數(shù)控加工機床的三大核心技術(shù)介紹

復雜工況高效高精度加工技術(shù)

高效高精度加工是機床用戶追求的永恒目標，加工工藝作為獲取優(yōu)質(zhì)零件的必要環(huán)節(jié)，其優(yōu)劣對零件加工質(zhì)量和效率有直接影響。當前，機床用戶在切削加工編程階段由于缺乏對機床本體性能的認識，僅考慮刀具與工件的幾何約束關(guān)系進行工藝編程，工藝制定和參數(shù)選擇多憑人員的習慣和經(jīng)驗。此外，在加工復雜型面零件時，強時變、參變的切削負載將激發(fā)工藝系統(tǒng)的復雜響應(yīng)，易導致加工過程失穩(wěn)、零件報廢。目前提高加工質(zhì)量的常用方法是采用“加工 分析 測量 修正 再加工”的思路，生產(chǎn)周期長，成本高。隨著對高效高精度加工的不斷追求，這種傳統(tǒng)的被動式工藝制定流程難以充分發(fā)揮機床的使用效率。

實際上，加工過程與工藝系統(tǒng)之間存在交互機制，想要實現(xiàn)高效高精度加工，首先需研究切削過程與工藝系統(tǒng)之間的動態(tài)交互作用機理，針對不同機床性能、刀具性能和零件加工要求，綜合工藝系統(tǒng)特性和工藝過程，考慮物理性能約束，提出面向高效高精度加工的刀具路徑規(guī)劃與工藝參數(shù)優(yōu)化方法，實現(xiàn)工藝系統(tǒng)與加工過程的最優(yōu)匹配。其次，研究考慮加工過程影響的機床自適應(yīng)控制技術(shù)，在伺服驅(qū)動環(huán)節(jié)和數(shù)控環(huán)節(jié)開發(fā)先進控制策略，實現(xiàn)多源物理量在線測量、加工誤差分析與補償，提高加工效率和質(zhì)量。

精度保持性相關(guān)技術(shù)

精度保持性是評價數(shù)控機床性能的重要指標之一，也是影響國產(chǎn)數(shù)控機床性能的主要瓶頸。當前，國內(nèi)還沒有一個比較系統(tǒng)的精度保持性研究體系。另外，通過對國產(chǎn)數(shù)控機床精度衰退的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)造成國產(chǎn)數(shù)控機床精度保持性差的原因主要是非正常磨損。因此，為提高國產(chǎn)機床的精度保持性，需針對國產(chǎn)數(shù)控機床的設(shè)計、制造過程和使用環(huán)境，建立精度保持性理論體系，研究相應(yīng)的改善措施。在幾何精度保持性方面，設(shè)計階段應(yīng)考慮導軌滑塊、絲杠螺母等動結(jié)合部的壽命設(shè)計，考慮重力影響的大型結(jié)合面的精度設(shè)計；在制造階段實現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力的合理控制，動、靜結(jié)合面的小或無應(yīng)力裝配，最終減小移動部件質(zhì)心位置變化造成的基礎(chǔ)件變形、基礎(chǔ)件內(nèi)應(yīng)力釋放變形、裝配應(yīng)力造成的螺栓蠕變等引起的導軌滑塊非正常磨損。

在主軸精度保持性方面，重點研究主軸軸承間隙（配合）、軸承預(yù)緊力等裝配參數(shù)，以及主軸密封與潤滑方式，設(shè)計階段考慮服役狀態(tài)合理選擇軸承與主軸配合、冷卻參數(shù)以及密封結(jié)構(gòu)等。制造階段關(guān)注服役態(tài)下軸承預(yù)緊力保證措施，以減小軸承非正常磨損。在運動精度保持性方面，研究運動部件非正磨損造成的機械參數(shù)變化，電器參數(shù)老化造成的電器參數(shù)變化，以及兩者間的機電參數(shù)不匹配而引起的運動精度保持性衰退機理，研究機械參數(shù)、電器參數(shù)的辨識方法及自適應(yīng)控制算法，實現(xiàn)運動精度的恢復與保持。在整機精度監(jiān)控方面，實時監(jiān)控機床使用階段的工作環(huán)境和運行狀態(tài)，選擇合適的監(jiān)控參數(shù)以及參數(shù)閾值，保證機床在正常條件下使用，也是延長精度保持性的有效措施。

可靠性相關(guān)技術(shù)

機床可靠性技術(shù)已成為機床行業(yè)最主要的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是一直影響國產(chǎn)數(shù)控機床市場信譽和競爭力的主要問題。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展和積累，國產(chǎn)數(shù)控機床可靠性技術(shù)研究雖然在可靠性建模、故障分析、可靠性設(shè)計、可靠性試驗和可靠性增長等方面取得了明顯進展，但與國外機床相比還處于落后狀態(tài)。數(shù)控機床是一個故障模式多樣、故障機理復雜、故障可修復的復雜系統(tǒng)，其可靠性研究在技術(shù)上多學科相互交叉、時間上貫穿機床全生命周期、空間上涉及多部門協(xié)同，是一項復雜的系統(tǒng)工程。國產(chǎn)機床可靠性所面臨的核心技術(shù)問題是，需針對機床全生命周期強化可靠性試驗、建模、分析、設(shè)計等方面的基礎(chǔ)研究，深入開展機床制造可靠性、裝配可靠性、早期故障排除可靠性、使用可靠性、維修性設(shè)計和預(yù)防性維修策略等可靠性技術(shù)研究，提高可靠性數(shù)據(jù)積累能力，提出數(shù)控機床整機、功能部件和關(guān)鍵零件的可靠性概率設(shè)計方法，深入研究故障產(chǎn)生的物理本質(zhì)、故障相關(guān)性、故障模式及規(guī)律，重視維修性和可用性，實現(xiàn)數(shù)控機床設(shè)計、制造和使用全生命周期內(nèi)的可靠性增長，加快凝練出國產(chǎn)機床可靠性技術(shù)體系，制定可靠性技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標準，提高國產(chǎn)機床可靠性。

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