随着制造业技术的不断进步和发展，国内航空制造领域对提高难加工材料工件加工效率和加工质量的要求也越来越高。数控加工中，因各种原因发生的刀具磨损、刀具断裂、主轴碰撞等故障都会对正在加工的工件甚至机床本身造成损坏。由于难加工材料工件加工成本高，加工周期长，加工难度大，如果在加工过程中由于刀具或机床碰撞等原因对工件造成损坏，其损失将会很大。因此对用于难加工材料工件的数控机床进行刀具和运行状态的实时监控，是目前国内制造加工领域觅待解决的一个重要问题。 德国ARTIS刀具监控系统是对加工中心机床加工过程中刀具磨损或断刀、主轴碰撞等机床状态进行监控的一套监控系统，在国外使用较多，在国内大型数控机床，特别是用于难加工材料工件加工的数控机床上鲜有应用。本文以自主研发的某型号大型数控机床为例，介绍通过对ARTIS刀具监控系统的应用和开发设计，实现对机床刀具状态和加工过程的实时监控。 该型号大型数控机床为五坐标数控机床，龙门移动结构，X,Y,Z,A,B五轴联动，机床主轴为四档机械主轴，最高转速达6 000 r/min，具有主轴功率大、扭矩大、变速范围大、转速高等特点，适用于由难加工材料制成的结构复杂、精度要求高的大型整体结构件的加工。机床配置西门子SINUMERIK 840D Powerline数控系统，SIMODRIVE 611 D全数字交流伺服驱动及伺服电动机。为保证加工质量，提高加工效率，有必要应用ARTIS监控系统对机床刀具工作状态、碰撞、主轴振动、加工过载等进行实时监控。机床及ARTIS系统配置 ARM系统是适用于机床制造商对机床刀具及工作状态进行监控的一套系统。机床制造商通过配置专用传感器及配套模块，根据机床结构进行传感器安装和硬件连接，配合进行相关软件设计，即可实现根据监控信号的特征值，对钻、铣、攻丝等加工过程中的断刀、缺刀、刀具磨损、碰撞、加工过载、刀具不平衡等进行实时监控，监控结果可记录在日志文件中，也可在机床数控系统的人机页面上显示。 (1)数控机床配置 SIEMENS PCU50;SIMODRIVE 611D;WINDOWS XP操作系统;Profibus总线接口;SIEMENS 840D NCU软件版本不低于6.4;SIEMENS 840D系统具备在线刀具监测、自适应控制等选项功能。 (2) ARTIS系统硬件 CTM卡:ARTIS监控系统的核心部件，CTM卡安装在PCU50的PCI插槽中。 VA-1或VA-2:振动传感器，安装在机械主轴上，用于监控主轴状态，建议安装在主轴轴承端面。 VG-4:振动传感器信号转换模块，可接2个传感器，这台机床为单主轴，仅使用I个传感器。根据传感器电缆长度，将VG-4固定安装在机床合适位置。 ARITS系统硬件连接如图1所示。 (3) ARTIS系统软件 ARTIS系统监控软件:用于监控过程处理、统计等功能，集成在CTM卡中。 CTMVISU:ARTIS监控系统可视化软件，安装到PCU50中，将采集到的信号通过不同通道实时显示。 DTA:集成在CTM卡上的选项功能，通过Profibus总线将机床数字扭矩数据输出到CTM系统。
对于曲面处理而言，NURBS是目前流行的自由曲线与自由曲面的表达式，但其生成原理和表达式相对较为复杂。B样条计算量大，特别是非均匀有理B样条(NURBS)，将严重影响运动的响应时间。为了减少计算量，主要研究三次均匀有理B样条曲线。而三次B样条曲线由于能够满足处理一般工程问题的需要(当特征点或型值点之间的距离比为1/3-3时，其与三次NURBS曲线的差异很小)且计算简便，因此三次B样条曲线是工程上广泛采用的曲线构造方法和工程技术人员解决相关问题的******。 对于三次B样条曲线插补算法的研究已有大量的文献，其中许多算法都是为了力求在计算机上快速产生曲线而设计的，三次B样条曲线大多数采用解三角方程组的方法，如递推藕合法、循环约化法、矩阵分解法的并行算法，但对于多核计算机来说不一定都适用。姚哲提出一种基于泰勒公式的用于实时控制的任意空间参数曲线插补方法，叶伯生提出NURBS曲线曲面得到广泛应用。这些文献都是关于NURBS曲线曲面插补参数递推的插补，泰勒展开式一阶、二阶求解比较复杂，加工误差较大。本文主要针对三次B样条曲线的表达式泰勒公式展开式一阶、二阶展开式，修正调节插补增量△u与插补速度ν的关系，以达到修正改进原三次B样条曲线插补的目的。