論高速精密數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)

張玉偉，陳鑫

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161005）

論高速精密數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)

張玉偉，陳鑫

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161005）

技術(shù)的拓展和研發(fā)，體系的建立和完善，是發(fā)展我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)的根本途徑，面對(duì)市場(chǎng)需求的趨勢(shì)，必須推進(jìn)高精度機(jī)床的工程研究，增加數(shù)控機(jī)床技術(shù)的可靠性。

數(shù)控機(jī)床；可靠性；高速精密

數(shù)控機(jī)床的柔性自動(dòng)化性能卓越、精度優(yōu)異且穩(wěn)定、功能多樣且靈捷，作為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)，它備受人們的關(guān)注。數(shù)控機(jī)床不僅開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河，還有效地保障了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。作為一種高精度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備，一旦發(fā)生故障就會(huì)帶來巨大的損失，所以保證數(shù)控機(jī)床的可靠性尤為重要。

數(shù)控機(jī)床的可靠性關(guān)鍵就在于功能部件的可靠性，所以要對(duì)功能部件進(jìn)行定期地測(cè)試，還要對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，將產(chǎn)品置于規(guī)定的條件以及時(shí)間范圍內(nèi)，測(cè)量其功能的執(zhí)行能力。還要確保數(shù)控機(jī)床與市場(chǎng)上的更新和創(chuàng)新速度同步，對(duì)于那些使用周期長(zhǎng)，不能滿足產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度要求的過時(shí)數(shù)控機(jī)床要及時(shí)丟棄。下面來深入地探討一下數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件和可靠性技術(shù)，以及國(guó)家對(duì)于數(shù)控機(jī)床方面相應(yīng)的制度措施。

1 數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件

（1）主軸。主軸的構(gòu)成主要是轉(zhuǎn)子、軸承、齒輪、主軸外殼、冷卻裝置以及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，軸承是整個(gè)主軸的支撐點(diǎn)，而傳動(dòng)需要由齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來完成，冷卻裝置可以降低驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的溫度。主軸的可靠性指標(biāo)主要是徑向力、軸向力和轉(zhuǎn)矩，性能參數(shù)精度、振動(dòng)、噪聲和溫度等的變化體現(xiàn)著指標(biāo)數(shù)據(jù)是否合理。

（2）數(shù)控動(dòng)力伺服刀架。動(dòng)力伺服刀架的功能是輔助數(shù)控機(jī)床對(duì)于刀具儲(chǔ)備、自動(dòng)換刀以及夾刀切削等功能的實(shí)現(xiàn)，除了能夠鉆削和銑削之外，動(dòng)力伺服刀架還具有結(jié)構(gòu)緊湊、定位精度高、轉(zhuǎn)位快、剛性好等優(yōu)勢(shì)，這樣就可以提高加工精度和效率。

（3）數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架。數(shù)控機(jī)床核心部件就是數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架，與動(dòng)力伺服刀架的區(qū)別就在于沒有動(dòng)力軸，也就是說試驗(yàn)時(shí)并不需要扭矩加載裝置。但是它還是需要有驅(qū)動(dòng)裝置和精定位裝置來維持整個(gè)刀架的具體工作，松開和鎖緊裝置、裝刀裝置來完成刀具的儲(chǔ)備和切換功能。

2 數(shù)控機(jī)床的可靠性技術(shù)

（1）經(jīng)濟(jì)加工精度的提高。相對(duì)于過去而言，如今的數(shù)控機(jī)床加工精度提升了 100 倍左右，并且以每 8 年提高一倍的速度發(fā)展著，這種加工精度的提高使整個(gè)數(shù)控機(jī)床在制造上具備著精密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶攸c(diǎn)，降低了錯(cuò)誤的發(fā)生率。拿尺寸精度和形位精度為例，國(guó)內(nèi)大致在 0.008～0.010mm 范圍內(nèi)浮動(dòng)，而國(guó)外已經(jīng)達(dá)到 0.002～0.003mm 的精度，這其中存在著至少有 15年的差距，所以還要繼續(xù)在加工精度的提高上進(jìn)行創(chuàng)造研究。

（2）復(fù)合加工機(jī)床的形成。復(fù)合機(jī)床是指在一臺(tái)機(jī)床上完成從毛坯到成品的所有程序，分為兩大類：工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型。工藝復(fù)合型機(jī)床是跨加工類別的機(jī)床，尤指加工方法上的不同，工序復(fù)合型機(jī)床的特點(diǎn)是增加工件在一次安裝下的加工工序數(shù)。復(fù)合型數(shù)控機(jī)床工藝適用性良好，制品儲(chǔ)存和傳輸環(huán)節(jié)的省略大大支持了制造的準(zhǔn)時(shí)性，對(duì)于現(xiàn)在制造工業(yè)的行情來看，更具有廣泛使用的前景。

