數(shù)控機(jī)床的裝配質(zhì)量研究

閔廣吉++智長會(huì)

摘 要：裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)定和精度要求，將構(gòu)成產(chǎn)品的零件結(jié)合成組件、部件、直至整個(gè)產(chǎn)品的過程。數(shù)控機(jī)床的裝配包括整機(jī)裝配和部件裝配，整機(jī)裝配是將主機(jī)、各功能單元、數(shù)控系統(tǒng)、罩殼等組裝在一起并實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的工藝環(huán)節(jié)；部件裝配是將零件、組件等組裝在一起并實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的工藝環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；裝配質(zhì)量；精度壽命；可靠性

數(shù)控機(jī)床裝配質(zhì)量可以定義為：數(shù)控機(jī)床的裝配質(zhì)量是指裝配完成后的機(jī)床的固有特性滿足用戶需要的程度。數(shù)控機(jī)床的固有特性包括精度、精度壽命、可靠性、可維修性等關(guān)鍵質(zhì)量特性，綜合反映了產(chǎn)品的可用程度。裝配質(zhì)量不僅關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，也影響產(chǎn)品制造的經(jīng)濟(jì)性。

一、數(shù)控機(jī)床的裝配精度

裝配精度是指機(jī)床裝配完成以后，各工件面間的相對位置和相對運(yùn)動(dòng)等參數(shù)與規(guī)定指標(biāo)的符合程度，即產(chǎn)品裝配后幾何參數(shù)實(shí)際達(dá)到的精度。主要包括：零部件間的尺寸精度、相互位置精度、相對運(yùn)動(dòng)精度和接觸精度，零部件間的尺寸精度又包括配合精度和距離精度。各種裝配精度之間不是孤立的，而是關(guān)聯(lián)的：接觸精度和配合精度是距離精度和位置精度的基礎(chǔ)；位置精度又是相對運(yùn)動(dòng)精度的基礎(chǔ)。

裝配精度是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量中的重要指標(biāo)，因?yàn)檠b配精度直接影響機(jī)床實(shí)際工作時(shí)的工作精度，從而間接影響機(jī)床加工對象的零件精度。機(jī)械產(chǎn)品的裝配精度與組成產(chǎn)品的相關(guān)零件精度之間有著密切的關(guān)系，常用的手段是通過提高零件精度來提高產(chǎn)品精度，但并不是有了零件精度就保證了產(chǎn)品精度，還與裝配工藝和裝配中的操作等有關(guān)，尤其是對于數(shù)控機(jī)床這種復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，裝配精度的保障和提高不可能完全靠提高零件精度來實(shí)現(xiàn)，原因主要有兩個(gè)方面：一方面如果單靠零件的高精度來保障裝配精度，必然會(huì)對零件提出很高要求，會(huì)帶來生產(chǎn)困難及較高的制造成本，有時(shí)甚至無法實(shí)現(xiàn)；另一方面，通過優(yōu)化裝配過程中的各部件與組件單元的裝配工藝及過程控制也可能實(shí)現(xiàn)，有時(shí)甚至效果更好。數(shù)控機(jī)床的裝配精度控制難易程度跟裝配對象及要求有關(guān)。如果機(jī)床的某項(xiàng)精度只與一個(gè)零件的精度有關(guān)，就比較容易控制，如在動(dòng)柱式加工中心裝配時(shí)，要保證立柱運(yùn)動(dòng)與工作臺的垂直度，只要保證床身上工作臺導(dǎo)軌與立柱導(dǎo)軌的垂直度即可。更多情況下，數(shù)控機(jī)床裝配精度與多個(gè)零件的精度有關(guān)，每一個(gè)零件的誤差都累計(jì)到整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)中，影響最終產(chǎn)品的裝配精度。

二、數(shù)控機(jī)床的精度壽命

數(shù)控機(jī)床的精度壽命是指數(shù)控機(jī)床在正常使用條件和維護(hù)保養(yǎng)情況下，保持其精度特性的能力。精度壽命主要包括兩個(gè)方面的能力：一方面是機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)保持定位精度的能力，另一方面是保持工件-刀具耦合作用下的切削軌跡的震蕩范圍的能力。

數(shù)控機(jī)床精度保持與使用工況與維護(hù)有著十分緊密的關(guān)系，但主要還是取決于數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、和裝配等環(huán)節(jié)。決定機(jī)床幾何精度和加工精度的關(guān)鍵部件，比如進(jìn)給系統(tǒng)，是機(jī)床精度壽命的核心影響因素。基礎(chǔ)大件的精度壽命也是影響其精度變差的主要原因之一。機(jī)床制造中使用的材料性能與零部件的精度衰減特性非常關(guān)鍵。

