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數(shù)控機床的設計與加工過程
閱讀：956 發(fā)布時間：2022-5-17國產(chǎn)數(shù)控機床在設計時根據(jù)設計手冊選擇零件的經(jīng)濟精度，當裝配精度達不到要求時，利用試湊或者采用不恰當?shù)臄Q緊等措施使基礎(chǔ)件局部變形過大來幾何精度，造成大的裝配應力。內(nèi)應力往往根據(jù)經(jīng)驗，缺乏規(guī)范的工藝措施。如果設計時不能充足考慮裝配時和使用時力、熱等造成的基礎(chǔ)件精度變化，就會導致精度設計不合理，進而可能造成裝配時產(chǎn)生大的裝配應力，使用時裝配應力釋放導致導軌滑塊安裝基準變化，加劇導軌滑塊磨損。如果制造階段內(nèi)應力釋放不，服役時，內(nèi)應力釋放也將導致導軌滑塊的安裝基準發(fā)生變化，造成導軌滑塊的非正常磨損，精度保持性下降。
因此，造成導軌滑塊非正常磨損的主要因素為：內(nèi)應力釋放變形和裝配應力蠕變變形等。
一、減小裝配應力的措施
設計時如果沒有考慮移動部件重力在全行程內(nèi)造成的基礎(chǔ)件精度變化，造成裝配后的軸線幾何精度達不到設計要求，現(xiàn)場采用不恰當?shù)臄Q緊等措施使基礎(chǔ)件局部變形過大來導軌的直線度、平行度等精度，就會產(chǎn)生大的裝配應力。機床使用時，地腳螺栓中受力大的螺栓蠕變快，導軌安裝基準變化；同時，導軌的基準變化將加劇導軌滑塊的磨損，軸線幾何精度喪失。
二、內(nèi)應力工藝
機床基礎(chǔ)件大部分為鑄件，少量為焊接件，在鑄造或焊接過程中會產(chǎn)生的內(nèi)應力。為了使內(nèi)應力充足釋放，往往采用自然失效的方式處理基礎(chǔ)件。自然失效周期長，不能達到生產(chǎn)時，采用熱時效的方式。熱時效耗能大，基礎(chǔ)件大小受限于時效爐的尺寸。目前流行的是振動時效。床身的各階振型，作為振動時效工藝參數(shù)選擇的依據(jù)，但是沒有定量給出鑄造殘余應力振動時效后應力變化的大小。低頻振動時效時零件變形量大，甚至出現(xiàn)破壞，為了防止出現(xiàn)這種現(xiàn)象，提出了超過1kHz的高頻振動工藝方案，在兩塊焊接的鋼板上進行了試驗驗證，高頻振動愈能均化焊接件的殘余應力的結(jié)論。焊接件一般質(zhì)量小，但是對于大型鑄件，高頻振動受激振能量限制，不太適當。某型號臥式加工中心床身結(jié)構(gòu)，利用模態(tài)分析選擇了振動時效的激振頻率、支撐點、激振點和拾振點，根據(jù)工件質(zhì)量選擇了激振時間，根據(jù)大動應力和激振力的關(guān)系選擇了激振力大小，并且與原有振動工藝應力的效果進行了對比。目前，對振動時效的定量研討少，大部分工廠是按照經(jīng)驗對大型基礎(chǔ)件進行振動時效處理。
因此，為了減小內(nèi)應力釋放變形造成的軸線基準變形以及基準變形造成的導軌滑塊非正常磨損，需要規(guī)范基礎(chǔ)件制造時的內(nèi)應力工藝，定量控制內(nèi)應力的大小。
數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)是為裝備制造業(yè)和提供基礎(chǔ)裝備的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，是裝備制造業(yè)的核心，其發(fā)展水平關(guān)乎和國民經(jīng)濟的發(fā)展。數(shù)控機床的有量及其性能水平的高低已成為衡量一個綜合制造的重要標志之一，其作為現(xiàn)代制造業(yè)的主流加工設備，已成為制造業(yè)和工業(yè)競爭的焦點。歷史和現(xiàn)實表明，發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)是提升機械工業(yè)競爭力的重要。
數(shù)控機床的加工工藝參數(shù)優(yōu)化范圍包括無約束優(yōu)化和約束優(yōu)化、單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化、單刃優(yōu)化和多刃優(yōu)化、單刀具優(yōu)化與多刀具優(yōu)化等。在實際生產(chǎn)中，目標函數(shù)與約束條件多種多樣，選擇時應根據(jù)實際需求確定重要的目標函數(shù)與約束條件。本文研討的重型機床的銑削加工是多約束、多目標、多切削刃的優(yōu)化問題。
數(shù)控機床在加工過程中，因為數(shù)控機床本身的動態(tài)特性可能會產(chǎn)生顫振現(xiàn)象，嚴重影響加工質(zhì)量，所以在建立優(yōu)化模型的約束中需要將顫振因素考慮進去，顫振可以根據(jù)動力學模型對加工過程的模擬來判斷。對于此臺機床而言，當主軸轉(zhuǎn)速和進給速度、切削超過3mm時，機床發(fā)生顫振。
隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機床的使用已經(jīng)越來越普遍。我國數(shù)控裝備在性方面與差距顯著。國產(chǎn)數(shù)控機床整機的性水平與數(shù)控機床相比處于劣勢，尤其是加工中心及車銑復合數(shù)控加工裝備的性指標明顯低于歐美日等國生產(chǎn)的數(shù)控機床。其次，與數(shù)控機床配套的功能部件，如數(shù)控刀架、刀庫、直線導軌、滾珠絲杠，機械手、主軸，還有一些的定位、檢測、警報裝置等的性水平與相比差距。其大多依靠，拖了數(shù)控機床主機發(fā)展的后腿，成為數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。
20世紀80年代，以某國為代表的一些工業(yè)發(fā)達開始了對機床性技術(shù)的研討。他們對數(shù)控機床進行現(xiàn)場跟隨試驗，收集了大量的故障數(shù)據(jù)，分析處理所獲得的故障數(shù)據(jù)并進行性評價，研討故障數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，找到數(shù)控機床性的薄弱環(huán)節(jié)，從而進行性增長設計，實現(xiàn)數(shù)控機床的性增長。一則是對機床用戶反饋的故障信息進行性分析，建立了機床診斷與預測系統(tǒng)，并在數(shù)控機床的設計、制造及裝配過程中建立了性體系。而日本則是對數(shù)控機床進行故障診斷與分析，研討數(shù)控機床的故障模式與故障原因，對數(shù)控機床性水平的提升有重要的意義。英國將模糊理論運用到數(shù)控機床的性故障數(shù)據(jù)的分析及處理中，解決了性技術(shù)中的一些不確定性問題。意大利將可維修系統(tǒng)的(性及維修性)分析應用于一系列機床上。應用壽命數(shù)據(jù)分析，描述可維修部分的故障分布，然后給出了整個機床的方法。近幾年，數(shù)控機床性技術(shù)取得了深入的進展，由守舊的定性分析到定量計算，并且計算機輔助性技術(shù)的產(chǎn)生推動了數(shù)控機床性技術(shù)的發(fā)展。