△u与插补速度经实例验证表明该插补算法可以提高插补运算效率，大大地节约计算时间，从而实现样条曲线的快速插补。 插补算法流程图 在NURBS 曲线时间分割插补的过程中，首先设置插补条件以及初始化参数，通过循环计算每一步的参数值，得到新的数据点，从而实现插补。同时，在插补的过程中要使弓高误差保持在一定范围内，保证插补进度实现插补运算。要使上面的插补算法实现，具体的插补算法的流程图如图1所示。结语 (1)分析了三次B样条的泰勒公式一阶、二阶展开式在插补周期一定的情况下，插补增量只与插补速度有关，通过改变插补增量可以达到插补修正的目的。并结合具体实例在MATLAB 7.0上验证该算法是正确的，达到了参数修正的目的。 (2)该插补算法简化了三次B样条曲线数学递推公式推导的过程，实现样条曲线的快速插补，对应用该插补算法解决三次B样条曲线等重大的工程问题具有重要的现实意义。
碾压机床工作原理 通过长度不同的手动摇柄将不同的碾压力作用在高硬度辊轮上，逐步碾压，在焊缝处产生金属塑性变形，晶格扭曲，重新排列，导致组织变致密的同时，发生延展，焊缝区域周长变长，减小并释放残余内应力，将导致弹性或者塑性塌陷变形的板体与桶体恢复到原来的状态，从而提高表面硬度，消除焊接应力，平整外观表面。传动形式分析及确定 滚压机的滚轮工作形式一般有双主动和单主动传动形式。前苏联多采用双主动形式，而美国则多采用单主动形式，两种传动方式各有优缺点，适用场合也不尽相同。双主动传动时，被碾压工件工作稳定可靠，工作部位滑动现象少。但其传动系统复杂，需从减速机中引出2根主动轴。当要求纵向和横向碾压时，滚轮结构复杂、维护困难且不能适应多规格板材焊缝碾压的规求，同时造价又高。单主动传动结构简单、紧凑，适用范围较大。纵向和横向(环向)都可以实现稳定的碾压，并可以使用不同轮径比的滚压轮副，可以用于直径较小工件的碾压，是多用途滚压机的一种合理的结构形式。其原理好如图1所示。显尔易见，此不锈钢碾压机床传动形式必然选择单主动传动结构。实施方式 如图2，机架1上承载所有工作部件且通过膨胀螺栓13与地面14紧固连接，安装在机架1上的主轴驱动电动机2通过变速箱3驱动锥齿轮组5实现换向，从而实现主动辊轮6旋转并带动罐体4作旋转运动，通过手动摇柄12将力加载到主动直齿轮11,11带动从动直齿轮10，从而驱动丝杠9旋转，带动螺母8将力传递给从动辊轮7，主动辊轮6与从动辊轮7共同作用将罐体上环形焊缝夹紧碾压，针对不同焊缝，手动摇柄可提供不同的碾压力。升降台驱动电动机巧驱动螺母丝杠副16，进而带动伸缩机构17伸缩，实现剪刀叉升降台18的升降，从而推动环形焊缝罐体与直线焊缝板体4的不同空间位置，实现对不同位置焊缝的碾压。
随着制造业市场竞争的日趋激烈，传统制造环境下的企业产品结构由于用户的个性化需求而变得愈来愈复杂，个性化带来的多品种小批量生产导致设计开发周期长、生产成本高。而且随着市场由需方市场向供方市场转变，要提高企业的市场竞争力必须对用户需求做出快速响应。产品配置可以作为解决这种矛盾的途径之一。产品配置可以理解为根据预定义的零部件集及它们之间的相互约束关系，通过合理的组合，形成满足客户个性化要求的产品设计过程川。以往关于产品配置的研究主要集中于产品大规模定制情况下，限于产品系列下的产品配置或CAD参数化建模中在零部件模板模型和与之对应的工程图模板上进行配置产品的变型设计。本文主要通过在PDM中建立特征谱表，找到合适的搭配，并通过产品遗传变异、模块化物料清单和全系列重组3个方面进行产品配置，尽可能利用已有的产品设计资源，把复杂繁琐的逻辑运算交给计一算机，缩短新产品设计制造的周期，以实现对客户需求的个性化快速响应。1产品配置模型的建立1.1划分产品系列 产品系列是指主要特征选项基本相同的产品范围。例如，对于电机来说，可以按额定电压来划分产品系列，1 000 v以下划分为低压系列，1000V以上划分为高压系列。当某些客户需求的产品具有很多共同特性时，也可以按照客户划分产品系列。本系统通过先划分高压、低压一级系列，然后在一级系列的基础上再根据客户划分二级系列。在建立产品系列时还需要注意:依据产品的销量、销售利润额、零件的通用性、企业的核心能力、未来的潜力等对现有产品进行合理化。1.2特征选项，特征谱表 特征选项是指某个产品系列的特征属性和相关属性值。在一个产品系列里边，其产品结构变化的决定因素就是这些产品的属性值。功率就是电机的一个属性，具体的功率值(11kW,15kW,18.5kW)就是对应的属性值。电机的主要特征选项示例如表1所示。 特征选项谱表包含本公司的所有产品规格或范围，对于已经实例化的产品，特征选项的属性值一定是某个具体的值(包含整型、实型、字符型、布尔型等)。
