数控机床技术研究现状及存在的问题

2019-06-06

数控机床流程主要适用于载荷工况有限的机械产品,比如工程机械、汽车和飞机等。由于数控机床工况多变,任何一个工艺参数发生变化切削载荷就会相应改变,因此,上述方法不适用于数控机床载荷谱的建立。

数控机床是以材料切削加工为主要任务的装备,在不同的工况或者工艺参数下具有不同的切削载荷,因此数控机床与其他机械产品相比工况多,不能通过测试加工几个简单的典型工况作为载荷谱建立的基础数据。限于现场载荷试验的艰辛,很少有学者针对数控机床载荷谱技术进行研究。

中国一汽车制造厂收集到的车床切削数据进行了整理和分析,以相对切削力矩作为载荷谱的变量、相对切削循环次数作为载荷谱的函数,建立了主轴载荷概率分布模型。对我国数控机床主要典型用户的切削数据,建立了数控机床主轴、中间轴、输入轴的载荷谱。利用相同的方法建立了高速铣削电主轴的可靠性试验载荷谱。对加工中心铣削、钻削和钟削等典型切削工艺进行了研究分析,建立了加工中心的综合功率载荷图谱和转速载荷图谱,为加工中心可靠性加速试验提供了基础数据。

二十一世纪以来,机床技术不断发展,直驱技术逐渐代替传统齿轮和皮带传动,从而减少了机床传动部件的中间环节,同时机床的加工范围也有了很大的变化(高速、高精),因此机床的载荷规律也必然发生了很大变化。90年代的载荷模型己经不能适应机床技术的发展。“十一五”期间,吉林大学杨兆军教授承担并参与了多项“专业数控机床与基础制造装备”国度科技重大专项,机械工业数控装备可靠性技术重点实验室的团队成员长期进驻机床用户企业,收集了大量的可靠性信息和载荷信息,为建立数控机床载荷谱积累了数据。

纵观国内外数控机床可靠性技术研究,多数研究集中于数控机床可靠性建模和评估技术阶段,依然停留在对数控机床可靠性水平摸底阶段,虽然也进行了故障分析以及设计改进等方面的研究,然而这些研究都属于数控机床可靠性技术研究的初级阶段,不能从根本上提高数控机床可靠性水平。

数控机床产品的设计,目前大多处于比较设计的阶段。为了保证设计的强度,使产品可靠耐用,一般选择较大的稳定系数,加大了产品的尺寸。但是,加大零件结构尺寸,增加了材料消耗,并不相应能达到可靠的效果。因为大尺寸的零件很难避免材料的夹渣、裂纹等缺陷;加大零件的结构尺寸,解决不了应力集中的问题,而有许多零件,往往就是应力集中导致损坏;加大零件的结构尺寸,减弱了热处理等强化材料的效果,并在工艺、安装、运输等方面,造成许多困难。而通过可靠性设计的研究工作,则可以求得零件的合理形式和尺寸。

数控机床可靠性水平的高低本质上是由可靠性设计决定的,因此可靠性设计是提高数控机床可靠性水平的主要手段之一。数控机床运行过程中的受载情况是其可靠性设计不可缺少的己知条件,而且其准确、可靠与否直接关系到可靠性设计的成败。同时,实验室可靠性试验也是提高产品可靠性的主要途径之一。实验室可靠性试验过程的关键是在不改变故障模式和故障机理的前提下模拟实际工况,而载荷谱是模拟实际工况的主要依据。因此,编制数控机床载荷谱对于实现数控机床及其关键功能部件的可靠性设计和实现实验室可靠性强化试验具有重要意义。

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