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数控机床的三大核心技术

发布时间:2018-07-18

复杂工况高效高精度加工技术


高效高精度加工是机床用户追求的永恒目标,加工工艺作为获取优质零件的必要环节,其优劣对零件加工质量和效率有直接影响。当前,机床用户在切削加工编程阶段由于缺乏对机床本体性能的认识,仅考虑刀具与工件的几何约束关系进行工艺编程,工艺制定和参数选择多凭人员的习惯和经验。此外,在加工复杂型面零件时,强时变、参变的切削负载将激发工艺系统的复杂响应,易导致加工过程失稳、零件报废。目前提高加工质量的常用方法是采用“加工-分析-测量-修正-再加工”的思路,生产周期长,成本高。随着对高效高精度加工的不断追求,这种传统的被动式工艺制定流程难以充分发挥机床的使用效率。


实际上,加工过程与工艺系统之间存在交互机制,想要实现高效高精度加工,首先需研究切削过程与工艺系统之间的动态交互作用机理,针对不同机床性能、刀具性能和零件加工要求,综合工艺系统特性和工艺过程,考虑物理性能约束,提出面向高效高精度加工的刀具路径规划与工艺参数优化方法,实现工艺系统与加工过程的最优匹配。其次,研究考虑加工过程影响的机床自适应控制技术,在伺服驱动环节和数控环节开发先进控制策略,实现多源物理量在线测量、加工误差分析与补偿,提高加工效率和质量。


精度保持性相关技术


精度保持性是评价数控机床性能的重要指标之一,也是影响国产数控机床性能的主要瓶颈。当前,国内还没有一个比较系统的精度保持性研究体系。另外,通过对国产数控机床精度衰退的调研,发现造成国产数控机床精度保持性差的原因主要是非正常磨损。因此,为提高国产机床的精度保持性,需针对国产数控机床的设计、制造过程和使用环境,建立精度保持性理论体系,研究相应的改善措施。在几何精度保持性方面,设计阶段应考虑导轨滑块、丝杠螺母等动结合部的寿命设计,考虑重力影响的大型结合面的精度设计;在制造阶段实现内应力的合理控制,动、静结合面的小或无应力装配,最终减小移动部件质心位置变化造成的基础件变形、基础件内应力释放变形、装配应力造成的螺栓蠕变等引起的导轨滑块非正常磨损。


在主轴精度保持性方面,重点研究主轴轴承间隙(配合)、轴承预紧力等装配参数,以及主轴密封与润滑方式,设计阶段考虑服役状态合理选择轴承与主轴配合、冷却参数以及密封结构等。制造阶段关注服役态下轴承预紧力保证措施,以减小轴承非正常磨损。在运动精度保持性方面,研究运动部件非正磨损造成的机械参数变化,电器参数老化造成的电器参数变化,以及两者间的机电参数不匹配而引起的运动精度保持性衰退机理,研究机械参数、电器参数的辨识方法及自适应控制算法,实现运动精度的恢复与保持。在整机精度监控方面,实时监控机床使用阶段的工作环境和运行状态,选择合适的监控参数以及参数阈值,保证机床在正常条件下使用,也是延长精度保持性的有效措施。


可靠性相关技术


机床可靠性技术已成为机床行业最主要的关键技术之一,也是一直影响国产数控机床市场信誉和竞争力的主要问题。经过数十年的发展和积累,国产数控机床可靠性技术研究虽然在可靠性建模、故障分析、可靠性设计、可靠性试验和可靠性增长等方面取得了明显进展,但与国外机床相比还处于落后状态。数控机床是一个故障模式多样、故障机理复杂、故障可修复的复杂系统,其可靠性研究在技术上多学科相互交叉、时间上贯穿机床全生命周期、空间上涉及多部门协同,是一项复杂的系统工程。国产机床可靠性所面临的核心技术问题是,需针对机床全生命周期强化可靠性试验、建模、分析、设计等方面的基础研究,深入开展机床制造可靠性、装配可靠性、早期故障排除可靠性、使用可靠性、维修性设计和预防性维修策略等可靠性技术研究,提高可靠性数据积累能力,提出数控机床整机、功能部件和关键零件的可靠性概率设计方法,深入研究故障产生的物理本质、故障相关性、故障模式及规律,重视维修性和可用性,实现数控机床设计、制造和使用全生命周期内的可靠性增长,加快凝练出国产机床可靠性技术体系,制定可靠性技术规范和技术标准,提高国产机床可靠性。

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