（3）大型化和微小化兩極發(fā)展。航天航空、IT 和國(guó)防對(duì)高新技術(shù)的需求大大推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，對(duì)于航天航空來說，需要大量的大型化能源儲(chǔ)備裝置，例如重型立式臥式加工中心和銑車中心，而 IT 行業(yè)在超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)上的要求苛刻。如今人們對(duì)于生活的便捷程度提出了新的要求，需要微小型尺寸的手機(jī)、電腦、手表甚至是步行工具來舒適生活，這樣就促進(jìn)了商品化超精密機(jī)床的開發(fā)。加工尺寸的擴(kuò)大、加工精度的提高、加工方法的多樣使機(jī)床技術(shù)越來越靠譜，對(duì)于不同的加工對(duì)象也要采取不同的加工技術(shù)，例如對(duì)晶片或是光學(xué)鏡片進(jìn)行加工時(shí)，要采取非機(jī)械化的加工方法超精密磨削和研拋會(huì)使加工精度優(yōu)于 0.005μm。

（4）智能化和集成化的數(shù)字化制造。機(jī)床技術(shù)要講究與信息技術(shù)相同步，所以機(jī)床的發(fā)展有了一個(gè)明確的方向，那就是更加智能化與數(shù)字化，在數(shù)字化生產(chǎn)線與工廠上投入了大量的資金以保證應(yīng)用空間的拓展，而智能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)適應(yīng)誤差補(bǔ)償、復(fù)雜曲面運(yùn)動(dòng)軌跡的優(yōu)化以及故障自診斷和信息維護(hù)等功能，這種數(shù)字化方向的發(fā)展大大提高了制造的效率。

3 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的對(duì)策

（1）以高速化為先導(dǎo)。提高數(shù)控機(jī)床的高效柔性和高精化就要加強(qiáng)其高速化的發(fā)展，高速化體現(xiàn)在主軸切削運(yùn)動(dòng)的最高轉(zhuǎn)速以及最大進(jìn)給速度，表征壓縮機(jī)床輔助時(shí)的快移速度和自動(dòng)換刀/工作臺(tái)轉(zhuǎn)位速度上，但是在發(fā)展過程中也有要注意的地方，例如高速的范圍要以先進(jìn)適用為出發(fā)點(diǎn)，并且不能夠脫離機(jī)床，要與機(jī)床結(jié)構(gòu)和控制性能相匹配。

（2）發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元。信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床向數(shù)字化制造邁進(jìn)，而發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元可以有效地強(qiáng)化數(shù)控機(jī)床相關(guān)企業(yè)的自治管理能力，并能夠與企業(yè)ERP、PDM 和 CAD 的信息集成，進(jìn)而與各管理層聯(lián)系作出智能決策，這樣可以提高生產(chǎn)過程的視化監(jiān)控，提高材料的利用率，拒絕資金的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)高效的柔性生產(chǎn)。

（3）開展可靠性設(shè)計(jì)。影響我國(guó)數(shù)控機(jī)床品質(zhì)最重要的因素就是不能降低機(jī)床故障率，尤其在大批量的自動(dòng)生產(chǎn)線上，一旦出現(xiàn)故障就會(huì)導(dǎo)致所有生產(chǎn)線出現(xiàn)故障。精心設(shè)計(jì)、嚴(yán)格制造以及科學(xué)評(píng)測(cè)對(duì)于分析故障模式和找出薄弱環(huán)節(jié)來說十分有效，所以在機(jī)床的可靠性上還要考慮設(shè)計(jì)的可靠，設(shè)計(jì)時(shí)不僅考慮力學(xué)特性，還要考慮合理分配部件組成，以及配套件的采購和制造過程對(duì)質(zhì)量的監(jiān)督。

4 結(jié)語

我國(guó)在數(shù)控機(jī)床上雖然取得了一些成效，但是未來機(jī)床行業(yè)的任務(wù)仍然艱巨，理論和方法的不完善導(dǎo)致我國(guó)機(jī)床的檔次和可靠性略低，要以找出弊端為前提來發(fā)展數(shù)控機(jī)床技術(shù)，直奔著高效化發(fā)展的目標(biāo)對(duì)復(fù)合型機(jī)床這方面進(jìn)行創(chuàng)新，并且保證機(jī)床的加工精度要能夠滿足市場(chǎng)的需求，增強(qiáng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的可靠性。

［1］楊兆軍，陳傳海，陳菲，等.數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，49（20）：130-139.

［2］張根保，李冬英，劉杰，等.面向不完全維修的數(shù)控機(jī)床可靠性評(píng)估［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，49（23）：136-141.

［3］田文杰，牛文鐵，常文芬，等.數(shù)控機(jī)床幾何精度溯源方法研究［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，50（7）：128-135.

On Reliability Technology of High Speed Precision CNC Machine Tools

ZHANG Yu-wei，CHEN X in
（Qigihar Institute of Technology，Qigihar，H eilongjiang 161005，China）

The research and development of technology and the establishment of perfect system are the basic way for the development of China's CNC machine tool industry.Facing the trend of market demand，it must advance the engineering research of high precision machine tools，and increase reliability of CNC machine tool technology.

CNC machine tools；reliability；high speed precision

TG659

A

2095-980X（2016）12-0015-02

2016-11-10

張玉偉，主要研究方向：數(shù)控機(jī)床。