論高速精密數控機床可靠性技術

張玉偉，陳鑫

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江齊齊哈爾 161005）

論高速精密數控機床可靠性技術

張玉偉，陳鑫

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江齊齊哈爾 161005）

技術的拓展和研發，體系的建立和完善，是發展我國數控機床行業的根本途徑，面對市場需求的趨勢，必須推進高精度機床的工程研究，增加數控機床技術的可靠性。

數控機床；可靠性；高速精密

數控機床的柔性自動化性能卓越、精度優異且穩定、功能多樣且靈捷，作為先進制造技術中的一項核心技術，它備受人們的關注。數控機床不僅開創了機械產品向機電一體化發展的先河，還有效地保障了國民經濟和國防建設的持續發展。作為一種高精度、高效率的自動化設備，一旦發生故障就會帶來巨大的損失，所以保證數控機床的可靠性尤為重要。

數控機床的可靠性關鍵就在于功能部件的可靠性，所以要對功能部件進行定期地測試，還要對生產過程進行現場跟蹤，將產品置于規定的條件以及時間范圍內，測量其功能的執行能力。還要確保數控機床與市場上的更新和創新速度同步，對于那些使用周期長，不能滿足產品開發進度要求的過時數控機床要及時丟棄。下面來深入地探討一下數控機床的關鍵部件和可靠性技術，以及國家對于數控機床方面相應的制度措施。

1 數控機床的關鍵部件

（1）主軸。主軸的構成主要是轉子、軸承、齒輪、主軸外殼、冷卻裝置以及驅動電動機，軸承是整個主軸的支撐點，而傳動需要由齒輪的轉動來完成，冷卻裝置可以降低驅動電動機的溫度。主軸的可靠性指標主要是徑向力、軸向力和轉矩，性能參數精度、振動、噪聲和溫度等的變化體現著指標數據是否合理。

（2）數控動力伺服刀架。動力伺服刀架的功能是輔助數控機床對于刀具儲備、自動換刀以及夾刀切削等功能的實現，除了能夠鉆削和銑削之外，動力伺服刀架還具有結構緊湊、定位精度高、轉位快、剛性好等優勢，這樣就可以提高加工精度和效率。

（3）數控轉塔刀架。數控機床核心部件就是數控轉塔刀架，與動力伺服刀架的區別就在于沒有動力軸，也就是說試驗時并不需要扭矩加載裝置。但是它還是需要有驅動裝置和精定位裝置來維持整個刀架的具體工作，松開和鎖緊裝置、裝刀裝置來完成刀具的儲備和切換功能。

2 數控機床的可靠性技術

（1）經濟加工精度的提高。相對于過去而言，如今的數控機床加工精度提升了 100 倍左右，并且以每 8 年提高一倍的速度發展著，這種加工精度的提高使整個數控機床在制造上具備著精密嚴謹的特點，降低了錯誤的發生率。拿尺寸精度和形位精度為例，國內大致在 0.008～0.010mm 范圍內浮動，而國外已經達到 0.002～0.003mm 的精度，這其中存在著至少有 15年的差距，所以還要繼續在加工精度的提高上進行創造研究。

（2）復合加工機床的形成。復合機床是指在一臺機床上完成從毛坯到成品的所有程序，分為兩大類：工藝復合型和工序復合型。工藝復合型機床是跨加工類別的機床，尤指加工方法上的不同，工序復合型機床的特點是增加工件在一次安裝下的加工工序數。復合型數控機床工藝適用性良好，制品儲存和傳輸環節的省略大大支持了制造的準時性，對于現在制造工業的行情來看，更具有廣泛使用的前景。

（3）大型化和微小化兩極發展。航天航空、IT 和國防對高新技術的需求大大推動了數控機床的發展，對于航天航空來說，需要大量的大型化能源儲備裝置，例如重型立式臥式加工中心和銑車中心，而 IT 行業在超精密加工技術和微納米技術上的要求苛刻。如今人們對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、電腦、手表甚至是步行工具來舒適生活，這樣就促進了商品化超精密機床的開發。加工尺寸的擴大、加工精度的提高、加工方法的多樣使機床技術越來越靠譜，對于不同的加工對象也要采取不同的加工技術，例如對晶片或是光學鏡片進行加工時，要采取非機械化的加工方法超精密磨削和研拋會使加工精度優于 0.005μm。

（4）智能化和集成化的數字化制造。機床技術要講究與信息技術相同步，所以機床的發展有了一個明確的方向，那就是更加智能化與數字化，在數字化生產線與工廠上投入了大量的資金以保證應用空間的拓展，而智能技術能夠實現適應誤差補償、復雜曲面運動軌跡的優化以及故障自診斷和信息維護等功能，這種數字化方向的發展大大提高了制造的效率。

3 我國數控機床的對策

（1）以高速化為先導。提高數控機床的高效柔性和高精化就要加強其高速化的發展，高速化體現在主軸切削運動的最高轉速以及最大進給速度，表征壓縮機床輔助時的快移速度和自動換刀/工作臺轉位速度上，但是在發展過程中也有要注意的地方，例如高速的范圍要以先進適用為出發點，并且不能夠脫離機床，要與機床結構和控制性能相匹配。

（2）發展網絡化制造單元。信息技術的蓬勃發展促進了數控機床向數字化制造邁進，而發展網絡化制造單元可以有效地強化數控機床相關企業的自治管理能力，并能夠與企業ERP、PDM 和 CAD 的信息集成，進而與各管理層聯系作出智能決策，這樣可以提高生產過程的視化監控，提高材料的利用率，拒絕資金的浪費，實現高效的柔性生產。

（3）開展可靠性設計。影響我國數控機床品質最重要的因素就是不能降低機床故障率，尤其在大批量的自動生產線上，一旦出現故障就會導致所有生產線出現故障。精心設計、嚴格制造以及科學評測對于分析故障模式和找出薄弱環節來說十分有效，所以在機床的可靠性上還要考慮設計的可靠，設計時不僅考慮力學特性，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質量的監督。

4 結語

我國在數控機床上雖然取得了一些成效，但是未來機床行業的任務仍然艱巨，理論和方法的不完善導致我國機床的檔次和可靠性略低，要以找出弊端為前提來發展數控機床技術，直奔著高效化發展的目標對復合型機床這方面進行創新，并且保證機床的加工精度要能夠滿足市場的需求，增強數控機床技術的可靠性。

［1］楊兆軍，陳傳海，陳菲，等.數控機床可靠性技術的研究進展［J］.機械工程學報，2013，49（20）：130-139.

［2］張根保，李冬英，劉杰，等.面向不完全維修的數控機床可靠性評估［J］.機械工程學報，2013，49（23）：136-141.

［3］田文杰，牛文鐵，常文芬，等.數控機床幾何精度溯源方法研究［J］.機械工程學報，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：數控機床。