钦合金和镍合金被广泛应用于整个肮空制造业。但钦金属的高强度，会在加工过程中导致在切削刃上产生较高的热应力和磨损。因此，高扭矩和低速是对航空航天用部件进行有效铣削操作的关键因素。 多功能卧式加工中心可用于5轴同时加工，并为不同的切削条件和部件配置提供3种高性能的主轴选择方案。每台机床可在低速铣削过程中提供高扭矩，包括同时进行5轴加工.这对生成复杂轮廓是理想选择。大天5轴加工中心的旋转头由几个模块化加工中心线的部件组成，工作区域为800 X 800 X 1000, (X, Y, Z)，可容纳一个630毫米的托盘和3,080磅的工件。 该加工线有3根不同的高性能主轴，从而提供多种加工小型和轻型部件的选择方案。材料通常为高韧性材料，如需要高速加工的钦制和铝制部件。 旋转头可在水平和垂直位置，以及任何空间角度上提供稳定的5轴高切削加工性能，这对加工航空航天用部件尤其重要。X，Y，C或A轴上的刀具提供的5轴运动学，以及Z轴和B轴的工件提供的两根主轴，都具有高精度、加工多样性和高动态性能。经过大最市场研究后，确认了将一根轴线置于工作台，是进行5面和5轴加工最灵活、最强有力和最有效率的方式。该开发商是德国******的卧式加工中心，以及曲轴铣削和车削系统生产商。 与在工件下采用两根运动主轴的5轴机床相比，位于日轴的工作台，若与普通或有倾角的工作台相结合:可提高工作台的负荷、扩大工作包络线和可接近性，如一个倾斜/旋转工作台或C-over-B型。 根据5轴加工的具体要求定制机床结构和轴设计方案，包括被专门设计用于高性能用途的HSK63主轴锥度和242 Nm扭矩。 3根高性能主轴 F系列设计方案的核心是创新主轴技术。PCU63可在转速高达10,000 RPM、功率达44千瓦和扭矩达244Nm的情况下用于高性能切削。另外两根主轴SCU63和SCT 63，则在转速为16,000 RPM,功率为40 kW和扭矩为80Nm的情况下运行。SCT一63的工作面位于A轴，而其他轴则位于C轴。在切削复杂形状时，A轴可提供更大的灵活性。 采用两个旋转头单元时，只需单一设置即可在加工完整部件时展现其多项优点。而有倾角的旋转头最好用于加工所有有轮廓的表面，从而成为5轴同时加工的一项有力的选择方案.特别是用于航空航天行业时。 采用旋转主轴和有锥度的HSK63主轴时，可在加工时节省运营成本，并改善性能，从而得到优质的表面光滑度，并显着延长刀具寿命和提高过程稳定性。 拥有高强度结构的机床设置，可以实现很高的切削加工性能，从而在提供微米级精度时，实现高排屑率。 为了保证加工精度，F系列机床采用直接编码测量系统、高分辨率旋转编码器以及有集成测量系统的YRT轴承。
当前，高速高精度切削数控加工中心机床的进给系统是“回转伺服电机+精密滚珠丝杠”和直线伺服电机直接驱动两种方式并存.而以前者为主。这时所用的回转伺服电机，是大扭矩，低惯最，转速稍有提高的交流伺服电机。精密滚珠丝杠的导程则比原来加大了近一倍，同时采用多头螺纹结构以增加螺母的有效圈数。加速度可达1g，******进给速度40m/min。这种传统进给方式尚有潜力可挖，进给速度和加速度还有可能进一步提高。90年代在高速高精度机床上出现的直接驱动方式，则是取消了联轴节、滚珠丝杠螺母副等中间环节，由直线伺服电机按照伺服控制信号直接驱动执行部件移动的进给方式。由于它不存在中间环节所产生的滞后现象和其它的非线性误差，因而执行部件能对进给指令立刻作出响应，从而实现很高的加速度和进给速度。目前，采用直线电机的机床，在轮廓加工精度为3um -5um的条件下，加速度达1-1.5g，******进给速度80m/min, 直线电机本身所能产生的加速度可达10g，但由于受到执行部件质量的影响而使加速度大大降低。所以，要千方百计减轻执行部件的质量。另一方面，目前直线伺服电机的进给力还不够大，尚有待于进一步提高。同步式和感应式两种直线伺服电机可以满足高速高精度机床的较大推力要求。 虽然目前直线伺服电机驱动的机床还不多，但越来越被生产机床的厂家采用，说明它代表了一种技术发展方向。
