表面硬度、改善工件表面力学性能的淬火、渗碳淬火等热处理通常安排在半精加工和精加工之间。
6.薄壁零件新型加工方法
6.1误差补偿技术
薄壁零件的数控加工技术是现代制造企业的核心技术,误差补偿技术应用于薄壁零件加工是通过分析各种不同的误差来源及变化规律,建立适当的误差模型进而有效克服切削力变形、热变形等数控机床加工误差因素的影响,提高零件加工精度。其中南京航空航天大学何宁教授提出的刀具偏摆数控补偿工艺,基本思想是通过建立受力模型、变形模型及数控补偿模型得到数控补偿方案,是使用有限元分析法,模拟分析切削加工时变形的大小,在数控编程时通过刀具偏摆,让刀具在原运动轨迹基础上按变形程度附加连续偏摆,补偿因变形而产生的让刀量,实现一次清除让刀残余材料,使薄壁零件壁厚精度得以保证。从而保证加工精度。数控补偿工艺需配备高精度五轴数控机床,适用于高端制造行业,如航天航空加工中。
6.2高速切削加工技术
高速切削是当今制造业中一项快速发展的新技术,一般认为应是常规切削速度的5~10倍。在工业发达国家,高速切削正成为一种新的切削加工理念。切削温度、切削力通常随切削速度升高而升高,但超过一定范围后,反而随切削速度的升高而下降,如图8所示。所以高速切削薄壁零件具有以下优越性:
(1)高速切削时,由于采用极小的切削深度和很窄的切削宽度,因此和常规切削状态下的切削力相比至少可减小30%,所以在加工薄壁、薄板类零件时可减小加工变形,易于保证零件的尺寸精度和形位精度。
(2)高速切削时由于切削热的95%将被切屑带走,工件温度升不高,工件的热变形小,这对于减小薄壁、薄板类零件的变形非常有利。
(3)由于工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感,而高速切削时,刀具切削的激振频率很高,远离了零件结构工艺系统的低振频率范围,不会造成工艺系统的受迫振动,从而避免切削振动,实现平稳切削降低了表面粗糙度,使加工表面非常光洁,可达到磨削的水平。
(4)高速切削加工允许使用较大的进给率,比常规切削加工提高5-10倍,单位时间材料切除率可提高3-6倍,加工效率得到很大提高。
图8 高速切削区概念
超高速机床是实现超高速切削的前提条件和关键因素,因此机床制造难度大,刀具和计算机辅助设计生产软件等技术含量高,价格昂贵,投资很大,目前国内的高速切削水平和国外相比还有较大的差距。
本文介绍薄壁零件常见种类及特点,分析了薄壁零件在加工中较易出现的一些问题并提出了相应解决方法,希望在实际生产加工过程中能有一定的借鉴性。另外对薄壁零件高精度、高效率加工的几种新型方法作了简单的阐述,虽然这些技术在国内加工水平还不够成熟,但只要我们紧跟世界各种先进切削技术发展步伐,加强对薄壁零件加工方法及工艺技术的研究,肯定会缩小与发达国家的制造能力上的差距,使各种先进制造技术得以推广发展。
【参考文献】
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[2]晏丙午.高级车工工艺与技能训练[M].北京.中国劳动社会保障出版社,2006,7.
[3]陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具[M].北京.机械工业出版社,2011,7.
