數(shù)控加工機床的三大核心技術介紹

復雜工況高效高精度加工技術

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)質零件的必要環(huán)節(jié)，其優(yōu)劣對零件加工質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，易導致加工過程失穩(wěn)、零件報廢。目前提高加工質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控制技術，在伺服驅動環(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，提高加工效率和質量。

精度保持性相關技術

精度保持性是評價數(shù)控機床性能的重要指標之一，也是影響國產數(shù)控機床性能的主要瓶頸。當前，國內還沒有一個比較系統(tǒng)的精度保持性研究體系。另外，通過對國產數(shù)控機床精度衰退的調研，發(fā)現(xiàn)造成國產數(shù)控機床精度保持性差的原因主要是非正常磨損。因此，為提高國產機床的精度保持性，需針對國產數(shù)控機床的設計、制造過程和使用環(huán)境，建立精度保持性理論體系，研究相應的改善措施。在幾何精度保持性方面，設計階段應考慮導軌滑塊、絲杠螺母等動結合部的壽命設計，考慮重力影響的大型結合面的精度設計；在制造階段實現(xiàn)內應力的合理控制，動、靜結合面的小或無應力裝配，最終減小移動部件質心位置變化造成的基礎件變形、基礎件內應力釋放變形、裝配應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）、軸承預緊力等裝配參數(shù)，以及主軸密封與潤滑方式，設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)以及密封結構等。制造階段關注服役態(tài)下軸承預緊力保證措施，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。

可靠性相關技術

機床可靠性技術已成為機床行業(yè)最主要的關鍵技術之一，也是一直影響國產數(shù)控機床市場信譽和競爭力的主要問題。經過數(shù)十年的發(fā)展和積累，國產數(shù)控機床可靠性技術研究雖然在可靠性建模、故障分析、可靠性設計、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。國產機床可靠性所面臨的核心技術問題是，需針對機床全生命周期強化可靠性試驗、建模、分析、設計等方面的基礎研究，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、維修性設計和預防性維修策略等可靠性技術研究，提高可靠性數(shù)據積累能力，提出數(shù)控機床整機、功能部件和關鍵零件的可靠性概率設計方法，深入研究故障產生的物理本質、故障相關性、故障模式及規(guī)律，重視維修性和可用性，實現(xiàn)數(shù)控機床設計、制造和使用全生命周期內的可靠性增長，加快凝練出國產機床可靠性技術體系，制定可靠性技術規(guī)范和技術標準，提高國產機床可靠性。

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