多主轴、立卧复合、回转工作台结构特点:1、横梁与主轴按装有两个以上的主轴装置或智能功能装置。2、立柱上的卧式主轴装置比装在主轴上的五面体头刚性高、精度好。3、工作台上安装有数控回转工作台。创新点:1、首创高刚性、高精度五面体龙门与多面体龙门机床。2、首创箱体类零件高精加工机床。应用范围:1、箱体类零件五面体与多面体高效加工。2、任意角度多面体加工。3、无须折装五面体头，使用更方便有益效果:1、箱体零件五面加工，生产效率成倍翻番。2、箱体一次装夹，完成多工序加工，精度好。
密肋蜂窝结构、高速线轨、高速主轴结构特点:1、高刚性，三线轨与高速主轴。2、标配8000rpm选配高速10000-15000rpm。3、密肋轻型工作台配高刚性直线滚动导轨，满足高速高精需求。4、机床选配形成活性模块的多功能复合机床。创新点:1、首创VA850/650高刚性二线轨机床。2、V系列850/650具有五种类别的高效复合智能化机床。应用范围:1、黑色金属加工高效机床，复台机床，智能化机床。2、五种类型高效850应用面广，高刚性/大扭矩/多主轴/智能化/交钥匙工程机床。有益效果:1、高速主轴，高速进给，生产效率高。2、三线轨精度保持性好，故障率低。3、五种类型850应用面广。
数控多轴排钻设备加工板料宽度为250-2450mm;******厚度为60mm;垂直主轴钻孔间距为130-2450mm。主轴转速2800 r/min;送料速度达到60m/min，打板调整时间由40 min缩短为10 min.1、数控多轴排钻机械结构组成 数控多轴排钻的多排垂直钻、多排立钻、左右水平钻、定位压料装置以及输送传动装置的新一代多轴排钻的机械结构及传动系统。图1为机械结构简图。2、立钻垂直钻运动特性描述 立钻和垂直钻是排钻的墓本单元，8排、9排、12排及14排等排数不一样的排钻只是立钻和垂直钻的数量不同，机架和其他各部件都是相同的。图2是钻排的结构图。 每一钻排由4个伺服轴运动和2个气缸旋转运动组成。伺服电动机A驱动钻排水平移动，伺服电动机B驱动钻孔深度的进给，伺服电动机C1,C2驱动钻盒纵向移动，钻头动力由电动机I)驱动。 立钻(垂直钻)动作流程:根据钻孔图纸上的钻孔位置要求，首先两个锁紧气缸通气，缸体压力克服锁紧气缸上的矩形压簧使得立钻处于可横向移动状态。接着伺服电动机A通过一个减速器驱动一对齿轮齿条在机架底梁上进行横向移动直到到达指定位置。立钻在横向移动的同时根据需要钻盒可通过两个气动马达的驱动将钻盒旋转900，也可通过伺服电动机C1或C2驱动钻排纵向移动。
国内外很多学者对主轴的动态误差进行了深人研究。张明川对空气静压主轴回转误差测量理论、测试试验技术等进行了研究;伍良生等提出了一套主轴回转精度的动态测试系统;孙艳芬分析了主轴回转误差对工件加工精度的影响;彭万欢等分析了主轴偏心的影响和作用原理，并提出了合适的偏心消除方法。 通过对立式加工中心机床主轴回转误差的基本形式及其对工件加工精度影响进行分析的基础上，对不同转速下的主轴回转误差进行了大量试验，并结合主轴的动态特性测试结果进行了分析，为立式加工中心机床的切削参数优化提供数据和理论基础。立式加工中心主轴动态误差的形式 在理想情况下主轴回转时，主轴轴线的空间位置是固定不变的。但是立式加工中心机床主轴在实际工作中，由于轴承轴颈的圆度、轴承之间的同轴度、主轴的挠度等误差，使主轴回转轴线的位置发生变化。 主轴动态误差包括3种形式的误差:径向跳动误差、轴向窜动误差和角度摆动误差。通常情况下，这3种形式的误差并不是单独存在，而是以一种综合结果体现，产生的加工误差也是3种形式影响的叠加，也称为主轴轴心漂移。 对主轴动态误差的类型及其对加工精度的影响进行了分析。采用API动态误差分析仪对某立式加工中心的径向平均误差和异步误差、轴向平均误差和异步误差以及主轴最小径向间距进行了测试，给出了详细的测试数据，并且得到了各误差项与转速的关系图，最后对测试结果进行了分析。测试数据和分析结果对主轴动态误差分析具有非常重要的参考意义。