关键词:机械制造;自动化实践
1前言
机械制造及自动化是一类知识丰富,具有较强专业性、技能性的学科。自动化技术的创新发展令其综合优势渗透至机械制造领域中,并发挥了核心效用价值。因此两者的结合需要丰富实践生产经验,提升技术工艺水平,应重点关注生产制造阶段中各类常见问题,制定科学有效的应对策略。
2 机械自动化发展状况
机械自动化技术产生自上世纪初期阶段,便实现了快速发展,在社会生产众多行业实现了广泛应用。尤其是信息时代,计算机、网络信息技术的集成化发展,创建了计算机集成生产制造体系,全面加快了机械自动化的优化更新速率。良好的发展环境为机械自动化开创了广泛的发展机遇,发达国家则取得了骄人成绩。而在我国,机械自动化发展还需进一步深化扩充。虽然,我国较多制造生产行业意识到机械自动化应用技术的综合优势,并逐步积极引进,然而,同工业发达区域比较,我国机械制造自动化发展程度仍旧存在一定差距。
管理层面,工业发达地区全面应用计算机技术进行管控,注重组织以管理,推进实践生产模式的优化更新,并创立了准时生产、精细化建设、敏捷快速制造、并行工程建设等新型管理思想与丰富技术手段。然而我国一些大型企业单位对于引入计算机技术手段强化服务管理却没有全面重视,而较多小型企业单位则仍旧停留在经验管理发展阶段。设计工作中,较多工业大国均快速优化更新设计准则以及信息数据,应用创新设计方式,并引入CAD计算机辅助手段优化开发规划,逐步进入了无纸化设计以及高效生产的时代。而我国应用CAD技术的整体百分比仍需进一步提升,致力于设计投入,方能提升综合发展水平。应用制造工艺阶段中,较多工业发达地区应用高精密性生产、精细化加工、纳米、微米手段、微型机械生产、激光加工、电子技术手段、复合生产模式以及超塑加工生产等创新方式,令产品制造更为精密、细致,生产效率全面提升,发挥了机械制造自动化技术显著优势价值。然而我国在实践生产阶段中对该技术的普及应用却仍旧需进一步强化,扩充开发投入与细化研究。机械制造自动化技术的快速发展,令数控机床、现代化集成管控制造体系、柔性化生产单元、系统以及加工生产中心创立形成,并实现了大范围应用,营造了柔性化、集成性、自动化与智能化的生产模式。我国机械化生产中应用该类高尖端自动化技术手段则呈现出普及率有限,没有注重扩充投入,自动化生产水平有待进一步提升的状况问题。
3 机械制造自动化同CAPP技术的集成应用
机械制造生产阶段中,工艺流程设计为有效连接产品规划以及工厂生产制造的媒介枢纽,可进行各类生产计划以及管理控制的统筹协调,为其提供必要依据。还为企业生产工艺过程创建了良好的法规制度。进行工艺过程的规划设计,需要积累丰富经验,实践阶段中会受到较多因素的作用影响。倘若一味的进行传统生产工艺的设计,则无法全面适应当前机械制造生产市场产品多样性、小批量性的综合需求。为全面适应现代化机械制造技术的快速发展以及市场建设的现实特征,应用CAD以及CAM技术系统,实现集成智能的发展则成为形势所需,而该过程之中CAPP技术起到了无可替代的重要作用。伴随计算机、网络技术在机械制造生产行业中的扩充应用,实现辅助设计技术CAD以及辅助制造技术CAM的有效集成成为必然趋势。在两类技术之间,发挥桥梁媒介作用的工艺过程设计的相关辅助技术CAPP则逐步诞生。该技术优势功能在于,可进行设计信息的整体录入,比选具体的工艺路线并进一步明确工序内容以及应用的机床工具、生产刀具等设备。同时,应用该技术可明确机械制造生产具体的切削量,并进行所需工时以及投入成本的进一步估算,将相关工艺文件进行全面输出。从上述工作过程不难看出,应用该技术需要掌握有关金属切削的技术手段与理论知识,同时应明确机械生产加工具体的工艺规程,熟悉典型零部件的生产加工工艺,了解表面质量信息,掌握成组技术、明确切削机床操作应用、各类刀具夹具生产应用技巧。还应学会应用计算机技术进行绘图制作,完善数据信息整理,进行丰富图形的集成操作,构建几何以及特征系统建模,组建系统化工程数据库,掌握相关CAM以及CAD应用技术。