精度壽命不是在出廠驗(yàn)收中體現(xiàn)的，在生產(chǎn)過程只針對驗(yàn)收時(shí)明確的各項(xiàng)精度指標(biāo)進(jìn)行控制顯然是不夠的。機(jī)床的精度壽命只有在使用一段時(shí)間之后才能反映出來，機(jī)床生產(chǎn)廠家不能針對機(jī)床的精度衰退做出定期維護(hù)，而用戶在使用過程中也無法對機(jī)床的定位精度進(jìn)行預(yù)測，只有在出現(xiàn)精度衰退之后才請廠家來維修，由此導(dǎo)致了機(jī)床維修周期長、成本高，間接降低了機(jī)床的平均故障間隔時(shí)間。

進(jìn)給系統(tǒng)是制約機(jī)床精度壽命的關(guān)鍵因素。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與國外技術(shù)相比，一個(gè)最大的差距就是進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度能力，目前CNC裝置插補(bǔ)后的進(jìn)給脈沖當(dāng)量最小單位已經(jīng)達(dá)到納米級，而國內(nèi)超精密加工中心的進(jìn)給軸定位才達(dá)到0.1um的定位精度。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)不僅定位精度較差，有很大的提高空間，而且定位精度衰減快。

裝配技術(shù)也是影響機(jī)床精度壽命的重要因素，國產(chǎn)機(jī)床采購與進(jìn)口機(jī)床相同的伺服進(jìn)給系統(tǒng)和關(guān)鍵組件（如滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌、支撐軸承等），裝配后的機(jī)床的可靠性與穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如進(jìn)口機(jī)床。

大量的實(shí)踐表明：即使是同樣精度的零部件，如果采用科學(xué)的裝配技術(shù)，就可以使產(chǎn)品的性能得到極大的改進(jìn)。因此，在裝配階段對影響機(jī)床加工精度及影響各關(guān)鍵功能部件的精度壽命的各種因素，如零件在載荷下的變形、切削及高速滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱變形、摩擦磨損下的進(jìn)給系統(tǒng)定位誤差及動(dòng)態(tài)誤差等，進(jìn)行分析研究其衰減變化規(guī)律，是提高數(shù)控機(jī)床精度壽命的重要手段。

三、數(shù)控機(jī)床的裝配可靠性

數(shù)控機(jī)床可靠性是數(shù)控機(jī)床在規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的工作條件下加工出精度滿足要求的零件的能力。數(shù)控機(jī)床可靠性由全生命周期各階段可靠性來保證，數(shù)控機(jī)床可靠就需要機(jī)床能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能。機(jī)床可靠性是其產(chǎn)品的重要質(zhì)量特性，綜合反映了產(chǎn)品在使用過程中的性能、精度等的穩(wěn)定性和保持性，國際市場上數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品間的競爭本質(zhì)上是機(jī)床可靠性的競爭，高可靠性的數(shù)控機(jī)床不僅價(jià)格高、利潤高，而且受歡迎程度高。

數(shù)控機(jī)床裝配可靠性是在部件與組件裝配可靠性的基礎(chǔ)上來保證的，各部件裝配可靠是保證部件實(shí)現(xiàn)功能的主要前提。我國國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的故障率仍然較高，可靠性問題存在于各個(gè)方面，零部件故障率高是最突出的現(xiàn)象，部分核心功能部件，國內(nèi)企業(yè)的出廠質(zhì)量跟進(jìn)口零件有較大差距，常見的現(xiàn)象是低端產(chǎn)品用國內(nèi)零件配套，中高檔產(chǎn)品的主要功能部件依賴國外進(jìn)口，但是原裝進(jìn)口采購回來的關(guān)鍵功能部件裝配成整機(jī)后，可靠性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上進(jìn)口機(jī)床，根本差距主要出現(xiàn)在裝配環(huán)節(jié)。

盡管數(shù)控機(jī)床可靠性是由設(shè)計(jì)、制造、裝配等的各個(gè)過程質(zhì)量決定的，要提高其可靠性需要全面提高設(shè)計(jì)能力、制造能力；但是裝配工作是機(jī)床可靠性生成的最后環(huán)節(jié)，顯得尤為重要。裝配階段可靠性保障能力的提高是保障數(shù)控機(jī)床可靠性的重要途徑。

四、結(jié)論

機(jī)械裝配是機(jī)械制造過程中的最后環(huán)節(jié)，在制造過程中占有非常重要的地位。機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量最終由裝配工作來保證，裝配質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]A.C.普羅尼科夫等著，李昌琪等譯.數(shù)控機(jī)床的精度與可靠性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.