由此可见CAPP技术应用具有一定难度,且相对复杂。然而其优势作用显著,可全面摒弃以往手工制作工艺文件的滞后模式,令实践工作效率显著提升,并令生产周期全面缩减,确保工艺文件内容的良好一致,提升工艺规程整体精密性,预防生产管理阶段中出现的偏差错误,并为机械自动化工艺生产过程的良好优化以及集成生产开创有利的环境条件。集成生产制造计算机体系核心内容为全面优化集成,CAD
以及CAM 技术的集成应用则构成了计算机集成制造体系的技术单元以及内容核心。该体系之中CAPP技术可由CAD模块内快速的掌握各零件的内容信息。包括几何、工艺参数以及材料信息等,进而可取代人机交互进行的零件信息录入,节省生产环节所需时间。应用CAPP将输出CAM需要的各类资讯信息,而该目标的实现需要设计以及制造产品的两环节完成集成化的信息提取、综合交换、共享应用与全面处理。
伴随计算机集成制造系统的全面推广与拓宽研究应用,CAPP逐步成为机械制造自动化生产领域的核心工具,并逐步受到全面重视。倘若仍旧采用传统的人为操作与干预指导,进行CAD技术以及CAM技术的集成,借助图纸实现信息的获取交换以及综合处理应用,该类过程将包含不断的重复处理,还会引发中断等不良问题,增加了中间冗余环节,并会对产品的规划设计,机械制造生产工艺的整体质量以及工作效率造成不良影响。为此只有科学应用CAPP体系技术,方能有效的应对CAD、CAM 同CAPP的互联操作问题。还可全面实现数据库信息通过CAPP完成加工处理与现代化集成应用。计算机集成制造体系各类分系统,则需要应用CAPP完成各类数据信息的呈现应用,进而制定有效应对决策。
4 发展机械制造自动化,提升实践生产效率
基于机械制造自动化技术的综合优势,应继续扩充研究开发力度,引入计算机、自动化技术,完善数控编程,优化数控操作系统,提升实践生产效率。同时可引入计算机虚拟仿真技术,进行机械制造自动化生产加工的有效模拟与仿真,丰富工作人员实践操作经验,令其通过综合训练,提升自动化生产水平。机械制造数控加工开放性特征,适应于引入计算机网络系统技术,利用其通信协议,基于网络平台,借助图形呈现、动态模拟、快速通信完成独立功能系统模块的开发,并借助通信通道高效完成信息处理交换,符合开放机械自动化数控加工管控的整体需求。
5 结语
总之,机械制造及自动化生产发展是适应时代特征、满足市场需要的必然趋势。实践工作中,我们只有明晰自动化、现代化技术、计算机手段应用特征,促进机械制造科学引入自动化手段,实现系统集成应用,方能提升工作效率,实现创新发展,扩充生产效能,创设显著的经济效益与社会效益。
参考文献:
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关键词:电机;交流;伺服;控制器
电机驱动的三大类
从硬件角度看,电机驱动包括变频器、驱动和伺服三大类。区别是:变频器是简单的VF控制、以“处理器+功率模块”为主,再加上一些保护措施。驱动加上了电流检测,电流检测跟扭矩直接相关,参与到整个控制算法。伺服是在驱动器基础之上加上位置和速度。
变频器基本上用在建筑机械、港口机械、电动自行车、变频空调,或者泵、风机等中。驱动应用是用在工厂自动化。伺服用于先进制造,例如CNC(数控机床)和机器人等。市场驱动因素
有三大原因促进了电机驱动市场。第一是能源效率。据统计,在整个国家的能源消耗中,电机占了约40%的消耗。可见从电机上能够节省出来的能量会是非常巨大的,所以节能需求是电机的一个永恒主题。第二是生产效率,与工厂自动化相关:另外还包含人员的效率,即研发工程师的产出效率。第三是联机、互通性。互通性更多体现在先进制造上,即运动控制系统,或多轴联动系统。工业4.0或工业IoT(物联网),是基于原有的基础设备做了网络上的提升,所以属于互联互通性。
再有,现在我国有强制性的标准,把低效率的电机用高效率的电机进行替换,并有适当的政府补贴,比如注塑机,把由液压控制变成电机控制:电动汽车的采用等。国家政策带来的直接结果,就是电机市场总量的持续攀升。
节能与“中国制造2025”政策带来的趋势,就是伺服和驱动器在整个电机控制当中的比例逐步上升。例如,现状是70%-80%的市场还是低端的产品,但先机电机产品的比例会逐步提升,例如机器人产业,国家希望在2025年国产化的比例达到45%。我国电机市场现状
工业4.O很热,但工业4.O可能不太符合中国国情。同顾整个工业时代,第一次工业革命(工业1.0)是蒸汽机,第二次是电动机,第三是计算机自动化,第四是网络化。其实中国的现状实际是处在3.O的初级阶段,离4.0还差得很远。即便日本也仅处在3.0的后期。现在对4.0更多是处于概念的探讨,还没有结论。
“中国制造2025”才是为中国带来机会的核心驱动力。因为在2025规划中定义了十大应用领域,其中之一是CNC和机器人,它们基于伺服系统,并以其为基础的高端系统级应用。这其中需要用到电机控制。对于ADI等半导体公司来说,机会在伺服控制。
以交流伺服为例,我们来看一下当前的市场格局:日系产品(松下、安川、三菱等)占据了市场接近一半的份额:欧系以西门子、施奈德、ABB为代表,占了将近20%;中国台湾系主要是台达,占了近10%的份额。可见,国内厂商全部加在一起可能还不到20%,要实现45%的比例,本土企业上升的潜力是非常巨大的。交流伺服:ADI的重点关注
CNC和机器人是系统级产品,其中系统级的软件及主控端的开发是系统制造商的核心竞争力。
半导体厂商的机会在哪里?系统设备离不开电机控制(图1)。电机控制部分有很多控制功能(图2),主要基于半导体元器件来实现,并且这部分市场总量非常明显,因为一个系统会有5、6个轴数,而在主控端一个系统只有1个。
电机控制分成三大类:变频、驱动器和伺服.ADI的核心机会是伺服控制(图3),包括交流同步或者交流异步。整个市场上,交流伺服所占比例大,并且在持续增长,因为交通伺服有多方面的优势,包括控制性能和电机效率提升、而且整个系统生产成本较低。
为此,ADI的策略是重视系统方案的推广,第一就是提供一个完整的信号链,以及系统级的解决方案,包括算法、工具等。
第二特别针对国内产品研发周期较短的特点,不仅提品本身的知识,还要上升到系统层面的知识。例如,针对一个伺服新产品,国内可能是半年或者一年的周期,但是欧美客户可能是一年以上接近两年的时间。这就要求半导体厂商能够跟客户做很多系统层面的探讨,也许客户要求半导体原厂帮助他解决掉元器件相关问题,而客户更多地专注于算法本身,所以半导体厂商是否有非常资深的AE(应用工程)支持网络,对客户也是非常重要的选择。
第三,重视系统方案厂商。这是因为产业互相跨界融合的趋势明显,之前很多系统级的集成商把重点放在本身的应用软件和主控板的开发上,但现在系统厂商已经不满足于做系统层面的开发,还开始向下扩展,做控制器,甚至做电机;做控制器的厂家也开始做电机、编码器,尝试做数控机床。因此,第三方特别是有资质、有能力的第三方无疑是非常好的选择。ADI可以把~个完整的第三方方案提供给系统厂商,系统厂商可以直接做系统级的测试,从而决定购买还是做设计。中国电机客户会是哪些’
作为ADI公司、第一关注点是国内客户,第二关注点是一些跨国公司在国内的一些研发。同时也在观察着日本客户,因为尽管目前日本客户没有明确研发举动,但接下来可能会走上这条路、否则日本在中国市场会越来越小。
在中国的海外客户各有特点。最积极主动的是欧洲和北美在华客户,日本客户相对保守、他们在中国更多偏向于生产,而不太做研发。中国台湾客户以台达为代表,有研发中心,但是更多偏向于电源及相关产品,伺服控制也没有特别多。
所以ADI把重点之一放在欧洲和北美客户,特别是欧洲客户,欧洲客户以博世、西门子、施奈德为代表。他们在国内的产品研发更多是满足国内的需求,而不是定位做价格非常便宜的产品,他们着力要做产品性价比刚刚好的产品,但不可否认,即便是这样的产品定位,从他们整个公司垂直产品线来看,也属于中端或中低端产品。相应的高端产品其实还是满足国外的需求。
国内本土客户也是类似的现状,国内客户现在即便是市场份额有将近20%,但是更多的份额偏向于低端,正在朝中端过渡。可以预见到2019年、2020年国内客户可以覆盖一部分高端的应用,但是也很难预测它们就能在高端应用上有非常大的体现。原因是电机控制或者工业相关的应用需要成熟、稳定,没有相对的技术积累难以在短时间内突破。
中国与先进国家地区的差距在哪?
首先第一个很主要的原因,无论西门子还是安川,身为系统提供商,却不单销售控制器,而是完整的系统,即销售CNC或机器人。国内客户跟国外客户相比系统层面的差距更大,如果电机控制器的差距是5个百分点或者五年的差距,可能系统层面就要达到十年的差距。这些国外客户在卖系统的同时一定是用自己的产品,带动了其整个量足够大,这是无法忽视的事实。并且系统层面带来额外的利润/附加值是更高的,对价格的压力也不是那么大。另一方面,对于伺服控制器,国外客户在整个产品级的生产上经验是更丰富的,如果从某一个角度看,可能算法层面国内客户有人做得也很好,但是如果放在整个产品的生产来看,就未必有国外做得好,这包含各种各样的环节,诸如产品故障率、生产流程控制、生产管理等。从驱动向伺服升级面临的难点
关键词:钢结构;厂房施工;质量问题;控制
一、影响钢结构施工质量的主要因素
1事前准备因素
首先对钢结构图纸进行详细注解,钢结构图纸都是针对结构进行设计,缺少对细部的图纸设计,尤其在结构连接点上,需要进行细化,使其能够直接指导施工,但是在图纸细化的过程中由于缺少审核,往往会出现定义混淆,容易出现质量隐患。其次施工方案在编制过程中缺少实质性技术支持,施工周期的确定上不能做到切合实际,很多施工因素都受环境、施工技术的影响,这容易使工程管理者在客观的执行施工计划,使很多施工程序都会被简化。另外钢结构在施工前必须对施工方案进行有针对性的考察,而且要通过建设单位的审批。
2施工因素
在施工中最主要的施工技术为焊接工艺,在施工中要制定有指导性的技术性文件,现阶段施工中经常会忽略这一问题,且在施工中不针对工程材料特点进行相应的工艺评定,同时很多新材料和新技术不容易被推广,使焊接工艺和焊接操作纯在较大的差距,造成工程质量隐患。
二、钢结构厂房施工过程中常见问题
1施工技巧问题
钢结构厂房的施工技巧主要是指施工方法是否正确,方案是否合理、流程是否规范、工艺是否科学等,在施工中这些因素都会影响到钢结构厂房的质量,有些施工单位不注重对施工方案和施工工艺的修改,还是以传统的方式进行施工,引发施工质量较差、施工效率较低的现象,同时增加的劳动力和材料成本的支出,既没有强化主体结构还浪费了宝贵的资源,影响了施工进度和经济效益。
2安装问题
钢结构厂房的安装问题主要集中在安装程序和违规操作上,施工中有的安装企业在安装钢架前,把钢架的支柱一个个接起来,这是非常危险的施工,有的没有固定主柱就把其它的钢结构固件进行安装,施工中还需二次返工,无形中增加了人力和物力的浪费。安装细节上也要注意,包括:没拧紧螺丝、焊接不严密、标记不清、焊接不除锈等,这些因素都对钢结构厂房的质量产生影响。
三、钢结构厂房施工中存在的主要质量问题
1图纸抄袭
很多业主在设计阶段都会压缩设计预算,这就使设计单位在设计过程中出现图纸抄袭的现象。促使很多厂房的结构和布置形式一样,有的设计师为了节省工作时间,直接利用以完工图纸进行改动,这就会在设计的过程中,出现设计遗漏。同时降低设计成本会使图纸在审核过程中也不被重视,对图纸中存在的问题视而不见,对错误的结构尺寸依然沿用的状况。
2钢结构质量不合格
我国有很多型钢的生产厂家,这些厂家的生产能力参差不齐,生产能力强的厂家都是用数控机床来完成加工,这类生产厂家在型钢的制造、钻孔、除锈等方面技术十分先进,同时这些生产厂家都具备较全的资质。有些技术和实力相对落后的小厂,则是采用人工加工的形式,这不仅会造成型钢构件的尺寸问题,同时为了降低成本,这些小厂商会最大限度的降低原材料成本,并且简化施工工序,这加大了型钢构件的质量隐患。
3房结构厂房施工不规范
能进行钢结构厂房施工的外协队伍有很多,这些队伍有着不同的施工能力,队伍的人员配备,施工资质都有很大区别,如果施工队伍的管理不规范,就不能进行很好的施工,使施工组织不规范,不仅降低了施工效率还为厂房钢结构的施工质量带来隐患。
4钢结构厂房焊接工艺薄弱
焊接是整个钢结构最重要的施工工序,它不仅使结构部件进行衔接,同时还起到一定的承载能力,但是目前电焊人员的施工技术水平差距较大,在焊接过程中会出现气泡、焊接缝隙、夹渣等问题。
5施工管理不完善
施工管理是整个工程的支柱,它贯穿整个施工过程,还要对工程的组织、技术等方面起到指导作用,另外施工管理还包括对工程完工后的交付工作。但是目前很多钢结构厂房施工项目都存在管理上的不完善中,首先是施工队伍人员组织不清、缺少重点岗位人员;其次项目的监理单位对本质工作不重视,很多监督环节只是基于形式,导致质量问题的频发。
四、钢结构厂房的质量控制要点
1钢结构厂房焊接的质量控制
钢结构厂房焊接质量控制主要包括两个方面:首先在钢结构焊接前一定要做好焊接件坡口的清理工作,确保坡口无杂质,并检查焊接原料是否经过正常的烘培,达到施工要求后方可进行焊接,同时检查上岗焊接员的上岗证,并对焊接工艺进行监督,强化规范操作和流程管理,以此来保证焊接施工的质量,如果发现质量问题查明原因及时整改,焊接过程注意焊件因加热过度的变形,减小变形的误差范围,以满足设计要求和施工质量规范为主,切不可随意改动;其次,在现场焊接时还要考虑到对焊缝施工的质量控制,这主要是指焊缝的施焊顺序,因为焊缝会影响厂房整体结构的安全性,所以必须给予足够的重视,安装过程需要对构件两侧的焊接温度和速度进行有效的控制,保证对称焊的质量,梁与柱的接头焊也应先焊工字钢的下翼缘板,再焊上翼缘板,主梁焊接时应先焊一头,等其冷却至常温后,再焊另一头。
2钢结构厂房主体安装的质量控制
钢结构厂房因主体构件较多种类相对复杂,在安装中因尺寸、形状、重量存在差异,安装时应针对不同的厂房结构进行合理的计划,选择适宜的吊装方法进行安装。在安装过程中要注意钢柱的吊装,因钢柱起主要支撑作用,所以必须要注重精度的准确,吊装前应在柱脚底部和安装基础上做好轴线,并在柱体上标注标高控制点,减小安装误差。钢梁吊装前要将各段钢梁进行预拼装,保证拼装顺序无误,并对吊装完毕的钢梁进行测量,同时确保钢粱的垂直、平直、侧向弯曲、螺栓的拧紧程度以及摩擦面清理情况符合设计以及施工要求。
3钢结构厂房构件连接的质量控制
钢结构厂房的构件连接主要以构件焊接和螺栓连接两种方式为主,传统的方法都是通过高强螺栓进行主次梁的连接。施工中必须做好螺栓连接的质量控制,在普通螺栓连接前一定要对螺栓的质量进行核查,其中包括:出厂证明、质量合格证、检验报告、现场复试报告等,如果螺栓的某项技术指标达不到设计要求,则应马上进行更换,螺栓固定后也要对固定点进行质量抽查,确保栓头和螺母牢固不偏移。高强螺栓连接构件进要做好摩擦面的加工质量及安装前的保护,并检测高强螺栓的抗滑性和稳定性,针对不同批次的高强螺栓,必须严把质量关,有必要时还应做轴力试验,强化高强螺栓安装时的操作方法、顺序、拧实度的检查,确保高强度螺栓的初拧、复拧、终拧的质量控制。